JP5773600B2 - Plasma welding method for aluminum alloy sheet - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法に関し、特に、溶接部におけるブローホール等の溶接欠陥を抑制することが可能なアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法に関する。 The present invention relates to a plasma welding method for an aluminum alloy sheet, and more particularly to a plasma welding method for an aluminum alloy sheet that can suppress welding defects such as blow holes in a welded portion.
近年、自動車等の車両分野においては更なる軽量化が要求されており、その材料も、従来の鉄鋼材料からアルミニウム合金への適用比率が拡大しつつある。また、プラズマ溶接法は、レーザ溶接法や摩擦攪拌接合法（ＦＳＷ／Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）と比較して安価な溶接方法であり、その適用が増加する傾向にある（例えば、特許文献１を参照）。 In recent years, further reduction in weight has been demanded in the field of vehicles such as automobiles, and the application ratio of the materials from conventional steel materials to aluminum alloys is increasing. Further, the plasma welding method is a cheaper welding method compared to the laser welding method and the friction stir welding method (FSW / Friction Stir Welding), and its application tends to increase (for example, see Patent Document 1). .
このようなプラズマ溶接法の原理について、図１、２の模式断面図に示すプラズマ溶接機１０を例に挙げて説明する。図１、２に示すように、プラズマ溶接装置１０は、メイン電源部１４から溶接電流が供給されるタングステン電極１１と、このタングステン電極１１を包囲するように設けられるプラズマノズル１２と、このプラズマノズル１２を包囲するように設けられるシールドキャップ１３とからなるプラズマトーチ１０Ａを備え、さらに、プラズマアークの着火に用いるパイロットアーク電源１５により、概略構成される。
そして、プラズマ溶接機１０は、タングステン電極１１に溶接電流を印加しながら、図示略のガス供給手段により、タングテン電極１１とプラズマノズル１２との間にプラズマガスＰＧを供給するとともに、プラズマノズル１２とシールドキャップ１３との間にシールドガスＳＧを供給する。これにより、タングステン電極１１と、被溶接材であるアルミニウム合金板材１との間にアークＡを発生させ、複数のアルミニウム合金板材１の突き合わせ端部１ａ，１ａの間を溶接する。ここで、アーク（プラズマアーク）Ａ発生の順序について説明すると、まず、パイロットアーク電源１５からの電流がタングステン電極１１とプラズマノズル１２間に印加されて予備プラズマが生じる。その後、メイン電源１４からの電流がタングステン電極１１とアルミニウム合金板材１との間に印加されることにより、定常的なプラズマアーク（アークＡ）がタングステン電極１１とアルミニウム合金板材との間に発生する。
The principle of such a plasma welding method will be described with reference to the plasma welding machine 10 shown in the schematic cross-sectional views of FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, a plasma welding apparatus 10 includes a tungsten electrode 11 to which a welding current is supplied from a main power supply unit 14, a plasma nozzle 12 provided so as to surround the tungsten electrode 11, and the plasma nozzle A plasma torch 10A including a shield cap 13 provided so as to surround 12 is provided, and further includes a pilot arc power source 15 used for ignition of a plasma arc.
The plasma welding machine 10 supplies the plasma gas PG between the tungsten electrode 11 and the plasma nozzle 12 by a gas supply means (not shown) while applying a welding current to the tungsten electrode 11, A shield gas SG is supplied between the shield cap 13 and the shield cap 13. As a result, an arc A is generated between the tungsten electrode 11 and the aluminum alloy plate 1 that is the material to be welded, and the butt ends 1a and 1a of the plurality of aluminum alloy plates 1 are welded. Here, the sequence of arc (plasma arc) A generation will be described. First, a current from the pilot arc power supply 15 is applied between the tungsten electrode 11 and the plasma nozzle 12 to generate preliminary plasma. Thereafter, a current from the main power source 14 is applied between the tungsten electrode 11 and the aluminum alloy plate 1, thereby generating a steady plasma arc (arc A) between the tungsten electrode 11 and the aluminum alloy plate. .
また、一般に、アルミニウム合金は鉄鋼材料に比べて溶接するのが難しいことから、アルミニウム合金材料同士を溶接する場合には、従来から幾つかの注意点が指摘されている。まず、アルミニウム合金材料は、外気にさらされていると表面に酸化被膜（アルミナ）が容易に形成されてしまう。この酸化被膜は高融点であり、溶接時に、母材のアルミニウムは溶融するものの、酸化被膜が溶融しない場合があるため、ビードの乱れが生じたり、溶接部に、図４に示すようなブローホール（空孔）Ｂが発生する原因となることがある。このような溶接部におけるブローホールの発生は、アルミニウム合金材料をプラズマ溶接するにあたって最も大きな課題とされており、以下のようなことがその発生原因として考えられている。即ち、アルミニウムは、高温の溶融状態においては水素の溶解度が大きいため、アルミニウム材料表面の酸化被膜中に含まれる水酸化物、あるいは、溶接時に雰囲気中から溶融金属中に溶解した水素が凝固過程において排除されず、溶接部に残留してブローホールとなることが考えられる。 Moreover, since it is generally difficult to weld an aluminum alloy as compared to a steel material, several points of caution have been pointed out in the past when welding aluminum alloy materials. First, when the aluminum alloy material is exposed to the outside air, an oxide film (alumina) is easily formed on the surface. This oxide film has a high melting point, and although the base aluminum melts during welding, the oxide film may not melt. Therefore, bead disturbance may occur, or a blowhole as shown in FIG. (Vacancy) B may be generated. The occurrence of blowholes in such welds is considered to be the biggest problem in plasma welding aluminum alloy materials, and the following is considered as the cause of the occurrence. In other words, since aluminum has a high hydrogen solubility in the molten state at high temperature, the hydroxide contained in the oxide film on the surface of the aluminum material or the hydrogen dissolved in the molten metal from the atmosphere during welding is solidified. It is considered that it is not excluded and remains in the weld and becomes a blow hole.
上述したように、プラズマ溶接法は、タングステン電極と母材（被溶接材）との間にプラズマアークを発生させて溶接を行うものであるが、相互の極性により、以下に示すような３種類のアーク形態がある。
（１）直流逆極性：直流でタングステン電極をプラス、母材をマイナスとする形態。マイナス側である母材の表面にアークの発生しやすい陰極点が形成され、ここにアークが集中して母材表面の酸化膜が除去される。これはクリーニング作用と呼ばれ、母材の表面皮膜の除去に有効となる。しかしながら、アーク中の電子がタングステン電極に高速で衝突するため、電極の損傷が非常に激しく、長時間の溶接が非常に困難になるという欠点があるため、実用的にはほとんど用いられていない。
（２）直流正極性：直流でタングステン電極をマイナス、母材をプラスとする形態。アーク中の電子は母材側に衝突するため、母材の溶け込み量が大きく、また、電極の損傷は少ないという利点があることから、鉄鋼材料の分野で好適に用いられている。しかしながら、上記（１）に示す逆極性で得られるクリーニング作用を持たないため、アルミニウム合金材料の溶接に適用した場合には、母材表面の酸化皮膜を除去することができないことから、ブローホール欠陥が低減できないという欠点がある。
（３）交流：数十Ｈｚの周期で極性がプラスとマイナスに交互に反転する交流溶接であり、上記（１）に示す逆極性アークと、上記（２）に示す正極性アークの中間的な特徴を備える。即ち、逆極性アークによるクリーニング作用と、正極性アークによる深溶け込みの効果をそれぞれ備える。
As described above, in the plasma welding method, welding is performed by generating a plasma arc between the tungsten electrode and the base material (material to be welded). There are arc forms.
(1) DC reverse polarity: A form in which the tungsten electrode is positive and the base material is negative. Cathode spots where an arc is likely to be generated are formed on the surface of the base material on the negative side, and the arc is concentrated here to remove the oxide film on the surface of the base material. This is called a cleaning action and is effective in removing the surface film of the base material. However, since the electrons in the arc collide with the tungsten electrode at a high speed, the electrode is very damaged, and it is difficult to perform welding for a long time.
(2) DC positive polarity: A form in which the tungsten electrode is negative and the base material is positive. Since the electrons in the arc collide with the base material side, the amount of penetration of the base material is large and the electrode is less damaged. Therefore, it is suitably used in the field of steel materials. However, since it does not have the cleaning action obtained with the reverse polarity shown in (1) above, when applied to welding of an aluminum alloy material, the oxide film on the surface of the base material cannot be removed. Has the disadvantage that it cannot be reduced.
(3) AC: AC welding in which the polarity is alternately reversed between plus and minus with a period of several tens of Hz, and is intermediate between the reverse polarity arc shown in (1) and the positive polarity arc shown in (2). It has features. That is, it has a cleaning action by a reverse polarity arc and a deep penetration effect by a positive arc.
従来、アルミニウム合金の分野では、上述したような強固な表面酸化皮膜の問題があることから、溶接にあたっては、酸化皮膜除去及び溶け込み確保の両方の効果を有する上記（３）に示す交流プラズマ溶接が用いられているのが現状である（例えば、特許文献２、３を参照）。しかしながら、交流プラズマ溶接を用いた場合でも、図５に示すようなアルミニウム合金特有のビード表面におけるピットＰの発生、並びに、図４に示すような溶接金属内におけるブローホールＢ発生の問題は必ずしも解決できていなかった。この理由としては、上記した逆極性及び正極性のそれぞれの効果が半分程度となっていることや、溶接中に極性が交互に反転するためにアークが不安定となって大気の巻き込みによるブローホールが避けられないこと等が考えられる。 Conventionally, in the field of aluminum alloys, there is a problem of the strong surface oxide film as described above. Therefore, in the welding, the AC plasma welding shown in the above (3) having both effects of removing the oxide film and ensuring penetration is performed. It is currently used (see, for example, Patent Documents 2 and 3). However, even when AC plasma welding is used, the problem of generation of pits P on the bead surface peculiar to an aluminum alloy as shown in FIG. 5 and blowhole B generation in the weld metal as shown in FIG. 4 is not necessarily solved. It wasn't done. The reason for this is that the effects of the above-mentioned reverse polarity and positive polarity are about half, and the polarity is alternately reversed during welding, so that the arc becomes unstable and blowholes due to entrainment of the atmosphere It is considered that is inevitable.
