(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材であって、
AZX911合金の圧延板材の被溶接材が、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材によってTIG溶接されていること、
を特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材。
【請求項２】
カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材であって、
AMX602合金の圧延板材の被溶接材が、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材によってTIG溶接されていること、
を特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材。
【請求項３】
カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材であって、
AZX612合金の圧延板材の被溶接材が、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材によってTIG溶接されていること、
を特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材。
【請求項４】
カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材の製造方法であって、
AZX911合金の圧延板材の被溶接材を、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材によってTIG溶接する溶接工程を含むこと、
を特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材の製造方法。
【請求項５】
カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材の製造方法であって、
AMX602合金の圧延板材の被溶接材を、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材によってTIG溶接する溶接工程を含むこと、
を特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材の製造方法。
【請求項６】
カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材の製造方法であって、
AZX612合金の圧延板材の被溶接材を、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材によってTIG溶接する溶接工程を含むこと、
を特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の難燃性マグネシウム合金の溶接材を備える鉄道車両の構体。
【請求項８】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の難燃性マグネシウム合金の溶接材を備える交通輸送手段の構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材とその製造方法、鉄道車両の構体及び交通輸送手段の構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高速車両構体では、アルミニウム材料の特性向上のためCu(銅)、Mg(マグネシウム)、Si(ケイ素)、Zn(亜鉛)などの元素をアルミニウムに添加したアルミニウム合金が使用されている。このようなアルミニウム合金材は、押し出し性、中強度、溶接性に優れているとともに、比重が軽いため軽量化の高まりとともに鉄道車両への使用が進んでいる。従来のアルミニウム合金は、ケイ素を0.1〜0.9質量％、マグネシウムを0.7〜1.6質量％含有する（例えば、特許文献１参照）。このような従来のアルミニウム合金では、結晶粒が微細化されていなくても十分な強度を得ることができ、延性を向上させることができる。
【０００３】
従来の高速車両構体では、アルミニウム合金製車両の構体重量をさらに軽減化するために、アルミニウム合金よりも軽量な金属材料であるマグネシウム合金の使用が検討されている。従来のマグネシウム合金は、所定の配向性を満たし、アルミニウムを5.0〜12.0質量％含有する（例えば、特許文献２参照）。このような従来のマグネシウム合金では、肉厚で機械的特性に優れ、耐食性及び耐肌荒れ性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004-332112号公報
【０００５】
【特許文献２】特開2012-172255号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在の鉄道車両は、溶接組立であるために溶接技術が求められている。従来のマグネシウム合金製車両では、難燃性マグネシウム合金を車両構体に適用する場合には、溶接技術が合金開発や加工技術の他に必要となる。しかし、難燃性マグネシウム合金の溶接技術については検討されていない。
