MIG・TIG用アルミ溶接ワイヤガイド

柔らかく熱的に活性な金属を扱うと、溶接機のセットアップのあらゆる部分に圧力がかかります。鋼とは異なり、アルミニウムは、持続性の酸化物コーティング、急速な熱放散、フィード ロールからの圧力下での降伏の仕方によってプロセスに課題を抱えています。どのアルミニウム溶接ワイヤを使用するか、そしてそれをどのように供給するかによって、接合部が意図した荷重に確実に耐えられるか、それとも表面に脆弱性が現れるかが最終的に決まります。

アルミニウムが溶接池内で異なる挙動を示す理由

経験豊富な鉄鋼溶接者がアルミニウムの作業を始めると、多くの場合驚かれます。アルミニウムは熱の伝導が速く、誤差がほとんどないからです。これらの課題の多くは、次の 3 つの主な要因によって説明されます。

• 酸化皮膜の形成：アルミニウムは空気中の酸素に触れるとすぐに非常に薄い酸化皮膜を形成します。そのフィルムはアルミニウム自体よりもはるかに高い温度で溶けます。溶接中にそれを所定の位置に放置すると、酸化物の破片がプールに閉じ込められ、きれいで均一な融合が妨げられます。
• 熱伝導率: アルミニウムの熱は、鋼よりもはるかに早く溶接部から逃げます。このため、水たまりを適切に開始するには通常、最初に追加の熱を注ぐ必要がありますが、パス中にためらいや速度が低下すると、材料が完全に溶けてしまう可能性があります。
• 機械的圧力下での柔らかさ: スチール ワイヤをスムーズに扱うフィード ロール、ガイド ライナー、トーチ コンポーネントは、はるかに柔らかいアルミニウム ワイヤを平らにしたり、えぐったり、その他の損傷を与えたりすることが多く、その結果、ワイヤの供給が不安定になり、さまざまな溶接欠陥が発生します。

マシンの電源を入れる前にこれら 3 つの特性を理解しておくと、イライラしたり、無駄な充填剤を使用したり、部品が破損したりすることを減らすことができます。ライナーの種類からシールドガスに至るまで、セットアップで行うほぼすべての選択は、これらの中心的な違いから直接決まります。

最も一般的なアルミニウム合金フィラーは何ですか?

工場、修理施設、生産環境におけるほとんどのアルミニウム溶接作業は、2 つの主要合金シリーズのみに依存しています。これら 2 つのグループは、組成、機械的動作、および適した条件が異なります。

ER4043 は、その良好な水たまり流動性と、より広い隙間を埋める能力、または理想的とは言えない関節の準備を補う能力で知られています。したがって、修理用途や一般的な製造作業で頻繁に使用されます。 ER5356 は、最終溶接部の強度が著しく高く、含まれるマグネシウムが陽極酸化プロセス後により明るく均一な外観を生み出すのに役立つため、完成品を陽極酸化する場合には常に推奨されるオプションです。どちらに到達するかを決定するには、通常、接合するベース合金と、使用中に溶接にどのような環境や荷重がかかるかを知ることから始まります。

アルミニウム MIG ワイヤー: 何を変更する必要がありますか?

鋼アルミニウム MIG ワイヤ用にセットアップされた機器は、いくつかの意図的な変更を加えなければ正常に処理できません。ワイヤの送給経路が主な問題の原因となることがよくあります。したがって、この領域に対処すると、マテリアル間の移行時に発生する多くの一般的な問題を解決できます。