また、鉄鋼材料やアルミニウム材料等の各種金属材料を溶接するにあたり、プラズマガスとしてヘリウム量が所定範囲とされたヘリウム−アルゴン混合ガスを供給しながら、直流プラズマによる溶接を行う試みも行われている（例えば、特許文献４を参照）。
しかしながら、特許文献４に記載の直流プラズマ溶接を用いた方法は、被溶接材として板厚が１０ｍｍ以上の金属材料を用い、さらに、ルートギャップを２ｍｍ以上とした条件で溶接を行うものである。特許文献４に記載の直流プラズマ溶接条件を、厚さが３ｍｍ以下の薄板であるアルミニウム合金板材に適用した場合には、上記同様、母材表面の酸化皮膜を除去することができず、ブローホール欠陥が低減できないという問題がある。
In addition, when welding various metal materials such as steel materials and aluminum materials, an attempt has been made to perform DC plasma welding while supplying a helium-argon mixed gas whose helium amount is in a predetermined range as a plasma gas. (For example, see Patent Document 4).
However, the method using DC plasma welding described in Patent Document 4 uses a metal material with a plate thickness of 10 mm or more as a material to be welded, and further performs welding under the condition that the root gap is 2 mm or more. When the DC plasma welding conditions described in Patent Document 4 are applied to an aluminum alloy plate material that is a thin plate having a thickness of 3 mm or less, the oxide film on the surface of the base material cannot be removed as described above, There is a problem that defects cannot be reduced.
上記した問題の改善を目的として、交流プラズマ溶接法において交流波形を制御することにより、良好なビード形状とブローホール欠陥の低減化を図る方法も提案されている（例えば、特許文献５を参照）。しかしながら、特許文献５に記載の方法では、本質的に交流溶接法であることから、十分なブローホール欠陥の低減の効果は得られなかった。 For the purpose of improving the above problems, a method for reducing the bead shape and blowhole defects by controlling the AC waveform in the AC plasma welding method has also been proposed (see, for example, Patent Document 5). . However, since the method described in Patent Document 5 is essentially an AC welding method, a sufficient effect of reducing blowhole defects cannot be obtained.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、特に、アルミニウム合金板材をプラズマ溶接する際の、溶接部におけるブローホール等の溶接欠陥が抑制でき、欠陥の無い良好な溶接継手を得ることが可能なアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in particular, when plasma welding an aluminum alloy sheet, it is possible to suppress welding defects such as blow holes in the welded portion, and to obtain a good weld joint without defects. An object of the present invention is to provide a plasma welding method for a possible aluminum alloy sheet.
本発明者等が上記問題を解決するために鋭意研究したところ、アルミニウム合金板材同士をプラズマ溶接する際、直流正極性プラズマ溶接法を用いるとともに、プラズマガスの組成、タングステン電極被溶接材であるアルミニウム合金板材との間の距離、溶接時における単位板厚あたりの入熱量の各々を適正に制御することにより、溶接部におけるブローホール等の溶接欠陥が抑制でき、欠陥の無い良好な溶接継手を得ることが可能となることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
The present inventors have conducted intensive research to solve the above problems. When plasma welding aluminum alloy sheet materials, the DC positive plasma welding method is used, the composition of the plasma gas, and aluminum that is a tungsten electrode welded material is used. By properly controlling the distance between the alloy plate and the amount of heat input per unit plate thickness during welding, welding defects such as blowholes in the weld can be suppressed, and a good weld joint without defects can be obtained. The present invention has been completed.
That is, the gist of the present invention is as follows.
［１］ 被溶接材として厚さｔが０．５〜３ｍｍのアルミニウム合金板材を複数用い、隣接する前記アルミニウム合金板材の端部同士を突き合わせ、タングステン電極と該タングステン電極を包囲するプラズマノズルとの間にプラズマガスを供給するとともに、前記プラズマノズルと該プラズマノズルを包囲するシールドキャップとの間にシールドガスを供給し、前記タングステン電極と前記アルミニウム合金板材との間にプラズマアークを発生させる直流正極性プラズマ溶接法により、前記アルミニウム合金板材の突き合わせ端部同士を溶接するアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法であって、前記プラズマガスとして、ヘリウム濃度が７５体積％以上とされたヘリウム−アルゴン混合ガスを用い、前記プラズマガスの流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ以上６Ｌ／ｍｉｎ未満の範囲とし、前記タングステン電極と、被溶接材である前記アルミニウム合金板材との間の距離を２ｍｍ以下とし、溶接速度Ｖを０．６〜１．５（ｃｍ／ｍｉｎ）の範囲とし、直流正極性プラズマ溶接時における、下記（１）式で表される単位板厚あたりの入熱量Ｑｈｉを、２５００（Ｊ／ｃｍ２）以上１００００（Ｊ／ｃｍ２）未満の範囲とすることを特徴とするアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法。
Ｑｈｉ ＝ ６０×（ＥＩ／Ｖｔ） ・・・・・（１）
｛但し、上記（１）式において、Ｑｈｉ：入熱量（Ｊ／ｃｍ２）、Ｅ：溶接電圧（Ｖ）、Ｉ：溶接電流（Ａ）、Ｖ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、ｔ：板厚（ｃｍ）を示す。｝
[1] A plurality of aluminum alloy sheets having a thickness t of 0.5 to 3 mm are used as the materials to be welded, the ends of the adjacent aluminum alloy sheets are butted together, and a tungsten electrode and a plasma nozzle surrounding the tungsten electrode A DC positive electrode that supplies a plasma gas between the plasma nozzle and a shield cap that surrounds the plasma nozzle and generates a plasma arc between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate. A plasma welding method of an aluminum alloy plate material in which the butted ends of the aluminum alloy plate material are welded to each other by a reactive plasma welding method, wherein a helium-argon mixed gas having a helium concentration of 75% by volume or more is used as the plasma gas. used, the flow rate of the plasma gas 0.3 L / The range between min and 6L / min, the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate material to be welded is 2 mm or less, and the welding speed V is 0.6 to 1.5 (cm / min). The amount of heat input Q hi per unit plate thickness represented by the following formula (1) at the time of DC positive plasma welding is in the range of 2500 (J / cm 2 ) or more and less than 10,000 (J / cm 2 ). A method for plasma welding an aluminum alloy sheet characterized by the following.
Q hi = 60 × (EI / Vt) (1)
{However, in the above formula (1), Q hi : heat input (J / cm 2 ), E: welding voltage (V), I: welding current (A), V: welding speed (cm / min), t: The plate thickness (cm) is shown. }
本発明のアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法によれば、上記構成の如く、被溶接材として厚さが０．５〜３ｍｍのアルミニウム合金板材の端部同士を突き合わせ、直流正極性プラズマ溶接法によってアルミニウム合金板材の突き合わせ端部同士を溶接するにあたり、ヘリウム濃度が７５体積％以上とされたヘリウム−アルゴン混合ガスからなるプラズマガスを用い、タングステン電極とアルミニウム合金板材との間の距離を２ｍｍ以下とし、さらに、直流正極性プラズマ溶接による単位板厚あたりの入熱量を２５００（Ｊ／ｃｍ２）以上１００００（Ｊ／ｃｍ２）未満の範囲とする方法を採用している。これにより、アルミニウム合金板材を直流プラズマ溶接する場合であっても、溶接部におけるブローホール等の溶接欠陥が抑制でき、欠陥の無い良好な溶接継手を得ることが可能となる。従って、例えば、各種自動車用構造部材に本発明を適用することにより、自動車全体の軽量化や溶接部の強度向上に伴う経済性や安全性等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。 According to the plasma welding method of the aluminum alloy plate material of the present invention, as described above, the end portions of the aluminum alloy plate material having a thickness of 0.5 to 3 mm are butted together as the material to be welded, and aluminum is formed by a DC positive plasma welding method. In welding the butt ends of the alloy plate material, a plasma gas made of a helium-argon mixed gas having a helium concentration of 75% by volume or more is used, and the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate material is 2 mm or less, Furthermore, a method is adopted in which the amount of heat input per unit plate thickness by DC positive plasma welding is in the range of 2500 (J / cm 2 ) or more and less than 10,000 (J / cm 2 ). As a result, even when the aluminum alloy plate material is DC plasma welded, it is possible to suppress welding defects such as blow holes in the welded portion, and to obtain a good weld joint having no defects. Therefore, for example, by applying the present invention to various structural members for automobiles, it is possible to fully enjoy the merits such as economy and safety associated with the weight reduction of the entire automobile and the strength improvement of the welded portion, and the society. Contribution is immeasurable.
以下、本発明に係るアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法の一実施形態について、図１〜図３（必要に応じて図４、５の従来図も参照）を適宜参照しながら説明する。なお、本実施形態は、本発明のアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。 Hereinafter, an embodiment of a plasma welding method of an aluminum alloy sheet according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 (refer to the conventional drawings of FIGS. 4 and 5 as necessary) as appropriate. In addition, since this embodiment demonstrates in detail in order to make the meaning of the plasma welding method of the aluminum alloy board | plate material of this invention better understood, unless otherwise specified, this invention is not limited.
