JP2001079668A - アルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方法 - Google Patents

アルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方法

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JP2001079668A
JP2001079668A JP25788099A JP25788099A JP2001079668A JP 2001079668 A JP2001079668 A JP 2001079668A JP 25788099 A JP25788099 A JP 25788099A JP 25788099 A JP25788099 A JP 25788099A JP 2001079668 A JP2001079668 A JP 2001079668A
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Shuhei Ido
周平 井土
Toshihiko Nakano
利彦 中野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面に防錆油又は洗浄油が残留したアルミニ
ウム又はアルミニウム合金材を脱脂又は研磨することな
く溶融溶接して良好な溶接部性能を得ることができるア
ルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方法を提供す
る。 【解決手段】 表面に防錆剤及び/又は洗浄剤が付着し
ているアルミニウム又はアルミニウム合金板1,2を、
シールドガスとして、0.5乃至2.0%のO2ガスを
混合したArガス又は0.5乃至2.0%のO2ガスを
混合したHeガスを使用して、アーク溶接する。シール
ドガス中の酸素含有量が0.6乃至0.8%であること
が好ましい。また、アルミニウム又はアルミニウム合金
板1,2は、Mgを0.5乃至5.0%含有し、それら
の間にギャップを設けて重ね、そのギャップ幅を、上側
アルミニウム合金板1の厚さの0.7倍以下、好ましく
は0.1乃至0.5倍として、重ねすみ肉溶接する。溶
接速度は25乃至250cm/分、溶接電流が50乃至
200Aである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両、船舶及
び自動車等の溶接構造体の製造に好適なアルミニウム又
はアルミニウム合金材の溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金板は軽くて耐食性が良
いという利点を生かして、鉄道車両、船舶及び自動車等
の外板材等として使用されている。このアルミニウム合
金板の溶接・接合方法としては、薄板では抵抗スポット
溶接、機械的接合、接着、ネジ止めボルト接合及びこれ
らの組み合わせ等からなる溶接方法が採られている。
【0003】これらの溶接・接合方法は重ね継手が基本
であり、袋状部材の場合にはフランジを設けて接合して
いる。
【0004】一方、アーク溶接を中心とする溶融溶接方
法は、金属同士を接合する方法として広く使用されてお
り、フランジを設けなくても、突き合わせ溶接が可能で
あり、更に重ね溶接も可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム合金板をコ字型に成形するためには、主としてプ
レス工法を採用することが多いが、プレス成形前から材
料に塗布等により付着している防錆油又は洗浄油が溶接
時に存在すると、溶融溶接性が著しく劣化するという難
点がある。このため、従来の技術では、溶接前にはこれ
らの防錆油及び洗浄油を完全に脱脂するか、又はワイヤ
ブラシ等で研磨して除去する作業が必要であった。
【0006】このため、溶接構造体の製造に際し、プレ
ス工程の後に、脱脂又は研磨工程が必要であり、製造コ
ストが高く、このコスト削減のための溶接施工技術の開
発が望まれていた。
【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、表面に防錆油又は洗浄油が残留したアルミ
ニウム又はアルミニウム合金材を脱脂又は研磨すること
なく溶融溶接して良好な溶接部性能を得ることができる
アルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方法を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム又はアルミニウム合金材の溶接方法は、表面に防錆剤
及び/又は洗浄剤が付着しているアルミニウム又はアル
ミニウム合金材を、シールドガスとして、0.5乃至
2.0%のO2ガスを混合したArガス又は0.5乃至
2.0%のO2ガスを混合したHeガスを使用して、溶
融溶接することを特徴とする。
【0009】このアルミニウム又はアルミニウム合金材
の溶接方法において、前記シールドガス中の酸素含有量
が0.6乃至0.8%であることが好ましい。また、前
記アルミニウム又はアルミニウム合金材は、Mgを0.
