TIG溶接とは？MIGとの違いと電流条件

ステンレス配管の裏波が黒く酸化したり、アルミ薄板が一瞬で溶け落ちたりした経験はないでしょうか。

TIG溶接は美しいビードを作れる一方で、電流極性、ガス保護、電極状態のわずかな違いが品質に直結します。

結論からいうと、TIG溶接は非消耗タングステン電極と不活性ガスで溶融池を守りながら接合する高品質なアーク溶接です。

MIG・MAGより速度は遅いものの、薄板、ステンレス、アルミ、チタン、精密配管では大きな強みを発揮します。

本記事では、TIG溶接の仕組み、MIGとの違い、電流条件、材料別の注意点、欠陥対策まで実務目線で解説します。

1. TIG溶接とは何か：高品質を狙う非消耗電極式の溶接

TIG溶接とは、タングステン電極と母材の間にアークを発生させ、その熱で母材を溶かして接合するアーク溶接です。

正式にはTungsten Inert Gas weldingで、国際的にはGTAW、つまりGas Tungsten Arc Weldingとも呼ばれます。

非消耗タングステン電極を使う理由

TIG溶接の最大の特徴は、電極そのものを溶かして溶着金属にしない点です。

タングステンは非常に融点が高い金属で、通常の溶接温度では形状を保ちやすいため、アークの発生点を安定させられます。

MIG・MAG溶接ではワイヤが電極であり溶加材でもありますが、TIGでは電極と溶加材の役割が分かれます。

この構造により、溶加材の量、溶融池の大きさ、ビード幅を作業者が細かく調整しやすくなります。

一方で、トーチ角度、アーク長、溶加棒の送りを同時に管理する必要があるため、機械的に速く流す量産溶接よりも技能への依存度は高くなります。

薄板や配管のルートパスでTIGが重視されるのは、溶融池を過剰に荒らさず、狙った位置に必要な量だけ金属を置けるからです。

不活性ガスで酸化を防ぐ仕組み

TIGの「IG」はInert Gas、つまり不活性ガスを意味します。

溶融した金属は空気中の酸素、窒素、水分と反応しやすく、シールドが不足するとブローホール、酸化、靭性低下、耐食性低下につながります。

そこでトーチからアルゴンやヘリウムを流し、電極先端、アーク、溶融池、凝固直後のビードを大気から隔離します。

この保護が安定しているほど、ビード表面は滑らかになり、ステンレス配管では金属光沢のある裏波を得やすくなります。

ただし、ガスを多く流せばよいわけではありません。

過大流量はノズル周辺で乱流を起こし、かえって空気を巻き込む原因になるため、ノズル径、突き出し長さ、風の有無に合わせて調整します。

シールド不足による酸化皮膜の問題は、酸化皮膜の発生メカニズムを理解しておくと判断しやすくなります。

溶加棒を使う場合と使わない場合

TIG溶接では、溶加棒を入れる溶接と、母材だけを溶かす自溶溶接があります。

薄いステンレス板の突合せや、密着した小物部品では、開先や隙間が小さければ溶加棒なしで十分な接合ができる場合があります。

一方、強度が必要な継手、隙間がある突合せ、肉盛りが必要なすみ肉溶接では、母材に合った溶加棒を追加します。

溶加棒の材質を誤ると、割れ、希釈による成分不良、耐食性低下が起こるため、母材と設計要求に合わせた選定が必要です。