本実施形態では、図１、２に示すプラズマ溶接機１０を用いてアルミニウム合金板材１をプラズマ溶接する場合を例に挙げて説明する。図１、２に例示するようなプラズマ溶接機１０は、上述したように、メイン電源部１６から溶接電流が供給されるタングステン電極１１と、このタングステン電極１１を包囲するように設けられるプラズマノズル１２と、このプラズマノズル１２を包囲するように設けられるシールドキャップ１３とからなるプラズマトーチ１０Ａを備えて概略構成される。 In the present embodiment, a case where the aluminum alloy sheet 1 is plasma welded using the plasma welding machine 10 shown in FIGS. 1 and 2 will be described as an example. As described above, the plasma welding machine 10 illustrated in FIGS. 1 and 2 includes a tungsten electrode 11 to which a welding current is supplied from the main power supply unit 16 and a plasma nozzle 12 provided so as to surround the tungsten electrode 11. And a plasma torch 10 </ b> A comprising a shield cap 13 provided so as to surround the plasma nozzle 12.
本発明のアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法では、被溶接材として、厚さｔが０．５〜３ｍｍの薄板であるアルミニウム合金板材１が対象となる。このような隣接する複数のアルミニウム合金板材１の端部（図１、２中の符号１ａ，１ａ）同士を突き合わせ、タングステン電極１１と該タングステン電極１１を包囲するプラズマノズル１２との間にプラズマガスＰＧを供給するとともに、プラズマノズル１２と該プラズマノズル１２を包囲するシールドキャップ１３との間にシールドガスＳＧを供給する。これにより、タングステン電極１１とアルミニウム合金板材１との間にプラズマアークＡを発生させることで、アルミニウム合金板材１の突き合わせ端部１ａ，１ａ同士を直流正極性プラズマ溶接する。
そして、本発明においては、プラズマガスＰＧとして、ヘリウム濃度が７５体積％以上とされたヘリウム−アルゴン混合ガスを用い、タングステン電極１１とアルミニウム合金板材１との間の距離ｈを２ｍｍ以下とし、下記（１）式で表される単位板厚あたりの入熱量Ｑｈｉを２５００（Ｊ／ｃｍ２）以上１００００（Ｊ／ｃｍ２）未満の範囲としてアルミニウム合金板材１をプラズマ溶接する。
Ｑｈｉ ＝ ６０×（ＥＩ／Ｖｔ） ・・・・・（１）
但し、上記（１）式において、Ｑｈｉ：入熱量（Ｊ／ｃｍ２）、Ｅ：溶接電圧（Ｖ）、Ｉ：溶接電流（Ａ）、Ｖ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、ｔ：板厚（ｃｍ）を示す。
In the plasma welding method of the aluminum alloy plate material of the present invention, the aluminum alloy plate material 1 which is a thin plate having a thickness t of 0.5 to 3 mm is an object to be welded. The end portions (symbols 1a and 1a in FIGS. 1 and 2) of such a plurality of adjacent aluminum alloy sheet materials 1 are butted together, and a plasma gas is formed between the tungsten electrode 11 and the plasma nozzle 12 surrounding the tungsten electrode 11. While supplying PG, the shield gas SG is supplied between the plasma nozzle 12 and the shield cap 13 surrounding the plasma nozzle 12. Thereby, the plasma arc A is generated between the tungsten electrode 11 and the aluminum alloy plate material 1, whereby the butt end portions 1a and 1a of the aluminum alloy plate material 1 are DC positive plasma welded.
In the present invention, a helium-argon mixed gas having a helium concentration of 75% by volume or more is used as the plasma gas PG, and the distance h between the tungsten electrode 11 and the aluminum alloy sheet 1 is 2 mm or less. The aluminum alloy sheet 1 is plasma welded with a heat input Q hi per unit plate thickness represented by the formula (1) in the range of 2500 (J / cm 2 ) or more and less than 10000 (J / cm 2 ).
Q hi = 60 × (EI / Vt) (1)
However, in the above formula (1), Q hi : heat input (J / cm 2 ), E: welding voltage (V), I: welding current (A), V: welding speed (cm / min), t: plate Thickness (cm) is shown.
上述したように、従来、アルミニウム合金材料を溶接する場合には、母材表面の酸化被膜の除去を行うクリーニング作用を発揮させるために、溶接電流を供給する電源として交流電源が用いられていた。これと同時に、従来、アークを発生・維持させるためのプラズマガスとしては、一般にアルゴンガスが用いられていた。しかしながら、従来の方法でアルミニウム合金材料同士をプラズマ溶接した場合には、アルミニウム合金特有のビード表面におけるピットの発生（図５中の符号Ｐを参照）や、溶接金属内におけるブローホールの発生（図４中の符号Ｂを参照）といった問題が避けられないものとなっていた。 As described above, conventionally, when an aluminum alloy material is welded, an AC power source has been used as a power source for supplying a welding current in order to exert a cleaning action for removing an oxide film on the surface of the base material. At the same time, conventionally, argon gas has generally been used as a plasma gas for generating and maintaining an arc. However, when aluminum alloy materials are plasma-welded with each other by the conventional method, pits are generated on the bead surface peculiar to the aluminum alloy (see symbol P in FIG. 5), and blowholes are generated in the weld metal (see FIG. 4) (see reference B in FIG. 4).
本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意研究を繰り返し、溶接時の深い溶け込みが得られるとともに、溶接アークが安定している直流正極性アークに着目した。そして、電源のタイプ（直流、交流）、及び、プラズマガス種等の溶接条件が、ブローホール発生に及ぼす影響について詳しく調べた。この結果、主として自動車用部材等に用いられる厚さが０．５〜３ｍｍであるアルミニウム合金の薄板をプラズマ溶接するにあたり、プラズマガス種（ガス組成）、タングステン電極と母材との間の距離、単位板厚あたりの入熱量の各々が所定の条件を満たすことで、アルミニウム合金板材の溶接に直流正極性プラズマ溶接を適用することが可能となることを知見した。即ち、溶接電流を供給するための電源を直流正極性とし、ヘリウム濃度が７５体積％以上とされたヘリウム−アルゴン混合ガスからなるプラズマガスを用い、タングステン電極とアルミニウム合金板材との間の距離を２ｍｍ以下とし、さらに、アルミニウム合金板材の単位板厚あたりの入熱量Ｑｈｉを２５００（Ｊ／ｃｍ２）以上１００００（Ｊ／ｃｍ２）未満の範囲に規定することで、ビード表面におけるピットや、溶接金属内におけるブローホールが発生することなく、良好な溶接継手が得られることを初めて見出した。 In order to solve the above problems, the present inventors have repeated intensive research and focused on a DC positive arc in which a deep penetration during welding is obtained and the welding arc is stable. Then, the influence of the power source type (direct current, alternating current) and the welding conditions such as the plasma gas type on blowhole generation was examined in detail. As a result, when plasma welding an aluminum alloy thin plate having a thickness of 0.5 to 3 mm mainly used for automobile members, the plasma gas species (gas composition), the distance between the tungsten electrode and the base material, It has been found that DC positive polarity plasma welding can be applied to welding of aluminum alloy sheet materials by satisfying a predetermined condition for each heat input per unit plate thickness. That is, the power source for supplying the welding current is DC positive polarity, the plasma gas composed of a helium-argon mixed gas having a helium concentration of 75% by volume or more is used, and the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate is set to 2 mm or less, and further, by defining the heat input amount Q hi per unit plate thickness of the aluminum alloy plate material in a range of 2500 (J / cm 2 ) or more and less than 10,000 (J / cm 2 ), pits on the bead surface, It has been found for the first time that a good weld joint can be obtained without generating blowholes in the weld metal.
以下、本発明のアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法で規定する要件に関し、各々の限定理由について詳しく説明する。 Hereinafter, regarding the requirements prescribed | regulated by the plasma welding method of the aluminum alloy plate material of this invention, each limitation reason is demonstrated in detail.
［アルミニウム合金板材］
本発明が適用可能なアルミニウム合金板材としては、特に限定されず、自動車用部品や各種機械部品等の分野において一般的に用いられている、アルミニウム合金材料からなる薄板をプラズマ溶接するにあたり、何ら制限なく適用することが可能である。
[Aluminum alloy sheet]
The aluminum alloy plate material to which the present invention can be applied is not particularly limited, and is not limited at all in plasma welding of a thin plate made of an aluminum alloy material, which is generally used in the fields of automobile parts and various machine parts. It is possible to apply without.
（組成及び組織）
本発明が適用可能なアルミニウム合金板材の化学成分組成及び金属組織については、特に限定されるものではない。例えば、自動車部品分野等において一般的に用いられるような、強度特性等を考慮しながら決定された成分及び組織を有するアルミニウム合金板材を、何ら制限無く適用することが可能である。
(Composition and organization)
The chemical component composition and metal structure of the aluminum alloy sheet to which the present invention is applicable are not particularly limited. For example, it is possible to apply an aluminum alloy plate material having a component and a structure determined in consideration of strength characteristics and the like, which are generally used in the field of automobile parts, without any limitation.
（板厚）
本発明が適用される、被溶接材であるアルミニウム合金板材１の厚さは、例えば、自動車部品等の分野で用いられる薄板において一般的な肉厚である０．５〜３ｍｍの範囲である。板厚が上記範囲よりも薄いアルミニウム合金板材は、構造体として用いるには、強度並びに剛性の点で不十分である。また、板厚が薄いことから、アーク電流やアーク長のゆらぎにより、瞬時に溶け落ちや穴あき欠陥が生成してしまうという問題がある。従って、板厚が０．５ｍｍ未満のアルミニウム合金板材は、本発明の適用対象外とする。
(Thickness)
The thickness of the aluminum alloy plate 1 which is a material to be welded to which the present invention is applied is, for example, in the range of 0.5 to 3 mm which is a typical thickness in a thin plate used in the field of automobile parts and the like. An aluminum alloy sheet having a thickness less than the above range is insufficient in terms of strength and rigidity for use as a structure. In addition, since the plate thickness is thin, there is a problem that a flaw in the arc current or arc length causes instantaneous melting or perforation defects. Therefore, an aluminum alloy plate material having a plate thickness of less than 0.5 mm is not applicable to the present invention.
