アルミニウムおよびアルミニウム合金の溶接後処理

I.残留物の除去

ワークの溶接後、ガス溶接やフラックス入り溶接棒を使用する場合は、目視検査や非破壊検査を行う前に、溶接部およびその周辺に残留するフラックスやスラグを速やかに除去する必要がある。

この工程は、スラグと残留フラックスによる溶接 部とその表面の腐食を防ぎ、望ましくない結 果を回避する。溶接後の後始末の一般的な方法は、以下の通り である：

(1)60℃～80℃のお湯で擦る；

(2) 重クロム酸カリウム（K2Cr2O2）または2%～3%の無水クロム酸（Cr2O2）に浸漬する；

(3)さらに60℃～80℃の温水ですすぐ；

(4) 乾燥炉で乾燥させるか、風乾する。

残留フラックスの除去効果を試験するため、蒸留 水をワークの溶接部に滴下することができる。その後、蒸留水を回収し、5%硝酸溶液の入った試験管に滴下する。白い析出物が現れたら、残留フラックスが完全 に除去されていないことを示している。

II.溶接部の表面処理

適切な 溶接工程 溶接後のアルミニウムおよびアルミニウム合金溶接部の表面は、均一で波打ちがなく、滑らかな外観を呈する。

陽極酸化は、特に研磨や染色技術と組み合わせることで、高品質の装飾表面を実現します。溶接による熱影響部を最小限に抑え、アルマイト処理による色の変化を最小限に抑えることができます。迅速な溶接工程は、熱影響部を著しく減少させることができる。したがって、フラッシュ溶接継ぎ目のアルマイト処理の品質は良好です。

特に、焼きなまし状態で強化のための熱処理ができない合金の溶接片では、陽極酸化処理後の金属ベースと熱影響部の色のコントラストは最小です。炉と浸漬 ろう付け局所的な加熱を伴わないため、非常に均一なメタリック色の外観が得られる。

強化のために熱処理が可能な合金は、建築物の構 造部品によく使用され、溶接後に陽極酸化処理さ れることが多い。このような合金では、溶接熱によって以下のような析出物が形成される。 合金元素.

アルマイト処理後、熱影響部との間に差異が生じる。 溶接継ぎ目.このような溶接部付近のハロー・ゾーンは、急 速溶接や冷却ブロックの使用によって最小限に抑える ことができる。 締め付け プレート。陽極酸化処理前と溶接後のこれらのハローゾーンは、析出硬化処理によって除去することができる。

溶接部品の化学処理では、溶接金属と母材との 間に著しい色の違いが生じることがある。このため、溶加材を慎重に選択する必要が ある。 金属組成特にシリコンが含まれている場合は、カラーマッチングに影響を与える可能性がある。

必要であれば、溶接部を機械的に研磨することもできる。一般的な機械的研磨 研磨方法 研磨、研削、研磨ブラスト、ショットブラストなど。 機械研磨 は、研削、バリ取り、バニシング、研磨、サンドブラストなどの物理的な方法によってアルミニウム部品の表面を改善します。目標は、できるだけ少ない工程で望ましい表面品質を達成することです。

しかし、アルミニウムとその合金は摩擦係数の高い軟質金属である。研磨工程中の過加熱は、溶接部品の変形や、母材の粒界破壊を引き起こす可能性があります。そのため、研磨工程では十分な潤滑が必要であり、金属表面への圧力は最小限に抑える必要があります。

III.溶接後の熱処理

溶接後熱処理の目的は、溶接継手の構造と性能を向上 させること、または溶接継手の熱を除去することである。 残留応力.熱処理可能 アルミニウム合金 は溶接後熱処理を受けることができ、母材熱影響部の強度を元の強度に近づけることができる。

一般的に、ジョイントの破損箇所は、通常、以下の部分である。 フュージョンゾーン 溶接部の。溶接後の熱処理後、溶接金属が得る強度は、 主に分散した金属フィラーに依存する。

1.アルミニウムとアルミニウムの特徴 合金溶接

(1) アルミニウムは空気中や溶接中に容易に酸化し、融点が高く非常に安定した酸化アルミニウム（Al2O3）を形成するため、除去が困難である。これは母材の溶融と融合を妨げる。酸化皮膜は比重が重いため表面に浮き出にくく、スラグの介在、溶け込み不足、溶け込み不良などの欠陥が生じる。

アルミニウムの表面酸化皮膜と吸収された水分は、 溶接継ぎ目に気孔を生じさせる。溶接前には、化学的または機械的な方法で厳密 な表面洗浄を行い、酸化皮膜を除去すべきである。溶接中は、酸化を防止するために保護 を強化すべきである。

