JP2005224816A - Tig welding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特定の化学成分を有するアルミニウムを用いたティグ溶接(TIG溶接。 Tungsten Inert Gas welding)方法に関する。 The present invention relates to a TIG welding (TIG welding) method using aluminum having a specific chemical component.
アルミニウムは延性が高く良好な加工性を有しており、しばしば純アルミニウムが各種複合材料の構成素材として利用され、給水給湯用配管分野においても、ポリエチレンとアルミニウムとの複合管が用いられている。この複合管は、配管施工現場で曲げ加工を行うことが可能であり、用いられる原材料のアルミニウムは、比較的柔らかくかつ延性が大きい、厚さ1.2mm以下の純アルミニウムの薄板又は箔が用いられる。この管を溶接して延長する場合、アルミニウムが薄いため、通常はTIG溶接によって突き合わせ溶接が行われる。 Aluminum has high ductility and good workability, and pure aluminum is often used as a constituent material of various composite materials, and composite pipes of polyethylene and aluminum are also used in the piping field for water and hot water. This composite pipe can be bent at the pipe construction site, and the raw material aluminum used is a pure aluminum sheet or foil with a thickness of 1.2 mm or less that is relatively soft and has a high ductility. . When this pipe is welded and extended, since aluminum is thin, butt welding is usually performed by TIG welding.
TIG溶接は、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で行う溶接であって、消耗しにくいタングステン又はタングステン合金を電極として行う溶接である。非鉄金属、合金鋼などの溶接に広く採用されており、また小電流でもアークの安定性が良いので、薄物の溶接、配管類の初層溶接に適している。 TIG welding is welding performed in an inert gas atmosphere such as helium or argon, and is performed using tungsten or a tungsten alloy which is not easily consumed as an electrode. It is widely used for welding non-ferrous metals and alloy steels, and has good arc stability even at low currents, making it suitable for welding thin objects and first-layer welding of pipes.
しかしながら、薄いアルミニウム板を、裏当て材を用いずにTIG溶接を行う場合、特に連続的に5m/分以上の高速度で溶接する場合は、アルミニウムの熱伝導率が高いので、溶接時のアークによる熱が拡散して逃げ、溶接個所が低温となり易く、溶接の突き合わせ部を集中的に必要かつ充分な温度に加熱し続けることが困難である。 However, when TIG welding is performed on a thin aluminum plate without using a backing material, especially when welding continuously at a high speed of 5 m / min or more, the thermal conductivity of aluminum is high, so the arc during welding The heat generated by the heat spreads and escapes, the welded part tends to become low temperature, and it is difficult to keep heating the butted portion of the weld to the necessary and sufficient temperature.
薄い肉厚のアルミニウムをTIG溶接する場合の溶接速度と溶接電流値との関係を、図1に示す。溶接速度(V、縦軸)に対し溶接電流値(I、横軸)が少ないとアークによる熱量が不足して溶接箇所の溶け込み不足が生じ(図中(a)参照。)、電流値(I)が大き過ぎると過溶融により溶け落ち(図中(c)参照。)てしまう。また、溶接速度(V)が高速である時に過剰に電流を負荷するとアンダーカットが生じる(図中(d)参照。)傾向がある(例えば、非特許文献1参照。)。なお、図2(a)(b)(c)(d)は、図1の(a)(b)(c)(d)に対応した接続個所の様子を示す。 FIG. 1 shows the relationship between the welding speed and the welding current value when TIG welding is performed on thin aluminum. If the welding current value (I, horizontal axis) is small relative to the welding speed (V, vertical axis), the amount of heat generated by the arc is insufficient, resulting in insufficient penetration of the welded portion (see (a) in the figure), and the current value (I). ) Is too large, it melts away due to overmelting (see (c) in the figure). In addition, when the welding speed (V) is high, if an excessive current is applied, an undercut tends to occur (see (d) in the figure) (for example, see Non-Patent Document 1). 2A, 2B, 2C, and 2D show the connection points corresponding to FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D.