また、板厚が上記範囲よりも厚いアルミニウム合金板材だと、板材裏側への溶け込み量の確保等の観点から大きなルートギャップを確保する必要があり、このギャップの影響によるアンダーフィル（溶接部の厚みが母材板厚よりも減少する）や、大入熱に伴う熱変形の問題が生じてくる。このような問題を改善するためには、例えば、フィラーワイヤによる溶加材の添加という手段もあるが、この方法では溶接速度を大きく下げざるを得ず、生産能率が著しく低下するという問題がある。アルミニウム合金板材の板厚が３ｍｍを超えると上記問題が生じてくることから、直流プラズマ溶接による入熱量を、詳細を後述する単位板厚あたりの入熱量の範囲に規定する本発明のプラズマ溶接方法においては、上記同様、適用対象外である。 In addition, if the aluminum alloy plate is thicker than the above range, it is necessary to secure a large root gap from the viewpoint of securing the amount of penetration into the back of the plate. Is less than the base material plate thickness), and there is a problem of thermal deformation due to large heat input. In order to improve such a problem, for example, there is a means of adding a filler material by a filler wire, but this method has a problem that the welding speed has to be greatly reduced and the production efficiency is remarkably lowered. . Since the above problem occurs when the thickness of the aluminum alloy plate exceeds 3 mm, the plasma welding method of the present invention defines the heat input by direct current plasma welding within the range of the heat input per unit plate thickness, which will be described later in detail. Is not applicable as described above.
［直流正極性プラズマの選定理由］
本発明においては、アルミニウム合金板材１のプラズマ溶接に用いる電源の種類として、直流正極性を採用している。この直流正極性は、タングステン電極１１側がマイナスで、被溶接材のアルミニウム合金板材１側がプラスとなる組み合わせであるが、この場合、マイナス極（タングステン電極）から出た電子が、高速でアルミニウム合金材料に衝突し、多量の熱が発生するので、上述した３種類（直流逆極性、直流正極性、交流）の電源形態の中で、最も発熱量が大きなものとなる。また、これに加えて、直流電源を採用することにより、非常に安定したプラズマアークが得られる。
[Reason for selecting DC positive plasma]
In the present invention, DC positive polarity is adopted as the type of power source used for plasma welding of the aluminum alloy sheet 1. This DC positive polarity is a combination in which the tungsten electrode 11 side is negative and the welded aluminum alloy plate 1 side is positive. In this case, electrons emitted from the negative electrode (tungsten electrode) are made of aluminum alloy material at high speed. And generates a large amount of heat, so that the amount of heat generated is the largest among the three types of power sources described above (DC reverse polarity, DC positive polarity, AC). In addition, a very stable plasma arc can be obtained by using a DC power source.
なお、直流正極性を採用した場合、この極性では母材表面のクリーニング作用は発現しないものの、以下に示す各溶接条件とすることにより、溶接部におけるブローホールの発生を低減することが可能となる。 In addition, when DC positive polarity is adopted, the cleaning action on the surface of the base material is not exhibited with this polarity, but it is possible to reduce the occurrence of blowholes in the welded portion by using the following welding conditions. .
［プラズマガス］
本発明においては、プラズマガスＰＧとして、ヘリウム濃度が７５体積％以上とされたヘリウム−アルゴン混合ガスを用い、直流正極性プラズマ溶接を行う。従来、アルミニウム合金材料をプラズマ溶接する際には、アルゴンガスからなるプラズマガスが一般的に用いられていたが、本発明においては、上述したようなヘリウムを主成分とする混合ガスを用いる。
[Plasma gas]
In the present invention, DC positive plasma welding is performed using a helium-argon mixed gas having a helium concentration of 75% by volume or more as the plasma gas PG. Conventionally, when plasma welding an aluminum alloy material, a plasma gas made of argon gas has been generally used. However, in the present invention, the above-described mixed gas containing helium as a main component is used.
本発明において、プラズマガスＰＧに、ヘリウム濃度が７５体積％以上とされたヘリウム−アルゴン混合ガスを用いる理由としては、以下に説明するようなことが挙げられる。
ヘリウムガスは軽元素からなるガスであることから、その性質上、熱的ピンチ効果により、アークは収縮される傾向にあることから電流密度も高く、アルゴンガスのみを用いた場合に比べて、アーク電圧が２倍程度と非常に高い。従って、アルゴンガスのみからなるプラズマガスを用いた場合に比べ、非常に高いエネルギーを有するアークが得られる。
In the present invention, the reason why a helium-argon mixed gas having a helium concentration of 75% by volume or more is used as the plasma gas PG is as described below.
Since helium gas is a gas composed of light elements, the arc tends to shrink due to its thermal pinch effect, and the current density is high. Compared to the case where only argon gas is used, the arc The voltage is very high, about twice. Therefore, an arc having a very high energy can be obtained as compared with the case where a plasma gas consisting only of argon gas is used.
本発明においては、上述のようなヘリウムガスによるアークエネルギーの増大効果と、電源として直流正極性を採用することによる被溶接材（母材）表面の発熱量の増大効果との相乗効果が得られる。具体的には、アルミニウム合金板材の表面の酸化皮膜が高温で蒸発除去されると同時に、溶融金属も高温となることから、この溶融金属中に含まれブローホールの原因となる気泡は、溶接時に速やかに除去されるものと考えられる。 In the present invention, a synergistic effect is obtained between the effect of increasing the arc energy by the helium gas as described above and the effect of increasing the calorific value of the surface of the material to be welded (base material) by adopting the direct current positive polarity as the power source. . Specifically, since the oxide film on the surface of the aluminum alloy plate is evaporated and removed at a high temperature, the molten metal also becomes a high temperature. It is thought that it will be removed promptly.
従って、アルミニウム合金材料をプラズマ溶接するにあたり、溶接欠陥を低減するためには、従来から用いられていたアルゴンガスからなるプラズマガスを、ヘリウムガスに置き換えることが有効である。しかしながら、本発明では、プラズマガスをヘリウムガスのみからなる組成とした場合にとどまらず、上述したような相乗効果は、ヘリウムとアルゴンとの混合ガスでも同様に得られることから、本発明においては、プラズマガスＰＧとしてヘリウム−アルゴン混合ガスを用いる。但し、プラズマガスＰＧにヘリウム−アルゴン混合ガスを用いるにあたり、上記効果を得るためには、混合ガス中におけるヘリウム濃度は７５体積％を下限とすることが必要である。ヘリウム−アルゴン混合ガス中におけるヘリウム濃度が７５体積％未満だと、プラズマ溶接による溶け込みが浅くなり、また、十分なブローホール低減効果が得られ難くなる。 Therefore, in order to reduce welding defects when plasma welding an aluminum alloy material, it is effective to replace the conventionally used plasma gas made of argon gas with helium gas. However, in the present invention, the plasma gas is not limited to a composition composed of only helium gas, and the synergistic effect as described above can be obtained in the same manner with a mixed gas of helium and argon. A helium-argon mixed gas is used as the plasma gas PG. However, to use the helium-argon mixed gas as the plasma gas PG, in order to obtain the above effect, the helium concentration in the mixed gas needs to be 75 vol%. If the helium concentration in the helium-argon mixed gas is less than 75% by volume, the penetration due to plasma welding becomes shallow, and it becomes difficult to obtain a sufficient blowhole reduction effect.
また、アークをより高温にすることで、プラズマ溶接時の溶け込みを大きくするとともに、溶接金属中のブローホールを低減するという観点から、プラズマガスＰＧの流量は可能な限り大きくすることが望ましい。これは、プラズマガスの流速が速くなるにつれて、熱的ピンチ効果によってアークがさらに収縮することにより、アークの中心部がより高温となるためである。具体的には、プラズマガスＰＧの流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ以上とすることで、ブローホールをより低減する効果が発揮される。しかしながら、プラズマガスＰＧの流量が６Ｌ／ｍｉｎ以上だとプラズマジェットが強くなり過ぎ、溶融金属が下方に垂れ気味になる傾向が見られることから、プラズマガスＰＧの流量は０．３Ｌ／ｍｉｎ以上６Ｌ／ｍｉｎ未満の範囲とすることが最も好ましい。 In addition, it is desirable to increase the flow rate of the plasma gas PG as much as possible from the viewpoint of increasing the melting at the time of plasma welding and reducing blowholes in the weld metal by increasing the arc temperature. This is because as the flow rate of the plasma gas increases, the arc further contracts due to the thermal pinch effect, so that the center of the arc becomes higher in temperature. Specifically, the effect of further reducing blow holes is exhibited by setting the flow rate of the plasma gas PG to 0.3 L / min or more. However, if the flow rate of the plasma gas PG is 6 L / min or more, the plasma jet becomes too strong, and the molten metal tends to hang downward, so that the flow rate of the plasma gas PG is 0.3 L / min or more and 6 L. Most preferably, the range is less than / min.
なお、本発明においては、プラズマノズル１２とシールドキャップ１３との間に供給するシールドガスＳＧに関しては、従来と同様の組成を有するシールドガスを何ら制限無く採用することができる。 In the present invention, for the shield gas SG supplied between the plasma nozzle 12 and the shield cap 13, a shield gas having the same composition as the conventional one can be used without any limitation.
［タングステン電極とアルミニウム合金板材との間の距離ｈ］
本発明においては、直流正極性プラズマ溶接を行うにあたり、タングステン電極１１と、被溶接材であるアルミニウム合金板材１との間の距離ｈ（図１中の符号ｈを参照）を２ｍｍ以下に規定する。
[Distance h between tungsten electrode and aluminum alloy sheet]
In the present invention, when performing DC positive plasma welding, the distance h (see symbol h in FIG. 1) between the tungsten electrode 11 and the aluminum alloy plate 1 that is the material to be welded is defined to be 2 mm or less. .
