工場やプラント施設では、水、空気、蒸気などを設備へ送るために、さまざまな配管が使用されています。
配管にステンレス鋼管を使用する場合、接続方法のひとつとしてTIG溶接が選ばれることがあります。
TIG溶接は、溶接時に発生する火花やスパッタが比較的少なく、溶接部を細かく調整しやすい方法です。一方で、溶接前の清掃、配管同士の位置合わせ、シールドガス、溶接速度、熱の加え方などによって仕上がりに差が生じます。
外側の溶接跡がきれいに見えても、配管内部の酸化や溶込み不足などが発生している可能性があるため、見た目だけで品質を判断することはできません。
この記事では、ステンレス配管にTIG溶接が使用される理由、施工品質を左右するポイント、起こり得る不具合、施工後の確認方法について解説します。
TIG溶接とは
TIG溶接とは、タングステン電極と溶接する金属の間にアークを発生させ、その熱によって金属を溶かして接合する方法です。
TIGは「Tungsten Inert Gas」の略称です。アルゴンなどの不活性ガスで溶接部分を空気から保護しながら施工します。
溶接する配管の厚さや継手の状態などに応じて、溶加棒と呼ばれる金属材料を加えながら溶接する場合と、母材同士を溶かして接合する場合があります。
TIG溶接の主な特徴は次のとおりです。
- 火花やスパッタが比較的少ない
- 溶接部分を細かく調整しやすい
- 薄い金属にも対応しやすい
- ステンレス鋼やアルミニウムなどに使用できる
- 溶接部の外観を整えやすい
- さまざまな溶接姿勢に対応できる
ただし、TIG溶接を使用すれば自動的に高品質になるわけではありません。
材料、配管の厚さ、接合方法、作業環境、溶接条件に合わせた施工が必要です。
TIG溶接の基本的な仕組みや他の溶接方法との違いについては、TIG溶接とは？特徴・メリット・配管工事での活用を解説もご覧ください。
ステンレス配管にTIG溶接が使用される理由
溶接部を細かく調整しやすい
TIG溶接では、溶接する場所を確認しながら、アークの位置や溶加棒を入れる量を調整できます。
配管の厚さや継手の隙間に合わせて作業しやすく、精度が求められるステンレス配管の接合に適した方法のひとつです。
スパッタが比較的少ない
スパッタとは、溶接時に周囲へ飛び散る小さな金属粒のことです。
TIG溶接は、ほかのアーク溶接と比較してスパッタが少なく、溶接部周辺をきれいに仕上げやすい特徴があります。
ただし、溶接前後の清掃が不要になるわけではありません。油分、汚れ、異物などが残っていると、溶接品質へ影響する可能性があります。
薄い配管にも対応しやすい
ステンレス配管には、比較的肉厚の薄い材料が使用されることがあります。
薄い配管へ過剰な熱を加えると、穴が開く「溶け落ち」や、配管が変形する原因になります。
TIG溶接は出力を細かく調整しやすいため、薄い材料の溶接にも使用されます。
ただし、配管の厚さに合わせて電流、溶接速度、熱の加え方を調整する技術が必要です。
溶接部の外観を整えやすい
適切に施工されたTIG溶接では、溶接金属が一定の幅で連続した溶接部を形成できます。
配管が露出する場所や、設備周辺の仕上がりが重視される場所でも使用されます。
ただし、きれいな外観は確認項目のひとつにすぎません。溶込み、配管内部の状態、気密性なども含めて品質を確認する必要があります。
ステンレス配管の品質を左右する施工ポイント
配管の用途と使用条件を確認する
溶接方法や施工条件を決める前に、配管の用途を確認します。
主な確認項目は次のとおりです。
- 配管内を流れるもの
- 使用温度
- 使用圧力
- 必要な流量
- 配管の材質
- 配管の口径と厚さ
- 屋内・屋外などの使用環境
- 振動や熱による伸縮の有無
- 清掃や点検に必要な条件
- 施工後に必要な確認方法
同じステンレス配管でも、流れるものや使用条件によって求められる施工品質は異なります。
材質だけで判断せず、用途・温度・圧力・現場環境まで確認することが重要です。
材料を正しく確認する
ステンレス鋼には複数の種類があり、それぞれ性質や使用される環境が異なります。
母材と溶加棒の組み合わせが適切でなければ、溶接部の性能へ影響する可能性があります。
施工前には、図面、配管仕様書、材料表示などから次の項目を確認します。
- 配管の材質
- 継手やフランジの材質
- 溶加棒の種類
- 配管の厚さ
- 接続方法
- 発注仕様との一致
外観が似ていても材質が異なることがあるため、材料の取り違えを防ぐ管理が必要です。
