アルミニウム溶接技術
重要性
Alは、融点が低い(657°C)一方で、熱膨張係数が高く、熱伝導性が非常に高い—低炭素鋼の3倍です。高温のアルミニウムは非常に脆いですが、溶接の際の主な困難は酸化しやすい点にあります。酸化アルミニウム(Al2O3)は強く、高融点で、化学的に中性であるため、フラックスの作用を受けにくいです。
溶接
ガス溶接やアーク溶接、さらには特別な電気接触溶接機が使用されます。最も一般的なのはアセチレンと酸素を混合して行うアルミニウムのガス溶接です。溶接前に、金属の縁はサンドブラスト装置やスチールブラシ、カンナ掛け、またはベンジンや苛性ソーダの水溶液で徹底的に清掃されます。苛性ソーダを使用した後、腐食を防ぐため、部品は流水でよく洗浄されます。アルミニウム鋳造品の溶接時は、予め300°Cまで加熱することが推奨されます。
フラックス
厚いアルミニウム鋳造品の溶接時には、特別なフラックスを使わずに済む場合があります。しかし、その場合、アルミニウムの酸化皮膜は溶接プールの表面からスチールワイヤー製のスクレーパーで常に除去される必要があります。通常、特別なフラックスは低温でもアルミニウムの酸化を活発に溶解し、溶接を大幅に容易にします。良いフラックスが発明されるまで、アルミニウムの溶接はほとんど実践されていませんでした。リチウムのハロゲン化合物は特にAl2O3を溶解させるので、フラックスには塩化リチウムやフッ化リチウムが追加されます。
今もなお、新しくより優れたフラックスの探索が続けられています。新しいフラックスの品質を確認するために、ガスバーナーで酸化膜がかかったアルミニウム板上に小さなプールを溶解させ、その上に良質のフラックスを少量撒布すると、プールの表面がほぼ瞬時に清浄化されます。
使用されるフラックスの成分
| フラックスの充填材 | 成分 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 塩化物 | ナトリウム NaCl | 30 | 45 | 28 | 35 | 33 | 30 | 19 |
| 塩化物 | カリウム KCl | 45 | 30 | 50 | 48 | 45 | 45 | 29 |
| 塩化物 | リチウム LiCl | 15 | 10 | 14 | 9 | 15 | 15 | - |
| 塩化物 | バリウム BaCl2 | - | - | - | - | - | - | 48 |
| フッ化物 | ナトリウム NaF | - | - | 8 | 8 | - | 10 | - |
| フッ化物 | カリウム KF | 7 | 15 | - | - | 7 | - | |
| フッ化物 | カルシウム CaF2 | - | - | - | - | - | - | 4 |
| NaHSO4 | 3 | - | - | - | - | - | - | |
フラックスの製造と保管
フラックスとコーティング材は化学的に純粋な物質から調製されます。フラックスは、構成要素を粉砕しながら徹底的に混合されます。例えば、磁器のボディとボールを用いたミルで行うか、予め構成要素が溶融され、その後細かく粉砕されます。フラックスの熔融は通常、より良い結果と低吸湿性をもたらします。アルミニウムフラックスは大気中の湿気により性質が変わることを指摘しておきます。そのため、密閉された容器に保存され、一度の勤務で使用する量のみ取り出されます。
バット溶接
この方法では、アルミニウムが電動式マシンで連続的に溶解されます。電流量が1 cm2の溶接断面当たり15,000 Aの場合、溶融深度は5〜12 mmで、収縮量は溶接継ぎ目の断面に応じて1.5〜5 mmです。連続溶融時間は交流電流の30〜70周期で、収縮時間は2〜5周期です。電流は収縮開始時に遮断されます。
スポット溶接
アルミニウムの高い電気伝導性と瞬時の融解(0.002〜0.005秒)がスポット溶接を非常に難しくします。そのため、圧力と金属との接触を維持するために、電極の迅速な位置移動が必要です。また、蓄積したエネルギーを用いたスポット溶接も可能です。通常、コンデンサースポット溶接が使用されます。このような溶接には、硬度と電導率の高い銅合金製の電極が使用されます。アルミニウムに銅の電極が付着することが溶接を困難にし、その場合はスポットの表面を損傷しないように電極をすぐに清掃し、薄い金属層を除去する必要があります。また、電極は流水で冷却される必要があります。シーム溶接も可能で、強力なマシンにイオンインタラプタが使用されます。
合金
アルミニウム合金は純アルミニウムよりも強度が高いです。アルミニウム合金は、熱処理強化されないものと、熱処理強化されるものの2つのグループに分けられます。最初のグループの例としては、1.3%のマンガンを含む合金AM-cがあり、加工硬化に応じて13〜20 kg/mm2の強度を持ちます。このような合金は熱処理に対して比較的鈍感で、比較的簡単に溶接可能で、溶接部の強度は焼きなまし状態の母材金属に近づきます。
ジュラルミン
ジュラルミンは、熱処理強化される合金に属します。38〜46 kg/mm2の強度を持ついくつかのブランドがあります。ジュラルミンの溶接はまだ困難です。ジュラルミンは、インター金属化合物を形成するアルミニウムと銅、マグネシウムの合金です。これらの溶解度は温度によってアルミニウム中で変化します。アルミニウムが臨界温度を超えると、溶接による局所的な過熱のために、インター金属化合物が完全に溶解して迅速な冷却によってその状態に保たれる結果、合金が焼き入れされます。その後のエージングでは、インター金属化合物溶液が分解し、高分散状態で化合物粒子を析出させることで、ジュラルミンに高い強度と硬度という機械的利点を与えます。しかし、溶接では局所的な過熱によって逆のプロセスが引き起こされ、機械的強度が失われます。この強度低下は後の熱処理で回復しません。
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