鋼とアルミニウムの溶接に影響を与えるXNUMXつの重要な要因
鋼とアルミニウムは、融点、熱膨張係数、弾性率などの化学的および物理的特性が異なります。熱間加工溶接プロセスで鋼とアルミニウムを溶接する場合、アルミニウムと鋼は多くの問題に直面します。非常に硬くて脆いIMP相（金属間相）を形成するほど、溶接入熱が大きいほど、より多くのIMP相が生成されます。 この脆い段階は、ジョイントの静的および動的強度を大幅に破壊し、ジョイントの可塑性を低下させます。 それらの主な物理的な違いは次のとおりです。
鋼は固体状態でアルミニウムの一部を溶かすことができますが、アルミニウム含有量が12％を超えると、結晶構造が根本的に変化し、FeAL（ネットワーク）とFe250Al（ネットワーク）の非常に硬い（520-3hv）壊れやすい混合物を形成します。 Fe2Al、Fe2Al5、FeAl3の混合物中のアルミニウム含有量をさらに増やすと、より高い硬度（600〜1100 HV）とより高い脆性が得られます。 この壊れやすい材料は、アルミニウム中の鋼または鋼中のアルミニウムの拡散の結果です。 1.22つの異なる材料の電気化学ポテンシャルが異なる場合、分子拡散が発生して電位差を補正します。 電位差が大きいほど（鋼とアルミニウムのE〜XNUMXv）、拡散傾向が大きくなります。
ただし、溶接継手のIMP脆性相の厚さが10m未満の場合、その脆性はそれほど重要ではなく、明白になります。 このとき、ワークの性能は主に基板の延性に依存します。 腐食は別の大きな問題です。これらXNUMXつの材料の電気化学ポテンシャルは完全に異なり、電気分解（バッテリーに相当）を引き起こしますが、アルミニウムの電位は非常に低く、負極は電気分解で腐食します。 要約すると、鋼とアルミニウムの溶接はXNUMXつの要件を満たす必要があります。
- 接合部でのIMP相の厚さ<10m
- 溶接後の母材の腐食を防止します
これらXNUMXつの要件を満たすには、低入熱プロセスが必要であり、次に特別な溶接ワイヤまたは溶接シーム防食処理が必要です。
CMT（コールドメタルトランスファー）技術は短絡トランスファーに基づいて開発されており、その入熱は通常のGMAW溶接よりもはるかに低くなっています。 プロセスは次のとおりです。アークが燃焼し、液滴が短くなるまでワイヤが前方に押し出されます。 このとき、ワイヤの送り速度が逆になり、ワイヤが後方に引っ張られ、電流と電圧がほぼゼロになります。 次のループが形成された後、アークが再点火され、ワイヤが再接続される前に液滴の移動が再開されます。 このフィードバック/プルバック動作の平均周波数は70Hzにもなります。
成功例は、亜鉛メッキ鋼とアルミニウムの溶接に基づいています。 溶接実験は次のとおりです。アルミニウムの厚さは0.83mm、フィラーはアルミニウム-シリコン材料で、アルミニウムと亜鉛を溶かして鋼の表面にろう付けシームを形成します。 鋼とアルミニウムの接合部で1mmの基本試験を実施しました。 次の表は、テストの平均強度です。
冷間金属移送プロセス中の熱影響部の強度損失は避けられません。 アルミニウム合金の溶接および熱処理中に、結晶の析出により熱影響部の強度が30〜40％低下し、混合結晶構造が形成されます。 したがって、接合部の熱影響部は接合部の最も弱い部分であり、最小引張強度はアルミニウムベースの材料の約60％です。 自然硬化したアルミニウム合金の場合、再結晶により熱影響部の強度も低下します。 強度低下は前処理・溶接時の入熱に関係しており、主に熱影響部で破壊が発生します。
テストデータは、鋼とアルミニウムの溶接が可能であることを示していますが、鋼は亜鉛メッキする必要があり、特別な低エネルギー溶接プロセスが成功の前提条件です。 溶接継手は、引張強度、耐食性、耐疲労性に優れており、IMPの脆性相は2.5m未満であり、鋼とアルミニウムの継手の脆性破壊を防止するための鍵となります。
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