造船における溶接は、船をより強固に、より効率的に、そしてより安全にすることで、造船業界に真の変革をもたらしました。かつては溶接は一般的ではなかったため、人々はリベット留めで船を建造していました。これは、ボルトを用いて異なる金属を接合するものです。リベット留めは目的を果たしていましたが、接合部は弱く、錆びや漏れが発生しやすいという欠点がありました。

船舶溶接は20世紀に本格的に登場し、あらゆるものを変革しました。これにより、船舶溶接工は継ぎ目がなく欠陥のない金属構造物を製造することが可能になり、船舶の軽量化だけでなく強度も向上しました。溶接によってこれらの船舶は燃費効率に優れ、過酷な条件にも耐えられるようになりました。

溶接は造船のあらゆる工程において不可欠な要素となっています。小型漁船から貨物船まで、船の大きさに関わらず、あらゆる種類の船舶で溶接が行われています。安全性と信頼性を確保するために、高度な溶接技術が活用されています。自動化を含む船舶溶接の進歩により、造船はさらに効率的かつ安全になっています。

造船溶接プロセス

船舶溶接工が船舶の溶接作業を行う

造船の耐久性と強度は、使用する溶接方法に大きく左右されます。標準的な溶接と同様に、船舶の建造には、構造要件、環境条件、金属の種類に応じて、様々な溶接技術が使用されます。

造船業における溶接に使用される技術は次のとおりです。

1. アーク溶接

船舶の溶接で最も一般的に使用される方法はアーク溶接です。厚い金属板でもより強固な溶接部を形成できるため、広く使用されています。アークは熱を発生させるために使用され、この熱によって両方の部材が溶けて融合します。船舶の溶接工が使用するアーク溶接には、以下を含むいくつかの種類があります。

シールドメタルアーク溶接（SMAW）

スティック溶接とも呼ばれ、船舶の修理や建造に広く用いられています。この方法は屋外環境にも有効で、風の強い造船所などに最適です。汎用性が高いため、様々な材料を扱うことができます。

特に鉄鋼に適しています。しかし、船舶の溶接工は電極を頻繁に交換し、スラグの蓄積も清掃する必要があります。

ガスメタルアーク溶接（GMAW/MIG）

シールドメタルアーク溶接と同様に、連続ワイヤ電極を使用します。汚染物質からの保護のため、二酸化炭素またはアルゴンのいずれかのシールドガスを使用します。

この方法は、被覆アーク溶接よりも溶接速度と効率に優れているため、大型造船に非常に適しています。スラグの発生が最小限に抑えられるため、溶接後の洗浄が不要です。

ただし、シールドガスを空気中に拡散させたくないため、屋外環境には適していません。シールドガスがないと、溶接部分が汚染物質にさらされることになります。

ガスタングステンアーク溶接(GTAW/TIG)

この船舶溶接法は高精度を実現し、造船における重要な接合部に最適です。アルミニウムやステンレス鋼などの非鉄金属にも最適です。

船舶の溶接工は、強度が高く、きれいで高品質な溶接を生成できるため、配管システム、燃料タンク、エンジン部品などの敏感な部分にこれを使用します。

ただし、ガスタングステンアーク溶接は、これまでに説明した溶接方法よりも遅く、正確な制御を行うには経験豊富な船舶溶接工が必要です。

2. サブマージアーク溶接（SAW）

サブマージアーク溶接より深い溶け込みが得られるため、船舶の溶接に効果的です。また、欠陥の少ない高品質な溶接を実現します。

この方法は、大型船舶や船体の構造フレームワークに使用される厚い鋼板に最適です。

アークを覆うフラックスはシールドガスとして機能し、溶接プールを汚染から保護し、溶接強度を高め、連続溶接を可能にします。これらすべてが造船の効率を高めます。

3. フラックス入りアーク溶接（FCAW）

ガスメタルアーク溶接と非常によく似ています。違いは、外部シールドガスの代わりにフラックス入り電極を使用する点です。

この特性により、風が強く湿度の高い造船所に非常に適しています。より深い溶け込みと高い溶着速度を実現できるため、船舶溶接工は船舶部品の迅速な建造にこの溶接法を好んで採用しています。

4. 抵抗溶接

この方法では、電気抵抗を利用して熱を発生させ、金属片を溶接します。溶接工は、船舶の小型部品の接合や薄板の溶接にこの方法を使用します。

抵抗溶接は、溶接が速いだけでなく、効率も良く、均一な溶接部が得られます。さらに、歪みも最小限に抑えられます。そのため、船舶部品の大量生産に最適です。

5. プラズマアーク溶接

プラズマアーク溶接は、造船業における高精度溶接法として広く用いられています。TIG溶接に比べて制御性に優れています。

薄板材に幅広く使用され、よりきれいで強度の高い溶接が求められます。圧力容器、繊細な船舶部品、歪みを最小限に抑えた燃料タンクの製造など、様々な用途に活用されています。

