(57)【要約】【課題】  薄肉のアルミニウム板を裏当て材を用いずに高速度ＴＩＧ溶接する際、溶接アーク熱の拡散を防止して溶接中心部のみの溶接アークによる加熱を可能とし、アンダーカットを生じさせない高速のＴＩＧ溶接方法を提供する。【解決手段】  化学成分が、シリコン含有量０．１１重量％以下、鉄含有量１．１５重量％〜１．３５重量％、銅含有量０．０１重量％以下、マンガン含有量０．４０重量％〜０．６０重量％、マグネシウム含有量０．００３重量％以下、クロム含有量０．０１重量％以下、亜鉛含有量０．０２重量％以下、チタン含有量０．０３重量％以下、その他アルミニウム以外の成分含有量が個々に０．０５重量％以下でかつ合計含有量０．１５重量％以下、残りがアルミニウムであるアルミニウムを、厚さ０．１ｍｍから１．２ｍｍの板状又は箔状とし、溶接速度５ｍ／分以上かつ溶接電流値１０５アンペアから１３５アンペアで溶接する【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分が、シリコン含有量０．１１重量％以下、鉄含有量１．１５重量％〜１．３５重量％、銅含有量０．０１重量％以下、マンガン含有量０．４０重量％〜０．６０重量％、マグネシウム含有量０．００３重量％以下、クロム含有量０．０１重量％以下、亜鉛含有量０．０２重量％以下、チタン含有量０．０３重量％以下、その他アルミニウム以外の成分含有量が個々に０．０５重量％以下でかつ合計含有量０．１５重量％以下、残りがアルミニウムであるアルミニウムを、厚さ０．１ｍｍから１．２ｍｍの板状又は箔状とし、溶接速度５ｍ／分以上かつ溶接電流値１０５アンペアから１３５アンペアで溶接することを特徴とするティグ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の化学成分を有するアルミニウムを用いたティグ溶接（ＴＩＧ溶接。  Tungsten Inert Gas welding）方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムは延性が高く良好な加工性を有しており、しばしば純アルミニウムが各種複合材料の構成素材として利用され、給水給湯用配管分野においても、ポリエチレンとアルミニウムとの複合管が用いられている。この複合管は、配管施工現場で曲げ加工を行うことが可能であり、用いられる原材料のアルミニウムは、比較的柔らかくかつ延性が大きい、厚さ１．２ｍｍ以下の純アルミニウムの薄板又は箔が用いられる。この管を溶接して延長する場合、アルミニウムが薄いため、通常はＴＩＧ溶接によって突き合わせ溶接が行われる。
【０００３】
ＴＩＧ溶接は、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で行う溶接であって、消耗しにくいタングステン又はタングステン合金を電極として行う溶接である。非鉄金属、合金鋼などの溶接に広く採用されており、また小電流でもアークの安定性が良いので、薄物の溶接、配管類の初層溶接に適している。
【０００４】
しかしながら、薄いアルミニウム板を、裏当て材を用いずにＴＩＧ溶接を行う場合、特に連続的に５ｍ／分以上の高速度で溶接する場合は、アルミニウムの熱伝導率が高いので、溶接時のアークによる熱が拡散して逃げ、溶接個所が低温となり易く、溶接の突き合わせ部を集中的に必要かつ充分な温度に加熱し続けることが困難である。
【０００５】
薄い肉厚のアルミニウムをＴＩＧ溶接する場合の溶接速度と溶接電流値との関係を、図１に示す。溶接速度（Ｖ、縦軸）に対し溶接電流値（Ｉ、横軸）が少ないとアークによる熱量が不足して溶接箇所の溶け込み不足が生じ（図中（ａ）参照。）、電流値（Ｉ）が大き過ぎると過溶融により溶け落ち（図中（ｃ）参照。）てしまう。また、溶接速度（Ｖ）が高速である時に過剰に電流を負荷するとアンダーカットが生じる（図中（ｄ）参照。）傾向がある（例えば、非特許文献１参照。）。なお、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、図１の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に対応した接続個所の様子を示す。
【０００６】
このように、拡散する熱量を補うために溶接電流値を上げると溶接中心部を過加熱状態にしてしまい、溶接部にアンダーカットを生じ易くなる。アンダーカットは、大きな電流に基づくアーク圧力によって溶融池が押し下げられた結果、アンダーカットビートが発生することをいい、アンダーカットビートの両脇にできる溝が、溶接された板の強度を著しく低下させる。従ってその部分は強度が低く、致命的な欠陥となる恐れがある。
【０００７】
