ワイヤ送給速度(WFS) 計算ツール｜MAG/MIG溶接の電流・径から送給速度・消費量算定

計算式と単位系

基本式:電流とWFSの関係

WFS(m/min) ≒ 溶接電流(A) ÷ (ワイヤ径(mm) × 30)

ソリッドワイヤ(MAG/MIG)の実用近似式です。ワイヤ径φ1.2mm・電流200AでWFS ≒ 5.6m/minとなります。厳密には、送給速度は溶融速度(バーンオフレート)と平衡し、これは電流密度・チップ間距離(CTWD)・ワイヤ材質・シールドガス種で変動します。実機ではセンサーで実測WFSをフィードバック制御しています。

ワイヤ消費量の計算

消費量(kg/h) = WFS(m/min) × π × (径mm)² / 4 × 密度(g/cm³) × 60 / 1000

φ1.2mm・WFS 5.6m/minの場合、断面積 π×0.6²=1.131mm²、体積 5.6×1000×1.131=6333mm³/min = 6.333cm³/min、質量 6.333×7.85=49.7 g/min = 2.98 kg/h。ソリッドワイヤ20kgスプールは約6.7時間のアーク時間で消費します。

溶着量と消費量の関係

溶着効率 = (溶着量 ÷ 消費量) × 100%

ソリッドワイヤの溶着効率は90〜95%(スパッタ・ヒューム損失5〜10%)、フラックス入りワイヤ(FCW)は80〜85%(スラグ・スパッタ損失15〜20%)、被覆アーク溶接棒は50〜65%(スラグ・スタブ端損失35〜50%)。ワイヤの経済性計算では溶着効率の考慮が不可欠です。

実質消費量の計算

実質消費量 = アーク中消費量 × アーク稼働率(%)

アーク稼働率(Arc-on Time / Duty Cycle)は、勤務時間のうちアーク発生時間の比率。半自動溶接では30〜50%、ロボット溶接では60〜80%、専用機・自動溶接では80〜95%が実測目安。8時間勤務・稼働率50%なら実アーク時間4時間で、実質ワイヤ消費量はアーク中消費量の1/2となります。

電流・径別 WFS早見表(ソリッドワイヤ)

MAG/MIG溶接の代表的な電流・ワイヤ径組み合わせにおけるWFS早見表です。実機のトーチ設定・トリマー校正値の基準として活用してください。

数値はm/min単位。φ0.8-1.0は薄板・自動車車体・電機筐体、φ1.2は汎用・鉄骨・機械部品、φ1.4-1.6は厚板・造船・橋梁・重機部品向けが目安です。

ワイヤ種別と密度・特性

フラックス入りワイヤ(FCW)は中空管状のワイヤ内部にフラックスを充填した構造で、見掛密度はソリッドより低く(7.4〜7.6g/cm³程度)、消費量計算では実測値または各メーカーカタログ値を使用します。ソリッドと同一電流ではWFSがやや高くなり、深溶込み・厚板高能率溶接に適します。

溶着量と消費量の関係

溶着量の計算

溶着量(kg/h) = 消費量(kg/h) × 溶着効率

φ1.2mmソリッドワイヤ・200A・アーク時間1時間の場合、消費量2.98kg/h × 溶着効率92% = 溶着量2.74kg/h。差分0.24kgはスパッタ(0.15kg)・ヒューム(0.05kg)・その他(0.04kg)として損失します。スパッタ回収装置(集塵)により一部再利用は可能ですが、通常は廃棄処分。

1kg当たり溶接距離の目安

ソリッドワイヤの計算例。長さ=1000÷(π×(径/2)²×7.85÷1000)。φ1.2で1kg=約113m、20kgスプールで約2260m分のワイヤ量となります。

アーク電圧・チップ間距離との関係

電流とアーク電圧の目安

チップ間距離(CTWD: Contact Tip to Work Distance)

CTWDが長いほどワイヤ突出しが増え、抵抗発熱で電流が減少・WFSが増加します。標準的な設定はφ1.2mmで15〜20mm、φ1.6mmで20〜25mm。ロボット溶接では±2mm精度で保つ必要があります。CTWDを1mm変更すると電流が5〜10A変動し、溶込み深さ・ビード形状に影響します。

シールドガスの影響

CO₂ガスは熱伝導率が高く深溶込みが得られる反面、スパッタ多。MAGガス(Ar80%+CO₂20%)はスパッタ少・美しいビード。MIGガス(Ar100%またはAr+O₂2%)はステンレス・アルミ用でスプレー移行モード。使用ガスに応じてワイヤ種別を選定します(JIS Z 3312のYGW11はMAG専用、YGW15はCO₂専用等)。