このように、拡散する熱量を補うために溶接電流値を上げると溶接中心部を過加熱状態にしてしまい、溶接部にアンダーカットを生じ易くなる。アンダーカットは、大きな電流に基づくアーク圧力によって溶融池が押し下げられた結果、アンダーカットビートが発生することをいい、アンダーカットビートの両脇にできる溝が、溶接された板の強度を著しく低下させる。従ってその部分は強度が低く、致命的な欠陥となる恐れがある。 Thus, if the welding current value is increased in order to compensate for the amount of heat that diffuses, the center of the weld is overheated, and an undercut is likely to occur in the weld. Undercut refers to the occurrence of an undercut beat as a result of the molten pool being pushed down by an arc pressure based on a large current, and the grooves formed on both sides of the undercut beat significantly reduce the strength of the welded plate. . Therefore, the portion has a low strength and may become a fatal defect.
通常の純アルミニウム(JIS H4000 A1100。以下、単に純アルミニウムという。)板の化学成分を表4に示す。このような純アルミニウム板においては、通常、厚さ1.2mmより大であれば、溶接速度5m/分以上の高速でかつ溶接電流値115アンペア〜135アンペアであっても、TIG溶接することが可能であるが、厚さ1.2mm以下であれば、溶接速度5m/分以上の高速では、溶接電流値を115アンペア未満にするとアーク熱量が不足して溶接ができず、115アンペアより上げるとアンダーカットが生じて溶接部の破壊を誘発するという問題点があり、事実上溶接は不可能であった。
発明が解決しようとする問題は、薄肉のアルミニウム板を裏当て材を用いずに高速度TIG溶接する際、溶接アーク熱の拡散を防止して溶接中心部のみの溶接アークによる加熱を可能とし、アンダーカットを生じさせない高速のTIG溶接方法を提供する目的で成されたものである。 The problem to be solved by the invention is that when high-speed TIG welding is performed on a thin aluminum plate without using a backing material, diffusion of the welding arc heat is prevented, and heating by the welding arc only in the welding center is enabled. The object is to provide a high-speed TIG welding method that does not cause an undercut.
上記目的を達成するための、本発明の請求項1記載のティグ溶接方法(発明1)は、化学成分が、シリコン含有量0.11重量%以下、鉄含有量1.15重量%〜1.35重量%、銅含有量0.01重量%以下、マンガン含有量0.40重量%〜0.60重量%、マグネシウム含有量0.003重量%以下、クロム含有量0.01重量%以下、亜鉛含有量0.02重量%以下、チタン含有量0.03重量%以下、その他アルミニウム以外の成分含有量が個々に0.05重量%以下でかつ合計含有量0.15重量%以下、残りがアルミニウムであるアルミニウムを、厚さ0.1mmから1.2mmの板状又は箔状とし、溶接速度5m/分以上かつ溶接電流値105アンペアから135アンペアで溶接することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the TIG welding method (Invention 1) according to
本発明のTIG溶接方法に用いられるアルミニウムの化学成分を表1に示す。なお、これらの各化学成分数値は、JIS H 1306(アルミニウム及びアルミニウム合金の原子吸光分析方法)に定める方法によって化学成分の分析を行った結果である。 Table 1 shows chemical components of aluminum used in the TIG welding method of the present invention. These chemical component numerical values are the results of analysis of chemical components by the method defined in JIS H 1306 (Atom Absorption Analysis Method for Aluminum and Aluminum Alloy).
厚さ1.2mm以下の薄い純アルミニウム板を、溶接速度5m/分以上の高速度でTIG溶接する際、アルミニウム板の化学成分中のシリコン含有量が大きいと溶接性が低下するため、溶接部に割れを生じ易いため、発明1のアルミニウムにおいては、シリコン含有量が0.11重量%以下とされている。なお、下限は定めていないが、いわゆる純アルミニウムに含有される量と同じであれば良い。
When a thin pure aluminum plate having a thickness of 1.2 mm or less is TIG welded at a high speed of 5 m / min or more, the weldability deteriorates if the silicon content in the chemical composition of the aluminum plate is large. In the aluminum of
更に、鉄が1.15重量%以上となればアークの集中性は増すが、1.35重量%より大きくなればアルミニウムの延性が低下する。従って鉄の含有量は、1.15重量%〜1.35重量%とされる。 Furthermore, if the iron content is 1.15% by weight or more, the arc concentration increases, but if it exceeds 1.35% by weight, the ductility of aluminum decreases. Therefore, the iron content is 1.15 wt% to 1.35 wt%.
