加工技術
アルミニウムのMIG溶接、TIG溶接、摩擦撹拌接合の比較
アルミニウムは、MIG溶接、TIG溶接、摩擦撹拌溶接、抵抗溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接などのプロセスによって接合することができます。この実用的な比較では、MIG溶接装置に焦点を当てており、…….
記事を読むチタン合金の溶接方法とは？ プロセスとパラメータ
公開日:
XCM CNC 著
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この技術ガイドでは、工業用純チタンと数種類のチタン合金の相対的な溶接性を比較し、ガス・タングステン・アーク溶接、プラズマアーク溶接、および電子ビーム溶接に関する実用的なプロセスデータを提示しています。GTAWの開先の種類と寸法、溶融池および熱影響部に対するシールド配置、ならびに手動および自動溶接のパラメータ表について解説しています。さらに、別表では、ワークピースの厚さごとのプラズマアーク溶接および電子ビーム溶接の設定値（電流、電圧、送給速度、溶加ワイヤの送り量、ノズルサイズ、アルゴン流量など）をまとめています。表に記載された値は、普遍的な認定限界値ではなく、記載されたワークピースの厚さおよび加工条件に基づくものです。
チタンおよびチタン合金は、ガスタングステンアーク溶接、プラズマアーク溶接、および電子ビーム溶接によって接合することができます。合金の溶接性はさまざまであり、溶接を成功させるには、接合部の形状、エッジの清浄さ、溶融金属の効果的なシールド、およびワークの厚さに合わせたプロセス設定が重要です。 以下の表では、溶接性を比較するとともに、記載された条件における溝の寸法、ガス流量、および溶接パラメータを示しています。
チタンおよびチタン合金の溶接性
| 合金 | 相対的な溶接性 |
| 商業用純チタン | 優れた溶接性 |
| Ti-5Al-2.5Sn | 中程度の溶接性 |
| Ti-5Al-2.5Sn（不純物含有量が極めて少ない） | 優れた溶接性 |
| Ti-0.2Pd | 優れた溶接性 |
| Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al | 中程度の溶接性 |
| Ti-3Al-8Mo-11Cr | 中程度の溶接性 |
| Ti-5Al-4V | 中程度の溶接性 |
| Ti-6Al-4V | 中程度の溶接性 |
| Ti-6Al-4V（不純物含有量が極めて少ない） | 優れた溶接性 |
| Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si | 溶接性が劣る。特殊な用途に限定される。 |
| Ti-6Al-6V-2Sn | 溶接性が劣る。特殊な用途に限定される。 |
注：溶接継手の熱は、溝面の粗さ、エッジの清浄度、およびチタン材料の溶接前処理に大きく左右されます。
チタンおよびチタン合金の溶接プロセス
チタン・チタン合金のTIG溶接
1. チタンおよびチタン合金のGTAWにおける溝の種類と寸法
| 開先形状 | ワークの厚さ、δ/mm | 開先寸法 | ||
| 隙間（mm） | 開先ルート面/mm | 角度/(°) | ||
| I形開先 | 0.5~2.3 | 0 | – | – |
| 0.8~3.2 | 0~0.1 δ | – | – | |
| V形開先 | 1.6~6.4 | 0~1.0 δ | (0.1~0.2) δ | 30~60 |
| 3.0~13 | 30~90 | |||
| X形開先 | 6.4~38 | 30~90 | ||
| U形開先 | 6.4~25 | 15~30 | ||
| 両面U形開先 | 19~51 | 15~30 | ||
[画像プレースホルダー：チタン製GTAW用溝の種類と寸法]
2. チタンおよびチタン合金のGTAWにおけるシールド対策
| カテゴリ | 遮蔽区域 | 遮蔽措置 | 用途と特徴 |
| 局所遮蔽 | 溶接池およびその周辺部 | 効果的なシールド効果のある円筒形または楕円形のノズルを使用し、それに応じてアルゴンの流量を増やしてください。 | 規則的な溶接形状で構造が単純な被加工物に適しており、操作が簡単で柔軟性に優れています。 |