ステンレスならSUS304やSUS316系、アルミなら母材系統と割れ感受性に合わせた溶加材を使い分けます。

材料側の基礎を確認したい場合は、SUS304の特性と用途も合わせて見ると理解しやすくなります。

2. TIG溶接の仕組み：アーク・溶融池・シールドの連携

TIG溶接の品質は、単に電流値だけで決まるものではありません。

アーク長、トーチ角度、電極先端、ガス流れ、母材表面状態が同時にそろって初めて、安定した溶融池になります。

アーク長と溶融池のコントロール

アーク長とは、タングステン電極先端から母材表面までの距離です。

アーク長が短すぎると電極が溶融池へ触れやすく、タングステン混入やアーク不安定を起こします。

逆に長すぎるとアークが広がり、熱が分散して溶け込みが浅くなり、周囲の酸化も増えます。

良いTIG溶接では、アークが細く集中し、溶融池の輪郭が落ち着いて見えます。

作業者はビードそのものだけでなく、溶融池の前縁、裏側への溶け込み、溶加棒を入れた瞬間の濡れ広がりを観察します。

同じ電流でも、トーチを寝かせすぎると熱が前方へ逃げ、立てすぎると溶加棒やノズルとの干渉が増えるため、姿勢に合わせた角度管理が必要です。

高周波スタートとリフトスタート

TIG溶接では、電極を母材に直接こすりつけずにアークを始めることが重要です。

電極を接触させて始動すると、先端が欠けたり、タングステンが母材側へ混入したりする恐れがあります。

高周波スタートは、電極と母材を離したまま絶縁を破り、非接触でアークを開始する方式です。

精密部品やステンレス配管では、開始部の汚染を避けやすい点が大きな利点になります。

一方、周辺機器へのノイズを嫌う現場では、いったん軽く接触させてから持ち上げるリフトスタートが使われることもあります。

方式の違いよりも重要なのは、始動時に電極先端を汚さず、開始直後のシールドが確実に効いている状態を作ることです。

前流・後流・バックシールド

シールドガスは、アークが出ている瞬間だけ流せばよいわけではありません。

溶接開始前には前流ガスでノズル内と開始部周辺の空気を追い出し、終了後には後流ガスで高温の電極とビード終端を冷却保護します。

後流が短すぎると電極先端が酸化して次回のアークが乱れ、ステンレスでは終端部の焼けやピットも増えます。

配管の裏波溶接では、表側だけでなく管内側にもアルゴンを流すバックシールドが重要です。

裏側が空気に触れたままでは、砂糖状の酸化物が発生し、耐食性や流体清浄度を大きく損ないます。

食品、医薬、半導体ガス配管などでは、表ビードの見た目だけでなく裏波の色と酸化状態まで品質判定の対象になります。

3. 電流条件と極性：DCEN・DCEP・ACの使い分け

TIG溶接では、電流の種類と極性が溶け込み、電極の発熱、酸化皮膜の除去性を決めます。

同じ電流値でも、直流正極性、直流逆極性、交流では熱の入り方が大きく変わります。

電流・極性	電極側	主な特徴	代表的な対象
DCEN	電極マイナス	母材への入熱が大きく、深い溶け込みを得やすい	鉄、ステンレス、チタン、銅合金
DCEP	電極プラス	クリーニング作用はあるが電極が過熱しやすい	限定的な用途
AC	極性が交互	溶け込みと酸化皮膜除去を両立しやすい	アルミ、マグネシウム

