ER4043 ワイヤ: 仕様、用途、溶接パラメータ

ER4043 ワイヤーとは何か、そしてシリコン含有量が重要な理由

ER4043 という名称は、AWS の電極/ロッド分類システムに従います。「E」は電極を示し、「R」はロッド (両方として機能する) を示し、「4043」は 4000 シリーズ アルミニウム - シリコン合金ファミリーに分類されます。最大 6% という高いシリコン含有量は、溶接中のワイヤの挙動を 3 つの方法で根本的に決定します。

まず、シリコンはアルミニウムフィラーの融点を下げ、溶融池内の流動性と湿潤作用を改善します。 4043 溶接池は、低シリコン フィラーよりも接合ギャップや不規則な溝形状に流れ込みやすいため、位置ずれ溶接やさまざまな嵌合を伴う接合には ER4043 が推奨されます。第二に、シリコンは溶接金属の凝固範囲を狭めます。つまり、液相線と固相線の間の温度範囲が減少し、高温割れ（凝固割れ）の感受性が大幅に低下します。これが、ER4043 が 6061、6063、6082 などの 6xxx シリーズ合金に使用される主な理由です。6061、6063、6082 などの 6xxx シリーズ合金は、凝固範囲を狭めるのではなくむしろ広げるフィラーで溶接すると高温亀裂が発生しやすくなります。第三に、シリコン含有量により、わずかに暗い灰色がかった溶接ビード表面が生成されます。これは既知の特性です。陽極酸化された 4043 溶接部は親金属よりも暗く見えます。これは、陽極酸化後の溶接の外観が重要となる建築および装飾用途に関連します。

ER4043 の化学組成と機械的性質

次の表は、AWS A5.10 で指定された化学的制限と ER4043 ワイヤの蒸着時の機械的特性を示しています。これらは、新しいサプライヤーを認定する際に認証テストの結果を検証する必要がある値です。

母材の適合性 — ER4043 の溶接に最適な合金

ER4043 は、すべてのアルミニウム合金と普遍的に互換性があるわけではありません。シリコン含有量が高いため、一部の合金族には優れていますが、他の合金族には不適切または制限されています。以下の内訳は、製造および修理作業で発生する最も一般的な卑金属ファミリーをカバーしています。

• 6xxx シリーズ (6061、6063、6082、6005): ER4043 の主な用途。これらの合金には強化元素としてマグネシウムとシリコンが含まれており、その凝固範囲は 4043 フィラーとほぼ一致しています。 ER4043 で溶接された 6061-T6 の耐高温割れ性は、ER5356 よりも大幅に優れています。 ER4043 で溶接された 6061 個の継手の溶接後の熱処理が可能で、T6 強度の部分的な回復が可能になります。溶接部は約 母材強度の60～70％ 溶解および時効処理後。
• 3xxx シリーズ (3003、3004): 互換性が良い。 ER4043 は、高温亀裂なしで 3003 と 3004 を溶接し、得られた溶接は、典型的な 3xxx 用途 (HVAC ダクト、熱交換器、調理器具) に許容可能な耐食性を備えています。強度は非構造物用途には十分です。
• 1xxx シリーズ (1100、1050、1070): 1100 アルミニウムと互換性があり、一般的に使用されます。ER4043 は、純粋な 1xxx フィラーよりも優れた流動性とわずかに高い溶接強度を提供します。母材の耐食性が設計の要因となる化学装置や食品加工装置に使用されます。
• 2xxx シリーズ (2024、2014、2219): 使用制限 — ER4043 は注意して 2219 に使用できますが、ほとんどの 2xxx 合金は溶接不可能とみなされているか、特定のフィラーの選択が必要です。溶接技術者に相談せずに 2024 年に使用しないでください。
• 5xxx シリーズ (5052、5083、5086、5456): お勧めしません。 ER4043 を 3% を超えるマグネシウムを含む 5xxx 合金 (5083、5086、5456) に堆積すると、得られる溶接金属には過剰な Mg2Si が含まれ、粒界に析出して延性と耐食性が大幅に低下します。構造的な 5xxx の作業には ER5356 または ER5183 を使用します。
• 7xxx シリーズ (7005、7039): 限定的かつアプリケーション固有。 ER4043 は溶接可能な 7xxx 合金に使用されることがありますが、マグネシウム組成が低いため、溶接部が高 Mg フィラーほど効果的に溶接後の時効硬化に反応できないことを意味します。合金のデータシートを参照してください。

