アルミニウムの TIG 溶接 101: 一般的な問題とヒントのガイド

数ある金属溶接プロセスの中でも、特にアルミニウム溶接の分野では、TIG 溶接が独特の利点を備えています。 TIG溶接がアルミニウム溶接において重要な位置を占める理由は、その優れた溶接品質と美しい溶接外観にあります。 TIG溶接では、消耗品のないタングステン電極と不活性ガスシールドを利用し、溶接プロセス中のアルミニウムの酸化と汚染を効果的に防止し、溶接の純度と強度を確保します。

しかし、アルミニウムの溶接工程には酸化皮膜の影響や高温割れの発生、気孔の発生など多くの課題があり、溶接工には豊富な経験と技術が求められます。

この記事では、アルミニウムを TIG 溶接する際の一般的な問題について詳しく説明し、溶接者がこの技術をよりよく習得して溶接の品質と効率を向上させるのに役立つ実践的なヒントを提供します。

TIG溶接とは？

タングステン不活性ガス溶接またはガスタングステンアーク溶接 (GTAW) としても知られる TIG 溶接は、直流 (DC) または交流 (AC) アークを使用して 2 つの金属表面を溶かし、それらを接合する技術です。に似ている アルミニウムのMIG溶接不活性シールドガス (アルゴンやヘリウムなど) を使用して、大気汚染や電極と溶接池の酸化を防ぎます。

TIG溶接は、アルミニウム以外にも、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金、銅合金、チタン合金など、さまざまな金属材料の溶接が可能で、0.1mmから10mm以上までのさまざまな厚さのワークに適しています。 XNUMXmmでありながら高品質な溶接を実現します。

TIG溶接の主な特徴は次のとおりです。

1. 溶接中に発生する熱は比較的集中しており、熱影響範囲が狭いため、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い金属を溶接する場合に特に有利です。
2. 熱源は直流アークで、動作電圧範囲は 10 ～ 95 ボルトですが、電流は最大 600 アンペアに達することがあります。
3. TIG 溶接はフラックスを必要としないため、スラグの生成が最小限に抑えられ、その結果、マルチパス溶接ではまれにスラグ混入の問題が発生します。
4. TIG溶接のアークは安定しており、溶接中に火花、スパッタ、騒音がなく、煙や有害なヒュームも発生しません。

アルミニウムの TIG 溶接方法: プロセスの原理

アルミニウムの TIG 溶接プロセスは、主にタングステン不活性ガス (TIG) 溶接技術に基づいています。このプロセスでは、非消耗品のタングステン電極が直流 (DC) または交流 (AC) の作用下でアークを生成し、このアークの高温によってベースのアルミニウム材料と潜在的なフィラー ワイヤが溶解され、それによって次のことが達成されます。溶接。

溶接プロセスの開始時に、高周波アーク開始装置がタングステン電極とアルミニウムのワークピースの間にアークを開始します。アークの高温により、アルミニウムのワークピースとタングステン電極の先端の両方が溶け、溶接池が形成されます。同時に、ワイヤ送り機構がフィラーワイヤを溶接池に送り込み、そこで溶融してアルミニウムのワークピースと融合します。溶接トーチが移動すると、溶けた金属が徐々に冷えて固まり、強力な溶接シームが形成されます。

さらにフィラーの選択 溶接ワイヤ 溶接の品質と溶接シームの外観を確保するために非常に重要です。たとえば、HS311 フィラー ワイヤは、優れたメタル フロー特性、高温割れに対する耐性、および適切な強度により、一般的に使用されるオプションです。

アルミニウムのTIG溶接の挑戦

アルミニウムは他の金属に比べて熱伝導率が高いため、溶接時に溶接部に熱が集中しにくくなっています。さらに、アルミニウムは空気中で緻密な酸化物層を容易に形成し、融点が高くアークが浸透しにくいため、溶接プロセスが妨げられ、溶接シームの形成と品質に影響を与えます。

しかし、アルミニウムを溶接する際に克服すべき最大の課題の 1 つは、気孔率の問題です。

気孔の形成は、フィラー ワイヤや母材の表面上の油や水分などの不純物、または不純なシールド ガスや不適切なガス流によって発生する可能性があります。気孔率は溶接シームの密度と強度に影響を与えるだけでなく、亀裂などのより深刻な欠陥を引き起こす可能性もあります。したがって、溶接環境を厳密に管理し、フィラーワイヤと母材の清浄度を確保し、適切なガス流量で高純度のシールドガスを使用することが、ポロシティを防ぐために重要です。

これらの課題を克服するには、アルミニウム表面の徹底的な洗浄、適切な溶接パラメータと技術の使用、溶接環境の厳格な管理など、一連の対策を講じる必要があります。ただし、 悪い溶接と良い溶接 溶接プロセスを完了した後、溶接継手の品質と信頼性を確保します。MIG溶接と比較して、TIG溶接ではより細かい制御とより高いレベルのスキルが必要です。

アルミニウムの TIG 溶接でよくある問題トップ 5

アルミニウムを TIG 溶接するときに発生する 5 つの一般的な問題を次に示します。

1.溶接極性

アルミニウムを溶接する場合、適切な極性を選択することが重要です。 DC 電源を使用する場合、プラス極性を選択すると、溶接が不安定になり、ビード形成が不良になる可能性があります。

解決策: アルミニウムの TIG 溶接には必ず逆極性 (DCEN) を使用してください。これは、アルミニウム上の酸化物層が負極上のアーク中の電子によって容易に貫通され、溶接領域の洗浄とアークの安定化に役立つためです。