重要な調整は次のとおりです。

1. スチールライナーを PTFE またはナイロン製のものに変更します。これらの低摩擦素材により、柔らかいワイヤーが簡単に滑ることができ、アルミニウムの削りくずや最終的にトーチライナー内に詰まりが生じる削れを防ぎます。
2. スプールガンまたはプッシュプルワイヤ送給装置に移動します。スプールガンを使用すると、ワイヤ スプール全体がトーチ本体にぴったりと収まるため、ワイヤがよじれたり鳥の巣ができたりするような長い導管はありません。プッシュプル フィーダーは、トーチの近くに 2 番目のドライブ ロールを追加して、ワイヤを安定して引っ張り、途中で潰れないようにします。
3. アルミニウムやその他の柔らかいワイヤー用に特別に設計された U 溝ドライブ ロールまたはローレット ロールを取り付けます。鋼用に作られた通常の V 溝ロールは、張力が適度に低く設定されている場合でも、アルミニウム ワイヤーを押しつぶしてしまいます。ワイヤーが滑らずに押すのに十分な圧力になるまで、ドライブ ロールの圧力を弱めます。
4. 極性を DCEP (直流電極プラス) に設定してください。この設定は、アークを分散させて表面の酸化物を効果的に除去するのに役立つため、アルミニウム MIG ワイヤの標準です。
5. 純粋なアルゴンまたはアルゴンを豊富に含むシールド ガスを選択してください。アルゴンはアルミニウムに必要な強力なアーク洗浄作用を与え、アークを静かで安定させます。大量の CO2 を含むシールドガスは、鋼鉄では問題なく機能しますが、アルミニウムでは問題を引き起こします。

スプレー転写は、大部分のアルミニウム MIG ワイヤに使用される転写モードです。電圧とワイヤ送給速度の適切な組み合わせに達すると、アークによって安定した微細な液滴のミストが生成され、均一で魅力的なビードが生成されます。パルススプレーは、金属が常に流れるのではなく、短い大電流パルス中にのみアークを横切るため、特に薄い素材や入熱をより厳密に制御したい場合に役立つ別の選択肢を提供します。

アルミニウムの場合、よくできた MIG ビードは、通常、きれいで光沢のある表面、穏やかな凸形状、そしてきれいに先細りになったつま先を持っています。ビードまたはその周囲が鈍い灰色またはすすっぽく見える場合は、ほとんどの場合、不十分なガス被覆または何らかの形の汚染が原因です。目に見える表面の多孔性は、通常、閉じ込められた水分、表面の残留物、または低すぎるガス流によって発生します。

アルミニウムの TIG 技術: 精度にはコストがかかりますか?

TIG 溶接は、MIG と比較して、熱、水たまりの形状、およびフィラーの正確な位置をはるかに細かく制御できますが、より多くの手と目の調整が必要であり、当然のことながら接合を完了するまでに時間がかかります。 薄いアルミニウム シート、目に見える表面溶接、または最終的なビードの外観が考慮される用途には、一般に TIG が選択されます。

アルミニウム上の TIG に関する重要なポイント:

• タングステン電極は固体のままであり、溶接金属の一部にはなりません。一定の流れで、または水たまりの状況に合わせて素早く軽くたたきながら、フィラー ロッドを手動で追加します。ロッドの送りをトーチの角度やペダルの制御と調整して自然に感じるには、時間と練習が必要です。
• DC ではなく AC 電流が標準的な選択です。サイクルの電極がプラスの部分では、アークが表面の酸化物層をこすり落とします。電極のマイナス部分は集中した熱を供給し、実際に金属を溶かして融合させます。
• タングステンの準備方法によって違いが生じます。アルミニウムの AC 作業には、端が丸くわずかにボール状になったきれいな電極が必要です。直流鋼の溶接のように細かく研ぐと、チップが溶けてすぐに劣化します。
• ガス レンズと適切なカップ サイズを使用すると、シールド ガスをスムーズかつ安定に保つことができます。ガスレンズは、より均一で乱流の少ない流れを生成し、標準的なコレットボディよりも幅広のビードや扱いにくいジョイント形状を保護します。

アルミニウム TIG ワイヤーのフィラー ロッドは、水たまりを動かす速度に合わせて一定のペースで挿入する必要があります。ロッドをあまりにも早く追加すると、上部に余分な金属が蓄積し、下部に十分に浸透できなくなります。速度が遅すぎると、エッジに沿ってアンダーカットのある細いビードが残ります。アークに直接焦点を合わせるのではなく、溶接だまりの前端を観察すると、溶加材を追加する時期についての信頼できる信号が得られます。

TIG 前の表面の準備は、MIG よりも要求が厳しくなります。アルミニウム専用のステンレススチールブラシを使用して酸化層を機械的に除去し、汚染物質が材料に埋め込まれるのを防ぐためにその領域を溶剤で事前に洗浄します。