タングステン・イナート・ガス（TIG）溶接では、交流電 源を使用して「カソード・クリーニング」によって酸化皮膜 を除去する必要がある。その際 ガス溶接酸化膜を除去するフラックスを使用する。厚い プレート溶接溶接熱を高めることができる。例えば、ヘリウム・アークは高熱なので、ヘリウムまたはアルゴン・ヘリウム混合ガス保護装置、あるいは大口径ガス保護装置を使用する。 メタルアーク 正直流による溶接（GMAW）は、「カソード洗浄」の必要性をなくす。

(2) アルミニウムとその合金の熱伝導率と比熱は、炭素鋼と低炭素鋼の2倍以上である。 合金鋼.アルミニウムの熱伝導率は、オーステナイト系ステンレス鋼の数十倍である。

溶接工程では、大量の熱が母材に急速に伝達されるため、アルミニウムとその合金の溶接では、金属プールを溶かすために消費されるエネルギーに加えて、金属の他の部分でより多くの熱が浪費される。このエネルギー浪費は スチール溶接.ハイクオリティを実現するために 溶接継手濃縮された高出力のエネルギー源をできるだけ使用する。予熱やその他のプロセス対策も利用できる。

(3) アルミニウムおよびその合金の線膨張係数は、 炭素鋼および低合金鋼の約2倍である。アルミニウムは凝固時の体積収縮が大きく、溶接 部に大きな変形と応力を与える。従って、溶接変形を防止するための対策を講じ る必要がある。アルミニウム溶接プールの凝固は、引け巣、気孔 率、熱間割れ、および高張力応力を生じやすい。 内部応力.

の発生を防ぐ。 ホットクラック溶接ワイヤの組成と溶接プロセスを調整することができます。耐腐食性の状況では、アルミニウム-シリコン合金溶接ワイヤを使用することができます。 アルミニウム溶接 アルミニウム・マグネシウム合金を除く。

アルミニウム-シリコン合金では、シリコン含有量が0.5%のときに熱間割れ傾向がかなり大きくなる。シリコン含有量が増加するにつれて、合金の結晶化温度範囲が減少し、流動性が著しく改善され、収縮率が減少し、その結果、熱間クラック傾向が減少する。

製造経験によると、シリコン含有量が5%-6%の場合、熱間割れは発生しないため、SAlSiワイヤー（シリコン含有量4.5%-6%）を使用した方が耐割れ性が向上する。

(4) アルミニウムは光と熱に対する反射率が強い。固体状態から液体状態への移行中、顕著な色の変化はなく、溶接工程中の判断が難しい。高温アルミニウムは強度が非常に低いため、 溶接プールを支えることが難しく、バーンスルー を起こしやすい。

(5) アルミニウムとその合金は、液体状態ではかなりの量の水素を溶解するが、固体状態ではほとんど溶解しない。溶接プールが凝固して急冷される間に、水素が逃げる時間がなくなり、水素ポロシティが形成される。

アーク大気中の水分、 溶接材料と、母材表面の酸化皮膜に吸着された水分が、 溶接継ぎ目における水素の重要な発生源である。そのため、気孔の形成を防ぐには、水素発生源を厳重に管理する必要がある。

(6) 合金元素は蒸発・燃焼しやすく、溶接シームの 性能を低下させる。

(7) 母材がひずみ硬化または固溶化熱処理されてい る場合、溶接熱は熱影響部の強度を低下させる。

(8) 面心立方格子を持ち、同素体形態を持たないアルミニウムは、加熱・冷却中に相転移を起こさない。このため、溶接継ぎ目には粗大粒が生じ、相転移によって微細化することができない。

2. 溶接方法

アルミニウムおよびその合金の溶接には、ほとんどすべての溶接方法が使用できる。しかし、アルミニウムとその合金の溶接方法に対する適応性は様々であり、それぞれの方法にはそれぞれの用途があります。

ガス溶接と被覆アーク溶接は簡単で便利である。ガス溶接は、品質要求が高くないアルミニウム板や鋳物のシーム補修に使用できる。被覆アーク溶接は、アルミニウム板や鋳物のシーム補修に使用できます。 合金鋳物.

