AWS D1.2 — 構造溶接コード for Aluminum
AWS D1.2は、アルミニウム合金の構造溶接基準です。これは、熱処理可能な合金における高温割れと強度損失を防ぐための厳格な予熱制限を伴うガスメタルアーク溶接およびティグ溶接プロセスを使用した構造用アルミニウム部品の手順資格、溶接作業者資格試験、製作要件、および検査基準を規定しています。
Key distinction: Unlike AWS D1.1 for steel where 水素誘起割れ drives 予熱 要求事項, D1.2 addresses 高温割れ (凝固割れ) through controlled 入熱 and 溶加材 selection. For heat-treatable alloys and 5000-series Al-Mg alloys above 3% Mg, preheat and interpass are capped at 250°F.
AWS D1.2とは
AWS D1.2はアルミニウムの構造溶接基準であり、5xxx系（Al-Mg）および6xxx系（Al-Mg-Si）合金ファミリーを対象としています。鋼用のD1.1とは異なり、D1.2では過度の熱が熱処理可能なアルミニウム合金に高温割れや強度損失を引き起こすため、予熱を最大250°Fに制限しています。
AWS D1.2/D1.2M — 構造溶接基準 — アルミニウム — は、構造用アルミニウム部品の溶接を規定する米国溶接協会の規格です。現行版はAWS D1.2:2014です。これは、設計応力を受けるアルミニウム構造物の手順資格、溶接技能者資格、製作、および検査要件をカバーしています。この規格は、建築フレーム、トラス、橋梁、クレーン構造物、建築部品などの構造用途における展伸材および鋳造アルミニウム合金に適用されます。
D1.2はD1.1と同様に構成されていますが、鋼と比較してアルミニウムの根本的に異なる冶金学的挙動に対処しています。アルミニウムは高い熱伝導率（鋼の約4倍）、溶融前の目に見える色変化がないこと、高温割れを促進する狭い凝固温度範囲、および熱処理可能な状態での過熱に対する感度を持っています。これらの特性は、鋼の基準とは異なる溶接アプローチ、異なる資格変数、および異なる検査基準を必要とします。
この規格は、構造用アルミニウムのいくつかの溶接プロセスを対象としています。ガスメタルアーク溶接（GMAW）は、高い溶着速度と自動化用途への適合性から、生産溶接の主要なプロセスです。ガスタングステンアーク溶接（GTAW）は、薄い板厚、ルートパス、および重要な継手に対して精密な熱制御を提供します。可変極性プラズマアーク溶接（PAW-VP）および摩擦攪拌溶接（FSW）も対象とされています。スタッド溶接は特定の締結用途に含まれています。被覆アーク溶接（SMAW）は、アルミニウムの被覆アーク溶接電極が腐食を引き起こす吸湿性のフラックス残渣を生成し、構造品質要件には実用的ではないため、含まれていません。
D1.2における予熱要件
D1.2 限界値 最大 preheat and interpass to 250 degrees F (120 degrees C) for heat-treatable aluminum alloys and 5000-series Al-Mg alloys containing more than 3% Mg, and holding times at 温度 shall not exceed 15 minutes. This is the opposite philosophy from D1.1, where preheat prevents 水素割れ by slowing cooling. In aluminum, excessive preheat can cause hot cracking and overaging of susceptible alloys.
アルミニウム溶接における予熱は、鋼の場合とは異なる目的を果たします。D1.1に基づく鋼溶接では、予熱は冷却速度を遅くして水素誘起低温割れを防ぎます。アルミニウムでは、主な懸念は継手領域からの水分除去と、熱衝撃を軽減するための母材の温度上昇であり、水素割れを防ぐことではありません。アルミニウムは液体状態で非常に高い水素溶解度を持つため、水素は鋼のように溶接金属に閉じ込められるのではなく、凝固中に放出されます。
For heat-treatable aluminum alloys and 5000-series Al-Mg alloys containing more than 3% Mg, AWS D1.2 establishes a maximum preheat and パス間温度 of 250°F (120°C), and holding times at this temperature shall not exceed 15 minutes. This upper limit and time restriction exist because exceeding them can cause overaging, hot-cracking susceptibility, and mechanical property degradation in susceptible alloys. A 6061-T6 plate preheated above 250°F can lose 30 to 50 percent of its 降伏強さ permanently, with no recovery possible without full solution 熱処理 and artificial aging.
