ER5154 Al-Mg 合金ワイヤ: 強度、用途、選択ガイド
アルミ溶接材料の中では、 ER5154 Al-Mg合金線 正確に定義された性能ウィンドウを占めます。ER4043 シリコンベースのフィラーよりも強力で、ER5052 よりも耐食性があり、海洋、圧力容器、および構造製作環境で中強度のアルミニウム - マグネシウムベースの金属を溶接するために特別に配合されています。仕様を正しく理解するには、ER5154 が AWS A5.10 フィラー分類システムのどこに適合するか、溶着された溶接金属がどのような機械的特性をもたらすか、ワイヤーの直径とプロセスパラメータを用途に適合させる方法、および競合する合金の指定よりも ER5154 が必要となる環境条件を理解する必要があります。
ER5154 ワイヤーに適したアプリケーションはどれですか?
ER5154 ワイヤは、5xxx シリーズのアルミニウム母材 (主に 5154、5254、5454、および 5056 合金) の溶接用に配合されており、溶着された溶接金属は母材の耐食性および機械的特性と同等またはそれを超える必要があります。 3.1 ～ 3.9% という中程度のマグネシウム含有量は、アルミニウム フィラーの選択マトリックスにおいて、低 Mg ER5052 と高 Mg ER5183 の間に位置します。
5xxxシリーズのアルミニウム板から製造されたボートの船体、デッキ構造、燃料タンク、タラップ。シリコンベースのフィラーは塩水に浸漬すると電解腐食を促進するため、海洋環境では ER4043 よりも ER5154 が推奨されます。溶接デポジットの腐食電位は 5154 および 5454 母材とほぼ一致しており、海水浸漬時の溶接部の優先的な攻撃を防ぎます。
5154-H32 または 5454-H34 プレートから製造された化学薬品、LPG、極低温流体、およびプロセスガス用の貯蔵タンク。 AWS D1.2 および ASME セクション IX は、これらの用途における圧力保持溶接用の ER5154 の認定を取得しています。この合金の低い亀裂感受性と 3 mm ～ 50 mm の材料厚さに対する完全な貫通能力により、圧力容器製造基準における標準的な充填仕様となっています。
5xxx シリーズの押出成形品とプレートから製造されたトラック車体、タンカートレーラー、鉄道車両車体、およびバス構造物。 ER5154 は、熱処理されていない構造接合部に適切な溶接そのままの強度を提供しながら、道路負荷による疲労サイクルを吸収するのに必要な延性を維持します。この組み合わせは、ER5356 高 Mg フィラーが薄肉接合部の残留応力の上昇によって損なわれる可能性があります。
沿岸または工業的な大気環境におけるカーテンウォールフレーム、橋梁床板、および構造部材。 ER5154 は、完成した溶接が保護コーティングなしで産業汚染物質、酸性雨、海岸の塩の堆積に耐える必要がある場合に指定されます。 5154 および 5454 母材の T ジョイントおよびバットジョイント構成では、接合効率が母材引張強度の 85% を超えます。
- 5154、5254 — ダイレクトマッチ合金シリーズ
- 5454、5056 — AWS A5.10 認定の組み合わせ
- 5052 — 接合効率は低下しますが許容可能
- 3003、3004 — 限定的な構造用途
- 6061、6063 — 代わりに ER4043 または ER5356 を使用してください
- 7xxx シリーズ — 高 Mg フィラーは高温亀裂を引き起こす
- 2xxx シリーズ — フィラーと Cu 含有合金との非相溶性
- 1xxx 純アルミニウム — 強度の不一致
ER5154溶接ワイヤの強度は何ですか?
ER5154 溶着溶接金属の機械的特性は、AWS A5.10 / ISO 18273 仕様の最小値によって管理されます。以下の図は、全溶接金属の試験結果を表しています。これは、制御された実験室条件下で作成された溶接溶着物で測定された特性であり、工学計算のベースラインとして機能します。
| プロパティ | ER5154 (溶接のまま) | ER5052 (溶接のまま) | ER5356 (溶接のまま) | ER4043 (溶接のまま) |
| 引張強さ | 240MPa以上 | 175MPa以上 | 260MPa以上 | 145MPa以上 |
| 耐力 (0.2%) | 130～150MPa | 95～110MPa | 145～165MPa | 70～85MPa |
| 伸び | 17 – 22% | 17 – 22% | 17 – 20% | 9～12% |
| 硬度（HB） | 60 – 68 | 45 – 55 | 65 – 75 | 35 – 45 |
| せん断強度 | 140～155MPa | 100～115MPa | 155～170MPa | 80～95MPa |
ER5154 は熱処理不可能なフィラーです。溶接後熱処理 (PWHT) は溶接金属の強度を向上させず、65°C を超える温度で粒界にベータ相 (Al3Mg2) が析出することにより耐食性が低下する可能性があります。溶接後の熱処理が必要な用途の場合は、5xxx または 4xxx シリーズの代替フィラーではなく ER5154 を指定する前に、該当する製造コードを参照してください。
どの ER5154 ワイヤーが最高の耐食性を提供しますか?