不活性 ガスシールド溶接 (TIGまたはMIG）は、アルミニウムおよびその合金の溶接に最も広く使用されている方法である。アルミニウムおよびアルミニウム合金板は、交流タングステン不活性ガス溶接またはパルス・タングステン不活性ガス溶接を使用して溶接することができる。

アルミニウムおよびアルミニウム合金板は、ヘリウムを使用して溶接することができる。 タングステンアーク溶接アルゴン・ヘリウム混合タングステン不活性ガス溶接、金属不活性ガス溶接、パルス金属不活性ガス溶接。金属不活性ガス溶接とパルス金属不活性ガス溶接の応用は、ますます広まっている（アルゴンまたはアルゴン・ヘリウム混合）。

3.溶接材料

(1) 溶接ワイヤー

良好な溶接プロセス性能を考慮することに加え、アルミニウムおよびアルミニウム合金溶接ワイヤの選択は、突合せ継手の引張強度と塑性変形性（曲げ試験を通じて）が、容器の要件に従って指定された要件を満たすことを保証する必要がある。

マグネシウム含有量が3%を超えるアル ミニウム・マグネシウム合金の場合、衝撃靭性要件 を満たす必要がある。耐食性が要求される容器の場合、溶接継手の耐食性は、母材のレベルに達するか、それに近いものでなければならない。従って、溶接ワイヤの選択は主にアルミニウムの 特性に基づく。

1) 純アルミ溶接ワイヤの純度は、一般的に母材の純度を下回らない；

2) 化学物質 アルミニウムの組成 合金溶接ワイヤーは、一般的に母材と同程度か近い；

3) アルミニウム合金溶接ワイヤ中の耐食性元素（マグネシウム、マンガン、シリコンなど）の含有量は、一般的に母材の含有量を下回らない；

4) 異なる種類のアルミニウム材料を溶接する場合は、より耐食性が高く、より強度の高い母材を基準に溶接ワイヤを選択する；

5)耐食性を必要としない高強度アルミニウム合金（熱処理強化アルミニウム合金）は、SAlSi-1のような耐クラック性アルミニウム-シリコン合金溶接ワイヤのような、異なる組成の溶接ワイヤを使用することができる（強度が母材より低くなる可能性があることに注意）。

(2) シールドガス

シールドガスは、アルゴン、ヘリウム、またはそれらの混合ガスである。交流高周波用 TIG溶接99.9%以上の純アルゴンを使用。直流プラス 極性溶接 はヘリウムに適している。

MIG溶接の場合、板厚が75 mmの場合は、50% ～75%のヘリウムを添加したアルゴンの使 用を推奨する。アルゴンはGB/T 4842-1995「純アルゴン」の条件を満たす必要がある。アルゴンボンベの圧力が0.5MPa未満では不十分であり、使用できない。

(3) タングステン電極

の4種類のタングステン電極が使用されている。 アルゴンアーク溶接純タングステン、トリアミドタングステン、セリウムタングステン、ジルコニウムタングステン。純粋なタングステン電極は、溶融、蒸発、電極のバーンオフ、およびチップの汚染になりにくく、高い融点と沸点を持っています。

しかし、電子放出能力は低い。純タングステンに1%～2%の酸化トリウムを添加したトリアタングステン電極は、電子放出能力が高く、電流密度が高く、アークが安定します。しかし、トリウムはわずかに放射性であるため、使用中に適切な保護措置を講じる必要があります。

セリウムタングステン電極は、純粋なタングステンに1.8%から2.2%の酸化セリウム（不純物0.1%以下）を添加して作られます。これらの電極は、電子の仕事関数が低く、化学的安定性が高く、高い電流密度を可能にし、放射能を持たない。現在、最も一般的に使用されている電極である。

ジルコニウムタングステン電極は、母材の電極汚染を防ぐことができます。先端は半球状で維持しやすく、交流溶接に適しています。

(4) フラックス

ガス溶接に使用されるフラックスは、カリウム、ナトリウム、リチウム、カルシウムなどの元素の塩化物やフッ化物で構成されており、酸化皮膜を除去することができる。

4.溶接前の準備

(1) 溶接前の清掃

アルミニウムとその合金を溶接する前に、ワークの酸化皮膜とグリースを厳密に除去することが極めて重要である。 溶接ライン と溶接ワイヤの表面。

このクリーニングの質は、溶接プロセスや接合部の品質に直接影響する。 溶接気孔率 と様々な機械的特性を持つ。この洗浄には通常、化学的洗浄か機械的洗浄のいずれかの方法が用いられる。

1) 化学洗浄

化学洗浄は効率が高く、品質も安定しているため、溶接ワイヤや小型の量産ワークの洗浄に適している。浸漬とスクラビングが一般的な方法です。

表面の脱脂にはアセトン、ガソリン、ケロシンなどの有機溶剤を使用し、その後、5%～10%のNaOH水溶液を用いて40℃～70℃で3～7分間（純アルミニウムの場合は20分以内）アルカリ洗浄を行い、流水でリンスする。