DCENは鉄・ステンレス系の基本条件

DCENはDirect Current Electrode Negativeの略で、タングステン電極をマイナス、母材をプラスにする直流正極性です。

多くの熱が母材側へ入り、電極の過熱も抑えられるため、鉄、ステンレス、チタン、ニッケル合金などで標準的に使われます。

ステンレス薄板では、DCENのまま電流を下げ、アーク長を短く保ち、必要に応じてパルスを使うことで溶落ちを抑えます。

厚板では電流を上げればよいだけではなく、開先、予熱、パス間温度、溶加棒径、トーチ操作を合わせる必要があります。

電流だけを上げすぎると、ビード幅が広がり、熱影響部が粗くなり、歪みや焼けが増えるためです。

熱による変形や割れの考え方は、熱応力と温度変化による歪みも参考になります。

アルミではACのクリーニング作用を使う

アルミやマグネシウムは、母材表面に強固な酸化皮膜を持つため、鉄やステンレスと同じ感覚では溶接できません。

アルミの酸化皮膜は母材より融点が高く、皮膜が残ったままでは溶融池の流れが悪くなり、黒い汚れや融合不良の原因になります。

ACでは電極プラス側の期間に酸化皮膜を破壊するクリーニング作用が得られ、電極マイナス側の期間に母材へ入熱して溶かします。

近年のインバータ溶接機では、ACバランスを調整して、クリーニング量と溶け込みの配分を変えられます。

クリーニングを強くしすぎると電極の発熱が増え、溶け込みも浅くなるため、白いクリーニング幅が過剰にならない条件を探します。

アルミ溶接では、交流を使うことに加え、溶接直前の脱脂とステンレスブラシによる皮膜除去が重要です。

熱入力は電流・電圧・速度で管理する

TIG溶接の条件を技術者が評価するときは、電流値だけでなく熱入力で考えると整理しやすくなります。

同じ80Aでも、移動速度が遅ければ単位長さあたりの熱は増え、速すぎれば溶け込み不足になります。

アーク溶接の熱入力は、概念的には次の式で表せます。

• ：熱入力、単位はkJ/mm
• ：熱効率、溶接方法によって変わる係数
• ：アーク電圧、単位はV
• ：溶接電流、単位はA
• ：溶接速度、単位はmm/min