溶接前に配管表面を清掃する
溶接部分に油、錆、ほこり、水分などが付着していると、溶接部へ空気や異物が入り込み、欠陥の原因になる場合があります。
溶接する端部とその周辺を清掃し、乾燥した状態に整えます。
ステンレス鋼へ鉄粉などが付着すると、表面の錆につながる可能性もあります。そのため、ステンレス用として区別した工具や清掃用品を使用するなど、現場に応じた管理が必要です。
溶接前の清掃は、外観を整えるためだけでなく、溶接品質を確保するための重要な工程です。
配管端部を適切に加工する
配管の端部は、口径、厚さ、接合方法に合わせて加工します。
切断面が斜めになっていたり、端部に大きなバリや変形が残っていたりすると、配管同士を正しく合わせられません。
必要に応じて開先加工を行い、溶接に適した形状へ整えます。
開先とは、溶接する配管の端部に設ける溝状の加工です。配管の厚さや必要な溶込みに応じて形状を決めます。
配管同士の位置を正確に合わせる
配管の位置合わせがずれていると、内面に段差ができたり、一部分だけ溶接金属が不足したりする可能性があります。
施工前に次の項目を確認します。
- 配管の中心が合っているか
- 継手との段差が大きくないか
- 配管同士の隙間が適切か
- 配管がねじれていないか
- 仮付け後に位置がずれていないか
- 配管へ無理な力がかかっていないか
配管を無理に引き寄せた状態で溶接すると、施工後も溶接部や支持金物に負担が残る可能性があります。
溶接技術だけでなく、採寸・加工・位置合わせの精度が配管全体の品質を左右します。
仮付け溶接を適切に行う
仮付け溶接とは、本溶接前に配管の位置を保持するために行う溶接です。
仮付けの位置や大きさが適切でない場合、本溶接時に段差や変形が発生する可能性があります。
仮付け後は、配管の中心、隙間、角度、ルートを再確認します。
シールドガスを適切に管理する
TIG溶接では、溶接部分をアルゴンなどの不活性ガスで覆い、空気との接触を抑えます。
ガスの流量が不足している場合や、風によってガスが流される場合は、溶接部が十分に保護されず、酸化や気孔などが発生する可能性があります。
一方で、ガスの流量を増やせばよいとは限りません。流れが乱れると周囲の空気を巻き込む場合があります。
屋外や風のある場所では、必要に応じて風よけを設けます。
ガスの種類、流量、トーチの位置、作業環境を確認し、溶接部分を安定して保護することが重要です。
配管内部をバックシールドする
ステンレス配管をTIG溶接する場合は、溶接部分の外側だけでなく、配管内部の酸化にも注意が必要です。
バックシールドとは、配管内部へアルゴンなどの不活性ガスを流し、裏側の溶接部分を空気から保護する方法です。
ステンレス鋼管で裏波を形成するTIG溶接では、健全な溶接部をつくるため、原則としてバックシールドが重要です。
バックシールドが不十分な場合、溶接部の裏側が強く酸化し、黒く粗い状態になることがあります。酸化の程度によっては、溶接部の品質や耐食性へ影響する可能性があります。
ただし、使用する溶接材料や工法、配管の用途、施工仕様によって必要な方法は異なります。工事前に仕様を確認し、適切なバックシールド方法を選ぶ必要があります。
電流と溶接速度を調整する
溶接電流が高すぎたり、同じ場所へ長時間熱を加えたりすると、配管の変形や溶け落ちが発生する可能性があります。
反対に、熱が不足すると、母材同士が十分に溶け合わない溶込み不足や融合不良につながることがあります。
施工時には、配管の材質、厚さ、口径、継手の状態、溶接姿勢に合わせて条件を調整します。
強すぎる熱と弱すぎる熱のどちらも、溶接品質を低下させる原因になります。
熱による変形を抑える
ステンレス配管へ溶接熱が加わると、膨張と収縮によって変形することがあります。
変形が大きいと、配管の中心がずれたり、フランジの向きが合わなくなったり、現場で取り付けにくくなったりします。
変形を抑えるためには、仮付けの方法、溶接する順番、熱を加える範囲、固定方法などを検討します。
配管を製作した後は、図面や現場寸法と照らし合わせて、長さ、角度、フランジの向きなどを確認します。
溶接姿勢と作業スペースを確認する
工場内の配管工事では、常に作業しやすい位置で溶接できるとは限りません。
天井付近、設備の裏側、狭い場所、既設配管が密集した場所などでは、作業姿勢やトーチの角度が制限されます。
作業スペースが不足すると、溶接部を目視しにくくなり、安定した施工が難しくなる場合があります。
