JPH11138282A

JPH11138282A - アルミニウム合金材の溶接方法

Info

Publication number: JPH11138282A
Application number: JP9302208A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Ido; 周平井土; Takeshi Matsumoto; 松本　　剛
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】材料中のガス成分が多いアルミニウム合金鋳
物においても、母材に近い継手強度を得ることができる
アルミニウム合金材の溶接方法を提供する。【解決手段】レーザ溶接、プラズマ溶接又は電子ビー
ム溶接等の高エネルギ密度溶接により溶加材を使用して
同一箇所を３回以上溶接し、一旦凝固した溶接部を再び
溶融させる。これにより、溶接金属中に残留したガス成
分が大気中に放出され、溶接金属の空孔欠陥を低減する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウム合金材
の溶接方法に関し、特に、アルミニウム合金材中にガス
が多量に含まれる場合においても高強度の継手を得るこ
とができるアルミニウム合金材の溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、自動車、鉄道車輌及び高速艇等の
輸送用機は高速化が要求されており、軽量化が図られて
いることから、軽量であり、高強度を有するアルミニウ
ム合金材が使用されてきている。これらのアルミニウム
合金材としては、圧延材、押出形材、鋳物材、鍛造材等
があるが、アルミニウム合金材は用途に応じてこれらの
組み合わせで使用されている。

【０００３】アルミニウム合金鋳物材としては、大別し
て砂型鋳物、金型鋳物及びダイカスト等があるが、アル
ミニウム合金ダイカスト材は溶融アルミニウム合金に圧
力を加えて精密な金型に注入して得られる鋳物であり、
金型に注入する溶融アルミニウム合金の射出速度が速
く、一度に多量の鋳物が得られ、生産性が優れているた
め、アルミニウム合金鋳物中で最も生産量が多い鋳物で
ある。また、ダイカスト材は低コストで鋳造することが
可能であるという利点を有している。

【０００４】而して、アルミニウム合金ダイカスト材は
材料内部にガス成分を他の鋳物に比して多量に含んでい
る。これは、溶融アルミニウム合金を高速で金型に注入
し、金型をアルミニウム合金で充填する際に、空気が溶
融アルミニウム合金中に巻き込まれるためである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに材料中にガスを多量に含んだアルミニウム合金材を
プラズマ溶接、電子ビーム溶接又はレーザ溶接等の高エ
ネルギ密度溶接により溶融して溶接すると、材料中のガ
ス成分が多量に発生し、溶接金属にガス成分による空孔
欠陥等の溶接欠陥が発生し、十分な継手強度が得られな
いという問題点がある。

【０００６】また、機械的な接合では、接合部のゆるみ
等が発生し、適用範囲が限られるという難点があり、更
に、圧入又はボルト接合等による接合方法では継手強度
が低く、実用性がないという欠点がある。

【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、材料中のガス成分が多いアルミニウム合金
鋳物においても、母材に近い継手強度を得ることができ
る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
ム合金材の溶接方法は、アルミニウム合金材を高エネル
ギ密度溶接により、溶加材を供給しつつ溶接し、この溶
接箇所を３回以上溶融させることを特徴とするアルミニ
ウム合金材の溶接方法。

【０００９】前記高エネルギ密度溶接としては、レーザ
溶接、プラズマ溶接又は電子ビーム溶接とすることがで
き、また、前記アルミニウム合金材は鋳物とすることが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明においては、レーザ溶接、
プラズマ溶接及び電子ビーム溶接等の高エネルギ密度溶
接により、アルミニウム合金材を溶接するので、熱伝導
性が優れたアルミニウム合金材の溶接変形を低減できる
と共に、母材が必要以上に溶融されることがなく溶接母
材の溶融量を低減でき、空孔欠陥の原因となるガス発生
量を少量とすることができる。

【００１１】また、本発明は溶加材を使用して溶接する
ため、母材が溶融して形成される溶融池の温度を低下さ
せることができ、水素を主体とするガス成分が溶接金属
中へ溶解する量を低減することができ、溶接金属中の空
孔欠陥を低減することができる。

