1. シールドガスが必要な理由
酸化: 酸素は金属 (アルミニウム、チタン、ステンレス鋼など) と反応して脆い酸化物 (Al2O3、TiO2 など) を形成し、溶接強度が低下し、亀裂が発生します。
窒化処理: 窒素は金属 (鉄、クロムなど) と反応して窒化物 (Fe4N、CrN など) を形成し、溶接部を脆く多孔質にします。
気孔率: 水蒸気や空気の閉じ込めにより、凝固する溶接部に気泡が発生し、溶接部の完全性が弱まります。
スパッタの増加：空気の干渉により溶融池が不安定になり、金属の飛散や溶接の外観不良が発生します。
2. 一般的なシールドガス
不活性ガス（非反応性、広く使用されている）-
プロパティ: 低コスト、高密度 (より良好なカバレッジ)、適度なイオン化エネルギー、ほとんどの金属に対する安定した保護。
適切な材料: アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、銅合金（反射性の高い金属または酸化しやすい金属に最適です）-。
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注記: 純粋なアルゴンは、厚い溶接部に粗粒構造を引き起こす可能性があります。ヘリウムと混合すると性能が向上します。
プロパティ: 超高純度 (99.999% 以上)、優れた熱伝導率、高いイオン化エネルギー (安定したアーク) ですが、高価です。
適切な材料: 重要な用途 (航空宇宙用チタン、厚いアルミニウムなど) は、気孔率を減らし、靭性を向上させます。
注記: 狭い保護ゾーン。コストと効果のバランスをとるために、アルゴンと混合されることがよくあります (Ar+He など)。
活性ガス（酸化成分を含む）
プロパティ：低コストで、一部の金属を強化します（例：鋼に窒化物を形成して硬度を高めます）。
適切な材料: 炭素鋼、低合金鋼-（脆性窒化物を形成する Cr、Ti を含む合金は避けてください）。
注記: 多孔性の原因となる不純物 (O₂、H₂O など) を防ぐために、高純度 (99.99% 以上) が必要です。
プロパティ：酸化力が強く、主にアーク溶接（MIGなど）に使用されます。レーザー溶接で単独で使用されることはほとんどありません。コストを削減するために炭素鋼にアルゴンを混合したもの (Ar+CO₂ など)。
混合ガス（性能とコストのバランス）
アル+ヘ：厚いアルミニウムやチタンの入熱を高め、気孔率を減らします。
Ar+N₂: ステンレス鋼や炭素鋼に使用され、脆性を回避しながら保護とコストのバランスを保ちます。
Ar + H₂: 高-炭素または高-クロム合金の場合、酸化と多孔性が減少します（水素脆化を防ぐために厳密な H₂ 比制御が必要です）。
まとめ
材質（Al、Ti、Cu）: アルゴンまたは Ar+He 混合ガスを使用します。
炭素鋼、低合金鋼-: 窒素または Ar+N₂ 混合物。
高精度アプリケーション（航空宇宙など）-: 高純度ヘリウム-または Ar+He。