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溶接とは、主に高温を用いて部品を溶融させ、冷却することで融合させることで材料（通常は金属または熱可塑性樹脂）を接合する加工プロセスです。一般的な代替方法としては、熱を用いずに化学薬品で接合材料を溶融させる溶剤溶接（熱可塑性樹脂の場合）や、溶融を伴わずに接合する固相溶接プロセス（加圧溶接、冷間溶接、拡散接合など）があります。
金属溶接は、ろう付けやはんだ付けといった低温接合技術とは異なり、これらの技術では母材（母金属）を溶かすことなく、溶加材を流し込んで接合部を固化させる。
溶接では、母材を溶かすだけでなく、通常は接合部に溶加材を添加して溶融金属のプール（溶融池）を形成し、それが冷却されて母材よりも強度のある接合部が形成されます。溶接工程では、溶融金属が汚染されたり酸化したりするのを防ぐために、何らかの遮蔽材が使用されます。
溶接には、ガス炎（化学）、アーク放電（電気）、レーザー、電子ビーム、摩擦、超音波など、さまざまなエネルギー源が利用できます。溶接は工業プロセスとして行われることが多いですが、屋外、水中、宇宙空間など、さまざまな環境で実施できます。溶接は危険な作業であり、火傷、感電、視力障害、有毒ガスやヒュームの吸入、強い紫外線への曝露などを避けるための予防措置が必要です。
19世紀末まで、唯一の溶接方法は鍛接であり、これは鍛冶屋が何千年もの間、鉄と鋼を加熱してハンマーで叩いて接合するために使用してきた方法でした。アーク溶接と酸素燃料溶接は、世紀後半に開発された最初の方法の1つであり、電気抵抗溶接がすぐに続きました。世界大戦が信頼性が高く安価な接合方法への需要を高めたため、20世紀初頭に溶接技術は急速に進歩しました。戦争後、被覆アーク溶接のような手動の方法（現在では最も一般的な溶接方法の1つ）や、ガス金属アーク溶接、サブマージアーク溶接、フラックス入りアーク溶接、エレクトロスラグ溶接などの半自動および自動プロセスを含む、いくつかの現代的な溶接技術が開発されました。世紀後半には、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接、磁気パルス溶接、摩擦攪拌溶接の発明により、開発が続きました。今日、科学が進歩し続けるにつれて、ロボット溶接は産業現場で一般的になり、研究者は新しい溶接方法を開発し続け、溶接品質についての理解を深めています。[ 1 ]
「溶接」という用語はスカンジナビア語に由来し、スウェーデン語のvälla (湧き出る) またはデンマーク語のvælde (湧き出る、溢れ出る) と関連がある可能性がある。[ 2 ]西暦 8 世紀にヴァイキング時代として知られる時代が始まり、スカンジナビア人がイングランド各地に定住した結果、借用語、語義の変化、文法の変化が生じた。[ 3 ]多くの言語で、溶接を表す用語は沸騰や泡立ちを表す用語と関連している。[ 4 ]古スウェーデン語 では、välla は沸騰する、泡立つ、溢れ出る、沸騰する、溶けるという意味になる。[ 5 ]錬鉄を作るのに使われる原材料を表すスウェーデン語はvälljärnで、文字通り「沸騰した鉄」という意味である。[ 6 ]
鉄を溶接するという意味の古英語は samodwellung でした。[ 7 ]古英語のweallan から派生したweldは、中英語で動詞well ( wæll ) の別形として使われるようになり、「噴水のように湧き出る」または「沸騰する」という意味になりました。追加された「d」は、語源的な根拠なしに追加された子音です。沸騰する、高度に加熱する、または加熱後に鉄を叩くという意味になりました。[ 8 ]
この単語が英語で初めて記録されたのは1590年である。14世紀のジョン・ウィクリフによるキリスト教聖書の英語訳では、イザヤ書2章4節が「…thei shul bete togidere their swerdes into shares…」（彼らは剣を鋤に打ち直すであろう）と訳されている。1590年版では、これが「…thei shullen welle togidere her swerdes in-to scharris…」（彼らは剣を鋤に溶接するであろう）に変更されており、この単語のこの用法がこれらの時期の間に英語で普及したことを示唆している。[ 9 ]
金属接合の歴史は数千年に遡ります。[ 10 ] 金属を溶融して接合する融接法は、産業革命以前の溶接では広く使われていませんでした。初期の溶接技術では、圧力を使って金属を接合していましたが、多くの場合、母材金属を完全に溶かすには熱が足りませんでした。[ 11 ]注目すべき例外の一つは、大きな彫像の部分を接合する技術でした。ギリシャやローマのロストワックス鋳造では、彫像は小さな部分として鋳造され、溶融した青銅が接合部に注ぎ込まれ、融接を形成するのに十分な温度でした。[ 12 ]
最も古い溶接技術は青銅器時代に遡ります。金は柔らかく、ほとんど熱を加えなくても圧力溶接が可能で、考古学者は金の板を重ねて圧力溶接した小さな箱を発見しています。鉄器時代には、地中海社会で鍛接が発展しました。[ 13 ]鍛接では、金属を鍛冶屋が別々の部品をハンマーで叩いて接合できるほど柔らかくなるまで加熱します。[ 14 ]非常に初期の例としては、ツタンカーメンとともに発見された鉄製の遺物、鉄製の枕や短剣などがあります。[ 15 ] [ 16 ]短剣は950 ℃（1,740 °F）以下の温度で隕鉄から鍛造されました。[ 17 ]
鉄冶金は少なくとも2回、独立して開発されました。1回目は紀元前1800年頃のアナトリアで、2回目は紀元前900年頃の中国です。[ 18 ]通常、錬鉄は1,350 ℃（2,460 °F）前後で鍛造されます。[ 19 ]古代ギリシャの歴史家ヘロドトスは、キオス島のグラウコスが「鉄の溶接」を発見したと述べています。[ 20 ]グラウコスは、デルフィで銀のクレーターを支えるために溶接された鉄の台座で知られています。[ 21 ]紀元前7世紀までに、高炉は中国で開発されましたが、その技術が西に伝わったのはイスラム黄金時代になってからです。ヨーロッパに伝わる頃には、高炉は現代のドイツで独自に開発されていました。[ 22 ]
