【薄板溶接の失敗学】穴あき・波打ち・割れを防ぐ「入熱と拘束」の設計思想

溶接技術百科シリーズについて

研究所や開発部門の皆様から、「薄板（t1.0mm以下やアルミ材）の溶接で、どうしても結果が安定しない」というご相談を頻繁にいただきます。
設計上は成立していても、実際の加工現場では以下の4つのトラブルが頻発していないでしょうか。

• 穴あき（バーンスルー）：一瞬で母材が溶け落ちる。
• 波打ち（歪み）：熱収縮により、製品が波打って平面度が出ない。
• 割れ（クラック）：凝固収縮に耐えられず、ビードや熱影響部が割れる。
• 寸法不良：溶接後の形状が変化し、相手部品と組めない。

薄板溶接は、厚板以上に「物理法則（熱と力）」の影響をダイレクトに受けます。
本ページでは、職人の“腕”に依存しすぎない、工学的根拠に基づいた「失敗を防ぐ段取りと条件設定」について解説します。

1. なぜ薄板で失敗が起きるのか（メカニズムの整理）

薄板溶接が難しい根本的な理由は、「熱容量の小ささ」と「剛性の低さ」にあります。
厚板であれば母材自体が熱を吸い取り（ヒートシンク効果）、また自重や剛性で変形を耐えますが、薄板にはその余裕がありません。

薄板溶接は、現象が「ゆっくり悪化する」のではなく、条件が外れた瞬間に「一発で壊れる（穴あき・座屈・割れ）」という特徴があります。
つまり、薄板では条件調整（電流・速度）より前に、前提条件（入熱の入れ方・拘束の効かせ方）を設計することが重要となります。

2. 「条件」よりも「段取り」が品質の8割を決める

多くの現場で「電流値を1A単位で調整する」ことに時間を費やしがちですが、薄板溶接の成否は、トーチを握る前の「段取り（仮付け・治具・順序）」で決まります。

① 仮付け（タック溶接）の設計

仮付けは単なる「位置決め」ではありません。熱変形を抑制するための重要な工程です。

• 点数より位置：むやみに点数を増やすのではなく、熱収縮による「引っ張り方向」を想定し、変形の起点となる箇所を確実に抑えます。
• ギャップ管理：薄板において0.5mmの隙間は致命的です。仮付け段階でルートギャップをゼロ（または均一）に保てなければ、本溶接で必ず穴が開きます。

② 入熱の制御（スキップ溶接）

「端から端まで一気に溶接する」のは、薄板ではご法度です。熱が進行方向に蓄積し、後半になるほど歪みと溶け落ちのリスクが増大します。
区間分割（スキップ）法や、対称法（中心から外へ、または交互に）を採用し、熱を散らすことで母材温度の上昇を抑えます。

③ 治具による拘束と放熱

治具には2つの役割があります。

1. 変形の抑制：波打ちが発生しやすい方向だけを物理的に押さえる。
2. ヒートシンク（放熱）：銅板やアルミ板を裏当て材として使用し、過剰な熱を逃がすことで、溶け落ち（バーンスルー）を防ぐ。

※逆に「ガチガチに固めすぎる（過拘束）」と、逃げ場を失った応力が「割れ」として現れるため、材質に合わせた加減が必要です。
薄板は、「拘束＝正義」ではありません。拘束で止めるべき変形と、拘束すると割れやすくなる応力を、分けて考える必要があります。

3. 依頼前に整理しておきたい「判断材料」

試作・開発案件をスムーズに進めるために、以下の情報が整理されていると、最適な工法（入熱・拘束条件）を早期に提案可能です。

特に「図面公差」と「溶接の物理的限界」が乖離している場合、設計段階での形状変更（リブ追加やフランジ構造化など）をご提案することもあります。
初期段階で論点を揃えておくと、試作回数の削減・手戻りの低減につながり、結果的にスケジュールと総コストが安定します。

FAQ｜薄板溶接のトラブル対策