品質保証の重要性

造船業においては、溶接の品質を維持することが重要です。そのためには、厳格かつ標準化された手順と設定の遵守、経験豊富な船舶溶接工、そして入念な品質チェックが不可欠です。

ご存知の通り、造船業は厚い金属板や複雑な構造物を精密に接合することです。そのため、これを実現するには、明確に定義された規則と規制に加え、厳格な品質管理体制を遵守する必要があります。

溶接手順仕様

造船の溶接工程は独力で始めることはできません。必ず特定のガイドラインに従う必要があります。

溶接手順仕様書 (WPS) は、特定の溶接作業に必要なすべてのパラメータと溶接テクニックが記載された正式な文書です。

一貫性、業界への準拠、信頼性を確保します。標準設定に関与する業界には、 国際標準化機構（IOS）、その アメリカ溶接協会（AWS）、そして アメリカ船級協会（ABS）.

これらのガイドラインに従うことは重要であり、多くのメリットをもたらします。これにより、均一な溶接を実現するためにすべての手順が正しく実行されることが保証されます。

溶接品質の向上に役立ち、再溶接の必要性を排除します。また、ベストプラクティスに従うことで、船舶の構造的完全性を高めます。

造船に使用する適切な種類の材料を特定し、選択する
作業スペースの設定と材料に応じて適切な方法を選択してください。GMAW、FCAW、SMAW、SAWから選択できます。
電圧、電流、シールドガス、電極タイプ、移動速度などの溶接パラメータを設定します。
ジョイントを準備し、フィットアップ要件、溶接ビードのサイズ、および溝の角度を確認します。
歪みやひび割れを最小限に抑えるために、溶接前後の加熱処理に関するガイドラインを確認してください。

溶接工の資格

船舶溶接工が認定を受けており、必要なスキルを備えている場合、船舶溶接の品質は大幅に向上します。

認定資格を取得することで、船舶溶接工は自分の作業を理解し、造船における溶接中のさまざまな溶接材料、変動するパラメータ、その他の課題に対処できるようになります。

溶接工の認定プロセス

まず、船舶溶接工は、造船の溶接プロセス、安全対策、冶金学に関連するさまざまなトレーニングプログラムを受けます。

その後、厳しい監督の下でテスト溶接を行い、溶接結果を評価・検査します。

DNV、ロイドレジスター、ABS などのさまざまな組織が、業界標準に従ってこれらの溶接工に認定を与えます。

現代の造船業の変化する技術と要件に応じて船舶溶接工が進化していることを示すために、認定を更新することが重要です。

船舶溶接工にはいくつかの重要な要件があります。FCAW、GTAW、GMAW、SMAWという4つの主要な造船溶接プロセスを習得することが非常に重要です。

溶接工は、狭い空間で作業し、過酷な条件に対応できる必要があります。また、船舶溶接工はあらゆる種類の溶接欠陥を熟知し、それらを修復する方法を知っていることも不可欠です。

検査とテスト

標準的な溶接と同様に、船舶の溶接部も溶接品質と欠陥について検査・試験が行われ、業界標準の要件に従って溶接が行われていることが保証されます。非破壊検査（NDT）は主に、船舶の溶接における欠陥を検出し、構造の健全性を確認するために使用されます。

一般的な非破壊検査は次のとおりです。

目視検査

名前の通り、この検査は工具を使わずに目視で行います。溶接の前後に必ず行うべき、最も基本的な検査方法です。

ひび割れ、多孔性、アンダーカット、スラグ混入、粗さ、その他目視できる欠陥など、多くの欠陥を特定します。

しかし、これはより深い部分や内部の問題を検出する信頼できる方法ではありません。検査員は経験豊富な専門家で、十分な照明の下で目視検査を行う必要があります。

超音波検査

これは、内部欠陥を非常に正確に検出できる信頼性の高い船舶溶接検査方法です。特に厚い金属板や薄板に適しています。

高周波超音波を溶接部に照射するトランスデューサーが使用されます。超音波は欠陥に当たると反射し、液晶画面に信号を表示します。検査員はこれらの信号を解析し、欠陥の位置と大きさを判断します。

この試験は、隔壁、船体、甲板、配管継手、圧力容器、燃料タンクの検査に有効です。超音波探傷試験は、空隙、亀裂、融合不良を効果的に特定できます。ただし、粗い表面では実施が困難です。

放射線検査（RT）

これは、船舶の溶接品質を検査するために使用される高度な非破壊検査の一つです。X線またはガンマ線を用いて画像を作成し、内部の気孔、ひび割れ、介在物などの欠陥を明らかにします。

防水区画や高圧パイプラインで広く使用されています。この試験の最大の特徴は、外部および内部の欠陥を検出できることです。また、溶接の不連続部についても高い精度が得られます。

この方法には一定の限界があります。他の方法に比べて費用がかかり、時間もかかります。放射線被曝を伴うため、安全上のリスクも高くなります。そのため、厳格な安全対策を講じる必要があります。また、特に閉鎖空間では、現場での検査には適していません。

