溶接継ぎ目の基礎と設計・施工・検査ガイド：建築・土木で使える実務知識

2025年12月25日 最終更新日時 : 2025年12月25日 エバープレイ編集部

はじめに：溶接継ぎ目が建築・土木で重要な理由

構造物における溶接継ぎ目は、部材同士を一体化し荷重を伝達するための不可欠な要素です。溶接継ぎ目の設計・施工・検査が不十分だと、疲労破壊や破断、腐食促進など重大な不具合を招き、施設の安全性や耐久性を損ないます。本コラムでは、建築・土木向けに溶接継ぎ目の基礎、種類、設計上の留意点、施工管理、検査・試験方法、劣化対策までを実務的に解説します。

溶接継ぎ目の基本分類

  • 形状による分類：突合せ継手、片面突合せ、かしめ継手、すみ肉（フィレット）溶接、バット継手など。

  • 接合方向による分類：端面接合、面接合、角接合、重ね継手。

  • 溶接方法による分類：アーク溶接系（被覆アーク、MIG/MAG、TIG）、ガス溶接、抵抗溶接、サブマージドアーク（SAW）など。

  • 金属組成・材料別：一般構造用圧延鋼材、耐候性鋼、ステンレス、アルミニウム等での継手特性は異なる。

設計時の考慮事項

溶接継ぎ目の設計では、力学的強度だけでなく、製造性、検査のしやすさ、腐食環境、疲労特性、寿命や維持管理を総合的に検討する必要があります。

  • 応力集中とフィレット形状：角溶接は応力集中が大きく疲労割れの起点となりやすいため、必要に応じて連続溶接より間欠溶接、または補強プレートやR面取りを考慮。

  • 断面欠損量（有効断面）：溶接部およびその熱影響部（HAZ）の材質特性変化を踏まえ、設計応力を低減して評価。

  • 熱影響（残留応力）と熱処理：高強度鋼や低合金鋼などでは溶接により脆化や割れが発生しやすい。必要に応じて溶接前予熱、溶接間温度管理、溶接後熱処理（PWHT）を指定。

  • 耐食性と防錆対策：海岸近傍や化学的に攻撃的な環境では、溶接部の防食処理（めっき、塗装、耐候鋼の選定、カソード防食など）を考慮。

  • 組立性・現場施工性：現場での溶接アクセスやフィッティングの難易度、溶接機械・資格の可用性も設計段階で確認。

主要な溶接方法と建築・土木での適用

  • 被覆アーク溶接（SMAW）: ポータブル性が高く現場施工に適する。スラグ管理が必要で、施工者の技能差が結果に影響。

  • MIG/MAG（半自動）: 生産性が高く薄板〜中厚板に広く使用。屋外では風や雨の影響を受けやすい。

  • TIG（GTAW）: 高品質・薄板・非鉄金属向け。生産性は低いが見た目・欠陥が少ない溶接が可能。

  • サブマージドアーク（SAW）: 厚板の長手継ぎに適し、高い沈降率で連続工程に向く。遮へい層があるためスパッタが少ない。

  • 抵抗突合せ（スポット・シーム）: シート材の連結に多用。自動車・鋼板床パネル等。

溶接記号と図面表現

図面上の溶接記号（溶接シンボル）は、継手形式、溶接種類、溶接長さ、余盛り量、仕上げ方法を示す重要な情報です。JISやISO、AWSの規格に従い正確に指定してください。具体的には、矢印側・参照側の区別、溶接サイズ（肉厚・余盛）、継ぎ目長さ、間欠溶接のピッチ／長さ、処理記号（切削、研磨、機械仕上げ）などを記載します。