5乃至5.0%含有するアルミニウム合金材であること
が好ましい。そして、前記溶融溶接は、重ねすみ肉溶接
によるものである場合に特に有益であり、この場合に、
前記重ねすみ肉溶接は、前記アルミニウム又はアルミニ
ウム合金材を、それらの間にギャップを設けて重ね、そ
のギャップ幅を、上側に位置するアルミニウム又はアル
ミニウム合金材の厚さの0.7倍以下、好ましくは、
0.1乃至0.5倍であることが好ましい。更に、前記
溶融溶接は、溶接速度が25乃至250cm/分、溶接
電流が50乃至200Aであることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の
実施例に係る溶接方法を示す図である。アルミニウム合
金板1,2を両者間にギャップを設けて重ね、アルミニ
ウム合金板1の端部に形成されるすみ肉を、トーチ3に
よりシールドガスを噴出しつつ、アーク溶接する。な
お、アルミニウム合金板1,2はMgを0.5乃至5.
0重量%含有するアルミニウム合金である。
【0011】この溶接雰囲気を大気から遮蔽するシール
ドガスとして、Ar−0.5〜2.0%O2混合ガス又
はHe−0.5〜2.0%O2混合ガスを使用する。こ
れらのシールドガスにおいて、酸素含有量は0.6〜
0.8%であることが好ましい。
【0012】また、上部アルミニウム合金板1及び下部
アルミニウム合金板2間のギャップ幅は、上部アルミニ
ウム合金板1の厚さの0.7倍以下、好ましくは、0.
1乃至0.5倍とする。
【0013】更に、溶接条件は、溶接電流が50A〜2
00A、溶接速度が25〜250cm/分である。
【0014】上述の如く構成された本実施例方法におい
ては、シールドガス中に微量の酸素を添加することによ
り、防錆油又は洗浄油が塗布等により付着したままのア
ルミニウム合金板1,2を安定したアーク状態にて溶接
することができる。これにより、継手効率も良好な継手
を得ることができる。
【0015】本実施例においては、溶接シールドガスに
微量の酸素を添加する。一般的に、アルミニウム材のア
ーク溶接においては、アークを大気から保護するため、
不活性ガスによりシールドする。この不活性ガスとして
は、アルゴンガス、ヘリウムガス又はこれらの混合ガス
が使用されている。この場合に、ヘリウム又はヘリウム
混合ガスをシールドガスとして使用すると、上向き姿勢
の溶接及び特に溶け込みを大きくしたい場合には有利で
あるが、ヘリウムガスのコストがアルゴンガスに比べて
かなり高く、結局アルゴンガスを使用するのが普通であ
る。
【0016】本発明においては、防錆油又は洗浄油が付
着したアルミニウム又はアルミニウム合金材の最適シー
ルドガスを開発すべく、種々のガスについてその混合比
率を変更しつつ検討した結果、アルゴン又はヘリウムガ
ス中に徴量の酸素を添加すると、アークが安定すること
を見い出した。
【0017】酸素ガスの添加量は0.5%未満ではその
効果がなく、また2.0%を超えると酸化物系の介在物
が生じ、継手性能が劣化するため好ましくない。この酸
素ガスの添加量は0.6〜0.8%であることがより好
ましい。
【0018】微量酸素の添加によるアーク安定化の理由
は明確ではないが、防錆油又は洗浄油中の水素によりア
ークの集中性が向上し、そこにシールドガス中の酸素が
加わってH2Oとなり、アーク不安定化の原因であるガ
ス化した水素量も減少するためであると考えられる。
【0019】被溶接材であるアルミニウム合金板1,2
にMgを添加するのは、被溶接材の継手強度を確保する
ためである。Mg量が0.5%未満であると溶接部の強
度を十分確保できず、Mg量は0.5%以上必要であ
る。また、Mg量が5.0%を超えると、溶接継手の耐
食性が劣化するため、5.0%以下とする。
【0020】溶接部の開先形状は、図4に示す重ね溶
接、図5に示す突合せ溶接、図6に示す重ねすみ肉溶接
等に適用可能であるが、重ねすみ肉溶接に適用するとよ
り効果的である。
【0021】次に、この重ねすみ肉溶接におけるギャッ
プ寸法の適正範囲について説明する。図1に示すよう
に、防錆油又は洗浄油が付着したアルミニウム合金板1
を重ねすみ肉溶接する場合、適正なギャップを設けるこ
とにより、防錆油又は洗浄油中の水素等がガス化した場
合にも、この水素ガスはギャップを介して系外に搬出さ
れる。また、このようなギャップを設けることにより、
溶接ルート部近傍の防錆油又は洗浄油をアークの予熱で