例えば電圧12V、電流80A、溶接速度120mm/min、熱効率0.6とすると、熱入力は次のようになります。

この値は条件比較の目安であり、実際の溶け込みは継手形状、熱伝導、拘束、姿勢、母材表面状態にも左右されます。

パルスTIGとクレーター処理

パルスTIGは、ピーク電流とベース電流を周期的に切り替え、溶かす時間と冷やす時間を意図的に作る方法です。

薄板では溶落ちを抑えやすく、ステンレスでは入熱過多による焼けや歪みの低減にも役立ちます。

ただし、パルスを入れれば必ず良くなるわけではなく、周波数、ピーク電流、ベース電流、デューティ比の組み合わせで溶融池の動きが変わります。

終端部では、アークを急に切ると溶融池が収縮してクレーターが残り、割れやピットの起点になります。

そのためクレーターフィル、ダウンスロープ、後流ガスを使い、電流を徐々に下げながら終端を埋めます。

見た目のきれいさだけでなく、終端の割れを防ぐ意味でも、終了処理は重要な施工条件です。

4. 電極・ガス・溶加材：条件設定で見るべき実務ポイント

TIG溶接では、電流値を合わせても電極やガスの状態が悪ければ良い結果は得られません。

安定した品質を出すには、消耗品の選定と管理を溶接条件の一部として扱う必要があります。

タングステン電極の種類と先端形状

タングステン電極には、純タングステン、セリウム入り、ランタン入り、ジルコニウム入りなど複数の種類があります。

現在は放射性物質を含むトリウム入り電極を避け、ランタン入りやセリウム入りを選ぶ現場も増えています。

直流TIGでは先端を円すい状に研ぎ、アークを細く集中させるのが基本です。

研磨方向が円周方向になるとアークが横へ流れやすいため、電極の軸方向に研ぐことが重要です。

交流アルミでは、溶接機の波形制御や電極種類によって、先端を軽く丸める条件もあります。

先端が割れたり、黒く酸化したり、溶融池へ接触したりした場合は、条件を続行せず研ぎ直してから再開します。

ガス流量・ノズル径・ガスレンズ

シールドガスにはアルゴンが最も多く使われ、厚板や熱伝導の高い銅・アルミではヘリウムや混合ガスを使うことがあります。

ヘリウムはアーク電圧を高め、入熱と溶け込みを増やしやすい反面、アルゴンより流量を多めに必要とし、アーク始動性も変わります。

ノズル径が小さすぎると保護範囲が不足し、大きすぎると狭所へ入らず作業性が悪くなります。

電極突き出しを長くしたい場合や、チタンのように酸化に弱い材料を溶接する場合は、ガスレンズで流れを整えると効果的です。

風がある現場では、必要流量を上げるより先に、防風、ノズル位置、トーチ角度を見直す方が根本対策になります。

アルゴンボンベの残圧、ホースの漏れ、流量計の設定ミスも、酸化やピットの原因として見落とされやすい項目です。

溶加棒と母材の組み合わせ

溶加棒は単なる「穴埋め材」ではなく、溶接金属の成分、強度、耐食性、割れ感受性を決める重要な材料です。

ステンレスでは、母材の種類だけでなく、使用環境、希釈、耐食性、後処理まで考えて選定します。

アルミでは、母材の系統によって割れやすさが変わるため、強度だけで溶加材を選ぶと欠陥につながることがあります。

溶加棒は水分、油、粉じんが付くとブローホールや汚染の原因になるため、使用前に清潔な状態を保つ必要があります。

図面やWPSに溶加材が指定されている場合は、在庫都合で別材へ置き換えてはいけません。

溶接部の強度検討が必要な場合は、溶接部の強度設計と合わせて、溶加材の要求強度も確認します。

5. MIG・MAG溶接との違い：品質と生産性のトレードオフ

TIG溶接は高品質ですが、すべての溶接に最適なわけではありません。

MIG・MAGとの違いを理解すると、なぜ現場で方式を使い分けるのかが明確になります。

比較項目	TIG溶接	MIG・MAG溶接
電極	非消耗タングステン電極	連続送給される消耗ワイヤ
溶加材	必要に応じて手で溶加棒を入れる	ワイヤが自動的に溶けて供給される
シールド	アルゴン、ヘリウムなど不活性ガス中心	MIGは不活性ガス、MAGはCO2や混合ガス
得意分野	薄板、配管、外観重視、精密部品	厚板、長いビード、量産、製缶構造
弱点	速度が遅く技能が必要	スパッタや後処理が増えやすい

