薄板溶接とは

薄板溶接とは

薄板溶接とは、一般的には1mm以下の母材に対して溶接をすることをいいます。溶接は原理的に母材を溶かして接合するので、板厚が2mm程度であればそこまで気にする必要はありませんが、1mm程度の薄板になると一般的な溶接方法として知られるTig溶接や半自動溶接では溶接範囲が広く必要以上に入熱しやすくなります。その結果、母材同士が接合される前に溶けて穴が空いてしまったり、熱が母材全体に伝わって歪みが発生してしまうなど、溶接の難易度が高くなります

なぜ薄板溶接は難しいのか?

金属同士を溶接するにあたって熱と歪みは切っても切れないもので、板厚が薄くなればなるほど難易度が上がります。なぜならば、溶接とは互いの接合部分を溶かして(溶けた部分をプールと言う)融合させますが、板が厚い場合は溶けたプール同士が付きやすいのですが、板厚が薄くなればなるほど母材のプールができる前に溶け落ちやすいからです。

板厚が厚い時と薄い時の違い

また、薄板溶接では、溶接するだけではなく、溶接後の歪みをいかに少なくするかも重要です。溶接による歪が発生するメカニズムは、まず、接合部を溶融させる為に熱を入れる(溶接部は何千度にもなります)と母材が膨張し、その後、溶接が終わって冷えてくると逆に母材が縮小して元に戻ろうとする、つまり溶接の入熱による母材の膨張・収縮が発生するということがあります。さらに、溶接をしていない部分(熱影響があった部分とそうでない部分)に関しても発生する膨張・収縮に差が発生するので、最終的に歪が出てしまいます

板が薄くなればなるほど上記の影響を受けやすくなるので、一般的には溶接が難しくなります。しかし、溶接による入熱をコントロールすれば、上記のようなプールが抜け落ちたり、歪みが大きくなる等は回避することができます。

では、どういった工夫をし、治具を使えば薄板溶接でも歪みを回避できるのでしょうか?一般的には、①熱を逃がすために、溶接部に銅板を当てる②歪まないように治具で固定する③歪みが発生しにくいよう溶接の順番を工夫するという方法があります。

このように薄板溶接は難易度が高いため、機能上必要だがどうしても薄板の溶接ができないという理由で、①板厚を上げる、または②溶接をしない別の方法を採用する、ということが行われてきました。しかし、昨今では医療機器や電子機器、または自動車業界においては更なる軽量化・小型化などの目的で薄板へ溶接せざるを得ない状況になっています。そのため、穴を空けず、歪みなく、キレイに薄板溶接を行うか?という技術がますます求められています。

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