アルミニウムレーザー溶接用溶加材：合金の選択と直径ガイド

イントロダクション

溶加材は、アルミニウムレーザー溶接において、接合部に材料が不足している場合に金属を補充するために使用されます。溶加材は、ワークピース間の小さな隙間を埋めたり、溶接ビードを肉盛りしたり、接合部に必要な強度や溶接外観を提供したりするのに役立ちます。また、4043、5356、5183などの異なるアルミニウム合金は異なる溶接特性を生み出すため、溶加材の選択も重要です。

アルミニウムレーザー溶接用溶加材を選ぶ際、主に重要なのは溶加材の合金とワイヤ径の2点です。ここでは、4043、5356、5183、4047といった一般的な合金を比較し、どのワイヤが一般的なアルミニウム合金に適しているか、また、異なる板厚に対して適切なワイヤ径を選ぶ方法について解説します。さらに、溶加材が必要な場合と、溶加材なしでアルミニウムをレーザー溶接できる場合についても説明します。

KEMPSONは、アルミニウム合金向けに設計されたプロ仕様のレーザー溶接機を提供しています。製品の詳細については、アルミニウムレーザー溶接機のページをご覧ください。

アルミニウムのレーザー溶接には溶加材が必要ですか？

いいえ。接合部の適合性、材料の厚さ、および必要な溶接形状が自己溶接を可能にする場合、アルミニウムは溶加材なしでレーザー溶接できます。溶加材は、接合部に追加の金属が必要な場合、または特定の溶接組成が必要な場合に使用されます。

溶接方法の選択は、接合部の形状、アルミニウム合金の種類、板厚、および必要な溶接形状によって異なります。溶加材は、すべてのアルミニウムレーザー溶接において必須ではありません。

レーザー溶接用アルミニウム溶加材合金

単一の溶加材ワイヤで全てのアルミニウムレーザー溶接作業に対応できるわけではありません。ワイヤの選択は主に母材合金と要求される溶接特性によって決まります。

フィラー合金	共通ベースアルミニウム	Rescale データ
4043	6XXX、鋳造アルミニウム	ケイ素含有量約5％。流動性と耐亀裂性に優れている。	一般溶接
5356	5XXX、一部6XXX	マグネシウム含有量が高いほど、強度と延性が向上する。	構造部品
5183	5083、5086、高マグネシウム5XXX	マグネシウム含有量が高い。溶接強度が高い。	海洋構造物、重荷重構造物
4047	厳選された合金	ケイ素含有量約12％、優れた流動性	薄片、接合部のシーリング

• 4043 ― 6XXX系合金および鋳造アルミニウム用の汎用溶加材。流動性に優れ、割れにくいという特長を持つ。
• 5356 — 5XXX系アルミニウム合金や、より高い溶接強度を必要とする用途に一般的に使用されます。
• 5183 — より優れた機械的特性が求められる高強度アルミニウム接合部に適しています。
• 4047 ― シリコンを約12%含有し、優れた流動性を備えています。薄肉部やシーリング用途に適していますが、高い強度を必要とする構造接合部にはあまり適していません。

溶加材は、基材となるアルミニウム合金の種類、溶接要件、および接合部の設計に合わせて選定する必要があります。量産使用前に溶接試験を実施することをお勧めします。

4043と5356のフィラーワイヤー

4043と5356は、最も一般的に使用されているアルミニウム溶加材の2種類ですが、それぞれ異なる溶接ニーズに対応しています。主な違いは、流動性と耐亀裂性、そして溶接強度と耐食性です。

因子	4043	5356
主合金	アル・シ	アルマグネシウム
Si / Mg含有量	ケイ素含有量約5%	マグネシウム含有量4.5～5.5％
抗張力	約186～220MPa	〜290 MPa
流動性	より高い	穏健派
耐クラック性	グッド	グッド
典型的な卑金属	6XXX、鋳造アルミニウム	5XXX、一部6XXX
主な利点	流動性と溶接性	強度と耐腐食性
陽極酸化	色のマッチングが劣る	より良い色合わせ

流動性、溶接外観、耐亀裂性が主な懸念事項である場合は、4043を選択してください。より高い強度、延性、耐食性、または陽極酸化性能がより重要な場合は、5356を選択してください。最終的な選択は、実際の基材アルミニウム合金と接合部の要件に基づいて確認する必要があります。

