JPH0575517B2 - - Google Patents
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- JPH0575517B2 JPH0575517B2 JP62298788A JP29878887A JPH0575517B2 JP H0575517 B2 JPH0575517 B2 JP H0575517B2 JP 62298788 A JP62298788 A JP 62298788A JP 29878887 A JP29878887 A JP 29878887A JP H0575517 B2 JPH0575517 B2 JP H0575517B2
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- welding
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- solidification
- weld
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Description
産業上の利用分野
この発明は溶接に用いられるアルミニウム合金
溶加材、特にAl−Zn−Mg系、Al−Zn−Mg−Cu
系合金即ち7000系アルミニウム合金材料の溶接に
用いられる溶加材に関する。 従来の技術 Al−Zn−Mg三元系、Al−Zn−Mg−Cu四元系
合金材料即ち7000系合金材料は溶接凝固割れ感受
性が敏感なため、実施工において溶接条件（入熱
オーバー）、拘束条件、継手形状等により溶接割
れを起こすことがある。そこでこのような合金材
料において溶接凝固割れ感受性を低減させるため
に、微細化元素であるZrを母材や溶加材に添加
したり、パルス溶接法、サイクロマテイツク法に
より溶湯を攪拌して結晶粒の微細化を図ること等
が検討されている。 発明が解決しようとする問題点 しかしながらZrを添加する方法では、通常
0.15wt％程度のZrが母材に添加されているのみ
であり、従つてこの程度のZr添加量では溶接時
の希釈によりビードにおけるZr量が0.07〜0.08wt
％程度となるため、微細化効果が小さく溶接割れ
改善効果をほとんど期待できないものであつた。
一方溶湯攪拌法では、溶湯の攪拌には最適パルス
周波数（10〜40Hz）があり、市販の溶接機（60
Hz）では溶湯攪拌効果が小さいことから、溶接電
源の開発が必要であること、さらには溶湯攪拌す
るためビード外観が不均一となること、さらには
またサイクロマテイツク法の場合には母材裏面
（トーチ反対側）にトーチと同時に駆動する電磁
コイルが必要なため実施工では無理な場合が多い
ことなどの欠点があつた。 この発明はかかる技術的背景に鑑みてなされた
ものであつて、Al−Zn−Mg三元系、Al−Zn−
Mg−Cu四元系合金材料即ち7000系合金材料に対
してその溶接割れ感受性を改善し得るアルミニウ
ム合金溶加材の提供を目的とするものである。 問題点を解決するための手段 上記目的においてこの発明に係る溶加材は、
7000系アルミニウム合金の溶接に用いられる溶加
材であつて、Mg：6wt％を超え10wt％以下、
Zr：0.26〜1.5wt％を含有し、あるいはさらに
Mn：0.05〜1.5wt％、Cr：0.01〜0.5wt％、Ti：
0.005〜0.2wt％、Ｂ：0.001〜0.01wt％、Ｖ：0.01
〜0.7wt％、Zn：0.05〜8.0wt％の１種または２種
以上を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不
純物からなることを特徴とするものである。 溶加材中に含まれる各元素の添加意義と添加範
囲の限定理由について説明すれば、Mgは溶加材
自体ひいては溶接継手の強度向上に寄与するもの
であるが、その含有量が6wt％未満ではその効果
に乏しく、逆に10wt％を超える場合には加工性
が悪くなつたり靭性が低下したりする欠点を派生
する。Mgの特に好ましい含有範囲は6.5〜8.0wt
％である。 Zrは溶接部の結晶粒を微細化して溶接割れ防
止に寄与するものである。しかし含有量が0.26wt
％未満では溶接時に母材と希釈されるため微細化
効果が小さいものとなり溶接割れ防止効果に乏し
く、逆に1.5wt％を超えると結晶粒径にバラツキ
が出るとともに、加工が困難となる。Zrの特に
好ましい含有範囲は0.3〜0.5wt％である。また溶
接割れ感受性を充分に低減するには、溶接ビード
におけるZr量が0.35wt％以上となるのが望まし
い。 上記必須元素のほか、任意元素としてその１種
または２種以上の含有が許容されるMn、Cr、
Ti、Ｂ、Ｖ、Znは、溶加材ひいては溶接部の諸
性質の改善に有効なものである。即ち、Mn、
