【初心者向け】溶接とは?溶接の種類や仕組みについてまるわかり

溶接している人

「これまで棚やベンチ、大きな物ではテーブルも作ってきた。」や「今年はレベルアップして鉄で何か作ってみたい。」そう思って調べると「溶接」は強度を出せてオススメです。

「溶接は家でできるのか。」、「どんな溶接方法があって、どの溶接が導入しやすいのか。」また、「危険ではないのか。」

この記事を読めば、お家DIYで溶接は可能なのか、導入しやすい溶接方法は何か、家で施工をするときの注意点などがわかります。

正しい知識を身に着けて、安全にお家DIYを楽しみましょう。

目次

 溶接とは

溶接とはいろいろな熱源で鋼材(主に鉄)を溶融して接合する方法です。※鉄の溶融温度(溶ける温度)は1100℃~1300℃。

今回は多くの工事現場で使用され、溶接の中でも比較的扱いやすいアーク溶接について取り上げます。

アーク溶接とは

アーク溶接は、鋼材に電流を流しアークを発生させ、その熱で材料を溶かして溶加材(接着剤になるもの)を用いて接合する技術です。

アーク溶接には鋼材同士を繋ぐ肉(ビード)になる溶加材を手で送る手溶接と、ワイヤー状の溶加材が自動的に送られる半自動溶接の、大きく分けて2つの溶接方法があります。

いずれも鋼材にマイナス電極(アース)を繋ぎ、作業者の持つ溶接機側(プラス電極)との間に発生させたアークによる熱で鋼材を溶融し、溶加材で繋ぐ工法です。

アーク溶接のメリット

アーク溶接のメリットは大きく5つあります。

  • 気密性を得やすい
  • 材料と工数のコストを削減できる
  • 短い時間で比較的簡単に接合できる
  • 騒音が少なくご近所迷惑になりにくい
  • 強度を出しやすい

お家DIYでは木工で作業することが多いですが、その際に問題になるのが騒音です。

特に大型の物を作るときは電動工具を使うので騒音は大きくなりがちです。その点、溶接の場合はバチバチという音と、ビードを研磨するサンダーの音くらいで、比較的小さな音で済みます。

また同じ目的の物を作った場合は、木工よりも少ない材料で強度を出しやすいので、溶接で制作した方がお財布にもやさしいです。

アーク溶接のデメリット

優れた点の多いアーク溶接ですが、欠点もあります。

お家DIYに溶接を導入する前にデメリットについても理解しておきましょう。

  • きれいな溶接をするためにはある程度の熟練が必要
  • 鋼材に熱が加わることで曲がりや歪みが発生する
  • 溶接中に有毒な煙(ヒューム)や紫外線が発生する

このようにメリットの多い溶接ですが、いくつの欠点があります。

しかしきれいな溶接をするといっても、お家DIYで施工する分には問題ないですし、サンダーで研磨するとある程度はごまかせます。はじめはうまく付けられなくても少しずつ上達するので、それも楽しみの1つです。

鋼材の歪みは熟練度に関係なく出ます。対策としては溶接するときに補強材を付ける、鋼材に合った出力で溶接するなどで多少歪みを抑えられます。

また、溶接の現場が3Kと言われる原因のヒュームと紫外線は保護具を着用して、しっかり対策することで健康への被害を少なくできます。

溶接はお家でもできる?

溶接はお家でも行えます。溶接機自体は大きなホームセンターに行くとDIYコーナーで売られていることがあります。

溶接に必要な溶加材や、仕上げに使用するサンダーも売られているので一緒に購入することをお勧めします。

また、電源は100Vの家庭用コンセントから取れる溶接機が多いので、それを選んで購入すると汎用性が高く便利です。

お家で溶接をするときの注意点

有毒な紫外線やヒュームから体を守るハンドシールドや防じんマスク、革手袋や保護メガネなどの保護具もホームセンターで入手できます。

溶接に慣れていない人は被り面を購入すると作業がしやすいです。

また、溶接は鋼材を溶かして接合する特性上、高熱が発生します。同時に火花も散り、高熱のスラグ(ビードを保護する被覆材)が落下し引火する場合があるので、火災には十分な対策が必要です。

