溶接プロセスの選択は重要ですが、最も熟練した技術でも不適切な電源を補うことはできません。この記事では、専門家が最適な結果を得るために特定の溶接プロセスに機器を適合させるのに役立つ溶接電源についてわかりやすく説明します。

溶接プロセスの選択は、主に溶接の特性、材料の種類、形状と厚さ、および接合部の設計によって決まります。溶接速度や品質などの生産要件も考慮する必要があります。溶接プロセスを確立した後にのみ、電源と補助装置を選択する必要があります。溶接プロセスは依然として電源選択の主要な要素です。

このガイドは、過去 10 年間で成熟した溶接技術のための電源の選択に焦点を当てています。かつては、これらの方法は特殊化されているか、大量生産に限定されていると考えられていましたが、現在ではほぼすべての金属製造分野で使用されています。以前は溶接が難しかった金属の製造が増加し、先進的なプロセスによる経済性と品質上の利点が相まって、小規模の金属製造工場でもこれらの技術を利用できるようになりました。

これらのプロセスでは、従来のシールド付き金属アーク溶接 (SMAW) よりも複雑な電力と制御要件が必要になります。ほとんどの冶金学者や溶接技術者は電気の専門家ではないため、適切な電源を選択するのは困難な場合があります。生産溶接プロセスの電力要件のこの検討は、これらの技術的考慮事項を明確にすることを目的としています。

定電流 (CC) システムと定電圧 (CV) システムという 2 つの基本的な電源タイプが溶接アプリケーションに大きく影響し、それぞれが特定のプロセスとアプリケーションに適しています。

• 定電流 (CC) 電源:溶接電流が増加すると電圧が降下し、特徴的な垂下電圧 - アンペア出力曲線が形成されるため、「垂下」機械と呼ばれることがよくあります。
  • 通電されているがアーク放電が発生していないとき（電流が流れていないとき）、比較的高い開回路電圧（通常は 70 ～ 80 ボルト）を維持します。溶接は通常、曲線のより急な部分で行われるため、手動電極溶接に最適です。
  • アーク電圧は電極とワークピース間の物理的な長さに依存します。手動溶接では完全に一定に維持することは不可能です。ただし、ろう材の溶融速度は電流によって決まるため、電流が一定であれば安定した溶融が保証されます。
  • 電源入力 (単相または三相)、出力 (AC、DC、または AC/DC)、および出力制御タイプ (機械的または電気的) に基づいてバリエーションが存在します。
• 定電圧 (CV) 電源:電流は、どの電圧設定でもゼロから非常に高い短絡レベルまでの範囲に及びます。これらの機械はガスメタル アーク溶接 (GMAW) 専用に設計されており、通常、被覆金属アーク溶接には適していません。
  • 真に一定の電圧を提供する溶接機はありません。実際の装置では、100 アンペア出力あたり少なくとも 1 ボルトの電圧降下が見られます。短絡電流は数千アンペアに達する場合があります。
  • CV マシンは通常、CC マシン (80 ボルト) に比べて開回路電圧が低い (最大 50 ボルト) という特徴があります。オペレータは電流ではなく開路電圧を設定します。通常の範囲は 10 ～ 48 ボルトです。
  • 溶接電流は短絡中に自己調整され、電極の送り速度によって電流の大きさが決まり、アーク長を設定電圧に維持します。

すべての溶接機にはデューティ サイクル定格が定められています。これは誤解されがちですが重要な仕様です。 10 分間に基づいて、100% のデューティ サイクル定格は、電源が定格電流以下で連続的に動作できることを意味します。 60% のデューティ サイクルは、60% の容量で無期限に動作することを意味するのではなく、10 分間のサイクルごとに定格電流と電圧で 6 分間動作し、4 分間のアイドル冷却時間を必要とすることを示します。デューティ サイクルが 100% 未満のマシンは、電流出力を減らすことで継続的に動作できます。

主要な高度な溶接プロセスとその電力要件は次のとおりです。

• ガスタングステンアーク溶接 (GTAW/TIG):TIG 溶接は新しいものではありませんが、ステンレス鋼、アルミニウム、マグネシウム、銅、ベリリウム銅、ハステロイ、インコネル、インバー、コバールなどの難しい材料、特に薄肉断面での効果が高いため、採用に値します。
  • TIG には、SMAW と同様の、垂下した電圧-アンペア曲線を持つ電源が必要です。ただし、プロセス固有の考慮事項を考慮すると、専用マシンの方が望ましいと考えられます。
  • TIG 用に設計されていない標準 AC 電源では、変圧器を過熱する可能性のある DC コンポーネントを導入する部分整流のため、AC TIG サービスのディレーティングが必要です。 TIG 特有の追加の課題には、アークの開始、安定性、繊細な作業のための正確な変数制御などがあります。
• ガスメタルアーク溶接 (GMAW/MIG):GMAW の連続ワイヤ送給は、主に速度の点で、多くのアプリケーションでタングステン不活性ガス (TIG) や SMAW に取って代わりました。多くの場合、代替プロセスよりも数倍高速です。
  • その他の利点としては、よりクリーンな溶接 (シールドガスによる酸化物の生成の減少)、電極の無駄の最小化、優れた冶金的特性、および人的変数を削減しながら品質の一貫性を向上させる操作の簡素化が挙げられます。
• アークスポット溶接:片面スポット溶接機能と複数のスポット溶接の迅速かつ再現可能な生産で人気を集めています。
  • TIG または GMAW プロセスを介して実行されます。 TIG スポット溶接は標準的な TIG 電源を使用しますが、特殊なスポット溶接ガンと制御装置が必要で、通常はフィラー ワイヤを使用せずに母材を溶融します。これは冷間圧延鋼やステンレス鋼で一般的です。
  • GMAW スポット溶接では、より細いワイヤ径で高電流 (500 ～ 750 アンペア) が使用されるため、高電圧の機械、特殊なワイヤ送給装置、および制御ユニットが必要です。
• プラズマアーク溶接:プラズマ切断技術の拡張であり、TIG と類似点を共有していますが、制限と初期コストの点で電子ビーム、レーザー、および超音波溶接よりも優れています。
  • TIG と同様に、プラズマ溶接は通常、材料を溶融します (コールド フィラー ワイヤが使用される場合もあります)。水冷トリエーテッドタングステン電極は、深く狭い貫通が可能な集中プラズマ炎による極端な温度に耐えます。