Cr、はともに耐食性及び強度向上に寄与するも
のである。しかしMnが0.05wt％未満、Crが
0.01wt％未満ではそれらの効果に乏しく、逆に
Mnが1.5wt％を超えると粗大金属間化合物が晶
出し靭性を阻害する。またCrが0.5wt％を超えて
含有されても靭性を阻害するものとなる。Ti、
Ｂ、Ｖは前記Zrと同じく結晶粒を微細化し溶接
割れ感受性の改善に寄与するものである。しかし
Tiが0.005wt％未満、Ｂが0.001wt％未満、Ｖ：
0.01wt％未満の場合には該効果に乏しく、逆に
Tiが0.2wt％を超えると靭性を阻害し、またＢが
0.01wt％を超えると溶着する溶融金属の流動性を
阻害し、Ｖが0.7wt％を超えると加工性を阻害す
るものとなる。またZnは溶加材や溶接部の継手
強度向上に寄与するものであるが、0.05wt％未満
ではその効果に乏しく、逆に8.0wt％を超えると
耐応力腐食割れ性が低下するとともに溶接割れを
生じる虞れがある。 ところで、上記のような溶加材の製造はZr添
加量が多くなると、常法に従う連続あるいは半連
続鋳造法による製造が困難であり、高Zr含有合
金材料の製造を可能とする特別な製造法を採用し
なければならない。かかる製造法として、例えば
加圧凝固押出法を挙げうる。この方法を説明する
と次のとおりである。すなわち、上記各元素を添
加したアルミニウム合金を溶解し、その溶湯を加
圧凝固用金型に注湯して加圧凝固せしめることに
より、欠陥のない結晶粒の均一かつ微細なビレツ
トの作製を行うものである。加圧凝固用金型は、
これに押出機のコンテナを利用するものとしても
良い。即ち、アルミニウム合金溶湯を直接該コン
テナに注入し、ステムで加圧しつつ凝固させるも
のとしても良い。もちろんこの場合、上記コンテ
ナの前面は盲ダイスを付設して塞ぎ、加圧凝固中
の溶湯の噴き出しを防ぐものとすることが必要で
ある。また上記の注湯に際しては、前記金型を予
め300〜350℃程度に加熱しておくものとすること
が望ましい。これによりビレツトに一層微細な組
織を得ることを可能にする。即ち300℃程度未満
であると、注湯後前記アルミニウムの凝固がすぐ
に開始してしまい、加圧凝固による効果が充分に
達成され難い。一方350℃を超える高温に加熱し
ておくと、冷却速度が遅くなり、晶出物が成長し
て上記微細化効果を充分に達成し難いものとなる
傾向がみられる。注湯後、すぐさま前記金型内の
溶湯を加圧ピストンにより加圧し、凝固を進行せ
しめることによつてビレツトを作製する。すなわ
ち加圧凝固法によつてビレツトを作製する。この
際の加圧力は50Kgｆ／cm2以上であれば良く、望ま
しくは500〜1000Kgｆ／cm2程度とするのが良い。
この加圧力の大小はビレツトの品質にさして大き
な影響を与えるものではない。しかしながら50Kg
ｆ／cm2未満では加圧凝固法による鋳造割れ防止及
び結晶粒の微細化効果に不十分であり、反面例え
ば1500Kgｆ／cm2を超えるような高圧を付加して
も、それに要するエネルギの増大に見合う効果の
比例的向上を見ることができないためむしろ無益
である。このように、所定の加圧状態下において
アルミニウム合金を凝固させることにより、鋳造
割れを生じさせることなく、かつ晶出物の小さな
ビレツトを作製しうる。こうして加圧凝固法によ
り作製したビレツトは、次にこれを押出加工して
所期する溶加材とする。該溶加材は一般的には
JISZ3232に規定する径及び許容差の溶接棒及び
電極ワイヤとして使用されるものである。 なおZrの高含有を可能とする溶加材の製造方
法の１例として加圧凝固押出法を示したが、本発
明に係る溶加材は該方法によつて製造されたもの
に限定されるものではない。 発明の効果 この発明に係るアルミニウム合金溶加材によれ
ば、溶接凝固割れ感受性の敏感なAl−Zn−Mg
系、Al−Zn−Mg−Cu系合金材料即ち7000系合
金材料において溶接部の凝固組織を微細化でき、
溶接割れ感受性を改善しうるとともに、継手強度
を向上することができる。この結果該合金材料の
溶接構造材としての使用範囲を格段に拡大するこ
とができる。 実施例 次にこの発明の実施例を説明する。
溶加材、特にAl−Zn−Mg系、Al−Zn−Mg−Cu
系合金即ち7000系アルミニウム合金材料の溶接に
用いられる溶加材に関する。 従来の技術 Al−Zn−Mg三元系、Al−Zn−Mg−Cu四元系
合金材料即ち7000系合金材料は溶接凝固割れ感受
性が敏感なため、実施工において溶接条件（入熱
オーバー）、拘束条件、継手形状等により溶接割
れを起こすことがある。そこでこのような合金材
料において溶接凝固割れ感受性を低減させるため
に、微細化元素であるZrを母材や溶加材に添加
したり、パルス溶接法、サイクロマテイツク法に
より溶湯を攪拌して結晶粒の微細化を図ること等
