スティック溶接 正式にはシールド メタル アーク溶接 (SMAW) と呼ばれ、世界で最も広く使用されている手動溶接プロセスです。これは、フラックスでコーティングされた消耗電極 (「スティック」) と母材の間に電気アークを発生させ、両方を溶かして強力な溶接接合部を形成することによって機能します。 初めて溶接を学ぶ場合、屋外で作業する場合、または錆びた金属や汚れた金属を扱う場合は、棒溶接が最も実用的で寛容な出発点です。
必要な設備は最小限で、風雨の中でも作業でき、他のプロセスでは拒否される金属上でも作業が可能です。ここでは、その仕組み、正しく設定する方法、初心者を悩ませる間違いを避ける方法についての完全で実用的なガイドを示します。
スティック溶接の仕組み
スティック電極は 2 つの目的を同時に果たします。電気を伝導してアークを生成することと、フィラー金属として溶接池に溶けることです。電極上のフラックス コーティングにはさらに 2 つの働きがあります。燃焼時にシールド ガスを生成して溶融溶接部を大気汚染から保護します。また、完成したビードの上にスラグ層を形成して、冷却時に溶接部をさらに保護します。
完全なプロセスを順番に示します。
- 溶接機は作業リード（アース）を母材にクランプします。
- 電極を電極ホルダーに挿入します
- 電極の先端を金属に引っ掻いたり、叩いたりしてアークを発生させます。
- アークは電極と母材の両方を溶かし、溶接池を形成します。
- 溶接機は接合部に沿って着実に動き、アークを前方に送ります
- ビードが冷えたら、チッピングハンマーでスラグを削り取ります。
MIG 溶接や TIG 溶接とは異なり、外部シールド ガス シリンダーは必要ありません。これが、可搬性と耐風性が重要となるパイプライン、造船所、構造用鋼、農場の修理などの現場環境でスティック溶接が成功する主な理由です。
始めるために必要な機器
スティック溶接は、あらゆる溶接プロセスの中で設備の障壁が最も低いものの 1 つです。基本的なセットアップのコストは MIG や TIG よりも大幅に低く、数分で運用可能になります。
溶接機
スティック溶接機には主に 2 つのタイプがあります。
- 変圧器/交流機: 古くて重く、安価です (150 ～ 400 ドル)。基本構造工事に安心。 AC出力に限定されます。
- インバータベースの DC マシン: 軽量 (一部は 15 ポンド未満)、エネルギー効率が高く、DC または DC- 出力が可能です。料金は 200 ～ 800 ドルです。アーク制御が向上し、より幅広い電極と互換性があります。
初心者向けには、 140 ～ 200 アンペアの範囲の DC インバーター マシンは、厚さ 1/16 インチから 3/8 インチの金属のスティック溶接作業の大部分をカバーします。
必須のアクセサリ
- 電極ホルダー（スティンガー）： 電極をクランプして電流を流す
- ワーククランプ（アースクランプ）： 母材金属を通して電気回路を完成させます
- 溶接ヘルメット： 初心者には自動で暗くなるヘルメット (シェード 10 ～ 13) を強くお勧めします。アークが発生するまで鮮明な視界を確保します。
- チッピングハンマー: 各パス後のスラグ層の除去用
- ワイヤーブラシ： パス間の溶接のクリーニングに
- 革手袋、ジャケット、ブーツ： スティック溶接 produces significant spatter; full coverage is non-negotiable
適切な電極の選択
電極の選択は、スティック溶接において技術的に最も重要な決定です。作業に適さないロッドを使用すると、技術に関係なく、溶接部が弱く、多孔質になり、亀裂が生じます。電極は、すべてのロッドに刻印された AWS (米国溶接協会) 番号付けシステムによって分類されます。
次のような電極番号を読み取る E6013 : "E" = 電極; 「60」 = 最小引張強度 60,000 PSI。 「1」 = すべての位置で使用可能。 「3」 = 磁束の種類と電流の互換性。
| 電極 | 最適な用途 | 現在のタイプ | スキルレベル |
|---|---|---|---|
| E6013 | 薄物軟鋼、板金、初心者向け | 交流または直流 | 初心者 |
| E6011 | 錆びた/汚れた金属、全位置、現場修理 | 交流または直流 | 初心者–Intermediate |
| E7018 | 構造用鋼、規定品質の溶接 | DC (推奨) | 中級者 |
| E6010 | パイプラインのルートパス、深い貫通 | DCのみ | 中級者–Advanced |
| E7024 | 平面・水平、高成膜速度 | 交流または直流 | 中級者 |
初心者の場合は、E6013 (直径 3/32 インチ) から始めてください。 柔らかい弧を描き、スラグの除去が容易で、他のどのロッドよりも不完全なテクニックにも耐えます。慣れてきたら E7018 に移行してください。これは最も強力できれいな溶接を生成し、ほとんどの構造作業やコード作業に必要です。
電極を正しく保管する