銅の含有量は、一般に溶接性を低下させる元素であるため、純アルミニウムに含有される含有量の1/2(0.01重量%)以下とされる。 The content of copper is generally an element that lowers the weldability, and is therefore ½ (0.01% by weight) or less of the content contained in pure aluminum.
マンガンの含有量は、材料の強度と関連しており、含有量が増えると高強度となりすぎてアルミニウムに期待する柔軟性が損なわれるという影響があるので、純アルミニウムに含有される含有量とほぼ同じか稍少なく(0.40重量%)される。 The content of manganese is related to the strength of the material, and as the content increases, the strength becomes too high and the flexibility expected of aluminum is impaired, so it is almost the same as the content contained in pure aluminum. Same or less (0.40 wt%).
マグネシウムは、含有されていると応力腐食割れ性を高める傾向にあるため、0.003重量%以下とされる。 When magnesium is contained, it tends to increase the stress corrosion cracking property, so the content is 0.003% by weight or less.
クロムの含有量は、材料の強度と関連しており、含有されていると高強度となってアルミニウムに期待する柔軟性が損なわれるという影響があるので、0.01重量%以下とされる。 The chromium content is related to the strength of the material, and if it is contained, it has the effect of increasing the strength and impairing the flexibility expected of aluminum, so it is 0.01% by weight or less.
亜鉛の含有量は、溶接性を向上させる効果があるが、耐食性を低下させる傾向を持つために、上限を純アルミニウムに含有される含有量の2.5倍以下とした。 The zinc content has the effect of improving weldability, but has a tendency to lower the corrosion resistance, so the upper limit is made 2.5 times or less the content contained in pure aluminum.
チタンの含有量は、材料の強度と関連しており、高強度となりすぎてアルミニウムに期待する柔軟性が損なわれるという影響があるので、0.03重量%以下とされる。 The content of titanium is related to the strength of the material, and has an effect that the flexibility expected from aluminum is impaired due to excessively high strength.
その他の化学成分は、溶接性、強度などの重要な特性与える影響が小さく、TIG溶接時に、溶接速度や溶接電流値に影響を与えないので、純アルミニウムに含有される含有量と同じでよい。 Other chemical components have little influence on important characteristics such as weldability and strength, and do not affect the welding speed and the welding current value during TIG welding, and therefore may be the same as the content contained in pure aluminum.
本発明においては、アルミニウムを上記特定の化学成分を含有するアルミニウムとすることで、厚さ0.1mmから1.2mmの板状又は箔状としたアルミニウムを、溶接速度5m/分以上かつ溶接電流値105アンペアから135アンペアで溶接することが可能となる。 In the present invention, by using aluminum containing the above-mentioned specific chemical component as aluminum, a plate-like or foil-like aluminum having a thickness of 0.1 mm to 1.2 mm can be obtained at a welding speed of 5 m / min or more and a welding current. It becomes possible to weld at a value of 105 amperes to 135 amperes.
即ち、例えば、厚さが1.2mm程度の厚いアルミニウム板の場合では、溶接電流値が135アンペア程度とすれば、溶接速度を5m/分程度の速度で溶接が可能となり、厚さが0.1mm程度の薄いアルミニウム板の場合では溶接速度を17m/分程度まで上げるか、溶接電流値を105アンペア程度に下げれば、過溶融することなくTIG溶接が可能となる。 That is, for example, in the case of a thick aluminum plate having a thickness of about 1.2 mm, if the welding current value is about 135 amperes, welding can be performed at a welding speed of about 5 m / min. In the case of a thin aluminum plate of about 1 mm, TIG welding can be performed without overmelting if the welding speed is increased to about 17 m / min or the welding current value is decreased to about 105 amperes.