火花や高温のスラグから可燃物を保護する防炎シートもホームセンターで売られているので、一緒に購入しておきます。

溶接は確実に養生し、安全に配慮すれば優れた工法です。お家DIYに溶接を導入して楽しく作業しましょう。

溶接の種類

アーク溶接には主に3つの溶接方法があります。

それぞれメリット・デメリットがあり、またこの溶接方法ではないと溶接出来ない素材もあるので、どんな素材を加工するのかをイメージしながら導入を検討するとよいでしょう。

被覆アーク(手棒)溶接

半自動溶接が普及する前は、多くの工事現場で被覆アーク溶接が主流でした。

被覆アーク溶接は屋外での作業がしやすい、導入コストが低いなどのメリットがあります

同時に強度が出にくい、技術を要するなどのデメリットもあります。

アーク溶接の基本となる被覆アーク溶接のメリット・デメリットを詳しく見ていきましょう。

被覆アーク溶接のメリット

溶接の現場で長く使われてきた被覆アーク溶接ですが、今でも使われるメリットがあります。

風のある環境でも作業ができる

後述する2つの溶接方法と違い、ガスによるシールドではありません。

心線を覆う被覆材が気化することでシールドになるので風があっても作業が可能です。

工場ではなく外で作業することになるDIYでは大きなメリットです。

導入コストが低く、メンテナンスが簡単

被覆アーク溶接はロの字型の鉄心に電流を流し、真ん中にある稼働鉄心を移動させ抵抗値を変化させ出力の調整をします(これが現場で抵抗器と呼ばれる所以です)。

構造がシンプルなので機械自体の価格が安く、故障しにくいといったメリットがあります。

被覆アーク溶接はアークで溶けた接合部を保護する被覆材(フラックス)がビードになる棒(心線)に塗り固められています。

その被覆材が熱で溶け気化し、接合部を空気から保護します。

ガスシールドを使う溶接よりも風に強いので、屋外で作業するDIY向きです。

被覆アーク溶接のデメリット

お家DIY向きな被覆アーク溶接ですがデメリットもあります。

強度が出にくい

半自動溶接に比べ溶け込みが浅く、強度が出にくいです。

出力を高くすると深い溶け込みを得られますが、被覆アーク溶接は母材が高温になるとビードがきれいにならないデメリットが出てきます。

きれいなビードを付けるには技術が必要

サンダーである程度まで仕上げられますが、きれいなビードを付けるには練習が必要です。けれど下向き溶接をする分にはすぐに慣れます。

デメリットに挙げたきれいなビードですが、後述する半自動溶接よりもフラットな溶接面になるので、熟練するとより見た目のよいものが作れるようになります。

おすすめの被覆アーク溶接機

SUZUKID 【ネット限定モデル】直流インバーターアーク溶接機 STK-80

溶接機メーカー『スター電器製造株式会社』から誕生したブランド『SUZUKID』より発売された初心者向け被覆アーク溶接機です。

価格帯リーズナブルで、「まずは溶接してみたい」という方にオススメです。

直流インバーターなのでアークも安定しており、小型・軽量となっております。

SUZUKID 直流インバーターアーク溶接機 STK-140

「STK-80」の上位モデルで100V/200V対応の「STK-140」です。

大きさ・重量がほぼ変わらず、性能が向上しているので200Vも使用が可能な方にはオススメです。

HAIGE インバーター溶接機 HG-MMA-140D

HAIGEから出ている「HG-MMA-140D」です。

デジタル表示で電流調整がしやすく、小型・軽量となっています。

また、ワイヤーブラシも付属されているのも魅力のひとつです。

半自動溶接

現在、溶接の現場で主流になっている溶接方法です。

半自動溶接の「半自動」は、トーチのスイッチを押すと電極になるワイヤーが自動的に送られ、溶接をすることから名付けられました。

またワイヤーは送られて来ますが、トーチを進めるのは手動なので「半」とつけられました。

半自動溶接は溶接時のビードを外気から遮断するためにガスシールドを使用します。

ガスシールドには3種類あります。

それぞれの特徴を抑えておきましょう。

  • CO2溶接:炭酸ガスを使用します。使用鋼材は主に鉄です
  • MAG溶接:アルゴン80%、炭酸ガス20%を使用します。使用鋼材は主にステンレスと鉄です
  • MIG溶接:アルゴンを使用します。使用鋼材は主にアルミとステンレス。きれいな仕上がりにするには熟練した技術が必要です