消耗電極式と非消耗電極式の違い

MIG・MAG溶接では、ワイヤが電極であると同時に溶加材でもあり、送給速度が溶着量を大きく左右します。

ワイヤが連続して供給されるため、長いビードを速く引け、厚板や製缶品の生産性に優れます。

一方、TIG溶接では電極が溶けず、溶加棒の追加量を作業者が別に調整するため、溶着速度は遅くなります。

その代わり、スパッタが非常に少なく、余分な盛り上がりやビードの乱れを抑えやすい点が強みです。

表面仕上げを最小限にしたいステンレス製品、気密性が必要な薄肉配管、精密治具の補修では、この制御性が大きな価値になります。

アーク溶接全体の分類は、アーク溶接の種類と電流条件も合わせて確認すると整理しやすくなります。

どちらを選ぶべきかの判断基準

方式選定では、「きれいだからTIG」「速いからMIG」と単純に決めるのではなく、品質要求、板厚、材料、姿勢、数量、検査レベルを合わせて考えます。

薄板ステンレス、化粧面、配管の初層、アルミ薄板、チタンではTIGが有利です。

一方、軟鋼の厚板、長い連続ビード、量産ブラケット、建設機械部品ではMIG・MAGの生産性が有利になります。

現場では、初層をTIGで確実に入れて、二層目以降をMAGで盛るような併用も行われます。

これはTIGのルート品質と、MAGの溶着効率を組み合わせる考え方です。

製品の要求が外観なのか、気密なのか、強度なのか、生産性なのかを切り分けると、方式選定の理由を説明しやすくなります。

6. 材料別のTIG溶接ポイント

TIG溶接は多くの金属に使えますが、材料ごとに失敗しやすいポイントが異なります。

特にステンレス、アルミ、チタン、銅では、入熱と酸化対策を材料特性に合わせて変える必要があります。

ステンレスは焼け色と裏波の管理が重要

ステンレスはTIG溶接と相性が良く、食品機械、配管、タンク、装置カバーなどで広く使われます。

ただし、入熱が大きすぎると焼け色が濃くなり、酸化スケールが残って耐食性を低下させます。

配管の突合せでは、表側のビードだけでなく、内側の裏波が均一に形成されているかが重要です。

裏波が酸化して黒く荒れると、腐食、異物付着、流体汚染の原因になります。

バックシールド、適切なルートギャップ、タック溶接の酸化防止、溶接速度の安定が品質を左右します。

重要部品では外観だけで合否を決めず、必要に応じて浸透探傷、気密試験、内視鏡確認を組み合わせます。

アルミは清掃・ACバランス・熱逃げを読む

アルミは熱伝導が高く、見た目以上に熱が逃げる材料です。

溶け始めるまでは熱が足りないように見えますが、一度温まると急に溶融池が広がり、薄板では溶落ちしやすくなります。

表面の油分や酸化皮膜は、ブローホールや黒い汚れの原因になるため、溶接直前の脱脂と清掃が必須です。

ACのクリーニング作用は有効ですが、汚れた母材を電気的に清掃する万能機能ではありません。

厚板では予熱、ヘリウム混合ガス、大きめの電極径を検討し、薄板ではパルスや治具冷却で入熱を抑えます。

アルミのTIGでは、初期条件を一度決めた後も、部品全体が温まるにつれて電流や速度を微調整する感覚が必要です。

チタン・銅・マグネシウムの注意点

チタンは高温で酸素や窒素を吸収しやすく、シールド不足があると硬く脆い層を作ります。

表側のトーチシールドだけでは足りない場合があり、バックシールドやトレーリングシールドで凝固後の高温部まで保護します。

銅は熱伝導が非常に高く、DCENでも熱が逃げやすいため、厚板では予熱やヘリウム混合ガスが検討されます。

マグネシウムはアルミと同様にACを使うことが多い一方、切粉や粉じんが燃えやすいため、作業環境の管理が欠かせません。

異種金属のTIG溶接では、融点、熱膨張、金属間化合物、電位差腐食まで考慮する必要があります。

無理に溶融接合するより、ロウ付け、機械締結、接着、クラッド材の利用が適する場合もあります。

7. 欠陥・不良と対策：見た目だけで判断しない

TIG溶接はきれいに見えるため、外観が良ければ問題ないと思われがちです。

しかし、シールド不良、溶け込み不足、タングステン混入、割れは、外観だけでは判断しにくい場合があります。

ブローホール・ピット・酸化の原因

ブローホールは、溶接金属の中にガスが閉じ込められてできる空洞です。

原因として、母材表面の油分、水分、酸化皮膜、ガスシールド不足、溶加棒の汚染、ホースの漏れが挙げられます。

ピットは表面に現れる小さなくぼみで、シールド不良やガス抜け不良の兆候として扱います。

ステンレスの激しい焼け、チタンの濃い変色、アルミの黒い汚れは、ガス保護や清掃の不足を疑うべきサインです。

対策は電流を変える前に、脱脂、ブラッシング、ガス流量、ノズル距離、風の影響、裏側の保護を順に確認することです。

代表的な欠陥の原因整理は、溶接欠陥の原因と対策でも詳しく確認できます。

溶け込み不足・タングステン混入・クレーター割れ

