アルミニウム合金線: グレード、特性、および産業用途

何を設定するか アルミニウム合金線 純アルミニウム線とは別に

アルミニウム合金ワイヤは、制御された量の合金元素 (最も一般的にはマグネシウム、シリコン、銅、亜鉛、マンガン) を純粋なアルミニウム ベースに添加することによって製造されます。その結果、工業用途全体でアルミニウムを魅力的なものにする低密度、耐食性、導電性という核となる利点を維持しながら、市販の純アルミニウム (1xxx シリーズ) と比較して機械的性能が大幅に向上したワイヤが得られます。

純アルミニウム ワイヤ (99.5 ～ 99.7% Al) の引張強さは、焼きなまし状態で約 60 ～ 100 MPa です。これは、一部の導電体の用途には十分ですが、構造用、バネ、または高応力の機械的用途には不十分です。合金化により引張強さはどこまでも向上します。 150MPa～500MPa以上 合金のシリーズと質によって異なりますが、それに比例して重量が増加することはありません。この強度対重量の利点が、幅広い伝送、航空宇宙、製造用途においてアルミニウム合金ワイヤが鋼線や銅線に取って代わられる主な理由です。

トレードオフは、合金化により導電性が低下することです。純アルミニウムの導電率は約 61% IACS (国際焼きなまし銅規格) です。ほとんどの構造用合金ワイヤは 30 ～ 55% IACS の範囲に収まります。導電性と機械的強度の両方が必要な用途（架空送電が最も顕著な例）では、合金の選択とワイヤ構造のバランスを慎重にとる必要があります。

主な合金シリーズとその特徴

アルミニウム合金は、主な合金元素に基づいてシリーズに分類されます。各シリーズには、伸線と最終用途の性能への適合性を決定する明確な特性プロファイルがあります。

このうち、 6201合金 (6xxxシリーズ)および 8030/8176 合金 (8xxx シリーズ) は電線用途に最も広く指定されていますが、5xxx および 7xxx シリーズのワイヤは、強度や耐疲労性よりも導電性が二次的な構造、航空宇宙、および機械の最終用途で主に使用されています。

導電体の用途

アルミニウム合金線は、世界中の送電および配電インフラで使用されるいくつかの標準化された架空導体構造の基礎を形成します。

AAAC（オールアルミニウム合金導体）

AAAC は完全に 6201-T81 アルミニウム合金より線で構成されています。 ACSR (アルミニウム導体鋼強化) と比較して、AAAC は次の特徴を備えています。 より良い耐食性 −特にACSRの鋼芯が脆弱な沿岸環境や産業環境において−、そして長スパンの架空送電線にとってより有利な強度重量比を実現します。導電率は通常 52.5% IACS で、完成した導体の引張強度は撚線構成に応じて 295 ～ 325 MPa の範囲になります。

ACAR (アルミニウム導体合金強化)

ACAR は、導電性を高める 1350 シリーズの純アルミニウム ストランドと、機械的強度を高める 6201 合金ストランドの中心コアを組み合わせています。合金ストランドと純アルミニウムストランドの比率は、特定のライン設計の特定の電流容量とたわみ張力の要件を満たすように調整されます。この構造により、配電ネットワーク アプリケーションに対して ACSR または AAAC よりも設計の柔軟性が高まります。

建築用ワイヤー: 8000 シリーズ合金

1960 年代と 1970 年代に初期世代の純アルミニウム建築用ワイヤーで発生した故障（主に周期的な熱負荷による接続点のクリープが原因）を受けて、8030 合金と 8176 合金はこれらの問題に対処するために特別に開発されました。これらの合金には、 耐クリープ性の向上、伸びの向上、接続性能の安定化 1350アルミニウムとの比較。これらは現在、AA 定格のコネクタおよびデバイスと使用する場合、住宅および商業建築における分岐回路配線に許容されるものとして、NEC 第 310 条および ASTM B800/B801 に基づいてリストされています。

機械および構造ワイヤの用途

アルミニウム合金ワイヤは、導電体以外にも、低密度、耐食性、成形性の組み合わせにより、鋼よりも優れた利点をもたらし、幅広い耐荷重性および機能的な機械的役割を果たします。

