【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム溶接ベローズの製造方法に関し、特に、半導体製造装置、バルブ・配管継手、カプラ等において使用されるアルミニウム溶接ベローズの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム溶接ベローズは、複数枚のアルミニウム板材製の環状プレートによる溶接構造体であり、複数枚のアルミニウム板材製の環状プレート（ベローズ板）の各々について、環状内周縁部を、軸線方向の一方の側で隣り合う他の環状プレートの環状内周縁部に全周溶接され、環状外周縁部を、軸線方向の他方の側で隣り合う他の環状プレートの環状外周縁部に全周溶接されて軸線方向に伸縮可能なベローズ構造をなしている。
【０００３】
アルミニウム板材製の環状プレートの溶接方法としては、薄板溶接に適した固体レーザによるＹＡＧレーザ溶接法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
溶接ベローズは、複数枚のベローズ板を溶接することにより、完成状態のベローズにおいてベローズ内外の気密を保ち、繰り返しの伸縮に対して溶接部の耐久性が高いことが重要なポイントになる。
【０００５】
このことに対して、アルミニウム板材製の環状プレートをＹＡＧレーザによって溶接すると、図４に模式的に示されているように、溶接部Ｗの内部に環状プレートＰの合わせ方向（境界面）の延長上に蛇行した割れのような隙間Ｓの発生が見られる。
【０００６】
この隙間Ｓの発生要因としては、アルミニウム板材の場合、板材表面に自然酸化膜および圧延加工による酸化膜が形成されており、溶接の際に、溶接面のアルミニウム酸化物による表面酸化皮膜が溶接熱では溶解せず、溶接部内部に表面酸化皮膜がそのまま残存することが考えられる。
【０００７】
溶接部内部に発生している隙間Ｓは、表面上は気密性を保っても、伸縮が繰り返されると、隙間を起点とした亀裂の発生を誘起し、ベローズの耐久性を低下する。
【０００８】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、溶接部内部にアルミニウム酸化物による表面酸化皮膜が残存することに起因する溶接部内部の隙間の発生を解消し、優れた気密性と充分な耐久性を示す高品質のアルミニウム溶接ベローズの製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法は、アルミニウム板材製の複数枚の環状プレートの各々について、環状プレートの環状内周縁部を、軸線方向の一方の側で隣り合う他の環状プレートの環状内周縁部に全周溶接し、環状プレートの環状外周縁部を、軸線方向の他方の側で隣り合う他の環状プレートの環状外周縁部に全周溶接してなるアルミニウム溶接ベローズの製造方法において、前記環状内周縁部同士及び前記環状外周縁部同士の溶接を、アルゴンと窒素の少なくとも何れか一方と水素の混合ガスをアシストガスとして溶接部に噴射しながらＹＡＧレーザ等のレーザ溶接により行う。
【００１０】
この製造方法によれば、アルゴンと窒素の少なくとも何れか一方と水素の混合ガスをアシストガスとして溶接部に噴射しながらレーザ溶接が行われることにより、溶接熱と水素の還元作用によって溶接部のアルミニウム酸化皮膜が還元され、溶接部における環状プレート表面のアルミニウム酸化皮膜（酸化物）が消滅する。また、溶接時の溶融部が溶接熱によって周囲の酸素と反応して酸化物が生じることも回避される。これにより、環状内周縁部同士及び環状外周縁部同士の溶接がアルミニウム酸化物による表面酸化皮膜に阻害されることなく良好に行われるようになる。
【００１１】
アシストガスとして用いられる混合ガスは、水素混合比率が３〜２０％の混合ガスであればよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１はこの発明による製造方法によって製造されるアルミニウム溶接ベローズの一つの実施形態を示している。
【００１３】
アルミニウム溶接ベローズは、軸線方向に積層された複数枚のアルミニウム板材製の円環状プレート１０と、両端のアルミニウム製エンド部材２０とにより構成されている。
【００１４】
円環状プレート１０は、板厚が０．１〜０．３ｍｍ程度のアルミニウム板あるいはアルミニウムに少量の銅，マグネシウム，マンガンを含むアルミニウム合金板により構成され、同心波形にプレス成形されたプレス成形品としてすべて同一形状をなしており、軸線方向に隣り合うもの同士の環状内周縁部１１の全周と環状外周縁部１２の全周を交互に溶接によって接合され、全体として略円筒状のベローズ構造をなしている。
【００１５】
つまり、図２によく示されているように、円環状プレート１０の各々について、円環状プレート１０の環状内周縁部１１が、軸線方向の一方の側で隣り合う他の円環状プレート１０の環状内周縁部１１に全周溶接され、円環状プレート１０の環状外周縁部１２が、軸線方向の他方の側で隣り合う他の円環状プレート１０の環状外周縁部１２に全周溶接され、軸線方向に伸縮可能なベローズ構造をなしている。環状内周縁部１１の溶接部は符号Ｗｉにより示され、環状外周縁部１２の溶接部は符号Ｗｏにより示されている。
【００１６】
なお、複数枚の円環状プレート１０のうち、図１にて最上位のものは、環状外周縁部１２にて上側のアルミニウム製エンド部材２０の円環状接続部２１と全周溶接され、また、図１にて最下位のものは、環状外周縁部１２にて下側のアルミニウム製エンド部材２０の円環状接続部２１と全周溶接されている。
【００１７】
円環状プレート１０の環状内周縁部１１、環状外周縁部１２の溶接に適した溶接法には、高密度のエネルギを集中できることで、短時間対応が可能な固体レーザであるＹＡＧレーザ溶接法がある。
【００１８】