また、いずれの場合でも、溶接電流値は、純アルミニウムでは溶接速度が5m/分を超えたら溶接が不能となる105アンペア程度の低電流値であっても溶接が可能であり、また135アンペア程度の高電流値であっても、溶接属℃を調節することで、過溶融せずに溶接が可能となる。 In any case, the welding current value can be welded even at a low current value of about 105 amperes where pure aluminum can not be welded when the welding speed exceeds 5 m / min, and about 135 amperes. Even with a high current value, it is possible to perform welding without overmelting by adjusting the welding metal temperature.
本発明のTIG溶接においては、アルミニウムとして、特に鉄の含有量が所定の範囲とされたアルミニウムを用いることにより、溶接電流が低電流値でも溶接時にアークが集中して溶接箇所を加熱して温度が低下し難く、かつ電流値が少ないのでアーク圧力が低くなり、アンダーカットが生じ難い。また、鉄の含有量が上記範囲にあれば、アルミニウムの延性も低下しない。さらに、シリコンの含有量に所定の上限が設けられているので、溶接部に割れが生じ難くなるのである。従って、上記化学成分のアルミニウムが用いられれば、厚さが薄いアルミニウムであっても溶接電流値を調節することで、高速度でTIG溶接ができるのである。 In the TIG welding of the present invention, by using aluminum having an iron content in a predetermined range as the aluminum, the arc is concentrated at the time of welding even when the welding current is a low current value, and the welding portion is heated to the temperature. Is less likely to decrease, and since the current value is small, the arc pressure is low and undercut is unlikely to occur. Moreover, if iron content exists in the said range, the ductility of aluminum will not fall. Furthermore, since a predetermined upper limit is provided for the silicon content, cracks are unlikely to occur in the welded portion. Therefore, if aluminum of the above chemical component is used, TIG welding can be performed at a high speed by adjusting the welding current value even if the aluminum is thin.
次に本発明の化学成分を有するアルミニウム板をTIG溶接した実施の一例を示す。表2に示す通り、このアルミニウムは、同じ厚さであれば、純アルミニウムよりも、JIS Z 2241(金属材料引っ張り試験方法)による引張り伸び率が、例えば、0.45mmの場合では、約1.5%程度大きい。 Next, an example of TIG welding of an aluminum plate having the chemical component of the present invention is shown. As shown in Table 2, if this aluminum has the same thickness, the tensile elongation rate according to JIS Z 2241 (metal material tensile test method) is about 1.times. About 5% larger.
(実施例1)
本発明の化学成分の内、鉄含有量が1.15重量%から1.35重量%であり、他の成分の含有量が表1記載の範囲であるアルミニウムを厚さ0.45mmの箔とし、この両面をそれぞれ架橋ポリエチレンで積層した管壁を有する複合管を作成した。この複合管を、通常の複合管接続方法で突き合わせ接続した。即ち、接続する複合管2本の管端面同士を突き合わせ、当接するアルミニウム箔同士をTIG溶接し、溶接後ポリエチレン層を補修した。
(Example 1)
Among the chemical components of the present invention, aluminum having an iron content of 1.15 wt% to 1.35 wt% and the content of other components in the range described in Table 1 is used as a foil having a thickness of 0.45 mm. A composite pipe having a pipe wall in which both surfaces are laminated with cross-linked polyethylene was prepared. This composite pipe was butt-connected by a normal composite pipe connection method. That is, the pipe end faces of the two composite pipes to be connected were butted together, the aluminum foils in contact with each other were TIG welded, and the polyethylene layer was repaired after welding.
TIG溶接の条件を表3に示す。即ち、溶接速度を17m/分とし、溶接電流値を105アンペアから5アンペア刻みに135アンペアまで変化させた。なお裏打ち材は用いなかった。 Table 3 shows TIG welding conditions. That is, the welding speed was 17 m / min, and the welding current value was changed from 105 amperes to 135 amperes in increments of 5 amperes. No backing material was used.
