【プロが解説】アルミ溶接の基礎知識と高品質を実現するポイント

株式会社上村製作所では、アルミニウム溶接の豊富な経験をもとに、現場で役立つ基礎知識と高品質を実現するポイントをまとめました。技術者の方はもちろん、アルミ溶接に課題をお持ちの方にも役立つ情報です。

【アルミニウムおよびアルミニウム合金の基礎知識】

アルミニウム（Al）およびその合金は、その軽量性、耐食性という優れた特性から、鉄道車両、船舶、低温タンクといった多様な構造物に広く採用されています。純アルミニウムに他の元素を加えることで、強度が向上するだけでなく、加工性、溶接性、耐食性といった特性も変化します。

アルミニウム合金の展伸材は、熱処理の有無によって非熱処理合金と熱処理合金に分類され、さらに添加元素の種類によって細かく分けられます。非熱処理合金は、焼きなましされた軟質材（O材）や、適切な加工硬化状態（H材）で使用されます。一方、熱処理合金は、焼き入れ（T4）や焼き入れ後の焼き戻し（T6）など、それぞれの目的に応じた熱処理を施した状態で用いられます。これらの調質処理は、日本の工業規格であるJIS規格（JIS H 4000）に定められた識別記号によって明確に示されています。

【アルミ溶接で注意すべき高温割れ】

アルミニウムおよびアルミニウム合金の溶接時に注意が必要なのが、高温割れという現象です。高温割れには、凝固割れと液化割れの二種類があります。これらの割れは、溶接金属が凝固する際のデンドライト樹間や結晶粒界における特定の合金元素の偏析、あるいは低融点金属化合物の存在が主な原因となります。

特に液化割れは、多層溶接を行う際に、後から溶接する層の熱によって先に溶接した層の結晶粒界が部分的に溶融し、その状態で応力やひずみが加わることで発生します。アルミニウムは熱膨張率が大きく、凝固時の収縮も大きいため、これが高温割れの発生に大きく影響します。溶接ビードの始端と終端は特に割れが発生しやすい箇所なので、施工時には細心の注意が必要です。

ただし、1000、3000、4000、5000系の合金は比較的割れが発生しにくく、溶接性は良好と言えます。一方、2000、6000、7000系の合金は溶接割れが生じやすい傾向にありますが、適切な添加剤を使用するなど対策を講じることで、その感受性を改善することが可能です。一般的には、溶接割れを防ぐために、母材よりも添加元素を多く含む溶接材料が用いられます。

【アルミ溶接におけるブローホールの発生原因と対策】

アルミニウム溶接金属に発生しやすいのが、気泡であるブローホールです。これは溶接の品質を大きく損なう要因となります。主な原因は水素であり、アルミニウム中の水素溶解度が凝固時に急激に低下することが、ブローホール発生の最大の理由です。加えて、アルミニウムの凝固速度が比較的速いため、発生したブローホールが溶接金属外部へ放出されにくいことも影響しています。

水素の発生源としては、以下のものが考えられます。

母材および溶加材の中に含まれる固溶水素
母材および溶加材の表面に付着または吸着した水分、有機物、酸化膜
シールドガス中に含まれる水分
アーク雰囲気中に巻き込まれた空気中の水分

これらのうち、最も影響が大きいのはアーク雰囲気中に巻き込まれる空気中の水分であり、次いで溶加材表面の水分です。

【アルミニウムおよびアルミニウム合金の適切な溶接材料の選定】

以下はJIS Z 3604に基づく、アルミニウム合金ごとの推奨溶接材料の一覧です。

合金シリーズ	特徴	推奨溶接材料	備考
1000系	純アルミ、熱伝導性◎	A1070、A1100	電流低め推奨、アルマイト処理で美観UP
2000系	銅含有、ジュラルミン系、割れやすい	A4043、A4045、A4145、A4047、A2319	A2319は強度◎だが温度管理必須
3000系	非熱処理合金、強度〇、溶接性◎	A4043	A4043が適用範囲広く調達しやすい
5000系	中強度、船舶向き、溶接性◎	A5356、A5183	5083＋A5183が技能検定で定番
6000系	熱処理合金、形材、EV車に増	A5356	A6061も溶接OK！詳しくはこちら
7000系	最高強度の亜鉛系、鉄道車両向け	A5356、A5183	7N01、7003に多用

（出所：JIS Z 3604）

【高品質なアルミ溶接を実現するためのTig溶接施工法】

アルミニウム合金の溶接施工においては、SS（一般構造用圧延鋼材）やSUS（ステンレス鋼）以上に注意すべき点があります。ここでは、Tig溶接を例に、より良い溶接結果を得るための重要なポイントをご紹介します。

材料の種類、識別表示などを明確に理解し、適切な溶接材料を選定する。乾燥した清潔な材料を使用する。適切に保管された溶接材料を用いる。

シールドガスの流れが妨げられないように注意する。母材の接合部分を丁寧に洗浄する。

ステンレス製のブラシで接合面を強くこすり、表面の酸化皮膜をしっかりと除去する。

アセトンやアルコールなどの溶剤で接合部を清拭する。これらの基本的な作業を丁寧に行うだけでも、良好な溶接品質を確保することができます。

さらに、作業環境を常に清潔に保ち、一つ一つの工程を丁寧に実施することで、より高品質な溶接結果が得られるでしょう。

【ブローホール対策の新たなアプローチ】

長年、アルミ溶接におけるブローホールの問題に悩まされてきましたが、最近、ガスライン用とトーチインナー用のパージホースを交換することで、溶接欠陥を大幅に低減できるという報告があります。弊社でも、まずガスライン用のホースを交換しましたが、現在トーチインナー用のホースはまだ交換できていない状況です。近日中に交換を予定しています。この対策がうまくいけば、溶接後の補修作業が減り、不良品の流出を抑えることができると期待しています。

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最終更新：2025年6月28日