2.溶接ガンの角度

溶接トーチの角度は、溶接熱の分布と溶融池の形成に影響を与えます。トーチ角度が大きすぎたり小さすぎたりすると、溶融不足やスラグの混入などの溶接欠陥が発生する可能性があります。

解決策: 溶接位置と溶接継手の種類に応じてトーチ角度を調整します。通常、安定したアークと適切な溶接形成を確保するために、トーチはワークピースの表面に対して適切な角度で保持される必要があります。平らな溶接位置の場合、トーチ角度は通常 70° ～ 90° の間で制御されます。垂直および頭上の位置については、特定の状況に基づいて調整が必要になる場合があります。

3.溶接ガス

アルミニウムのTIG溶接において、不適切なガスを選択したり、ガス純度が不足していたり​​不純物が含まれていると、溶接部にポロシティや介在物、クラックなどの溶接欠陥が発生する可能性があります。

解決策: 空気中に存在する酸素、窒素、その他の不純物による溶接池の汚染を防ぐために、不活性ガス (アルゴンなど) をシールド ガスとして使用します。さらに、溶接ゾーンへの不純物の侵入を防ぐために、ガス供給システムのフィルターを定期的に検査して交換してください。

4.ガス流量

TIG溶接におけるガス流量の制御が不適切であると、溶接部のシールド効果に影響を与える可能性があります。ガス流量が低すぎると、効果的なシールドガスエンベロープを形成できず、溶接部が汚染される可能性があります。逆に、ガス流量が多すぎると、溶接池が乱され、溶接品質に影響を与える可能性があります。

解決策: 溶接の前に、ガス流量を調整して適切な範囲を決定します。小さな溶接または薄板溶接の場合は、ガス流量を適切に減らします。より大きな溶接や厚板の溶接の場合は、適切な保護を確保するためにガス流量を適切に増やしてください。

5.溶接電圧

TIG 溶接の電圧設定が不適切であると、設定が低すぎると溶接の溶け込みが不十分になり、設定が高すぎると溶接部が過熱して、焼き付きや歪みが発生する可能性があります。

解決策: 溶接中、溶接ビードの形成とアークの安定性を観察し、それに応じて電圧を調整して最良の溶接結果が得られるようにします。より厚いアルミニウム材料とより大きな直径のフィラーワイヤは、通常、より高い溶接電圧を必要とします。溶接速度が速くなると、安定したアークを維持するために電圧を適切に高める必要もあります。

アルミニウムの TIG 溶接におけるトップ 5 のヒント

アルミのTIG溶接には一定の技術と経験が必要です。以下に、アルミニウムに一般的に使用される TIG 溶接技術をいくつか示します。

1.アルミニウム材の前処理

溶接前には、専用のアルミニウム洗浄剤や機械的方法を使用して、アルミニウム素材の表面に付着した油分や酸化物などの不純物を徹底的に除去する必要があります。特殊なアルミニウム洗浄剤や機械的方法 (研削など) を利用して表面の汚染物質を除去すると、溶接プロセス中の気孔や介在物の形成を減らすことができます。

2.アルミニウムの予熱

特定の種類のアルミニウム材料、特に厚い板の場合、適切な予熱により溶接応力と歪みを軽減できます。溶接工は、アルミニウム材料の種類、厚さ、溶接要件に基づいて、予熱温度と溶接中の温度変化を正確に制御する必要があります。

3.溶接ガンと電極

溶接ガンがアルミニウム溶接に適していることを確認し、適切なタングステン電極を選択してください。アルミニウム溶接時の高入熱に対応できるよう、溶接ガンの放熱性能と安定性が良好であることを確認してください。

4.溶接パラメータの最適化

アルミニウム材の厚さ、種類、溶接品質に応じて溶接電流、電圧、溶接速度を調整してください。

表 1 に、アルミニウムおよびアルミニウム合金 (AC) の自動タングステン不活性ガス (TIG) 溶接の溶接条件の例を示します。

板厚/ mm	溶接パス数	タングステン電極径/mm	線径/mm	溶接電流/A	アルゴン流量/L・min－1	ノズル口径/mm	ワイヤ送り速度/cm・min－1
1	1	1.5〜2	1.6	120〜160	5〜6	8〜10	-
2	1	3	1.6〜2	180〜220	12〜14	8〜10	108〜117
3	1〜2	4	2	220〜240	14〜18	10〜14	108〜117
4	1〜2	5	2〜3	240〜280	14〜18	10〜14	117〜125
5	2	5	2〜3	280〜320	16〜20	12〜16	117〜125
6〜8	2〜3	5〜6	3	280〜320	18〜24	14〜18	125〜133
8〜12	2〜3	6	3〜4	300〜340	18〜24	14〜18	133〜142

5.バランスコントロールを適切に設定する

アルミニウム溶接を効果的に行うには、バランス制御を適切に設定することが不可欠です。交流 (AC) を使用する溶接機には、正と負の 2 つのサイクルがあります。マイナス側にはACが含まれており、酸化層が除去される場所です。したがって、溶接材料に支障なく効果的に作用するには、バランスを適切に調整する必要があります。場合によっては、特に厚い酸化物層を持つアルミニウムサンプルの場合、酸化物層をさらに洗浄できるようにマイナス側を下げる必要があるかもしれません。

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まとめ：

上記のガイドラインに従うと、アルミニウムの TIG 溶接中によくある問題が軽減され、溶接の品質と効率が向上します。同時に、溶接工は、最高の溶接効果を達成するために、実際の作業で継続的に経験を蓄積し、特定の状況に応じて溶接パラメータと技術を調整する必要があります。

質疑応答

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