が検討されている。 発明が解決しようとする問題点 しかしながらZrを添加する方法では、通常
0.15wt％程度のZrが母材に添加されているのみ
であり、従つてこの程度のZr添加量では溶接時
の希釈によりビードにおけるZr量が0.07〜0.08wt
％程度となるため、微細化効果が小さく溶接割れ
改善効果をほとんど期待できないものであつた。
一方溶湯攪拌法では、溶湯の攪拌には最適パルス
周波数（10〜40Hz）があり、市販の溶接機（60
Hz）では溶湯攪拌効果が小さいことから、溶接電
源の開発が必要であること、さらには溶湯攪拌す
るためビード外観が不均一となること、さらには
またサイクロマテイツク法の場合には母材裏面
（トーチ反対側）にトーチと同時に駆動する電磁
コイルが必要なため実施工では無理な場合が多い
ことなどの欠点があつた。 この発明はかかる技術的背景に鑑みてなされた
ものであつて、Al−Zn−Mg三元系、Al−Zn−
Mg−Cu四元系合金材料即ち7000系合金材料に対
してその溶接割れ感受性を改善し得るアルミニウ
ム合金溶加材の提供を目的とするものである。 問題点を解決するための手段 上記目的においてこの発明に係る溶加材は、
7000系アルミニウム合金の溶接に用いられる溶加
材であつて、Mg：6wt％を超え10wt％以下、
Zr：0.26〜1.5wt％を含有し、あるいはさらに
Mn：0.05〜1.5wt％、Cr：0.01〜0.5wt％、Ti：
0.005〜0.2wt％、Ｂ：0.001〜0.01wt％、Ｖ：0.01
〜0.7wt％、Zn：0.05〜8.0wt％の１種または２種
以上を含有し、残部がアルミニウム及び不可避不
純物からなることを特徴とするものである。 溶加材中に含まれる各元素の添加意義と添加範
囲の限定理由について説明すれば、Mgは溶加材
自体ひいては溶接継手の強度向上に寄与するもの
であるが、その含有量が6wt％未満ではその効果
に乏しく、逆に10wt％を超える場合には加工性
が悪くなつたり靭性が低下したりする欠点を派生
する。Mgの特に好ましい含有範囲は6.5〜8.0wt
％である。 Zrは溶接部の結晶粒を微細化して溶接割れ防
止に寄与するものである。しかし含有量が0.26wt
％未満では溶接時に母材と希釈されるため微細化
効果が小さいものとなり溶接割れ防止効果に乏し
く、逆に1.5wt％を超えると結晶粒径にバラツキ
が出るとともに、加工が困難となる。Zrの特に
好ましい含有範囲は0.3〜0.5wt％である。また溶
接割れ感受性を充分に低減するには、溶接ビード
におけるZr量が0.35wt％以上となるのが望まし
い。 上記必須元素のほか、任意元素としてその１種
または２種以上の含有が許容されるMn、Cr、
Ti、Ｂ、Ｖ、Znは、溶加材ひいては溶接部の諸
性質の改善に有効なものである。即ち、Mn、
Cr、はともに耐食性及び強度向上に寄与するも
のである。しかしMnが0.05wt％未満、Crが
0.01wt％未満ではそれらの効果に乏しく、逆に
Mnが1.5wt％を超えると粗大金属間化合物が晶
出し靭性を阻害する。またCrが0.5wt％を超えて
含有されても靭性を阻害するものとなる。Ti、
Ｂ、Ｖは前記Zrと同じく結晶粒を微細化し溶接
割れ感受性の改善に寄与するものである。しかし
Tiが0.005wt％未満、Ｂが0.001wt％未満、Ｖ：
0.01wt％未満の場合には該効果に乏しく、逆に
Tiが0.2wt％を超えると靭性を阻害し、またＢが
0.01wt％を超えると溶着する溶融金属の流動性を
阻害し、Ｖが0.7wt％を超えると加工性を阻害す
るものとなる。またZnは溶加材や溶接部の継手
強度向上に寄与するものであるが、0.05wt％未満
ではその効果に乏しく、逆に8.0wt％を超えると
耐応力腐食割れ性が低下するとともに溶接割れを
生じる虞れがある。 ところで、上記のような溶加材の製造はZr添
加量が多くなると、常法に従う連続あるいは半連
続鋳造法による製造が困難であり、高Zr含有合
金材料の製造を可能とする特別な製造法を採用し
なければならない。かかる製造法として、例えば
加圧凝固押出法を挙げうる。この方法を説明する
と次のとおりである。すなわち、上記各元素を添
加したアルミニウム合金を溶解し、その溶湯を加
圧凝固用金型に注湯して加圧凝固せしめることに
より、欠陥のない結晶粒の均一かつ微細なビレツ
トの作製を行うものである。加圧凝固用金型は、
これに押出機のコンテナを利用するものとしても
良い。即ち、アルミニウム合金溶湯を直接該コン
テナに注入し、ステムで加圧しつつ凝固させるも
のとしても良い。もちろんこの場合、上記コンテ
ナの前面は盲ダイスを付設して塞ぎ、加圧凝固中
の溶湯の噴き出しを防ぐものとすることが必要で
ある。また上記の注湯に際しては、前記金型を予
め300〜350℃程度に加熱しておくものとすること
