MIG ワイヤ: タイプ、直径、転送モード、および給電のトラブルシューティング

とは何ですか MIG ワイヤー そしてその仕組み

MIG ワイヤは、MIG (メタル イナート ガス) 溶接で使用される消耗電極です。米国溶接協会によって正式に GMAW (ガス メタル アーク溶接) と呼ばれています。これは、溶接電流を流し、アークの熱で溶けて、溶加材を溶接継手に堆積させる連続供給ソリッド ワイヤです。数インチごとに交換されるスティック電極とは異なり、MIG ワイヤはワイヤ送給速度設定に正確に一致した速度でスプールから溶接ガンに送給されるため、長時間の中断のない溶接作業が可能になります。

ワイヤは 2 つの機能を同時に果たします。アークを維持する導電体と、溶接ビードを形成する溶加材の両方です。溶接機は一定の電圧を維持し、ワイヤの送給速度によってアンペア数が制御されます。送給が速いほど、より多くの電流が流れ、アークがより熱くなります。ワイヤ径、送り速度、電圧、シールドガス組成の間の相互依存性が MIG 溶接のプロセスウィンドウを定義し、各材料と継手の構成に合わせて調整する必要があります。

シールドガス (通常はアルゴン、CO₂、または混合ガス) がガンのノズルを通って流れ、アークゾーンから大気中の酸素と窒素を追い出します。これがないと、溶融溶接プールが酸化して窒素を吸収し、多孔質で脆い溶接部が生成されてしまいます。ワイヤに含まれる脱酸剤 (主に鋼ワイヤ内のシリコンとマンガン) は、アーク環境内の残留酸素と反応して酸化に対する二次的な防御線を提供します。

MIG ワイヤ タイプ: 母材金属に適合するワイヤ

MIG ワイヤは、溶接される母材に対応する合金系列で製造されます。正しいワイヤの化学的性質を使用することは必須ではありません。溶加材が一致しないと、溶接部の強度が不十分になったり、耐食性が低下したり、亀裂が生じやすくなったりします。商用利用の主なカテゴリは次のとおりです。

炭素および低合金鋼線

世界中で最も広く使用されている MIG ワイヤ。 AWS ER70S-6 は、軟鋼および低炭素構造用鋼向けに指定された主要な汎用グレードです。旧型の ER70S-3 と比較してシリコン (0.80 ～ 1.15%) とマンガン (1.40 ～ 1.85%) の含有量が増加しているため、優れた脱酸能力があり、ミル スケールや軽い表面錆に耐えることができます。これは、母材の清浄度が不完全な製造工場や建設現場で実用的な利点となります。溶着溶接金属の最小引張強さは 70,000 psi (483 MPa) で、ASTM A36 や A572 などの構造用鋼グレードと一致します。

重機、圧力容器、海洋構造物に使用される高強度低合金 (HSLA) 鋼の場合、ER80S-D2 や ER100S-G などのワイヤには、母材の降伏強さと靱性の要件に適合するようにモリブデン、ニッケル、クロムが添加されています。予熱およびパス間温度の要件は、合金含有量と断面の厚さに応じて増加します。

ステンレス鋼線

ステンレス MIG ワイヤは合金組成によって指定されます。ER308L は 304/304L ステンレスの溶接用、ER316L は 316/316L の溶接用、ER309L はステンレスと炭素鋼の異種接合用です。 「L」の指定は、炭素含有量が低い (≤0.03%) ことを示し、冷却中に粒界での炭化物の析出が減少します。これは、標準的な炭素含有グレードの粒界腐食 (鋭敏化) の原因となるメカニズムです。 ER308L と ER316L は最も一般的に在庫されている 2 つのグレードです 食品加工、製薬、化学産業にサービスを提供する製造工場で。

アルミ線

アルミニウム MIG ワイヤ (最も一般的なのは ER4043 および ER5356) は、アルミニウムの弾性率が低く、ライナーの内側で削れやすいため、スチール ワイヤよりも柔らかく、送給の問題が発生しやすくなっています。 ER4043 (シリコン 4.5 ～ 6%) は、6000 シリーズの溶接および合金の鋳造において、亀裂感受性が低く、流動性が優れています。 ER5356 (マグネシウム 4.5 ～ 5.5%) は、より高い引張強度の溶接を生成し、5000 シリーズの構造用アルミニウムに推奨されますが、感作のリスクがあるため、65 °C を超える温度での使用には推奨されません。鳥の巣を防ぐためのアルミニウムワイヤーには、長いライナーの走行を排除するプッシュプルガンシステムまたはスプールガンを強くお勧めします。

