アルミ溶接技術解説

アルミニウムおよびアルミニウム合金

アルミニウムおよびアルミニウム合金は、軽量で錆びにくいという特性を生かし、
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ます。
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ます。

アルミニウム合金展伸材は、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ます。非熱処理合金は焼きなまし軟質材（O材）または適切な
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）
など適切な熱処理状態で使用されます。
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ます。

アルミニウムおよびアルミニウム合金の溶接性

高温割れ

アルミニウムおよ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ります。
いずれも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
存在に起因します。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します。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ます。ビードの始終端で特に割れが発生しやすいので、
施工時に注意を要します。

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です。
2000、6000、7000シリーズは溶接割れが生じやすいですが、割れ感受性を改善することは可能です。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ます。

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ます。
その主たる原因は水素ですが、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られることも要因です。

水素源としては、以下のものがあります。

母材および溶加材中の固溶水素
母材およ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込まれた空気中の水分

このうち最も寄与率が高いのは空気の巻き込みで、次いで溶加材表面の水分です。
（溶接・接合技術持論より抜粋）

アルミニウムおよ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などが用いられます。
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です。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ります。

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ます。
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。
ついていれば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。ただA2319は日本国内で製造はされていないようです。唯一住友電工が製造していましたが、
今は製造ラインから消えています。

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ます。
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す。
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ます。
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
立証出来ているみたいです。

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。