除去できる。更に、図2に示すように、溶接金属がルー
ト部まで確実に形成されるため、溶接部の継手性能が安
定して高いものとなる。これに対し、ギャップが存在し
ない場合には、図3に示すように、ルート部に空孔欠陥
が発生する。
【0022】このギャップ量は、上述のギャップの作用
効果を得るためには、上部アルミニウム合金板1の厚さ
の0.7倍以下が適正であり、更に好ましくは、0.1
乃至0.5倍である。なお、重ねすみ肉溶接する場合、
上側材料の厚さで設計上ののど厚が規定されるため、上
部アルミニウム合金板1の厚さを基準とする。
【0023】溶接速度は25cm/分以上であることが
好ましく、溶接速度がそれより低いと、アルミニウム合
金板1,2が加熱され過ぎて、変形が大きくなるため、
好ましくない。また、溶接速度が250cm/分を超え
ると、溶接金属が安定的に形成されず、適切ではない。
よって、溶接速度は25乃至250cm/minとする
ことが好ましい。
【0024】溶接電流は50A以上が好ましく、それ未
満ではアークが安定化しない。また、溶接電流が200
A以上では、入熱の増大により溶融する防錆油又は洗浄
油の量が増えるので、好ましくない。よって、溶接電流
は50乃至200Aとする。
【0025】なお、上記実施例は、アルミニウム合金板
1,2の重ねすみ肉溶接であるが、純アルミニウム板に
ついても同様の効果を奏する。また、上記実施例は、ア
ーク溶接によるものであるが、本発明が適用される溶融
溶接としては、他に、プラズマ溶接、レーザ溶接及び電
子ビーム溶接等がある。
【0026】
【実施例】次に、本発明の実施例の効果について、本発
明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
【0027】JISA5182の○材からなるアルミニ
ウム合金板であって、厚さが2mmであり、表面に防錆
油又は洗浄油が付着したものを、下記表1及び表2に示
す各種のシールドガスを使用して、下記表3に示す溶接
条件にて、ミグ(MIG)重ねすみ肉溶接した。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】
【表3】
【0031】この表1、2より、Arガス又はHeガス
に0.5乃至2.0%の酸素ガスを添加すると、良好な
溶接が可能であることがわかる。なお、シールドガスと
して、Ar+Heの混合ガス、Ar又はHeガスに窒素
ガスを混合したものも試験したが、いづれの場合も溶接
ビードを形成することが困難であった。
【0032】次に、溶接可能な酸素添加量の範囲にて溶
接部の継手引張り試験を行い、継手性能からみた適正な
酸素添加量の影響について検討した結果について説明す
る。
【0033】下記表4はその結果を示すものであり、継
手強度が酸素添加量が0.6乃至0.8%の範囲が特に
望ましいことがわかる。なお、継手性能評価は、防錆油
又は洗浄油が付着していない材料を100%Arガスに
て溶接したときの強度に比べて、80%以上の強度の得
られるものを合格(継手強度大:○)とした。
【0034】
【表4】
【0035】次いで、被溶接材であるアルミニウム合金
材の組成につき検討した。溶接構造材としては、Mgを
主成分とするJIS 5000系材料と、Mg−Siを
主成分とする6000系材料があるので、それらを比較
試験した。その結果、下記表5に示すように、材料中の
Mg量によって整理できることがわかり、適正Mg量は
0.5乃至5.0重量%である。Mgが0.5重量%未
満では、継手強度が低いので溶接構造物としては使用し
難く、またMgが5.0重量%を超えると、溶接部の耐
食性が劣るので溶接構造物としては不適当である。
【0036】
【表5】
【0037】次いで、重ねすみ肉溶接時のギャップ量に
ついて検討した結果について説明する。下記表6はその
結果を示す。上板厚さの0.7倍以下、好ましくは上板
厚さの0.05乃至0.5倍という適正なギャップを設
けると、良好なX線性能を確保でき、更に健全な継手性
能が得られる。なお、溶接状況の評価基準は、溶接可能
で外観が良いものを○、溶接可能であるが外観が劣るも
のを△とした。また、継手性能の評価基準は、継手強度
が薄い方の母材の70%以上で、かつX線性能がJIS
3類以上のものを◎、継手強度が薄い方の母材の70
%以上のものを○、継手強度が薄い方の母材の70%未
満のものを×とした。
【0038】
【表6】
【0039】この場合、溶接条件は材料の厚さ、継手形