【００１２】更に、第１回目の溶接で溶接金属中に残留
した少量の空孔欠陥は、引き続く第２回目及び第３回目
の溶接により、更に減少する。これは、高エネルギ密度
溶接を重ねることにより、溶接金属中のガス成分が大気
中に追い出されるからである。このように、３回以上の
溶接を行うことにより、継手性能を劣化させる巨大な空
孔欠陥が消失し、継手強度を高めることができる。この
ように、溶加材の使用と、３回以上の溶接作業により、
溶接部の継手性能に影響する巨大な空孔欠陥を消失する
ことができ、母材と同等の優れた継手強度を有する継手
を得ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例に係るアルミニウム合
金材の溶接方法についてその比較例と比較して具体的に
説明する。

【００１４】第１実施例第１の実施例として、アルミニウム合金ダイカスト材同
士を突合せ溶接した。図１はアルミニウム合金ダイカス
ト板材同士の突合せ溶接を示す横断面図である。先ず、
図１に示すように、２枚のアルミニウム合金ダイカスト
板１、２の端部１ａ、２ａ同士を突き合わせて、溶接回
数を種々設定して同一箇所を溶接し、溶接部をＪＩＳ
Ｚ３１０５放射線透過試験により評価した。本実施例に
おいては、レーザ溶接装置として、炭酸ガスレーザを使
用し、溶接母材として、板厚が５ｍｍのＪＩＳＨ５３
０２アルミニウム合金ダイカストＡＤＣ１２板材を使用
した。なお、溶接母材中のガス含有量は１０ｃｃ／１０
０ｇであった。また、溶加材としてはフィラーワイヤＪ
ＩＳＺ３２３２Ａ４０４３ＷＹを使用した。

【００１５】溶接条件は、出力を４０００Ｗ、溶接速度
を２ｍ／分とし、シールドガスとしてアルゴンガスを使
用し、溶接回数は１乃至５回とした。溶接回数、溶加材
の有無及び放射線透過試験による評価結果を下記表１に
示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】上記表１に示すように、実施例Ｎｏ．１乃
至３は溶加材としてフィラーワイヤを使用し、同一箇所
を３回以上溶接したので、溶接部における空孔欠陥が著
しく減少し、ＪＩＳＺ３１０５の判定区分が１類であ
った。

【００１８】一方、比較例Ｎｏ．４及び５は溶加材とし
てフィラーワイヤを使用したが、溶接回数が３回未満で
あったため、溶接部における空孔欠陥の減少が不十分で
あり、ＪＩＳＺ３１０５の判定区分は３類であった。
比較例Ｎｏ．６及び７は溶加材を使用せず、且つ、溶接
回数が３回未満であったため、空孔欠陥は多く、判定区
分は４類であった。また、比較例Ｎｏ．８乃至１０は溶
加材を使用しないが、溶接回数を３回以上に増加させた
ものである。この場合は、材料中のガス成分が多量に発
生し、空孔欠陥が多数発生し、ＪＩＳＺ３１０５の判
定区分は４類であった。

【００１９】第２実施例次に、本発明の第２実施例として、板厚２ｍｍのＡＤＣ
１２アルミニウム合金ダイカスト板と、Ａ５０５２アル
ミニウム圧延板とを突合せ溶接した。

【００２０】図２はアルミニウム合金ダイカスト板３と
アルミニウム合金圧延板４との突合せ溶接を示す横断面
図である。板厚が２ｍｍであるＪＩＳ・ＡＤＣ１２アル
ミニウム合金ダイカスト板３とＡ５０５２アルミニウム
合金圧延板４を、図２に示すように、その端部３ａ、４
ａ同士を突き合わせて、溶接回数を種々設定して同一箇
所を炭酸ガスレーザにより溶接し、溶接部を実施例１と
同様に放射線透過試験により評価した。溶接条件は、出
力を３５００Ｗ、溶接速度を３．５ｍ／分とし、シール
ドガスとしてアルゴンガスを使用し、溶接回数は１乃至
５回とした。また、溶加材としてＪＩＳＺ３２３２
Ａ５３５６ＷＹを使用した。溶接回数、溶加材の有無、
放射線透過試験による評価結果及び継手効率を下記表２
に示す。

【００２１】なお、継手効率（％）は｛（継手強度）／
（母材強度）｝×１００で表される母材強度に対する継
手強度の１００分率であり、この場合の母材強度はＡＤ
Ｃ１２を基準とした。