フィラー合金とベースメタルのマッチング: 実用的なリファレンス

適切な溶加材の選択は慎重なプロセスです。一般的なベース合金は通常、限られた数の特定の溶加材と組み合わせます。選択を誤ると、最初は溶接が健全に見えても、後で亀裂、強度の低下、または不十分な耐食性により破損する可能性があります。以下の表は、一般的な製造において頻繁に使用されるベース合金と、それらに適合する典型的なフィラーを示しています。

不明な場合は、溶加材の供給元が発行する互換性表を確認してください。これらのガイドは、広範な経験則ではなく、ベース材料の実際の化学的性質に基づいて正確な推奨事項を提供します。

アルミニウムの溶接を損なうよくある間違い

アルミニウム溶接の問題や失敗の大部分は、同じ一握りの回避可能なミスに起因します。これらを早期に発見することで、時間、材料、やり直し作業を節約できます。

1. 酸化物の除去が不十分であると、融着を妨げる可能性のある残留膜が残り、多くの場合、多孔性の原因となります。必ず専用のアルミニウム専用ステンレスブラシを使用して開始し、その後溶剤洗浄を行ってください。
2. 間違ったフィラー合金の使用: ベース合金と一致しないフィラーを使用すると、熱影響部での高温亀裂、強度の低下、または陽極酸化後の外観不良が発生する可能性があります。まずベース合金を特定します。
3. 不適切なドライブロール圧力: 過剰な圧力は柔らかいアルミニウムワイヤーを平らにし、ライナーを詰まらせる削りくずを生成します。圧力が小さすぎると、ワイヤーが滑って送りが不均一になります。ワイヤーが変形せずスムーズに動くスイートスポットを見つけます。
4. 一貫性のないガス適用範囲: 隙間風、ホース接続の緩み、または流量の低下により、空気が水たまりに到達し、溶接部が酸化します。定期的に付属品を検査し、作業エリアからの侵入を遮断してください。
5. マルチパス溶接での熱の蓄積を無視する: アルミニウムは鋼よりも長く熱を保持するため、新しいパスごとに温度が上昇します。パス間に十分な冷却時間を与えるか、ヒートシンクまたはバッキングを使用して焼き付きや歪みを防止してください。
6. 汚染されたフィラーロッド: 取り扱いによる皮膚の油分や水分がロッドの表面に簡単に移ります。清潔な手袋を着用し、ロッドを乾燥した状態に保つために密閉容器に保管してください。
7. AC TIG 用の間違ったタングステン タイプ: 純粋なタングステンまたはジルコニアをドープした電極は、アルミニウム上で AC を適切に処理します。トリウムタングステンは DC での動作を目的としており、AC では壊れたり、動作が悪くなったりします。
8. ジョイントのフィッティングが不十分: 隙間が大きすぎると、特に根元部分でアルミニウム フィラーがジョイントを完全にブリッジすることが困難になります。アルミニウムは、一部の鋼製プロセスのように広い開口部を柔軟に埋めることはできません。

2 つの実践的なケースのチュートリアル

ケース A: 構造用アルミニウム フレーム セクションの MIG 溶接

ベース素材は 6061 シリーズのプレートで、厚さは約 16 分の 3 インチです。ジョイントは、軽量構造フレームの T 接続のフィレットです。

1. 両方の部品をアセトンで拭き、グリースや汚れを取り除き、アルミニウム専用のステンレス ブラシを使用して溶接経路に沿ってこすります。
2. ER4043 フィラー ワイヤを選択してください。これは、6061 との相性が良く、熱影響を受ける領域での亀裂に対する確実な耐性を備えているためです。
3. PTFE ライナーを取り付けたスプール ガンを取り付け、ドライブ ロールの張力を最も軽い設定に調整し、ワイヤーを平らにすることなく安定したワイヤーを供給します。
4. ストレート アルゴン シールド ガスを使用し、アークを開始する前にノズルでの流れを再確認します。
5. トーチでわずかなプッシュ角度を保ち、移動速度を一定に保ち、均一なビード形状を生成します。ビードのエッジがスムーズに濡れない場合は、電圧をわずかに調整します。
6. 溶接部が冷えたら、次の作業に移る前に、つま先に気孔、アンダーカット、または不均一な融合がないか注意深く調べてください。

