12 板金材料 強度、コスト、使用状況で比較

板金とは、合金の種類、製造業者、および適用される製品規格によって定められた厚さ範囲内で供給される、平らに圧延された金属のことです。「シート」「ストリップ」「プレート」は、製品形態を表す商業用語であり、鋼からアルミニウム、チタン、ニッケル合金へとスムーズに移行できる普遍的な厚さの範囲を示すものではありません。したがって、設計者は、一般的なインターネット上の定義に頼るのではなく、材料規格と公称厚さを直接指定する必要があります。

材料の種類が重要なのは、それが部品の全体的な挙動（密度、弾性率、熱膨張率、導電率、腐食メカニズム、および利用可能な製造方法）を決定づけるからです。グレードと状態によって、実際の強度、延性、曲げ加工性、および溶接後の反応が絞り込まれます。冷間加工されたステンレス鋼帯は、同じ化学組成の焼きなましステンレス鋼よりもはるかに強度が高く、成形性が低くなる場合があります。同様に、5052-H32と6061-T6はどちらもアルミニウムですが、曲げ特性や溶接後の強度特性は異なります。

このガイドでは、亜鉛めっき鋼板とブリキ板を、単独の基材合金ではなく、材料システムとして扱います。亜鉛めっき鋼板は、亜鉛または亜鉛合金のコーティングで保護された鋼板です。ブリキ板は、薄い鋼板に錫をコーティングしたものです。これらの耐荷重能力は主に鋼基材とその焼き戻しによって決まりますが、コーティングによって腐食挙動、接合性、外観、食品包装性能が変わります。

「最強の板金」がなぜ最初の質問として間違っているのか

高い引張強度値を持つ材料が必ずしも最良の部品であるとは限りません。薄いパネルは、母材が引張強度に達する前に、座屈、たわみ、局所的な荷重、疲労、腐食、または接合部の損傷によって破損することがよくあります。成形筐体の場合、剛性と形状が重要な要素となる場合があります。バスバーの場合、導電率と温度上昇が重要な要素となります。船舶用カバーの場合、腐食と接合部の詳細が寿命を左右する可能性があります。

ここで重要なのは、どの材料と条件が、負荷、環境、製造工程を満たし、かつ検証済みの完成部品コストが最も低いか、という問いである。

溶融溶接は材料の状態を変化させる

溶接は析出硬化アルミニウムを軟化させたり、冷間加工された銅合金を変質させたり、不適切なステンレス鋼の状態を敏感化させたり、高炭素鋼に脆い微細構造を生じさせたり、反応性チタンを汚染したりする可能性があります。そのため、熱入力、溶加材、シールド、接合、および溶接後処理が適切に行われていないと、強度のある母材でも脆弱な、あるいは腐食しやすい接合部になってしまう可能性があります。

亜鉛メッキ鋼や錫メッキ鋼は、接合部にコーティングの挙動を引き起こします。亜鉛は溶接中に蒸発し、溶接プロセスを不安定化させ、ヒュームを発生させる可能性があります。接合部周辺のコーティングの剥離は、補修が必要になる場合もあります。ニッケル合金やチタンは、入念な表面処理とシールドが必要です。異種金属の組み合わせは、金属間化合物やガルバニック腐食のリスクを高めます。

機械的な接合は材料の特性を保護する可能性がある

クリンチング、リベット留め、セルフピアシングリベット、ボルト、折り畳み継ぎ目、構造用接着剤を用いることで、溶融熱影響部を回避できます。しかし、これらが自動的に簡略化されるわけではありません。耐荷重、剥離荷重、シーラント適合性、疲労、電気的導通、隙間腐食などの分析は依然として必要です。

レーザー加工に関する考慮事項

反射性の高い銅やアルミニウムには、合金の種類と厚さに適したレーザー光源、ビーム伝送方式、焦点調整方法、およびパラメータ範囲が必要です。薄いステンレス鋼や炭素鋼はレーザー溶接に適した材料となることが多いですが、ギャップ、エッジ品質、および治具の選定は依然として重要です。コーティングされた鋼材は、蒸気の放出とコーティングの挙動に特に注意を払う必要があります。

レーザー切断においては、切断品質と下流の腐食は、板厚、合金組成、表面膜、アシストガスによって左右されます。溶接やコーティング前のレーザー洗浄においては、合格基準はパス回数だけでなく、汚染物質の除去状況と必要な基材の状態を明記する必要があります。