ほとんどの用途における最小予熱は、単に水分を除去し、金属を露点以上にすることです。低温条件（32°F / 0°C未満）では、適度な温度に予熱することで、継手表面の結露を防ぎます。温度測定には、アルミニウム用に評価された接触式温度計または温度指示クレヨンを使用する必要があります。赤外線温度計は、正確な測定値を得るために、反射性アルミニウム表面のエミッション補正が必要です。
高温割れと溶加材の選定
アルミニウム溶接における主要な溶接欠陥は高温割れであり、水素割れではありません。溶加材の選定が重要です。ER4043（Al-Si）は6xxx系合金の高温割れに耐性が高く、ER5356（Al-Mg）は5xxx系合金に対してより高い強度と良好な色合わせを提供します。D1.2のTable 4.2は溶加材の要件を規定しています。
高温割れ（凝固割れ）は、アルミニウム溶接における主要な割れメカニズムであり、D1.2が特定の溶加材分類を要求する主な理由です。高温割れは、溶接金属が凝固・収縮し、凝固中の粒間に残る液膜が引張歪みに耐えられなくなったときに発生します。割れは通常、溶接中心線または溶接パスの終端のクレーターに現れます。
溶加材の選定は、アルミニウムの高温割れに対する主要な工学的管理手段です。最も一般的な構造用アルミニウム溶加材は、ER4043（アルミニウム-シリコン）とER5356（アルミニウム-マグネシウム）の2種類です。ER4043には約5%のシリコンが含まれており、凝固温度範囲を狭め、流動性を向上させることで高温割れ感受性を低減します。ER5356には約5%のマグネシウムが含まれており、より高い溶接金属強度と優れた耐食性を提供しますが、凝固範囲が広くなります。どちらを選択するかは、母材合金、使用環境、および溶接部が陽極酸化されるかどうか（ER5356は母材の色に合わせて陽極酸化されますが、ER4043は暗くなります）によって異なります。
D1.2は、溶加材が母材合金と適合していることを要求します。6061母材をER4043溶加材で溶接すると、母材よりも強度は低いですが、優れた割れ耐性を持つ溶接部が得られます。6061にER5356を使用すると、溶接強度は高くなりますが、割れ感受性がわずかに高くなります。5xxx系母材（5083、5086、5456）の溶接には5xxx系溶加材が必要です。5xxx系合金に4043を使用すると、溶接部に脆いAl-Mg2Si金属間化合物が生成され、延性および靭性が低下する可能性があります。
D1.2における合金ファミリー
D1.2は主に2つの合金ファミリーを対象としています。5083や5086のような5xxx系（Al-Mg）合金は非熱処理型で加工硬化され、船舶や圧力容器の用途で使用されます。6061や6063のような6xxx系（Al-Mg-Si）合金は熱処理型で、構造押出材や建築用途で使用されます。
5xxx系（アルミニウム-マグネシウム）
5xxx系合金は非熱処理型であり、その強度は析出硬化ではなく固溶強化と加工硬化に由来します。5083、5086、5454、5456などの合金は、耐食性が要求される構造用途（船舶構造物、化学貯蔵タンク、輸送機器など）で一般的に使用されます。これらの合金は、溶接後も良好な強度を維持します。これは、熱影響部（HAZ）が焼鈍（O調質）状態に戻り、5xxx系合金の焼鈍強度が加工硬化強度に比較的近いためです。5xxx系合金の溶加材は通常、ER5183、ER5356、またはER5556です。
6xxx系（アルミニウム-マグネシウム-シリコン）
6xxx系合金は熱処理可能であり、構造用押出材、建築用途、軽量構造部材に広く使用されています。6061-T6および6063-T6は最も一般的な構造用グレードです。これらの合金は溶接中に熱影響部（HAZ）で著しい強度低下を経験します。これは、溶接熱がT6調質強度を提供するマグネシウム-シリコン析出物を過時効させるため、通常T6状態の降伏強度の40〜50パーセントに達します。溶接のままのHAZの強度が、継手の設計能力を決定します。数週間の自然時効によってある程度の強度回復は起こりますが、完全な回復には溶接後固溶化熱処理と人工時効が必要であり、これは製作された構造物には実用的でないことがほとんどです。
D1.2に基づく手順資格
