(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：４乃至１３重量％及びＣｒ：０．０５乃至０．５重量％を含有し、更にＴｉ＋Ｂ：０．０２乃至０．４（但し、Ｔｉ：０．０１乃至０．２重量％、Ｂ：０．０１乃至０．２重量％）及びＺｒ：０．０５乃至２重量％からなる群から選択された少なくとも１種以上を含有し、更にＣｅ、Ｙ、Ｌａ、及びＳｃからなる群から選択された１種以上の元素を総量で０．１乃至１．０重量％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金溶接用溶加材。
【請求項２】
Ｓｉ：４乃至１３重量％及びＣｒ：０．０５乃至０．５重量％を含有し、更にＴｉ＋Ｂ：０．０２乃至０．４（但し、Ｔｉ：０．０１乃至０．２重量％、Ｂ：０．０１乃至０．２重量％）及びＺｒ：０．０５乃至２重量％からなる群から選択された少なくとも１種以上を含有し、更にＣｅ、Ｙ、Ｌａ、及びＳｃからなる群から選択された１種以上の元素を総量で０．１乃至１．０重量％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金溶加材を使用して溶接することを特徴とするアルミニウム合金材の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム合金（本明細書において、アルミニウム合金という場合は、アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む）材の溶接に使用されるアルミニウム合金溶接用溶加材及びそれを使用した溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、自動車、鉄道車両及び船舶の輸送機等においては、燃費の向上及び高速化の要求から、より軽量な構造が採用されるようになった。そして、これらの構造材料として、軽量であることから、鉄鋼に変えて、アルミニウム合金材が使用されるようになった。これらは、概ねアルミニウム合金の板材がアウター及びインナー等の外板として、アルミニウム合金の押出形材は骨格構造、所謂フレーム構造及び衝突時の安全性を向上させるための衝撃吸収材として、またアルミニウム合金の鋳物材は押出形材による骨格構造を継手で連結するための節部としての適用が期待されている。
【０００３】
板材では、主に５０００系及び６０００系のアルミニウム合金が使用されているが、リサイクル性及びコストメリットを考慮した場合、６０００系アルミニウム合金材の方がやや優位にある。一方、押出形材は６０００系アルミニウム合金材、鋳物材は４０００系アルミニウム合金材が広く一般的に使用されている。
【０００４】
これらのアルミニウム合金材は、従来、主として、アーク溶接等による溶融溶接方法が適用されているが、これらの組合せの場合、割れ感受性等を考慮してＪＩＳ  ４０４３又はＪＩＳ  ４０４７の溶加材が用いられるのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＪＩＳ  ４０４３又はＪＩＳ  ４０４７溶加材を使用して溶接した溶接継手は、伸び及び靭性が低いため、溶接後に曲げ、捻り及び引張などによる変形を受ける部位には適用できなかった。
【０００６】