現在溶接の現場で主流になっている半自動溶接ですが、メリットとデメリットもあります。

詳しく見ていきましょう。

半自動溶接のメリット

現在主流になっているだけあった半自動溶接には多くのメリットがあります。

メリットを活かして確実な溶接を目指しましょう。

強度を得やすい

被覆アーク溶接や後述するTIG溶接と比較して、同じ溶接面でより高い強度を得ることができます

それは高出力での溶接が可能なのと、スラグの少ないソリッドワイヤを使用するとその特性で溶け込みが深くなります。

作業コストを抑えたいお家DIYでは大きなメリットです。

連続溶接が可能

ワイヤーが連続で送られてくるので、溶加材を持ち変えずに溶接出来ます。

連続溶接ができるので時間を短縮でき、休日にだけ作業するDIYでも作業が捗ります。

ビードの盛り上りがよい

被覆アーク溶接と比較して単位時間の溶融量が多いので、ビードが盛り上がってくれます。

溶接する面に多少隙間があっても溶接できるので、仮付けの制度が高くなくても溶接が可能です。

全姿勢で溶接が可能

ワイヤーの種類によりますが、ワイヤーを交換せずに下向きや縦方向、上向き溶接をすることが可能です。

また、下向きに特化したワイヤーではブローホールが少なかったり、よりビードの盛り上がりがよかったりするものもあります。

半自動溶接のデメリット

優れた点の多い半自動溶接にもデメリットがあります。

導入の際はメリットばかりに目を奪われず、デメリットにも注目することが大切です。

導入コストがかかる

装置自体が被覆アーク溶接と比較して高価な点がデメリットです。

溶接機には多くの電子部品が使用されてるので保管する際も注意が必要です。

ランニングコストがかかる

半自動溶接は基本的にガスシールドを使うので(ノンガスもありますが作業性が落ちます)ボンベに入ったガスを用意する必要があります。

無くなると溶接できなくなるので予備を保管する場所の確保も必要です。

SUZUKID インバータノンガス半自動溶接機 SBD-80

「初心者・半自動溶接」といえばこの機種「SBD-80」。

直流インバーターなので小型・軽量でアークも安定しおり、初心者に使いやすい機種となっております。

もちろん家庭用コンセントからの使用も可能となっております。

HAIGE インバータノンガス半自動溶接機 HG-MAGMMA-100A

HG-MAGMMA-100Aは半自動のみではなく、手棒溶接も可能となります。

この後、説明するSAYI-80Nのように「シナジー機能」などは搭載していませんが、その分、価格はリーズナブルとなっています。

また、ワイヤーやブラシなど役立つ付属品もたくさんついているのでオススメです。

SUZUKID インバータノンガス半自動溶接機 SAYI-80N

2020年度のグッドデザイン賞にも受賞された100V専用インバータノンガス半自動溶接機で手棒にも対応しています。

シナジー機能という溶接材質・板厚・ワイヤー径で最適な溶接電流・電圧を設定してくれるので初心者にはオススメな機能です。

TIG溶接

TIG溶接(ティグと読みます)はこれまで紹介した溶接方法と異なり、電極と溶加材が別になっています。

TIG溶接はアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスでシールドしながら溶接します。

溶け込みが浅い反面、フラットできれいなビードが付きやすいのがメリットです。

通常の溶加材を使用する「コールドワイヤ法」と溶加材を加熱した状態で使用する「ホットワイヤ法」があります。

ホットワイヤ法は溶加材に電流を流し加熱しているので、同じ時間での作業量を増やすことができ、溶け込みも深くなるので高品質な溶接が可能になります。

また機器のスイッチで交流と直流両方の出力に対応していて、1つの機械で鉄やステンレスだけでなく、アルミなどさまざまな素材を溶接することが可能です。

TIG溶接のメリット

TIG溶接のメリットは以下の4点です。

詳しく見ていきましょう。

きれいなビードが付けやすい