ケース B: 薄いアルミニウム シート上の TIG 溶接で継ぎ目が見える

ベース素材は 5052 シリーズのシートで、厚さは約 16 分の 1 インチです。接合部は突合せ溶接であり、最終製品では露出したままになります。

1. エッジを徹底的に脱脂し、ブラシできれいにします。これほど薄い素材では、残った汚染物質は TIG ビーズ内ですぐに目立ちます。
2. 5052 の優れた耐食性を維持するには、アルミニウム溶接ワイヤ ER5356 TIG ロッドを選択してください。
3. マシンのダイヤルを AC に設定し、バランスの取れた波形を設定するか、または余分な洗浄動作に少し傾けて、狭い接合部に沿った酸化物を処理します。
4. ガス レンズと大きなカップ サイズを備えたトーチを取り付けて、薄いシート上に滑らかで均一なガス カバレッジを作成します。
5. 水たまりの前方への動きに合わせて、フィラーロッドを短く意図的に傾斜させて追加します。熱が素材内に蓄積するので、ジョイントの端近くでフット ペダルを緩めます。
6. 完成したビードのクラウンの高さが均一であること、つま先で滑らかに混ざり合っていること、酸化が起こったことを示唆する鈍い部分や黒ずんだ部分の兆候がないことを確認します。

ショップのメンテナンスと消耗品のケア

消耗品の手入れがどの程度適切であるかは、アルミニウム溶接の品質に直接影響します。限られた一連の日常的な実践は、多くの一般的な問題の解決に役立ちます。

1. ライナーを定期的に検査し、必要に応じて交換してください。時間の経過とともに、ライナー内にアルミニウム粒子が蓄積すると、断続的な供給が発生する可能性があります。この状態は、検査のためにライナーを取り外さない限り特定するのが難しい場合があります。
2. ワイヤースプールを取り付けないときは、乾燥剤パケットと一緒に袋に密封して保管してください。ワイヤ表面に到達する水分は多孔性を招き、多くの場合、信頼性の高い供給が戻る前に除去するために追加のガスパージが必要になります。
3. 定期的にコンタクトチップをきれいに拭き、アークがふらつくほど摩耗する前に交換してください。アルミニウムは先端内部に蓄積物を残し、開口部を締め付けて電気抵抗を高めます。
4. 毎シフトの開始時にガスホースとトーチの接続を検査してください。たとえ小さな漏れでも、ほぼ空のタンクと同じ影響が生じます。つまり、斑点のあるシールドと酸化した溶接表面です。
5. ブラシはアルミニウム専用に予約し、スチールやその他の金属には使用しないようにマークを付けてください。鉄粒子による相互汚染は、完成した溶接部に暗い斑点または介在物として現れます。

終わりに: セットアップの決定を組み立てる方法

アルミニウム TIG ワイヤとアルミニウム MIG ワイヤのどちらを選択するかを決定する場合、全体的にどちらの方法が優れているかということにはなりません。各オプションの適合性は、材料の厚さ、生産量、接合部の設計、および必要なビードの外観の特定の組み合わせによって異なります。 MIG とスプール ガンを組み合わせると、より重いセクションでフィラーを迅速に移動し、高生産環境で効率的に動作します。アルミニウム TIG ワイヤーは、薄いストックで正確な熱管理を提供し、見た目が要件の一部である場合には、より滑らかで魅力的なビーズを提供します。

フィラーの選択は単純な推論に従います。つまり、ワイヤの化学的性質をベース合金と使用時に接合部が直面する条件に適合させます。ワイヤの供給方法、表面の洗浄、シールドガスの設定は細かいことではなく、フィラーの選択と同じくらい重要です。清潔さ、消耗品のメンテナンス、および適切なプロセス調整に常に注意を払っている溶接工は、通常、アルミニウムがその評判が示すよりもはるかに扱いやすいことに気づきます。人々が遭遇する困難のほとんどは、教材自体に特有のものではなく、急いで準備したことに起因します。これらの分野で一貫した習慣を身につけると、合金やプロセスに関係なく、すべての溶接で信頼できる結果が得られます。