【０００７】
この発明の課題は、難燃性マグネシウム合金を簡単な溶接手法によって溶接することができる難燃性マグネシウム合金の溶接材とその製造方法、鉄道車両の構体及び交通輸送手段の構体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１〜図３及び図５に示すように、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材であって、AZX911合金の圧延板材の被溶接材（３ａ）が、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材（５ａ）によってTIG溶接されていることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材（３）である。
【０００９】
請求項２の発明は、図１〜図３及び図５に示すように、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材であって、AMX602合金の圧延板材の被溶接材（３ａ）が、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材（５ａ）によってTIG溶接されていることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材（３）である。
【００１０】
請求項３の発明は、図１〜図３及び図５に示すように、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材であって、AZX612合金の圧延板材の被溶接材（３ａ）が、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材（５ａ）によってTIG溶接されていることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材（３）である。
【００１１】
請求項４の発明は、図２〜図５に示すように、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材の製造方法であって、AZX911合金の圧延板材の被溶接材（３ａ）を、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材（５ａ）によってTIG溶接する溶接工程（＃１５０）を含むことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材の製造方法（＃１００）である。
【００１２】
請求項５の発明は、図２〜図５に示すように、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材の製造方法であって、AMX602合金の圧延板材の被溶接材（３ａ）を、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材（５ａ）によってTIG溶接する溶接工程（＃１５０）を含むことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材の製造方法（＃１００）である。
【００１３】
請求項６の発明は、図２〜図５に示すように、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金を溶接した溶接材の製造方法であって、AZX612合金の圧延板材の被溶接材（３ａ）を、この被溶接材とは異種のAZX912合金の溶加材（５ａ）によってTIG溶接する溶接工程（＃１５０）を含むことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の溶接材の製造方法（＃１００）である。
【００１４】
請求項７の発明は、図１に示すように、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の難燃性マグネシウム合金の溶接材を備える鉄道車両（１）の構体（２）である。
【００１５】
請求項８の発明は、図１に示すように、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の難燃性マグネシウム合金の溶接材を備える交通輸送手段（１）の構体（２）である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、難燃性マグネシウム合金を簡単な溶接手法によって溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の押出形材を備える交通輸送手段の構体の一部を破断して示す斜視図である。
【図２】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の溶接材の縦断面図である。
