JPH0228427B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミニウム材料の接合方法に係り、
特にアルミニウム材料の中でも共金若しくはなめ
付け溶接が困難とされ、共晶融解の生じ易い、
A6000（JIS呼称）系アルミニウム合金からなる材
料であつても、有利に溶接接合し得る方法に関す
るものである。

アルミニウム及びその合金材料（以下、Al材
料と略称）は、家庭用器物として、また航空、宇
宙用として、更には一般工業用材料として、各種
の産業分野に広く使用されてきている。そして、
それらの分野において、A6000系のAl合金からな
るAl材料は、TIGアーク溶接、MIGアーク溶接
等の溶接手法によつて接合せしめられて、溶接構
造物として用いられている。

ところで、そのようなAl材料の溶接には、例
えばTIGアーク溶接にあつては、第１図に示され
るように、一方のAl材料２の円筒状継手部４に
対して他方のAl材料６の継手部８を挿入せしめ、
前記一方のAl材料２の継手部４の先端部分に対
してトーチ１０からアークを発生せしめ、そこに
溶接部を形成して二つの材料２，６の接合を図
る、重ね継手方式が一般に採用されているのであ
る。また、特開昭58−50182号公報にも、この重
ね継手方式によるAl材料の溶接手法の一例が明
らかにされている。

しかしながら、このような従来からのAl材料
の溶接方式は、あくまでも重ね継手構造であると
ころから、外側に位置するAl材料２の端部のみ
が溶融し、他方のAl材料６は殆ど溶融しないと
ころから、溶融不足や融合不良が発生する問題を
内在しているのである。そして、これらの問題を
防止するために、円周溶接の層数を増したり、入
力を過大にしたりすると、特に接合せしめられる
Al材料の少なくとも一方がAl−Mg−Si系の
A6000系Al合金からなるものであるときに、溶接
部の下側に割れが生じたり、溶接部周囲の熱影響
部にも割れが生じたりする、新たな問題を発生せ
しめるのである。これら割れの原因は結晶粒界や
インターデンドライトに晶出するAl−Mg、Al−
Si及びAl−Mg−Si系の低融点化合物の発生に起
因し、また熱の鏡像効果や層間温度上昇による共
晶融解と溶接熱応力に基づくものとされている。
また、健全な溶接部が得られても、溶接部より奥
に位置するパイプ状のAl材料２，６の溶接され
ていない重ね合わせ部を起点として、容易に割れ
が発生し、動的な荷重であればそれが発展し、接
合部から破断する問題も内在しているのである。

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、その目的とするとこ
ろは、Al材料の溶接による有効な接合手法を提
供することにあり、特に溶接構造物として広く用
いられるAl−Mg−Si系のA6000系Al合金からな
る材料に対して、有利に溶接が出来、熱影響部や
溶接金属に惹起される割れを効果的に防止せし
め、且つ信頼性の高い溶接部を提供し得る手法を
提供することにある。

そして、かかる目的を達成するため、本発明に
あつては、少なくとも一方がAl−Mg−Si系の
A6000系アルミニウム合金からなる、第一のAl材
料と第二のAl材料とを、所定の溶接操作にて接
合せしめるに際して、該第一のAl材料の継手部
に段付き部を設けて、該段付き部に前記第二の
Al材料の継手部を突き合わせることにより、そ
れら継手部が部分的な突き合わせ部及び部分的な
重ね合わせ部を形成するようにして、前記溶接操
作を施し、それら二つのアルミニウム材料の継手
部全体が溶融溶接せしめられるようにしたのであ
る。

すなわち、かかる本発明に従えば、一方のAl
材料の継手部に設けられた段付き部に対して、他
方のAl材料の継手部が当接せしめられた状態に
おいて溶接が行なわれるところから、そこに部分
的な重ね継手部構造及び突き合わせ継手部構造が
形成され、そして継手部全体が溶融溶接せしめら
れることとなるために、従来の溶接手法において
発生していた溶融、融合不良が効果的に防止され
得、継手部の強度が著しく高められ得ることとな
つたのであり、また貫通形継手部となるところか
ら、角変形が起きず横収縮のみで、溶接部に負荷
される溶接熱による応力が減少乃至は解消され得
るのである。

また、従来の重ね継手の如き、二つのAl材料
の合わせ部によつて形成される溶接部に対する鋭
い切込み部分がなく、このため割れ起点が解消さ
れる利点もある。加えて、所定の溶接操作が、段
付き部を介して突き合わせた二つのAl材料に対
して施されることとなるところから、溶接部の位
置決めの設定が容易となり、ひいては溶接施工を
容易と為し得るのである。