業界での応用

よくある間違い・注意点

• ワイヤ径固定で電流だけ調整 — ワイヤ径×電流はセットで管理すべきパラメータ。φ1.2mmで400Aは電流過剰でアーク不安定、φ1.6mmで100Aは短絡多発。電流密度(A/mm²)=電流÷ワイヤ断面積が適正範囲(150〜300 A/mm²)に入るよう組み合わせます。
• ワイヤ消費量の過小見積 — スパッタ・ヒューム・スラグ・切端くず等のロス(15〜25%)を無視すると、ワイヤ発注量が不足しライン停止に。実測消費量 = 溶着量 × 1.15〜1.25で見積り、余裕を持って発注します。
• アーク稼働率100%で計算 — 半自動溶接では実アーク時間は勤務時間の30〜50%、ロボット溶接でも60〜80%。稼働率を無視すると、8時間勤務あたりのワイヤ消費が2〜3倍に過大評価されます。生産計画・原価計算では稼働率を必ず反映します。
• ソリッドとFCWの消費量を同一視 — フラックス入りワイヤ(FCW)はソリッドより見掛密度が低く(7.4〜7.6g/cm³)、また同一電流でWFSがやや高くなります。消費量計算では各メーカーのカタログ値・実測値を使用してください。
• チップ間距離(CTWD)の管理漏れ — CTWDが変動すると実際の電流・WFS・溶込みが変動します。手動溶接でCTWDの1mmずれで電流5〜10A変動、ロボットでは±2mm精度でトーチ姿勢制御が必要。ノズルカス除去・チップ摩耗管理も定期的に。
• アーク電圧の不整合 — 電流に対するアーク電圧が低すぎると短絡アーク・スパッタ多、高すぎるとアーク長長すぎ・アンダーカット。CO₂・MAG・MIGの各推奨電圧テーブル(本ページ参照)から適正値を選定します。
• ガス種と鋼種の不一致 — 軟鋼MAGにMIGガス(Ar100%)を使うとスパッタ多発、SUSにCO₂を使うと炭素含有率上昇で耐食性低下。ワイヤと鋼種とガスは一貫性を持って選定してください。

関連する規格・法令

• JIS Z 3312 ― 軟鋼、高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ(YGW11/12/15/18等)。
• JIS Z 3313 ― 軟鋼、高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ(YFW-C50DR、T49J0等)。
• JIS Z 3321 ― 溶接用ステンレス鋼溶加棒、ソリッドワイヤ及び鋼帯(Y308/316/309等)。
• JIS Z 3232 ― アルミニウム及びアルミニウム合金の溶加材(A4043/5356等)。
• JIS Z 3326 ― 硬化肉盛用アーク溶接フラックス入りワイヤ。
• JIS Z 3841 ― 半自動溶接技能者評価試験方法及び判定基準。
• JIS Z 3255 ― 溶接施工要領書(WPS)及びその承認のための試験。
• 建築基準法施行令 第67条(接合) ― 建築鉄骨溶接の要求基準。
• 高圧ガス保安法(圧力容器溶接) ― 圧力容器・高圧ガス設備の溶接資格・施工要件。
• ISO 3834(溶接品質要求事項) ― 国際標準の溶接管理要求。ISO 3834-1〜4。
• ISO 15614(WPS/PQR) ― 溶接施工要領書の承認試験。

参考文献・公的資料

溶接パラメータ・ワイヤ選定・施工管理の詳細は、以下の公的機関・業界団体の一次資料を参照してください。

• 一般社団法人 日本鋼構造協会(JSSC) ― 建築鉄骨・橋梁溶接の技術指針・溶接部の要求品質基準。
• 一般社団法人 日本溶接協会(JWES) ― 溶接技能者認定・WES規格・溶接技術研究の中枢団体。
• 日本産業標準調査会(JISC) ― JIS Z 3312/3313/3321/3232等の溶接材料規格の検索・閲覧。
• 国土交通省 住宅・建築物 ― 建築基準法・建築鉄骨溶接の告示・技術基準の公式情報。
• 高圧ガス保安協会(KHK) ― 圧力容器・高圧ガス設備の溶接技術基準・溶接検査要領。
• ISO/TC 44 Welding and allied processes ― 溶接関連ISO規格の策定委員会。
• American Welding Society(AWS) ― 米国溶接協会。AWS D1.1(鋼構造溶接規格)の一次資料。
• 株式会社神戸製鋼所 溶接事業部 ― 溶接ワイヤ・棒・裏当金の技術資料・カタログ。
• 日本製鉄 溶接材料 ― 溶接材料の材質・機械特性データベース。
• 株式会社ダイヘン 溶接メカトロカンパニー ― 溶接機・溶接ロボット・シナジック電源の技術資料。

よくある質問（FAQ）

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