が望ましい。これによりビレツトに一層微細な組
織を得ることを可能にする。即ち300℃程度未満
であると、注湯後前記アルミニウムの凝固がすぐ
に開始してしまい、加圧凝固による効果が充分に
達成され難い。一方350℃を超える高温に加熱し
ておくと、冷却速度が遅くなり、晶出物が成長し
て上記微細化効果を充分に達成し難いものとなる
傾向がみられる。注湯後、すぐさま前記金型内の
溶湯を加圧ピストンにより加圧し、凝固を進行せ
しめることによつてビレツトを作製する。すなわ
ち加圧凝固法によつてビレツトを作製する。この
際の加圧力は50Kgｆ／cm2以上であれば良く、望ま
しくは500〜1000Kgｆ／cm2程度とするのが良い。
この加圧力の大小はビレツトの品質にさして大き
な影響を与えるものではない。しかしながら50Kg
ｆ／cm2未満では加圧凝固法による鋳造割れ防止及
び結晶粒の微細化効果に不十分であり、反面例え
ば1500Kgｆ／cm2を超えるような高圧を付加して
も、それに要するエネルギの増大に見合う効果の
比例的向上を見ることができないためむしろ無益
である。このように、所定の加圧状態下において
アルミニウム合金を凝固させることにより、鋳造
割れを生じさせることなく、かつ晶出物の小さな
ビレツトを作製しうる。こうして加圧凝固法によ
り作製したビレツトは、次にこれを押出加工して
所期する溶加材とする。該溶加材は一般的には
JISZ3232に規定する径及び許容差の溶接棒及び
電極ワイヤとして使用されるものである。 なおZrの高含有を可能とする溶加材の製造方
法の１例として加圧凝固押出法を示したが、本発
明に係る溶加材は該方法によつて製造されたもの
に限定されるものではない。 発明の効果 この発明に係るアルミニウム合金溶加材によれ
ば、溶接凝固割れ感受性の敏感なAl−Zn−Mg
系、Al−Zn−Mg−Cu系合金材料即ち7000系合
金材料において溶接部の凝固組織を微細化でき、
溶接割れ感受性を改善しうるとともに、継手強度
を向上することができる。この結果該合金材料の
溶接構造材としての使用範囲を格段に拡大するこ
とができる。 実施例 次にこの発明の実施例を説明する。
【表】
【表】
上記第２表に示す組成の直径1.6mmの各種溶加
材と、第１表に示す組成の7N01アルミニウム合
金母材をT5処理してなる試験片を用いてMIG
Hould craft割れ試験を実施した。なおNo.６に示
す溶加材は通常の連続鋳造法により作製し、No.１
〜５の溶加材は以下に示す加圧凝固押出法により
作製した。すなわち各合金を液相線温度＋100℃
に溶解し、その溶湯を予め約300℃に加熱した加
圧凝固用金型に注湯したのち、すぐさまこれを
1000fKg／cm2に加圧し、該加圧下に凝固させた。
そして、およそ液相線温度の1/2程度の温度にま
で冷却したとき、加圧凝固工程を終了し、得られ
たビレツト（直径75mm、長さ100mm）をすぐさま
押出機のコンテナに装入し、直径12mmの丸棒に押
出し、該押出材を溶加材として用いた。また試験
片１は第１図に示すように厚さ：６mm、長さ(L)：
250mm、幅(W)：200mm、スリツト１ａの間隔(l)：10
mm、(X)：40mm、(Y)：10mmとした。なお２はタブ板
である。試験は下記の溶接条件で同図に矢印(X)で
示す方向にMIG溶接した際の溶接部３の割れ長
さを測定し、割れ率を求めたものである。 溶接条件 電流：220A 電圧：27V 溶接速度：40cm／min シールドガス流量：25／min 試験はそれぞれ３回行つた。それらの結果を第
３表に示す。
材と、第１表に示す組成の7N01アルミニウム合
金母材をT5処理してなる試験片を用いてMIG
Hould craft割れ試験を実施した。なおNo.６に示
す溶加材は通常の連続鋳造法により作製し、No.１
〜５の溶加材は以下に示す加圧凝固押出法により
作製した。すなわち各合金を液相線温度＋100℃
に溶解し、その溶湯を予め約300℃に加熱した加
圧凝固用金型に注湯したのち、すぐさまこれを
1000fKg／cm2に加圧し、該加圧下に凝固させた。
そして、およそ液相線温度の1/2程度の温度にま
で冷却したとき、加圧凝固工程を終了し、得られ
たビレツト（直径75mm、長さ100mm）をすぐさま
押出機のコンテナに装入し、直径12mmの丸棒に押
出し、該押出材を溶加材として用いた。また試験
片１は第１図に示すように厚さ：６mm、長さ(L)：
250mm、幅(W)：200mm、スリツト１ａの間隔(l)：10
mm、(X)：40mm、(Y)：10mmとした。なお２はタブ板
である。試験は下記の溶接条件で同図に矢印(X)で
示す方向にMIG溶接した際の溶接部３の割れ長
さを測定し、割れ率を求めたものである。 溶接条件 電流：220A 電圧：27V 溶接速度：40cm／min シールドガス流量：25／min 試験はそれぞれ３回行つた。それらの結果を第
