TIG溶接機
TIG溶接機は、非消耗電極であるタングステン電極を用い、アルゴンなどの不活性ガスで溶融池をシールドして行うアーク溶接装置である。アーク安定性と熱入力の精密制御に優れ、薄板から中厚板までの高品質なビード形成に適し、ステンレス鋼やアルミニウム、チタンなど反応性の高い金属の溶接に広く用いられる。電源制御、トーチ、ガス流量制御、冷却、リモート電流調整などで構成され、AC/DC両用機ではアルミニウムの酸化膜除去と溶け込みを両立できる。
原理と特徴
GTAW（Gas Tungsten Arc Welding）とも呼ばれ、タングステン電極と母材間にアークを発生させ、その熱で母材を溶融する。フィラーワイヤは必要に応じて手動で供給する方式であり、他法に比べ入熱と凝固過程の見える化が容易で、溶接部の欠陥管理がしやすい。飛散スパッタがほぼ発生せず、仕上げ工数を低減できることも利点である。
構成要素
- インバータ電源：PWM制御によりアーク応答性とパルス機能を実現する。
- TIGトーチ：空冷式と水冷式があり、定格電流と連続作業時間で選定する。
- タングステン電極：純タングステン、トリア入り、ランタン入り等、材質と先端角度でアーク形状が変わる。
- シールドガス系：流量計・減圧器・ホースで構成し、主にアルゴンを用いる。
- 冷却装置：水冷トーチ用チラー。高電流や長時間溶接で必須。
- リモート装置：フットペダルやトーチスイッチ（2T/4T）で電流を微調整する。
電源モードと始動方式
DCEN（直流正極性：電極マイナス）は鉄系・ステンレス鋼・チタンに適し、深い溶け込みを得る。ACはアルミニウム・マグネシウム向けで、EP/ENの比（クリーン比）とAC周波数を調整し、酸化膜除去と溶け込みを最適化する。始動はHF（高周波）始動が主流で、電極接触なしでアークを安定点火できる。周囲機器へのノイズ配慮が必要な場合はLIFT始動を用いる。
パルスTIGの活用
ベース電流とピーク電流を周期的に切替えるパルス機能は、入熱低減と溶融池の安定化に有効である。薄板・立向き・天井向きなど位置不利な姿勢でもビード形状を保ちやすく、熱歪みとポロシティの抑制に寄与する。周波数、デューティ比、ピーク時上昇/下降スロープを適切に設定する。
適用材料と板厚レンジ
- ステンレス鋼：低入熱で焼け幅を抑制し、衛生配管や薄肉パイプに適する。
- アルミニウム：ACモードと適切なクリーン比で酸化膜を除去しつつビードを整える。
- チタン・ニッケル合金：高純度シールドとバックシールドで反応を抑え、気密性を確保する。
トーチ操作とタングステンの管理
トーチ角度は進行方向に対し10〜15°が目安で、電極先端からアーク長は短く保つ。タングステンは先端角度（例：60〜90°）や研磨筋の方向がアーク集中度に影響する。汚染や溶着が発生した場合は直ちに再研磨し、電極突出量とガスレンズの組合せでガス被覆を最適化する。
シールドガスと流量
一般にアルゴンを用い、薄板・小電流では8〜12L/minを起点とし、ノズル径・風の影響・開先形状に応じて調整する。高熱伝導材や厚板ではヘリウムやアルゴン/ヘリウム混合を検討する。裏波品質が重要な配管や薄板溶接ではパージ（バックシールド）を行い、酸化や窒化を防止する。
品質管理と代表欠陥
- ポロシティ：ガス被覆不良、油分・水分、過大入熱が原因。前処理と流量、トーチワークを見直す。
- アンダーカット：過大速度やトーチ角度不良に起因。電流と移動速度の整合を図る。
- 溶け込み不足：電流不足、アーク長過大、AC設定不適合。ピーク電流やAC周波数を最適化。
- 熱歪み：パルス活用、拘束治具、対称溶接で抑制する。
安全と環境配慮
紫外線・赤外線対策として適正遮光度の面を使用し、皮膚保護具を着用する。アルゴンは不活性であるが空気より重く、密閉空間では窒息の危険があるため換気を徹底する。HF始動時の電磁ノイズは計測機器やIT機器に影響し得るため、アースとケーブル取り回し、機器配置を適切にする。
保守・点検と消耗品管理
トーチのOリング、コレット・コレットボディ、ガスレンズ、セラミックノズルは定期点検し、摩耗や割れを交換する。水冷式では冷却水の導電率・補充・漏れを確認する。電源側はファン・ダクトの清掃とフィルタ管理を行い、端子の緩みや絶縁劣化を点検する。
周辺機器と治具
- フットペダル：溶融池観察に合わせて実時間で電流を上下できる。
- ロータリーポジショナ：円周溶接の一定速度化でビード均一化。
- パージ治具：配管内の酸素濃度を低下させ、裏波の銀色仕上げを実現する。
- 自動トーチトラベラ：長尺継手で速度の均一化と作業者負荷の軽減に寄与。
選定指標
最大出力と定格使用率、AC機能（クリーン比・周波数・バランス可変）、パルスレンジ、始動方式（HF/LIFT）、冷却方式（空冷/水冷）、リモート端子の有無、メンテ性、入力電源（単相/三相・電圧）を確認する。想定母材・板厚・生産タクトから必要電流と熱入力幅を逆算し、余裕度をもって機種を決める。
施工手順の要点
- 前処理：脱脂・酸化皮膜除去・開先整形を確実に行う。
- タングステン準備：材質と先端角を用途に合わせて研磨し、突出量を設定。
- 試運転：ガスプレフロー・ポストフロー、パルス条件、ACバランスを確認。
- 本溶接：アーク長を短く、視線は溶融池端部に置き、必要に応じてフィラーを点滴的に供給。
- 後処理：変色域の酸洗・パス復元、外観・寸法・浸透探傷等で品質を検証する。
トラブルシューティングの勘所
ビードが荒れる場合はガスレンズ導入とノズル径拡大、風防対策を先行する。アルミの黒ずみはACクリーン比不足や汚染が原因であり、ワイヤブラシ前処理とACバランス見直しが有効である。先端ボール化は過大電流や極性誤りの徴候であり、設定と電極径の再確認を行う。
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