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アルミニウム配管溶接の難しさとTIGが選ばれる理由
アルミニウム（Al）は軽量・耐食性・熱伝導性に優れ、食品プラント・空調設備・化学プロセス配管などに広く使われますが、溶接難易度が高い材料として知られています。その主な原因が「酸化皮膜」の存在です。
アルミニウムの表面には、大気中で即座にアルミナ（Al2O3）の酸化皮膜が形成されます。この皮膜の融点は約2,050℃であるのに対し、アルミニウム本体の融点は約660℃と大きく異なります。アルミを溶かそうとしても表面の酸化皮膜が妨げとなり、溶融が均一に進まず、溶け込み不足・ブローホール・酸化物の取り込みが発生しやすくなります。
この課題を解決できるのがTIG溶接の交流（AC）モードです。AC溶接では電流が正極性（電極プラス）と逆極性（電極マイナス）を交互に繰り返すため、電極プラスのタイミングで酸化皮膜を破砕する「クリーニング作用（陰極破砕）」が働きます。このメカニズムにより、TIG AC溶接はアルミニウム溶接の標準工法として確立されています。
MIG溶接でもアルミ溶接は対応可能ですが、ビードの安定性・裏波品質・薄肉管での熱入力制御においてTIGが優れています。小径管・薄肉管・高品質が求められる用途ではTIG ACが第一選択です。
タングステン電極の種類と選定
TIG溶接の電極はタングステン製で、組成によって複数の種類があり、溶接条件によって使い分けます。アルミニウム溶接では特に電極選定が仕上がりに影響します。
純タングステン電極（EWP、緑色マーキング）
添加物を含まない純タングステン電極です。AC溶接用として長年使われてきた電極で、AC電流時に電極先端が球状（ボール形状）になるのが特徴です。この球状先端がアークを安定させ、幅広いビードを形成します。
一方で、DC溶接への対応が難しく、酸化物（セリア・ランタナ）入り電極より電流容量が低いというデメリットがあります。アルミ専用機器で使う場合の伝統的な選択肢です。
セリウム入りタングステン電極（EWCe-2、灰色マーキング）
酸化セリウム（CeO2）を約2%添加した電極です。AC・DC両用で使え、アーク起動性が良好で電極の消耗が少なく、電流容量も高めです。先端形状の維持性が高いため、DCENでのステンレス・鉄系溶接にも同じ電極を使えます。
アルミをAC溶接する際もセリウム入り電極は適合しますが、先端が純タングステンのような完全球形にはなりにくい場合があります。
ランタン入りタングステン電極（EWLa-1/EWLa-1.5/EWLa-2、金/白/橙マーキング）
酸化ランタン（La2O3）を1〜2%添加した電極です。アーク起動性・安定性が全電極種の中で最高水準で、電流容量が大きく電極消耗も少ないです。AC・DC両用で、アルミ溶接では純タングステンに近い球状先端形成性を持ちながら、より安定したアークを維持できます。
アルミニウム配管溶接での推奨は「ランタン入り（EWLa）またはセリウム入り（EWCe）」です。純タングステン電極は性能上の制約が多く、近年の溶接現場では酸化物入り電極への移行が進んでいます。
電極径の選定
電極径は溶接電流に合わせて選びます。過大な電流を細い電極に流すと電極が溶損し、タングステンが溶接部に混入（「タングステン巻き込み」）して品質不良の原因になります。
目安として：
- φ1.6mm：30〜100A程度（薄肉小径管向け）
- φ2.4mm：80〜180A程度（中径管向け）
- φ3.2mm：150〜250A程度（厚肉・大径管向け）
アルミAC溶接では電極プラスのタイミングに電流が集中するため、同じ電流でもDC溶接より太い電極径を選ぶ必要があります。
AC電流設定と波形パラメータ
アルミTIG溶接のAC設定は溶接機の機種によって調整できるパラメータが異なりますが、主に以下の項目を理解しておくと溶接品質が安定します。
バランス調整（クリーニングバランス）
AC溶接では「電極プラス（EN）」と「電極マイナス（EP）」の時間比率を調整できます。EPの比率を上げるとクリーニング作用が強まりますが、電極への熱負荷も増します。ENの比率を上げると溶け込みが深くなる一方、クリーニング幅が狭くなります。