そのため、事前に現場を確認し、可能な範囲を工場や加工場で製作してから現場へ搬入する方法も検討します。
現場での溶接範囲を減らし、事前製作できる部分を増やすことは、品質と施工時間の安定につながります。
ステンレス配管のTIG溶接で起こり得る不具合
溶込み不足
溶込み不足とは、溶接金属が配管の必要な部分まで十分に達していない状態です。
電流不足、溶接速度、開先形状、継手の隙間などが関係する場合があります。
外側から溶接跡が見えていても、内部まで適切に接合されているとは限りません。
融合不良
母材と溶接金属、または溶接金属同士が十分に溶け合っていない状態です。
溶接する位置のずれ、熱不足、表面の汚れなどが原因になることがあります。
アンダーカット
アンダーカットとは、溶接部の端に溝のようなくぼみができる状態です。
溶接条件やトーチの操作などによって発生することがあります。
気孔
気孔とは、溶接金属の内部に小さな空洞ができる状態です。
シールドガスの不足、空気の巻き込み、油分、水分、汚れなどが関係する場合があります。
溶け落ち
薄い配管へ過剰な熱を加えると、溶接部分が溶けて穴が開くことがあります。
配管の厚さに合わせた電流と溶接速度の調整が必要です。
酸化・焼け
シールドガスによる保護が不十分な場合、溶接部が強く酸化し、変色することがあります。
溶接焼けの状態だけで品質を一律に判断することはできませんが、強い酸化が見られる場合は、施工条件や配管内部の状態を確認する必要があります。
変形・寸法ずれ
溶接熱によって配管が収縮すると、全体の長さや角度、フランジの向きなどが変わることがあります。
現場へ取り付ける段階で寸法が合わない場合、配管や接続機器へ無理な力がかかる可能性があります。
溶接部の外観で確認するポイント
溶接後は、まず外観を確認します。
主な確認項目は次のとおりです。
- 溶接部が途切れていないか
- 幅や高さに大きなばらつきがないか
- アンダーカットが発生していないか
- 穴や割れが見られないか
- 過度な酸化や変色がないか
- スパッタや異物が付着していないか
- 配管やフランジが変形していないか
- 配管の中心や角度が合っているか
- 溶接部周辺に傷がないか
ただし、外観検査だけですべての内部欠陥を確認することはできません。
配管の用途や工事仕様に応じて、漏れの確認、耐圧確認、非破壊検査などが必要になる場合があります。
施工後に行われる主な確認
寸法確認
製作した配管の長さ、角度、フランジの向き、取付位置などを確認します。
図面どおりに製作されていても、既設設備との取り合いによって調整が必要になる場合があります。
漏れの確認
配管を接続した後、継手や溶接部分から漏れがないか確認します。
確認方法や試験条件は、配管内を流れるもの、使用圧力、工事仕様などによって異なります。
配管内部の確認
配管の用途や口径によっては、溶接部の裏側や配管内部の状態を確認します。
裏側の過度な酸化、段差、異物などがないかを確認する場合があります。
必要に応じた検査
工事仕様によっては、浸透探傷試験、放射線透過試験などの非破壊検査が指定される場合があります。
ただし、すべての工事で同じ検査を行うわけではありません。
発注仕様、配管用途、法令、施工基準などを確認し、必要な検査内容を決定します。
ステンレス配管工事の一般的な流れ
1．現場と仕様の確認
配管の用途、材質、口径、圧力、温度、配管ルート、設備の稼働状況などを確認します。
2．図面確認・採寸
図面と現場を照合し、既設設備との接続位置や作業スペースを確認します。
図面がない場合は、現場で必要な寸法を測定します。
3．配管の切断・加工
必要な長さに配管を切断し、継手の種類や溶接条件に合わせて端部を加工します。
4．位置合わせ・仮付け
配管の中心、隙間、角度、フランジの向きなどを確認して仮付けします。
5．TIG溶接
必要なシールドガスやバックシールドを使用し、配管仕様に合わせて溶接します。
6．外観・寸法確認
溶接部の外観、配管寸法、角度、変形の有無などを確認します。
7．現場への取付
製作した配管を現場へ取り付け、既設設備やほかの配管と接続します。
8．漏れ・試運転の確認
配管用途や工事仕様に応じた確認を行い、設備を試運転します。
工場でステンレス配管工事を依頼するときの確認事項
工事業者へ相談する際は、次の情報を整理しておくと打ち合わせが進めやすくなります。
- 工場や施設の所在地
- 配管内を流れるもの
- 使用温度と圧力