ヨーロッパの中世では、鍛冶職人が熱した金属を繰り返し叩いて接合させる鍛接技術が進歩した。 [ 23 ]ヨーロッパとアフリカでは、鍛造は炭火からブルームリーへと移行した。[ 24 ]鍛接は、紀元310年頃にインドのデリーに建てられ、重さ5.4トンのデリーの鉄柱の建設に使用された。[ 25 ] 1540年、ヴァンノッチョ・ビリングッチョは鍛造作業の説明を含む『De la pirotechnia』を出版した。[ 23 ]ルネサンス期の職人はこの工程に熟練しており、この産業はその後数世紀にわたって成長し続けた。[ 23 ]
1800年、サー・ハンフリー・デービーは短パルス電気アークを発見し、1801年にその結果を発表しました。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] 1802年、ロシアの科学者ワシリー・ペトロフは連続電気アークを作り出し、[ 28 ] [ 29 ]その後1803年に「ガルバニ・ボルタ実験のニュース」を出版し、1802年に行われた実験について説明しました。この研究で非常に重要だったのは、安定したアーク放電の説明と、金属の溶解など多くの用途への使用の可能性を示したことです。[ 30 ] 1808年、ペトロフの研究を知らなかったデービーは、連続電気アークを再発見しました。[ 27 ] [ 28 ] 1881年、フランスの電気技師オーギュスト・ド・メリタンスは、鉛蓄電池の鉛板を接合するためにアークを使用しました。ロシア帝国出身の発明家2人、ポーランド人技師スタニスワフ・オルシェフスキとド・メリテンスの弟子ニコライ・ベナルドスは、炭素電極を用いた炭素アーク溶接として知られる最初の電気アーク溶接法を開発し、1885年に英国特許、1887年に米国特許を取得した。[ 31 ]アーク溶接の進歩は、1800年代後半にロシア人のニコライ・スラヴィヤノフ（1888年）とアメリカ人のCL・コフィン（1890年）による金属電極の発明によって続いた。1900年頃、AP・ストロメンガーは英国でより安定したアークが得られる被覆金属電極を発表した。1905年、ロシアの科学者ウラジーミル・ミトケヴィチは溶接に三相電気アークを使用することを提案した。交流溶接は1919年にCJ・ホルスラグによって発明されたが、普及するまでにはさらに10年を要した。[ 32 ]
抵抗溶接も19世紀末の数十年間に開発され、最初の特許は1885年にエリフ・トムソンに与えられ、彼はその後15年間でさらに進歩を遂げた。テルミット溶接は1893年に発明され、その頃、別のプロセスである酸素燃料溶接が広く普及した。アセチレンは1836年にエドモンド・デービーによって発見されたが、適切なトーチが開発された1900年頃まで、溶接に実用的ではなかった。[ 33 ]当初、酸素燃料溶接は持ち運びが容易で比較的低コストであったため、より一般的な溶接方法の1つであった。しかし、20世紀が進むにつれて、工業用途では人気がなくなった。金属コーティング（フラックスとして知られる）の進歩により、アーク溶接にほぼ取って代わられた。[ 34 ]電極を覆うフラックスは、主に母材を不純物から保護するが、アークを安定させ、溶接金属に合金成分を加えることもできる。[ 35 ]
第一次世界大戦は軍事兵器の需要を高め、工業用溶接の急増を引き起こした。[ 36 ]オランダの航空パイオニア、アンソニー・フォッカーの会社はドイツ空軍の胴体を溶接した。ガス不足のため、イギリスは主にアーク溶接を使用し、イギリスの造船業者キャメル・レアードは船体全体が溶接された最初の外洋航行船、フラガーを建造した。[ 37 ] [ 38 ]アメリカの造船業者は、イギリスがアーク溶接で成功を収める前に抵抗溶接を実験した。[ 39 ]
19世紀半ばには、電極ワイヤを連続的に供給する自動溶接の導入など、多くの新しい溶接方法が発明されました。[ 40 ]シールドガスは、科学者が大気中の酸素と窒素の影響から溶接部を保護しようとしたため、大きな注目を集めました。気孔と脆性が主な問題であり、開発された解決策には、溶接雰囲気として水素、アルゴン、ヘリウムを使用することが含まれていました。 [ 41 ]溶接部の健全性を確認するための試験方法が導入されました。最初はハンマーと聴診器を使用して振動試験が行われ、その後、溶接部内部を見るためにX線試験が開発されました。 [ 42 ] 1930年代には、さらなる進歩により、アルミニウムやマグネシウムなどの反応性金属の溶接が可能になりました。[ 43 ]これは、自動溶接、交流、フラックスの開発と相まって、1930年代のアーク溶接の大幅な拡大につながりました。[ 44 ]ロシアの発明家コンスタンチン・クレノフが、最初の水中アーク溶接を実用化した。[ 45 ] 1930 年、カイル・テイラーがスタッド溶接を発表し、これはすぐに造船や建設で普及した。サブマージアーク溶接は同年発明された。[ 46 ]第二次世界大戦中、サブマージアーク溶接は、特定の種類の溶接を従来の技術よりも 20 倍速く行うことができたため、造船に広く使用された。[ 47 ]
溶接工程の改良により、建設に新たな可能性が開かれました。[ 48 ]以前は、大型金属構造物は、リベット、ボルト、ネジ、ベルトで機械的に接合された金属で作られていました。これらの接続されているが融合されていない金属構造物には、固有の弱点がありました。[ 49 ]蒸気船スルタナ号は、リベット接合されたボイラーが圧力に耐えきれず故障し、1000人以上の乗客が死亡しました。[ 50 ]タイタニック号は、リベット接合された船体の欠陥が原因の一つとなって沈没しました。[ 51 ] 1930年、全溶接構造の商船として初めてM/Sカロリニアン号が進水しました。タイム誌は、船全体にリベットではなく溶接を使用することで、9人の作業員からなる小規模なチームが短時間で船を建造でき、コストの75%と77,000ポンド（35,000kg ）の鋼鉄製リベットを節約できたと報じました。[ 52 ]溶接鋼の強度により、全く新しいタイプの船舶、特に液化天然ガス (LNG) タンカーの製造が可能になりました。致命的なボイラーの故障に対応して作成されたASME ボイラーおよび圧力容器規格は、輸送中に LNG を収容する球形タンクの開発に使用されました。 [ 53 ]また、世界初の溶接道路橋であるポーランドのマウジツェ橋(1928 年) も注目に値します。[ 37 ]初期の超高層ビルや鋼鉄トラス橋は、リベット留めされた鋼鉄梁から建設されました。[ 54 ] [ 55 ]溶接により、より強く軽量な構造と、より幅広い形状が可能になります。例えば、浮体式のBeinecke Rare Book and Manuscript Library は、鋼鉄製のVierendeel橋の近代的な長方形トラスを模して設計された壁から構造的完全性を得ています。[ 56 ]シドニー・オペラハウスの象徴的な形状は、スタッド溶接された鉄骨フレームの上に構築されています。[ 57 ] CCTV本社ループ状超高層ビルの連結されたタワーは、鉄筋コンクリートに数百フィート地下に埋め込まれた厚さ4インチの鋼板の骨組みに溶接されています。[ 58 ]
