工業用溶接に少しでも時間を費やしたことがある人なら、特にアルミニウム、銅、真鍮、チタンなどの非鉄金属を扱う場合、プロセスの柔軟性についての疑問が日々浮上していることをご存知でしょう。 7 軸一体型溶接機のサプライヤーとして、私は次のような具体的な質問に常に答えています。7軸一体型溶接機は実際に非鉄金属の溶接に使用できるのでしょうか？簡単に言うと「はい」ですが、それは単なる「はい/いいえ」の判断ではありません。それは、マシンの構成方法、設定したプロセス パラメーター、および適切なサポート コンポーネントとの組み合わせ方法によって異なります。過去 7 年間、私は製造チームにこの移行を何十回も指導し、トーチの調整から材料の互換性まであらゆるトラブルシューティングを行ってきました。ここで実際に何が機能するのかを詳しく説明したいと思います。
まず、7 軸一体型溶接機と一般的な 5 軸または 6 軸モデルの違いを理解しましょう。追加の軸 (通常はロボット アームの端にある回転リスト) により、多くの場合、トーチやワークピースを手動で再位置決めする必要がなくなります。鋼や炭素鋼などの鉄金属にとって、これは安定した大量生産にとって大きな変革となりますが、非鉄金属には調整が必要な独特の特性があります。まずはそれらの物質的な特徴から始めましょう。非鉄金属は、ほとんどの鉄金属よりも融点が低く、アルミニウムは約 1,220°F で溶けますが、鋼は約 2,750°F で溶けます。また、熱の伝導が非常に速いため、熱が適切に制御されていない場合、溶接部の冷却が不均一になり、気孔、亀裂、融合不良などの欠陥が発生します。たとえば、銅は炭素鋼よりも 30 倍速く熱を伝導するため、鋼に完璧に機能する溶接機は、適切に調整されていない限り、銅のワークピースをまっすぐに吹き飛ばしてしまいます。
お客様から当社の 7 軸一体型溶接機が非鉄金属を処理できるかどうかを最初に尋ねられたとき、私の最初のステップは、これを可能にする 2 つのコア構成について説明することです。 1つ目は、溶接プロセスを金属に適合させることです。非鉄では MIG (GMAW) と TIG (GTAW) が最も一般的ですが、薄い部品や熱に弱い部品の場合はパルス MIG の交渉の余地はありません。 7 軸の柔軟性により、アームはトーチの角度と移動速度をリアルタイムで調整して入熱を管理できますが、これは小型の 5 軸コンパクト溶接機ユニットでは実行するのが難しいトリックです。たとえば、1/8 インチ 6061 アルミニウム (自動車や航空宇宙産業で広く普及している非鉄金属) を溶接する場合、7 軸はトーチをわずかに上向きに傾けて余分な熱を溶接池から遠ざけることができ、固定軸機械で頻繁に問題となる焼き抜けを軽減します。私は常にお客様に、5 軸コンパクト溶接機は小型で単純な非鉄部品に使用できますが、当社の統合モデルの追加の軸により、航空宇宙の構造ブラケットや電気自動車のバッテリー エンクロージャなどの複雑で高精度のアセンブリに使用できると説明しています。
2 番目の重要な構成は、7 軸溶接機と組み合わせるサポート コンポーネントです。最も柔軟なロボット アームであっても、不適切なトーチ設計や一貫性のない電圧追跡は修正できません。だからこそ私は、非鉄作業用の交渉の余地のない追加製品として、当社の溶接トーチ摩耗部品の製品ラインを常に強調しています。標準的な鋼製溶接ノズルは、数時間以内にアルミニウムまたは酸化銅のスパッタで詰まり、ガスの適用範囲が不均一になり、溶接部が多孔質になる可能性があります。セラミック ノズルや銅製コンタクト チップを含む当社のカスタム摩耗部品は、非鉄溶接の高いスパッタ率とより速い熱サイクルに耐えるように設計されており、長時間の生産を行う工場のダウンタイムを最大 40% 削減します。もう 1 つの重要なコンポーネントは自動アーク電圧トラッカーで、7 軸アームが曲面または凹凸のある非鉄表面を移動する場合でも、ワイヤ送給速度と電圧をリアルタイムで調整して安定したアークを維持します。たとえば、配管コンポーネントの湾曲した真鍮継手を溶接する場合、アーク電圧トラッカーはトーチが曲線に従うときにアーク長を調整し、これらの材料の溶接が弱くなる原因となる急激な電圧降下を防ぎます。
しかし、万能のマシンはないので、制限について真剣に考えてみましょう。既存の 7 軸一体型溶接機で厚さ 1 インチの銅板を溶接できることを期待して私のところに来られるお客様もいらっしゃいますが、高出力パルス MIG 電源や重銅対応の水冷トーチを追加するなど、大規模な改造をしないとそれは不可能です。ただし、薄いゲージ材料 (1/16 インチから 1/4 インチ) の場合は、7 軸が理想的です。昨年、ある航空宇宙部品メーカーから、チタン製エンジン部品の溶接時に自社の 6 軸機械の不良率が 12% だったため、当社に連絡がありました。当社の 7 軸モデルに切り替え、自動アーク電圧追跡装置とカスタム溶接トーチ摩耗部品を組み合わせることにより、2 週間以内に欠陥率が 1% 未満に削減されました。追加の軸により、トーチは成形部品全体にわたって一貫した 15 度の移動角度を維持できる一方、アームがチタンの薄い部分上を移動する際に電圧トラッカーが入熱を調整し、バーンスルーや溶融ギャップを排除します。