D1.2は、すべての溶接施工法が試験によって資格認定されることを要求しています。D1.1とは異なり、アルミニウムには事前認定WPSの経路はありません。すべてのWPSは、破壊試験を伴う手順資格試験によって裏付けられる必要があります。重要変数には、合金ファミリー、溶加材、溶接工程、およびシールドガス組成が含まれます。
AWS D1.2は、すべての溶接施工法が試験によって資格認定されることを要求しています。鋼に対してClause5で事前認定WPSの経路を提供するD1.1とは異なり、D1.2には事前認定の免除はありません。すべての手順は手順資格試験によって裏付けられる必要があります。資格試験片はWPSパラメータを使用して溶接され、その後、引張試験、曲げ試験、マクロ組織試験など、適用される受入基準に従って試験される必要があります。
D1.2における重要変数には、母材合金グループ、溶加材分類、溶接工程、シールドガス組成、姿勢、厚さ範囲、予熱温度、および継手設計が含まれます。資格認定された範囲を超える重要変数の変更は、新しい試験片による再資格認定を必要とします。厚さ、姿勢、および母材グループの資格認定範囲は規格で定義されており、単一の手順資格がどの程度広範囲に適用できるかを決定します。
溶接作業者資格は、各溶接士または溶接オペレーターが、資格認定されたWPSを使用して健全なアルミニウム溶接を生成する能力を実証することを要求します。この試験では、適用される姿勢で試験片を製作し、曲げ試験または放射線透過試験に合格する必要があります。アルミニウム溶接は鋼とは著しく異なる技術を必要とします。高い熱伝導率により熱が急速に放散されるため、溶融池を維持するためにはより速い溶接速度と異なるトーチ角度が必要です。
TIG（GTAW）アルミニウム溶接技術 — 鋼とは異なる理由
D1.2は構造要件を定めていますが、TIG波形設定は規定していません — 技術は資格認定されたWPSの範囲内で溶接士の判断に委ねられます。アルミニウム溶接は見た目は良好でも母材から剥離することがあります。これは、酸化アルミニウム（Al2O3）が約3,700°Fで溶融するのに対し、母材は約1,220°Fで溶融するためです。AC電流は酸化物を除去します。溶接士はEN/EPバランスを調整します。
クリーニングの問題とACによる解決策
AC TIGでは、電流は電極マイナス（EN）と電極プラス（EP）の間で交互に流れます。ENは溶融池に熱を供給し、EPは母材から酸化物を除去します。十分なEPがないと、酸化物が残存し、溶加材が汚染された表面に付着し、冶金学的に融合しません。見た目は積み重ねられたコインのように見えても、実際には剥離層の上に載っている状態です。EPが多すぎると、タングステンが過熱し、溶融池が汚染されます。TIG溶接機の「ACバランス」制御は、このEN/EPの割合を設定します。ほとんどのアルミニウム溶接では、タングステンを焼損することなくクリーンな溶融池を得るために、ENが65〜80パーセント（EPが35〜20パーセント）で動作します。Miller社およびESAB社のベンダーガイドでは、タングステンがカップに溶け戻る場合（EPサイクルが長すぎる兆候）、より高いENパーセンテージ（70〜90パーセント）にシフトすることを推奨しています。これらのパーセンテージは一般的なTIG技術であり、D1.2基準の要件ではありません。
ACにおけるタングステンの選択
純タングステン（緑色バンド）は、AC TIGアルミニウムのトランス式溶接機において、自然に球状の先端を形成し、ACでのアーク安定性をもたらすため、従来の選択肢でした。最新のインバーター式溶接機は、拡張されたバランス制御とAC周波数制御を備えており、尖ったまたは切頭された2%セリウム入りまたは2%ランタン入りタングステンの方が優れています。これらは鋭いアークを保持し、アークスタートを改善し、溶接士が熱影響部幅を減らしながら継手に正確に熱を集中させることができます。D1.2はタングステンの種類を規定していません。D1.2 §4.6は、シールドガスがAWS A5.32に準拠することを要求し、Table 4.4は製作中の必須技術要件 — 溶滴転移方式、トーチ姿勢、方向（垂直方向の上向き）、および最大シングルパスすみ肉溶接サイズ — を規定しています。タングステンの準備、バランスパーセンテージ、およびアルゴン流量は、溶接士がTable 4.4の範囲内で決定する技術的な判断です。
アルミニウム溶接が見た目で検査に合格し、破断試験で不合格になる理由