この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法では、図３に示されているように、レーザビーム射出口３１にアシストガスを供給するアシストガス供給口３２を有するレーザ溶接用ノズル３０を用い、アルゴンと水素の混合ガスをアシストガスとしてレーザビーム射出口３１より溶接部に噴射しながらＹＡＧレーザ溶接により、円環状プレート１０の環状内周縁部１１同士および環状外周縁部１２同士の溶接を行う。
【００１９】
アルゴンと水素の混合ガスをアシストガスとして溶接部に噴射しながら環状内周縁部１１同士および環状外周縁部１２同士の溶接が行われることにより、溶接熱と水素の還元作用によって溶接部のアルミニウム酸化皮膜が還元され、溶接部における環状プレート表面のアルミニウム酸化皮膜（酸化物）が消滅する。
【００２０】
これにより、アルミニウム酸化皮膜が溶接部内部に残存することが解消され、アルミニウム酸化皮膜が溶接部内部に割れ状として残らない結果となる。このことにより、環状内周縁部１１の溶接部Ｗｉや環状外周縁部１２の溶接部Ｗｏの溶接部内部にアルミニウムの表面酸化皮膜が残存することに起因する溶接部内部の隙間の発生が解消され、溶接強度が高く、アルミニウム溶接ベローズとして、優れた気密性と充分な耐久性が得られる。
【００２１】
また、アルゴンと水素の混合ガスによるアシストガスの溶接部への噴き付けにより、溶接時の溶融部が溶接熱によって周囲の酸素と反応して溶接部に新たな酸化物が生じることも回避される。
【００２２】
アシストガスとして用いられるアルゴンと水素の混合ガスは、水素混合比率が３〜２０％のアルゴン・水素混合ガスであればよい。水素混合比率が３％以下であると、充分な還元作用をえることができず、２０％以上とすると、アルミニウムの酸化皮膜が消滅する反面、溶け込みが深くなりアルミニウムに孔が空くようになってしまう。
【００２３】
なお、アルゴンに代えて窒素と水素との混合ガス、あるいはアルゴンと窒素と水素との混合ガスでもよく、これらの混合ガスでも、同様の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法では、アルゴンと窒素の少なくとも何れか一方と水素の混合ガスをアシストガスとして溶接部に噴射しながらレーザ溶接が行われることにより、溶接熱と水素の還元作用によって溶接部のアルミニウム酸化皮膜が還元され、溶接部における環状プレート表面のアルミニウム酸化皮膜（酸化物）が消滅し、また、溶接時の溶融部が周囲の酸素と反応して溶接に新たな酸化物が生じることも回避されるから、環状内周縁部同士及び前記環状外周縁部同士の溶接がアルミニウム酸化物による表面酸化皮膜に阻害されることなく良好に行われるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による製造方法が適用されるアルミニウム溶接ベローズの一つの実施形態の全体構成を示す断面図である。
【図２】この発明による製造方法が適用されるアルミニウム溶接ベローズの環状内周縁部および環状外周縁部の溶接部の一つの実施形態を示す拡大図である。
【図３】この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法の実施に使用されるレーザ溶接用ノズルの一例を示す断面図である。
【図４】溶接部内部に発生する隙間を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 円環状プレート
１１ 環状内周縁部
１１Ａ 溶接面
１２ 環状外周縁部
３０ レーザ溶接用ノズル
３１ レーザビーム射出口
３２ アシストガス供給口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum welded bellows, and more particularly to a method for manufacturing an aluminum welded bellows used in a semiconductor manufacturing apparatus, a valve / pipe joint, a coupler, and the like.
[0002]
[Prior art]
The aluminum welded bellows is a welded structure made of a plurality of aluminum plates made of an annular plate, and each of the plurality of aluminum plates made of an annular plate (bellows plate) has an annular inner peripheral edge on one side in the axial direction. Are welded all around the annular inner peripheral edge of another annular plate adjacent to each other, and the annular outer peripheral edge is welded all around the annular outer peripheral edge of another annular plate adjacent on the other side in the axial direction. It has a bellows structure that can be expanded and contracted.
[0003]