【図３】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の溶接材を骨組と組み合わせた状態を示す外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。
【図４】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の溶接材の製造方法の工程図である。
【図５】この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の溶接材の製造に使用される溶接装置を模式的に示す構成図である。
【図６】この発明の実施例に係るAZX911合金の被溶接材を異種のAZX912合金の溶接棒によって溶接したときの継手部の外観を示す写真であり、（Ａ）は継手部の表面の写真であり、（Ｂ）は継手部の裏面の写真である。
【図７】この発明の実施例に係るAZX911合金の被溶接材を同種のAZX911合金の溶接棒によって溶接したときの継手部の外観を示す写真であり、（Ａ）は継手部の表面の写真であり、（Ｂ）は継手部の裏面の写真である。
【図８】この発明の実施例に係るAZX911合金の被溶接材を異種のAZX912合金の溶接棒によって溶接したときの継手部の外観を示す写真であり、（Ａ）はACで溶接したときの継手部の表面の写真であり、（Ｂ）はAC/DCで溶接したときの継手部の表面の写真である。
【図９】この発明の実施例に係るAMX602合金の被溶接材を異種のAZX912合金の溶接棒によって溶接したときの継手部の外観を示す写真であり、（Ａ）はACで溶接したときの継手部の表面の写真であり、（Ｂ）はAC/DCで溶接したときの継手部の表面の写真である。
【図１０】この発明の実施例に係るAZX612合金の被溶接材を異種のAZX912合金の溶接棒によって溶接したときの継手部の外観を示す写真であり、（Ａ）はACで溶接したときの継手部の表面の写真であり、（Ｂ）はAC/DCで溶接したときの継手部の表面の写真である。
【図１１】この発明の実施例に係るAZX612合金の溶接条件を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１に示す交通輸送手段１は、電車又は気動車などの鉄道車両である。構体２は、交通輸送手段１の主構造である。構体２は、図１に示すように、乗客又は貨物などの重量を支持し車体の床部分又は台枠を構成する床構え２ａと、この床構え２ａの両縁に固定され車体の側面部分を構成する一対の側構え２ｂ，２ｃと、この一対の側構え２ｂ，２ｃの上縁に固定され車体の屋根部分を構成する屋根構え２ｄと、車両の両端部分を構成する図示しない妻構えなどを備えている。構体２は、図１〜図３に示す外板３と、図１及び図３に示す骨組４などから構成されている。構体２は、骨組４の一部を外板３と一体化させることによって骨組４の簡素化及び製造工程の簡略化を実現するとともに、軽量かつ低コストな構造を実現したシングルスキン構体である。
【００１９】
図１〜図３に示す外板３は、構体２の車外側の板部分を構成する部材である。外板３は、図１に示す構体２の側構え２ｂ，２ｃ部分を主として構成する。図１〜図３に示す外板３は、カルシウムを含有する難燃性マグネシウム合金の溶接材である。外板３は、素材特性としての難燃性を確保するために製造時にマグネシウムにカルシウムが添加されている。外板３は、図２に示すように、板状部３ａと、開先部３ｂと、接合部３ｃなどを備えている。図１及び図２に示す外板３は、厚さが10mmを超えると軽量化を図ることができず、2mmを下回ると強度が不足するため、厚さを2mm以上10mm以下にすることが好ましい。
【００２０】
図２に示す板状部３ａは、外板３の本体を構成する部分である。板状部３ａは、互いに平行な平坦な表面を備えている。開先部３ｂは、板状部３ａ同士を溶接するためにこの板状部３ａの溶接面に形成する溝部である。開先部３ｂは、板状部３ａの長さ方向の両端部にこの板状部３ａの表面と直交して形成されたＩ形開先であり、板状部３ａと一体に形成されている。接合部３ｃは、板状部３ａ同士を接合した部分である。接合部３ｃは、板状部３ａの端部同士を開先部３ｂで突き合せて溶接し形成された継手部（溶接継手）である。接合部３ｃは、板状部３ａの長さ方向と直交する方向に間隔をあけて形成されている。
【００２１】
外板３は、アルゴン又はヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で電極と被溶接材（母材）との間にアークを発生させ、被溶接材を溶融して溶接するTIG溶接 (Tungsten inert gas arc welding) 法によって溶接されている、外板３は、TIG溶接法によって端部同士（接合面同士）が接合されて構体２に組み込まれる。
【００２２】
難燃性マグネシウム合金は、例えば、Mg-Al-Zn-Ca合金又はMg-Al-Mn-Ca合金が好ましい。このような難燃性マグネシウム合金としては、AZX311(Mg-3Al-Zn-Ca)、AMX602(Mg-6Al-Mn-2Ca)、AZX611(Mg-6Al-Zn-Ca)、AZX612(Mg-6Al-Zn-2Ca) 又はAZX911(Mg-9Al-Zn-Ca)が好ましい。難燃性マグネシウム合金は、カルシウムの含有量が0.5mass%未満であると十分な難燃性の効果を発揮することができず、2.5mass%を超えると難燃性が飽和し圧延等の加工が困難になるため、カルシウムを0.5mass%以上2.5mass%以下含有することが好ましい。