フラックス入りワイヤ (FCAW)

フラックス入りアーク溶接 (FCAW) ワイヤは、技術的にはワイヤ送給溶接のサブセットであり、業界では MIG 消耗品と分類されることがよくあります。 FCAW ワイヤは、中実の断面ではなく、コアにフラックスと合金元素が詰め込まれた管状構造になっています。ガスシールド FCAW (FCAW-G) は MIG などの外部シールド ガスを使用しますが、セルフシールド FCAW (FCAW-S) はフラックスから独自のシールドを生成するため、ガス カバレッジが妨げられる風の強い条件下での屋外溶接が可能になります。 FCAW ワイヤは一般に、同等のアンペア数でソリッド MIG ワイヤよりも速く堆積し、より高い堆積速度を生成するため、重構造の製造や造船に推奨されます。

MIG ワイヤ径の選択とそのプロセスへの影響

ワイヤ直径は、MIG 溶接アプリケーションを設定するときに最初に設定されるプロセス パラメータの 1 つです。これにより、実際のアンペア数の範囲、蒸着速度、およびプロセスで焼き付きなしで処理できる最小材料厚さが決まります。

0.9 mm (0.035 インチ) は依然として最も汎用性の高い直径です 一般的な加工用。複数のパスで 1.5 mm のシートから無制限の板厚までの材料の厚さをカバーし、短絡およびスプレー転写モードの両方で適切に動作し、現場で最も幅広い MIG マシンと互換性があります。 1.2 mm に移行すると、蒸着速度が増加しますが、200 アンペアの能力のある機械が必要となり、より薄い材料では焼き付きのリスクが生じます。

転送モードとワイヤおよびガスの選択との関係

MIG 溶接は、電圧、ワイヤ送給速度、ワイヤ径、シールドガスの組み合わせに応じて、さまざまな金属転写モードで動作します。各モードには、異なるアーク特性、スパッタレベル、貫通プロファイル、および位置機能があります。特定のアプリケーションに適切な MIG ワイヤとシールド ガスの組み合わせを選択するには、転送モードを理解することが不可欠です。

短絡転送

低電圧およびワイヤ送給速度では、ワイヤの先端が繰り返し溶融池に触れ、短絡し、溶けてアークが再形成されます (通常、1 秒あたり 90 ～ 200 回)。これにより、薄肉材料や位置ずれ溶接に適した低入熱溶接が得られます。 高 CO₂ シールド ガス (75/25 Ar/CO₂ または 100% CO₂) CO2 はより深い浸透を促進し、この移行モードに固有のアークの不安定性を許容するため、短絡モードでの使用が推奨されます。スパッタは 100% CO₂ で中程度から多量です。 75/25 ブレンドは、許容可能な浸透力を維持しながらスパッタを軽減します。

スプレー転写

しきい値電流 (溶射遷移電流、0.9 mm ER70S-6 の場合は通常 180 ～ 220 A) を超えると、金属は溶接池に触れることなく、微細な液滴の連続的な流れとしてアークを横切って移動します。スプレー転写により、深い浸透性と高い蒸着速度を備えた、非常に滑らかでスパッタのないビードが生成されます。シールドガスが必要です 少なくとも80%のアルゴン — 通常は 80/20 または 90/10 Ar/CO₂ — 安定した軸方向のスプレーを維持します。純粋な CO₂ または高 CO₂ ブレンドはスプレー転写をサポートできません。入熱量と流体の溶融池が大きいため、スプレーは平らな位置と水平な位置に限定されます。

パルスMIG

パルスMIG electronically alternates between a high peak current (sufficient for spray transfer) and a low background current that maintains the arc without depositing metal. The result is spray-quality bead appearance with short-circuit-level heat input — enabling out-of-position welding on thicker material, welding of heat-sensitive alloys like thin stainless or aluminum, and improved fusion on root passes. Pulsed MIG requires an inverter-based power source with a dedicated pulse waveform generator; it is not achievable with older transformer-rectifier machines.