- 配管の材質
- 配管の口径と厚さ
- 新設・改修・更新の区分
- 配管図面や設備資料の有無
- 希望する配管ルート
- 既設設備との接続位置
- 必要な検査の有無
- 工場を停止できる日時
- 溶接できる作業スペース
- 高所作業や火気使用の条件
- 搬入経路
- 衛生管理などの現場条件
- 希望する工事時期
材質、使用温度、圧力などが分からない場合でも、設備の型式、既設配管の写真、図面などが確認の手がかりになります。
「ステンレス配管を溶接してほしい」だけでなく、何を流す配管なのか、どのような条件で使用するのかを伝えることが重要です。
溶接配管工事を依頼する業者の確認ポイント
ステンレス配管の施工に対応しているか
鋼管とステンレス管では、材料の取り扱いや溶接条件が異なります。
ステンレス配管の加工・溶接・取付に対応しているかを確認します。
溶接に関する資格者が在籍しているか
溶接資格は、一定の試験を通じて溶接技術を確認する制度です。
工事内容に関係する資格者が在籍しているかは、施工体制を確認する目安のひとつになります。
ただし、資格があることだけで工事品質が決まるわけではありません。配管の製作、現場での取付、品質管理まで含めた体制を確認することが大切です。
製作から取付まで対応できるか
配管工事では、溶接部分だけでなく、現場採寸、材料手配、配管加工、支持金物、取付、試運転までを考える必要があります。
製作と現場取付を分けて考えず、配管全体の納まりまで確認できる業者へ相談することが重要です。
稼働中の工場へ対応できるか
稼働中の工場では、作業時間、火気使用、周辺設備の養生、他業種との調整などが必要です。
工場の停止可能時間や安全管理の条件を事前に共有し、現場に合った施工計画を検討します。
富山県でステンレス配管のTIG溶接をご検討の方へ
株式会社椎名設備工業では、富山県・石川県を中心に、工場・プラント施設・各種施設の溶接配管工事を行っています。
鋼管・ステンレス管などについて、図面確認、切断、加工、溶接、現場での取付まで一連の流れで対応しています。
椎名設備工業には、ステンレス配管・TIG溶接に関係するTN-FPの資格保有者が在籍しています。
配管の材質、用途、温度、圧力、設備配置、作業スペースなどを確認し、現場条件に応じた施工方法を検討します。
対応する工事や保有資格については、業務内容および資格一覧をご覧ください。
よくある質問
- ステンレス配管には必ずTIG溶接を使用しますか？
-
必ず使用するとは限りません。配管の材質、口径、厚さ、用途、現場条件などに応じて接続方法を検討します。
- TIG溶接は見た目がきれいなら問題ありませんか？
-
外観がきれいでも、溶込み不足や内部の酸化などが発生している可能性があります。外観だけでなく、配管の用途や工事仕様に応じた確認が必要です。
- バックシールドは必ず必要ですか？
-
一般的なソリッドワイヤを使用してステンレス鋼管の裏波溶接を行う場合は、原則としてバックシールドが重要です。
ただし、使用する溶接材料や工法、配管の用途、発注仕様によって方法が異なるため、施工前に確認します。
- 現場で配管を溶接できますか？
-
作業スペース、火気使用条件、周辺設備、換気、安全管理などを確認したうえで判断します。
現場での作業が難しい場合は、事前に配管を製作してから取り付ける方法もあります。
- 既設のステンレス配管を部分的に交換できますか？
-
不具合の範囲や既設配管の状態によっては、部分的な交換が可能な場合があります。
ただし、周辺にも腐食や変形がある場合は、広い範囲の更新を検討します。
- 図面がなくても相談できますか？
-
図面がない場合でも、現場調査や採寸によって確認を進められる場合があります。
配管全体、接続設備、材質表示などが分かる写真を用意しておくと、打ち合わせが進めやすくなります。
まとめ
ステンレス配管のTIG溶接は、スパッタが比較的少なく、溶接部分を細かく調整しやすい接続方法です。
一方で、施工品質は溶接作業だけで決まるものではありません。
材料確認、溶接前の清掃、配管端部の加工、位置合わせ、仮付け、シールドガス、バックシールド、熱による変形対策まで含めた管理が重要です。
また、溶接後は外観だけで判断せず、配管の寸法、内部の状態、漏れの有無などを、工事仕様に応じて確認する必要があります。
富山県・石川県でステンレス配管の製作・TIG溶接・現場取付・改修をご検討の方は、株式会社椎名設備工業のお問い合わせページよりご相談ください。