ガスタングステンアーク溶接は、数十年の開発を経て、1941年にようやく完成し、1948年にはガス金属アーク溶接が続き、非鉄金属の高速溶接が可能になったが、高価なシールドガスが必要となった。シールド金属アーク溶接は、フラックス被覆消耗電極を使用して1950年代に開発され、すぐに最も一般的な金属アーク溶接プロセスとなった。1957年には、自己シールドワイヤ電極を自動装置で使用できるフラックス入りアーク溶接プロセスが登場し、溶接速度が大幅に向上した。同年、ロバート・ゲージによってプラズマアーク溶接が発明された。エレクトロスラグ溶接は1958年に導入され、 1961年にはその関連技術であるエレクトロガス溶接が続いた。 [ 59 ] 1953年には、ソ連の科学者NFカザコフが拡散接合法を提案した。[ 60 ]
溶接におけるその他の最近の進歩としては、1958年の電子ビーム溶接の画期的な発明があり、集中した熱源によって深く狭い溶接が可能になった。1960年のレーザーの発明に続き、数十年後にレーザービーム溶接が登場し、高速自動溶接に特に有用であることが証明された。磁気パルス溶接（MPW）は1967年から工業的に使用されている。摩擦攪拌溶接は1991年に英国溶接研究所（TWI）のウェイン・トーマスによって発明され、世界中で高品質の用途が見出された。[ 61 ]これら4つの新しいプロセスはすべて、必要な機器のコストが高いため依然として非常に高価であり、これが用途を制限している。[ 62 ]
溶接は、熱、圧力、またはその両方を使用して 2 つの金属片を接合します。最も一般的な現代の溶接方法は、接合する母材と溶加材を溶かすのに十分な熱を使用します。[ 63 ]これには、ガス溶接とすべてのアーク溶接が含まれます。[ 64 ]母材と溶加材が溶ける領域は、溶融池またはプールと呼ばれます。[ 65 ]溶融池は、溶融金属とともに酸化する空気中の酸素や、溶接を汚染する可能性のある他のガスから保護する必要があります。[ 66 ]ほとんどの溶接方法では、プールを接合部に沿って押して溶接ビードを作成します。[ 67 ]重なり合う金属片は、最も上の母材に開けられた穴の中に溶融池を形成してプラグ溶接を形成することによって接合できます。[ 68 ]
固体溶接プロセスは、圧力を使用して2つの金属片を接合します。[ 69 ]電気抵抗溶接は、熱と圧力を組み合わせて、溶加材を使用せずに重なり合った母材を接合する一般的な工業プロセスです。[ 70 ]
ガス溶接（酸素アセチレン溶接とも呼ばれる）は、開放炎を使用して熱を発生させ、溶接部を保護します。アーク溶接と比較すると、炎の集中度が低く、温度も低く、トーチ先端付近で約3,100 °C (5,610 °F)です。これにより溶接部の冷却が遅くなり、残留応力や溶接部の歪みが大きくなる可能性がありますが、高合金鋼の溶接は容易になります。炎の拡散した外側の層は、溶融溶接プールに到達する前に酸素を消費します。[ 34 ]ステンレス鋼などの酸化しやすい金属を扱う場合は、母材にフラックスをブラシで塗布することができます。[ 71 ]
この装置は比較的安価でシンプルで、トーチ、ホース、圧力調整器、酸素タンク、燃料タンク（通常はアセチレン）で構成されています。[ 72 ]これは最も古く、最も汎用性の高い溶接プロセスの 1 つですが、産業用途ではあまり人気がなくなってきています。パイプやチューブの溶接、および修理作業には今でも広く使用されています。[ 34 ]酸素燃料切断と呼ばれる同様のプロセスは、金属を切断するために使用されます。酸素燃料装置は、曲げたりまっすぐにしたりする前に金属を加熱するためにも使用できます。[ 73 ]
すべてのアーク溶接プロセスでは、溶接電源を使用して電極と母材の間に電気アークを生成および維持し、溶接点で金属を溶融します。[ 74 ]シールドガスは、大気中の酸素が溶融溶接プールに入るのを防ぎます。一部のプロセスでは、シールドガスは不活性ガスまたは半不活性ガスを含むガスボンベから供給されます。他のプロセスでは、消耗電極上のフラックスコーティングが崩壊してガスを生成します。[ 75 ] [ 76 ]溶加材は通常、溶融溶接プールに添加され、消耗電極を使用するプロセスでは必要です。[ 77 ]
アーク溶接の最も一般的なタイプの 1 つは、被覆アーク溶接(SMAW) です。[ 78 ]これは、手動金属アーク溶接 (MMAW) またはスティック溶接とも呼ばれます。電流を使用して、母材と消耗電極棒の間にアークを発生させます。電極棒は溶加材 (通常は鋼) でできており、溶接プロセス中に二酸化炭素(CO2 )ガスを発生させて溶接部を酸化や汚染から保護するフラックスで覆われています。電極芯自体が溶加材として機能するため、別の溶加材は不要です。[ 78 ]
このプロセスは汎用性が高く、比較的安価な装置で実行できるため、工場作業や現場作業に適しています。[ 78 ] [ 79 ]オペレーターは、わずかなトレーニングで十分に熟練でき、経験を積むことでマスターすることができます。消耗電極を頻繁に交換する必要があり、溶接後にフラックスの残留物であるスラグを削り取る必要があるため、溶接時間はかなり長くなります。[ 78 ]さらに、このプロセスは一般的に鉄系材料の溶接に限定されますが、特殊な電極により、鋳鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、その他の金属の溶接も可能になっています。 [ 79 ]
ガス金属アーク溶接（GMAW）は、金属不活性ガス溶接またはMIG溶接とも呼ばれ、電極として連続ワイヤ送給を使用し、溶接部を汚染から保護するために不活性ガスまたは半不活性ガス混合物を使用する半自動または自動プロセスです。電極が連続しているため、GMAWの溶接速度はSMAWよりも速くなります。[ 80 ]