溶接施工管理（WPS、PQR、資格）

施工の品質を確保するための主要文書は以下です。

  • WPS（溶接手順書）：溶接方法、母材、溶接材料、電流・電圧、溶接速度、予熱温度、溶接位置など施工条件を明確化。

  • PQR（溶接試験記録）：WPSを裏付ける実験データ。機械的性質（引張、曲げ、衝撃試験）や金属組織を示す。

  • 資格（溶接技能者・溶接管理技術者）：現場溶接には熟練者の資格確認と適切な受入れ検査を実施。

溶接欠陥と原因・対策

  • 溶け込み不足・不完全融合：不適切な熱入力、速度、ビード配列が原因。適正なWPSと技能で対策。

  • 割れ（ホットクラック、コールドクラック）：炭化物の偏析、含水分、急冷、過度の拘束応力が要因。低水素溶接棒、予熱、PWHT、残留応力低減が有効。

  • スラグ巻き込み：多層溶接や被覆溶接での不十分なスラグ除去。各層ごとの清掃と適正な溶接技術で防止。

  • ポロシティ（気孔）：母材・溶接材の汚れ、湿気、ガス遮へい不良。材料管理と作業環境管理が必須。

非破壊試験（NDT）と受入基準

溶接部の品質確認には各種NDTを組み合わせます。適用は設計基準・規格・重要度による。

  • 目視検査（VT）：最も基本。ビード形状、アンダカット、外観欠陥を確認。

  • 浸透探傷（PT）：表面開口欠陥の検出に有効（非多孔材料）。

  • 磁粉探傷（MT）：表面・近表面の割れ検出に有効（金属材料で磁性を有する場合）。

  • 超音波探傷（UT）：内部欠陥（割れ、巻き込み、未溶込み）の検出、深さ位置の特定に強い。

  • 放射線透過検査（RT）：内部欠陥の可視化。厚板や重要継手で用いられるが安全対策が必要。

受入基準はJIS、ISO、AWS、各構造物の仕様書（仕様規定、契約図書）に従います。疲労設計が関わる継手は、より厳しい欠陥許容基準を採用すべきです。

疲労設計と溶接継ぎ目

橋梁など繰返し応力が支配的な構造物では、溶接継ぎ目は疲労割れ発生の主要な起点です。設計では下記を検討します。

  • 詳細度の高い疲労カテゴリ：フィレット溶接端部、突合せの角部などの疲労強度は経験則や試験データに基づく。

  • 応力集中対策：滑らかな形状、面取り、補助フィレット、公差管理。

  • 残留応力の緩和：プレスや加工での残留応力、溶接で生じる歪み緩和策。

  • 定期点検計画：疲労限界の評価と必要な補修・補強のタイミングを事前に設定。

腐食管理と溶接部の耐久性

溶接は母材の防錆コーティングを破壊するため、局所的に腐食が進行しやすくなります。対策としては：

  • 溶接後の防錆処理（塗装、ショットブラスト、亜鉛めっきの補修）

  • 耐候性鋼や耐食材料の選定

  • 溶接部位の形状設計（排水を確保し水溜まりを避ける）

  • 電気化学的対策（カソード防食等）

補修・改修時の溶接対策

既存構造物の補修では、既存材の劣化評価、残留応力、既存の溶接履歴把握が重要です。部分切除・再溶接、耐疲労補強（プレート貼付け、フェイシング）、腐食部の全面交換など、原因に応じた対策が必要です。既存材に合わせた溶接材料選定と事前の試験（パッチ溶接によるPQR）が推奨されます。

現場安全と環境配慮

溶接作業は火花、スパッタ、有害ガス（NOx、O3、金属蒸気など）、紫外線によるリスクを伴います。適切な防護具（溶接面、手袋、防火服）、換気、火災対策、周辺設備や他作業への影響管理が必須です。また、溶接材料や溶接フラックスの廃棄物管理、VOC排出削減など環境配慮も行います。

品質管理のポイント（チェックリスト）

  • 設計図面の溶接記号とWPSの不一致がないか確認する。

  • 母材・溶接材のロット管理と受入検査（化学成分・機械試験）を実施する。

  • 溶接前の表面清浄、フィットアップ、当て金やバックアップ材の確認。

  • 溶接中のパラメータ（電流・電圧・速度・熱入力）を記録し、WPSに従っているか確認する。

  • 溶接後の目視検査、必要に応じて非破壊試験を実施する。

  • 欠陥が見つかった場合の修理手順、再試験の基準を定めておく。

ケーススタディ（簡易例）

橋梁のボルト接合から溶接への改修プロジェクトでは、現場のアクセス制約と溶接残留応力が懸念された。対策として予熱と段階的な溶接、WPSに基づく小ロットでのPQR確認、UTによる継続的な内部欠陥監視を行い、疲労試験結果とも照合したことで長期的な信頼性を確保した。

まとめ：設計から維持管理までの一貫したアプローチ

溶接継ぎ目の信頼性は、設計段階での配慮、適切なWPSと技能、施工中の厳格な管理、そして定期的な検査・維持管理の連続で成立します。建築・土木の現場では、構造物の重要度に応じてNDTや材料試験、残留応力管理、腐食対策を適切に組み合わせることが安全性と経済性の両立につながります。

参考文献

カテゴリー
建築・土木
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