【００２２】

【表２】

【００２３】上記表２に示すように、実施例Ｎｏ．１１
乃至１３は、溶加材としてフィラーワイヤを使用し、同
一箇所を３回以上溶接したので、溶接部における空孔欠
陥が著しく減少し、ＪＩＳＺ３１０５の判定区分は１
類であった。また、空孔欠陥の減少により母材強度に匹
敵する強度を有する継手が得られ、継手効率は８０％以
上と高く、溶接母材に近い優れた継手強度を有する継手
が得られた。

【００２４】一方、比較例Ｎｏ．１４及び１５は、溶加
材による添加元素の供給により継手部の強度が増した
が、１又は２回の溶接では空孔欠陥の除去が不十分であ
り、放射線透過試験による評価及び継手効率が不十分で
あった。比較例Ｎｏ．１６及び１７は、溶加材を使用せ
ず、また、溶接回数が１又は２回であったので、溶接金
属の空孔欠陥が減少せず、そのため、継手強度が低下
し、継手効率が極めて低い値を示した。また、比較例Ｎ
ｏ．１８乃至２０は、溶接を３回以上実施したが、溶加
材を使用していないため、溶接部内部に空孔欠陥が多発
し、継手効率が極めて低い値を示した。

【００２５】本実施例においては、溶接母材として特に
ガス成分を多量に含有するアルミニウム合金ダイカスト
を使用した例を示したが、本発明はこれに限られるもの
ではない。例えば、押出材及び鋳造材の溶接にも適用す
ることができ、更に、板材と押出材又は板材と鋳物材等
のように、製造方法が異なるアルミニウム合金材同士の
溶接に対しても適用することができる。

【００２６】また、レーザ溶接として、炭酸ガスレーザ
を使用した例を示したが、本発明は、例えばプラズマ溶
接、電子ビーム溶接のような高エネルギ密度熱源による
溶接であれば使用することができる。

【００２７】更に、溶加材の形状は、上記実施例のよう
にフィラーワイヤに限らず、一般の溶接用材料、又は母
材と略同一成分の板状の材料でも良く、また、溶加材の
供給時期は、溶接に先立って開先付近に配置しても良
く、又は溶接中に随時供給しても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
レーザ溶接、プラズマ溶接及び電子ビーム溶接等の高エ
ネルギ密度溶接により、溶加材を使用して同一箇所を３
回以上溶接するため、母材の溶融量及び母材中に含有さ
れるガス成分の発生量が少量であり、溶接部のガス成分
による空孔欠陥が低減する。そして、１回溶接した後
に、一旦凝固した溶接部を更に２回以上溶融させること
により、溶接部に残留したガス成分を大気中に放出させ
ることができ、継手性能を低下させる溶接金属中の巨大
な空孔欠陥を防止することができる。また、溶加材の成
分により、母材に匹敵する高強度の継手を得ることがで
き、これにより、ガス含有量が比較的多い安価なアルミ
ニウム合金ダイカスト材の高強度溶融溶接が可能とな
り、大型で複雑な形状の構造物の製作が可能となるた
め、本発明は産業上の利用価値が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるアルミニウム合金
ダイカスト板同士の突合せ溶接を示す横断面図である。

【図２】本発明の第２実施例におけるアルミニウム合金
ダイカスト板とアルミニウム合金圧延板との突合せ溶接
を示す横断面図である。

【符号の説明】

１、２、３；アルミニウム合金ダイカスト板１ａ、２ａ、３ａ、４ａ；端部４；アルミニウム合金圧延板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム合金材を高エネルギ密度溶
接により、溶加材を供給しつつ溶接し、この溶接箇所を
３回以上溶融させることを特徴とするアルミニウム合金
材の溶接方法。
【請求項２】前記高エネルギ密度溶接はレーザ溶接で
あることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合
金材の溶接方法。
【請求項３】前記高エネルギ密度溶接はプラズマ溶接
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
合金材の溶接方法。
【請求項４】前記高エネルギ密度溶接は電子ビーム溶
接であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウ
ム合金材の溶接方法。
【請求項５】前記アルミニウム合金材は鋳物であるこ
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
アルミニウム合金材の溶接方法。