関連するプロセスであるフラックス入りアーク溶接（FCAW）は、同様の装置を使用しますが、粉末充填材を囲む管状の鋼製電極からなるワイヤを使用します。このフラックス入りワイヤは、標準的なソリッドワイヤよりも高価で、ヒュームやスラグを発生させる可能性がありますが、より高速な溶接速度とより深い金属浸透を可能にします。[ 81 ]電極が消費されるにつれて、フラックスは崩壊してシールドガスと、被覆アーク溶接と同様の保護スラグ層を生成します。一部のフラックス入り溶接機には、フラックスからの保護を補完するためにシールドガスを使用するノズルがあります。これはデュアルシールド溶接と呼ばれ、特殊なガスシールドフラックス入りワイヤを使用します。[ 82 ]
ガスタングステンアーク溶接（GTAW）、またはタングステン不活性ガス（TIG）溶接は、消耗しないタングステン電極、不活性または半不活性ガス混合物、および別個の溶加材を使用する手動溶接プロセスです。[ 83 ]この方法は、特に薄い材料の溶接に有効で、安定したアークと高品質の溶接が特徴ですが、オペレーターの高度なスキルが必要であり、比較的低速でしか実行できません。[ 83 ]
GTAWはほぼすべての溶接可能な金属に使用できますが、最もよく使用されるのはステンレス鋼と軽金属です。自転車、航空機、船舶用途など、高品質の溶接が極めて重要な場合によく使用されます。[ 83 ]関連するプロセスであるプラズマアーク溶接もタングステン電極を使用しますが、アークを生成するためにプラズマガスを使用します。アークはGTAWアークよりも集中しているため、横方向の制御がより重要になり、そのため一般的にこの技術は機械化されたプロセスに限定されます。安定した電流のため、この方法はGTAWプロセスよりも幅広い材料の厚さに使用でき、はるかに高速です。マグネシウムを除くGTAWと同じすべての材料に適用でき、ステンレス鋼の自動溶接はこのプロセスの重要な用途の1つです。このプロセスのバリエーションは、効率的な鋼切断プロセスであるプラズマ切断です。[ 84 ]
サブマージアーク溶接（SAW）は、フラックスの被覆層の下でアークを発生させる高生産性の溶接方法です。これにより、大気中の汚染物質がフラックスによって遮断されるため、アークの品質が向上します。溶接部に形成されるスラグは通常自然に除去され、連続ワイヤ送給と組み合わせることで、溶着速度が高くなります。フラックスがアークを覆い隠し、ほとんど煙が発生しないため、他のアーク溶接プロセスに比べて作業条件が大幅に改善されます。このプロセスは、特に大型製品や溶接圧力容器の製造において、産業界で広く使用されています。[ 85 ]他のアーク溶接プロセスには、原子水素溶接、エレクトロスラグ溶接、エレクトロガス溶接、スタッドアーク溶接などがあります。[ 86 ]
アーク溶接に必要な電力を供給するために、さまざまな電源装置が使用できます。最も一般的な溶接用電源装置は、定電流電源装置と定電圧電源装置です。アーク溶接では、アークの長さは電圧に直接関係し、入熱量は電流に関係します。定電流電源装置は、電圧が変動しても電流を比較的一定に保つことができるため、ガスタングステンアーク溶接や被覆アーク溶接などの手動溶接プロセスで最もよく使用されます。これは、手動溶接では電極を完全に安定させることが難しく、その結果、アークの長さ、ひいては電圧が変動する傾向があるため重要です。定電圧電源装置は電圧を一定に保ち、電流を変化させるため、ガス金属アーク溶接、フラックス入りワイヤアーク溶接、サブマージアーク溶接などの自動溶接プロセスで最もよく使用されます。これらのプロセスでは、ワイヤと母材間の距離の変動は電流の大きな変化によってすぐに修正されるため、アークの長さは一定に保たれます。例えば、ワイヤと基材が近づきすぎると、電流が急速に増加し、その結果熱が増加してワイヤの先端が溶け、元の分離距離に戻ります。[ 87 ]
アーク溶接では、使用する電流の種類が重要な役割を果たします。溶接電源は交流（AC）または直流（DC）を使用できます。[ 88 ] ACの欠点の1つである、ゼロクロスごとにアークを再点火する必要があるという事実は、通常の正弦波ではなく方形波パターンを生成する特殊な電源ユニットの発明によって解決され、迅速なゼロクロスが可能になり、問題の影響が最小限に抑えられています。[ 89 ]
直流溶接では、電極を機械の正極端子（DCEP）または負極端子（DCEN）に接続することで、電流の方向、つまり極性を変えることができます。[ 90 ]アークの熱の約70%は正極側に集中します。DCEPの場合、これはアークの熱の70%が電極に集中することを意味します。DCENの場合、熱の70%はワークピースに集中し、交流電流の場合は均等に分配されます。[ 91 ]
金属の種類、溶接方法、電極の種類によって、使用する電流と極性が決まります。[ 92 ]例えば、MIG溶接では非常に細い消耗電極を使用するため、ほとんどの場合DCEPで行われます。[ 93 ]フラックス入りワイヤ溶接では、DCENまたはDCEP用の消耗電極ワイヤに異なるフラックス材料を使用します。[ 94 ]スティック溶接は、DCEP、DCEN、交流で行われ、電流に合わせて異なる種類の溶接棒が使用されます。[ 95 ]
ガスタングステンアーク溶接などの非消耗電極プロセスでは、直流と交流の両方を使用できます。鋼のTIG溶接は通常DCENで行われます。これにより、高熱による電極の溶融を防ぎます。[ 96 ]より大きく耐熱性の高い電極を使用すると、マグネシウムなどの特定の金属に対してDCEPまたは交流を使用できます。この場合、ワークピースに衝突する電子が電気エッチングプロセスによって表面酸化物を分解し、金属を洗浄します。[ 97 ]
DCENは、非消耗電極プロセスにおいて、より深い溶け込みを実現する。[ 98 ]意外なことに、DCEPは消耗電極プロセスにおいて、より深い溶け込みを実現する。溶接棒のような消耗電極は、溶融池に溶け込み、ワークピースに熱を伝える。[ 99 ]
抵抗溶接は、母材の電気抵抗によって熱を発生させます。2つの電極が同時に使用され、金属板を押し付け、電流を流します。電極は通常、銅などの高導電性材料で作られています。母材の抵抗が高いため、高電流（1,000～100,000 A）が流れると、溶接部に溶融金属の小さなプールが形成されます。[ 100 ]
