ロボットによるマグネシウム溶接の自動化

マグネシウムの溶接は、一次製造または修理のために行われます。

プロパティ

1 立方センチメートルあたり約 1.74 g (1 立方インチあたり 0.063 ポンド) の密度を持つマグネシウム合金は、アルミニウム、マンガン、希土類、トリウム、亜鉛、またはジルコニウムと合金化された鋳造形態の場合、それらを材料にする高い強度対重量比を示します。軽量化が重要な場合、または慣性力の低減が不可欠な場合 (高速で移動する機械部品の場合) に最適です。マグネシウムは、スチールの約 20%、アルミニウムの約 67% の重量を占めています。マグネシウム鋳物は、驚くべき減衰能力を発揮します。

• 純マグネシウムは摂氏 650 度 (華氏 1202 度) で溶けます。
• 液体から固体への収縮率は 3.9 ～ 4.2%、融点の液体から室温での固体への収縮率は 9.7% です。
• マグネシウムは、特定のアルミニウム合金の製造において合金元素として使用されます。
• ノジュラー鋳鉄を製造する鋳鉄鋳造所では、グラファイト粒子をノジュラーにするためにマグネシウムが使用されます。また、他の金属を腐食から保護するためにも使用されます。

安全

安全上の注意事項を理解し、従う必要があります。マグネシウムは酸化しやすい。削りくずや粉末の状態で着火すると激しく燃えます。機械加工は、消火剤を手元に置いて、管理された条件下で行う必要があります。

仕様

• 鋳造合金は、仕様 ASTM B80、B94、および B199 でカバーされています。
• ASTM B90、B107、B217 による鍛造合金
• マグネシウム合金を溶接するための溶加材は
で指定されています
• マグネシウム合金溶接電極および棒の AWS A5.19 仕様
• マグネシウム合金溶接棒および裸電極の ASTM B 448 仕様
• SAE AMS 4397 マグネシウム ワイヤー、溶接

特徴

マグネシウム合金の溶接は、他の材料よりも溶融に必要な熱量が少なくて済みます。ただし、熱伝導率と熱膨張係数が高いため、変形しやすくなります。適切な予防措置を講じる必要があります。

合金元素

マグネシウムは機械的に弱すぎてそのまま使用できないため、特性を改善する他の元素と合金化する必要があります。 Mg-Al-Zn グループの合金には、室温用途で最も一般的な合金元素であるアルミニウム、マンガン、亜鉛が含まれています。合金元素のトリウム、セリウム、ジルコニウム (アルミニウムを含まない) が高温用に使用され、Mg-Zn-Zr グループを形成します。

合金含有量の増加は、融点を低下させ、溶融範囲を拡大し、溶接割れ傾向を増加させます。合金含有量が高いと、溶融に必要な熱が少なくなり、結晶粒の成長が制限されるため、マグネシウムの溶接効率が高くなります。

• アルミニウムは、結果を改善するのに最も効果的な成分です。 2 ～ 10% の割合で、亜鉛とマンガンを少量添加すると、強度と硬度が向上しますが、延性が低下します。 1.5% 以上の Al を含むマグネシウム合金は応力腐食を受けやすく、溶接後に応力を緩和する必要があります。
• 亜鉛とアルミニウムを組み合わせることで、マグネシウム合金に含まれる可能性のある鉄とニッケルの不純物による有害な腐食効果を克服できます。 Zn 含有量が高い (1% 以上) ほど、熱間短さが高くなり、溶接割れが発生します。
• マンガンは、マグネシウム合金の降伏強さ (わずかに) と耐塩水性を向上させます。融点が高いほど、溶融するために高い熱入力が必要になります。溶接部に隣接する粒子の成長は強度を低下させます。
• トリウムまたはセリウムを追加して、摂氏 260 度から 370 度 (華氏 500 度から 700 度) の温度での強度を向上させることができます。少量のジルコニウムは、溶接性を改善する結晶粒微細化剤です。
• マグネシウムが溶ける際に燃える傾向を抑えるために、ベリリウムが添加されることがあります。溶接への悪影響は観察されていません。ろう付け用合金では、炉内でのろう付け中の発火の危険性を減らすのに役立つ場合があります。
• カルシウムは酸化を抑えるために少量添加されますが、溶接割れのリスクを高める可能性があります。

プロセス

マグネシウムの溶接は、通常、逆極性 (電極がプラス) の直流を使用するアーク プロセスで実行されます。鍛造合金は通常、特定の鋳造合金よりも溶接可能です。

ガス金属アーク溶接マグネシウム (GMAW) または金属不活性ガス (MIG) の金属移動モード

• 短絡モード - フィラーが 1 秒間に何度もワークに接触してアークを消します。金属は一連の滴として供給されます。
• パルス アーク モード - 電源は変調された電流を供給します。アークは中断されず、金属は途中で転送されます。
• スプレー転写モード - 液滴のスプレーで金属を転写します。
• 最もよく使用されるシールド ガスは一般にアルゴンですが、ヘリウムとの混合ガスも使用できます。

タングステン イナート ガス (TIG) とも呼ばれる溶接用ガス タングステン アーク (GTAW)

• Alternating current machines or direct current reverse polarity (electrode positive) power supplies, with high frequency current superimposed are used.
• For thin sheets both are suitable, for heavier sheets alternating current is preferred as it provides deeper penetration.
• Direct current straight polarity (electrode negative) is not preferred because it lacks the cathodic cleaning action.

Electron Beam welding magnesium has been used for repairing expensive casting on alloys containing less than 1% Zinc. The relative weldability of the different magnesium alloys is similar to that displayed for the more common arc processes.

The conditions have to be strictly monitored because of the danger of developing voids and porosity due to the low boiling point of Magnesium and the still lower one of Zinc. A slightly defocused beam may help to obtain sound welds.

Laser Beam is a preferred method for welding magnesium because of its low heat input, elevated speed and limited deformation. However this method has a tendency of developing porosity.

Resistance welding magnesium for either spots or seams is performed on wrought alloys like sheets and extrusions, essentially with equipment and conditions similar to those used for aluminum.

Repairing Castings:One of the most common Welding magnesium applications is repairing castings either as cast or after service. Preparation is important and should exclude contamination from extraneous materials. Generous bevels should be prepared to allow for full penetration.

Preheating:The need for preheating when welding magnesium is dictated by the degree of joint restraint and by metal thickness:for thick walls and a short welding bead, it may not be required. Preheating should be performed in a furnace with a protective atmosphere for reducing oxidation. One of the recommended procedures to minimize weld cracking is to weld from the center towards the sides (one half after the other). Thermal shocks should be avoided.