アルミ溶接

アルミニウムの溶接には、洗浄、均一な温度、溶接材料、確実な溶接スキルなどの一連のパラメータが必要ですが、その高い熱伝導率と固有の酸化層の形成により課題が生じます。急速な熱放散は、溶接部に反り、歪み、残留応力を引き起こす可能性があり、特に薄いシートで発生し、接合部の強度に影響を与えます。

 

説明

 

熱伝導率と熱感度は鋼の約 4 ～ 5 倍で、アルミニウムの融点は酸化層よりも低いため、溶接金属の適切な接合を妨げる障壁が形成されます。アルミニウムは熱がよく分散し、溶接プロセス中に大きなクレーターが発生する可能性があります。そのため、アルミニウムはクレーター割れを非常に起こしやすいため、溶接の最後に破損が発生しないようにクレーターを埋める必要があります。溶接工は、溶接の開始時よりも多くの熱が存在することを明確に認識している必要があります。そのため、溶接が開始時からかなり遠くまで進むまで完全な溶け込みが発生しない可能性があります。

 

アルミニウムフィラーとアルミニウムグレード

 

アルミニウムを溶接する場合、強力で耐久性があり、互換性のある溶接を確保するには、適切なフィラー材料 (多くの場合フィラー ロッドまたはワイヤの形) を選択することが重要です。アルミニウムフィラーは、ベースアルミニウム合金、溶接プロセス（TIG、MIGなど）、用途、および強度、耐食性、延性などの望ましい特性に基づいて選択されます。以下に、さまざまなアルミニウムの種類に推奨されるフィラー材料の概要を示し、その使用に関するコンテキストを提供します。

 

• √1xxx シリーズ (純アルミニウム、例: 1100、1350)、推奨フィラー: 1100、4043、

ご存知のとおり、1xxx シリーズは優れた耐食性、低い強度で高い熱伝導性を備えていますが、1100 のような純アルミニウムフィラーは耐食性と導電性に関して母材の組成と一致しています。導電体や化学装置の用途では、特に TIG 溶接での流動性と耐亀裂性を向上させるために 4043 (シリコン-合金) も使用されます。つまり、1xxx シリーズは柔らかいため、亀裂を避けるために、より強力なフィラーとの過度の合金化は避けてください。-

 

• √2xxxシリーズ

(銅-合金、例: 2024、2219、推奨フィラー: 2319 (特に 2219 の場合、妥協案として 4043)

航空宇宙部品の場合、銅の含有量と一致し強度が得られるため、2319 が 2219 に使用されます。. 2xxx シリーズの合金は強度が高いものの、高温割れが発生しやすく、特に 2024 では溶接不可能と考えられることがよくあります。4043 は、強度は犠牲になりますが、割れを軽減するための他の 2xxx 合金の代替品です。可能であれば、2xxx シリーズの溶接は避けてください。重要な用途には機械的な固定が推奨されます。

 

• √3xxx シリーズ (マンガン-合金、例: 3003、3004)、推奨フィラー: 4043、5356

3xxx シリーズは適度な強度と優れた耐食性を備え、板金でよく使用されます。4043 は汎用-目的の溶接に優れた流動性と耐亀裂性を提供します. 5356（マグネシウム-合金）は、より高い強度または耐食性が必要な場合に使用できます. 3xxx シリーズは溶接可能で、フィラーの選択は多くの場合、溶接後の外観や強度要件に依存し、板金で広く使用されています。-金属、空調設備、食品容器。

 

• √4xxx シリーズ: シリコン-合金 (例: 4043)。流動性と耐亀裂性が優れているため、フィラー自体としてよく使用されます。

 

• √5xxx シリーズ (マグネシウム-合金、例: 5052、5083、5086)、推奨フィラー: 5356、5183、5556

高強度、耐食性に優れたシリーズで、船舶、自動車、圧力容器などに幅広く使用されています。実際には、5356 は、マグネシウム含有量が一致し、優れた耐食性 (特に海洋環境で)、優れた強度を備えているため、ほとんどの 5xxx 合金の主要なフィラーです-。5556 は、より高強度の用途 (造船における 5083 ベースメタルなど) に使用されます。-耐食性が重要な場合は、シリコンが耐食性を低下させる可能性があるため、5xxx 合金上の 4043 などの 4xxx フィラーを避けることを忘れないでください。また、5xxx フィラーは TIG 溶接でスマット (黒い残留物) を引き起こす可能性があるため、洗浄が必要になることがよくあります。

 