As a method for welding an annular plate made of an aluminum plate material, there is a YAG laser welding method using a solid laser suitable for thin plate welding.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
It is an important point of the welded bellows that, by welding a plurality of bellows plates, the inside and outside of the bellows are kept airtight in the completed bellows, and the welded portion has high durability against repeated expansion and contraction.
[0005]
On the other hand, when an annular plate made of an aluminum plate is welded with a YAG laser, the alignment direction (boundary surface) of the annular plate P is extended inside the weld W as schematically shown in FIG. Generation | occurrence | production of the clearance gap S like the crack meandering up is seen.
[0006]
In the case of an aluminum plate material, this gap S is caused by the fact that a natural oxide film and an oxide film formed by rolling are formed on the surface of the plate material. In this case, it is considered that the surface oxide film remains as it is in the welded portion without being dissolved.
[0007]
Even if the gap S generated inside the welded portion maintains airtightness on the surface, if the expansion and contraction are repeated, generation of cracks starting from the gap is induced, and the durability of the bellows is lowered.
[0008]
The present invention was made to solve the above-described problems, and eliminates the occurrence of gaps in the welded portion caused by the presence of a surface oxide film due to aluminum oxide in the welded portion. It aims at providing the manufacturing method of the high quality aluminum welding bellows which shows airtightness and sufficient durability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, a method for manufacturing an aluminum welded bellows according to the present invention is such that, for each of a plurality of annular plates made of an aluminum plate, the annular inner peripheral edge of the annular plate is adjacent on one side in the axial direction. All-round welding is performed on the inner circumferential edge of the other annular plate, and the outer circumferential edge of the annular plate is welded all-around to the outer circumferential edge of another annular plate adjacent on the other side in the axial direction. In the method for manufacturing an aluminum welded bellows, a YAG laser is used to weld the annular inner peripheral edges and the annular outer peripheral edges to a welded portion using a mixed gas of at least one of argon and nitrogen and hydrogen as an assist gas. Etc. by laser welding.
