水中溶接の仕組みとは？

「水中溶接」を知っている人は少ないでしょう。電気と水は危険で相容れない組み合わせのように見えるので、この溶接プロセスは多くの人にとって驚きのものです。

高気圧溶接とも呼ばれる水中溶接は、1930年代初頭に発明され、現在でも完全または部分的に水没した海洋構造物の維持・修理に使用されています。内陸の高気圧溶接工は、小型の船やダム、橋などを手がけます。一方、オフショア溶接工は、船舶、石油掘削装置、パイプライン、水中生物などを対象としています。

水中溶接とは

水中溶接のプロセスは、陸上の溶接とよく似ています。どちらの溶接も、基本的な設備や技術は同じです。

水中溶接が危険な仕事であることは間違いありません。

水中溶接が危険な職業であることは間違いありませんが、適切な注意と安全基準を守ることで、多くのリスクを軽減することができます。

溶接技術を学ぶには、経験豊富な認定インストラクターによるトレーニングを提供している有名な溶接学校に入学する必要があります。

危険

塩水は電気をよく通すことはよく知られています。水は電流の伝導経路となるため、感電死の危険性があります。

そのため、水中での溶接は危険です。

これは職業上の脅威の一つではありますが、決して最大のリスクではありません。

リスクに見合った報酬

仕事のやりがいやリスクを考えると、水中溶接は高額な報酬を得られる職業です。労働統計局によると、商業潜水士の平均年間賃金は約59,470ドル。

平均時給は28.59ドルで、かなりやりがいのある仕事です。また、雇用機会は9.5%の割合で増加しています。

平均時給は28.59ドルで、やりがいのある仕事です。賃金は3.5%の割合で上昇しています。

どれだけ早く学び、スキルを身につけるかによって、比較的短期間で大幅な賃金の上昇が期待できます。

実際、最も給料の高い上位10％の労働者は、年収15万ドル以上を稼ぐことができます（水中溶接工の場合）。

Types of Underwater Welding

水中溶接には2つの基本的なカテゴリーがあります：

Dry Welding

通常、水中溶接はダイバーが完全に水没した状態で行う仕事だとイメージされています。ある程度はその通りです。

乾式溶接とは、高気圧室を設置して乾燥した環境下で行う溶接です。

乾式溶接は、高気圧室を設置して乾燥した環境を作り、水の代わりに混合ガスを用いた乾燥した雰囲気の中で溶接を行います。

しかし、高気圧チャンバーは安価なものではなく、水中溶接者が常に利用できるとは限らない。

湿潤溶接

湿潤溶接は、さまざまな要因に基づいて行われます。修理の緊急性や、溶接部位へのアクセスのレベルにもよります。しかし、湿式溶接は最後の手段と考えた方がよいでしょう。これにはいくつかの理由がある。まず、水がある状態での溶接には明らかなリスクがある。また、湿潤溶接による品質問題のリスクもある。周囲の水に急速に熱が放散されるため、溶接された接合部が急速に冷却されることがある。急激な冷却は、亀裂やその他の接合部の欠陥のリスクを高めます。最も信頼性が高く、耐久性があり、欠陥のない溶接継手を実現するには、冷却速度を注意深く制御する必要があります。

How Is Underwater Welding Done?

溶接作業を行うダイバーには、さまざまな選択肢があります。

ここでは、使用可能なさまざまな溶接プロセスをご紹介します。

湿式溶接

シールドメタルアーク溶接はスティック溶接としても知られており、湿式溶接の一般的な選択肢となっています。これは汎用性があり、費用対効果に優れています。この方法では、溶接工は電源で通電された消耗品の電極を使って電気アークを発生させます。

この溶接プロセスを効率的かつ安全に行うために、ダイバー・ウェルダーは、電極と母材の表面をきれいにしておかなければならない。

この溶接作業を効率よく安全に行うためには、電極や母材の表面がきれいであることはもちろん、障害物や安全上の問題がないかどうかを事前に点検する必要があります。

準備が整ったら、ダイバー・ウエルダーはチームに合図して電源を入れます。

準備が整ったら、ダイバー・ウェルダーの合図で電源を入れる。電源は300〜400アンペアの直流を発生させることができる。

ここで気になるのが、この大電流でダイバーが感電しないのかということ。これは、アークがフラックスを溶かすときに発生するガス状の泡の層が鍵となります。

この気泡は、電流からダイバーを守るための絶縁層ではありますが、いくつかの問題点があります。

この気泡は、電流からダイバーを守るための絶縁層ではありますが、いくつかの問題点があり、溶接部が見えなくなる、つまり溶接者の視界が悪くなるのです。ダイバーが注意しないと、これらの気泡は溶接プールを乱すこともある。

直流電流も使用されますが、これは交流電流に比べて水中では安全です。

フラックスコアードアーク溶接

鋳鉄やニッケル合金など、さまざまな金属合金に使用できる汎用性の高い溶接法です。消耗品である電極は、その名の通り、中心部にフラックスが充填されたろう材管で構成されています。

摩擦圧接

溶加材を溶かすのではなく、熱と摩擦を利用して金属を溶かす方法である。

乾式溶接

乾式溶接では、前述のように、より確実な結果を得るために高気圧室を使用する。まず、溶接する部分の周囲に密閉状態を作ります。

すべての水を排出した後、高気圧室は減圧症を防ぐために適切なレベルに加圧されます。溶接方法の選択は、チャンバーのサイズによって異なります。

ハビタット溶接

正圧囲いやハビタットと呼ばれる小さな部屋の中で水中溶接作業を行う方法です。この方法は、ホットワークを行うために使用されます。つまり、可燃性の蒸気やガスの流入による燃焼の危険性を低減する環境を作る方法である。