• √6xxx シリーズ (マグネシウム-シリコン-合金、例: 6061、6063)、推奨フィラー: 4043、5356

これらのシリーズは優れた強度と溶接性を備えており、構造用途で広く使用されています。4043 は、その優れた流動性、低い亀裂感受性、および陽極酸化後の良好な色一致 (6xxx 合金に一般的) のため広く使用されています。. 5356 は、流動性が低く、陽極酸化後の色との一致が劣る可能性がありますが、より高い強度が必要な場合に選択されます。-さらに、使いやすさから 6061 の一般的な修理には 4043 が好まれることが多いですが、重要な溶接部分では 5356 の方が優れた機械的特性を提供します。

 

• √7xxx シリーズ (亜鉛-合金、例: 7075、7050)、推奨フィラー: 5356 (まれに)、4043 (妥協として)

これらのシリーズは非常に高い強度を備えており、航空宇宙や高強度部品に使用されていますが、亀裂により溶接性が劣ります。そのため、7xxx 合金は深刻な高温亀裂や応力腐食の問題により溶接できません。{0}溶接を試みる場合 (修理など)、亀裂を最小限に抑えるために 5356 または 4043 が使用されますが、溶接は母材よりもはるかに弱くなります。一般に、7xxx 合金では溶接は推奨されず、代替の接合方法または特殊な技術 (摩擦撹拌溶接など) を強くお勧めします。

 

 

アルミニウム溶接の考慮事項

 

適切な溶加材を選択することは、アルミニウムを溶接する際の最も重要な決定事項の 1 つです。選択を誤ると、亀裂、強度の低下、耐食性の低下につながる可能性があります。鋼とは異なり、母材と適合する溶加材を使用することはほとんどないため、アルミニウムを健全に溶接するには総合的な考慮が必要です。以下に短いリストを示します。

 

• √酸化

アルミニウムは大気にさらされると急速に酸化し、アルミニウム (660 ℃) よりも高い融解温度 (2072 ℃ ) の薄い酸化物層を形成します。多くの場合、このバリアを介して溶接すると、ワークピースに穴が開いてしまう可能性があります。酸化層の除去は、溶剤、酸、または専用のステンレス鋼ワイヤーブラシやサンドブラストによる機械研磨技術によって行うことができます。

 

• √陽極酸化処理

陽極酸化処理、溶接部を陽極酸化処理する場合は、母材の色応答に一致するフィラーを選択します (たとえば、6xxx 合金の 4043 は、陽極酸化処理後、5356 よりも良く見えることがよくあります)。

 

• √予熱

予熱は、広範囲のアルミニウム部分や特定の種類の合金における亀裂や多孔質領域の形成を最小限に抑えるのに役立ちます。ただし、過剰な予熱は悪影響をもたらす可能性があります。さらに、アルミニウムを予熱すると、溶接の問題を引き起こす可能性のある急激な温度変化を防ぐことができます。

 

• √多孔性

溶融状態の間、アルミニウムは大量の水素を吸収する可能性があり、その結果、溶接金属内に小さなボイドまたは気泡が形成されます。これにより、金属の構造的完全性が弱まり、圧力や応力によって破損しやすくなります。したがって、シールドガスを使用し、さらにワークピースから油やグリースを除去することで、気孔率を最小限に抑えることができます。

 

• √不純物

溶接接合部の不純物の兆候である変色、砂目立て、腐食、酸化を避けるために、オペレータは溶接前にワークピースから油、汚れ、破片を除去する必要があります。溶接部に悪影響を及ぼし、ワークピースの強度と外観に影響を与える可能性があります。溶接前の準備作業を最小限に抑えるには、適切な保管、機器のメンテナンスが常に最善の選択肢です。-

 

• √厚さ

薄いアルミニウム材料と厚いアルミニウム材料を同時に溶接することは、常に困難です。適用される熱によって、薄い材料は溶ける可能性がありますが、厚い材料には浸透して強力な溶接接合が得られないためです。溶接工は、最適な溶接品質を達成するために、アルミニウムのグレード、溶接方法、アンペア数、入熱量、およびフィラーの種類を含むパラメータを設定する必要があります。

 

 

アルミニウムフィラーの特長

 

アルミニウムの溶接は複雑なプロセスであり、フィラーの特徴についての確かな知識が必要です。フィラーの概要を以下に示します。

 

