溶接は、他の永久接合プロセスにほぼ取って代わる、高速で信頼性の高い接合技術の1つである。 溶接は、熱、圧力および充填材を使用して、または使用せずに、2つ以上の材料を恒久的に組み立てることができる接合プロセスの1つとして定義することができます。 金属だけでなく、プラスチックやセラミックスなど他の材料の接合にも圧倒的に利用されている。 様々な材料を様々な方法で接合するニーズに応えるため、多くの溶接プロセスが存在し、それらは大きく分けて、溶融溶接と固体溶接に分類される。 溶融溶接は、外部から熱を加えて母材を溶かし、合体を形成するものである。 熱の与え方は、アーク、ガス炎、抵抗加熱、高エネルギービームなどさまざまである。
したがって、アーク溶接、ガス溶接、抵抗溶接、高エネルギービーム溶接はすべて溶融溶接の範囲に含まれることになる。 アーク溶接では、尖った電極と導電性の母材との間に電気アークが構成される。 このアークが、溶接面や溶加金属を溶かすための主要な熱源となる。 このようなプロセスは数多く存在するが、いずれも基本原理は同じでも、手順、利点、制限、適用可能な領域などが大きく異なる。 シールドメタルアーク溶接（SMAW）、ガスメタルアーク溶接（GMAW）、ガスタングステンアーク溶接（GTAW）の3つがこのアーク溶接プロセスで、それぞれが他のプロセスよりも優れた点を備えている。 SMAW、GMAWおよびGTAW溶接プロセスの違いを以下に説明します。
消耗電極と非消耗電極。 電極は、電気アークを確立し維持するために、すべてのアーク溶接プロセスに不可欠である。 このような電極には、消費型と非消費型の2種類があります。 消耗型電極は、溶接中にアーク加熱により溶融し、最終的に接合部の不可欠な部分となる溶接ビード上に堆積する。 これに対し、消耗電極は溶接中に溶け落ちることがなく、そのままの状態で残ります。 アーク溶接は、1種類の電極で行う。 電極の消耗性と非消耗性に関して、SMAW、GMAW、GTAW溶接プロセスの比較を以下に示します。
- SMAW-Consumable electrode.
- GMAW-Consumable electrode.
- GTAW-Non-consumable electrode.
フィラーの適用：フィラーは消耗性電極と非消耗性電極に分けられます。 ルートギャップを埋めるために溶加材を供給する必要があります。 ルートギャップがかなり大きい場合(>2mm)や、エッジが準備されている場合は、フィラーを適用する必要があります。 消耗電極の場合、電極自体が溶融し、溶接ビード上に堆積する。 従って、フィラーを追加で供給する必要はありません。 このような電極はフィラーとして作用し、電極の送り速度を制御してフィラーの析出速度を操作することができます。 逆に、非消耗型電極は、溶接ビード上にフィラーを供給しません。 したがって、フィラーが必要な場合、それは別途供給されなければなりません。
- SMAW -フィラー兼電極は長さ2〜3フィートの小径ストレートロッドの形をしている。 したがって、それは頻繁に交換し、プロセスの中断を必要とする。
- GMAW -フィラー兼電極はワイヤープールに巻きされている小径線の形である。 このため、電極交換のための中断がなく、長時間連続して溶接を行うことができます。 この電極は機械的に連続供給されます。
- GTAW-電極は消耗品ではありません。 フィラーの追加は通常、短くて小さな直径の棒の形で行われるため、フィラー交換のために頻繁に停止する必要があります。
希望する溶接方法。 アーク溶接には3つのモードがあります。 前述したようにルートギャップが非常に小さい場合や母材が薄い場合には溶加材を供給する必要はない。 溶加材を供給しないで溶接する場合を自生モードという。 しかし，フィラーを塗布し，フィラーの金属組成が親部材の金属組成に近い場合は，均質モードと呼ばれる． フィラーの金属組成が母材と大きく異なる場合，不均質モードと呼ばれる．
- SMAW-Filler は消耗電極のため、このプロセスには固有のものである。 そのため、自生モードは不可能である。 それは主に均質な溶接に適しています。
- GMAW – SMAWと同様に、フィラーは消耗電極のため、このプロセスに固有である。 そのため、自生モードは不可能です。
- GTAW-電極は消耗品ではありません。 そのため、自生モードは可能で、実はTIG溶接はこのモードのみに適しています。 しかし、最適なプロセスパラメータを使用することにより、均質および不均質溶接に適用することもできます。 電極材料：すべてのアーク溶接プロセスの電極材料は、良好な導電性、良好な電子放射率、所望の融点など、いくつかの基本的な特性を有している必要があります。 また、溶加棒は母材と相性が良くなければ、溶接不良の原因となる。 従って、消耗電極の場合、母材との相性を考慮して電極材料を選択する必要があります。
- SMAW- 電極は、ほとんどが鉄系材料でできています。 電極材料の種類は少ない。 したがって、それは鉄のコンポーネントのみの均質な接合に適しています。
- GMAW -電極材料の多種多様な市場で入手可能である。 ほとんどの電極が鉄であるが、彼らの冶金の組成はハーネス望ましい result.