磁性粒子検査

この方法は、鋼鉄などの強磁性材料の表面および表面近傍の溶接欠陥を検出するために使用されます。この試験は、隔壁、船体、デッキにおける応力に起因する欠陥、亀裂、不連続性の検出に効果的です。

直流または交流電流を流して溶接部分を磁気化します。

磁性粒子が散乱し、欠陥があると歪んで漏れ磁場が発生します。粒子は欠陥のパターンを形成し、紫外線下で視覚的に確認または識別できます。

この検査は迅速かつ簡単に結果が得られ、どこでも実施できます。ただし、これらの船舶溶接検査方法は非鉄金属には使用できません。

染料浸透探傷試験

浸透探傷試験は、ステンレス鋼やアルミニウムなどの造船用非鉄金属の表面のひび割れ、不連続性、欠陥を特定します。

まず、表面を洗浄し、汚れ、油脂、その他の不純物を取り除きます。次に、溶接部に染料を注ぎ、染料が溶接部から浸透します。

しばらくすると、余分な染料液が除去されます。検査員は現像液を塗布します。現像液は閉じ込められた染料を乾燥させ、紫外線下で観察することで亀裂を特定します。ただし、検出できるのは表面レベルの溶接欠陥のみです。

船舶溶接における課題

船舶の溶接は間違いなく重要な手順ですが、対処する必要がある独自の課題が伴います。

そうでなければ、高品質の船舶構造は得られません。以下は、造船の溶接工程で発生する最も一般的な課題の一部です。

反りと溶接歪み

溶接歪み

船舶は大型で厚い金属構造を有しており、溶接時に熱にさらされる可能性があります。この急激な熱曝露により、特定の材料が膨張・収縮し、歪みが生じます。この歪みや反りは、船舶の健全性に悪影響を及ぼします。

歪みの原因としては、熱分布の不均一、集中部分の過剰な溶接、十分な冷却時間を与えずに高熱を入力することなど、さまざまなものがあります。

解決： この問題を解決するには、溶接前に材料を予熱して熱伝導性を高めます。入熱を制御するために、定常溶接ではなく断続溶接を行い、GMAWなどの低入熱で動作する溶接技術を使用します。

溶接継手のひび割れ

溶接のひび割れ

溶接接合部ひび割れは溶接品質を損ない、構造を弱めます。これにより、様々な安全上の懸念が生じ、高額な修理が必要になります。ひび割れは、不適切な溶接技術、応力集中、そして材料の不良によって発生します。

この割れには、高温割れ、冷間割れ、ラメラ割れの3種類があります。高温割れは凝固時の高温によって発生します。冷間割れは、溶接後に冷却された後に閉じ込められた水素によって発生します。一方、ラメラ割れは、厚肉材料では延性が低く応力が高いために発生します。

解決： 低水素電極を使用し、残留応力を緩和するために溶接後の加熱処理を組み込む必要があります。また、造船用鋼材は延性と靭性に優れているため、高品質の鋼材を選択することが重要です。

過酷な労働条件

造船業は、屋外で溶接が必要となる大型で厚い構造物を扱います。溶接だけでなく、他の作業も屋外で行われます。そのため、作業員は過酷な環境のために多くの困難に直面します。時には、有毒ガスにさらされる閉鎖空間で作業することもあります。

風の強い条件と湿度はシールドガスの供給を妨げ、汚染物質の侵入を招き、溶接品質を低下させます。船体の各部で作業を行うための作業スペースは限られています。

解決： フラックス入りアーク溶接は外部シールドガスを必要とせず、風の強い環境にも適しているため、フラックス入りアーク溶接を使用してください。また、手の届きにくい場所がある閉鎖空間でも自動溶接を実施できます。また、船舶の溶接作業員が適切に作業し、有毒ガスが常に排出されるように、閉鎖空間では適切な換気を行うことが重要です。

耐腐食性と耐久性

溶接腐食

海水と湿気は、乾燥した状態よりも船舶の腐食の可能性を高めます。そのため、船舶は錆や腐食の影響を受けやすく、特に接合部は経年劣化により船体構造に深刻な損傷を与える可能性があります。

解決： 造船材料としては、耐食性に優れたステンレス鋼またはコーティング鋼の使用をお勧めします。耐食性を高めるために、保護コーティングや塗装を施してください。

結論

造船は溶接なしには完成しません。溶接は、船舶の構造的な強度と、過酷な海洋環境に耐えられる堅牢性を確保します。

通常の溶接と同様に、船舶の溶接にも、厳格な業界標準に従って実行する必要があるさまざまな手順があります。

造船の溶接プロセスには、ガスメタルアーク溶接、ガスタングステンアーク溶接、フラックス入りアーク溶接、プラズマアーク溶接、抵抗溶接、シールドメタルアーク溶接、サブマージアーク溶接など、さまざまなものがあります。

しかし、適切な溶接技術を選択するだけでは、高品質の溶接が保証されるわけではありません。熟練した船舶溶接工と溶接手順書（WPS）の遵守も必要です。

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造船における溶接の進化