【００２３】
難燃性マグネシウム合金は、アルミニウムの含有量が2.0mass%未満であると強度が低下し、10.0mass%を超えると金属間化合物の量が増加して加工性が低下するため、アルミニウムを2.0mass%以上10.0mass%以下含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、亜鉛の含有量が0.1mass%未満であると耐食性、鋳造性、塑性加工性が低下し、1.5mass%を超えるとアーク溶接性が悪くなる他、耐食性や鋳造性に効果が少なくなるため、亜鉛を0.1mass%以上1.5mass%以下含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、マンガンの含有量が0.1mass%未満であると耐食性と鋳造性が悪くなり、1.5mass%を超えると加工性が低下するため、マンガンを0.1mass%以上1.5mass%以下含有することが好ましい。
【００２４】
難燃性マグネシウム合金は、ケイ素の含有量が0.1mass%を超えると不純物として強度に影響を及ぼすため、ケイ素を0.01mass%以上0.1mass%以下含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、鉄の含有量が0.004mass%以上であると耐食性の問題があるため、鉄を0.004mass%未満含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、銅の含有量が0.025mass%以上であると耐食性の問題があるため、銅を0.025mass%未満含有することが好ましい。難燃性マグネシウム合金は、ニッケルの含有量が0.014mass%以上になると耐食性及び溶接性の問題があるため、ニッケルの含有量を0.014mass%未満含有することが好ましい。
【００２５】
図１及び図３に示す骨組４は、外板３と組み合わせて構体２を構成する主要部材である。骨組４は、外板３と直交するように外板３の内側（車内側）に配置されており、外板３の長さ方向に所定の間隔をあけて配置されている。骨組４は、断面形状が略Ｕ字状に形成されている。骨組４は、例えば、外板３と同様の難燃性マグネシウム合金を押出法によって成形した押出形材、又は難燃性マグネシウム合金をプレス成形法によって成形した形材である。骨組４には、この骨組４の上端面に内装材などが取り付けられる。
【００２６】
次に、この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の溶接材の製造方法について説明する。
図４に示す製造方法＃１００は、図１〜図３に示す難燃性を有するマグネシウム合金の溶接材を製造する方法であり、加熱溶解工程＃１１０と、鋳造工程＃１２０と、均質化処理工程＃１３０と、圧延工程＃１４０と、溶接工程＃１５０などを含む。
【００２７】
加熱溶解工程＃１１０は、マグネシウム合金とカルシウムとを加熱溶解する工程である。加熱溶解工程＃１１０では、Mg-Al-Zn系のマグネシウム合金とカルシウム、又はMg-Al-Mn系のマグネシウム合金とカルシウムとを真空又はアルゴンガス雰囲気化で600〜750℃の範囲内で加熱溶解する。
【００２８】
鋳造工程＃１２０は、加熱溶解工程＃１１０後の難燃性マグネシウム合金の溶融金属を鋳造する工程である。鋳造工程＃１２０では、加熱溶解工程＃１１０後の難燃性マグネシウム合金の溶融金属を塑性加工するために、所定の形状及び寸法の難燃性マグネシウム合金の鋳塊（金属塊）に鋳造した後に、この難燃性マグネシウム合金の鋳塊を分塊圧延して、正方形又は丸型断面の小型の難燃性マグネシウム合金の鋼片（鋳造ビレット）に加工する。
【００２９】
均質化処理工程＃１３０は、鋳造工程＃１２０後の難燃性マグネシウム合金の金属材料の合金元素がこの金属材料中に均質に分布するように、この金属材料を所定の温度に加熱して一定時間保持する工程である。均質化処理工程＃１３０では、鋳造工程＃１２０後の難燃性マグネシウム合金の鋼片を一度200℃で36時間の均質加熱（均質化処理）を行う。均質化処理工程＃１３０では、難燃性マグネシウム合金の鋼片の均質加熱温度が150℃未満であると均質不十分の問題があり、200℃を超えると結晶粒粗大化の問題があるため、均質加熱温度を150℃以上200℃以下で均質化処理することが好ましい。また、均質化処理工程＃１３０では、難燃性マグネシウム合金の鋼片の均質加熱時間が30時間未満であると均質不十分及び合金元素の偏析の問題があり、45時間を超えると結晶粒粗大化の問題があるため、均質加熱温度を30時間以上45時間以下で均質化処理することが好ましい。
【００３０】
