鋳造アルミニウムを溶接する方法: テクニック、準備、よくある間違い

はい、鋳造アルミニウムは溶接できますが、慎重な準備、適切なプロセス、そしてなぜ鍛造アルミニウムと異なる動作をするのかを理解する必要があります。最も信頼性の高い方法は、交流電流による TIG 溶接 (GTAW) です。 ER4043 または ER5356 完全に洗浄し、部品を 150 ～ 230°C (300 ～ 450°F) に予熱した後、フィラー ワイヤを取り付けます。これらの手順を省略すると、亀裂、多孔性、または不完全な融合が発生する危険があります。

鋳造アルミニウムが鍛錬アルミニウムよりも溶接が難しい理由

鋳造アルミニウム合金には高レベルのシリコン (一部のダイカスト グレードでは最大 12%) が含まれており、多くの場合、元の鋳造プロセスで閉じ込められたガス、酸化物含有物、および内部多孔性があります。熱を加えると、閉じ込められたガスが膨張して溶接池を通って逃げ、気泡やボイドが発生します。また、不均一な結晶粒構造により、材料は熱影響部 (HAZ) 付近で熱割れが発生しやすくなります。

一般的な鋳造アルミニウム合金には次のようなものがあります。

• A356 / 356.0 — シリンダーヘッド、インテークマニホールド (最も溶接可能)
• A380 — ダイカストハウジング、ブラケット (非常に困難、亜鉛含有量が高い)
• 319 — エンジンブロック (中程度の難易度)
• 535 — 海洋部品 (溶接可能、高マグネシウム)

正確な合金がわからない場合は、それを難しい仕事として扱い、より多くの準備作業を怠ってください。

アークを描く前の重要な準備

鋳造アルミニウム溶接を成功させるには、準備が約 80% を占めます。不十分な準備が溶接が失敗する主な原因です。

ステップ 1 — 汚染を特定して除去する

熱を加える前に、オイル、グリース、塗料、古いガスケット材料を除去する必要があります。糸くずの出ない布にアセトンまたは専用のアルミニウム クリーナーを使用します。石油系溶剤は使用しないでください。残留物が残ります。エンジン部品の場合、専門店では、高温のタンクに浸すか、アルミニウムに安全な脱脂剤を使用した部品洗浄機で洗浄するのが標準的な方法です。

ステップ 2 — 酸化層の機械的洗浄

アルミニウムは、空気に触れるとほぼ瞬時に酸化アルミニウム層 (Al₂O₃) を形成します。この酸化物の融点は約 2,050°C で、アルミニウム自体の融点 660°C よりもはるかに高くなります。その上に溶接すると、酸化物が融着を防ぎます。溶接の直前に、専用のステンレス鋼ワイヤー ブラシを使用して (鋼には決して使用しないでください。アルミニウムを汚染します)。アングル グラインダーの 80 グリットのフラップ ディスクも、より広い領域に適しています。

ステップ 3 — 亀裂を V 溝または面取りする

亀裂の場合は、V 溝全体を研削するかルート加工して、金属をきれいにして健全な状態にします。溝は上部で少なくとも 3 ～ 4 mm の幅があり、亀裂の完全な深さに達する必要があります。熱によって亀裂が継続するのを防ぐために、各亀裂の端に 3 ～ 4 mm のストップドリル穴を開けます。ストップドリリングを省略すると、溶接中に亀裂が見える範囲を超えて 10 ～ 15 mm まで広がることがよくあります。

ステップ 4 — パーツを予熱する

予熱により熱衝撃が軽減され、湿気が追い出されます。オーブン、ヒートガン、またはプロパン トーチを使用して、部品を 150 ～ 230°C (300 ～ 450°F) まで加熱します。接触温度計または温度指示棒 (Tempilstik) を使用して温度を確認します。 6 mm 未満の薄肉鋳物の場合は、この範囲の下限 (150°C) で十分です。エンジンブロックなどの厚いパーツはハイエンドの恩恵を受けます。 260°C を超えないようにしてください。これを超えると、合金によっては強度が永久に失われ始めます。

適切な溶接プロセスの選択

割れたマニホールド、壊れたブラケット、損傷した鋳物などの修理作業の大部分には、AC を使用した TIG 溶接が最適な選択肢です。機械を高周波始動の AC に設定し、100% アルゴン シールド ガスを 10 ～ 15 L/min で使用し、純タングステンまたはジルコン処理タングステン電極 (鋼に使用されるトリア処理タイプではない) を選択します。

