【気密溶接の設計論】「見た目は良いのに漏れる」を防ぐ工学的アプローチ｜検査基準と入熱管理

Q: ビード外観が綺麗なら気密は取れますか？

いいえ、外観と気密性はイコールではありません。表面が美しくても、内部にピンホールや未融合があれば漏れます。用途に応じた検査が必要です。

Q: 検査まで対応できますか？

はい、対応可能です。水張り・発泡・差圧検査に加え、ヘリウムリーク等の特殊検査も条件合意の上で実施します。

Q: 図面に「気密」しか書かれていません。どう進めますか？

媒体・圧力・許容リーク量をヒアリングし、過剰品質にならずリスクを避ける現実的な保証の定義をご提案します。

溶接技術百科シリーズについて

株式会社上村製作所が運営する「溶接技術百科シリーズ」では、アルミ・チタン・ステンレス・ジュラルミンなど、主要金属の溶接に関する専門知識と、現場で役立つ実践ノウハウを体系的に解説しています。
航空宇宙・レーシング部品・研究開発試作など、高精度を要求される現場で培った実績をもとに、各材料の特性や品質管理のポイントをわかりやすく紹介します。

気密溶接の世界で一番厄介なのは、「ビード外観は綺麗なのに、検査で漏れる」という事態です。
水や油、空気はもちろん、真空域やトレーサガス領域になるほど、目に見えない微小欠陥がそのまま不具合になります。
つまり、「腕の良い溶接」＝「漏れない保証」ではないという点が、発注・設計の現場で最も重要なポイントとなります。

本ページでは、研究所・設計開発部門の皆様に向けて、漏れのメカニズムを工学的に分解し、「仕様書に盛り込むべき工程設計と検査基準（握り方）」を整理します。
「とにかく漏れないで」では品質保証になりません。保証の定義（合否・単位・検査方法）を先に固めることが、最短で事故と手戻りを減らす方法です。

1. まず合意すべき「保証の定義」｜“漏れない”を仕様に落とす

気密は、製作技術だけでなく検査設計（合否の決め方）がセットで成立します。設計段階で、最低限以下を合意しておくと、品質もコストも安定します。

媒体：空気／水／油／溶剤／不活性ガス／真空など
使用条件：温度域（常温／高温／低温）、圧力（正圧／負圧）、振動・脈動の有無
許容リーク：「ゼロ」か「許容値あり」か（単位例：Pa・m³/s 等）
検査方法：水張り／発泡／差圧・圧力降下／トレーサガス（ヘリウム等）
合否判定と記録：誰が、どの条件で、何を記録して合格とするか

設計者向けの結論：
「漏れなきこと」という文言だけでは、製作側は“どの検査で、どこまで保証するか”を判断できません。
結果として、過剰品質（コスト増）か、検査不足（不具合流出）のどちらかに振れやすくなります。
保証の定義（媒体・条件・検査・合否）を先に固定することが、最短で成功率を上げます。

2. 漏れのメカニズム｜原因は「3つの系統」に分類できる

「漏れた」という結果は同じでも、成因により対策は全く異なります。まずは敵を分類して、対策の打ち手を間違えないことが重要です。

ピンホール／ブローホール（気泡）
原因例：油分・水分・酸化皮膜、シールド不良、閉じ込めガス
溶融金属中にガスが閉じ込められ、表面まで貫通した微小トンネルとなって漏れを引き起こします。
溶け込み不足／未融合（物理的隙間）
原因例：ルートギャップ不適、入熱不足、トーチアクセス制約、姿勢制約
構造的には繋がって見えても、微細な隙間が残り、加圧・負圧でリーク経路になります。
割れ・クレータークラック（収縮損傷）
原因例：拘束過大、冷却速度の管理ミス、終端処理不備、入熱偏在
凝固収縮の応力に耐えきれず、ミクロ亀裂が発生します。特に薄板・拘束が強い構造で顕在化しやすい不具合です。

3. 設計（DFM）で漏れを減らす｜“作りにくい形状”が漏れを生む

気密は製作だけでなく、設計時点の成立条件が品質を大きく左右します。以下は、現場で漏れトラブルになりやすい典型論点です。

設計で押さえるべきポイント（例）

トーチアクセス：溶接姿勢が無理な場所は、未融合・欠陥リスクが上がります（溶接順序も含め要検討）。
閉じ込め容積：内部に空気が逃げない構造は、ブロー・ピンホールの原因になります（逃がし／先行溶接の検討）。
継手形状：気密面に段差・隙間が残る設計は、検査で不利になります（突合せ・ルート形状の整理）。
熱の逃げ道：熱だまりが集中する形状は、割れ・歪み・クレーター欠陥が出やすくなります（放熱・治具前提の検討）。

4. 表面制御｜気密は「溶接する前」に決まっている

気密溶接では、電流条件よりも清浄度（クリーネス）が支配的なケースが多くあります。
特にアルミや薄板SUSは、目に見えない油膜・酸化膜が残るだけで、ブローホール発生率が跳ね上がります。

弊社では、気密・真空領域の製作経験を踏まえ、脱脂洗浄・乾燥・酸化膜除去などを工程として組み込み、再現性を担保します。
「汚れたまま溶接して、後から埋める」ことは原理的に不可能である、という前提で工程を設計します。

5. 工程設計｜確率論ではなく「論理」で漏れを潰す

「職人の勘」を否定はしませんが、工業製品としての再現性を担保するには、管理点（変数）を固定し、協議事項を明確化する必要があります。

気密を安定させる管理ポイント

ルートギャップ管理：“穴埋め溶接”を前提にせず、均一な溶け込みが成立するFit-upを作る。
入熱の上限制御：過熱で組織・酸化・歪みが増える領域に入れない（薄板ほど重要）。
熱だまりの分散：連続溶接を避け、溶接順序・分割で収縮を分散し、割れ・歪みリスクを下げる。
終端（クレーター）処理：終端のくぼみ・微小割れはリークの起点になりやすい。減衰制御・追い盛りで確実に潰す。
治具と放熱：拘束と放熱（ヒートシンク）をセットで設計し、変形・バーンスルー・欠陥を抑える。

6. 検査の設計｜検査方法は“感度”と“合否の明確さ”で選ぶ

気密の保証は、検査の選び方で強度が決まります。
「とりあえず水張り」ではなく、用途・リスク・要求リークに合わせて、検査方法と合否基準（記録）を設計段階で合意することが重要です。

目的	代表的な方法	合否の考え方（例）	注意点
粗大漏れの排除	水張り／発泡	目視で漏れ／泡の有無	定性的になりやすい。条件（圧力・時間・温度）を固定しないと再現性が落ちる。
微小漏れの管理	差圧／圧力降下	圧力変化（時間当たり）で判定	温度・容積・治具密封の影響が出るため、試験治具と条件の設計が要点。
真空・高要求領域	トレーサガス（ヘリウム等）	リーク量（単位例：Pa・m³/s）で判定	設備・段取りが必要。要求リーク量と試験法（真空法／スニファ等）を先に合意する。