圧延工程＃１４０は、均質化処理工程＃１３０後の難燃性マグネシウム合金を圧延加工して素形材を製造する工程である。圧延工程＃１４０では、難燃性マグネシウム合金の圧延温度が200℃未満であると圧延時に割れが発生し、350℃を超えると結晶粒が再結晶化して柔らかくなるため、圧延温度を200℃以上350℃以下で圧延加工することが好ましい。また、圧延工程＃１４０では、難燃性マグネシウム合金の圧下率が60%未満であると欠陥が発生し、80%を超えると割れが発生するため、圧下率を60%以上80%以下で圧延加工することが好ましい。
【００３１】
図５に示す溶接装置５は、被溶接材をTIG溶接法によって溶接する装置である。溶接装置５は、溶接作業中に付加される金属材料である溶加材（溶接棒）５ａと、イナートガスを噴出するガスノズル部５ｂと、このガスノズル部５ｂとタングステン電極５ｄとの間の隙間にイナートガスを供給するガス供給部５ｃと、被溶接材（母材）との間にアークを発生させる非消耗のタングステン電極５ｄと、このタングステン電極５ｄを保持する電導体５ｅと、電導体５ｅと外板３との間に電力を供給する電源部５ｆと、ガスノズル部５ｂ、タングステン電極５ｄ及び電導体５ｅが一体化された溶接トーチ部５ｇと、この溶接トーチ部５ｇを支持するトーチハンドル部５ｈなどを備えている。溶接装置５は、被溶接材とタングステン電極５ｄとの間にアークを発生させて、被溶接材と溶加材５ａとをこのアークによる熱によって溶融し、ガスノズル部５ｂから噴出するイナートガスによってアークと溶融池とをシールドして溶融池の酸化及び窒化を防ぐ。
【００３２】
図４に示す溶接工程＃１５０は、難燃性マグネシウム合金をTIG溶接法によって溶接する工程である。溶接工程＃１５０では、Mg-Al-Zn-Ca合金又はMg-Al-Mn-Ca合金をTIG溶接法によって溶接する。溶接工程＃１５０では、溶接装置５のトーチハンドル部５ｈを作業者が把持した状態で、被溶接材である外板３の開先部３ｂに沿って溶接トーチ部５ｇを作業者が移動させることによって、外板３同士を接合部３ｃで溶接する。溶接工程＃１５０では、溶接速度が150mm/min未満であってアーク電流が90A未満であると溶け込み不良の問題があり、溶接速度が250mm/minを超えてアーク電流も140Aを超えると高温割れの問題があるため、溶接速度を150mm/min以上250mm/min以下、アーク電流を90A以上140A以下で溶接することが好ましい。
【００３３】
この発明の実施形態に係る難燃性マグネシウム合金の溶接材とその製造方法には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金をTIG溶接法によって溶接している。また、この実施形態では、溶接工程＃１５０において難燃性マグネシウム合金をTIG溶接法によって溶接する。このため、簡単な溶接方法によって難燃性マグネシウム合金のを溶接することができる。また、難燃性マグネシウム合金のをTIG溶接法によって溶接した溶接材によって鉄道車両の構体２を製造し、鉄道車両の軽量化を図ることができる。さらに、難燃性マグネシウム合金の外板３が損傷したときに、損傷個所を簡単に溶接して短時間で補修することができる。
【００３４】
(2) この実施形態では、難燃性マグネシウム合金がMg-Al-Zn-Ca合金又はMg-Al-Mn-Ca合金である。このため、従来のアルミニウム合金に比べて難燃性を向上させることができる。
【実施例】
【００３５】
次に、この発明の実施例について説明する。
（被溶接材と溶接棒との影響）
被溶接材と溶接棒とが溶接後の溶接材に与える影響を確認するために、被溶接材と溶接棒とが同種の場合と異種の場合とについてそれぞれTIG溶接を実施し、溶接後の溶接材の溶接状態を確認するとともに、溶接後の溶接材について引張試験を実施した。
【００３６】
【表１】
0006602697.tif 000002
【００３７】
（実施例１）
実施例１は、表１に示す化学成分の難燃性マグネシウム合金であるAZX911(Mg-9Al-Zn-Ca)合金の圧延板材の被溶接材を、この被溶接材と異種の表１に示す化学成分の難燃性マグネシウム合金であるAZX912(Mg-9Al-Zn-2Ca)合金の溶接棒によってTIG溶接した溶接材である。溶接棒は、木ノ本伸線株式会社製  形式KZX9230  直径3mmを使用した。先ず、マグネシウムにアルミニウムを9.144mass%、亜鉛を0.705mass%含有するマグネシウム合金を電気炉によって加熱温度780℃で加熱し、マグネシウム合金を溶融させた後にカルシウムを0.964mass%添加して鋳造しビレットを作製した。次に、このビレットを350℃で16時間の均質加熱（均質化処理）し、200℃、圧下率70％で圧延して、長さ500mm×幅400mm×厚さ3mmの圧延板材の被溶接材を作製した。次に、溶接操作を１回実施するビード溶接によって、この被溶接材２枚の端部同士（幅部分同士）を溶接して１枚の溶接材を作製した。
【００３８】
溶接条件は、シールドガスに純Arガスを15L/min供給して、Ｉ形開先突合せ（ギャップ(ルート間隔)0mm)で溶接速度200mm/min、アーク電流110A（交流電源）によってTIG溶接した。溶接後の溶接材の継手部を観察したところ、図６に示すように継手部に均一な溶け込みが認められ反りもなく、継手部の表面から裏面まで溶接されており、良好な溶接結果が得られた。