ところで、かかる本発明に従つて接合せしめら
れる二つのAl材料としては、その少なくとも一
方がAl−Mg−Si系のA6000系Al合金、例えば
6061、6063合金等であり、またこれに組み合わさ
れる他方のAl材料としては、A1000系、A3000
系、A4000系、5000系、A7N01合金、望ましく
はA4000系、A5000系、A7N01合金からなる材料
が有利に用いられるものである。そして、これら
の材料の組合せにおいて、Al材料として用いら
れるA6000系材の粒界及びインターデンドライト
に晶出するAl−Mg、Al−Si及びAl−Mg−Si系
の低融点化合物の発生が効果的に抑制され得て、
割れ感受性が鈍くなり、割れ発生が効果的に防止
され得る利点が生ずるのである。このように、本
発明は、接合せしめられる一方のAl材料がA6000
系合金からなるものである場合において、その特
徴を有利に発揮するものである。

なお、かかるA6000系合金は、それに対応した
AA規格としても表示され得、それらは、よく知
られているように、通常、主要成分としてMgを
0.35〜1.5％程度、Siを0.2〜1.8％程度含み、残部
がAlからなるものであるが、またかかるMg及び
Siと共に、合金成分として、0.15〜1.0％程度の
Fe、0.1〜1.2％程度のCu、1.1％程度以下のMn、
0.4％程度以下のCr、2.4％程度以下のZn、0.2％
程度以下のTiを必要に応じて含むものである。

また、このような溶接接合せしめられるAl材
料の形態としても、パイプ状、ブロツク状、板状
等の各種の形状のものが、目的に応じて適宜に組
み合わされるものであるが、特に本発明にあつて
は、二つのAl材料の継手部が何れも円筒形状を
為し、その円筒形状部分において、それら二つの
Al材料を接合せしめる場合において、本発明の
効果はより良く発揮され得るものである。

そして、本発明は、このような二つのAl材料
を用いて、その継手部において両者を溶接接合せ
しめるものであるが、本発明では、かかる二つの
Al材料のうち一方のものの継手部に段付き部、
すなわち肉厚方向に段差を有する薄肉部を設け
て、その段付き部に他方のAl材料の継手部を突
き合わせ、そこに部分的な突き合わせ部と重ね合
わせ部が形成されるようにしたのであり、そして
かかる状態下において溶接操作を施すことによつ
て、そのような継手部全体、換言すれば二つの
Al材料の継手部を構成する重ね合わせ部位全体
を溶融溶接せしめるのである。

第２図ａ及びｂ〜第９図には、本発明に従う二
つのAl材料の継手部の各種の突き合わせ形態の
幾つかが、例示されている。すなわち、先ず、第
２図ａには、一方の肉厚の大なるAl材料１２の
円筒状の継手部の外側と内側には、それぞれ周方
向に延びる段付き部１４及び１６が形成されてお
り、その内側の段付き部に対して薄肉の他方の
Al材料１８の円筒状継手部が突き合わされ、そ
こに長さ：ｌの重ね合わせ部と厚さ：ｔの突き合
わせ部が部分的に形成された突き合わせ構造とさ
れている。そして、そのような突き合わせ構造の
突き合わせ部が、TIGアーク溶接、MIGアーク
溶接等の適当な手段によつて（アーク）、加熱、
溶接せしめられることにより、第２図ｂに示され
る如き、二つのAl材料１２，１８が共に溶融し
て、そこに一体化された溶接部２０が形成される
のである。

また、第３図ａ，ｂには、一方のAl材料の外
周面に設けられた段付き部１４の端部側に凸部
（凸条）２２が周方向に形成され、これによつて、
該Al材料１２の外周面には所定幅の溝が形成さ
れた状態となつている。そして、このような突き
合わせ状態のAl材料に対して溶接操作を施せば、
第３図ｂに示されるように、その継手部全体が溶
融溶接されて、一体的な溶接部２０を形成するの
である。

さらに、第４図には、上記第２図の場合におい
て溶加材２４を用いる場合の例を示している。す
なわち、そこにおいて、溶加材２４はAl材料１
２（継手部）の先端に配置された状態で、アーク
等によつて直接的に加熱せしめられることによつ
て、二つのAl材料１２，１８と共に溶融せしめ
られ、大きな溶接部２０を形成して、溶接強度を
効果的に高め得るのである。特に、このような溶
加材２４を用いる方式を採用して、該溶加材２４
を適当に選定することによつて、A6000系材料同
士の組合せであつても健全な溶接部を得ることが
出来るのである。

さらにまた、第５図〜第９図に例示のものは、
二つのAl材料１２，１８の突き合わせ形態の更
に異なる変形例であり、そこにおいて、第５図は
突起状物２６を一方のAl材料１２に設けた例、
第６図は、二つのAl材料１２，１８の継手部に
それぞれ相対向する段付き部を形成して、それら
を嵌め合わせるようにして突き合わせた例、第７
図は、外側の段付き部１４によつて薄肉化された
部分に更に第二の段付き部３０を設け、この第二
の段付き部に他方のAl材料１８を突き合わせた
例、第８図及び第９図は、それぞれ第３図におけ
る凸部２２に代えて、円形凸部３２及び台形凸部
３４を形成せしめた例を示している。