銅のコーティング、スプール、およびワイヤの品質要因

同じ AWS 分類のすべての MIG ワイヤが溶接ライン上で同じように機能するわけではありません。ワイヤ製造の品質は、アークの安定性、供給の信頼性、溶接ビードの一貫性に大きく影響します。これらの要素は、生産環境における生産性と再作業率に直接影響を与えます。

銅コーティング 炭素鋼 MIG ワイヤには 3 つの機能があります。ワイヤとチップの界面を潤滑することでコンタクト チップの摩耗を軽減し、接触点での導電性を向上させ、保管および取り扱い中の酸化に対するバリアを提供します。コーティングの厚さと均一性は重要です。厚すぎると、ライナーとコンタクトチップの内側で銅が剥がれ落ち、給電抵抗やアーク中断が発生します。薄すぎると、湿気の多い保管条件でワイヤが酸化し、アークが不安定になります。プレミアム ワイヤ グレードでは、AWS A5.18 で指定されている銅コーティング重量によって測定される、厳密に制御された均一性で 0.3 ～ 0.5 μm の銅が適用されます。

ワイヤの鋳造とらせん（スプールから外されるワイヤの自然な曲線の寸法特性）は、ワイヤがライナーを通って供給され、コンタクト チップから出る際の安定性に影響します。過剰なキャスト（ループの直径が大きすぎる）により、ワイヤがアークゾーン内でさまよってしまいます。鋳造が不十分であると、ワイヤがコンタクトチップのボアの片側に押し付けられ、チップの摩耗が増加します。キャストとヘリックスを適切に制御することは、アーク位置を 1 ミリメートルの単位で再現できる必要があるロボットおよび自動 MIG アプリケーションにとって特に重要です。

スプールの梱包基準は、大量生産において重要です。最も一般的な形式は次のとおりです。

• D100 / 1kg ミニスプール — 小さなスプールハウジングを備えた MIG マシンの場合。軽工業やメンテナンス工場で一般的
• D200 / 5kgスプール — ワークショップ用の MIG 溶接機の標準。スプールの交換頻度とストレージの設置面積のバランス
• D300 / 15kgスプール — スプール交換によるダウンタイムを最小限に抑えるため、半自動およびロボットセルに推奨されます。
• ドラム缶 / 250 ～ 500 kg バルクパック — 大量のロボットラインでワイヤー矯正装置とともに使用されます。最小限の取り扱いで最大限の生産性を実現

一般的な MIG ワイヤ送給の問題とその解決方法

送りの問題は、ミグ溶接作業におけるアークの不安定性と生産性の低下の最も一般的な原因です。ほとんどの場合、少数の根本原因をたどることができ、診断と修正が簡単です。

鳥の巣作り — 駆動ロール領域でのワイヤーのもつれ — は、ロールがワイヤーを押し続ける間に駆動ロールの下流で詰まりが発生することで発生します。詰まりはほとんどの場合、ライナー (よじれ、汚れ、またはワイヤ サイズの内径が間違っている) またはコンタクト チップ (ボアの磨耗、部分的に溶けたチップ オリフィス、またはスパッタの蓄積) に発生します。解決策: ライナーが生産ラインで 3 ～ 6 か月以上使用されている場合は、ライナーを交換し、常にライナーの内径をワイヤの直径の 0.1 ～ 0.2 mm 以内に合わせてください。

アーク異常・ワイヤ速度変動 多くの場合、ドライブロールの滑りが原因で発生します。スチール ワイヤーにはローレットまたは V 溝のドライブ ロールが必要です。フラックス入りワイヤに適した滑らかなロールを使用すると、ソリッドワイヤに必要な高い送り力がかかると滑りやすくなります。ドライブ ロールの圧力は、滑りを防ぐ最小限に設定する必要があります。過剰な圧力はワイヤを押しつぶし、ライナーやコンタクト チップを詰まらせる微粉を生成します。

過度のスパッタ 転送モードと混合ガスが通常生成する値を超えている場合は、電圧がワイヤの供給速度に対して低すぎる (アークが短すぎるためスタブが発生する)、シールド ガスの混合が不適切である、母材の汚染、またはワイヤの酸化のうち 1 つ以上を示しています。ワイヤーの表面が明るい銅色ではなく、くすんだり変色したりしている場合は、通常、適切な湿気保護を行わずに湿気の多い状態で保管したためにワイヤーが酸化しているため、交換する必要があります。

コンタクトチップの焼き付き — コンタクトチップへの溶接の融着 — は、アークが継続している間にワイヤの送給が一時的に停止し、ワイヤが溶けてチップの穴に戻るときに発生します。主な原因は、ドライブ ロールの滑り、高すぎるスプール ブレーキ張力の設定 (ドライブ ロールが克服できないバック テンションの発生)、およびライナーの抵抗です。二次的な原因は、ワイヤの送り速度に比べて高すぎる電圧で動作していることです。これにより、過度に長いアークが発生し、コンタクトの先端面が溶ける可能性があります。