これは、アルミニウム溶接技能者資格の破断試験で繰り返し発生する故障モードです。きれいで均一な間隔のコインの列が、溶接のつま先で母材からきれいに破断します。目に見えるビードはEN相で成長しましたが、酸化物が除去されなかった（EPが不十分だった）か、溶融池の下の母材が溶融温度に達しなかったため、下層の母材と融合しませんでした。診断は破断面自体です。破断が銀色に輝いていて目に見える母材の溶融がない場合、ビードは酸化物の上に載っていたことになります。破断が溶接金属を貫通し、粗い繊維状の表面を示している場合、融合は起こりましたが、溶接サイズが荷重に対して小さすぎたことを示しており、これはAC技術ではなく溶加材の選択と継手形状の問題を示唆しています。
D1.2と他のAWS構造基準との比較
D1.2はアルミニウム構造溶接を規定し、D1.1は炭素鋼を規定します。根本的な違いは、アルミニウム溶接は高温割れを防ぐ（予熱は最大250°Fに制限）のに対し、鋼溶接は水素割れを防ぐ（Table 5.11に従って予熱が必要）ことです。D1.2はガスメタルアーク溶接とティグ溶接を使用し、D1.1は被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、フラックス入りアーク溶接も許可しています。
D1.2 vs D1.1（鋼）
D1.1 governs 構造用鋼溶接 where the primary metallurgical concern is hydrogen-induced cracking in the 熱影響部. D1.1 addresses this through mandatory preheat tables (Table 5.11) that require up to roughly 300°F based on 炭素当量, process hydrogen level, and material 板厚. D1.2 limits preheat and interpass to 250°F maximum for heat-treatable alloys and 5000-series Al-Mg alloys above 3% Mg because overheating damages those aluminum alloys. D1.1 prequalifies WPS procedures under 条項 5 for common steel joint configurations — D1.2 requires 資格試験 for every procedure. D1.1 permits SMAW, SAW, GMAW, and FCAW — D1.2 covers GMAW, GTAW, PAW-VP, FSW, and stud 溶接 but prohibits SMAW.
D1.2 vs D1.6（ステンレス鋼）
D1.6 covers structural ステンレス鋼 welding. Both D1.2 and D1.6 共有 the characteristic that heat input must be carefully limited rather than aggressively applied. D1.6 limits interpass temperature to 350°F for austenitic stainless steels to prevent sensitization. D1.2 limits preheat and interpass to 250°F for heat-treatable alloys and 5000-series Al-Mg alloys above 3% Mg to prevent alloy damage. Both codes require 手順資格 試験 without a 事前認定 path. The atmospheric contamination control required for aluminum (moisture) differs from stainless steel (surface contamination causing loss of corrosion resistance).