7 軸を使用した非鉄溶接のもう 1 つの一般的な使用例は、垂直シリンダー溶接です。油圧システムまたは太陽熱コンポーネント用のアルミニウムまたは銅で作られたシリンダーには、湾曲した長さに沿ってシームレスで一貫した溶接が必要です。 7 軸統合溶接機は、トーチの位置を半径方向に調整しながらシリンダーの軸を中心に回転できるため、溶接の途中でワークピースの位置を変更するために生産を停止する必要がありません。これは、熟練したオペレータでも回転シリンダー上で均一な移動速度を維持するのに苦労する手動溶接に比べて大きな利点です。当社は最近、半自動溶接から当社の 7 軸システムに切り替えたアルミニウム プロパン タンクのメーカーと協力しました。そのメーカーでは、タンクあたりの溶接サイクル時間が 12 分から 3.5 分に短縮され、縦方向および円周方向の溶接での手戻りはゼロになりました。これが、トーチ角度のわずかな変化でも部品を破損する可能性がある非鉄加工における軸の柔軟性の力です。
私が懐疑的な顧客に対して常に強調していることの 1 つは、非鉄加工用の 7 軸一体型溶接機への投資は生産速度だけではなく、品質と一貫性、つまり航空宇宙、医療機器、電気自動車などの業界のビジネスを左右する 2 つの指標であるということです。非鉄金属は、強度重量比や耐食性を重視して選択されることが多いため、溶接不良によりこれらの利点がすべて無効になる可能性があります。たとえば、チタン製股関節置換術を溶接する医療機器会社には、患者の体内で破損する可能性がある多孔質溶接を行う余裕はありません。同じトーチ パスを連続 1,000 回複製する 7 軸の機能と、適切なプロセス設定を組み合わせることで、すべての溶接が ISO 13485 規格を満たすことが保証されますが、これは最も経験豊富な手動溶接工でも保証できません。
コストについても質問されますが、それは当然の質問です。一見すると、特に非鉄作業に必要なコンポーネントを追加すると、7 軸一体型溶接機は 5 軸小型溶接機よりもコストが高くなりますが、ROI はほとんどの場合プラスになります。先ほど述べた航空宇宙部品メーカーを例に挙げてみましょう。同社は 7 軸システム、カスタム トーチ摩耗部品、および自動アーク電圧追跡装置に 120,000 ドルを投資しました。それまでは、再作業とダウンタイムに年間 80,000 ドルを費やし、さらに手動溶接の人件費にさらに 30,000 ドルを費やしていました。このシステムは 18 か月以内に元が取れ、スクラップの削減と生産の高速化によりさらに年間 45,000 ドルを節約できました。中小規模のショップの場合、節約にはもう少し時間がかかるかもしれませんが、特に材料を切り替えるたびに手動セットアップが必要な小型マシンとは異なり、再構成なしで複数の非鉄部品タイプを処理できる 7 軸の能力を考慮すると、この節約は測定可能です。
そうは言っても、非鉄金属に 7 軸統合溶接機を使用する予定がある場合は、従うべきベスト プラクティスがいくつかあります。まず、機器だけでなくプロセスのトレーニングやカスタマイズを提供するサプライヤーと協力します。当社は機械を販売するだけではなく、お客様と協力して、部品設計に特有の出力レベル、ガス混合物 (アルミニウムの場合はアルゴン、銅の場合はヘリウム)、トーチ角度を調整します。第 2 に、高品質の摩耗部品に投資します。安価な汎用トーチ コンポーネントはダウンタイムや欠陥の増加につながります。最後に、電源がパルス溶接に対応していることを確認してください。これは、非鉄金属に必要な低入熱を管理するために不可欠です。チタンの鋼硬化合金などの非常に硬い非鉄金属を扱う工場向けに、過酷な使用にさらされるコンポーネントに耐摩耗性の層を追加するガイド バー pta ハードフェイサー ユニットなどのアドオン ソリューションも提供しています。ただし、これは基本的な非鉄溶接の中核要件というよりは特殊なアドオンです。
7 軸溶接機を鉄鋼専用として扱っている企業が多すぎるのを見てきましたが、それは間違いです。追加の軸は、鉄の加工にとって単なる贅沢品ではなく、熱制御、トーチ角度の一貫性、複雑な部品の形状など、非鉄溶接の最大の課題のいくつかを解決するツールです。アルミニウムの EV バッテリー フレーム、真鍮の配管部品、またはチタンの航空宇宙部品を溶接する場合でも、適切に構成された 7 軸一体型溶接機は、小型で柔軟性に欠ける機械よりも高品質、迅速な生産、および長期コストの削減を実現できます。
現在、非鉄溶接プロセスの欠陥に対処している場合、または品質を犠牲にすることなく手動または半自動溶接から大規模な生産にアップグレードすることを検討している場合は、当社のチームに連絡して、特定のニーズについて話し合ってください。当社は、適切な溶接トーチ摩耗部品、自動アーク電圧追跡、および非鉄金属を最適化するその他のコンポーネントの推奨事項を含め、お客様の部品設計、予算、生産目標に適合する 7 軸システムの構成をお手伝いします。
参考文献
- アメリカ溶接協会。 （2022年）。非鉄金属の溶接: プロセスと適用ガイドライン。 AWSパブリッシング。
- グルーバー議員（2020）。現代製造の基礎: 材料、プロセス、およびシステム (第 7 版)。ジョン・ワイリー＆サンズ。
- 航空宇宙産業協会。 （2021年）。チタンおよびアルミニウム部品の溶接仕様。 AIA標準委員会。
- 国際標準化機構。 （2019年）。 ISO 13485: 医療機器 – 品質管理システム。 ISO。
- リンカーンエレクトリック。 （2023年）。非鉄材料のパルスミグ溶接: 入熱制御技術。リンカーン電気の技術速報。