従来のプラズマ溶接においては、タングステン電極とアルミニウム合金材料との間の距離は、一般的に３〜５ｍｍ程度が標準とされていることから、アーク長も３〜５ｍｍ程度とされていた。本発明者等が鋭意検討した結果、タングステン電極とアルミニウム合金材料との間の距離、つまりアーク長を短くすることにより、溶接金属中におけるブローホールの発生を低減できることが明らかとなった。即ち、タングステン電極１１とアルミニウム合金板材１との間の距離ｈを２ｍｍ以下に規定することにより、ブローホールの発生量が顕著に減少することが明らかとなった。このような効果が得られる理由としては、アーク長を短くすることによって、アルミニウム合金板材１の表面上におけるアークの裾野の広がりが狭くなり、アーク面積が小さくなることでエネルギーがより集中されるためと考えられる。このような効果をさらに高めるためには、タングステン電極１１とアルミニウム合金板材１との間の距離ｈを１ｍｍ以下とすることがより好ましい。しかしながら、タングステン電極とアルミニウム合金材料との間の距離を極端に短くし過ぎると、タングステン電極の消耗が激しくなることから、この距離の下限を０．５ｍｍとすることが好ましい。 In the conventional plasma welding, since the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy material is generally about 3 to 5 mm, the arc length is also about 3 to 5 mm. As a result of intensive studies by the present inventors, it has become clear that the occurrence of blowholes in the weld metal can be reduced by shortening the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy material, that is, the arc length. That is, it has been clarified that the amount of blow holes generated is remarkably reduced by defining the distance h between the tungsten electrode 11 and the aluminum alloy sheet 1 to 2 mm or less. The reason why such an effect can be obtained is that by shortening the arc length, the spread of the arc base on the surface of the aluminum alloy sheet 1 is narrowed, and the energy is more concentrated by reducing the arc area. it is conceivable that. In order to further enhance such effects, the distance h between the tungsten electrode 11 and the aluminum alloy sheet 1 is more preferably set to 1 mm or less. However, if the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy material is excessively shortened, the tungsten electrode is consumed excessively. Therefore, the lower limit of this distance is preferably set to 0.5 mm.
［直流正極性プラズマ溶接時の入熱量］
本発明においては、直流正極性プラズマ溶接時における、下記（１）式で表される単位板厚あたりの入熱量Ｑｈｉを、２５００（Ｊ／ｃｍ２）以上１００００（Ｊ／ｃｍ２）未満の範囲に規定する。
Ｑｈｉ ＝ ６０×（ＥＩ／Ｖｔ） ・・・・・（１）
但し、上記（１）式において、Ｑｈｉ：入熱量（Ｊ／ｃｍ２）、Ｅ：溶接電圧（Ｖ）、Ｉ：溶接電流（Ａ）、Ｖ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、ｔ：板厚（ｃｍ）を示す。
[Heat input during DC positive plasma welding]
In the present invention, the amount of heat input Q hi per unit plate thickness represented by the following formula (1) during DC positive plasma welding is 2500 (J / cm 2 ) or more and less than 10,000 (J / cm 2 ). Specified in the range.
Q hi = 60 × (EI / Vt) (1)
However, in the above formula (1), Q hi : heat input (J / cm 2 ), E: welding voltage (V), I: welding current (A), V: welding speed (cm / min), t: plate Thickness (cm) is shown.
本発明者等は、アルミニウム合金板材同士の溶接に直流正極性プラズマ溶接を採用し、さらに、プラズマガスＰＧの組成、タングステン電極と母材との間の距離を上記規定とした条件下において、板厚の異なるアルミニウム合金板材を溶接する場合の適正な溶接入熱について鋭意検討を重ねた。
一般に、溶接入熱Ｑ（Ｊ／ｃｍ）は、溶接電圧Ｅ（Ｖ）、溶接電流Ｉ（Ａ）、溶接速度Ｖ（ｃｍ／ｍｉｎ）の各々から導き出される、単位長さあたりの電気エネルギーとして定義され、次式｛Ｑ＝（６０×ＥＩ）／Ｖ｝で表される。そして、（１）式で表されるように、溶接入熱Ｑを板厚ｔ（ｃｍ）で除することにより、単位板厚あたりの入熱量Ｑｈｉ｛６０×（ＥＩ／Ｖｔ）｝が導き出される。
The present inventors adopted DC positive polarity plasma welding for welding between aluminum alloy sheet materials, and further, under the conditions in which the composition of the plasma gas PG and the distance between the tungsten electrode and the base material were defined as above, We have intensively studied the proper welding heat input when welding aluminum alloy sheets with different thicknesses.
Generally, welding heat input Q (J / cm) is defined as electric energy per unit length derived from welding voltage E (V), welding current I (A), and welding speed V (cm / min). And is represented by the following formula {Q = (60 × EI) / V}. Then, as expressed by equation (1), by dividing the welding heat input Q by the plate thickness t (cm), a heat input amount Q hi {60 × (EI / Vt)} per unit plate thickness is derived. It is.
本発明者等は、単位板厚あたりの入熱量Ｑｈｉ（Ｊ／ｃｍ２）の適正な範囲、即ち、アルミニウム合金板材の板厚方向全体に亘って十分な溶け込みが得られ、且つ、溶接部に歪みや溶け落ちが生じない条件について鋭意検討した。その結果、単位板厚あたりの入熱量Ｑｈｉが２５００（Ｊ／ｃｍ２）未満では溶け込みが不十分となり、母材裏側において裏波の出ない溶接継手となることが明らかとなった。一方、入熱量Ｑｈｉが１００００（Ｊ／ｃｍ２）以上だと、入熱量が過大となって溶け落ちや熱歪みによる反りが発生することが明らかとなった。従って、本発明においては、直流正極性プラズマ溶接時における単位板厚あたりの入熱量Ｑｈｉを、２５００（Ｊ／ｃｍ２）以上１００００（Ｊ／ｃｍ２）未満の範囲に規定した。 The inventors of the present invention are able to obtain a sufficient penetration of heat input per unit plate thickness Q hi (J / cm 2 ), that is, over the entire plate thickness direction of the aluminum alloy plate material, and to obtain a welded portion. The inventors studied diligently on the conditions under which distortion and burn-out did not occur. As a result, it has been clarified that when the heat input amount Q hi per unit plate thickness is less than 2500 (J / cm 2 ), the penetration becomes insufficient, and a welded joint with no back wave appears on the back side of the base material. On the other hand, when the heat input amount Q hi is 10000 (J / cm 2 ) or more, it has been clarified that the heat input amount is excessive and warping due to melting or thermal distortion occurs. Therefore, in the present invention, the amount of heat input Q hi per unit plate thickness at the time of DC positive plasma welding is defined in the range of 2500 (J / cm 2 ) or more and less than 10000 (J / cm 2 ).
上述したように、アルミニウム合金板材をプラズマ溶接する際の課題であった、溶接金属中のブローホールの低減は、溶接アークのエネルギーをより高めることによって達成される。このような効果は、交流プラズマ溶接においてプラズマガスをヘリウムガスに置き換えるのみでは得られず、また、電源を直流正極性とすることのみで達成可能なものでは無い。上述したような、本発明によって得られる溶接金属中におけるブローホールの低減効果は、プラズマガス組成の適正化、及び、タングステン電極とアルミニウム合金板材との間の距離の適正化を組み合わせて直流正極性プラズマ溶接法とし、適正な入熱条件に制御することで、初めて得られるものである。 As described above, the reduction of blowholes in the weld metal, which has been a problem in plasma welding of aluminum alloy sheets, is achieved by increasing the energy of the welding arc. Such an effect cannot be obtained only by replacing the plasma gas with helium gas in AC plasma welding, and is not achievable only by making the power source DC positive. As described above, the effect of reducing blowholes in the weld metal obtained by the present invention is achieved by combining the optimization of the plasma gas composition and the optimization of the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate material. It can be obtained for the first time by using a plasma welding method and controlling it to appropriate heat input conditions.
本発明では、アークのエネルギーを高めることにより、アルミニウム合金板材１の表面に形成された、水酸化物を含む酸化皮膜を蒸発除去し、水素源を低減させる。また、プラズマ溶接時における、板厚相当の入熱量Ｑｈｉを大きくすることで、小さな水素気泡が溶接金属表面に浮上して大気中に放出、除去される。これにより、アルミニウム合金板材１同士を直流正極性プラズマ溶接で溶接する際、溶接金属中におけるブローホールを効果的に低減することが可能となる。 In the present invention, by increasing the energy of the arc, the oxide film containing hydroxide formed on the surface of the aluminum alloy sheet 1 is removed by evaporation to reduce the hydrogen source. Further, by increasing the heat input amount Q hi corresponding to the plate thickness at the time of plasma welding, small hydrogen bubbles float on the surface of the weld metal and are released and removed into the atmosphere. Thereby, when welding the aluminum alloy sheet materials 1 by DC positive polarity plasma welding, it becomes possible to effectively reduce blow holes in the weld metal.