抵抗スポット溶接は、厚さ最大 3 mm の金属板を重ね合わせて接合する一般的な方法です 。この方法の利点としては、エネルギー効率が良い、ワークピースの変形が少ない、生産性が高い、自動化が容易、溶加材が不要などが挙げられます。溶接強度は他の溶接方法に比べてかなり低いため、このプロセスは特定の用途にのみ適しています。自動車産業では広く使用されており、一般的な自動車には産業用ロボットによって行われる数千箇所のスポット溶接が施されています。一般的に、抵抗溶接方法は効率的で汚染も少ないですが、用途がやや限定的で、設備コストが高くなる場合があります。ショット溶接と呼ばれる特殊なプロセスを使用してステンレス鋼をスポット溶接することができます。[ 100 ]
シーム溶接も、圧力と電流を加えて金属板を接合するために2つの電極に依存しています。ただし、尖った電極の代わりに、車輪状の電極が転がり、多くの場合ワークピースに供給されるため、長い連続溶接が可能になります。かつてはこのプロセスは飲料缶の製造に使用されていましたが、現在ではその用途はより限定されています。[ 100 ]その他の抵抗溶接方法には、突合せ溶接[ 101 ] 、フラッシュ溶接、プロジェクション溶接、アップセット溶接などがあります。[ 100 ]
エネルギービーム溶接法、すなわちレーザービーム溶接と電子ビーム溶接は、比較的新しいプロセスであり、高生産性の用途で非常に普及しています。この2つのプロセスは非常に似ており、最も顕著な違いは動力源です。レーザービーム溶接は高度に集束されたレーザービームを使用するのに対し、電子ビーム溶接は真空中で電子ビームを使用します。どちらも非常に高いエネルギー密度を持ち、深い溶接浸透が可能で、溶接領域のサイズを最小限に抑えることができます。どちらのプロセスも非常に高速で、容易に自動化できるため、生産性が非常に高くなります。主な欠点は、非常に高い装置コスト（ただし、これは低下傾向にあります）と熱割れに対する脆弱性です。この分野の開発には、レーザービーム溶接とアーク溶接の両方の原理を使用してさらに優れた溶接特性を実現するレーザーハイブリッド溶接、レーザークラッディング、およびX線溶接が含まれます。[ 102 ]
鍛接（発見された最も初期の溶接プロセス）と同様に、現代の溶接方法の中には、接合する材料を溶融させないものもある。最も一般的な方法の1つである超音波溶接は、金属または熱可塑性樹脂で作られた薄いシートやワイヤーを、高周波かつ高圧で振動させることによって接合するために使用される。[ 104 ]関連する装置と方法は抵抗溶接に似ているが、電流の代わりに振動がエネルギー入力となる。金属を溶接する場合、振動は水平方向に導入され、材料は溶融しない。融点が似ているはずのプラスチックの場合は、垂直方向に導入される。超音波溶接は、アルミニウムや銅で電気接続を作るためによく使用され、ポリマー溶接プロセスとしても非常に一般的である。[ 104 ]
もう1つの一般的なプロセスである爆発溶接は、極めて高い圧力で材料を押し付けて接合するものです。衝撃によるエネルギーによって材料が塑性化し、溶接部が形成されますが、発生する熱量は限られています。このプロセスは、船体のアルミニウムと炭素鋼の接合や、石油化学圧力容器のステンレス鋼またはチタンと炭素鋼の接合など、異種材料の溶接によく使用されます。[ 104 ]
その他の固体溶接プロセスには、摩擦溶接（摩擦攪拌溶接および摩擦攪拌スポット溶接を含む）[ 105 ] 、磁気パルス溶接[ 106 ] 、共押出溶接、冷間溶接、拡散接合、発熱溶接、高周波溶接、熱間加圧溶接、誘導溶接、およびロール接合[ 104 ]がある。
溶接部は、さまざまな方法で幾何学的に準備することができます。溶接継手の基本的なタイプは、突合せ継手、重ね継手、隅肉継手、端継手、および T 継手 (この最後の変形として十字形継手があります) の 5 つです。他にもバリエーションがあります。たとえば、ダブル V 準備継手は、2 つの材料がそれぞれ高さの半分で単一の中心点に向かってテーパー状になっているのが特徴です。シングル U およびダブル U 準備継手もかなり一般的です。シングル V およびダブル V 準備継手のように直線的なエッジではなく、曲線になって U の形を形成します。重ね継手は、一般的に 2 個以上の厚みがあり、使用するプロセスと材料の厚さによっては、重ね継手の形状で多くの部品を溶接することができます。[ 107 ]
多くの溶接プロセスでは、特定の継手設計の使用が求められます。例えば、抵抗スポット溶接、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接は、重ね継手に対して最も頻繁に行われます。被覆アーク溶接などの他の溶接方法は非常に汎用性が高く、事実上あらゆる種類の継手を溶接できます。また、一部のプロセスでは、1つの溶接部を冷却してから、その上に別の溶接を行う多層溶接を行うこともできます。これにより、例えば、単一V開先継手に配置された厚板の溶接が可能になります。[ 108 ]
溶接後、溶接部にはいくつかの異なる領域が識別できます。溶接部自体は溶融部と呼ばれ、より具体的には、溶接プロセス中に溶加材が置かれた場所です。溶融部の特性は、主に使用された溶加材と母材との適合性に依存します。溶融部は熱影響部に囲まれており、この領域は溶接によって微細構造と特性が変化した領域です。これらの特性は、熱にさらされたときの母材の挙動に依存します。この領域の金属は、母材と溶融部の両方よりも弱いことが多く、残留応力も存在します。[ 109 ]
溶接方法、エネルギー投入量と集中度、母材、溶加材、フラックス材の溶接性、接合部の設計、およびこれらの要因間の相互作用など、多くの異なる要因が溶接部とその周囲の材料の強度に影響を与えます。[ 110 ]
溶接の品質をテストするには、破壊試験法または非破壊試験法のいずれかが一般的に使用され、溶接部に欠陥がないこと、残留応力と歪みが許容レベルであること、および熱影響部（HAZ）の特性が許容範囲内であることを確認します。溶接欠陥の種類には、亀裂、歪み、ガス介在物（気孔）、非金属介在物、溶融不足、不完全溶け込み、層状裂け、アンダーカットなどがあります。[ 110 ]
金属加工業界では、溶接工、溶接検査員、エンジニア、管理者、および所有者に対し、適切な溶接技術、溶接の設計、溶接手順仕様の品質の判断方法、溶接を行う人の技能の判断方法、および溶接作業の品質の確保方法について指導するためのコードと仕様が制定されている。[ 110 ]