なお、これらの例においては、一方のAl材料
１２の継手部が、何等かの形で（段付き部１４の
形成によつて）その基部側に対して薄肉化せしめ
られて、接合せしめられる他方のAl材料１８の
継手部との間の熱容量が調節せしめられており、
これによつて、熱容量の異なるAl材料間であつ
ても、それらの効果的な溶接を容易に為し得るこ
ととなつたのである。

また、これら継手部の突き合わせ形態における
重ね合わせ長さ：ｌとしては、本発明が適用され
る材料間において、一般に0.5〜４mm程度とされ、
更に肉厚方向における突き合わせ厚さ：ｔとして
は、一般に0.5〜２mm程度の値が採用されること
となる。

さらに、溶接部に充分な余盛が必要とされる場
合においては、第３図、第８図及び第９図に示さ
れるように、先端部の溶接熱が直接作用せしめら
れる部分に所定の凸部２２，３２，３４を設ける
ことが望ましく、これによつて、有効な溶接部を
形成し得て、その接合特性を効果的に向上せしめ
得るのである。

このように、本発明に従えば、二つのAl材料
１２，１８を、その一方の段付き部に対して他方
のものを突き合わせるようにすることにより、そ
こに部分的な突き合わせ部と重ね合わせ部の両者
を形成せしめ、そしてそこに溶接熱源を作用せし
めて、その全体を溶融溶接せしめるものであるた
め、従来の如き溶融不足、融合不良が防止され、
継手部の強度も高められ、また溶接熱による応力
が減少乃至は解消され得ると共に、割れ起点の存
在もなく、粒界及びインターデンドライトに晶出
するAl−Mg、Al−Si及びAl−Mg−Si系の低融
点化合物の発生が効果的に防止され得て、割れ感
受性が鈍くなり、割れ発生が良好に防止出来るの
であり、さらにまた二つのAl材料１２，１８の
相対的な位置決めが為され得るところから、その
溶接施工も極めて容易と為し得る等の各種の優れ
た効果を奏し得たのである。

なお、本発明は、以上例示の具体的並びにその
説明によつて、その範囲を限定して解釈されるも
のでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱しない限
りにおいて、当業者の趣旨に基づいて種々なる変
形、改良、修正等を施した形態において、本発明
は実施され得るものであり、そのような実施形態
のものをも含むものであること、言うまでもない
ところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶接形態を示す一部断面説明図
であり、第２図ａ及びｂはそれぞれ本発明の一実
施形態の溶接前及び溶接後の状態を示す溶接部の
断面説明図であり、第３図ａ及びｂはそれぞれ本
発明の他の実施形態を示す溶接前及び溶接後の溶
接部の断面説明図であり、第４図は本発明の他の
実施例に係る溶接部の溶接前の状態を示す断面説
明図であり、第５図〜第９図はそれぞれ本発明の
更に別の実施形態を示す溶接前の溶接部の断面説
明図である。 １２，１８：Al材料、１４，１６：段付き部、
２０：溶接部、２２：凸部、２４：溶加材、２
６：突起状物、２８：段付き部、３０：第二の段
付き部、３２：円形凸部、３４：台形凸部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも一方がAl−Mg−Si系のA6000系
   アルミニウム合金からなる、第一のアルミニウム
   材料と第二のアルミニウム材料とを、所定の溶接
   操作にて接合せしめるに際して、該第一のアルミ
   ニウム材料の継手部に段付き部を設けて、該段付
   き部に前記第二のアルミニウム材料の継手部を突
   き合わせることにより、それら継手部が部分的な
   突き合わせ部及び部分的な重ね合わせ部を形成す
   るようにして、前記溶接操作を施し、それら二つ
   のアルミニウム材料の継手部全体が溶融溶接せし
   められるようにしたことを特徴とするアルミニウ
   ム材料の接合方法。 ２ 前記第一及び第二のアルミニウム材料の継手
   部が何れも円筒形状を有する特許請求の範囲第１
   項記載の接合方法。 ３ 前記アルミニウム材料の一方のものの継手部
   をその基部に対して薄肉化して、他方のアルミニ
   ウム材料の継手部との間の熱容量を調節せしめた
   特許請求の範囲第１項記載の接合方法。 ４ 前記第一のアルミニウム材料の継手部の前記
   段付き部が形成された側とは反対側の面に、凸部
   が形成されている特許請求の範囲第１項乃至第３
   項の何れかに記載の接合方法。