アルミニウムを鋼に溶接できますか?

発売日:2020-07-23

鋼とアルミニウムは、溶鋼やアルミニウムの熱間加工溶着技術において、非常に硬く脆いIMP相(金属間相)を形成するのが容易なアルミニウム及び鋼である場合には、融点、熱膨張係数、弾性率などの異なる化学的、物理的性質を有している。溶接熱入力が大きいほど,より多くのimp相が発生した。この脆性的な段階は,継手と残骸の静的および動的な強さを厳しく破壊し,また,関節とこけ塑性を劣化させる。主な物理的な違いは以下の通りです。

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鉄は、一部のアルミニウムを固体状態で溶けることができるが、アルミニウム含有量が12 %を超えると、結晶構造が急激に変化し、FeAl(メッシュ)、Fe 3 Al(メッシュ)混合物が非常に硬く(250~520 HV)、脆性を形成する。鉄Fe 2 Al(因子)、Fe 2 Al 5(ETA)およびFeAl 3(シータ)混合物のアルミニウム含有量が形成されるならば、さらに増加します。そして、それはより高い硬さ(600 - 1100のHV)とより高い脆性を提供します。この脆性材料は鉄中のアルミニウムやアルミニウム中の鉄の拡散に起因する。つの異なる材料の電気化学ポテンシャルが異なるとき、分子拡散が起こり、電位差を補償する。電位差(鉄とアルミニウムのためのE ~ 1.22 V)が大きいほど、拡散傾向はより大きい。  

しかし、溶接継手のIp脆性相の厚さが10 m未満では、その脆性が重要となりにくくなる。このとき、被加工物の性能は主として基材の延性に依存する。腐食は、2つの材料の電気化学ポテンシャルが全く異なるので、もう一つの主要な問題です。要約すると、鉄鋼とアルミニウムの溶接は2つの要件を満たす必要がある。

継手におけるIMP位相厚さ < 10 m

溶接後の母材の腐食を防ぐ

これらの2つの要件を達成するためには、低熱入力プロセスが必要であり、続いて特殊ワイヤ又は溶接腐食保護処理が必要である。

 

cmt(cold metal transfer)技術は短絡遷移に基づいて開発され,その入力は通常のgmaw溶接よりもはるかに低い。プロセスは、アークが燃え、ワイヤが液滴が短くなるまで前方にプッシュし、その時点でワイヤの供給速度が反転し、ワイヤが引き下がり、電流および電圧がほぼゼロである。次の回路が形成されたあと、アークはrekindlesする。そして、ワイヤが再接続される前に、液滴遷移は再び始まる。このフィード/プル・バック・モーションの平均周波数は70 Hzまでである。

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成功は亜鉛めっき鋼とアルミニウムに基づいている。 ろう付け鋼溶接継手の表面に形成されたアルミニウムと亜鉛を溶融させることにより,アルミニウム厚さは0.8 mm 3,アルミシリコン材料の充填材料である。鋼とアルミニウムの接合部に1 mmで基礎実験を完了した。次の表は、テストの平均強度です。

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cmtプロセスの熱影響部では強度の低下が避けられない。溶接熱処理時   アルミニウム合金   (6000シリーズ)熱影響部強度は,混合結晶構造への析出結晶化により30〜40 %低下する。従って、この接合部の熱影響部は最も弱い部分であり、最も低い引張強度はアルミニウム系材料の約60 %である。自然硬化したアルミニウム合金(5000系)では再結晶により熱影響部の強度も低下する。強度低下は前処理と溶接工程における入熱量に関係する。破壊は主に熱影響部で起こる。

 

実験データによると,鋼は溶融亜鉛めっきされ,特殊な低エネルギー溶接プロセスは成功の前提条件である。溶接継手は優れた引張強さ,耐食性及び耐疲労性を示し,imp脆性相の値は鋼とアルミニウム継手の脆性破壊を防止する鍵である2.5 m以下であることを証明した。

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