E7018 のような低水素電極は湿気に非常に敏感です。吸収された水分は、重大な構造破壊モードである水素誘起亀裂を引き起こします。 E7018 ロッドは 250 ～ 300°F のロッドオーブンに保管してください。 数時間以上湿気にさらされた場合。 E6013 と E6011 は感度がはるかに低いですが、使用しないときは密閉容器に保管する必要があります。
アンペア数を正しく設定する
アンペア数はスティック溶接において最も重要な機械設定です。低すぎるとアークがスパッタリングして固着し、融合が不十分な冷たい凸状のビードが生成されます。高すぎると、溶接エッジに沿って過度のスパッタ、溶け落ち、アンダーカットが発生します。
広く使用されている開始ルール: 電極直径 0.001 インチあたり約 1 アンペアに設定します。 実際には、これは次のことを意味します。
| 電極 Diameter | 一般的なアンペア数範囲 | 適切な金属の厚さ |
|---|---|---|
| 1/16インチ (1.6mm) | 20～40A | 3/16インチまで |
| 3/32インチ (2.4mm) | 40～90A | 1/8"～1/4" |
| 1/8インチ (3.2mm) | 75～130A | 1/4 インチ～3/8 インチ |
| 5/32インチ (4.0mm) | 105～180A | 3/8"～1/2" |
| 3/16インチ (4.8mm) | 140～240A | 1/2インチ以上 |
常に範囲の中央から開始し、観察した内容に基づいて調整します。 電極が金属にくっつく場合はアンペア数を増やしてください。大量のスパッタが見られる場合、またはアークが不安定でうるさい場合は、値を減らしてください。 ジョイントの位置も重要です。オーバーヘッド溶接と垂直溶接では、通常、フラット溶接よりも 10 ～ 15% 少ないアンペア数が必要です。
テクニック: アーク長、移動速度、電極角度
一貫した技術が、きれいな溶接と欠陥のある溶接を区別します。アーク長、移動速度、電極角度という 3 つの変数によってすべてが制御されます。
円弧の長さ
正しいアーク長は電極芯線の直径と等しくなります。 — 1/8 インチのロッドの場合は約 1/8 インチ。アークを長く保持しすぎると、多孔性とスパッタを伴う幅広で平らなビードが生成されます。短すぎると電極が水たまりに突き刺さり、凍結したり、アーク動作が不安定になったりします。ロッドが消耗するにつれてロッドを着実に前進させることで維持される一定のギャップと考えてください。
移動速度
動きが遅すぎると過剰な補強材が蓄積され、スラグが閉じ込められる可能性があります。移動が速すぎると、融合が不十分な狭いアンダーカットのビードが生成されます。 正しいサイズのビーズの幅は通常、電極直径の 2 ～ 3 倍です。 速度を判断するには、円弧自体ではなく、水たまりの先端を見てください。水たまりを一貫して丸い状態に保ちます。
電極角度
- 作業角度: フラットバットジョイントの場合は母材に対して 90°。隅肉溶接の場合はコーナーに 45°
- 移動角度 (ドラッグ角度): 電極を進行方向に 5 ～ 15°傾けます。これは「ドラッグ」または「プル」技術と呼ばれます。押し込みが使用される場合がある MIG とは異なり、スティック溶接では常に電極を手前に引っ張ります。
20°を超える急なドラッグ角度は、ビード内のスラグを捕捉します。浅くて一貫性のあるものにしてください。
溶接ビードを読んで問題を診断する
スラグを削り取った後、ビード自体が何が問題だったのかを正確に教えてくれます。ビーズの読み方を学ぶことは、インストラクターなしで自己修正する最も早い方法です。
- 高くて細くてロープ状のビーズ: 移動速度が速すぎる、またはアンペア数が低すぎる
- 幅が広く、平らで、焼き付きのある不規則なビード: アンペア数が高すぎるか、移動速度が遅すぎます
- 気孔率 (ビードの小さな穴): アーク長が長すぎる、母材が汚染されているか、電極内の水分が原因です
- アンダーカット (溶接エッジに沿った溝): アンペア数が高すぎる、アーク長が長すぎる、または電極の角度が急すぎる
- スラグ含有物: 前回のパスでのスラグが完全に除去されていない、またはアーク長が一貫していない
- コールド ラップ (溶融せずに金属の上にビードが置かれている): アンペア数が低すぎるか、移動速度が速すぎます
ほとんどの初心者は、弧の長さに最も苦労します。疲れたり、集中力を失ったりすると、自然に弧の長さが長くなります。集中力のない長時間のランニングではなく、完全に集中して 5 ～ 10 分の短いセッションを練習します。
スティック溶接位置とそれぞれの要求事項
スティック溶接の主な利点の 1 つは、平ら (1G/1F)、水平 (2G/2F)、垂直 (3G/3F)、およびオーバーヘッド (4G/4F) のすべての位置で溶接できることです。各位置で調整が必要です。
- フラット: 一番楽なポジション。重力は水たまりが沈むのを助けます。ロッドのアンペア数範囲全体を使用してください。