熱影響部（HAZ）は、溶接部を取り囲む環状領域であり、溶接プロセスの温度と不均一な加熱および冷却による応力が組み合わさって、合金の熱処理特性が変化します。溶接が溶接部周辺の材料に及ぼす影響は有害となる可能性があり、使用する材料と溶接プロセスの入熱量によっては、HAZのサイズと強度が変化することがあります。母材の熱拡散率が大きな役割を果たします。拡散率が高い場合、材料の冷却速度が速くなり、HAZは比較的小さくなります。逆に、拡散率が低いと冷却速度が遅くなり、HAZが大きくなります。溶接プロセスによって注入される熱量も重要な役割を果たします。酸素アセチレン溶接のようなプロセスでは、熱が集中しないため、HAZのサイズが大きくなります。レーザービーム溶接のようなプロセスでは、熱が高度に集中し、限られた量の熱が注入されるため、HAZは小さくなります。アーク溶接はこれら2つの極端な例の中間に位置し、個々のプロセスによって入熱量が多少異なります。[ 111 ] [ 112 ]アーク溶接手順の入熱量を計算するには、次の式を使用できます。
ここで、Q = 熱入力 ( kJ /mm )、V = 電圧 ( V )、I = 電流 ( A )、S = 溶接速度 ( mm/分 ) です。効率は使用する溶接プロセスによって異なり、被覆アーク溶接では 0.75、ガス金属アーク溶接とサブマージアーク溶接では 0.9、ガスタングステンアーク溶接では 0.8 です。[ 113 ]熱影響部で発生する応力と脆性を軽減する方法には、応力除去と焼き戻しがあります。[ 114 ]
熱影響部（HAZ）に関する潜在的な欠陥として、溶接部と母材の接合部における割れが挙げられます。これは、溶接部中の過剰な水素、高炭素鋼などの敏感な金属、または温度変化による応力によって発生する可能性があります。溶接中（加熱）の急速な膨張と、その後の収縮（冷却）により、材料が応力に耐えられず、割れが生じる可能性があります。HAZの割れは、溶接後2日後に発生することもあります。応力を制御する方法の1つは、予熱や後熱などの加熱および冷却速度を制御することです。[ 115 ]
さまざまな溶接後処理により、溶接部の強度を高めることができます。溶接部を平らに研削すると、溶接部と母材間の応力の移行がスムーズになり、接合部の疲労寿命が長くなります。 [ 116 ]溶接部をピーニング、つまり叩くと、表面が圧縮され、内部応力が低減され、耐食性が向上します。[ 117 ]ショットピーニングは、散弾銃の弾薬の中にある散弾のように、丸い金属ペレットを金属に吹き付けるもので、[ 118 ]ハンマーで叩くよりも効果的です。[ 119 ]衝撃によって溶接部を圧縮するもう1つの処理は、高周波衝撃処理（HFMI）で、高速の衝撃によって溶接面が滑らかになり、硬化します。[ 120 ]超音波衝撃処理は、機械的衝撃と超音波振動を組み合わせたHFMIの一種です。[ 121 ]
ほとんどの工学材料は、原子またはイオンが格子構造として知られる繰り返しの幾何学的パターンで配列された結晶性固体で構成されていますが、ガラスや非晶質ポリマーは顕著な例外です。[ 122 ]
結晶性固体の凝集力は、原子間に形成される化学結合に由来します。化学結合は、一般的にイオン結合または共有結合に分類されます。イオン結合では、電子が一方の原子から分離し、もう一方の原子に付着して反対の電荷を持つイオンを形成します。[ 122 ]共有結合は、2つ以上の原子が電子を共有するときに発生します。イオン結合と共有結合の両方において、イオンと電子の位置は互いに拘束されるため、このような材料は特徴的に脆くなります。[ 122 ]
金属結合は、金属原子間で起こる化学結合の一種です。原子は電子を失い、その電子は正イオンの配列間で共有されます。これらの移動可能な電子は、イオンの格子を自由に移動できます。これにより、金属は比較的高い熱伝導率と電気伝導率を持ち、ひび割れる前に曲がることができるという特徴的な延性を持ちます。[ 122 ]延性は、構造物が破壊することなく局所的な応力集中に耐えることができるようにすることで、構造物の完全性を確保する上で重要な要素です。さらに、構造物は許容できる強度を持つ必要があり、これは材料の降伏強度に関連しています。一般に、材料の降伏強度が増加すると、破壊靭性はそれに応じて減少します。[ 122 ]
破壊靭性の低下は、不純物の脆化効果、または体心立方金属の場合は温度の低下に起因することもあります。多くの金属、特に鋼には、許容できるノッチ延性を持ち、それ以下では脆くなる遷移温度範囲があります。遷移領域内では、破壊挙動は予測しにくくなります。破壊靭性の低下に伴い、破壊の外観も変化します。遷移温度を超えると、破壊は主に微小空隙の合体によって発生し、その結果、破壊は繊維状に見えます。温度が下がると、破壊には劈開面の兆候が現れます。これら2つの外観は肉眼で確認できます。鋼板の脆性破壊は、シェブロン模様として現れることがあります。亀裂表面のこれらの矢印状の隆起は、破壊の起点を示しています。[ 122 ]
破壊靭性は、ASTM E399などの規格で寸法が規定された、標準化されたノッチ付き疲労予き裂試験片を用いて測定されます。破壊靭性および関連する靭性特性は、以下の方法でも評価できます。
溶接作業の多くは工場や修理工場などの管理された環境で行われますが、一部の溶接プロセスは、屋外、水中、真空（宇宙など）といったさまざまな条件下で一般的に使用されています。建設や屋外修理などの屋外作業では、被覆アーク溶接が最も一般的なプロセスです。不活性ガスを使用して溶接部を保護するプロセスは、予測不可能な大気の動きによって溶接不良が発生する可能性があるため、このような状況では容易に使用できません。被覆アーク溶接は、船舶、海洋プラットフォーム、パイプラインの建設や修理における水中溶接にもよく使用されますが、フラックス入りワイヤアーク溶接やガスタングステンアーク溶接などの他の方法も一般的です。宇宙での溶接も可能です。1969年にソユーズ6号ミッションでロシアの宇宙飛行士が初めて試み、減圧環境下で被覆アーク溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接の実験を行いました。これらの方法のさらなるテストはその後数十年にわたって行われ、今日では研究者たちはレーザービーム溶接、抵抗溶接、摩擦溶接など、宇宙空間で他の溶接プロセスを使用する方法の開発を続けています。これらの分野の進歩は、地球上で製造された部品を宇宙空間で接合するために溶接に依存する可能性のある国際宇宙ステーションの建設のような将来の取り組みに役立つ可能性があります。[ 123 ]