一方、アルミニウム合金の溶接では、溶接材料、溶加材表面の水分及び汚れ、シールドガス及び雰囲気中の水分などを起源とする水素が主原因となって、ポロシティ及びブローホールが発生し易いという欠点があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、延性及び靱性が優れた溶接部を得ることができ、溶接物全体の機械的性質を向上させることができ、その適用範囲を向上させることができるアルミニウム合金溶接用溶加材及びそれを使用した溶接方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアルミニウム合金溶接用溶加材は、Ｓｉ：４乃至１３重量％及びＣｒ：０．０５乃至０．５重量％を含有し、更にＴｉ＋Ｂ：０．０２乃至０．４（但し、Ｔｉ：０．０１乃至０．２重量％、Ｂ：０．０１乃至０．２重量％）及びＺｒ：０．０５乃至２重量％からなる群から選択された少なくとも１種以上を含有し、更にＣｅ、Ｙ、Ｌａ、及びＳｃからなる群から選択された１種以上の元素を総量で０．１乃至１．０重量％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明に係る溶接方法は、上記アルミニウム合金溶接用溶加材を使用して、溶接することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアルミニウム合金溶加材において、その成分添加理由及び組成限定理由について説明する。
【００１２】
Ｓｉ：４乃至１３重量％
Ｓｉは溶接金属部の湯流れ性に影響する元素であり、その含有量が１３重量％を超えると溶湯が乱れて、溶接金属部にキャビティが生じる。一方、Ｓｉが４重量％未満では、溶接金属中の湯流れ性が悪くなり、溶融金属内の空孔が溶接部外に排出しにくくなり、溶接金属内にポロシティ及びブローホールが残る。従って、Ｓｉ量は４乃至１３重量％とする。
【００１３】
Ｃｒ：０．０５乃至０．５重量％
Ｔｉ＋Ｂ：０．０２乃至０．４重量％、但し、Ｔｉ：０．０１乃至０．２重量％、Ｂ：０．０１乃至０．２重量％
Ｚｒ：０．０５乃至２重量％
Ｃｒ及びＺｒは単独で、Ｔｉ及びＢは複合添加により、材料に添加した場合、結晶粒を微細化させる効果を有する。また、これらの元素は、引張強度及び伸びを向上させる効果を有する。
【００１４】
しかし、溶接部のように、溶融と凝固とを急速に受けた部位においては、Ｃｒ、Ｚｒ、及び（Ｔｉ＋Ｂ）の単独添加では、結晶粒微細化の効果がない。このため、これらのＣｒ、Ｚｒ、及び（Ｔｉ＋Ｂ）の少なくとも２種以上を添加する。
【００１５】
また、Ｃｒ：０．０５重量％未満、（Ｔｉ＋Ｂ）：０．０２重量％未満、Ｔｉ：０．０１重量％未満、Ｂ：０．０１重量％未満、及びＺｒ：０．０５重量％未満では、いずれも結晶粒微細化の効果は少なく、添加効果が得られない。
【００１６】
一方、Ｃｒ：０．５重量％を超えた場合、（Ｔｉ＋Ｂ）：０．４重量％を超えた場合、及びＺｒ：２重量％を超えた場合は、脆化の危険性がある。
【００１７】
このため、Ｃｒ：０．０５乃至０．５重量％、Ｔｉ＋Ｂ：０．０２乃至０．４重量％（但し、Ｔｉ：０．０１乃至０．２重量％、Ｂ：０．０１乃至０．２重量％）及びＺｒ：０．０５乃至２重量％からなる群から選択された少なくとも２種以上を含有することが必要である。これにより、溶接部の延性が向上する。
【００１８】
しかし、更に厳しい変形を受ける部位を溶接する場合には、下記元素を添加することが望ましい。
【００１９】
Ｃｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｃを総量で０．１乃至１．０重量％
Ｃｅ、Ｙ、Ｌａ及びＳｃはいずれも結晶粒を微細化させる効果を有する。更に、Ｃｅ，Ｙ，Ｌａ，Ｓｃは水素と化合して水素化合物を作りやすく、ポロシティ及びブローホールの発生を防止するのに効果的である。これらの元素が総量で０．１重量％未満では、その効果が少なく、１．０重量％を超えると、脆化を引き起こすことがある。このため、これらの元素を添加する場合は、総量で０．１乃至１．０重量％とする。これらの元素を添加した溶加材を用いることで、溶接金属内の結晶粒微細化を更に一層促進することができる。このため、本発明の溶加材を著しい変形を受ける部位の溶接に使用することができる。
【００２０】
