被覆アーク溶接の配管施工｜溶接棒の選び方・乾燥と保管の管理・溶接姿勢の基礎

被覆アーク溶接の特徴と使いどころ

被覆アーク溶接では、溶接棒の被覆剤がアークの熱で分解してガスとスラグをつくり、溶けた金属を大気から守ります。ガスを外から吹き付けるTIG溶接やMAG溶接と比べて風に強く、装置も比較的簡単なため、屋外の配管や既設ラインの補修に向いています。反対に、スラグの除去や溶接棒の交換で手が止まるため、能率では半自動溶接に及ばない場面があります。工法ごとの使い分けはTIG溶接 vs MIG溶接（MAG溶接）配管工事での用途別選定ガイドで比較しています。

現場によっては、裏波の品質が求められる初層をTIG溶接で行い、2層目以降を被覆アーク溶接で積み上げるといった組み合わせも行われます。どの工法でどの層を溶接するかは、配管の材質や用途、発注者の仕様に従って決めます。

溶接棒の選び方

炭素鋼などの溶接棒は、JIS Z 3211（軟鋼、高張力鋼及び低温用鋼用被覆アーク溶接棒）に規格があり、メーカーのカタログには製品ごとに適合する規格の種類が示されています。選ぶときは、まず母材の鋼種と強度に合うものを選び、次に被覆剤の系統を決めます。

出典: 日本産業標準調査会 JIS Z 3211

日本溶接協会の技術Q&Aは、被覆剤の系統による違いを次のように説明しています。

• 非低水素系（イルミナイト系、ライムチタニア系など）: セルロースなどの有機物を多く含み溶接作業性は良好だが、溶着金属の水素量が高く、耐割れ性は低水素系に劣る。軟鋼の比較的薄い板によく使われる
• 低水素系: ガス発生剤に石灰石を使い、溶着金属の水素量が非常に少なく、耐割れ性や延性・靱性が良好。重要構造物や高強度鋼、低合金鋼、厚板の溶接に広く使われる。その反面、吸湿対策などきめ細かな管理が必要

出典: 日本溶接協会 各種被覆アーク溶接棒の被覆タイプの違い

ステンレス鋼と炭素鋼をつなぐ異種金属の溶接では、母材のどちらにも合わない組成になるのを避けるため、専用の溶接材料を選びます。考え方はステンレスと鉄の溶接で解説しています。

溶接棒の乾燥と保管

被覆剤は多孔質で水分を吸いやすく、吸湿した溶接棒を使うと、溶着金属の拡散性水素が増えて低温割れを起こしやすくなるほか、ブローホールやスパッタの増加、アークの不安定につながります。日本溶接協会の技術Q&Aは、乾燥と保管について次の目安を示しています。

1. 乾燥温度の目安は、非低水素系で70〜100℃、低水素系で300〜400℃（WES 2302による推奨）
2. 低水素系は、規格や銘柄にもよるが一般に使用前に300〜400℃で30〜60分乾燥する。鋼種・銘柄ごとに定められた適正条件に従い、範囲を逸脱しない
3. 乾燥後すぐに使わないときは100〜150℃に保てる保管容器に入れ、そこから取り出して使う
4. 乾燥後に大気中に置ける時間の目安は、非低水素系で6〜8時間、低水素系で2〜4時間。超えたら再乾燥する
5. 長時間の乾燥や繰り返しの乾燥は溶接作業性を損なうため、乾燥する量はその日に使う量を目安にする

保管では、雨や雪が当たらない屋内に置き、高温多湿の場所を避けて床や壁に直接つけず、製造年月日の古いものから使うことが勧められています。乾燥は時間より温度の影響が大きく、高すぎる温度では被覆剤の成分が分解して性能を損なうため、最終的には溶接材料メーカーが推奨する条件で行います。

出典: 日本溶接協会 低水素系溶接棒の使用前の乾燥について／同 溶接棒の使用前・使用中の吸湿の注意／同 被覆系による乾燥温度の違い

配管の溶接姿勢

溶接姿勢は、日本溶接協会の手溶接技能者の資格で、下向（F）、立向（V）、横向（H）、上向（O）と、管の水平固定・鉛直固定（P）に区分されています。下向は基本級、立向・横向・上向と管は専門級の区分で、試験はJIS Z 3801にもとづき外観試験と曲げ試験で評価されます。たとえば被覆アーク溶接・裏当て金なしで中肉の炭素鋼管を水平・鉛直固定で突合せ溶接する資格はN-2Pです。

出典: 日本溶接協会 手溶接（アーク溶接等）

現場の配管は回して溶接できない固定管が多く、水平に置かれた管を一周溶接すると、下向から立向、上向へと姿勢が連続して変わります。上向に近づくほど溶けた金属が垂れやすくなるため、溶接棒の種類と太さ、電流、運棒を姿勢に合わせて調整する技能が求められます。狭い天井内やピットでは姿勢が取りにくく、足場や作業スペースの確保も品質に直結します。

森工業の配管溶接

森工業は、TIG溶接とアーク溶接を中心とした配管溶接工事を、工場・プラントなど法人・事業者様の現場で承っています。鋼管の溶接や既設配管の溶接補修については、お問い合わせフォームよりご相談ください。