構造用途のアルミニウム板にレーザー溶接を行う際には、材料の品質を一定に保ち、適切な合金を選択することが非常に重要です。高品質のアルミニウム材料や特注シートをお探しの場合は、Union Aluにご相談ください。信頼できるアルミニウム原料をご提供いたします。

一般的なアルミニウム合金に最適な溶加材

溶加材は、基材となるアルミニウム合金と必要な溶接特性に適合している必要があります。一般的なアルミニウム合金の場合、以下の組み合わせが広く使用されています。

• 6061アルミニウム ― 一般的な溶接や流動性の向上には4043を使用してください。より高い溶接強度や陽極酸化性能が必要な場合は、5356を選択してください。
• 6063アルミニウム合金 ― 4043と5356はどちらも一般的な選択肢です。4043は溶接性に優れており、5356はより高い強度を備えています。
• 5052アルミニウム合金の場合、強度と延性に優れた5356または5654の溶加材が推奨されます。
• 5083アルミニウム — 高マグネシウム合金では、強度と耐食性を高めるために、5356、5183、または5556の溶加材を使用してください。
• 鋳造アルミニウム合金のうち、4043は流動性と耐亀裂性に優れているため広く用いられています。4047はシリコン含有量が高いため、薄肉加工やシール用途に適しています。

生産溶接においては、溶接パラメータを最終決定する前に、溶加材と母材合金、材料の厚さ、接合部の設計、および必要な溶接強度との適合性を確認してください。

アルミニウムのレーザー溶接には、どの径の溶加材を使用すべきですか？

溶加材の直径は、主に材料の厚さ、接合部の隙間、溶接サイズ、ワイヤ送給速度、レーザー出力に基づいて選択されます。アルミニウムのレーザー溶接作業すべてに共通する単一の直径はありません。

一般的なアルミニウムレーザー溶接ワイヤの直径

線径	材質／接合部
２０ mm	薄いアルミ板、小さな継ぎ目	小さな溶接、精密な溶加材制御
２０ mm	薄手から中程度の厚さ	一般的な薄板溶接
２０ mm	中厚、大きめの溶接	一般生産溶接
２０ mm	より厚い素材、より大きな接合部	フィラーの注入量を増やす
２０ mm	厚みのある部分、より大きな継ぎ目	重充填剤用途

• 0.8～1.0mm：薄板や小型溶接に適しています。細いワイヤを使用することで、溶加材の添加量や溶融池の形状をより細かく制御できます。
• 1.2 mm：中厚アルミニウムや一般的な生産作業でよく用いられるサイズです。溶加材の量とワイヤ送給量のバランスが優れています。
• 1.6～2.0 mm：より大きな溶接、より厚い材料、またはより広い接合ギャップに使用されます。直径が大きいほど溶加材が多くなりますが、適切なワイヤ送給能力とレーザー出力が必要です。

ワイヤ径は、アルミニウム合金の種類、材料の厚さ、接合ギャップ、レーザー出力、ワイヤ送給速度、溶接装置の構成に基づいて選択する必要があります。量産溶接においては、本格的な操業開始前に溶接試験を行い、選択したワイヤサイズとパラメータを確認してください。

レーザー出力は充填材ワイヤーの直径に影響しますか？

必ずしもそうとは限りません。レーザー出力が高いからといって、必ずしもより太い充填材が必要になるわけではありません。

レーザー出力は利用可能な熱入力を決定し、ワイヤ径は添加される溶加材の量を決定します。ワイヤ送給速度は溶着速度を制御します。一般的に、ワイヤ径が大きいほど溶融に必要なエネルギーが多くなるため、レーザー出力とワイヤ径を一致させる必要があります。

最終的な組み合わせは、ワイヤ径、送り速度、材料の厚さ、接合ギャップ、溶接速度によって決まります。生産前に実際の設定をテストしてください。

溶加材を用いたアルミニウムレーザー溶接のパラメータ

溶加材の設定は、主要な溶接パラメータに合わせて行う必要があります。重要な要素は、ワイヤ送給速度、レーザー出力、溶接速度、およびワイヤ送給角度です。

ワイヤ送給速度：ワイヤ送給速度は、溶接部に供給される溶加ワイヤの量を制御します。ワイヤ径と溶接速度に合わせる必要があります。

レーザー出力：レーザー出力は、溶加材と母材を溶融させるのに十分なエネルギーを供給する必要があります。一般的に、ワイヤ径が大きいほど、より多くのエネルギーが必要となります。