ER5154 Al-Mg合金線 の耐食性は、マグネシウム含有量と、5xxx シリーズの卑金属との溶接溶着物の電気化学的適合性から得られます。サービス環境における ER5154 の指定には、3 つの異なる腐食メカニズムが関係します。
ER5154 溶接デポジットの腐食電位は、3.5% NaCl 溶液中で約 -760 mV (SCE) であり、-740 ～ -760 mV で 5154 および 5454 母材金属とほぼ一致します。この潜在的な一致により、海水中での溶接アルミニウム構造の主要な腐食メカニズムである溶接部と HAZ の間のガルバニックカップルの形成が防止されます。比較浸漬試験では、周囲温度で継続的に浸漬された海水環境において、ER5154 の堆積物の減少が年間 0.05 mm 未満であることが示されています。
Mg が 3% を超えるアルミニウム - マグネシウム合金は、65°C ～ 175°C の温度で長期間保持すると、鋭敏化（粒界に腐食しやすいベータ相を析出させる）する可能性があります。 ER5154 は 3.1 ～ 3.9% Mg で、この感作リスク範囲の下限に位置します。持続的な高温サービスを伴うアプリケーションには、ER5052 (2.2 ～ 2.8% Mg) がより安全な代替品となります。周囲温度での海洋および化学サービスの場合、ER5154 は定格動作範囲内で感作のリスクがありません。
ASTM B117 塩水噴霧による大気暴露試験 (500 時間サイクル) では、5154 母材上の ER5154 溶接デポジットは 500 時間後にも孔食の発生を示しません。沿岸および石油化学環境からの工業用大気暴露データによると、保護コーティングなしの表面酸化速度は 0.02 mm/年未満です。この大気中での性能は、塩化物を含む工業用雰囲気において ER4043 堆積物の 3 ～ 4 倍を上回ります。
ER5154 合金ワイヤーの選び方
正しい ER5154 ワイヤ仕様を選択するには、注文前に 5 つのパラメータを溶接プロセス、母材の状態、使用環境に適合させる必要があります。
ミグ (GMAW) applications use 0.9 mm wire for material thicknesses up to 4 mm, 1.0–1.2 mm for 4–12 mm, and 1.6 mm for material above 12 mm or high-deposition-rate production welding. TIG (GTAW) rod diameters of 1.6 mm, 2.4 mm, and 3.2 mm correspond to base metal thicknesses of 1.5–4 mm, 3–8 mm, and 6–15 mm respectively. Undersized wire produces cold-lap defects on thicker sections; oversized wire on thin material causes burn-through and excessive heat input to the HAZ.
MIG 用途には光沢仕上げまたは精密層巻線を指定してください。ワイヤ表面の不均一な酸化物層により、アークが不安定になり、アルミニウムに溶接の多孔性が生じます。ワイヤは相対湿度 60% 未満で密封されたパッケージに保管する必要があります。ワイヤ表面の水分の吸収は、アルミニウムの MIG 溶接における水素ポロシティの最大の原因です。表面の変色、酸化斑点、またはスプールの損傷が見られるワイヤーは使用前に拒否してください。
熱ごとの実際の化学組成を示すミルテスト証明書 (MTC) を備えた AWS A5.10 / ASME SFA-5.10 に認定されたワイヤーが必要です。圧力容器および航空宇宙用途の場合、適用されるほとんどの製造基準に基づいて、EN ISO 18273 認証および第三者の検査文書が必要です。使用前に、証明書のロット番号がワイヤ スプールのマーキングと一致していることを確認してください。未認定または誤認されたフィラー ワイヤは、ASME、EN 1090、および AWS D1.2 製造基準の下では不適合となります。
MIG 溶接 ER5154 には、100% アルゴン シールド ガスまたは Ar/He 混合ガス (10 mm を超える材料への浸透を高めるには最大 25% のヘリウム) が必要です。ヘリウムを添加するとアーク電圧と入熱が増加します。これは重い部分では有益ですが、3 mm 未満のシート材料では有害です。 CO2 の添加はアルミニウム MIG には受け入れられません。二酸化炭素は溶融池と反応し、気孔や酸化物介在物を導入し、溶接金属の引張強度を AWS の最小要件以下に低下させます。
ER5154 が構造計算に必要な接合効率を達成していることを確認します。 5154-H32 母材 (引張強度 230 ～ 270 MPa) では、ER5154 は最小 240 MPa で突合せ溶接で 89 ～ 100% の接合効率を実現します。高強度の 5454-H34 母材 (270 ～ 305 MPa) では、接合効率は 79 ～ 89% に低下します。接合効率要件が該当する構造規格に従って 90% を超える場合は、設計上の余裕が必要になるか、ER5356 への移行が必要になる可能性があります。
