阻止層形成

物理化学的メカニズム

溶融アルミニウムと固相鋼の界面では、鉄原子とアルミニウム原子が相互に拡散する。冷却時にFeAl3やFe2Al5のような脆い金属間化合物相が形成される。これらの相はすべり面のない非常に規則的な結晶構造を持ち、1000 HVまでの硬さに達する。層厚は温度と接触時間の増加に伴い指数関数的に成長する。急速冷却により薄いが硬い層が凍結される。

溶接における冶金学的関連性とリスク

脆い層はほとんど変形能を持たない。冷却時の収縮応力下で層に沿って即座に割れが発生する。結合は小さな負荷でも破壊される。層厚が約10 µm以上になると、溶接部全体が使用不能になる。アルミニウムと鋼の熱膨張差が追加の応力を生む。酸化物や水分が接合部に閉じ込められると、気孔が発生する可能性がある。

現場実務と作業指示

拡散障壁層の形成は最小化できても、完全には防げない。溶融池の接触時間を0.5秒以下に抑えろ。短いアーク、高い溶接速度、低い電流で入熱を制限しろ。目標は金属間化合物層の厚さを5 µm以下にすることだ。爆着クラッドしたアルミニウム-鋼の遷移継手を使用するか、摩擦圧接やレーザービーム溶接を正確なエネルギー制御で適用しろ。接合面を徹底的に清掃し、酸化層を除去しろ。鋼の予熱は避けろ、熱は拡散を加速する。