アルミニウム合金の溶接準備方法

溶接前の洗浄は、アルミニウムおよびアルミニウム合金の溶接品質にとって不可欠です。アルミニウムは酸化しやすく、水分を吸収する緻密で硬い酸化皮膜を形成します。この皮膜は適切な溶融を妨げ、気孔や介在物の原因となります。 油、錆、スケール、その他の汚染物質も気孔の原因となります。したがって、酸化皮膜や油分を除去するために、溶接ワイヤおよび接合部を徹底的に洗浄する必要があります。主な洗浄方法としては、脱脂、化学洗浄、機械的洗浄の3つがあります。

1. 脱脂

フィラーワイヤおよび溶接部の油分を、ガソリン、アルコール、アセトン、酢酸エチル、四塩化炭素、またはその他の適切な溶剤で拭き取ってください。溝およびその両側に30～50 mmにわたる帯状の範囲を清掃してください。

2. 化学洗浄

酸性およびアルカリ性の溶液は、油、汚れ、錆、スケール、酸化物と反応して可溶性の生成物を生成し、ワークピースやワイヤーの金属表面を露出させます。

徹底的な化学洗浄を行うには：

1. 40～60°Cの8%–10% NaOH溶液中で、ワークピースとワイヤを10～15分間エッチングする。
2. 冷水で約2分間すすいでください。
3. 体積比30%の希硝酸溶液で中和する。黄色や黒色の斑点が一切残ってはならない。
4. 50～60°Cのお湯で2～3分間すすぎ、硬めのブラシでこすってください。
5. 100～150°Cのオーブンで約30分間乾燥させます。

ワークピースが大きすぎて完全に浸漬できない場合は、その部分だけフィルムを剥がしてください：

1. 溝と、その両側の30～50 mm幅の帯状部分を、酸素アセチレン炎で80～100°Cまで加熱する。
2. これらの箇所を10%–15%のNaOH溶液で拭き取ってください。白くなり始めたら、30%の希硝酸溶液で中和してください。
3. 冷水でよくすすいでください。
4. ワークピースを自然乾燥させてください。

温度も溶液濃度も過度になってはならない。反応が激しすぎると、溶接の品質を損なう白い膜が形成される。局所的なピッチングや耐用年数の低下を防ぐため、残留溶液は十分に洗い流さなければならない。溶加線の製造技術の向上により、現代の溶加線については、一般的に化学洗浄はもはや必要なくなっている。

3. 機械的洗浄

機械的処理法では、酸化皮膜、腐食生成物、およびミルスケールを除去します。この方法は、大型の被加工物、長い生産サイクル、多層溶接部、あるいは化学洗浄後に再び付着した汚染物質の除去に一般的に用いられます。

まず、ガソリン、アルコール、アセトン、またはその他の有機溶剤で脱脂を行います。次に、ステンレス製のワイヤーブラシまたはスクレーパーを使用して、溝の両側50 mm以内の酸化皮膜を、金属の光沢が現れるまで除去します。 研磨紙や研削ホイールは使用しないでください。柔らかいアルミニウムは研磨粒子を閉じ込めてしまい、後に溶接欠陥の原因となる恐れがあります。機械的洗浄の後、端面および溶接部の両側面をアセトンまたはアルコールで拭き、残留する酸化物、油分、その他の汚染物質を除去してください。

機械的洗浄は簡単ですが、一般的に化学的洗浄ほど効果的ではなく、溶加線から酸化物を除去するのは困難です。両方の方法を併用することで最良の結果が得られますが、重要度の低い被溶接物については、脱脂のみを行って溶接することもあります。

保管中に新たな酸化膜が形成されるため、溶接は速やかに開始する必要があります。洗浄後の経過時間は4時間を超えてはなりません。これを超える場合は、部品を再度洗浄する必要があります。この要件は、相対湿度が高い環境において特に重要です。電気化学研磨されたアルミニウム線は、空気中では比較的長期間、プラスチックで密封した場合は約6か月間、使用可能な状態を保つことができます。

4. バッキングバー

アルミニウムは高温強度が低く（370°Cでわずか10 MPa）、溶接部が崩壊したり、溶け抜けたりする恐れがあります。そのため、完全な溶込みを確保しつつ溶融金属を支えるために、グラファイト、ステンレス鋼、または銅製のバッキングバーがしばしば使用されます。 銅製のバッキングバーは、溶接部を汚染してはならない。アークがこれに到達すると、アルミニウム・銅合金が形成され、脆く、腐食しやすい領域が生じる恐れがある。溶接根部に良好な形状を与えるため、シームの真下に弧状の溝を加工する。

また、裏板は根元を冷却し、熱影響部を縮小させ、接合部の特性を向上させるべきである。水冷式の銅棒は優れた冷却効果を発揮するが、ステンレス鋼は冷却効果が最も低い。

5. 溶接治具

適切な治具を使用することで、再現性のある高品質な溶接を迅速に行うことができます。これにより、仮付け溶接の回数を減らし、組付け精度を向上させ、溶接作業を簡素化できます。治具の設計においては、クランプ力を均一に作用させ、トーチのアクセスを確保し、取り外しが容易であるとともに、可能な限りシンプルで実用的なものであることが求められます。

6. 予熱

非熱処理型アルミニウム合金は一般的に予熱を必要としませんが、熱処理型合金では予熱を行うことで効果が得られます。 予熱を行うことで、表面の水分を除去し、緩やかな加熱・冷却によって温度勾配を低減させ、歪み、溶け込み不足、気孔、割れの発生傾向を低減させ、送給速度を向上させ、溶融アルミニウムが高温にさらされる時間を短縮し、それによって合金元素の損失を抑えることができる。

厚さが 8 mm を超える部品は、通常、予熱が必要です。 温度は100～300°Cに設定してください。温度が高すぎると、溶接強度や耐食性が低下します。予熱は酸素アセチレン炎または炉を用いて行い、溶接線の両側それぞれ約150 mmの範囲を加熱するようにしてください。厚さが異なる部材を接合する場合は、薄い側の部材を予熱しないでください。

環境要件

アルミニウムの溶接は、周囲の温度や湿度の影響を受けやすい。推奨される環境条件は、温度が8°C以上、相対湿度が80%以下である。