この方法は、ガスを連続的に送り込み、呼吸可能な雰囲気を維持するものである。

この方法は、呼吸可能な大気を維持するためにガスを継続的に送り込むことで機能します。その結果、チャンバーからは絶えずガスが流れ出ていることになります。この圧力差は非常に小さい。

これにより、2つの大きなメリットが生まれます。 1つ目は、可燃性の炭化水素などの危険なガスの流入を防げること。もう1つは、有毒な溶接ヒュームを安全なレベルに保つことができることです。正の圧力差により、出て行くガスは有毒な溶接ガスを一緒に運び出す。チャンバー内の危険な溶接ヒュームは、新鮮な呼吸可能な混合ガスの流入によってさらに希釈される。

ダイバーが入室する前に、チャンバー内の水を空にして、呼吸可能なガスを送り込むことができます。

Pressure Welding

高圧下で爆発的な力や摩擦を利用してワークを接合する溶接法。固体溶接とも呼ばれています。圧力溶接とは、広い意味での溶接技術であるが、共通している点がある。これらは、溶接部に機械的な圧力をかけて接合する。

この総称には、爆発溶接、超音波溶接、拡散溶接、抵抗溶接、摩擦溶接、ガス圧接など、さまざまなプロセスが含まれる。最近では、摩擦攪拌接合法が普及しています。

乾式スポット溶接

乾式スポット溶接技術は、小さなチャンバーに利用される。チャンバーを溶接場所に置き、乾燥した雰囲気を作ります。ダイバーはこのチャンバー内に電極を置いて溶接を行う。

ドライチャンバー溶接

ドライチャンバーは、溶接者の上半身だけが入る小型のチャンバーを使用します。ダイバーは、このチャンバーに下から入ります。

乾式溶接には、フラックスコアードアーク溶接やシールドメタルアーク溶接もよく使われます。

乾式溶接では、フラックス入りアーク溶接やシールド・メタル・アーク溶接もよく使われます。

Gas Tungsten Arc Welding

この溶接法は一般に「TIG」と呼ばれています。この技術の特徴は、消耗しないタングステン電極にあります。この電極は、高温の電気アークを発生させるために使用されます。また、別のワイヤがフィラー材料として使用されます。溶接工は、アークを使ってフィラー・ワイヤーを溶かします。溶けた金属は、慎重に接合部に付着させて溶接を行う。この技術は、多くの種類の合金に有効である。 TIG溶接は、高品質で耐久性のある溶接物として知られている。

ガスメタルアーク溶接

MIG（ミグ）とも呼ばれるこの溶接法。溶接ガンを使ってフィラーワイヤーを自動的に供給する。また、溶接ガンは高温の溶接部を保護するためにシールドガスを送り込みます。溶接ガンは両手で持つことができるので、簡単に使いこなすことができます。

プラズマアーク溶接

この溶接法は、TIG溶接に似ています。プラズマアーク溶接は、ワークと、通常は焼結したタングステンで作られた電極との間に電気アークを発生させます。 PAWがTIG溶接と異なるのは、1つの重要なポイントがある。電極はトーチ本体の中にある。これにより、プラズマアークを不活性ガスと分離しておくことができる。プラズマは、銅製のノズルから高速で噴射される。細いノズルはプラズマを一方向に制限し、正確な結果を得ることができる。

水深の深いところで広範囲の水中溶接を行うためには、水中溶接士は2人1組で高気圧室の中で作業しなければならない。

水深の深いところで広範囲の水中溶接を行うには、2人1組で高圧チャンバーに入り作業を行います。潜水士はダイビングベルを使って同じ高さまで潜り、チャンバーに入って溶接を開始します。

水中での溶接の危険性

水中での溶接作業は、陸上での溶接作業に比べて、様々な要因が複雑に絡み合っているため、非常に大きな危険性を伴います。

水中溶接者は、オフショアの石油リグやパイプラインなど、人里離れた危険な場所で作業を行います。この仕事は経済的にはやりがいがありますが、最も危険な仕事の一つでもあります。

適切な注意を払わなければ、小さなミスが簡単に死や長期的な健康被害につながる可能性があります。

プロジェクト・マネージャーやエンジニアは、水中溶接工と調整して安全上の問題に対処する必要があります。

溺死。スキューバ・ギアが何らかの形で故障した場合、ダイバーは水面下の深さにいると溺れてしまいます。
爆発。酸素や水素などの可燃性ガスから可燃性の混合物ができます。これらのポケットが大きくなりすぎて着火した場合、結果として生じる爆発は致命的なものとなります。
ただし、陸上の溶接作業者も、換気の悪い場所で作業していると、爆発の危険性があることを覚えておいてください。

可燃性ガスの蓄積を防ぐために、地上と水中の両方の溶接作業者にとって、溶接スペースは十分に換気されている必要があります。溶接には大電流が流れるため、感電死は依然として深刻な脅威です。水中での溶接に使用する機器はすべて防水でなければなりません。機器のメンテナンスを怠らないこと。使用前には必ずテストを行うようにしてください。機器に漏れがないことを確認する。

当然のことながら、水中の溶接機器は、陸上の溶接機器とは若干異なります。湿式溶接では、ワイヤを二重に絶縁する必要があります。

さすがに陸上の溶接機材とは少し違います。

溶接用スティンガーの電源を切るためのナイフスイッチも存在します。

肺、耳、鼻へのダメージがあります。水中深くで長時間過ごすことには注意が必要です。これは、鼻、肺、耳に関する長期的な健康問題につながる可能性があります。
減圧症。これはダイバーズディジーズとも呼ばれます。これは、異なる圧力のガスを吸い込むことで発生します。減圧症は、極端な場合、命にかかわることもあります。
海洋生物。

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