溶接技術の基礎
溶接とは、同一または類似の組成をもつ金属を、熱の作用の下で、同一または類似の金属を添加する場合もしない場合も含めて接合することである。溶接によって部材は不可分に相互結合され、一体となる。良好な溶接には緊密な結合が前提であり、それは溶接箇所で母材も溶融する場合（溶込み部）にのみ達成される。
アーク溶接
鋼構造物では、まず電気アーク溶接が対象となる。この方法では、必要な熱が電気の炎アークによって得られる。アークは母材といわゆる電極の間に生じ、その電極は溶融して添加材となる。添加材（電極）の適切な選定は、溶接継手の特性に最も大きな影響を与える。電極は、溶接される母材の代表的な強度に応じて選定される。電極の選定や溶接条件の決定には専門知識が必要であり、そのため、特に訓練を受けた「溶接技術専門技師」の制度が設けられている。この技師の任務は、とりわけ溶接作業を監督し、溶接工の認定を定期的に更新することである。
ガス溶接と切断
ガス溶接では、ガスの燃焼によって必要な熱が生成されるため、母材と溶加材が溶融する。より重要なのは 切断 である。切断用トーチ には、溶接時と同様に働く熱用チューブのほか、酸素用の切断チューブがもう1本ある。熱い炎で加熱された鋼は貫通され、酸素流によって吹き抜かれる。切断によって得られる平滑で精密な面は、鋼構造物の多くの用途に対して、その後の加工なしで十分である。
溶接性
溶接継手を評価するにあたっては、溶接過程で追加材料だけでなく母材の組成も大きく変化しうることに留意しなければならない。構造の変化も重要である。溶融した溶接部と変化していない母材の間には、熱影響の程度に応じて、さまざまな構造、したがってさまざまな特性をもつ領域が存在する。溶接部に沿っては、母材が溶けた領域（溶け込み部）があり、そこで溶接部と母材の接合が行われる。周囲の材料領域もなお強く加熱されているが、ここではまだ融点には達していない。この過熱域では構造に大きな変化が生じるため、しばしば継手全体の性質を左右する決定的な領域となる。
溶接部の割れとは、溶接直後の高温時、あるいは青熱脆性域（約 300oC）での冷却時に生じる、溶接部のき裂の発生をいう。割れは電極の性質に強く依存し、ほとんど被覆電極でのみ生じる。これはちょうど鋼構造にとって重要な電極である。き裂の発生には二つの条件、すなわち溶接過程または他の外的要因による高い応力、ならびに材料の剛性の増大が成立していなければならない。
材料の組成と構造における冶金学的変化のほかに、溶接時に材料へ与えられる大量の熱と、それによって到達する高温に関係する物理過程も重要である。加熱は均一には行われず、狭く限定された領域だけで起こる。加熱に伴う熱膨張は、加熱部が未加熱材によって内部拘束されるため妨げられる。さらに外部拘束も加わる。溶接時には部材をしっかり固定しなければならないため、加熱時には塑性圧縮が生じる。冷却時には、溶接部とその周辺が最も大きく収縮する（収縮）。冷却時には、伸びが拘束されるため、強制応力（収縮応力）が生じなければならない。溶接する部材を 200 oC から 300 oC に予熱すると、冷却をかなり遅らせることができる。焼入れ作用が減少するため、組織形成が改善され、硬化は小さくなる。
材料および溶接作業の試験
一般: 溶接作業の品質は多くの条件に左右され、最終的には熟練作業者の技能と信頼性にも左右されるため、すべての溶接作業を正確に監督し、試験する必要がある。試験としては、材料および電極の溶接適性の確認、ある特定の場合における溶接条件と溶接方法の比較、試験片の試験などが挙げられる。
図1 - 溶接継手の曲げ試験
溶接部の曲げ試験: これは、矩形断面の単純ばり（図 1）の曲げ試験であり、引張縁にある半円形加工された縦溝を、室温で一層により再溶接したものである。溶接部は変形能を著しく低下させるため、試験片はしばしば完全に脆性的に、突然破断する。薄い板では曲げ角は大きく、板厚が増すにつれて小さくなる。
切欠靭性：溶接部の曲げ試験では、多くの場合まず溶接部にき裂が生じ、脆性破壊が起こる。母材は、溶接部が脆く破断したときに急激に生じる荷重を受け止められなければならない。溶接部の領域でのき裂が母材内を急速に広がるのではなく、き裂はゆっくりとしか進展してはならない。母材は、この突発的荷重を受け止めるのに十分な靭性を持ち、その能力は低温でも十分に保たれていなければならない。切欠靭性は、他の機械的性質と同様に、試験温度に大きく依存する。低温、たとえば 0 oC 以下では、その値は 20 oC での値の一部まで低下し得る。この急激な低下の位置は、ある材料を評価するうえで重要である。溶接鋼構造には今日、時効に対する良好な安定性、すなわち冷間引抜試験における高い衝撃切欠強度を有する材料が要求される。
図 2 - 切欠き応力状態における変形
硬さ: 溶接部の硬さの現象は非常に重要である。硬さの増加 を知っておくことが重要である。なぜなら、破断時の伸びは硬さの増加とともに急速に低下し（図 3）、一方で引張強さ σB はブリネル硬さ HB にほぼ比例して上昇するからである。建築用鋼については、おおよそ σB = 0,36*HB である。I形梁の主すみ肉溶接部の硬さの一例を図 4 に示す。遷移域では、きわめて短い距離で大きな硬さの差が存在する。硬さの分布は形成された組織に依存する。σ-ε-l 線図も、切欠きの応力状態と同様に硬さによって変化する（図 2）。
図 3 - ブリネル硬さと伸び
図 4 - 溶接された I 形はり1本のウェブ部における溶接部近傍の硬さ
完成済み溶接継手の非破壊試験
透過検査 – 薄肉部材の透過検査では、X線像を一つのスクリーン上に可視化できる。X線の代わりに、放射性物質のガンマ線を用いることもできる。X線像により、溶接継手の品質を判断できる。巻き込みスラグや気孔、接合不良や亀裂もこの方法で確認でき、必要に応じて除去できる。
磁気探傷法 – 検査対象の鋼材部分に磁場を発生させると、散布した鉄粉が磁場に沿って配列する。磁場に生じたわずかな乱れから、割れを検出できる。この方法はとくに表面割れの検出に有効であるが、スラグ介在物や気孔、さらに厚板内部の割れに対しては比較的感度が低い。
超音波試験 – 極短音波は、境界面だけでなく、内部の分離面、たとえばひび割れや重なりの部分でも反射する。