アルミ溶接

アルミニウム及びアルミニウム合金
アルミニウム及びアルミニウム合金と特性

アルミニウム及びアルミニウム合金は軽量でさびにくい
特徴を生かし鉄道車両、船舶、低温タンクなどの構造物
に広く用いられている。
純アルミニウムに他の元素を添加すると強度が増すと
同時に、加工性、溶接性耐食性などが変化していく。
アルミニウム合金展伸材には非熱処理合金と熱処理合金に
分けられさらに添加元素により材種分類が行われている。
非熱処理合金は焼きなまし軟質材(O材)または適当な
加工硬化の状態(H材)で使用され熱処理合金は焼き入れ(T4)
または焼き入れ焼き戻し(T6)など適当な熱処理状態で
使用される。これらの調質処理はJIS規格(JIS H 4000)
に定められた識別記号で表記される。

アルミニウム及びアルミニウム合金の溶接性
高温割れ　

アルミニウム及びアルミニウム合金の高温割れには
凝固割れと液化割れがある。
ともにデンドライト樹間や結晶粒界における合金元素
の偏析、または低融点金属化合物の存在に起因する。
液化割れは多層溶接時、次層の溶接熱により前層の粒界が
局部的に溶融しそのときの応力やひずみとの関係で割れが
発生する。アルミニウムの熱膨張係数、凝固収縮が
大きいことが高温割れに大きく影響している。
ビートの始終端でとくに割れが発生しやすいので施工時に
注意を要する。

1000,3000,4000,5000シリーズはいずれも割れは発生しに
くく溶接性は良好。
2000,6000,7000シリーズは溶接割れが生じやすい。
割れ感受性を改善することは可能。
添加剤としては一般に溶接割れに対しては母材より添加元素の
多いものを用いる。

ブローホール
アルミニウム溶接金属には気孔が発生しやすく、溶接施工上の
大きな問題となっている。
その主たる原因は水素であるが、水素に起因してブローホールが
生じやすいのは、アルミニウム中の水素の溶解度が凝固時に1/20
に激減することによる。また凝固速度が比較的大きく、
生じたブローホールの放出が妨げることになる。
水素源としては次のようなものがある。

母材及び溶加材中の固溶水素
母材及び溶加材表面に付着または吸着した水分、有機物、酸化膜
シールドガス中の水分アーク雰囲気中に巻きこまれた空気中の水分
このうちもっとも寄与率の高いのは空気の巻き込みで、
次いで溶加材表面の水分である。
（溶接•接合技術持論より抜粋）

アルミニウム及びアルミニウム合金の溶接材料
1000シリーズ
一般に純アルミと呼ばれる材料で溶接材料としてはA1070,
A1100などが用いられる。
溶接施工時の注意点としては熱伝導性が優れるため他の
種類の材料よりも若干低めの電流値で施工するのがポイント。
陽極酸化皮膜処理（アルマイト）をすると非常にきれいに仕上がる。

2000シリーズ
銅のほかマグネシウムやマンガンなどを含む合金。ジュラルミン、
超ジュラルミンと呼ばれている。
溶接施工時はクラックが入りやすいので注意が必要です。
また溶加棒の選定ではA4043,A4145,A4045,A4047,A2319
などがあげられます。4043,4045,4145,4047の違いはシリコン
の含有量により識別されています。(5%～13%)
これらの溶接材料は市場での調達が困難で一般的に流通している
のはA4043でしょうか。ついてればOK状態なら使われて
いるそうです。しかし強度が必要な場合はA2319を用います。
JIS Z 3604 でも推奨しています。温度管理をしっかりとし
A2319を用いると問題なく溶接ができます。

3000シリーズ　
非熱処理合金で純アルミよりやや強く溶接性がよい。
溶接材料にはA5356,A4943を用い用途により
A4047Aを用いる。

5000シリーズ
5052が代表的な合金で中程度の強度をもち最も広く使われている。
5083はMg含有量が多い合金で非熱処理合金としては最も優れた
強度を持ち溶接性も良好である。
同業者が船のデッキによく使われているといっていました。
溶接材料にはA5356,A5183などがあげられます。
JIS Z 3811アルミ溶接技能検定には母材に5083、溶接材料には、
A5183で検定試験が行われています。

6000シリーズ
熱処理合金で押し出し材、形材などに使われていて強度もある。
6063などがアングルやチャンネルなど構造物に使われている。
溶接材料にはA5356を用いる。
最近はEV向けに軽量化の流れから6061などが使用されている。
ベークハード特性を利用して今後も多く使われると考えられる。

7000シリーズ
アルミニウム合金中最も高い強度を持つ亜鉛系合金とCuを
含まない溶接構造用合金に分かれる。熱処理合金としては
優れた継手効率が得られる7N01,7003が溶接構造用材料
として鉄道車両、オートバイフレームに用いられる。
溶接材料としてはA5356,A5183を使用する。

以上、溶接材料の選択にはJIS Z 3604に示されている表を
用いて組み合わせを適用しましょう。
組み合わせを間違えると溶接部の割れが発生したり機械的強さが
目標通りに出なかったり耐食性に劣るので注意が必要である。

アルミニウム合金溶接施工法
溶接施工にあたってはより良い溶接結果を得られるために、
SS,SUS以上に注意点がある。
ここではTig溶接を例にピックアップしてみました。

•材料、識別などを明確に理解し適正な溶接材料を適用する。

•乾燥したきれいな材料を用いる。

•適正に保管された溶接材料を用いる。

•シールドガスが阻害されないよう注意をすること。

•母材の継手部分を洗浄すること。
ステンレス製ブラシで強くこすり表面の酸化皮膜をめくること。
アセトンやアルコールで継手部を拭くこと。

これだけのことでも良好な溶接品質に施工できます。
後は作業環境をきれいにし丁寧に溶接すれば
良好な結果が得られると思いますよ。

ブローホール対策その２
アルミ溶接の際のブローホールでいつも悩まされていましたが、
最近パージホースをガスライン用とトーチインナー用に
交換すればかなりの効果で溶接欠陥の低減が見込める事が
立証出来ている見たいです。弊社もガスライン用を
交換しましたがトーチインナー用が交換出来ていない状況です。
近日中に交換予定です。 うまく行けば、溶接補修も減り
不適合品の流出を減らせるので良いと思います。

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