溶け込み不足は、電流不足、速度過大、開先不良、アークが狙いから外れている場合に発生しやすくなります。

外観上はビードが乗っているように見えても、内部で母材と十分に融合していなければ強度は期待できません。

タングステン混入は、電極が溶融池へ接触した場合や、電極が過熱して先端が崩れた場合に起こります。

混入部は硬く脆い異物となるため、重要部位では欠陥として補修対象になります。

クレーター割れは終端部の収縮で発生しやすく、ダウンスロープ、クレーターフィル、終端の少し戻し操作で防ぎます。

強度部材では、外観の美しさだけでなく、設計荷重に対して必要な有効断面と溶け込みが確保されているかを確認します。

検査方法と合否判定の考え方

TIG溶接の検査では、まず外観でビード幅、余盛、アンダーカット、ピット、焼け、終端処理を確認します。

表面割れやピンホールを見つけたい場合は、浸透探傷試験が有効です。

配管やタンクのように漏れが問題になる部品では、気密試験、耐圧試験、ヘリウムリーク試験などが選ばれます。

内部欠陥が問題になる重要継手では、放射線透過試験や超音波探傷試験が必要になる場合もあります。

どの検査を行うかは、製品の危険度、法規、顧客仕様、図面指示によって決めます。

図面側の指示を整理したい場合は、溶接記号の読み方を確認すると、現場との認識違いを減らせます。

8. 条件標準化と安全管理：技術者が押さえる実務の勘所

一品物の試作では作業者の技能で成り立つこともありますが、量産や品質保証では再現性が重要です。

TIG溶接を安定させるには、良品が出た条件を言語化し、誰が見ても同じ判断ができる形に残す必要があります。

WPSに残すべき条件

WPSはWelding Procedure Specificationの略で、溶接施工条件を標準化するための文書です。

TIGでは、母材、板厚、継手形状、開先、電極径、電極種類、先端角度、電流、電圧、極性、パルス条件を記録します。

さらに、シールドガスの種類と流量、前流と後流、バックシールドの有無、溶加棒、溶接姿勢、予熱、パス間温度、清掃方法も重要です。

記録がないと、良品が出た理由も、不良が出た理由も後から説明できません。

特にステンレス配管やアルミ薄板では、わずかな速度差やガス条件の差が品質に出るため、写真付きで標準見本を残すと教育にも使えます。

設計者は図面に「TIG」と書くだけでなく、必要な外観、気密、裏波、検査方法、後処理の要求まで明確にすることが大切です。

安全対策と作業環境

TIG溶接はスパッタが少ないため安全に見えますが、強いアーク光、紫外線、ヒューム、高温金属、高周波、ガスボンベの危険があります。

遮光面、革手袋、防炎服を使い、周囲の作業者にも遮光幕でアーク光が届かないようにします。

ステンレスやめっき材の溶接では、発生するヒュームへの対策として局所排気や換気が重要です。

アルゴンは毒性が低い一方、狭い場所では酸素濃度を下げる窒息リスクがあるため、ピットやタンク内作業では換気と酸素濃度確認が欠かせません。

高周波スタートを使う場合は、機器の接地、ケーブルの損傷、周辺電子機器への影響も確認します。

品質と安全は別問題ではなく、安定した姿勢、適切な治具、見やすい照明、安全なケーブル配置が、そのまま溶接品質の安定につながります。

試し溶接から量産条件へ落とし込む

本番前には、同じ材料、板厚、継手、姿勢で試し溶接を行い、ビード外観、裏波、変色、溶け込みを確認します。

良品が得られた条件は、電流値だけでなく、トーチ角度、溶加棒径、送り量、移動速度、ガス条件、前処理までセットで残します。

量産では、作業者が変わっても再現できるように、合格見本と不合格見本を並べて教育する方法が有効です。

不良が出たときは、原因を「技能不足」とまとめず、ガス、清掃、開先、治具、熱入力、消耗品、検査基準に分解します。

この分解ができると、TIG溶接は職人技だけでなく、管理できる工程として扱えるようになります。

9. まとめ

TIG溶接とは、非消耗タングステン電極と不活性ガスを使い、溶融池を精密に制御するアーク溶接です。

スパッタが少なく、薄板、配管、ステンレス、アルミ、チタンなど、外観と品質を重視する接合で大きな強みを発揮します。

鉄やステンレスではDCENを基本にし、アルミやマグネシウムではACのクリーニング作用を利用します。

電流値だけでなく、電圧、速度、熱入力、電極状態、ガス流量、前流と後流、バックシールドを合わせて管理する必要があります。

MIG・MAG溶接に比べると速度は遅いものの、溶加材量と溶融池を細かく制御できるため、初層溶接や精密溶接に向きます。

欠陥対策では、ブローホール、酸化、溶け込み不足、タングステン混入、クレーター割れを原因ごとに切り分けることが重要です。

技術者は、図面指示、WPS、試し溶接、検査方法を結びつけ、作業者の技能を再現可能な条件へ落とし込む必要があります。

TIG溶接は「きれいに見える溶接」ではなく、電流・ガス・材料・施工条件を理解して初めて安定する高精度な接合技術です。