一般的なアルミ配管溶接ではEN比率65〜75%程度が基準で、材料表面の汚染度・酸化皮膜の厚さ・必要な溶け込み深さに応じて微調整します。
周波数設定
インバーター式溶接機ではAC周波数（標準50/60Hzから高周波200Hz超まで）を調整できます。
- 低周波（50〜80Hz）：クリーニング幅が広く、溶け込みが浅め。広いビード幅が必要な場合に有効
- 高周波（120〜200Hz以上）：アークが集中して溶け込みが深く、熱影響域が狭い。薄肉管の精密溶接に適する
薄肉アルミ配管の場合は高周波（120〜180Hz）設定がビード幅を絞りやすく、熱変形リスクを抑えられます。
パルス溶接の活用
AC TIGにパルス機能を組み合わせると、平均入熱を下げながら瞬間的な溶け込みを確保できます。薄肉管（t≦2mm）や全姿勢溶接（特に上向き・立向き）では、パルス周波数1〜10Hz程度のパルス溶接が溶け落ち防止に効果的です。
シールドガス・純度管理
アルミTIG溶接のシールドガスには純アルゴン（Ar 99.99%以上）を使用します。ヘリウム混合ガスは溶け込みを深くできますが、コストが高く、国内では一般配管向けには純アルゴンが標準です。
ガス純度は溶接品質に直結します。水分や酸素が混入したガスを使うと、溶接部にポロシティ（ガス孔）が発生したり、ビードが黒く酸化したりします。ガスホース・カプラの接続不良でエア混入が起きやすいため、使用前に接続部を確認してください。
ガス流量は電極径と施工環境に応じて調整します（例：φ2.4mm電極では8〜12L/min程度）。流量が多すぎると乱流が発生してシールド効果が低下するため、適切な流量を守ることが重要です。
前処理：酸化皮膜除去と清浄化
アルミ溶接での不良の多くは「前処理不足」が原因です。溶接前の清浄化は品質確保の最重要工程です。
ステンレスワイヤーブラシによる機械的清掃
溶接部位をアルミ専用のステンレスワイヤーブラシで研磨し、表面の酸化皮膜・汚染を除去します。必ずアルミ専用ブラシを使用してください。鉄系材料に使ったブラシを流用すると、鉄粒子がアルミ表面に埋め込まれ、溶接後にポロシティの原因となります。
脱脂処理
アセトンまたはIPA（イソプロピルアルコール）で湿らせたウエスで溶接部を清拭し、油脂・油分・フラックス残渣を除去します。手の脂も悪影響を及ぼすため、清拭後は素手で触らず清潔なウエスで保護します。
化学的エッチング（高品質要求時）
食品・医薬用途など特に高品質が求められる場合は、NaOH（水酸化ナトリウム）溶液でのアルカリエッチング後、硝酸で中和・水洗するプロセスで酸化皮膜を化学的に除去します。作業後は乾燥させ、できる限り短時間内に溶接を開始します。
フィラーワイヤーの前処理
フィラーワイヤー（溶接棒）も使用前に同様の脱脂処理を行います。長期保管のワイヤーは表面酸化が進んでいる場合があるため、ステンレスワイヤーブラシで軽く研磨してから使うのが推奨です。
溶接後検査と品質基準
アルミ配管溶接後の検査は適用規格によって異なりますが、主な検査項目を挙げます。
- 外観検査：ビード形状・アンダーカット・オーバーラップ・クレーター処理の確認
- 浸透探傷試験（PT）：表面の割れ・ポロシティの検出に有効
- X線透過試験（RT）：内部欠陥（ポロシティ・融合不良）の非破壊検査
- 耐圧・気密試験：水圧試験または空気圧試験で所定圧力での漏れ確認
ポロシティはアルミ溶接の代表的な欠陥で、前処理不足・ガス純度不良・入熱過剰が主な原因です。規格基準を超えるポロシティがある場合は補修溶接または溶接やり直しが必要です。
森工業のアルミ配管溶接
森工業株式会社では、アルミニウム配管のTIG AC溶接に対応しており、食品プラント・空調設備・化学系プロセス配管などの施工実績があります。タングステン電極の選定から溶接条件設定、前処理、溶接後の検査まで一貫して対応します。
「アルミ配管の新設・更新工事を依頼したい」「既存のアルミ配管の補修溶接が必要」という場合は、宮城県・仙台市を中心に現場調査からご対応します。お気軽にお問い合わせください。
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