通常の純アルミニウム（ＪＩＳ  Ｈ４０００  Ａ１１００。以下、単に純アルミニウムという。）板の化学成分を表４に示す。このような純アルミニウム板においては、通常、厚さ１．２ｍｍより大であれば、溶接速度５ｍ／分以上の高速でかつ溶接電流値１１５アンペア〜１３５アンペアであっても、ＴＩＧ溶接することが可能であるが、厚さ１．２ｍｍ以下であれば、溶接速度５ｍ／分以上の高速では、溶接電流値を１１５アンペア未満にするとアーク熱量が不足して溶接ができず、１１５アンペアより上げるとアンダーカットが生じて溶接部の破壊を誘発するという問題点があり、事実上溶接は不可能であった。
【非特許文献１】社団法人日本溶接協会編  「新版ティグ溶接法の基礎と実際」初版  産報出版株式会社  平成４年１０月２０日発刊  ４３頁〜４４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明が解決しようとする問題は、薄肉のアルミニウム板を裏当て材を用いずに高速度ＴＩＧ溶接する際、溶接アーク熱の拡散を防止して溶接中心部のみの溶接アークによる加熱を可能とし、アンダーカットを生じさせない高速のＴＩＧ溶接方法を提供する目的で成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための、本発明の請求項１記載のティグ溶接方法（発明１）は、化学成分が、シリコン含有量０．１１重量％以下、鉄含有量１．１５重量％〜１．３５重量％、銅含有量０．０１重量％以下、マンガン含有量０．４０重量％〜０．６０重量％、マグネシウム含有量０．００３重量％以下、クロム含有量０．０１重量％以下、亜鉛含有量０．０２重量％以下、チタン含有量０．０３重量％以下、その他アルミニウム以外の成分含有量が個々に０．０５重量％以下でかつ合計含有量０．１５重量％以下、残りがアルミニウムであるアルミニウムを、厚さ０．１ｍｍから１．２ｍｍの板状又は箔状とし、溶接速度５ｍ／分以上かつ溶接電流値１０５アンペアから１３５アンペアで溶接することを特徴とする。
【００１０】
本発明のＴＩＧ溶接方法に用いられるアルミニウムの化学成分を表１に示す。なお、これらの各化学成分数値は、ＪＩＳ  Ｈ  １３０６（アルミニウム及びアルミニウム合金の原子吸光分析方法）に定める方法によって化学成分の分析を行った結果である。
【００１１】
厚さ１．２ｍｍ以下の薄い純アルミニウム板を、溶接速度５ｍ／分以上の高速度でＴＩＧ溶接する際、アルミニウム板の化学成分中のシリコン含有量が大きいと溶接性が低下するため、溶接部に割れを生じ易いため、発明１のアルミニウムにおいては、シリコン含有量が０．１１重量％以下とされている。なお、下限は定めていないが、いわゆる純アルミニウムに含有される量と同じであれば良い。
【００１２】
更に、鉄が１．１５重量％以上となればアークの集中性は増すが、１．３５重量％より大きくなればアルミニウムの延性が低下する。従って鉄の含有量は、１．１５重量％〜１．３５重量％とされる。
【００１３】
銅の含有量は、一般に溶接性を低下させる元素であるため、純アルミニウムに含有される含有量の１／２（０．０１重量％）以下とされる。
【００１４】
マンガンの含有量は、材料の強度と関連しており、含有量が増えると高強度となりすぎてアルミニウムに期待する柔軟性が損なわれるという影響があるので、純アルミニウムに含有される含有量とほぼ同じか稍少なく（０．４０重量％）される。
【００１５】
マグネシウムは、含有されていると応力腐食割れ性を高める傾向にあるため、０．００３重量％以下とされる。
【００１６】
クロムの含有量は、材料の強度と関連しており、含有されていると高強度となってアルミニウムに期待する柔軟性が損なわれるという影響があるので、０．０１重量％以下とされる。
【００１７】
亜鉛の含有量は、溶接性を向上させる効果があるが、耐食性を低下させる傾向を持つために、上限を純アルミニウムに含有される含有量の２．５倍以下とした。
【００１８】
チタンの含有量は、材料の強度と関連しており、高強度となりすぎてアルミニウムに期待する柔軟性が損なわれるという影響があるので、０．０３重量％以下とされる。
【００１９】
その他の化学成分は、溶接性、強度などの重要な特性与える影響が小さく、ＴＩＧ溶接時に、溶接速度や溶接電流値に影響を与えないので、純アルミニウムに含有される含有量と同じでよい。
【００２０】
本発明においては、アルミニウムを上記特定の化学成分を含有するアルミニウムとすることで、厚さ０．１ｍｍから１．２ｍｍの板状又は箔状としたアルミニウムを、溶接速度５ｍ／分以上かつ溶接電流値１０５アンペアから１３５アンペアで溶接することが可能となる。
【００２１】
即ち、例えば、厚さが１．２ｍｍ程度の厚いアルミニウム板の場合では、溶接電流値が１３５アンペア程度とすれば、溶接速度を５ｍ／分程度の速度で溶接が可能となり、厚さが０．１ｍｍ程度の薄いアルミニウム板の場合では溶接速度を１７ｍ／分程度まで上げるか、溶接電流値を１０５アンペア程度に下げれば、過溶融することなくＴＩＧ溶接が可能となる。
【００２２】