| 400°C以上の温度における溶接部および熱影響部 |
|
||
| 400°C以上の温度における溶接根部および熱影響部 |
|
||
| アルゴンガス充填エンクロージャーによる遮蔽 | ワーク全体 |
|
溶接が困難な、構造的に複雑なワークピースに適しています。 |
| 冷却性能の向上 | 溶接部および熱影響部 |
|
他の遮蔽対策と併用して、保護効果を高める。 |
3. チタンおよびチタン合金の手動GTAWパラメータ
| 被加工物の厚さ／mm | 開先形状 | タングステン電極の直径／mm | フィラーワイヤーの直径／mm | 溶接パス数 | 溶接電流／A | アルゴン流量（L/min） | ノズルのオリフィス径／mm | 備考 | ||
| 表側 | トレーリング・シールド | 根元側 | ||||||||
| 0.5 | I溝突き合わせ継手 | 1.5 | 1.0 | 1 | 30~50 | 8~10 | 14~16 | 6~8 | 10 | 突き合わせ継ぎ目の隙間：0.5 mm |
| 1.0 | 2.0 | 1.0~2.0 | 1 | 40~60 | 8~10 | 14~16 | 6~8 | 10 | ||
| 1.5 | 2.0 | 1.0~2.0 | 1 | 60~80 | 10~12 | 14~16 | 8~10 | 10~12 | ||
| 2.0 | 2.0~3.0 | 1.0~2.0 | 1 | 80~110 | 12~14 | 16~20 | 10~12 | 12~14 | ||
| 2.5 | 2.0~3.0 | 2.0 | 1 | 110~120 | 12~14 | 16~20 | 10~12 | 12~14 | ||
| 3.0 | V溝突合せ継手 | 3.0 | 2.0~3.0 | 1~2 | 120~140 | 12~14 | 16~20 | 10~12 | 14~18 | 開先間隔：2~3 mm、ルート面：0.5 mm。溶接部の下には鋼製の裏当て板を配置し、溝の角度は60°~65°とする。 |
| 3.5 | 3.0~4.0 | 2.0~3.0 | 1~2 | 120~140 | 12~14 | 16~20 | 10~12 | 14~18 | ||
| 4.0 | 3.0~4.0 | 2.0~3.0 | 2 | 130~150 | 14~16 | 20~25 | 12~14 | 18~20 | ||
| 5.0 | 4.0 | 3.0 | 2~3 | 130~150 | 14~16 | 20~25 | 12~14 | 18~20 | ||
| 6.0 | 4.0 | 3.0~4.0 | 2~3 | 140~180 | 14~16 | 25~28 | 12~14 | 18~20 | ||
| 7.0 | 4.0 | 3.0~4.0 | 2~3 | 140~180 | 14~16 | 25~28 | 12~14 | 20~22 | ||
| 8.0 | 4.0 | 3.0~4.0 | 3~4 | 140~180 | 14~16 | 25~28 | 12~14 | 20~22 | ||
4. チタンおよびチタン合金のGTAW自動パラメータ
| 被加工物の厚さ／mm | タングステン電極の直径／mm | フィラーワイヤーの直径／mm | 溶接電流／A | アーク電圧／V | 走行速度（m/min） | ワイヤ送給速度（m/min） | 開先形状 | 溶接パス数 | アルゴン流量（L/min） | ||
| 表側 | 根元側 | トレーリング・シールド | |||||||||
| 0.5 | 1.5 | – | 25~40 | 8~10 | – | – | – | 1 | – | – | – |
| 0.8 | 1.5 | – | 45~55 | 0.2~0.4 | – | 1 | 8~12 | 2~4 | 10~15 | ||
| 1.0 | 1.6 | – | 50~65 | 0.3~0.5 | – | 1 | |||||
