- 炭酸ガス(CO2)は高温のアーク熱にさらされると、遺産化炭素(CO)ｔｐ酸素(O)に分解される。生じたCOは還元性のガスとしてシールド効果を発揮する。一方、溶融池では酸素を取り除くため、合金元素による脱酸反応が利用されている。 反応により生成したMnO、SiO2等の酸化物は、溶鉄より比重が小さいため、溶融池の表面に浮上し、スラグとなる
- 脱酸が不十分な時、溶融中の炭素と酸素の反応により生成したCOガスが溶鋼に溶解せずに気泡となり、これがボロシティ(ブローホール)の原因となる
- 十分な脱酸を行うため、YGW11において、YGW15より多く添加している元素は、SiとMnである
詳細説明
炭素鋼の炭酸ガスアーク溶接（Carbon Steel CO₂ Arc Welding）は、CO₂（炭酸ガス）をシールドガスとして用いる半自動アーク溶接法の一種で、主に軟鋼や構造用炭素鋼の接合に広く利用されています。特に、建設・造船・自動車・鉄骨構造物などの分野で非常に多く使用される、高能率かつコストパフォーマンスに優れた溶接方法です。
🔧 炭酸ガスアーク溶接の基本原理
- 連続送給される**ソリッドワイヤ（裸ワイヤ）**を電極とし、母材との間にアークを発生させて金属を溶融・接合します。
- CO₂ガスはアークおよび溶融金属を空気中の酸素や窒素から保護します（これを「シールド」といいます）。
- CO₂はアークの高温下で一部分解し、酸化反応が促進されて熱効率が高く、溶け込みが深くなるのが特徴です。
✅ 特徴
| 特徴 | 内容 |
|---|---|
| 高能率 | ワイヤ自動送給により連続溶接が可能で、作業効率が高い。 |
| 深い溶け込み | アーク温度が高く、母材への熱の浸透が大きいため、強固な接合が得られる。 |
| シンプルな設備 | 専用のガス供給装置が必要だが、構造は比較的簡単で運用しやすい。 |
| 安価なガス | CO₂は他のシールドガスに比べて安価で、ランニングコストが低い。 |
⚠️ 注意すべき点
| 注意点 | 内容 |
|---|---|
| スパッタが多い | CO₂の特性上、アークが不安定になりやすく、スパッタ（金属飛散）が多発する。 |
| ビード外観が粗い | 酸化によって溶接ビードの見た目が粗くなる傾向がある。 |
| ガス流量の管理が重要 | 適切な流量（例：15〜25 L/min）でなければ、気孔や酸化欠陥が発生しやすい。 |
| 熱影響が大きい | 深い溶け込みの反面、母材の熱影響部（HAZ）が広くなり、変形や脆化に注意が必要。 |
🏗 適用例
- 建築鉄骨、橋梁、鉄道車両などの構造物溶接
- 自動車フレーム、シャシー部品
- 鉄塔やタンク、パイプなどの鋼構造物
💡 溶接条件の一例（SS400の場合）
| 項目 | 一般的な条件 |
|---|---|
| 板厚 | 3〜12mm程度 |
| ワイヤ径 | φ0.9〜1.2mm |
| 電流 | 150〜300A |
| 電圧 | 20〜30V |
| ガス流量 | 15〜25L/min |
※ 溶接姿勢や継手形状によって調整が必要
🔄 MIG溶接との違い
| 比較項目 | CO₂アーク溶接（MAG） | MIG溶接（Arガス） |
|---|---|---|
| シールドガス | CO₂（活性ガス） | ArやAr+He（不活性ガス） |
| 溶け込み | 深い | 比較的浅い |
| スパッタ | 多い | 少ない |
| ビードの外観 | やや粗い | 美しい |
| 適用材料 | 炭素鋼が主 | ステンレス・アルミなど非鉄も可 |
✅ まとめ
炭素鋼の炭酸ガスアーク溶接は、以下のような点で優れています：
- 深い溶け込みと強度の高い継手が得られる
- コスト効率が高く、量産向き
- 機械的な自動化・ロボット化に対応しやすい
一方で、スパッタの制御やガス流量の管理、熱影響への配慮など、施工品質を確保するための注意点も多くあります。