正しいフィラーワイヤーの選択

2 つのフィラー合金でほとんどの鋳造アルミニウム作業をカバーします。

• ER4043 (シリコン4%) — 鋳造アルミニウムの最も一般的な選択肢です。流れが良く、ひび割れを最小限に抑え、寛容です。エンジン部品、ハウジング、未知の合金に使用します。
• ER5356 (マグネシウム5%) — より強くて硬いですが、高シリコン鋳物では熱割れが発生しやすくなります。溶接後の強度が優先され、ベース合金に互換性があることがわかっている場合に使用します (例: 535 または 5xxx シリーズの鋳物)。

フィラーの直径は通常、材料の厚さに一致する必要があります。最大 4 mm の部分には 1.6 mm ワイヤ、4 ～ 8 mm には 2.4 mm、それより重い部分には 3.2 mm のワイヤが使用されます。

鋳造アルミニウムの TIG 溶接: 設定とテクニック

設定を正しく行うことが重要です。これらを開始点として使用し、特定の機械と材料の厚さに合わせて調整します。

• 電流の種類：AC（交流）
• アンペア数: 厚さ 0.025 mm (0.001 インチ) あたり約 1 アンペア - したがって、6 mm の鋳造品にはピークで約 240 アンペアが必要です。
• AC 周波数: 80 ～ 120 Hz (周波数が高いほど、より狭く、より集中したアークが生成されます)
• AC バランス: 65 ～ 70% 電極マイナス (EN) — これにより、タングステンを過熱することなく酸化物が洗浄されます。
• シールドガス: 100% アルゴン、10 ～ 15 L/min
• タングステン: 2 ～ 3 mm の純粋 (緑色) またはジルコニア処理された、ボール状の先端 (AC 上)

移動速度を一定に保ち、一箇所での熱の蓄積を避けるために十分な速さで移動します。水たまりの動きが鈍くなったり、周囲の金属が過度に変色したりしている場合は、一時停止して部品が予熱温度まで冷えるのを待ちます。同じラインに複数のパスを重ねるのではなく、幅の広い溝で前後のウィービング動作を使用します。

溶接後の処理

溶接が完了したら、部品を水で急冷したり、圧縮空気で急冷したりしないでください。静止空気中でゆっくりと冷却するか、溶接ブランケットで包み、冷却速度を遅くします。急冷すると熱応力が再導入され、溶接部や隣接する鋳物に亀裂が生じる可能性があります。

冷却後、染料浸透剤 (PT) で溶接部を検査し、表面亀裂がないか確認します。圧力がかかる部品 (冷却液通路、燃料システム) については、部品を使用に戻す前に、1.5 倍の作動圧力で圧力テストを行うことをお勧めします。

溶接後に鋳物を機械加工する場合は、仕上げカットを行う前に残留応力が再分散されるように、24 時間放置してください。

鋳造アルミニウムの溶接失敗の一般的な原因

• 気孔率 — ほとんどの場合、湿気、汚染、または不十分なガス被覆が原因で発生します。ベースメタルが完全に乾いていることを確認し、フィラーワイヤーをアセトンで洗浄し、シールドガスを乱すドラフトがないか確認します。
• 熱間割れ — 溶接池が引張応力下で凝固するときに発生します。可能であれば成形品の拘束を減らし、ER4043 (亀裂耐性が高い) を使用し、冷却を遅くします。
• 融合の欠如 — 通常、加熱が不十分であるか、酸化層が除去されていないことが原因で発生します。アンペア数をわずかに増やして、接合部を再洗浄します。
• バーンスルー — 3 mm 未満の薄いセクションで最も一般的な問題です。バッキングバー (ジョイントの後ろにある銅またはステンレスのバッキングプレートが熱を放散します) を使用し、アンペア数を減らします。

溶接が適切な選択肢ではない場合

一部の鋳造アルミニウム合金、特に A380 のような高亜鉛ダイカスト グレードは、従来の方法では本質的に溶接できません。亜鉛の含有量により、技術に関係なく、深刻な熱間亀裂や多孔が発生します。このような場合は、次のことを考慮してください。

• アルミニウムのろう付けまたははんだ付け — 450°C 未満の温度での外観修理または低応力修理の場合
• メタルステッチ（本縫い） — 金属ピンとプラグを連結して使用するコールドリペア技術。熱は必要なく、元の合金の特性を維持します。
• エポキシ補修剤 — JB Weld KwikWeld や Belzona 1111 など、圧力と温度が低い非構造物の修理に適しています
• 交換用鋳物 — 元の鋳物が著しく劣化しているか構造的に損傷している場合