ER4043 と ER5356 — アプリケーションに適したワイヤの選択

最も一般的なアルミニウム溶接ワイヤは ER4043 と ER5356 の 2 つで、これらの選択はアルミニウム製造において最も頻繁に誤って扱われる決定の 1 つです。これらは互換性がなく、正しい選択はひび割れ、強度、およびサービスパフォーマンスに大きな影響を与えます。

実際的な決定ルール: 亀裂のリスクが主な懸念事項である場合、溶接部に高温が使用される場合、または溶接後の熱処理が計画されている場合、6xxx 合金を溶接する場合は ER4043 を使用します。ベースメタルが 5xxx 構造合金の場合、最大の蒸着直後の強度が必要な場合、または美的理由から陽極酸化後の色合わせが重要な場合は、ER5356 を使用します。

ER4043 ワイヤの MIG 溶接パラメータ

ER4043 ワイヤーは、標準 MIG スプール直径で利用可能です。 0.8mm（0.030インチ）、0.9mm（0.035インチ）、1.2mm（0.047インチ） 、1/16 インチ (1.6 mm)。ワイヤ径の選択は、母材の厚さと溶接機のアンペア数の範囲によって決まります。次のパラメータは、きれいな 6061-T6 母材の平坦および水平位置溶接の開始点です。

鉄鋼 MIG 溶接とは異なり、ER4043 では遵守する必要がある主なプロセス要件:

• 100% アルゴン シールド ガスを使用します。 CO2 や混合ガスは不使用 — CO2 はアルミニウムを激しく酸化し、汚染された溶接部を生成します。純アルゴンの流量 35 ～ 50 CFH (17 ～ 24 L/分) ほとんどの MIG アプリケーションの標準です。ジョイントの体積が大きい場合や風の強い屋外条件の場合は、55 ～ 60 CFH に増やしてください。
• テフロンまたはナイロン MIG ライナーを使用します。 ER4043 ワイヤーの表面は柔らかく低摩擦であるため、鳥の巣ができたり、標準的なスチールライナーに引っかかったりすることがあります。信頼性の高いワイヤ送給には、特に 8 フィート (2.4 m) を超えるワイヤの場合、アルミニウム ワイヤ用に定格されたテフロン ライナーが必須です。コンタクトチップは頻繁に交換してください。アルミニウムはスチールよりも柔らかく、チップの穴が楕円形に早く摩耗します。
• ドラッグではなくプッシュ角度: アルミニウム MIG は、プッシュ (フォアハンド) テクニックで実行する必要があります。つまり、ガンを進行方向に 10 ～ 15 度傾けます。抗力（バックハンド）角度により、アルゴン シールド ガスが溶接池の後ろに閉じ込められ、ビード内に多孔性と酸化介在物が発生します。
• 積極的に事前洗浄: 酸化アルミニウムは露出した表面にすぐに形成され、融点は 200℃ です。 2,072℃ — 卑金属の融点 (660°C) をはるかに上回ります。ステンレス鋼のブラシ (アルミニウム専用。炭素鋼は使用しないでください) で接合部をワイヤ ブラシで磨き、溶接の直前にアセトンで拭きます。洗浄した表面には素手で触れないでください。
• 厚い部分の予熱: 厚さ 6 mm を超える母材では、次の温度まで予熱します。 100 ～ 150 °C (212 ～ 302 °F) 熱勾配を軽減し、プールが完全にガス抜きされる前に外側溶接ゾーンが急速に凝固することによって引き起こされる気孔を防止します。 T6 状態の 6xxx 合金では 180°C を超えないようにしてください。この温度を超えると過時効が始まり、熱処理の応答性が低下します。

ER4043 ロッドを使用した TIG 溶接 — 技術とロッドのサイズ

「ER」（電極・ロッド）の分類としては、 ER4043ワイヤー カット長さの TIG ロッドとしても供給されており、通常は 長さ 36 インチ (914 mm) 直径は 1/16 インチ、3/32 インチ、1/8 インチ (1.6、2.4、および 3.2 mm) です。 ER4043 を使用した TIG 溶接は、精密な作業、薄肉部分の修理、および可能な限り最良の溶接外観と最小限の入熱を必要とする用途に適しています。