TIG溶接終了後、複合管の破壊水圧試験行った。その結果を表3に併記する。なお、表中、溶接部破壊率とは、破壊起点が溶接部であるか溶接個所以外であるかを目視で判定したものであり、溶接個所以外からの破壊であれば溶接部破壊はないとした。 After completion of TIG welding, the composite pipe was subjected to a fracture hydraulic pressure test. The results are also shown in Table 3. In the table, the weld failure rate is a visual judgment of whether the failure starting point is a weld or a place other than a weld location, and if there is a failure from other than a weld location, there is no weld failure. did.
(比較例1)
実施例1との比較のために、アルミニウムを、鉄含有量を0.85重量%〜1.15重量%とし、それ以外の成分の含有量を表1記載の範囲としたアルミニウムとした以外は実施例1同様にして複合管を作成し、これを同様にTIG溶接した。TIG溶接終了後、複合管の破壊水圧試験行った。その結果を表3に併記する。
(Comparative Example 1)
For comparison with Example 1, except that aluminum was aluminum in which the iron content was 0.85 to 1.15% by weight and the content of other components was in the range shown in Table 1. A composite pipe was prepared in the same manner as in Example 1, and this was similarly TIG welded. After the end of TIG welding, the composite pipe was subjected to a fracture hydraulic pressure test. The results are also shown in Table 3.
(比較例2)
更に比較のために、アルミニウムを表7記載の純アルミニウムとした以外は実施例1同様にして複合管を作成し、これを同様にTIG溶接した。TIG溶接終了後、複合管の破壊水圧試験行った。その結果を表3に併記する。
(Comparative Example 2)
Further, for comparison, a composite pipe was prepared in the same manner as in Example 1 except that aluminum was changed to pure aluminum described in Table 7, and this was similarly TIG welded. After the end of TIG welding, the composite pipe was subjected to a fracture hydraulic pressure test. The results are also shown in Table 3.
アルミニウムの薄板はIT産業などに多く活用されるが、それらの産業分野においては高い品質の溶接を高速で行う、高い生産性が求めれている。従って、本発明において用いられるアルミニウムの溶接性能以外の性質が、その用途が要求する性質を満たしているならば、高生産性を実現する方法として活用できる。 Aluminum thin plates are often used in the IT industry and the like, but high productivity is required in these industrial fields to perform high-quality welding at high speed. Therefore, if the properties other than the welding performance of aluminum used in the present invention satisfy the properties required by the application, it can be used as a method for realizing high productivity.
A 溶融不足の領域
B 正常ビードの領域
C 過溶融の領域
D アンダーカットが発生する領域
1 アルミニウム板
2 溶融したアルミニウム
A Area of insufficient melting B Area of normal bead C Area of overmelting D Area where undercut occurs 1
Claims (1)
Chemical components are silicon content 0.11 wt% or less, iron content 1.15 wt% to 1.35 wt%, copper content 0.01 wt% or less, manganese content 0.40 wt% to 0.00. 60% by weight, magnesium content 0.003% by weight or less, chromium content 0.01% by weight or less, zinc content 0.02% by weight or less, titanium content 0.03% by weight or less, other components other than aluminum Aluminum with an amount of 0.05% by weight or less and a total content of 0.15% by weight or less, and the balance being aluminum, is formed into a plate or foil with a thickness of 0.1 mm to 1.2 mm, and a welding speed of 5 m. TIG welding method characterized by welding at a welding current value of 105 amperes to 135 amperes per minute / minute.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN100464925C (en) * | 2007-02-14 | 2009-03-04 | 哈尔滨工业大学 | AC tungsten inert gases welding electric arc micro-melting brazing procedure for aluminium, titanium and diverse metal alloy thereof |
CN101798647A (en) * | 2010-04-22 | 2010-08-11 | 镇江鼎胜铝业股份有限公司 | Manufacture method of cable foil |
CN104526125A (en) * | 2014-11-27 | 2015-04-22 | 芜湖中集瑞江汽车有限公司 | TIG (tungsten inert gas) welding process of aluminum with thickness of 6-10mm and alloy thereof |
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2004
- 2004-02-10 JP JP2004033797A patent/JP2005224816A/en active Pending
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