状、要求される溶接部形状により各種のものが採用でき
るが、溶接部の過熱を防ぐためには溶接速度の下限があ
り、また溶接電流についても同様の理由により上限が存
在する。
【0040】一方、溶接を安定的に行うための溶接速度
の上限と溶接電流の下限も存在する。本発明者が種々検
討した結果、アーク安定のためには、溶接速度は25乃
至250cm/分が適正であり、また溶接電流は50乃
至200Aが適正であった。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面に防錆剤及び/又は洗浄剤が付着したままで、アル
ミニウム又はアルミニウム合金材を溶融溶接することが
でき、安定した高い継手強度を得ることができる。そし
て、本発明によれば、防錆剤及び/又は洗浄剤を除去す
るという工程を省略できるので、特に大量生産されるア
ルミニウム溶接構造物の生産に極めて有益であり、その
製造コストを著しく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例方法を示す図である。
【図2】本実施例方法により得られた継手を示す図であ
る。
【図3】ギャップが存在しない場合の比較例の継手を示
す図である。
【図4】重ね溶接の例を示す図である。
【図5】突合せ溶接の例を示す図である。
【図6】重ねすみ肉溶接の例を示す図である。
【符号の説明】
1,2;アルミニウム合金板 3;トーチ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に防錆剤及び/又は洗浄剤が付着し
    ているアルミニウム又はアルミニウム合金材を、シール
    ドガスとして、0.5乃至2.0%のO2ガスを混合し
    たArガス又は0.5乃至2.0%のO2ガスを混合し
    たHeガスを使用して、溶融溶接することを特徴とする
    アルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方法。
  2. 【請求項2】 前記シールドガス中の酸素含有量が0.
    6乃至0.8%であることを特徴とする請求項1に記載
    のアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方法。
  3. 【請求項3】 前記アルミニウム又はアルミニウム合金
    材は、Mgを0.5乃至5.0%含有するアルミニウム
    合金材であることを特徴とする請求項1又は2に記載の
    アルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方法。
  4. 【請求項4】 前記溶融溶接は、重ねすみ肉溶接による
    ものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
    1項に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶
    接方法。
  5. 【請求項5】 前記重ねすみ肉溶接は、前記アルミニウ
    ム又はアルミニウム合金材を、それらの間にギャップを
    設けて重ね、そのギャップ幅を、上側に位置するアルミ
    ニウム又はアルミニウム合金材の厚さの0.7倍以下と
    することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に
    記載のアルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方
    法。
  6. 【請求項6】 前記ギャップ幅は、上側に位置するアル
    ミニウム又はアルミニウム合金材の厚さの0.1乃至
    0.5倍であることを特徴とする請求項5に記載のアル
    ミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方法。
  7. 【請求項7】 前記溶融溶接は、溶接速度が25乃至2
    50cm/分、溶接電流が50乃至200Aであること
    を特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のア
    ルミニウム又はアルミニウム合金材の溶接方法。
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