溶接速度：溶接速度は、単位長さあたりの入熱量と溶加材量に影響します。溶接速度を変更すると、ワイヤ送給速度もそれに合わせて調整する必要がある場合があります。

ワイヤ送給角度：送給角度は、ワイヤが溶融池に入る位置を決定します。均一な充填材分布を維持するためには、ワイヤは溶融池に安定して入る必要があります。

溶加材の直径とワイヤ送給速度は、レーザー出力と溶接速度と併せて検証する必要があります。最終的な設定は、アルミニウム合金の種類、厚さ、接合部の設計、および溶接システムによって異なります。

アルミニウムのレーザー溶接プロセスとパラメータ設定の詳細については、「アルミニウムのレーザー溶接：プロセス、パラメータ、およびベストプラクティス」を参照してください。

アルミニウムレーザー溶接用溶加材の選び方

適切な溶加材は、主に基材となるアルミニウム合金の種類、要求される溶接特性、材料の厚さ、および接合部の隙間によって決まります。

選択要素	何を確認する
基合金	溶加材はアルミニウムのグレードに合わせてください。5XXX系合金では一般的に5356が使用され、6XXX系合金では4043が広く使用されています。
溶接特性	強度、延性、耐亀裂性、耐食性、および溶接部の外観を考慮してください。
線径	一般的なサイズとしては、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mmなどがあります。細いワイヤは薄板への溶接が容易で、太いワイヤはより多くの溶加材を供給できます。
関節の隙間	隙間が狭い場合は、充填材はほとんど、あるいは全く必要ありません。隙間が大きい場合は、より多くの充填材が必要となり、より太いワイヤを使用するか、ワイヤ送給速度を調整する必要があるかもしれません。

溶加材を母材に合わせる

5083、5A06、およびその他の5XXX系アルミニウム合金の場合、ER5356が一般的な選択肢です。多くの6XXX系合金では、要求される強度、耐亀裂性、および表面仕上げに応じて、ER4043またはER5356が使用される場合があります。2XXX系合金および異種アルミニウム接合部の場合、溶加材の選択は合金名のみに基づくのではなく、溶接試験によって確認する必要があります。

ワイヤーの直径を選択してください

アルミニウムのレーザー溶接では、0.8～2.0mmのワイヤが多くの一般的な用途に対応します。薄板や小さな溶接箇所では一般的に細いワイヤを使用しますが、厚い材料や大きな接合ギャップではより多くの溶加材が必要になります。ワイヤ径は、レーザー出力とワイヤ送給速度にも適合させる必要があります。

溶接前に接合部を確認してください

接合部の隙間や嵌合状態によって、必要な溶加材の量が変わります。隙間が小さく均一であれば溶接は容易ですが、隙間が大きいほど溶加材の量が増え、溶接条件をより厳密に管理する必要があります。

量産溶接においては、最終的な設定を行う前に、選択した溶加材合金とワイヤ径を、実際のアルミニウムのグレード、厚さ、接合部の設計、および溶接条件に合わせてテストしてください。

結論

アルミニウムレーザー溶接に適した溶加材ワイヤを選ぶ際には、基材となるアルミニウム合金の種類、溶接要件、ワイヤ径、および接合ギャップを考慮する必要があります。4043は6XXX系合金や鋳造アルミニウムに広く用いられており、5356と5183は5XXX系合金や高強度溶接によく用いられます。ワイヤ径は、材料の厚さ、接合ギャップ、レーザー出力、およびワイヤ送給速度に合わせて選択する必要があります。

どの溶加材ワイヤまたはレーザー溶接装置がお客様のアルミニウム用途に最適かご不明な場合は、材料グレード、厚さ、接合タイプ、および溶接要件をお知らせください。KEMPSONはプロフェッショナルなワイヤ送給ソリューションを提供しており、お客様の用途条件に基づいて最適なレーザー出力、溶加材ワイヤ、ワイヤ送給装置の構成、および溶接パラメータをご提案いたします。

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