【００３９】
（実施例２）
実施例２は、表１に示す化学成分の難燃性マグネシウム合金であるAZX911(Mg-9Al-Zn-Ca)合金の圧延板材の被溶接材を、この圧延板材と同種の難燃性マグネシウム合金であるAZX911合金の溶接棒によってTIG溶接した溶接材である。溶接棒は、木ノ本伸線株式会社製  形式KZX9130  直径3mmを使用した。実施例１と同様の製造方法によって圧延板材の被溶接材を作製し、この被溶接材２枚を実施例１と同様のビード溶接によって１枚の溶接材に溶接した。
【００４０】
溶接条件は、実施例１と同じである。溶接後の溶接材の継手部の外観を観察したところ、図７に示すように継手部に均一な溶け込みが認められ反りもなく、溶接材の裏面まで溶接されており、溶接材と溶接棒とが異種の組み合わせであっても、良好な溶接結果が得られた。
【００４１】
（引張試験結果）
【００４２】
【表２】
0006602697.tif 000003
【００４３】
次に、実施例１，２に係る溶接材について引張試験装置（インストロン社製万能試験機 Model 4206）を使用してJIS Z 2241の規定に従って引張試験を実施し、表２に示す引張強さ及び継手効率を測定した。ここで、表２に示す「ビード仕上無」は、ビード溶接によって形成される溶接部分をグラインダによって削正しなかった溶接材であり、「ビード仕上有」は、ビード溶接によって形成される溶接部分をグラインダによって削正した溶接材である。継手効率は、溶接後の溶接材の引張強さを母材（被溶接材）の引張強さで割った値である。表２に示すように、実施例１，２は継手効率が73〜76%であり、合金種及び溶接棒に関わらず溶接が可能であることが確認された。また、実施例１，２については、ビード仕上有のほうがビード仕上無に比べて継手効率が高くなることが確認された。さらに、被溶接材と溶接棒とが異種である実施例１については、被溶接材と溶接棒とが同種である実施例２に比べて継手効率が優れていることが確認された。
【００４４】
（被溶接材と溶接手法との検討）
次に、被溶接材の溶接手法を検討するために、AC及びAC/DCのアーク電流でTIG溶接を実施し、溶接後の溶接材の溶接状態を確認するとともに、溶接後の溶接材について引張試験を実施した。
【００４５】
（実施例３）
実施例３は、表１に示す実施例１と同様のAZX911(Mg-9Al-Zn-Ca)合金の圧延板材の被溶接材を、この被溶接材と異種の表１に示すAZX912(Mg-9Al-Zn-2Ca)合金の溶接棒によってアーク電流をAC及びAC/DCでTIG溶接した溶接材である。溶接棒は、実施例１と同じ製品を使用した。ここで、ACは、TIG溶接時のアーク電流が交流波形である場合である。AC/DCは、TIG溶接時のアーク電流の電源が交流波形と直流波形とを所定の周期で組み合わせた場合である。
【００４６】
溶接条件は、シールドガスに純Arガスを15L/min供給して、Ｉ形開先突合せ（ギャップ(ルート間隔)0mm)で溶接速度190mm/min(3.4mm/s)、アーク電流（溶接電流）110A(AC)及び110A(AC/DC 20Hz)によってTIG溶接した。溶接後の溶接材の継手部の外観を観察したところ、図８に示すように溶接電流がAC及びAC/DCのいずれの場合についても、継手部に均一な溶け込みが認められ反りもなく、継手部の表面から裏面まで溶接されており、良好な溶接結果が得られた。
【００４７】
【表３】
0006602697.tif 000004
【００４８】
（実施例４）
実施例４は、表３に示す化学成分の難燃性マグネシウム合金であるAMX602(Mg-6Al-Mn-2Ca)合金の圧延板材の被溶接材を、この被溶接材と異種の表１に示す化学成分の難燃性マグネシウム合金であるAZX912(Mg-9Al-Zn-2Ca)合金の溶接棒によってTIG溶接した溶接継手である。溶接棒は、実施例１と同様の製品を使用した。先ず、マグネシウムにアルミニウムを5.6mass%、マンガンを0.27mass%含有するマグネシウム合金を電気炉によって加熱温度780℃で加熱し、マグネシウム合金を溶融させた後にカルシウムを2.2mass%添加して鋳造しビレットを作製した。次に、このビレットを350℃で16時間の均質加熱（均質化処理）し、200℃、圧下率70％で圧延して、長さ500mm×幅400mm×厚さ3mmの圧延板材の溶接材を作製した。次に、溶接操作を１回実施するビード溶接によって、この被溶接材２枚の端部同士（幅部分同士）を溶接して１枚の溶接材を作製した。溶接条件は、実施例３と同じである。その結果、実施例４に係る溶接継手は、図９に示すように、溶接電流がAC及びAC/DCのいずれの場合についても、継手部に均一な溶け込みが認められ反りもなく、溶接継手の表面から裏面まで溶接されており、良好な溶接結果が得られた。
【００４９】
（実施例５）