- GTAW-This の電極はタングステンだけでなされます変化させることができます。 これは、電極が非消耗品であるため、母材または金属フィラーに関係なくです。 タングステンは最も高い融点（3422℃）を持っています。 他の所望の特性はまた、小さな割合で合金元素を添加することによって操作することができます。 例えば、トリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、ジルコニアなどは、電子放射率、電極の侵食、等
コートまたは裸電極のような様々な溶接特性を改善するためにタングステンで追加されています。 電極は、酸化や大気汚染から保護するためにコーティングすることができます。 酸化防止以外にも、シールドガスの供給、スパッタの低減、アークの安定化、溶接ビードへの化学元素の導入などの利点があります。 しかし、コーティングされた電極は高価であり、経時的に損傷しやすい。
- SMAW- 厚いフラックス・コーティングを施した電極を使用します。
- GMAW – フラックスコーティングは電極に使用できません。 しかし、安定した材料の薄いコーティングは、酸化から電極材料を保護するために適用されます。
- GTAW -裸のタングステン電極を使用します。
SHIELDING GAS SUPPLY（シールドガス供給）-電極にコーティングを施さない。 シールド・ガス供給： アーク溶接では、溶接部から酸素を追い出し、溶接ビードを囲む不活性ガスの包囲網を作るためにシールド・ガスが供給される。 その主な役割は、高温の溶接ビードを酸化から保護することである。
- SMAW- 電極のフラックス被覆が溶接中に分解してシールド・ガスを発生させる。
- GMAW-Shielding gas (inert or active) is supplies from gas cylinder.
- GTAW-Inert shield gas is supplied from gas cylinder.
Spatter problem: Spatter is small droplets of molten filer metal which is caused by scattering of arc and comes out from the welding zone. GMAW-シールドガスが溶接部に供給されない。 このスパッタは溶加棒の脱落を招き、溶加棒の付着量が不均一になり、負の補強や寸法精度など様々な溶接欠陥の原因となることがある。
- SMAW- 最適なプロセスパラメータを設定しても過度のスパッタが発生する。
- GMAW- スパッタも発生するが、最適なプロセスパラメータのセットを使用することによって減らすことができる。 シールド金属アーク溶接は手動で行われるため、手動金属アーク溶接（MMAW）とも呼ばれる。 ガスメタルアーク溶接は、電極線が機械化された配置でスプールから連続的に供給され、同時にトーチが別の自動車両で移動されるため、簡単に自動化することができる。 ガスタングステンアーク溶接は、一般的に手動で行われるが、特にトーチの移動は自動化することが可能である。 自動化されたプロセスは速く、より生産的であるが、手動プロセスはより柔軟であり、事実上そのアプリケーションのための場所の制限を有しない。 生産性と品質の問題：SMAWは、良好な品質の接合部を提供しません。 したがって、それは主に家庭や一般的な産業要件に実施されています。 電極の頻繁な交換は、プロセスの中断を引き起こし、したがって、それは長い溶接の要件には適していません。 GMAWは生産性が高く、長時間の連続溶接が可能である。 自動化も容易です。 体積溶着率も非常に高い。 したがって、ルートギャップが広い場合、エッジがUまたはV字型に準備されている場合、長時間の接合要求、あるいはクラッディングに適しています。 欠陥は少ないが、接合品質はあまり良くない。 また、スパッタは溶接ビードの外観を損ねる。 品質面では、GTAWが3つの中で最も優れている。 品質的にはGTAWが最も優れており、継手外観も良好である。 本稿では、被覆アーク溶接（SMAW）、ガスメタルアーク溶接（GMAW）、ガスタングステンアーク溶接（GTAW）の科学的な比較を行ったが、GTAWは欠陥が少ないが、溶着率が比較的低い。 また、以下の参考文献をご覧いただくと、より理解が深まると思います。