アルミニウムの溶接部に気孔が生じるのはなぜですか？

気孔は、アルミニウムおよびアルミニウム合金の溶接部で最もよく見られる欠陥の一つです。主な原因となるガスは水素です。水素は大気中の水分、シールドガス、酸化皮膜、溶加材、または被溶接物の表面からアークに侵入し、溶融池の凝固時に閉じ込められます。

なぜ水素が閉じ込められるのか

アルミニウム中の水素の溶解度は、液体アルミニウムでは約0.69 mL/100 gであるのに対し、固体アルミニウムでは0.036 mL/100 gへと低下し、およそ20分の1になる。.

純アルミニウムは、その水素の臨界分圧 p が_H2, 、が低い。したがって、純アルミニウムでは気孔を形成するガス含有量であっても、Al-Mg溶接部では気孔形成の閾値を下回るままである可能性がある。.

水素の供給源

• 雰囲気およびシールドガス： 水蒸気はアーク中で解離し、水素を供給することがある。.
• 酸化膜： 酸化アルミニウムは水分を容易に吸着します。Al-Mg合金表面に付着した酸化アルミニウムは、さらに多くの水分を保持することができます。.
• ワイヤおよび被加工物の汚染： 油、汚れ、および腐食生成物はすべて、利用可能な水素の量を増加させます。.

MIG溶接とTIG溶接では、アークや溶融ビードの転移条件が異なるため、水素の吸収の仕方も異なります。TIG根元溶接では、根元に残留した酸化物が集中した気孔を発生させることがあります。気孔の分布や酸化物の色の変化から、この原因を特定することができます。表面のすぐ下にある気孔は、後にブリスターとして現れることがあります。.

なぜ気泡は逃げられないのか

アルミニウムの溶接金属は、炭素鋼の溶接金属に比べて約4～7倍の速さで冷却されます。アルミニウムは密度が低いため気泡が浮上しやすくなりますが、急速な凝固により気泡が逃げられる時間が短くなります。そのため、形成が遅れた水素気泡は溶接部に閉じ込められてしまいます。.

アルミニウム溶接部の気孔を防ぐ方法

1. 被加工物、溶接ワイヤ、およびシールドシステムを乾燥した状態に保ってください。この資料では、水分含有量が0.08%未満のアルゴンの使用を推奨しています。.
2. 溶接の直前に、酸化皮膜、油分、その他の汚染物質を除去してください。厚さ1.8 mmのLF3鋼板を手動TIG溶接する場合、資料では、幅20 mmの範囲を削り取り、逆V字型のルート仕上げを行うことを推奨しています。.
3. ガスが逃げやすいパラメータを選択してください。TIG溶接では、一般的に、電流を高くし、送進速度を速くし、総入熱量を抑えることが有効です。MIG溶接では、溶融池の持続時間を延ばすために、送進速度を遅くし、入熱量を増やす必要がある場合があります。.
4. 必要に応じて、適切な予熱を行ってください。特に、厚みのあるワークや熱伝導率の高いワークの場合は注意が必要です。.

有効気孔率の制御は、一連の要素からなるシステムです。具体的には、乾燥した消耗品、清浄な表面、安定した遮蔽、そして水素がプールから排出されるまでの時間を確保する熱サイクルです。.