その後、室温から60℃、30%のHNO3水溶液で1～3分間の酸洗いを行い、さらに流水ですすぎ、空気または弱熱で乾燥させる。

2) 機械的洗浄

機械洗浄は、ワークピースが大きい場合、生産サイクルが長い場合、多層溶接を伴う場合、または化学洗浄後にワークピースが再汚染された場合によく使用される。

まず、アセトンやガソリンなどの有機溶剤で表面を脱脂し、次に直径0.15mmから0.2mmの銅やステンレスのワイヤーブラシで金属光沢が出るまでブラッシングする。

金属表面に砂粒が残り、溶接中に溶接プールに入り込 んでスラグ介在物やその他の欠陥の原因となるのを防 ぐため、一般に研削砥石や通常のサンド・ペーパーの 使用は推奨されない。代わりに、スク レーパーやヤスリを使用して、溶接される面を 清掃することができる。

ワークと溶接ワイヤーを洗浄した後、保管中に酸化皮膜が再び発生する。特に、湿度の高い環境や、酸性または塩基性の蒸気に汚染された環境では、酸化皮膜はさらに速く成長する。

したがって、洗浄終了から溶接開始までの保管時間は最短にする必要がある。湿度の高い条件下では、溶接は通常、洗浄後4時間以内に行うべきである。洗浄後の保管時間が長すぎる場合（例 えば24時間を超える場合）は、洗浄を繰り返す必要が ある。

(2) バッキングプレート

アルミニウムおよびその合金は、高温下で は強度が低く、溶融アルミニウムは流れやすいた め、溶接中に溶接金属が崩壊する可能性がある。崩れずに完全な溶け込みを確保するため、裏当 て板を使用して溶接池と隣接する金属を支えるこ とが多い。

バッキング・プレートは、グラファイト、ステンレ ス鋼、炭素鋼、銅板、銅棒で作ることができる。バッキング・プレートの表面には、裏面に溶接部が形成されるように湾曲した溝が作られている。

あるいは、裏当てのない両面形成の片面溶接も可能だが、これには熟練した溶接作業か、溶接エネルギーの厳密な自動フィードバック制御などの高度なプロセス対策の適用が必要である。

(3) 溶接前の予熱

薄くて小さなアルミニウム部品は、一般的に予熱を必要としません。予熱は厚さ10mmから15mmまで、温度はアルミニウム合金の種類によって100℃から200℃の範囲で行うことができます。

加熱には、オキシアセチレン火炎、電気炉、ブロー トーチなどの技術を使用できる。予熱は、溶接部の変形を最小限に抑え、気孔な どの欠陥を減らすのに役立つ。

5.溶接後の処理

(1) 溶接後の洗浄

残留 溶接剤 やスラグが溶接部やその近傍に残っていると、アルミ表面の不動態化皮膜が損傷し、アルミ部品を腐食させる可能性もあるため、徹底的な洗浄が必要です。一般的な要求を満たす単純な形状の部品には、温水洗浄やスチーム・ブラッシングなどの簡単な洗浄方法が使用できる。

需要の多い複雑な形状のアルミ部品は、硬めのブラシで湯洗いをした後、2-3%濃度のクロム酸水溶液または重クロム酸カリウム水溶液に約60℃～80℃で5～10分間浸し、その後硬めのブラシでこする。

その後、熱水ですすぎ、乾燥オーブンか熱風で乾燥させる。自然乾燥も可。

(2) 溶接後の熱処理

一般に、アルミ容器を溶接した後の熱処理は必要ない。しかし アルミ素材 使用中に容器と接触する媒体の条件下で著しい応力腐食感受性を示す場合は、溶接後の熱処理を受けて高い溶接応力を除去し、容器にかかる応力を応力腐食割れの閾値以下にまで低減する必要がある。

この要件は、溶接後に応力除去熱処理を行う前に、容器の設計文書に特別に記載する必要がある。溶接後 アニール 熱処理が必要な場合、純アルミニウム、5052、5086、5154、5454、5A02、5A03、5A06などの推奨温度は345℃、2014、2024、3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、3A21などの推奨温度は415℃、2017、2A11、6A02などの推奨温度は360℃です。

ワークのサイズや要求に応じて、アニール温度は20℃～30℃の範囲で上下でき、メンテナンス時間は0.5～2時間である。