実施例５は、表３に示す化学成分の難燃性マグネシウム合金であるAZX612(Mg-6Al-Zn-2Ca)合金の圧延板材の被溶接材を、この被溶接材と異種の表１に示す化学成分のAZX912(Mg-9Al-Zn-2Ca)合金の溶接棒によってTIG溶接した溶接材である。溶接棒は、実施例１と同様の製品を使用した。先ず、マグネシウムにアルミニウムを6.1mass%、亜鉛を1.1mass%含有するマグネシウム合金を電気炉によって加熱温度800℃で加熱し、マグネシウム合金を溶融させた後にカルシウムを2.1mass%添加して鋳造しビレットを作製した。次に、このビレットを350℃で16時間の均質加熱（均質化処理）し、200℃、圧下率70％で圧延して、長さ500mm×幅400mm×厚さ3mmの圧延板材の被溶接材を作製した。次に、溶接操作を１回実施するビード溶接によって、この被溶接材２枚の端部同士（幅部分同士）を溶接して１枚の溶接材を作製した。溶接条件は、実施例３と同じである。溶接後の溶接材の継手部の外観を観察したところ、図１０に示すように溶接電流がAC及びAC/DCのいずれの場合についても、継手部に均一な溶け込みが認められ反りもなく、継手部の表面から裏面まで溶接されており、良好な溶接結果が得られた。
【００５０】
（引張試験結果）
【００５１】
【表４】
0006602697.tif 000005
【００５２】
次に、実施例３〜５に係る溶接材について引張試験装置（インストロン社製万能試験機 Model 4206）を使用してJIS Z 2241の規定に従って引張試験を実施し、表４に示す引張強さ、継手効率及び伸びを測定した。表４に示すように、実施例３〜５は継手効率が69〜81であり、合金種及び溶接棒に関わらず溶接が可能であることが確認された。また、実施例３，５については、アーク電流がAC/DCのほうがACに比べて継手効率が高くなることが確認された。特に、実施例５に係る溶接材については、アーク電流がAC/DCの場合には継手効率が80%を超えることが確認された。
【００５３】
次に、表４に示す実施例５に係るAZX612合金の溶接材について、TIG溶接の最適な溶接速度とアーク電流との関係を検討するために、溶接速度とアーク電流とを変化させて、溶接材の継手部の状態を確認した。図１１に示す縦軸は、アーク電流(交流)(A)であり、横軸は溶接速度(mm/min)である。×は溶接欠陥が発生した溶接材であり、▲は溶接欠陥が発生した可能性のある溶接材（３本に１本）であり、●は溶接欠陥のない健全な溶接材である。
【００５４】
図１１に示すように、溶接速度90mm/minでアーク電流値を直流100A、120A及び140Aと変化させて実施した。その結果、溶接材の継手部に割れなどの欠陥が発生した。一方、溶接速度200mm/minでアーク電流値を直流100A、120A及び140Aと変化させて実施した。その結果、溶接材の継手部に欠陥がなく健全であった。溶接速度300mm/minでアーク電流値を直流100A、120A及び140Aと変化させて実施した。その結果、３本の溶接材のうちアーク電流値を直流120A及び140Aで実施し２本の溶接材の継手部に欠陥がなく健全であったが、アーク電流値を直流100Aで実施した１本の溶接材の継手部に欠陥の発生が認められた。
【００５５】
以上より、AZX612合金の溶接材については、溶接速度が200mm/minの場合にはアーク電流が90〜140Aの範囲内でTIG溶接が可能であることが確認された。また、AZX612合金の溶接材については、溶接速度が300mm/minの場合にはアーク電流が110〜140Aの範囲内でTIG溶接が可能であることが確認された。
【００５６】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
この実施形態では、鉄道車両に難燃性マグネシウム合金の溶接材を適用した場合を例に挙げて説明したが、自動車、船舶、航空機又は飛翔体などの他の交通輸送手段についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、鉄道車両の構体２に難燃性マグネシウム合金の溶接材を適用する場合を例に挙げて説明したが、鉄道車両の床材、パンタグラフカバー又は台車塞ぎ板などについてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、構体２がシングルスキン構体である場合を例に挙げて説明したが、外板３によって形成された車外面板と室内面板とをトラス又はリブによって結合したダブルスキン構体である場合についても、この発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  交通輸送手段（鉄道車両）
２  構体
３  外板（溶接材）
３ａ  板状部（被溶接材）
３ｂ  開先部
３ｃ  接合部
４  骨組
５  溶接装置
５ａ  溶加材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0006602697.tif 000009
【図５】
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【図６】
0006602697.tif 000011
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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