溶接は、適切な予防措置を講じなければ危険で不健康になる可能性がある。[ 124 ]潜在的な安全上のリスクは、ヒューム、紫外線、熱、電流、振動から生じる。[ 125 ]新しい技術、安全な作業手順、適切な保護により、溶接による負傷や死亡のリスクが軽減される。[ 126 ]ステンレス鋼やその他のクロム含有合金鋼の溶接では、作業員が六価クロム化合物に曝される可能性がある。労働安全衛生局は、このような高温作業を職業上の六価クロム曝露の主要な原因として特定している。六価クロムは発がん性があり、呼吸器系、腎臓、肝臓、皮膚、目に影響を与える可能性がある。[ 127 ]
多くの一般的な溶接手順では裸火やアーク放電が伴うため、火傷や火災の危険性が高くなります。そのため、溶接は高温作業工程に分類されます。怪我を防ぐため、溶接作業者は極度の熱や炎への曝露を避けるため、厚手の革手袋や長袖の保護ジャケットなどの個人用保護具を着用します。ポリエステルなどの合成繊維の衣服は着用すべきではありません。 [ 128 ]ウールは綿よりも燃えにくいですが、デニムなどの密度の高い綿生地は衣服として十分です。ただし、溶融物が合成繊維に飛び散ると、生地を直接溶かして重度の火傷を引き起こします。[ 129 ]多くの溶接工程で圧縮ガスや炎を使用すると、爆発や火災の危険性があります。一般的な予防策としては、空気中の酸素量を制限したり、可燃物を作業場から遠ざけたりすることが挙げられます。[ 130 ]
アーク溶接では、強烈な可視光線と紫外線が発生します。一般的なガス金属アーク溶接では、溶接作業者に対する放射照度は5W/m 2であり、これは太陽光の何倍も明るいです。[ 131 ]これにより、アーク眼またはフラッシュバーンと呼ばれる状態が発生する可能性があり、紫外線が角膜の炎症を引き起こし、網膜を焼くことがあります。この暴露を防ぐために、紫外線を遮断する暗いフェイスプレートを備えた溶接ヘルメットが着用されます。[ 132 ]多くのヘルメットには、強烈な紫外線にさらされると瞬時に暗くなる自動遮光フェイスプレートが付属しています。[ 133 ]周囲の人を保護するために、溶接エリアはしばしば半透明の溶接カーテンで囲まれています。ポリ塩化ビニルプラスチックフィルムで作られたこれらのカーテンは、溶接エリア外の人々をアークの紫外線から保護しますが、ヘルメットで使用されているフィルターガラスの代わりにはなりません。[ 134 ]また、露出した皮膚を焼くこともあります。[ 135 ]酸素燃料溶接では発生する光が弱いため、紫外線フィルターが少なく、顔全体を保護しないゴーグルで十分です。 [ 136 ]
溶接は、材料の種類、溶接方法、その他の要因によって、100 dB(A) を超える騒音を発生させることがあります。[ 137 ] 85 dB(A) を超える場合は、耳栓を着用する必要があります。[ 138 ]長時間または継続的に高デシベルにさらされると、騒音性難聴を引き起こす可能性があります。[ 139 ]溶接作業者の手がしびれるほどの振動を発生させるプロセスは、個人用保護具では十分な保護を提供できないため、自動化されています。[ 140 ]
溶接作業者は、一酸化炭素、二酸化炭素、オゾンなどの有害な粒子状物質やガスにも頻繁にさらされます。自然換気はほとんどのガスのレベルを下げることができますが、能動換気とオゾンフィルター付きの呼吸器がない場合、オゾンレベルは安全限界を超える可能性があります。 [ 141 ]フラックス入りアーク溶接や被覆アーク溶接などのプロセスでは、さまざまな種類の酸化物の粒子を含む煙が発生します。[ 130 ]
エアロゾル粒子のサイズはヒュームの毒性に影響し、粒子が小さいほど危険性が高くなります。 [ 130 ]溶接ヒューム中の粒子のほとんどは、100ナノメートル（nm）から1マイクロメートル（μm）の範囲です。これらは容易に吸入され、嗅覚組織や呼吸器組織に付着します。[ 142 ]直径10μm以上の粒子は、鼻や喉の粘膜に付着しやすく、咳やくしゃみで排出される可能性があります。[ 143 ]直径10μm未満の粒子は肺に到達する可能性があります。粒子の直径が小さくなるにつれて、肺胞への沈着率が増加します。[ 144 ]ナノ粒子は肺の肺胞マクロファージに捕捉される可能性があります。[ 145 ]肺組織の瘢痕化である肺線維症が発生し、肺がんに発展する可能性があります。[ 146 ]直径 0.1 μm 未満の超微粒子は血液脳関門を通過して神経系の悪影響を引き起こす可能性があります。[ 147 ]溶接ヒューム中の粒子は 0.005μm と小さい場合があります。フラックス、熱、電流、金属の種類はすべて、吸入可能なヒューム粒子の量とサイズに影響を与えます。[ 148 ]
例えば、マンガン溶接ヒュームへの曝露は、低濃度（<0.2 mg/m 3）であっても、神経学的問題や肺、肝臓、腎臓、中枢神経系の損傷を引き起こす可能性があります。[ 149 ] 2006年の研究では、ラットを模擬溶接ヒューム（酸化マンガンエアロゾル）に曝露し、嗅球で最初に検出された汚染物質が線条体、皮質、小脳へと流れる様子を追跡しました。[ 150 ]
溶接ヒュームによる危険を軽減するための技術はいくつかあります。局所排気換気(LEV) ソリューションは、溶接エリアからヒューム、煙、粉塵を直接除去します。LEV の形態には、ダウンドラフトベンチ、ヒュームフード、ヒューム抽出溶接ガンなどがあります。ダウンドラフトベンチは、金属製の溶接テーブルの下に排気ダクトがあります。ヒューム抽出ガンには、溶接ノズルまで伸びる真空ホースがあります。可動式ヒュームフードは、溶接エリアの真上に配置できます。[ 151 ] [ 152 ]換気を行っても、呼吸器のリスクは依然として存在し、呼吸器によって さらに軽減できます。半面マスクのエラストマー製呼吸器や電動空気浄化呼吸器などの呼吸器は、微粒子吸入を大幅に減少させることが研究で示されています。[ 153 ]