| 1.2 | 2.0 | – | 75~90 | 10~12 | 0.15~0.45 | 0.25~0.45 | – | 1 | 10~15 | 3~6 | 12~18 |
| 1.5 | 2.0 | 1.2~1.6 | 90~120 | – | 1 | ||||||
| 2.0 | 2.5 | 1.6~2.0 | 140~160 | 10~14 | 0.15~0.40 | 0.25~0.60 | – | 1 | |||
| 2.5 | 3.0 | 1.6~2.0 | 180~220 | 0.25~0.75 | – | 1 | |||||
| 3.0 | 3.0 | 2.0~3.0 | 200~240 | 14~16 | 0.30~0.33 | 0.30~0.85 | – | 1 | 12~14 | 10~12 | 16~18 |
| 4.0 | 3.0 | 3.0 | 200~260 | – | 12 mmの隙間 | 2 | 14~16 | 12~14 | 18~20 | ||
| 6.0 | 4.0 | 3.0 | 240~280 | 14~18 | 0.30~0.35 | – | V60° | 3 | 14~16 | 20~24 | |
| 10 | 4.0 | 3.0 | 200~260 | 0.15~0.20 | – | V60° | 3 | 14~16 | 20~24 | ||
チタンおよびチタン合金のプラズマアーク溶接
| 被加工物の厚さ／mm | ノズルのオリフィス径／mm | 溶接電流／A | 溶接電圧／V | 走行速度（m/min） | ワイヤ送給速度（m/min） | フィラーワイヤーの直径／mm | アルゴン流量（L/min） | |||
| プラズマガス | シールドガス | トレーリング・シールド | 根元側 | |||||||
| 0.2 | 0.8 | 5 | – | 7.5 | – | – | 0.25 | 10 | – | 2 |
| 0.4 | 0.8 | 6 | – | 7.5 | – | – | 0.25 | 10 | – | 2 |
| 1 | 1.5 | 35 | 18 | 12 | – | – | 0.5 | 12 | 15 | 2 |
| 3 | 3.5 | 150 | 24 | 23 | 60 | 1.5 | 4 | 15 | 20 | 6 |
| 6 | 3.5 | 160 | 30 | 18 | 68 | 1.5 | 7 | 20 | 25 | 15 |
| 8 | 3.5 | 172 | 30 | 18 | 72 | 1.5 | 7 | 20 | 25 | 15 |
| 10 | 3.5 | 250 | 25 | 9 | 46 | 1.5 | 7 | 20 | 25 | 15 |
チタンおよびチタン合金の電子ビーム溶接
| 被加工物の厚さ／mm | 加速電圧／V | 電子ビーム電流／mA | 走行速度（m/min） | 備考 |
| 1.0 | 13 | 50 | 2.1 | – |
| 1.3 | 85 | 4 | 1.52 | – |
| 2.0 | 18.5 | 90 | 1.90 | – |
| 3.0 | 20.0 | 95 | 0.80 | – |
| 5.08 | 12.5 | 8 | 0.46 | 高電圧 |
| 28 | 180 | 1.27 | 高電圧 | |
| 9.5~11.4 | 36 | 220~230 | 1.4~1.52 | – |
| 12.7 | 37 | 310 | 2.29 | 完全貫通 |
| 19 | 80 | 2.29 | 溶接面 | |
| 16.0 | 30 | 260 | 1.50 | – |
| 25.0 | 40 | 350 | 1.30 | – |
| 25.4 | 23 | 300 | 0.38 | – |
| 50.0 | 45 | 450 | 0.70 | – |
| 50.8 | 46 | 495 | 1.04 | 完全貫通 |
| 19 | 105 | 1.04 | 溶接面 | |
| 57.2 | 48 | 450 | 0.76 | 完全貫通 |
| 20 | 110 | 0.76 | 溶接面 |
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