以上説明したように、本発明に係るアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法によれば、上記構成の如く、被溶接材として厚さｔが０．５〜３ｍｍのアルミニウム合金板材１の端部同士を突き合わせ、直流正極性プラズマ溶接法によってアルミニウム合金板材１の突き合わせ端部同士１ａ，１ａを溶接するにあたり、ヘリウム濃度が７５体積％以上とされたヘリウム−アルゴン混合ガスからなるプラズマガスＰＧを用い、タングステン電極１１とアルミニウム合金板材１との間の距離ｈを２ｍｍ以下とし、さらに、直流正極性プラズマ溶接による単位板厚あたりの入熱量Ｑｈｉを２５００（Ｊ／ｃｍ２）以上１００００（Ｊ／ｃｍ２）未満の範囲とする方法を採用している。これにより、アルミニウム合金板材を直流プラズマ溶接する場合であっても、溶接部におけるブローホール等の溶接欠陥が抑制でき、欠陥の無い良好な溶接継手を得ることが可能となる。 As described above, according to the plasma welding method of an aluminum alloy plate material according to the present invention, the end portions of the aluminum alloy plate material 1 having a thickness t of 0.5 to 3 mm as a material to be welded are butt-matched as described above. When welding the butted ends 1a, 1a of the aluminum alloy sheet 1 by DC positive plasma welding, a plasma electrode PG made of a helium-argon mixed gas having a helium concentration of 75% by volume or more is used as a tungsten electrode. 11 and the aluminum alloy plate material 1 are set to have a distance h of 2 mm or less, and a heat input Q hi per unit plate thickness by DC positive plasma welding is 2500 (J / cm 2 ) or more and 10,000 (J / cm 2 ). The method of making it the range of less than is adopted. As a result, even when the aluminum alloy plate material is DC plasma welded, it is possible to suppress welding defects such as blow holes in the welded portion, and to obtain a good weld joint having no defects.
従って、例えば、各種自動車用構造部材に本発明を適用することにより、自動車全体の軽量化や溶接部の強度向上に伴う経済性や安全性等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。 Therefore, for example, by applying the present invention to various structural members for automobiles, it is possible to fully enjoy the merits such as economy and safety associated with the weight reduction of the entire automobile and the strength improvement of the welded portion, and the society. Contribution is immeasurable.
以下、本発明に係るアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。 Hereinafter, examples of the plasma welding method of the aluminum alloy sheet according to the present invention will be given and the present invention will be described in more detail. However, the present invention is not limited to the following examples, and is described below. It is also possible to carry out the invention with appropriate modifications within a range that can be adapted to the gist, and they are all included in the technical scope of the present invention.
［アルミニウム合金板材のプラズマ溶接］ [Plasma welding of aluminum alloy sheet]
本実施例においては、以下に説明する各条件で、各々準備したアルミニウム合金板材をプラズマ溶接した。 In this example, each prepared aluminum alloy sheet was plasma welded under each condition described below.
（実施例１）
被溶接材として幅２５ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのアルミニウム合金板材（ＪＩＳ Ａ６０２２Ｐ−Ｔ４）を２枚用意し、それぞれのアルミニウム合金板材の長辺同士を突き合わせて溶接することより、幅５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの溶接体とした。
まず、溶接の前処理としてワイヤブラシによる一般的な酸化膜除去を行った後、交流プラズマ溶接法を用いて溶接を行った。この際の溶接速度は１．２ｍ／ｍｉｎとし、板厚方向において完全に溶け込む溶接条件とした。また、プラズマガスとして、アルゴンガス、アルゴン−ヘリウム混合ガス、ヘリウムガスをそれぞれ用い、タングステン電極とアルミニウム合金板材との間の距離（電極間距離）を１ｍｍから５ｍｍまで変化させて溶接を行った。この際の入熱量Ｑｈｉは３３００〜７９００（Ｊ／ｃｍ２）の範囲であった。
Example 1
By preparing two aluminum alloy sheets (JIS A6022P-T4) having a width of 25 mm, a length of 200 mm, and a thickness of 1.2 mm as materials to be welded, the long sides of each aluminum alloy sheet are butted together and welded. A welded body having a length of 50 mm and a length of 200 mm was obtained.
First, as a pretreatment for welding, a general oxide film was removed with a wire brush, and then welding was performed using an AC plasma welding method. The welding speed at this time was 1.2 m / min, and the welding conditions were such that it completely melted in the plate thickness direction. Further, argon gas, argon-helium mixed gas, and helium gas were used as plasma gases, respectively, and welding was performed by changing the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate (interelectrode distance) from 1 mm to 5 mm. The amount of heat input Q hi at this time was in the range of 3300-7900 (J / cm 2 ).
（実施例２）
被溶接材として幅２５ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのアルミニウム合金板材（ＪＩＳ Ａ６０２２Ｐ−Ｔ４）を２枚用意し、それぞれのアルミニウム合金板材の長辺同士を突き合わせて溶接することより、幅５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの溶接体とした。
まず、溶接の前処理としてワイヤブラシによる一般的な酸化膜除去を行った後、直流正極性プラズマ溶接法を用いて溶接を行った。この際の溶接速度は１ｍ／ｍｉｎとし、板厚方向において完全に溶け込む溶接条件とした。また、プラズマガスとして、アルゴンガス、アルゴン−ヘリウム混合ガス、ヘリウムガスをそれぞれ用い、タングステン電極とアルミニウム合金板材との間の距離（電極間距離）を０．５ｍｍから５ｍｍまで変化させて溶接を行った。この際の入熱量Ｑｈｉは３０００〜７９００（Ｊ／ｃｍ２）の範囲であった。
(Example 2)
By preparing two aluminum alloy sheets (JIS A6022P-T4) having a width of 25 mm, a length of 200 mm, and a thickness of 1.2 mm as materials to be welded, the long sides of each aluminum alloy sheet are butted together and welded. A welded body having a length of 50 mm and a length of 200 mm was obtained.
First, as a pretreatment for welding, a general oxide film was removed with a wire brush, and then welding was performed using a DC positive plasma welding method. The welding speed at this time was 1 m / min, and the welding conditions were such that it completely melted in the plate thickness direction. Also, argon gas, argon-helium mixed gas, and helium gas are used as plasma gases, respectively, and welding is performed by changing the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate (interelectrode distance) from 0.5 mm to 5 mm. It was. The amount of heat input Q hi at this time was in the range of 3000 to 7900 (J / cm 2 ).
（実施例３）
被溶接材として板厚が０．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲のＪＩＳ Ａ６０２２Ｐ−Ｔ４、ＪＩＳ Ａ３００４Ｐ−Ｈ３２、ＪＩＳ Ａ５１８２Ｐ−Ｏの３種類のアルミニウム合金板材を用意した（下記表１に示す各成分も参照）。これらを、各々、幅２５ｍｍ、長さ２００ｍｍの寸法に切り出し、それぞれの被溶接材の長辺同士を突き合わせ溶接することにより、幅５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの溶接体とした。
まず、溶接の前処理としてワイヤブラシによる一般的な酸化膜除去を行った後、直流正極性プラズマ溶接法を用いて溶接を行った。この際、プラズマガスとしてヘリウムガスを用い、タングステン電極とアルミニウム合金板材との間の距離（電極間距離）を０．５ｍｍから３ｍｍまで変化させて溶接を行った。また、溶接速度は０．４〜１．５ｍ／ｍｉｎまで変化させた。この際の入熱量Ｑｈｉは２２００〜１０３００（Ｊ／ｃｍ２）の範囲であった。
(Example 3)
Three types of aluminum alloy plate materials of JIS A6022P-T4, JIS A3004P-H32, and JIS A5182P-O having a plate thickness in the range of 0.5 mm to 4 mm were prepared as welding materials (see also each component shown in Table 1 below). . These were cut out into dimensions of 25 mm in width and 200 mm in length, respectively, and the long sides of each material to be welded were butt welded to form a welded body having a width of 50 mm and a length of 200 mm.
First, as a pretreatment for welding, a general oxide film was removed with a wire brush, and then welding was performed using a DC positive plasma welding method. At this time, helium gas was used as a plasma gas, and welding was performed by changing the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate (interelectrode distance) from 0.5 mm to 3 mm. Further, the welding speed was changed from 0.4 to 1.5 m / min. The amount of heat input Q hi at this time was in the range of 2200 to 10300 (J / cm 2 ).
下記表１にアルミニウム合金板材の成分組成を示し、また、下記表２に上記実施例１における各条件及び結果を示すとともに、下記表３に上記実施例２の各条件及び結果を、下記表４に上記実施例３における各条件及び結果を示す。 Table 1 shows the component composition of the aluminum alloy sheet, Table 2 shows the conditions and results in Example 1, and Table 3 shows the conditions and results of Example 2 in Table 4 below. Shows the conditions and results in Example 3 above.
［溶接結果の評価］
上記実施例における溶接結果の評価は、溶接部の表裏面の目視観察と、溶接部の断面の光学顕微鏡観察により行った。
[Evaluation of welding results]
Evaluation of the welding results in the above examples was performed by visual observation of the front and back surfaces of the welded portion and optical microscope observation of the cross section of the welded portion.
（表裏面状態の目視観察）
まず、溶接部の表裏面の状態を目視検査によって行った。表面の検査では、ビード表面におけるピット状の欠陥発生の有無、ビードの溶け落ち（垂れ落ち）の有無を検査し、また、裏面の検査では、ビード裏面に裏波が出ない溶け込み不足の有無を観察した。そして、観察後に、上記不具合が見られる場合を不合格とし、表面が平滑で上記各欠陥が認められなかった場合を合格とし、結果を表２〜表４の各々に記した。
(Visual observation of front and back surfaces)
First, the state of the front and back surfaces of the welded part was visually inspected. In the surface inspection, the bead surface is inspected for pit-like defects and the bead has been melted down (dripping). In the back surface inspection, the back of the bead is not inspected for lack of penetration. Observed. And after observation, the case where the said malfunction was seen was made disqualified, the case where the surface was smooth and said each defect was not accepted was made pass, and the result was described in each of Table 2-Table 4.
（断面の観察）
溶接部を溶接進行方向と直角に切断し、研磨・エッチングによって溶接部断面のマクロ組織を現出した後、目視及び光学顕微鏡観察により、溶接部内におけるブローホールや割れの発生の有無を観察した。そして、これらの欠陥が認められなかった場合を合格とし、また、見られた場合を不合格とし、結果を表２〜表４の各々に記した。
(Section observation)
The weld was cut at right angles to the welding direction, and a macrostructure of the weld cross section was revealed by polishing and etching, and then the presence or absence of blowholes and cracks in the weld was observed by visual observation and observation with an optical microscope. And when these defects were not recognized, it was set as the pass, and the case where it was seen was set as the failure, and the result was described in each of Table 2-Table 4.