また、いずれの場合でも、溶接電流値は、純アルミニウムでは溶接速度が５ｍ／分を超えたら溶接が不能となる１０５アンペア程度の低電流値であっても溶接が可能であり、また１３５アンペア程度の高電流値であっても、溶接属℃を調節することで、過溶融せずに溶接が可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のＴＩＧ溶接においては、アルミニウムとして、特に鉄の含有量が所定の範囲とされたアルミニウムを用いることにより、溶接電流が低電流値でも溶接時にアークが集中して溶接箇所を加熱して温度が低下し難く、かつ電流値が少ないのでアーク圧力が低くなり、アンダーカットが生じ難い。また、鉄の含有量が上記範囲にあれば、アルミニウムの延性も低下しない。さらに、シリコンの含有量に所定の上限が設けられているので、溶接部に割れが生じ難くなるのである。従って、上記化学成分のアルミニウムが用いられれば、厚さが薄いアルミニウムであっても溶接電流値を調節することで、高速度でＴＩＧ溶接ができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に本発明の化学成分を有するアルミニウム板をＴＩＧ溶接した実施の一例を示す。表２に示す通り、このアルミニウムは、同じ厚さであれば、純アルミニウムよりも、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（金属材料引っ張り試験方法）による引張り伸び率が、例えば、０．４５ｍｍの場合では、約１．５％程度大きい。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
本発明の化学成分の内、鉄含有量が１．１５重量％から１．３５重量％であり、他の成分の含有量が表１記載の範囲であるアルミニウムを厚さ０．４５ｍｍの箔とし、この両面をそれぞれ架橋ポリエチレンで積層した管壁を有する複合管を作成した。この複合管を、通常の複合管接続方法で突き合わせ接続した。即ち、接続する複合管２本の管端面同士を突き合わせ、当接するアルミニウム箔同士をＴＩＧ溶接し、溶接後ポリエチレン層を補修した。
【００２６】
ＴＩＧ溶接の条件を表３に示す。即ち、溶接速度を１７ｍ／分とし、溶接電流値を１０５アンペアから５アンペア刻みに１３５アンペアまで変化させた。なお裏打ち材は用いなかった。
【００２７】
ＴＩＧ溶接終了後、複合管の破壊水圧試験行った。その結果を表３に併記する。なお、表中、溶接部破壊率とは、破壊起点が溶接部であるか溶接個所以外であるかを目視で判定したものであり、溶接個所以外からの破壊であれば溶接部破壊はないとした。
【００２８】
（比較例１）
実施例１との比較のために、アルミニウムを、鉄含有量を０．８５重量％〜１．１５重量％とし、それ以外の成分の含有量を表１記載の範囲としたアルミニウムとした以外は実施例１同様にして複合管を作成し、これを同様にＴＩＧ溶接した。ＴＩＧ溶接終了後、複合管の破壊水圧試験行った。その結果を表３に併記する。
【００２９】
（比較例２）
更に比較のために、アルミニウムを表７記載の純アルミニウムとした以外は実施例１同様にして複合管を作成し、これを同様にＴＩＧ溶接した。ＴＩＧ溶接終了後、複合管の破壊水圧試験行った。その結果を表３に併記する。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【表２】
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【００３２】
【表３】
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【００３３】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００３４】
アルミニウムの薄板はＩＴ産業などに多く活用されるが、それらの産業分野においては高い品質の溶接を高速で行う、高い生産性が求めれている。従って、本発明において用いられるアルミニウムの溶接性能以外の性質が、その用途が要求する性質を満たしているならば、高生産性を実現する方法として活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】薄い肉厚のアルミニウムをＴＩＧ溶接する場合の溶接速度と溶接電流値との関係を模式的に示すグラフである。
【図２】図１の各領域Ａ〜Ｄにおける溶接個所の様子を模式的に示し、（ａ）は溶融不足の領域の断面図、（ｂ）は正常ビードの領域の断面図、（ｃ）は過溶融の領域の断面図、（ｄ）はアンダーカットが発生する領域の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ  溶融不足の領域
Ｂ  正常ビードの領域
Ｃ  過溶融の領域
Ｄ  アンダーカットが発生する領域
１  アルミニウム板
２  溶融したアルミニウム
【図１】
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【図２】
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