JPS6356394A - アルミニウム合金溶加材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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Ａ　ｐ　−Ｚ　ｎ　−Ｍ　ｇ三元系、Ａｆｌ−Ｚｎ
−Ｍｇ−Ｃｕ四元系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 Ａ　（ｌ　−Ｚ　ｎ　−Ｍ　ｇ三元系、Ａ　ｎ　−Ｚ　
ｎ　−Ｍ　ｇ−Ｃｕ四元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
マチイック法により溶湯を撹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０．１５ν
ｔ％程度のＺｒが母材に添加されているのみであり、従
ってこの程度の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った。一方溶湯撹拌法では、溶
湯の撹拌には最適パルス周波数（１０〜４０Ｈｚ）があ
り、市販の溶接機（６０Ｈｚ）では溶湯撹拌効果が小さ
いことから、溶接電源の開発が必要であること、さらに
は溶湯撹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チイッ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
があった。

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
って、Ａρ−Ｚｎ−Ｍｇ三元系、ＡΩ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃ
ｕ四元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は、溶接割れ感受性の向上手
段を溶加材へのＺｒの添加に求めるとともに、Ｚｒの添
加含有量を従来に較べて格段に増大せしめたものである
。

すなわちこの発明は、Ｍｇ：３，０〜１０．０ｗｔ％、
Ｎ　ｉ　：　Ｏ，ＯＯ６〜３．　０ｗｔ％、ｚｒ：０．
５〜１．２ｗｔ％を含有し、必要に応じてＭｎ　　：　
　０．　０５〜１．　５ｗｔ％、Ｃｒ：０．０１〜０．
５ｗｔ％の少なくとも一方及び／またはＴｉ：０．００
５〜０．２ｗｔ％、Ｂｏｏ、００１〜０．０１ｗｔ％の
一種または２種以」二を含有し、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
合金溶加材を要旨とするものである。

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は溶接部の強度向上に寄
与するものであるが、その含有量が３．０ｗｔ％未満で
はその効果に乏しく、逆に１０．０ｗｔ％を超える場合
には加工性が悪くなったり靭性が低下したりする欠点を
派生する。

Ｎｉは溶接部の靭性向上に寄与するものである。しかし
０．００６ｗｔ％未満では該効果に乏しく、逆に３．０
ｗｔ％を超えて含有されても該効果の格別な増大効果が
認められない。

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Ｏ８−４＝ ５ｗｔ％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１．２ｗｔ％を超えると靭性が低下する。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。

溶加材には上記の外、必要に応じてＭｎ：０．０５〜１
．　５ｗｔ％、Ｃｒ：０．０１〜０．５ｗｔ％のいずれ
か一方または両方の含有が許容される。Ｍｎ５Ｃｒはと
もに溶接部の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０．０１ｗ
ｔ％未満ではそれらの効果に乏しく、逆にＭｎが１．５
ｗｔ％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。

さらに溶加材には上記Ｍｎ、Ｃｒの含有の有無と無関係
に、Ｔｉ　：　０．　００５〜０．　２ｗｔ％、Ｂｏｏ
、００１〜Ｏ，０１ｗｔ％の１種または２種以上の含有
が許容される。Ｔｉ５Ｂは前記２ｒ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
％未満の場合には該効果に乏しく、逆にＴｉが０．２ｗ
ｔ％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するものと
なる。

ところで、上記のような溶加材の製造はＺｒ添加量が多
いため連続鋳造法による製造が困難であり、高Ｚｒ含有
合金材料の製造を特徴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
細なビレッ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。これによりビレットに一層微細な
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ってビ
レットを作製する。すなわち加圧凝固法によってビレッ
トを作製する。この際の加圧力は５０に９ｆ／ａｄ以上
であれば良く、望ましくは５００〜１０００に’ｊｆ／
ｃｄ程度とするのが良い。この加圧力の大小はビレット
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５０Ｋｇｆ／ｃｔｄ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１５００／（ｇｆ／ｆｆｌ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ットを作製しつ
る。こうして加圧凝固法により作製したビレットは、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
は該方法によっ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は上述のように
、特にＺｒを０．５〜１．２ｗｔ％の高範囲に含有した
ものであることにより、ＡΩ−Ｚ　ｎ　−Ｍ　ｇ系、Ａ
ρ−Ｚ　ｎ　−Ｍ　ｇ　−Ｃｕ系合金材料における溶接
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。この結果照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 次にこの発明の詳細な説明する。

［以下余白］ 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フィッシュボー
ン割れ試験を実施した。なおＮｏ５に示す溶加材は通常
の連続鋳造法により作製し、Ｎｏ１〜４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３
００℃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１０１０００７（／ｍ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
れたビレット（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、該押出材を素材として用いた。また試験片（１
）は第１図に示すように厚さ：ｆ５ｍｍｓ長さくＬ）　
：　２５０ｍｍ、幅（Ｗ）：２００ｍｍ、スリット（１
ａ）の間隔（ρ）：１０ｍｍ５　　（Ｙ）　　：　１０
ｍｍ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
て溶接部（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：２２ＯＡ 電圧：２７ｖ 溶接速度：　４０　ｃｍ／ｍｉｎ シールドガス流量：　２５　Ｊ２　／ｍｉｎ試験はそれ
ぞれ３回行った。それらの結果を第３表に示す。

［以下余白］ 第３表 （注） 割れ率（％）−卯ｌれ長さ　　　×１００試験片長さく
２５０　） 上記結果から明らかなように、本発明に係る溶加材を用
いれば、溶接割れが発生しにくいものであることがわか
る。またＮｏ３〜５の溶加材を用いた試験片の溶接ビー
ドの縦断面の平均結晶粒径を調べたところ、Ｎｏ３：約
３０μｍ１Ｎ０４：約５０μｍ、Ｎｏ５：約７０〜８０
μｍであり、割れ率と良く対応していることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接割れ試験片の概略平面図である。 （１）・・・試験片、（１ａ）・・・スリット、（２）
・・・タブ板、（３）・・・溶接部。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｍｇ：３．０〜１０．０ｗｔ％、Ｎｉ：０．００６〜３
   ．０ｗｔ％、Ｚｒ：０．５〜１．２ｗｔ％を含有し、必
   要に応じてＭｎ：０．０５〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ：０．
   ０１〜０．５ｗｔ％の少なくとも一方及び／またはＴｉ
   ：０．００５〜０．２ｗｔ％、Ｂ：０．００１〜０．０
   １ｗｔ％の一種または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。