（総合評価）
表裏面観察及び断面観察の結果、いずれも合格の場合を合格（○）とし、少なくともいずれかが不合格の場合を不合格（×）とし、結果を表２〜表４の各々に記した。
(Comprehensive evaluation)
As a result of the front and back surface observation and the cross-sectional observation, the case of passing was set as pass (◯), the case of at least failing was set as fail (x), and the results are shown in Tables 2 to 4.
［評価結果］
＜比較例＞
（実施例１）
実施例１における比較例１〜９は、交流プラズマ溶接の場合の結果である。表２に示すように、これら比較例１〜９は、プラズマガスをヘリウムとした場合でもピット並びにブローホールが観察され、全て不合格であった。また、タングステン電極とアルミニウム合金板材との間の距離を種々変化させた場合でも、結果は同様で改善することができず、不合格となった。
これら比較例１〜９は、何れも溶接電源に交流を用いたために、上記結果となったものと考えられる。なお、比較例４の接合体の断面観察で見られたブローホールの例を、図４に示す（図中の符号Ｂを参照）。
[Evaluation results]
<Comparative example>
Example 1
Comparative Examples 1 to 9 in Example 1 are results in the case of AC plasma welding. As shown in Table 2, in Comparative Examples 1 to 9, pits and blowholes were observed even when the plasma gas was helium, and all were unacceptable. Further, even when the distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate was changed variously, the result was the same and could not be improved, and was rejected.
These Comparative Examples 1 to 9 are considered to have obtained the above results because AC was used for the welding power source. In addition, the example of the blowhole seen by the cross-sectional observation of the conjugate | zygote of the comparative example 4 is shown in FIG. 4 (refer code | symbol B in a figure).
（実施例２）
実施例２における比較例１０〜１４は、電源を直流正極性とし、プラズマガスをアルゴンとした場合の結果である。表３に示すように、比較例１０〜１４は、電極間距離を種々変化させた場合でも、ピット並びにブローホールが観察され、上記同様、不合格であった。
これら比較例１０〜１４は、何れもプラズマガスにアルゴンを用いたため、上記結果となったものと考えられる。
(Example 2)
Comparative Examples 10 to 14 in Example 2 are results when the power source is a direct current positive polarity and the plasma gas is argon. As shown in Table 3, in Comparative Examples 10 to 14, even when the distance between the electrodes was variously changed, pits and blowholes were observed, and as described above, they were rejected.
These Comparative Examples 10 to 14 are considered to have the above results because argon was used as the plasma gas.
実施例２における比較例１５〜１８は、電源を直流正極性とし、プラズマガスに５０体積％ヘリウム／５０体積％アルゴンの混合ガスを用いた場合の結果である。表３に示すように、比較例１５〜１８は、電極間距離を種々変化させた場合でもピット並びにブローホールが観察され、上記同様、不合格であった。
これら比較例１５〜１８は、何れもプラズマガスにアルゴンが高濃度のものを用いたため、上記結果となったものである。
Comparative Examples 15 to 18 in Example 2 are results when the power source is DC positive polarity and a mixed gas of 50 volume% helium / 50 volume% argon is used as the plasma gas. As shown in Table 3, in Comparative Examples 15 to 18, pits and blowholes were observed even when the distance between the electrodes was variously changed, and as described above, the samples were rejected.
In these Comparative Examples 15 to 18, all of the above results were obtained because a plasma gas having a high argon concentration was used.
実施例２における比較例１９〜２１は、電源を直流正極性とし、プラズマガスに７５体積％ヘリウム／２５体積％アルゴンの混合ガスを用い、電極間距離を２．５ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍと変化させた場合の結果である。表３に示すように、比較例１９〜２１は、何れもピット並びにブローホールが観察され、上記同様、不合格であった。
比較例１９〜２１では、何れも電極間距離が長過ぎるためにアークが広がり、エネルギー密度が低下したため、上記結果となったものである。なお、比較例１９における表面観察で、ビード表面に見られたピットの例を図５に示す（図中の符号Ｐを参照）。
In Comparative Examples 19 to 21 in Example 2, the power source is DC positive polarity, the plasma gas is a mixed gas of 75 volume% helium / 25 volume% argon, and the distance between the electrodes is changed to 2.5 mm, 3 mm, and 5 mm. It is a result in the case of. As shown in Table 3, in each of Comparative Examples 19 to 21, pits and blowholes were observed, and as described above, they were rejected.
In Comparative Examples 19 to 21, all of the above results were obtained because the distance between the electrodes was too long and the arc spread and the energy density decreased. In addition, the example of the pit seen by the bead surface by surface observation in the comparative example 19 is shown in FIG. 5 (refer the code | symbol P in a figure).
実施例２における比較例２２〜２４は、電源を直流正極性とし、プラズマガスにヘリウムを用い、電極間距離を２．５ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍと変化させた場合の結果である。表３に示すように、比較例２２〜２４は、上記同様、ピット並びにブローホールが観察され、不合格であった。
これら比較例２２〜２４は、何れも電極間距離が長すぎてアークが広がり、エネルギー密度が低下したため、上記結果となったものである。
Comparative Examples 22 to 24 in Example 2 are results when the power source is DC positive, helium is used as the plasma gas, and the distance between the electrodes is changed to 2.5 mm, 3 mm, and 5 mm. As shown in Table 3, in Comparative Examples 22 to 24, pits and blowholes were observed in the same manner as described above, which was unacceptable.
In these Comparative Examples 22 to 24, the distance between the electrodes is too long, the arc spreads, and the energy density is lowered.
（実施例３）
実施例３における比較例２５、３０は、電源を直流正極性とし、プラズマガスにヘリウムを用い、電極間距離を１ｍｍとした場合の結果である。表４に示すように、比較例２５、３０は、ビードの裏面観察の結果が不合格であった。なお、比較例２５、３０では、断面検査は実施しなかった。
これら比較例２５、３０が不合格となった理由としては、入熱量が本発明で規定する下限値の２５００（Ｊ／ｃｍ２）を下回っていたため、溶け込みが不十分であったためである。
(Example 3)
Comparative Examples 25 and 30 in Example 3 are the results when the power source is DC positive, helium is used as the plasma gas, and the distance between the electrodes is 1 mm. As shown in Table 4, in Comparative Examples 25 and 30, the results of the backside observation of the beads were unacceptable. In Comparative Examples 25 and 30, no cross-sectional inspection was performed.
The reason why these Comparative Examples 25 and 30 were rejected was that the amount of heat input was lower than the lower limit of 2500 (J / cm 2 ) defined in the present invention, so that the penetration was insufficient.
実施例３における比較例２６、２７は、電源を直流正極性とし、プラズマガスにヘリウムを用い、電極間距離を１ｍｍとした場合の結果である。表４に示すように、比較例２６、２７は、ビードの裏面観察の結果が不合格であった。なお、比較例２６、２７では、断面検査は実施しなかった。
これら比較例２６、２７が不合格となった理由としては、入熱量が本発明で規定する範囲の上限（１００００（Ｊ／ｃｍ２）未満）を上回っていたため、溶け落ち（穴あき）が発生したためである。
Comparative examples 26 and 27 in Example 3 are results when the power source is DC positive, helium is used as the plasma gas, and the distance between the electrodes is 1 mm. As shown in Table 4, in Comparative Examples 26 and 27, the result of the backside observation of the beads was unacceptable. In Comparative Examples 26 and 27, no cross-sectional inspection was performed.
The reason why these Comparative Examples 26 and 27 were rejected was that the amount of heat input exceeded the upper limit (less than 10000 (J / cm 2 )) defined in the present invention, so that burnout (perforation) occurred. This is because.
実施例３における比較例２８、は、板厚１．６ｍｍのＡ５１８２合金を用いた例であり、電源を直流正極性とし、プラズマガスにヘリウムを用い、電極間距離を３ｍｍとした場合の結果である。表４に示すように、比較例２８は、ピット並びにブローホールが観察され、上記同様、不合格であった。
比較例２８が不合格となった理由としては、電極間距離が長すぎてアークが広がり、エネルギー密度が低下したためである。
Comparative Example 28 in Example 3 is an example using an A5182 alloy with a plate thickness of 1.6 mm. The result is obtained when the power source is DC positive, helium is used as the plasma gas, and the distance between the electrodes is 3 mm. is there. As shown in Table 4, in Comparative Example 28, pits and blowholes were observed, and the sample was rejected as described above.
The reason why Comparative Example 28 failed was that the distance between the electrodes was too long, the arc spread, and the energy density decreased.
実施例３における比較例２９は、板厚２ｍｍのＡ６０２２合金を用いた例であり、電源を直流正極性とし、プラズマガスにヘリウムを用い、電極間距離を２．５ｍｍとした場合の結果である。表４に示すように、比較例２９は、ピット並びにブローホールが観察され、上記同様、不合格であった。
比較例２９が不合格となった理由としては、電極間距離が長すぎてアークが広がり、エネルギー密度が低下したためである。
Comparative Example 29 in Example 3 is an example using an A6022 alloy having a plate thickness of 2 mm, and is a result when the power source is DC positive polarity, helium is used as the plasma gas, and the distance between the electrodes is 2.5 mm. . As shown in Table 4, in Comparative Example 29, pits and blowholes were observed, and as described above, it was rejected.
The reason why Comparative Example 29 failed was that the distance between the electrodes was too long, the arc spread, and the energy density decreased.