- 水平: 重力が水たまりを下に引っ張ります。アークをわずかに上に向けて、アンペア数を約 10% 減らします。よりタイトな弧を保ちます。
- 垂直 (上り坂): 下から上に向かって溶接していきます。水たまりを制御するには、織りパターン (Z または三角形) を使用します。アンペア数を 10 ～ 15% 減らします。上り坂では、より良好な融合により、下り坂よりも強力な溶接が生成されます。
- オーバーヘッド: アンペア数を 15 ～ 20% 減らします。水たまりが落ちないように、しっかりとした弧を描いて素早く移動します。完全に革製の保護具を着用してください。飛沫が直接体に降りかかります。
E6011 および E7018 電極は、すべての位置に対して定格されています。 E7024 は平面および水平方向にのみ適しています。垂直方向または頭上方向には絶対に使用しないでください。
スティック溶接 vs. MIG および TIG: スティックが正しい選択の場合
各溶接プロセスには、他のプロセスより優れたパフォーマンスを発揮する領域があります。特定の条件ではスティック溶接が決定的に有利です。
- 屋外および風の強い条件: シールドガスが吹き飛ばされることはありません。 MIG は風速 5 ～ 10 マイルを超える風では、風よけがないと機能しません。スティックには影響ありません。
- 錆びた、塗装された、または汚れた金属: 特に E6011 は表面の汚染から侵入します。 MIG と TIG にはクリーンなベアメタルが必要です。
- 遠隔地: スティックマシンは発電機で動作します。ガスボンベを持ち運んだり補充したりする必要はありません。
- 厚い金属: スティックは 3/8 インチのプレートを 1 回のパスで溶接できます。1/2 インチを超える重構造作業の場合は、スティックまたはフラックスコアが推奨されます。
- 予算を意識したセットアップ: 完全なスティック溶接セットアップは 300 ドル未満で組み立てることができます。同等の MIG または TIG のセットアップは $500 ～ $1,500 から始まります。
スティックがダメな場合: 3/32 インチ未満の薄い金属シートを焼き付きなく溶接するのは非常に難しく、生産作業では MIG よりも時間がかかります。精密なステンレスまたはアルミニウムの場合、TIG が標準です。
スティック溶接特有の安全上の注意事項
スティック溶接では、MIG や TIG よりも多くのスパッタと紫外線が発生し、一部の機械の開路電圧は 80V に達します。これは、適切な予防措置を無視した場合、深刻な感電を引き起こすのに十分です。
- 濡れた状態や湿った地面に立っているときは、絶対に溶接しないでください。 あなたと表面の間に乾燥した断熱材がなければ
- 常に使用してください シェード10～13レンズ — アークは強力な UV および赤外線放射を生成し、無防備に曝露されると数秒以内にアークアイ (光角膜炎) を引き起こします。
- 適切な換気を確保してください。スティック溶接では金属ヒュームとフラックス燃焼ガスが発生します。特にステンレス鋼棒は、 発がん性物質として知られる六価クロムの煙
- 活電電極ホルダーを金属の上に決して置かないでください。通電した先端がワークピースに対してアーク放電を起こし、火災の危険が生じる可能性があります。
- 消火器を手の届くところに置いてください — 飛沫は 10 フィートまで伝わり、可燃物に引火する可能性があります
より早く上達するための実践的なヒント
ほとんどの溶接インストラクターは、基礎を意図的に集中的に練習する方が、何時間も目的のないビードの実行よりも優れていることに同意します。実際に改善を促進するものは次のとおりです。
- まずストリンガービーズを平らなプレート上で実行します。 ジョイントを試みる前に、20 ～ 30 個のストレート ビーズを実行します。円弧の長さと移動速度を一定に保つことに重点を置きます。
- パスごとにチッピングハンマーとワイヤーブラシを使用する — ビードを検査すると、設定とテクニックが記憶に新しいうちに、すぐに直接フィードバックが得られます。
- 楽な姿勢で溶接します。 安定したものに腕と体を固定します。疲労と揺れはアークの一貫性を破壊します。
- アークをきれいに再開する練習をしてください。 ビードの途中でロッドを交換する場合は、クレーターを削り、クレーターの 1/2 インチ手前で再スタートし、アークをクレーターに戻してクレーターを埋めてから、前進を再開します。
- 設定を記録します。 満足のいくビーズが得られたら、アンペア数、電極、金属の厚さを書き留めてください。これは、将来の仕事のための個人的な参考資料となります。
ほとんどの初心者は、10 ～ 20 時間集中して練習すれば、構造的に健全な平坦な位置の溶接を行うことができます。 構造溶接認定テスト (AWS D1.1 など) に合格するには、通常 6 か月から 1 年間の一貫したトレーニングが必要ですが、一般的な修理、製造、農作業の場合は、基礎をはるかに早く習得できます。