D1.2 vs D1.9（チタン）
D1.9 covers structural titanium welding. Both aluminum and titanium require careful atmosphere control during welding, but for different reasons. Aluminum requires clean, dry surfaces to prevent 気孔 from hydrogen and oxide inclusions. Titanium requires inert atmosphere shielding on both sides of the 溶接 and trailing shields to prevent oxygen and nitrogen contamination that 原因 embrittlement. Both codes prohibit SMAW. D1.9 most commonly uses GTAW but also permits GMAW, PAW, EBW, and LBW, while D1.2 uses GMAW, GTAW, PAW-VP, SW, and FSW.
| Aspect | D1.2 (Aluminum) | D1.1 (Steel) |
|---|---|---|
| Base metals | 5xxx/6xxx aluminum alloys | Carbon and low-alloy steels |
| Preheat/interpass cap | 250°F for heat-treatable + >3% Mg 5xxx alloys | Table 5.11 lookup |
| Primary concern | Hot cracking prevention | Hydrogen cracking prevention |
| Filler metal | ER4043, ER5356 (A5.10) | AWS A5.1/A5.18/A5.20 |
| Processes | GMAW, GTAW | SMAW, GMAW, FCAW, SAW, GTAW |
| Prequalified WPS? | No — all require testing | Yes (Clause 5) |
関連規格ガイド
よくある質問
AWS D1.2では、予熱を最大250°F（120°C）に制限しており、この温度での保持時間は溶接開始前に15分を超えないものとします。この温度または保持時間を超えると、6061-T6や6063-T6などの熱処理可能な合金で粒成長や著しい強度損失を引き起こす可能性があります。より高い予熱がしばしば有益である鋼とは異なり、アルミニウムの予熱は冶金学的損傷を避けるために慎重に制御する必要があります。
アルミニウムは液体状態で極めて高い水素溶解度を持ちますが、固体状態では非常に低い溶解度を持つため、水素は鋼のように閉じ込められるのではなく、凝固中に放出されます。アルミニウムにおける主要な割れメカニズムは高温割れ（凝固割れ）であり、これは溶接金属が凝固中に収縮し、粒間に残る液膜が引張歪みに耐えられなくなったときに発生します。溶加材の選定が主要な制御手段であり、4043および5356溶加材は高温割れ感受性を低減するように設計されています。
いいえ。AWS D1.2は、構造用アルミニウム用途の被覆アーク溶接（SMAW）を対象としていません。許可されているプロセスは、ガスメタルアーク溶接（MIG）、ティグ溶接（TIG）、PAW-VP（可変極性プラズマアーク溶接）、スタッド溶接（SW）、およびFSW（摩擦攪拌溶接 — Clause 7でカバー）です。ガスメタルアーク溶接は、高い溶着速度のため、生産アルミニウム溶接で最も一般的なプロセスであり、ティグ溶接は、精密な熱制御が必要な薄い板厚やルートパスに好まれます。
AWS D1.1は構造用鋼の溶接を対象とし、D1.2は構造用アルミニウムの溶接を対象としています。冶金学的な懸念は根本的に異なります。D1.1は予熱表（Table 5.11）を通じて水素誘起割れに対処しますが、D1.2は溶加材の選定と制御された入熱を通じて高温割れに対処します。D1.2は予熱を最大250°F（120°C）に制限しますが、D1.1は高炭素当量鋼に対して最大400°Fの予熱を要求します。D1.2は被覆アーク溶接を許可しませんが、D1.1は被覆アーク溶接手順を事前認定します。