工業プロセスとして、溶接のコストは製造上の意思決定において重要な役割を果たします。設備コスト、人件費、材料費、エネルギーコストなど、さまざまな変数が総コストに影響します。[ 154 ]プロセスによって設備コストは異なり、被覆アーク溶接や酸素燃料溶接などの方法では安価ですが、レーザービーム溶接や電子ビーム溶接などの方法では非常に高価になります。コストが高いため、大量生産の作業でのみ使用されます。同様に、自動化やロボットは設備コストを増加させるため、大量生産が必要な場合にのみ導入されます。人件費は、溶着速度（溶接速度）、時給、部品の取り付け、溶接、取り扱いにかかる時間を含む総作業時間によって決まります。材料費には、母材と溶加材のコスト、シールドガスのコストが含まれます。最後に、エネルギーコストはアーク時間と溶接電力需要によって決まります。[ 154 ]
手動溶接法では、一般的に総コストの大部分は人件費が占めます。そのため、多くのコスト削減策は作業時間の最小化に重点を置いています。そのためには、溶着速度の高い溶接手順を選択し、溶接パラメータを微調整して溶接速度を上げることができます。人件費を削減するために機械化や自動化がよく導入されますが、これによって設備コストが増加し、セットアップ時間も増えることがよくあります。特殊な特性が必要な場合は材料費が増加する傾向があり、エネルギーコストは通常、総溶接コストの数パーセントを超えることはありません。[ 154 ]
近年、大量生産製造における労働コストを最小限に抑えるため、工業用溶接はますます自動化が進んでおり、特に抵抗スポット溶接（特に自動車産業）やアーク溶接におけるロボットの使用が顕著である。ロボット溶接では、機械化された装置が材料を保持し、溶接を行う[ 155 ]。当初はスポット溶接が最も一般的な用途であったが、技術の進歩に伴いロボットアーク溶接の人気が高まっている。その他の研究開発の主要分野には、異種材料（例えば鋼とアルミニウム）の溶接や、摩擦攪拌、磁気パルス、伝導熱シーム、レーザーハイブリッド溶接などの新しい溶接プロセスが含まれる。さらに、航空宇宙産業や自動車産業など、より多くの用途でレーザービーム溶接のようなより特殊な方法を実用化するための進歩が求められている。研究者たちはまた、溶接部の予測不可能な特性、特に微細構造、残留応力、溶接部の亀裂や変形傾向をよりよく理解したいと考えている[ 156 ] 。
鉄骨建方業界で溶接の速度を加速させる傾向は、接合部の健全性を損なうリスクを伴う。溶接時に十分なアーク時間によって母材に適切な融合が得られない場合、プロジェクト検査官は溶融池溶接の有効直径を保証できず、実際の設置に立ち会わない限り公表されている耐荷重を保証することはできない。[ 157 ]溶融池溶接とも呼ばれるこれらのアークスポット溶接は、鋼製デッキをバージョイストに取り付ける一般的な方法となっている。[ 158 ]アメリカ溶接協会によれば、アークスポット溶接は、板厚の合計が0.15インチ（3.8 mm）未満の支持構造部材への鋼板の溶接に限定されるべきである。[ 159 ]実験によると、公表されているアークスポット溶接強度の式は、接合部の強度を過大評価するだけでなく、多くの場合、過小評価する可能性がある。[ 160 ]
プラスチックは一般的に「熱硬化性樹脂」と「熱可塑性樹脂」の2つのカテゴリーに分けられます。熱硬化性樹脂とは、最初にプラスチックを形成した後、化学反応によって分子結合が固定され、その後はプラスチックを劣化させることなく結合を再び切断できないプラスチックです。熱硬化性樹脂は溶融できません。したがって、熱硬化性樹脂が一度硬化すると溶接することは不可能です。熱硬化性樹脂の例としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、加硫ゴム、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂などがあります。[ 161 ]
一方、熱可塑性樹脂は長い分子鎖を形成し、それらはしばしばコイル状または絡み合って、長距離の結晶秩序のない非晶質構造を形成します。一部の熱可塑性樹脂は完全に非晶質ですが、他のものは部分的に結晶質/部分的に非晶質の構造を持っています。非晶質および半結晶性の熱可塑性樹脂はどちらもガラス転移を持ち、その温度以上で溶接が可能ですが、半結晶性にはガラス転移よりも高い特定の融点もあります。この融点を超えると、粘性のある液体は自由に流れる液体になります（熱可塑性樹脂のレオロジー溶接性を参照）。熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル（PVC）、およびテフロンやスペクトラロンなどのフッ素樹脂が挙げられます。[ 161 ]
熱可塑性樹脂を熱で溶接する方法は、ガラスの溶接と非常によく似ています。まず、プラスチックを洗浄し、ガラス転移温度まで加熱して、溶接界面を粘性の高い液体にします。次に、加熱された2つの界面を押し付け、分子間拡散によって分子を混合させ、1つに結合させます。その後、プラスチックをガラス転移温度まで冷却し、溶接部を固化させます。特定の種類の接合部には、溶加棒がよく使用されます。プラスチック溶接の主な違いは、加熱方法の種類、融点がはるかに低いこと、そしてプラスチックは過熱すると燃えるという事実です。プラスチックを燃やさずに溶接可能な温度まで加熱するためのさまざまな方法が考案されています。オーブンや電気加熱ツールを使用してプラスチックを溶かすことができます。超音波加熱、レーザー加熱、摩擦加熱も他の方法です。誘導加熱に反応する抵抗金属をプラスチックに埋め込むこともできます。プラスチックの中にはガラス転移温度よりも低い温度で燃え始めるものもあるため、加熱した不活性ガスをプラスチックに吹き付けて溶かし、同時に酸素から遮断することで溶接を行うことができる。[ 161 ]
多くの熱可塑性樹脂は化学溶剤を使用して溶接することもできます。溶剤がプラスチックに接触すると、プラスチックが軟化し始め、表面が濃い液体溶液になります。溶融した2つの表面を押し合わせると、溶液中の分子が混ざり合い、1つに結合します。溶剤はプラスチックに浸透できるため、溶剤はプラスチックの表面から蒸発し、溶接部が溶液から分離して固化します。溶剤溶接の一般的な用途は、配管工事でPVC（ポリ塩化ビニル）またはABS（アクリロニトリルブタジエンスチレン）パイプを接合すること、または模型の製作でスチレンとポリスチレンのプラスチックを溶接することです。溶剤溶接は、ガラス転移温度以下で燃焼するPVCなどのプラスチックに特に効果的ですが、化学分解に耐性のあるテフロンやポリエチレンなどのプラスチックには効果がない場合があります。[ 162 ]