アルミニウム材の溶接に適用する溶接方法は、溶融溶接であれば、ＭＩＧ、ＴＩＧ、レーザ又は電子ビーム等いずれの溶接方法を使用しても良い。また、その溶接条件、例えば、出力又は電流、溶接速度等の溶接条件は使用する加工機の種類、被加工部材の厚さ及び形状などに従って選定すればよい。より効果的な結晶粒微細化のためには、本発明による溶加材を使用して１０４Ｗ／ｃｍ２以上の高パワー密度が得られるレーザ溶接又は電子ビーム溶接方法を使用することが望ましい。更に、溶接態様は、突き合わせ溶接及び重ね溶接等、接合する部位に応じて適切な溶接態様を選定すればよく、本発明はいずれの継手にも適用できる。
【００２１】
本発明の溶加材を使用して溶接するアルミニウム合金材としては、一般にＪＩＳ  ４０４３及びＪＩＳ  ４０４７の溶加材の適用が推奨されている組合せであれば良く、その他のアルミニウム合金材も溶接することができる。また、アルミニウム合金材の形態としては、板材、押出形材及び鋳鍛材のいずれの組合せでも良い。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例についてその特性を比較例と比較して説明する。溶接条件としては、溶接方法：ＭＩＧ溶接、供試材：ＪＩＳ  Ａ６０６３の合金組成を有する板材、板厚：２ｍｍ、シールドガスの種類：Ａｒガス、その流量：毎分１５リットル、溶接方法：突合せ溶接、溶接長：３００ｍｍ、供試材の突合わせ端面の開先：Ｉ開先とした。
【００２３】
ＭＩＧ溶接条件は、溶接電流：１２０乃至１３０Ａ、溶接電圧：２０Ｖ、溶接速度を８０ｃｐｍとした。
【００２４】
供試材を２枚１組で突き合わせ態様で組み合わせた後、下記表１及び２に示す組成を有する溶加材を使用して、前述の溶接条件で両者を突き合わせ溶接により接合した。
【００２５】
次いで、得られた継手の溶接金属部に対して、伸び、曲げ、ポロシティ欠陥発生状況及び割れ欠陥発生状況を評価した。これらの評価結果を下記表３及び４に示す。
【００２６】
伸びは、ＪＩＳ  Ｚ２２０１  ５号試験片で、引張方向と直角になる方向の中心線に溶接線を配置し、評点距離は５０ｍｍとしてその伸びを測定した。曲げ性能は、長さ２００ｍｍ、幅４０ｍｍの試験片で、曲げに対して垂直方向の中心線に溶接線を配置して、曲げＲを６〜２０ｍｍに種々変えて１８０度曲げ試験を実施し、溶接金属部表面の亀裂発生限界を測定した。ポロシティ欠陥及び割れ欠陥の測定においては、放射線透過試験を実施した。
【００２７】
なお、評価について、同材料をＪＩＳ  ４０４３又はＪＩＳ  ４０４７を用いてレーザ溶接した継手で、各特性値が優れていた方の値を基準値として設定し、その値より劣っているものは×、同等のものは△、優れているものは○、著しく優れているものは◎で示した。
【００２８】
この結果、実施例１乃至４では、溶加材の組成が本発明の範囲内であり、全ての評価結果が優れたものとなった。これに対し、比較例５乃至１６は、伸び、曲げ、ポロシティ欠陥が若干劣り、比較例１７乃至３９は、延び又は曲げ性が不十分であり、ポロシティ欠陥又は割れ欠陥が存在するものであった。
【００２９】
【表１】
0003592052.tif 000002
【００３０】
【表２】
0003592052.tif 000003
【００３１】
【表３】
0003592052.tif 000004
【００３２】
【表４】
0003592052.tif 000005
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明に係るアルミニウム合金溶接用溶加材によれば、延性及び靭性が優れたアルミニウム合金の溶接部を得ることができ、高品位な溶接部を形成することができると共に、構造全体の機械的性能を向上させることができ、このため、本発明によりアルミニウム合金材の適用範囲を拡大でき、アルミニウム合金材による軽量化のメリットを広範囲の技術分野に適用していくことができる。このため、本発明は、軽量化が要求される分野に多大の貢献をなす。