JPH10296483A - アルミニウム合金材の溶接方法及びアルミニウム合金材溶接用溶加材 - Google Patents

アルミニウム合金材の溶接方法及びアルミニウム合金材溶接用溶加材

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JPH10296483A
JPH10296483A JP10990097A JP10990097A JPH10296483A JP H10296483 A JPH10296483 A JP H10296483A JP 10990097 A JP10990097 A JP 10990097A JP 10990097 A JP10990097 A JP 10990097A JP H10296483 A JPH10296483 A JP H10296483A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接金属の引張強さ、硬さ及び疲労強度を共
に向上させると共に、溶接母材のミクロ割れの発生を抑
制して、これにより、継手強度を高めることができるア
ルミニウム合金材の溶接方法及びアルミニウム合金材溶
接用溶加材を提供する。 【解決手段】 アルミニウム合金材の溶接方法は、S
i:3乃至7重量%及びMg:0.4乃至1.0重量%
を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなる溶加
材を使用して溶接する方法である。このとき、溶接母材
として、JIS6000系の合金組成を有するアルミニ
ウム合金材を使用することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウム合金材
の溶接方法及びこの溶接時に使用される溶加材に関し、
特に、すみ肉溶接に好適であり、継手強度を向上させる
ことができるアルミニウム合金材の溶接方法及びアルミ
ニウム合金材溶接用溶加材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、6000系合金からなるアル
ミニウム合金材をすみ肉溶接する場合には、JIS 4
043又はJIS 5356の合金組成を有する溶加材
が使用されている。JIS 4043の合金組成は、例
えば、Siを4.5乃至6.0重量%含有すると共に、
Mg含有量が0.05重量%以下に規制されたものであ
る。また、JIS 5356の合金組成は、例えば、M
gを4.5乃至5.5重量%含有すると共に、Si含有
量が0.25重量%以下に規制されたものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、JIS
6000系合金からなるアルミニウム合金材のすみ肉
溶接継手の性能は、突合せ継手と比較して、のど厚が小
さい場合に溶接金属の性能に影響されることが多い。従
って、例えば、JIS 4043の合金組成を有する溶
加材を使用してJIS 6000系のアルミニウム合金
材を溶接した場合、継手の溶接金属部の引張強さ及び硬
さが低下するという問題点が発生する。
【0004】図2はT継手のすみ肉溶接時に得られる溶
融金属の形状を示す断面図である。図2においては、ア
ルミニウム合金製の水平部材1の表面に、この水平部材
に対して垂直となるように水平部材2を配置し、垂直部
材2の端面の周縁部を隅肉溶接した場合の例を示してい
る。図2(a)に示すように、溶融金属3の湯流れ性が
良好であると、溶接止端部3aにおいて、溶融金属3の
表面と水平部材1又は垂直部材2の表面とがなす角Rが
大きくなる。
【0005】一方、JIS 5356の合金組成を有す
る溶加材を使用した場合、図2(b)に示すように、J
IS 4043の合金組成を有する溶加材を使用した場
合と比較して、溶融金属の湯流れ性が若干低下する。そ
うすると、溶接止端部4aにおいてRが小さくなり、溶
融金属4が盛り上がった形状になる。従って、溶接止端
部4aにおいて応力集中が発生しやすくなり、疲労強度
が低下することがある。また、溶接母材であるアルミニ
ウム合金材の熱影響部においては、溶接金属部の凝固収
縮量が大きいJIS 5356の合金組成を有する溶加
材を使用した場合は、母材を引張るようなより一層大き
い力が加わるので、溶接ミクロ割れが発生することがあ
る。
【0006】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、溶接金属の引張強さ、硬さ及び疲労強度を
共に向上させると共に、溶接母材のミクロ割れの発生を
抑制して、これにより、継手強度を高めることができる
アルミニウム合金材の溶接方法及びアルミニウム合金材
溶接用溶加材を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム合金材の溶接方法は、Si:3乃至7重量%及びM
g:0.4乃至1.0重量%を含有し、残部がAl及び
不可避的不純物からなる溶加材を使用して溶接すること
を特徴とする。
【0008】また、JIS 6000系の合金組成を有