不活性ガスを使用することでアークが安定し、きれいなビードが付けやすいです。

同時にスパッタも飛びにくく仕上げの手間が少なく済みます。

さまざまな素材を溶接できる

電極が高温に耐えるタングステンなので、融点の高い素材の溶接が可能です。

また交流直流を切り替えられるので鉄だけでなく、アルミの溶接もできます。

長い時間溶接ができる

溶接をしているときに発生する熱が比較的少ないので手元が熱くなりにくいので、長い時間溶接できます。

熱による歪みが少ない

母材にかかる熱が少ないので歪みを抑えることができます。補強は必要ですが大がかりな補強は必要なく、精度の高い作業が可能です

TIG溶接のデメリット

きれいなビードが付けられ熱による歪みが少ないTIG溶接ですが、デメリットもあります。

デメリットを把握して導入の検討に役立ててください。

両手を使った作業

利き手に電極、反対の手に溶加材を持って作業するので、ここまで紹介した溶接方法の中では難易度は高いと言えます。

電極は母材を溶融させるために動かす(ウィービング)し、溶加材は適時送らなければいけません。

できる人には簡単ですが、筆者は苦労しました。

溶込みが少ない

溶加材と溶融する電極が別なので母材を深く溶かすことができません。

しかし大型構造物でない限り深部までの溶け込みは必要ないです。

また先述したホットワイヤ法を採用すると溶け込みを深くできますが、お家DIYでの導入は現実的ではありません。

DIYで溶接資格は必要?

結論から言うとDIYで溶接するにあたって、資格は必要ありません。

溶接の現場でも見習工としての募集があることからもわかります。

ただ、先に述べたように電気を使うと火花が散り、火災の危険性があるので高い安全意識が必要です。

それら安全に関する知識を身に着けるため「アーク溶接特別教育」を受ける機会があれば受けてみるのもよいかもしれません。

ほかに「溶接技能者評価試験」があるので、溶接に慣れてきたら自分がどれだけの溶接が出来ているのか、腕試しに挑戦してみるのもよいでしょう。

趣味で溶接の資格を取るメリット・デメリット

お家DIYで溶接をする分には資格取得の必要はありません。資格取得のデメリットはこの点くらいです。逆にメリットは大きく、下記のような効果があります。

安全作業の担保

会社で溶接をするときに受ける「アーク溶接特別教育」があります。個人でも受けられるので機会があれば受けておくとよいでしょう。事故を起こしては楽しいDIYがだいなしです。安全を担保しましょう。

溶接技術の向上

どの溶接方法もきれいな仕上がりにしようとすると一定の習熟が必要です。技術を高めるために練習しますが、闇雲に繰り返しても時間がかかってしまいます。資格取得の勉強をすることで理論的に溶接を学び、効率よく習熟度を高めましょう。

仕事を頼まれる

資格を取ることは趣味や見習ではなく「プロ」になったことを意味します。資格1つで事業を起こすのは難しいですが、友人知人から「資格あるんだって」と依頼されることがあります。

このようにお家DIYでも資格を取得するメリットは大きく、場合によっては作業を依頼されることがあります。何より知識が付き、成長できるのがうれしいですね。

まとめ

ここまで溶接の現場で多く扱われているアーク溶接を紹介してきました。

溶接に限ったことではありませんが、極めようとすれば難易度は上がります。

けれどDIYで作業する分にはお家でも施工することができます。

そのなかでもメンテナンスやランニングコストの面で被覆アーク溶接が導入しやすく、おすすめです。

溶接は作業性がよく、強度を得やすいので大きな物を作るのに適しています。

本格的なDIYに取り組んでいる人には魅力的な工法ですね。

反面、火傷や火災など危険が伴うので対策は十分に行い、余裕があればぜひ資格取得を目指してください。

作業性の高い溶接を導入して、安全に楽しくDIYしましょう。

溶接している人

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