テルミット法
Thermite Welding
テルミット法とは
テルミット法とは、酸化鉄の粉末とアルミニウムの粉末を混ぜた「テルミット剤」に点火し、その発熱反応で生じた高温の溶融鉄を使って金属を接合・補修する方法です。電源設備や大型の溶接機を使わずに、粉末と簡単な型(鋳型)があれば作業できる点が特徴です。溶接の分類では、母材と溶加材を溶かして接合する融接の仲間として扱われるのが一般的です。
原理と基本的な手順
反応の基本は、アルミニウムが酸化鉄から酸素を奪う還元反応です。化学式では Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3 と表されます。この反応は大量の熱を出し、生成物の鉄は溶けた状態になります。温度は2000℃を超える高温で、一度点火すると外部からの加熱なしに反応が進みます。
作業は大まかに次の流れです。
- 接合する部材の端面を所定の間隔をあけて向かい合わせ、周囲に耐火性の鋳型を取り付ける
- 必要に応じて端面を予熱する
- るつぼにテルミット剤を入れて点火し、反応を待つ
- 溶融した鉄を鋳型へ流し込み、接合部の隙間を満たす
- 冷却後に鋳型を外し、余盛りを研削して仕上げる
流し込まれた溶鋼が端面を溶かしながら固まることで、一体の接合部ができます。
主な用途
代表的な用途は、鉄道レールの現場での継ぎ目の溶接です。長い連続したレールを敷設する際、電源の確保が難しい場所でも施工できる方法として知られています。そのほか、大型の鋳鋼品や機械部品の補修、太い棒状の鋼材の接合にも使われてきました。
鉄骨工事との関係
鉄骨工事の現場溶接は、被覆アーク溶接やガスシールドアーク溶接が主流で、柱や梁の接合にテルミット法が使われることは一般的ではありません。鉄骨の溶接では、開先形状やエンドタブの使い方、溶接技能者の資格が品質を左右します。テルミット法は、こうした建築鉄骨の溶接とは用途も管理方法も異なる、特殊な溶接法として押さえておくとよいでしょう。
安全上の注意
反応は高温で激しく、飛散や火傷のおそれがあります。保護具の着用、周囲の可燃物の除去、湿気のある鋳型や材料を使わないことが重要です。水分が高温の溶融金属に触れると、蒸気爆発のような危険な現象を起こすことがあります。火気を扱う作業として、現場の安全管理の枠組みの中で手順を決めて行う必要があります。
なぜ「特殊な溶接法」に分類されるのか
アーク溶接は、電気エネルギーを連続的に供給して溶接部を溶かします。一方、テルミット法は化学反応の熱を使い、溶かした金属を一度に流し込みます。この違いから、品質管理の考え方も変わります。アーク溶接では電流・電圧・速度などの条件管理や、層ごとの非破壊検査が中心になります。テルミット法では、鋳型の組み方、端面の間隔、予熱の程度、反応剤の配合や保管状態といった事前条件が結果を大きく左右します。
溶融金属が鋳型内で凝固するため、鋳造に近い欠陥が生じることがあります。たとえば気孔やひけ、巣、スラグの巻き込みです。接合部の確認は、外観検査に加えて、必要に応じて超音波探傷試験などの非破壊検査で行われます。
建築の現場でこの方法が話題になるのは、仮設や補修で太い鋼材を電源のない場所で接合したい場面などです。ただし、構造上重要な部位に採用する場合は、設計者や監理者の承認、施工要領の確認、試験施工が前提となります。弊社のように仮設鍛冶工事を扱う会社でも、通常の工事は規格に基づく標準的なアーク溶接で進めており、テルミット法は知識として理解しておく位置づけです。
柴田工業の現場から
テルミット法は、鉄骨の現場で日常的に使う溶接ではありません。ただ、溶接を「電気で溶かす方法」と「化学反応の熱を使う方法」に分けて考えると理解が深まります。溶融金属を扱う作業は水分と飛散に特に注意が必要で、その基本は鉄骨の溶接にも通じます。