するアルミニウム合金材を溶接することが好ましい。な
お、JIS 6000系とは、JIS 6061合金、
JIS 6063合金及びJIS 6N01合金等があ
る。
【0009】本発明に係るアルミニウム合金材溶接用溶
加材は、Si:3乃至7重量%及びMg:0.4乃至
1.0重量%を含有し、残部がAl及び不可避的不純物
からなることを特徴とする。この溶加材は、すみ肉溶接
に適用されることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】すみ肉溶接によって部材同士を溶
接接合する場合、接合される部材の成分の溶接金属中へ
の希釈が少ないので、溶融金属の組成を調整するための
母材からの希釈効果は得られない。従って、本発明にお
いては、溶接金属の引張強さ、硬さ及び疲労強度を共に
向上させるために、溶加材の組成を調整するものとす
る。
【0011】以下、本発明に係るアルミニウム合金材溶
接用溶加材に含有される化学成分及びその組成限定理由
について説明する。
【0012】Si:3乃至7重量% Siは溶融金属の湯流れ性を向上させる効果を有する成
分である。これにより、溶接止端部において、溶融金属
の表面と溶接母材表面とがなす角が大きくなると共に、
曲率半径が大きくなるので、応力集中の発生を抑制する
ことができ、疲労強度を改善することができる。また、
SiはMgと共存することにより、溶接金属中にMg2
Siを析出させて溶接金属の引張強さ及び硬さを高める
作用も有する。これにより、継手強度を向上させること
ができる。
【0013】溶加材中のSi含有量が3重量%以下であ
ると、これらの効果を十分に得ることができない。一
方、溶加材中にSiを7重量%を超えて添加しても、S
iの添加によって得られる効果をそれ以上向上させるこ
とはできない。また、Mg2Siの析出によって溶接金
属の引張強さ及び硬さを向上させるために、溶加材中の
Si含有量を増加させると、それに応じてMg含有量も
増加させる必要があるが、溶加材中のMg含有量を増加
させると、溶加材(溶接ワイヤ及び溶接棒等)の製造時
の加工性が低下する。従って、溶加材中のSi含有量は
3乃至7重量%とする。
【0014】Mg:0.4乃至1.0重量% Mgは溶融金属の融点を低下させる効果を有するので、
適切な量のMgを溶加材中に添加することにより、溶接
母材のミクロ割れの発生を抑制することができる。ま
た、前述の如く、MgはSiと共存することによって、
Mg2Si強化作用を得ることができ、これにより、溶
接金属の引張強さ及び硬さを向上させることができる。
溶加材中のMg含有量が0.4重量%未満であると、こ
れらの効果を十分に得ることができない。一方、溶加材
中のMg含有量が1.0重量%を超えると、溶加材の伸
線加工性が悪くなるので、溶加材として適切でない。従
って、溶加材中のMg含有量は0.4乃至1.0重量%
とする。
【0015】このように、本発明においては、溶加材の
組成を適切に規定することにより、優れた特性の溶接金
属を得ることができ、これにより、継手強度を向上させ
ることができる。なお、本発明において、溶接母材の組
成は特に限定されないが、JIS 5000系又はJI
S 6000系の合金組成を有する母材に対して、本発
明に係る溶加材を適用することができる。しかし、JI
S 6000系の溶接母材を溶接する場合に、従来の溶
加材を使用すると前述の問題点が顕著に発生する。従っ
て、前述の問題点を解決することができる溶加材とし
て、JIS 6000系、例えば、6061合金、60
63合金及び6N01のT5材の溶接母材に対して、本
発明に係る溶加材を使用することがより一層好ましい。
【0016】図1(a)乃至(d)は本発明に係る溶接
方法を適用することができる継手形状の例を示す図であ
る。本発明においては、図1(a)に示すように、第1
板材5と第2板材6とを、両者の位置をずらして水平に
重ねて配置し、一方の板材の端面と他方の板材の表面と
により形成されたすみ肉部に溶接金属7を形成して、両
者を接合することができる。また、図1(b)に示すよ
うに、鉛直に配置された第1板材8とその両側に水平に
配置された2枚の第2板材9において、第1板材8に接
触している第2板材9の端面の周縁部におけるすみ肉部
に溶接金属10を形成して、両者を接合することができ
る。
【0017】更に、図1(c)又は1(d)に示すよう
に、断面形状が口型である第1管材11及び第2管材1
2をL字状又はT字状に配置して、第1管材の端面の周
縁部におけるすみ肉部に溶接金属13を形成して、両者
を接合することもできる。なお、本発明に係る溶接方法
が適用される継手形状は、図1に示す形状に限定されな
い。
【0018】本発明においては、MIG溶接を実施する
場合の溶接条件としては、肉厚が3mmである溶接母材
に対して、例えば、溶接電流を120乃至130A、溶
接電圧を20V、溶接速度を70(cm/分)とするこ
とができる。また、TIG溶接を実施する場合の溶接条
件としては、肉厚が3mmである溶接母材に対して、例
えば、溶接電流を180乃至200A、溶接速度を25
