1. 無負荷電圧とは
無負荷電圧とは、溶接機の出力端子に負荷（アークや母材）が接続されていない状態、すなわち溶接回路が開いている状態で溶接機の端子間に発生する電圧のことです。溶接機が起動しているが、まだアークが発生していない、あるいはアークが切れている状態で測定される電圧です。
電流が流れていないため、溶接機の端子間の電圧がそのまま無負荷電圧として現れます。これは、溶接機が供給できる最大の開放端電圧とも言えます。
2. 無負荷電圧の役割
無負荷電圧は、主に以下のような役割を持ちます。
2-1. アークの開始を助ける
溶接作業では、電極と母材の間に電気アークを発生させる必要があります。アークを飛ばすには、十分な電圧が必要です。無負荷電圧はアーク開始時の起電力となり、電極を母材に近づけた際に電圧がアーク放電を開始させるのに十分でなければなりません。
もし無負荷電圧が低いと、アークが飛びにくく、溶接作業が困難になります。逆に、無負荷電圧が高すぎると、アークは容易に飛びますが、作業者の感電リスクが高まるため、安全面で問題となります。
2-2. 溶接品質の安定化
無負荷電圧が適正な値であれば、アークの安定性が高まり、スパッタの発生が抑制されます。逆に不適切な電圧はアークの不安定を招き、溶接欠陥や品質低下の原因となります。
3. 無負荷電圧の適正値と基準
無負荷電圧の設定は、溶接方式や溶接機の種類、使用する材料や作業環境により異なります。一般的には以下の範囲が多いです。
| 溶接方式 | 無負荷電圧の目安 |
|---|---|
| MMA（手溶接） | 60〜90V |
| MAG（半自動溶接） | 50〜80V |
| TIG（アルゴン溶接） | 10〜20V（TIGは低め） |
4. 無負荷電圧と安全性
溶接機の無負荷電圧は安全規格によって上限が規定されています。たとえば、日本の電気安全規格や国際規格（IEC60974-1など）では、溶接機の無負荷電圧は80V以下に抑えることが求められています。
これは、人体に対する感電事故を防止するためです。無負荷電圧が高いと、溶接機の出力端子に触れた際に電撃を受ける危険が増します。特に汗や水分が付着した手で触れると、より危険です。
そのため、多くの溶接機は安全基準に則り、無負荷電圧を制御・調整しています。
5. 無負荷電圧と溶接電流の関係
溶接機の出力特性は、無負荷電圧を基準に変動します。溶接中はアーク電圧（負荷電圧）が無負荷電圧よりも低くなり、電流が流れます。アーク電圧は一般に15〜40V程度ですが、これは無負荷電圧が高いために生じる電圧降下です。
この無負荷電圧の高さにより、溶接開始時にスムーズにアークが飛び、安定した電流が流れます。つまり、無負荷電圧が適切に設定されていることは、溶接機の性能に直接影響します。
6. 溶接機の種類別 無負荷電圧の特徴
6-1. 直流アーク溶接機（DC）
- 一般に無負荷電圧は60〜80V程度。
- 溶接開始時のアーク発生がスムーズ。
- 直流特有の安定したアーク形成が可能。
6-2. 交流アーク溶接機（AC）
- 無負荷電圧は50〜70V程度。
- AC波形によりアークの立ち上がりが変動。
- TIG溶接では低めの無負荷電圧（10〜20V）が多い。
6-3. インバータ溶接機
- 高効率、小型化が特徴。
- 無負荷電圧は設計により変動するが、多くは60〜80V。
- 電子制御により、無負荷電圧の安定化や制御が可能。
7. 無負荷電圧の測定と管理
溶接機の無負荷電圧は、溶接機メーカーの仕様書や取扱説明書に記載されています。作業現場や保守点検では、以下の点に注意して測定・管理を行います。
測定方法
- 溶接機の出力端子を開放状態にして、デジタルマルチメーターの直流電圧測定モードで測定。
- アーク開始時の電圧ではなく、溶接機のスイッチON状態の電圧を測る。
管理ポイント
- 無負荷電圧が設計値や安全基準を超えていないか確認。
- 異常に高い場合は絶縁不良や回路の故障が疑われるため、速やかに修理。
- 定期点検時に測定し、経年劣化による変化を監視。
8. 無負荷電圧が低い・高い場合の問題点
無負荷電圧が低すぎる場合
- アーク開始が困難になる。
- 溶接品質が不安定。
- 作業効率が悪化。
無負荷電圧が高すぎる場合
- 感電事故の危険増加。
- スパッタや過剰なアーク飛びの発生。
- 機械内部の絶縁破壊や損傷リスク。
9. 無負荷電圧の調整・制御技術
現代のインバータ溶接機では、電子回路によって無負荷電圧を自動制御し、使用条件に最適な電圧を維持しています。これにより、安定した溶接作業と安全性を両立させています。
また、トーチの種類や使用ガス、溶接対象物によって無負荷電圧の微調整が可能な機種もあります。
まとめ
無負荷電圧は、溶接機の性能、安全性、溶接品質に直結する重要なパラメータです。適切な無負荷電圧が設定されていることで、アークの開始がスムーズになり、安定した溶接が可能となります。また、安全基準を満たすことで、作業者の感電リスクを低減し、安心して作業できる環境を実現します。
保守点検では無負荷電圧の定期的な測定と管理を行い、異常があれば速やかに対処することが、溶接設備の長寿命化と高品質な溶接作業を支える基本です。