• ワイヤーロープとケーブル: 5xxx および 7xxx シリーズの合金ワイヤは、船舶用索具、建築用引張構造、およびサスペンション システム用のロープ構造に引き抜かれ、撚り合わされます。アルミニウム ワイヤ ロープの重量は、同等のスチール ロープの約 3 分の 1 であり、ヨットの索具や軽量リフティング システムなどの重量に敏感な用途では非常に重要な利点となります。
• スプリングワイヤー: 7075 および 7178 合金ワイヤは、鋼を劣化させる腐食環境でばねを動作させる必要がある航空宇宙および精密機器のばね用途に使用されます。アルミニウムの弾性率 (約 69 GPa) は鋼鉄の約 3 分の 1 であるため、同等の力出力を達成するには、アルミニウム スプリングのたわみが大きくなるように設計する必要があります。
• 溶接ワイヤ: 4xxx シリーズ (シリコン含有) および 5xxx シリーズのアルミニウム合金ワイヤは、アルミニウム構造物の MIG および TIG 溶接の主要なフィラー材料です。溶接ワイヤの合金の選択は、高温割れを回避し、適切な接合強度を達成するために、母材の金属組成に適合する必要があります。
• 装甲と遮蔽: アルミニウム合金ワイヤは、電力ケーブルや通信ケーブルに螺旋状の外装として適用され、機械的保護を提供し、一部の構造では電磁シールドを提供します。アルミニウムの非磁性特性は、鋼製外装では誘導損失が発生する AC ケーブル外装において特に価値があります。
• メッシュおよび織物製品: 細いゲージの合金ワイヤーが濾過メッシュ、建築用メッシュのファサード、防虫スクリーンに織り込まれています。 5xxx シリーズの合金は、表面処理をしなくても孔食に対する耐性があるため、屋外メッシュ用途に適しています。

伸線プロセスと調質指定

アルミニウム合金ワイヤーは、鋳造ロッドを中間直径まで熱間圧延し、その後、段階的に小さいダイスを通して冷間引抜きして最終的なワイヤーゲージに達することによって製造されます。各伸線パスで材料が加工硬化され、引張強度が増加し、延性が低下します。最終的な機械的特性は、合金組成と、冷間加工とその後の熱処理の組み合わせによって達成される焼き戻しの両方に依存します。

焼き戻し指定はアルミニウム協会のシステムに従っています。

• -O (焼きなまし): 絞り加工後に熱処理を行うことで完全に軟化します。延性は最大、強度は最小。引張耐荷重よりも成形性や曲げ寿命が優先される場合に使用されます。
• -H1x (ひずみ硬化): 冷間加工のみで強度が向上し、その後の熱処理は不要です。 2 桁目は硬化の度合いを示します。H11 (軽い) ～ H18 (フルハード) です。 1xxxや5xxxシリーズなどの非熱処理合金に使用されます。
• -T6 (溶体化熱処理および人工時効処理): 熱処理可能な合金（6xxx、7xxx）に適用されます。析出硬化により合金の最大に近い強度を実現します。 6201-T81 AAAC 導線の標準焼き戻しは、溶体化熱処理され、軽く冷間加工され、その後人工時効処理されます。
• -T9 (溶体化熱処理、人工時効、冷間加工): 最大の強度が必要であり、延性の多少の低下が許容される場合に使用されます。 T6/T8 バリアントほどワイヤーでは一般的ではありません。

購入の際は、必ず合金指定と質質の両方を指定してください。合金番号は同じだが焼き戻しが異なる 2 本のワイヤは、 引張強さの値が50%以上異なる 、焼き戻しなしで合金番号のみを指定すると、機械的性能は未定義のままになります。

参照すべき主要な規格と認証

電気用途と機械用途の両方のアルミニウム合金ワイヤは、組成、機械的特性要件、寸法公差、および試験方法を定義する一連の国際的に認められた規格によって管理されています。ワイヤを指定または購入する際に該当する規格を参照することで、サプライヤーのデータが一貫性のある検証可能なベースで報告されることが保証されます。

• ASTM B398 / B399: 6201 アルミニウム合金線と AAAC 導体構造をカバーします。北米市場で最も広く参照されている架空送電導線の規格。
• ASTM B800 / B801: 8000 シリーズ アルミニウム合金導体ワイヤおよび建築用ワイヤ用途の撚線導体をカバーします。
• IEC 60104: 架空線導体用のアルミニウム - マグネシウム - シリコン合金線の国際規格。ASTM B398 とほぼ同等で、ヨーロッパ、アジア、中東の市場で参照規格として使用されています。
• EN 13602: 引抜銅線の欧州規格 - 建築用電線の代替議論においてアルミニウム合金線の導電性と機械的性能を銅と比較する際のベンチマークとして頻繁に使用されるため、ここで参照されます。
• AWS A5.10: 裸アルミニウムおよびアルミニウム合金溶接ワイヤおよび棒に関する米国溶接協会仕様。フィラー合金組成および機械的特性要件をカバーしています。

重要な用途向けのアルミニウム合金ワイヤを調達する場合は、単なる準拠宣言ではなく、指定された規格に対する引張強さ、伸び、および導電率 (該当する場合) の実測値を文書化した工場試験報告書 (MTR) を要求してください。