AWS D1.2は、構造用途で使用される展伸材および鋳造アルミニウム合金を対象としており、主に5xxx系（アルミニウム-マグネシウム、例：5083、5086、5454、5456）と6xxx系（アルミニウム-マグネシウム-シリコン、例：6061、6063、6082）が含まれます。5xxx系合金は非熱処理型で溶接後も強度を維持しますが、6xxx系合金は熱処理型であり、溶接後熱処理が適用されない限り、熱影響部で強度損失を経験します。
これは、AC TIGアルミニウムにおける典型的な酸化物融合不良です。アルミニウムの表面酸化物（Al2O3）は約3,700°Fで溶融するのに対し、母材は約1,220°Fで溶融します。ACバランスの電極プラス（EP）時間が少なすぎると、酸化物を母材から除去するクリーニング作用が不十分になり、溶加材ビードが未溶融の酸化膜の上に凝固し、冶金学的に融合しません。ビードは完全に積み重ねられているように見えますが、破断試験ではきれいに剥がれます。これは、下部に冶金的な結合がないためです。解決策は、AC波形でのEP時間を増やす（ENパーセンテージを下げる）、継手表面を清潔で乾燥させること、そして溶融池の下の母材が溶融温度に達していることを確認することです — ビードの下だけでなく。
D1.2 Table 4.2では、6061-to-6061すみ肉溶接の標準溶加材としてER4043を推奨しています。ER5356（アルミニウム-マグネシウム、約5%Mg）は、より高いせん断強度が必要な場合の代替として業界で広く使用されており、特定の用途要件（Table 4.2 Note 5）によって正当化され、Clause 3の手順資格に従って資格認定されている場合にD1.2で許可されています。選択は、破断試験が何を荷重しているかによって異なります。ER5356はER4043（アルミニウム-シリコン、約5%Si）よりも高いせん断強度と高い延性を持っています — ESABおよびHobartのベンダーガイドは、5356が溶接すみ肉で著しく高いせん断強度を持つことを確認しています。すみ肉にせん断または曲げ荷重がかかる破断試験の場合、5356がより保守的な選択肢です。ER4043は溶接中の割れ耐性が高く、供給しやすく、より滑らかなビードを生成しますが、その低いせん断強度は、母材が降伏する前に溶接サイズが小さすぎて幾何学的に破損する可能性があります。
原則として必要ありません。D1.2 §4.9では、6061-T6を含む熱処理可能な合金の予熱を250°F（120°C）に制限し、予熱温度での保持時間を15分に制限しています。その理由は、250°Fを超えると、6061にT6強度を与えるマグネシウム-シリコン析出物が過時効し、結果として生じる熱影響部の強度損失は、完全な固溶化熱処理なしでは永久的なものとなるためです。ほとんどの薄い板厚の6061作業では、予熱は不要です。寒い条件下での厚い板厚の場合、水分を飛ばすのに十分な程度に継手を予熱します — 通常は100°F（38°C）程度で十分です — ただし、最大250°Fを超えないようにしてください。最小要件は水分除去であり、冶金学的調整ではありません。
TIG溶接機のACバランス設定は、各サイクルで電極マイナス（EN、溶け込み）と電極プラス（EP、酸化物除去）のどちらにどれだけの時間が割り当てられるかを決定します。EPは、溶融池の前面にある酸化アルミニウム層（Al2O3）を除去し、溶加材が母材と融合できるようにするものです。ENは、融合のために溶融池に熱を供給します。EPが少なすぎると、酸化物が残存して融合を妨げます。EPが多すぎると、タングステンが過熱して溶融池を汚染します。ほとんどの生産アルミニウム溶接では、ENが65〜80パーセント（EPが35〜20パーセント）で動作します。最新のインバーター溶接機では、バランスとAC周波数を個別に調整できるため、溶融池に焦点を絞り、熱影響部幅を低減することができます。これは一般的なTIG技術であり、D1.2基準の要件ではありません。D1.2は重要変数と資格認定を規定しますが、特定の波形設定は規定していません。