• √4043、シリコン-%のシリコンと合金化されたシリコン。シリコンは融点を下げ、溶融池の流動性を向上させ、作業を容易にし、高温割れのリスクを軽減します。その化学組成により、溶接が容易でビードの外観が滑らかになりますが、5356 などのマグネシウム-ベースのフィラーと比較すると、強度と耐食性がある程度犠牲になります。一般目的の溶接、修理、溶接後の外観（陽極酸化など）が重要な用途には優れた選択肢ですが、高強度または腐食性の高い環境には最適ではありません。-一般目的の溶接、特に 6xxx および 3xxx シリーズに最適です。- TIG と MIG に適しています。耐食性が重要な場合、高-マグネシウム合金（5xxx）には理想的ではありません。 6xxx シリーズ合金 (例: 6061、6063) で使用すると、4043 は、暗くなったり不一致に見える可能性がある 5356 のようなマグネシウム- ベースのフィラーと比較して、陽極酸化後の色の一致が優れています。
• √ 5356, magnesium-alloyed with 5% of magnesium which can enhance strength and corrosion resistance. It excels in marine and structural welding but is temperature-limited. Its balance of strength, feedability, and color-matching makes it a top choice for welding 5xxx/6xxx aluminum alloys for marine or structural applications. Worthwhile to remember that avoid welding high Mg alloys (>3％のMg）が脆化を防ぎます。 MIG溶接共通。
• √5183/5556、造船などの要求の厳しい用途における 5xxx 合金 (例: 5083) の 5356 に代わる高強度の代替品。-
• √2319、銅-合金、航空宇宙用途向けの 2219 (溶接可能な 2xxx 合金) に特化。
• √1100/1070: 1xxx シリーズ用の純アルミニウムフィラー、導電性と耐食性のマッチング組成。
•  

アルミ溶接技術

 

MIG 溶接と TIG 溶接は、その精度と品質により、アルミニウムを接合するための最も一般的な溶接技術です。これら 2 つの溶接技術に加えて、特定の用途に採用される他の溶接ソリューションもあります。以下に簡単に紹介します。

 

• √TIG溶接（タングステン不活性ガス）

TIG は AC 極性で動作し、アークの安定性と酸化層の拭き取りを実現します。また、経験豊富な TIG 溶接機は、アルミニウム合金を溶融するのに十分な熱を一貫して生成し、薄い部分と厚い部分の両方を溶接できます。不活性シールドガス (最も一般的にはアルゴン) が TIG トーチに供給され、溶接溜まりを汚染から守ります。

 

• √MIG溶接（ガスメタルアーク溶接、GMAW）

MIG 溶接は、TIG 溶接よりも入熱が高いため、厚いアルミニウム材料の一般的な溶接技術です。この溶接方法は TIG プロセスによく似ていますが、非消耗品のタングステン電極を使用する代わりに、スプール ガンからの移動速度が速い自動給電電極ワイヤを使用します。-溶接部を汚染から保護するためにシールドガスも使用されます。

 

• √電子ビーム溶接

電子溶接法は真空チャンバー内で実行され、追加のシールドガスを必要とせずに溶接部を不純物から保護します。そのため、小さくて正確な溶接池が生成されるため、厚い部分に非常に優れたオプションです。

 

• √レーザー溶接

レーザー溶接は、狭い溶接幅と溶接深さの両方で精度を実現し、シールド ガスを追加することできれいな溶接ゾーンを実現します。. 6xxx シリーズは通常、4032 または 4047 アルミニウム フィラーを使用したレーザー溶接に適しています。これは、高出力密度のビームをワークピースの表面に集中させる高速溶接プロセスです。

 

• √抵抗溶接

抵抗溶接では圧力と電流を利用して溶融を行いますが、この技術の欠点は、高い熱伝導率と電気伝導率が発生した場合に問題が発生する可能性があることです。

 

• √摩擦圧接

摩擦溶接は、機械的摩擦によって発生する熱を利用してアルミニウム材料を接合するように設計されています。摩擦溶接の利点は、溶接が難しい 2xxx および 7xxx シリーズを含むすべてのアルミニウム合金グレードに使用できることと、溶接池を保護するためにシールド剤を使用する必要がないことです。

 

溶接サービス

 

アルミニウムの溶接は、経験豊富な溶接工であっても難しい場合があり、高品質の溶接を行うには特別な技術と注意が必要です。ミスをすると、接合部が弱くなったり、欠陥が生じたり、溶接が完全に失敗したりする可能性があります。ファブマンはお客様の信頼できるパートナーとなり、高い溶接品質基準を一貫して提供することができ、お客様の特定の要件に対する多様なニーズに応える幅広いアルミニウム溶接サービスを提供します。当社の材料エンジニアと溶接工は、さまざまな種類のアルミニウム合金の取り扱いに経験があり、高品質の溶接サービスを提供できます。私たちのチームは、一般コンポーネント、チューブとプレート、海洋機器、建設構造物などのプロジェクトを実行する際に、次の側面に重点を置いています。

 

• √アルミのTIG溶接・MIG溶接
• √厳しい公差での精密溶接
• √レーザー切断、スタンピング、組み立てなどの二次カスタム製作
• √ パワーコーティングそして陽極酸化