(cm/分)とすることができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明に係るアルミニウム合金材溶接
用溶加材の実施例についてその比較例と比較して具体的
に説明する。
【0020】先ず、JIS 6N01の合金組成を有す
る2枚の板材を準備し、これらを継手形状に組み立てた
後、下記表1に示す組成を有する溶加材を使用して、両
者をすみ肉溶接により接合した。なお、表1において、
Al、Si及びMg以外の成分は不純物である。次い
で、得られた継手の溶接金属部に対して、引張強さ及び
硬さ、溶融金属の湯流れ性(止端部形状)、伸線加工性
並びに耐溶接ミクロ割れ性について評価した。これらの
各評価結果及び総合評価を下記表1に併せて示す。
【0021】なお、下記表1に示す硬さの評価結果欄に
おいて、○はビッカース硬さHVが60を超えるものを
示し、△はHVが50乃至60であるもの、×はHVが
50未満であるものを示す。また、止端部形状の評価結
果欄において、◎は十分に平滑であることを示し、○は
平滑であること、△は平滑性が不十分であること、×は
平滑性が劣っていることを示す。更に、伸線加工性につ
いては、○は大変良好であることを示し、△は不良であ
ること、×は割れが発生したことを示す。更にまた、耐
溶接ミクロ割れ性については、◎は大変良好であること
を示し、○は良好であること、△は一部に割れが発生し
たことを示し、×は割れ易くなったものを示す。従っ
て、総合評価欄においては、◎は大変良好であるものを
示し、○は良好であるもの、×は不良であるものを示
す。
【0022】
【表1】
【0023】上記表1に示すように、実施例No.1乃
至6は溶加材の組成が本発明の範囲内であるので、全て
の評価結果が優れたものとなった。
【0024】一方、比較例No.7、10及び12は溶
加材中のMg含有量が本発明範囲の下限未満であるの
で、引張強さ及び硬さが低下し、特に、比較例No.1
0はSi含有量が本発明範囲の下限付近であるので、湯
流れ性が若干低下した。比較例No.8、11及び13
は溶加材中のMg含有量が本発明範囲の上限を超えてい
るので、溶加材の伸線加工性が低下した。
【0025】また、比較例No.9は溶加材中のSi含
有量が本発明範囲の下限未満であるので、止端部形状及
び耐溶接ミクロ割れ性が若干劣ったものとなった。比較
例No.14は溶加材中のSi含有量が本発明範囲の上
限を超えており、Mg含有量が本発明範囲の下限付近で
あるので、伸線加工性、引張強さ及び硬さが若干低下し
た。比較例No.15は溶加材中のSi含有量が本発明
範囲の上限を超えており、比較例No.16は溶加材中
のSi及びMgの含有量が本発明範囲の上限を超えてい
るので、いずれも溶加材の伸線加工性が低下した。比較
例No.17はJIS 4043の合金組成を有する溶
加材であるが、溶加材中にMgが含有されていないの
で、引張強さ及び硬さが低下した。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明方法によれ
ば、適切に組成が規制された溶加材を使用して溶接する
ので、溶接金属の引張強さ、硬さ及び疲労強度が向上す
ると共に、溶接母材のミクロ割れの発生が抑制され、こ
れにより、継手強度を高めることができる。また、本発
明方法は、JIS 6000合金材を溶接母材とするこ
とが好適である。更に、本発明によれば、溶加材の組成
を適切に規制しているので、この溶加材を使用した場合
に、引張強さ、硬さ及び疲労強度が優れた溶接金属を得
ることができる。また、この溶加材をすみ肉溶接に適用
すると、より一層高い効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る溶接方法を適用することができる
継手形状の例を示す図である。
【図2】T継手のすみ肉溶接時に得られる溶融金属の形
状を示す断面図である。
【符号の説明】
1、2;部材 3、4;溶融金属 3a、4a;止端部 5、6、8、9;板材 7、10、13;溶接金属 11、12;管材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si:3乃至7重量%及びMg:0.4
    乃至1.0重量%を含有し、残部がAl及び不可避的不
    純物からなる溶加材を使用して溶接することを特徴とす
    るアルミニウム合金材の溶接方法。
  2. 【請求項2】 JIS 6000系の合金組成を有する
    アルミニウム合金材を溶接することを特徴とする請求項
    1に記載のアルミニウム合金材の溶接方法。
  3. 【請求項3】 Si:3乃至7重量%及びMg:0.4
    乃至1.0重量%を含有し、残部がAl及び不可避的不
    純物からなることを特徴とするアルミニウム合金材溶接
    用溶加材。
  4. 【請求項4】 すみ肉溶接に適用されることを特徴とす
    る請求項3に記載のアルミニウム合金材溶接用溶加材。
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