• AC 電流を使用します。 アルミニウム TIG は、酸化アルミニウム層に陰極洗浄作用を与えるために AC (交流) を必要とします。正の半サイクルでは、表面から酸化物が吹き飛ばされます。負の半サイクルはタングステンを加熱します。あ 60 ～ 75% EN (電極マイナス) バランス ほとんどの用途に最適です。EN が大きいほど、より狭く、より熱いアークが生成され、より優れた貫通力が得られます。 EP が増えると、タングステンの寿命が犠牲になって酸化物の洗浄が増加します。
• 純タングステンまたはジルコン処理タングステン電極を使用します。 純粋なタングステン (緑色のバンド) は、AC 溶接中に安定したボール エンドを形成し、DC 用途向けに設計されたセリウムまたはトリウム電極よりも適しています。ジルコニア処理タングステン (ホワイト バンド) は純粋なタングステンよりも高い電流を流すことができるため、高アンペアの AC アプリケーションに適しています。ボールを形成する前に電極を研いで鈍くします。最初に DC で使用しないでください。
• 母材に対するロッドの直径: 目安として、ロッド径は母材の厚みと同等か一回り小さく、最大約4mmまでとなります。 2 mm のベースメタルの場合、1/16 インチ (1.6 mm) のロッドが適切です。 4 ～ 6 mm の母材の場合、3/32 インチ (2.4 mm)。 6 ～ 10 mm、1/8 インチ (3.2 mm)。薄い材料に大きな直径のロッドを使用すると、溶接池が冷却され、溶融不足が発生します。
• 高周波始動と傷なし: 常に高周波 (HF) アークスタートを使用してください。アルミニウム TIG では決してタッチスタートやスクラッチスタートをしないでください。スクラッチが始まると酸化アルミニウムで電極が汚染され、タングステンの介在物が溶接部に移動します。 HF スタートでは、電極に接触することなく、定義されたギャップでアークが開始されます。

ER4043 ワイヤーの保管、取り扱い、および多孔性の防止

気孔率（凝固した溶接部に閉じ込められたガス空隙）は、アルミニウム溶接における最も一般的な品質欠陥であり、ER4043 ワイヤの状態が主な要因です。ワイヤー表面の酸化アルミニウムと水和水酸化アルミニウムが主な気孔発生源です。どちらも正しい保管と取り扱いで防ぐことができます。

• 使用するまで密閉したパッケージに保管してください。 ER4043ワイヤー and rod absorb moisture from humid air within hours of package opening. A spool of wire left on the MIG machine in a humid shop overnight can develop sufficient surface hydroxide to cause visible porosity in the next day's welding. Store open spools in a sealed bag with a desiccant pouch. Return cut TIG rods to their original sealed tube. A heated rod oven (60°C / 140°F) is the best long-term storage solution in humid environments.
• 使用前にワイヤーの表面を検査してください。 新しい ER4043 ワイヤは、明るい、わずかにメタリックシルバーの表面仕上げになっている必要があります。くすんだ白に見えるワイヤー、表面に目に見える白い粉があるワイヤー、または目に見える穴があるワイヤーは拒否する必要があります。表面の酸化物/水酸化物層はすでに発達しており、母材金属の洗浄努力に関係なく多孔性を引き起こします。
• 濡れたワイヤーやロッドは使用しないでください。 ワイヤ表面の水酸化アルミニウム層に吸収された水分は、溶接中に分解して原子状水素になります。水素は液体アルミニウム中では非常に高い溶解度を持っていますが、固体アルミニウム中では溶解度はほぼゼロであり、凝固中に気体が細孔として沈殿します。 TIG ロッドは、短時間でも雨や結露にさらされると、再乾燥せずに製造溶接に適さなくなります。
• ワイヤ取り扱いの最小曲げ半径: ER4043 は曲げると加工硬化します。柔らかいアルミニウム ワイヤは、半径がおよそ未満に曲げられると不可逆的にねじれます。 直径の 10 倍 。ワイヤのよじれは、MIG 溶接におけるワイヤ送給の不均一、アーク長の変動、溶着の変動の原因となります。ワイヤーを斜めに引っ張ってスプールを無理に巻き戻さないでください。自由に回転できるように適切に取り付けられたスプール ホルダーからフィードしてください。