ガス電気溶接

ガス電気溶接

タングステン電極と管材の間に電気アークが発生します。アークの熱の集中が燃焼ゾーンの小さな部分に集中するため、エッジが非常に速く溶けます。溶接プールは、溶接ビードが形成されるまで不活性ガスの層で空気から保護され、金属の酸化を防ぎます。ビードは自然に結晶化し、エッジは押し潰されません。ビードは、鋸歯状のバリなしで高品質かつ頑丈です。

溶接技術

3〜5mmの直径のタングステン電極に加えて、溶接部にガスを供給するためのセラミックノズルが必要です。ヒーターは、長手方向（ビードに平行）および垂直・横方向に調整可能な装置を備えた溶接ヘッドに取り付けられます。溶接は180〜360 Hzの周波数で交流によって行われますが、通常は直流が使用されます。溶接材料に応じて、アークの陽極スポットの高温を考慮して異なる極性を持たせることができます。交流はアークの熱出力を上げますが、安定性を損ないます。

非常に薄肉管の溶接

特徴は非常に正確なエッジ合わせにあります。これは、支柱ローラーの代わりに、可変径の通過孔を持つスリッドノズルを設置することによって達成されます。溶接プールの保護と冷却は、アルゴン、ヘリウム、またはそれらを基にしたガス混合物で行われます。ヘリウムは、アークと熱伝導を容易に安定させるため、最も適しています。しかし、ヘリウムは密度が低いためすぐに拡散します。アルゴンは空気よりも密度が高く、経済的に消費され、より信頼できる保護を提供し、さらに安価です。アルゴンアーク溶接は広く普及しています。

バリ

もう一つの重要な課題は、チューブの表面以上にビードが突出しない「バリ」が最小限のチューブを製造することです。溶接プールは表面張力によって吊り下げられています。チューブが厚いほど、溶接プールの重さも増し、内部に垂れ下がります。垂直力を追加し、酸化を防ぐために、チューブの空洞にアルゴンが導入され、これにより少しの「バリ」を持つ溶接管を作成し、HPTミルに使用されます。

欠点

アルゴンアーク法の主な欠点は、溶接速度が0.01〜0.03 m/sと低いことです。特に薄肉管の溶接速度は0.01 m/sです。これは、エッジの変形や溶け落ちる可能性のある限界熱出力、ならびに溶融金属が固化するまでの時間に起因します。

最適化

溶接を加速するため、エッジは高周波インダクタを使用して150〜200°Cに予熱されます。溶接速度をさらに上げるために、プラズマトーチが使用されます。それにより、マイクロプラズマ溶接と閉じた圧縮アーク溶接を行います。このアークは、トーチ内に電極を設置し、アークの燃焼直径3 mmのノズルを形成することによって得られます。この開口部からもプラズマ生成ガスが放出されます。アークは電極とエッジの間で点火し（いわゆる直接アーク）、アルゴンがノズルの出口でアークを絶縁し圧縮します。アークの電流密度が増し、ガスがイオン化されてプラズマに変わります。このアークの中間部では温度が1500−3000°Cに達します。加熱スポットが2倍以上小さくなるため、同じ熱伝導率で電流密度を2倍に増加させることにより、溶接がほぼ2倍速くなります。

マイクロプラズマ溶接の使用

これにより、12x18n10tの特に薄肉のチューブが作られます。ノズルと電極の最小直径1 mmで、アークの圧縮度と電流密度の集中が大きく、弱電源でアークが点火されます。プラズマジェットを形成する際にこのアークを切り離し、電圧をチューブに切り替えることで、直接プラズマアークが形成されます。狭い加熱スポットにより、エッジが歪むことなく、狭いビードが生成されます。

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