実施例３における比較例３１は、板厚が４ｍｍと厚い場合のＡ３００４合金の例であり、電源を直流正極性とし、プラズマガスにヘリウムを用い、電極間距離を１ｍｍとした場合の結果である。表４に示すように、比較例３１は、板厚が厚いために入熱が大きくなり、熱変形が大きく凹凸が激しい結果となり、不合格であった。なお、比較例３１では、断面検査は実施しなかった。
比較例３１が不合格となった理由としては、上述のように、板厚が本発明の対象であるアルミニウム合金板材の上限を超えており、投入した総入熱量が過大となったためである。
Comparative Example 31 in Example 3 is an example of A3004 alloy when the plate thickness is as thick as 4 mm, and is a result when the power source is DC positive polarity, helium is used as the plasma gas, and the distance between the electrodes is 1 mm. . As shown in Table 4, in Comparative Example 31, the heat input was large because the plate thickness was thick, the thermal deformation was large, and the unevenness was severe, resulting in failure. In Comparative Example 31, no cross-sectional inspection was performed.
The reason why Comparative Example 31 was rejected was that, as described above, the plate thickness exceeded the upper limit of the aluminum alloy plate material that is the subject of the present invention, and the total amount of heat input was excessive.
＜本発明例＞
（実施例２）
実施例２における本発明例１〜３は、電源を直流正極性とし、プラズマガスに７５体積％ヘリウム／２５体積％アルゴンの混合ガスを用い、電極間距離をそれぞれ０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍとした場合の結果である。表３に示すように、本発明例１〜３は、表裏面状態、断面状態ともに欠陥は観察されず、総合評価は合格であった。
<Invention Example>
(Example 2)
In Invention Examples 1 to 3 in Example 2, the power source was DC positive polarity, a mixed gas of 75 volume% helium / 25 volume% argon was used as the plasma gas, and the distance between the electrodes was 0.5 mm, 1 mm, and 2 mm, respectively. This is the result. As shown in Table 3, in Examples 1 to 3 of the present invention, no defects were observed in both the front and back surfaces and the cross-sectional state, and the overall evaluation was acceptable.
実施例２における本発明例４〜６は、電源を直流正極性とし、プラズマガスにヘリウムを用い、電極間距離をそれぞれ０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍとした場合の結果である。表３に示すように、本発明例４〜６は、表裏面状態、断面状態ともに欠陥は観察されず、総合評価は合格であった。また、本発明例５における溶接部の断面写真を図３に示す。図３に示すように、本発明例５においては、溶接部にブローホールが見られず、良好な溶接継手を成していることがわかる。 Invention Examples 4 to 6 in Example 2 are the results when the power source is DC positive, helium is used as the plasma gas, and the distance between the electrodes is 0.5 mm, 1 mm, and 2 mm, respectively. As shown in Table 3, no defects were observed in the front and back surfaces and the cross-sectional states of Invention Examples 4 to 6, and the overall evaluation was acceptable. Moreover, the cross-sectional photograph of the welding part in this invention example 5 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, in Example 5 of this invention, it turns out that a blowhole is not seen in a welding part and the favorable welded joint is comprised.
（実施例３）
実施例３における本発明例７〜９は、電源を直流正極性とし、プラズマガスにヘリウムを用い、電極間距離をそれぞれ、１ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍとした場合の結果である。表４に示すように、本発明例７〜９は、裏面状態、断面状態ともに欠陥は観察されず、総合評価は合格であった。
(Example 3)
Invention Examples 7 to 9 in Example 3 are the results when the power source is DC positive, helium is used as the plasma gas, and the distance between the electrodes is 1 mm, 1 mm, and 2 mm, respectively. As shown in Table 4, no defects were observed in the back surface state and the cross-sectional state of Invention Examples 7 to 9, and the overall evaluation was acceptable.
実施例３における本発明例１０〜１２は、板厚２ｍｍのＡ６０２２合金を用いた例であり、電源を直流正極性とし、プラズマガスにヘリウムを用い、電極間距離をそれぞれ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍとした結果である。表４に示すように、本発明例１０〜１２は、表裏面状態、断面状態ともに欠陥は観察されず、総合評価は合格であった。 Invention Examples 10 to 12 in Example 3 are examples using an A6022 alloy with a plate thickness of 2 mm. The power source is DC positive, helium is used as the plasma gas, and the distance between the electrodes is 0.5 mm and 1 mm, respectively. The result is 2 mm. As shown in Table 4, in Examples 10 to 12 of the present invention, no defects were observed in both the front and back surface states and the cross-sectional state, and the overall evaluation was acceptable.
実施例３における本発明例１３は、板厚３ｍｍのＡ３００４合金による結果であり、電源を直流正極性とし、プラズマガスにヘリウムを用い、電極間距離を１ｍｍとした結果である。表４に示すように、本発明例１３は、表裏面状態、断面状態ともに欠陥は観察されず、総合評価は合格であった。 Invention Example 13 in Example 3 is a result of A3004 alloy having a plate thickness of 3 mm, a result that the power source is DC positive, helium is used as plasma gas, and the distance between electrodes is 1 mm. As shown in Table 4, in Invention Example 13, no defects were observed in both the front and back surface states and the cross-sectional state, and the overall evaluation was acceptable.
なお、本実施例における本発明例では、直流電源による実験を例示したが、直流電源に数十Ｈｚのパルスを重畳させ、直流パルスとした場合についても本発明の効果は同様に得られる。 In the example of the present invention in the present embodiment, an experiment using a DC power source is illustrated, but the effect of the present invention can be similarly obtained when a DC pulse is superimposed on a DC power source to form a DC pulse.
上記実施例の結果より、本発明のアルミニウム合金板材の溶接方法が、アルミニウム合金板材を直流プラズマ溶接する場合であっても、溶接部におけるブローホール等の溶接欠陥が抑制でき、欠陥の無い良好な溶接継手を得ることが可能となることが明らかである。 From the results of the above examples, even when the aluminum alloy sheet material welding method of the present invention is a case where the aluminum alloy sheet material is DC plasma welded, welding defects such as blowholes in the welded portion can be suppressed, and there are no defects. It is clear that a welded joint can be obtained.
本発明によれば、例えば、各種自動車用構造部材に本発明を適用することにより、自動車全体の軽量化や溶接部の強度向上に伴う経済性や安全性等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。 According to the present invention, for example, by applying the present invention to various structural members for automobiles, it is possible to sufficiently enjoy the advantages such as economy and safety associated with the weight reduction of the entire automobile and the strength improvement of the welded portion. Yes, its social contribution is immeasurable.
１…アルミニウム合金板材、
１ａ…突き合わせ端部、
１０…プラズマ溶接機、
１１…タングステン電極、
１２…プラズマノズル、
１３…シールドキャップ、
１４…メイン電源部、
１５…パイロットアーク電源、
ＰＧ…プラズマガス、
ＳＧ…サイドシールドガス、
Ａ…アーク、
ｈ…タングステン電極とアルミニウム合金板材との間の距離、
Ｑｈｉ…単位板厚あたりの入熱量、
Ｅ…溶接電圧、
Ｉ…溶接電流、
Ｖ…溶接速度、
ｔ…板厚、
1 ... Aluminum alloy sheet,
1a ... butting end,
10 ... Plasma welding machine,
11 ... Tungsten electrode,
12 ... Plasma nozzle,
13 ... Shield cap,
14 ... main power supply,
15 ... Pilot arc power supply,
PG ... plasma gas,
SG ... side shield gas,
A ... Ark,
h: Distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy sheet
Q hi ... heat input per unit plate thickness,
E ... Welding voltage,
I: Welding current,
V ... Welding speed,
t ... Thickness,
Claims (1)
前記プラズマガスとして、ヘリウム濃度が７５体積％以上とされたヘリウム−アルゴン混合ガスを用い、
前記プラズマガスの流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ以上６Ｌ／ｍｉｎ未満の範囲とし、
前記タングステン電極と、被溶接材である前記アルミニウム合金板材との間の距離を２ｍｍ以下とし、
溶接速度Ｖを０．６〜１．５（ｃｍ／ｍｉｎ）の範囲とし、
直流正極性プラズマ溶接時における、下記（１）式で表される単位板厚あたりの入熱量Ｑｈｉを、２５００（Ｊ／ｃｍ２）以上１００００（Ｊ／ｃｍ２）未満の範囲とすることを特徴とするアルミニウム合金板材のプラズマ溶接方法。
Ｑｈｉ ＝ ６０×（ＥＩ／Ｖｔ） ・・・・・（１）
｛但し、上記（１）式において、Ｑｈｉ：入熱量（Ｊ／ｃｍ２）、Ｅ：溶接電圧（Ｖ）、Ｉ：溶接電流（Ａ）、Ｖ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）、ｔ：板厚（ｃｍ）を示す。｝ A plurality of aluminum alloy sheets having a thickness t of 0.5 to 3 mm are used as the materials to be welded, the ends of the adjacent aluminum alloy sheets are butted together, and plasma is formed between the tungsten electrode and the plasma nozzle surrounding the tungsten electrode. DC positive polarity plasma welding for supplying a gas and supplying a shield gas between the plasma nozzle and a shield cap surrounding the plasma nozzle to generate a plasma arc between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate A plasma welding method of an aluminum alloy sheet that welds the butted ends of the aluminum alloy sheet by a method,
As the plasma gas, a helium-argon mixed gas having a helium concentration of 75% by volume or more is used.
The flow rate of the plasma gas is in a range of 0.3 L / min or more and less than 6 L / min,
The distance between the tungsten electrode and the aluminum alloy plate material to be welded is 2 mm or less,
The welding speed V is in the range of 0.6 to 1.5 (cm / min),
The amount of heat input Q hi per unit plate thickness expressed by the following formula (1) at the time of DC positive plasma welding is set to a range of 2500 (J / cm 2 ) or more and less than 10,000 (J / cm 2 ). A plasma welding method of an aluminum alloy sheet characterized by the above.
Q hi = 60 × (EI / Vt) (1)
{However, in the above formula (1), Q hi : heat input (J / cm 2 ), E: welding voltage (V), I: welding current (A), V: welding speed (cm / min), t: The plate thickness (cm) is shown. }
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