３表に示す。
【表】
割れ長さ
割れ率(％)＝
割れ率(％)＝
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 7000系アルミニウム合金の溶接に用いられる
溶加材であつて、Mg：6wt％を超え10wt％以下、
Zr：0.26〜1.5wt％を含有し、残部がアルミニウ
ム及び不可避不純物からなることを特徴とするア
ルミニウム合金溶加材。 ２ 7000系アルミニウム合金の溶接に用いられる
溶加材であつて、Mg：6wt％を超え10wt％以下、
Zr：0.26〜1.5wt％を含有し、さらにMn：0.05〜
1.5wt％、Cr：0.01〜0.5wt％、Ti：0.005〜0.2wt
％、Ｂ：0.001〜0.01wt％、Ｖ：0.01〜0.7wt％、
Zn：0.05〜8.0wt％の１種または２種以上を含有
し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からな
ることを特徴とするアルミニウム合金溶加材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62298788A JPH01143791A (ja) | 1987-11-26 | 1987-11-26 | アルミニウム合金溶加材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62298788A JPH01143791A (ja) | 1987-11-26 | 1987-11-26 | アルミニウム合金溶加材 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH01143791A JPH01143791A (ja) | 1989-06-06 |
| JPH0575517B2 true JPH0575517B2 (ja) | 1993-10-20 |
Family
ID=17864226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62298788A Granted JPH01143791A (ja) | 1987-11-26 | 1987-11-26 | アルミニウム合金溶加材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01143791A (ja) |
Families Citing this family (4)
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS52128854A (en) * | 1976-04-22 | 1977-10-28 | Kobe Steel Ltd | Filler metal of aluminum alloys for large heat input welding |
| JPS5665960A (en) * | 1979-10-01 | 1981-06-04 | Showa Denko Kk | Aluminum alloy filler metal with high toughness at low temperature |
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS597493A (ja) * | 1982-07-07 | 1984-01-14 | Furukawa Alum Co Ltd | アルミニウム合金溶加材 |
-
1987
- 1987-11-26 JP JP62298788A patent/JPH01143791A/ja active Granted
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS52128854A (en) * | 1976-04-22 | 1977-10-28 | Kobe Steel Ltd | Filler metal of aluminum alloys for large heat input welding |
| JPS5665960A (en) * | 1979-10-01 | 1981-06-04 | Showa Denko Kk | Aluminum alloy filler metal with high toughness at low temperature |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01143791A (ja) | 1989-06-06 |
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