アルミ板金溶接の難所｜TIGのひずみ対策

アルミの融点は約660℃。その表面を覆う酸化皮膜の融点は約2,000℃——この温度差が、アルミ溶接を難しくする最大の理由です。実際、アルミ板金の溶接はステンレスや鉄に比べてひずみや割れ、ブローホールが発生しやすく、薄板では溶け落ちも起こりがちです。この記事では、アルミ溶接が難しい理由を素材特性から整理し、TIG溶接でのひずみ・割れ・欠陥を抑えるための具体的な対策を、薄板アルミ溶接の実績をもとに精密板金加工メーカーの視点で解説します。

アルミ溶接が難しい理由

アルミ溶接の難しさは、アルミニウムという素材そのものの物性に起因します。まず押さえるべきは次の4点です。

• 酸化皮膜の融点が高い: アルミ表面の酸化皮膜（Al₂O₃）は融点が約2,000℃以上と、母材（約660℃）よりはるかに高く、皮膜を除去しないと溶融金属がうまく溶け合いません。
• 熱伝導率が高い: 熱が逃げやすいため、溶接部に十分な熱を入れるには大きな入熱や予熱が必要です。
• 線膨張係数が大きい: 鉄の約2倍膨張・収縮するため、ひずみや変形が出やすくなります。
• 溶融状態で色が変わりにくい: 溶け落ちる直前まで見た目の変化が乏しく、薄板では穴があきやすいです。

アルミとステンレスの加工性・溶接性の違いはアルミ板金とステンレスの違いでも整理しています。溶接方法そのものの基礎は溶接の種類と特徴をご覧ください。

アルミ溶接でTIGが選ばれる理由

アルミ板金の溶接では、交流TIG溶接が主流です。交流の「クリーニング作用」によって溶接中に酸化皮膜を除去できるため、健全なビードが得やすくなります。薄板や精密部品では、入熱を細かく制御できるパルスTIGが有効です。

当社では薄板アルミのTIG溶接に対応し、t1.0mmの装置カバーやアルミパイプフレームのASSY溶接などの実績があります。アルミ板金加工全般はアルミ板金加工のページで紹介しています。

ひずみを抑える対策

アルミは線膨張係数が大きく、溶接の入熱でひずみが生じやすい素材です。現場では次の方法を組み合わせて変形を抑えます。

• 治具での拘束: 溶接治具でワークを固定し、熱変形を物理的に抑えます。
• 仮付け（点付け）の最適化: 全体をバランスよく仮付けしてから本溶接に移ります。
• 対称・分散溶接: 一箇所に熱を集中させず、対称に分けて溶接し収縮を相殺します。
• 入熱管理: パルス制御や溶接速度の調整で、必要最小限の入熱に抑えます。

形状に応じた治具設計が品質を左右します。パイプ曲げと治具を組み合わせた事例のように、工程全体での作り込みが重要です。

割れ・ブローホールを防ぐ対策

アルミ溶接で起こりやすい代表的な欠陥が、高温割れ（凝固割れ）とブローホール（溶接内部の気泡）です。それぞれ次のように対策します。

とくに前処理（脱脂・清掃・酸化皮膜除去）は、欠陥防止の基本です。溶加材は母材に合わせて選定し、用途に応じて使い分けます。

現場の実例で見るひずみ対策と溶接の使い分け

ここまでの対策が実際の製品でどう使われるのか、当社の製作事例から2つ紹介します。

t1.0アルミ装置カバー：入熱管理でひずみを抑える

外寸400×350×250mmの箱型装置カバーを、板厚1.0mmのアルミで製作した例です。t1.0のアルミTIG溶接は、入熱が広範囲に伝わりやすく母材の溶け落ちリスクも高い、板金の中でも特に難易度の高い工程です。電流値・溶接速度・トーチ角度を細かくコントロールする入熱管理に加え、複数の開口部を持つ形状のため曲げ順序と展開寸法の設計で組立時の合わせ精度を確保しました。詳細はt1.0アルミ装置カバーの製作事例をご覧ください。

アルミt2.0キオスク筐体：4種類の溶接を部位で使い分ける

受付・精算・発券用のキオスク端末筐体（アルミt2.0・600×500×1350mm）では、構造部の強度確保にTIG溶接、内部フレームの固定にスポット溶接、外観面の精密接合にYAGレーザー溶接、内部部品の取付にはスタッドウエルダーと、4種類の溶接を部位ごとに使い分けました。外観面のひずみや焼けを抑えるには、溶接条件だけでなく「どの部位をどの溶接方法で接合するか」という工程設計そのものが対策になります。詳細はキオスク端末アルミ筐体の製作事例をご覧ください。

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