[0010]
According to this manufacturing method, laser welding is performed while injecting a mixed gas of at least one of argon and nitrogen and hydrogen as an assist gas to the welded portion, thereby reducing the aluminum in the welded portion by the reduction action of welding heat and hydrogen. The oxide film is reduced, and the aluminum oxide film (oxide) on the surface of the annular plate in the welded portion disappears. Moreover, it is also avoided that the melted part at the time of welding reacts with surrounding oxygen by welding heat to generate an oxide. Thereby, welding of the annular inner peripheral edge portions and the annular outer peripheral edge portions is favorably performed without being obstructed by the surface oxide film formed of the aluminum oxide.
[0011]
The mixed gas used as the assist gas may be a mixed gas having a hydrogen mixing ratio of 3 to 20%.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows one embodiment of an aluminum welded bellows manufactured by the manufacturing method according to the present invention.
[0013]
The aluminum welding bellows is composed of a plurality of annular plates 10 made of an aluminum plate and laminated with aluminum end members 20 at both ends.
[0014]
The annular plate 10 is made of an aluminum plate having a thickness of about 0.1 to 0.3 mm or an aluminum alloy plate containing a small amount of copper, magnesium, and manganese in aluminum, and is a press-formed product that is press-formed in a concentric waveform. All have the same shape, and the entire circumference of the annular inner peripheral edge portion 11 and the entire outer periphery of the annular outer peripheral edge portion 12 adjacent to each other in the axial direction are joined together by welding to form a substantially cylindrical bellows structure as a whole. There is no.
[0015]
That is, as well shown in FIG. 2, for each of the annular plates 10, the annular inner peripheral edge 11 of the annular plate 10 has an annular shape of another annular plate 10 adjacent on one side in the axial direction. The outer peripheral edge 12 of the annular plate 10 is welded to the inner peripheral edge 11 and is welded to the outer peripheral edge 12 of another annular plate 10 adjacent on the other side in the axial direction. Bellows structure that can expand and contract in the direction. A welded portion of the annular inner peripheral edge portion 11 is indicated by a symbol Wi, and a welded portion of the annular outer peripheral edge portion 12 is indicated by a symbol Wo.
[0016]
Of the plurality of annular plates 10, the uppermost one in FIG. 1 is welded all around with the annular connecting portion 21 of the upper aluminum end member 20 at the annular outer peripheral edge 12, and In FIG. 1, the lowest part is welded to the annular connecting portion 21 of the lower aluminum end member 20 at the annular outer peripheral edge portion 12.
[0017]
As a welding method suitable for welding the annular inner peripheral edge portion 11 and the annular outer peripheral edge portion 12 of the annular plate 10, the YAG laser welding method which is a solid-state laser capable of dealing with a short time by being able to concentrate high-density energy. is there.
[0018]
In the method for manufacturing an aluminum welding bellows according to the present invention, as shown in FIG. 3, a laser welding nozzle 30 having an assist gas supply port 32 for supplying an assist gas to the laser beam injection port 31 is used, and argon and hydrogen are used. The annular inner peripheral edge portions 11 and the annular outer peripheral edge portions 12 of the annular plate 10 are welded to each other by YAG laser welding while jetting the mixed gas as an assist gas to the welded portion from the laser beam injection port 31.
[0019]
The welding of the annular inner peripheral edge portions 11 and the annular outer peripheral edge portion 12 with each other while injecting a mixed gas of argon and hydrogen as an assist gas to the welded portion makes it possible to oxidize the welded portion by welding heat and hydrogen reduction action. The film is reduced, and the aluminum oxide film (oxide) on the surface of the annular plate in the welded portion disappears.
[0020]
This eliminates the fact that the aluminum oxide film remains inside the welded portion, and results in that the aluminum oxide film does not remain as a crack inside the welded portion. This eliminates the generation of gaps inside the weld due to the aluminum surface oxide film remaining inside the welds Wi of the annular inner peripheral edge 11 and the weld Wo of the annular outer peripheral edge 12. The welding strength is high, and excellent airtightness and sufficient durability can be obtained as an aluminum welding bellows.
[0021]
In addition, by blowing the assist gas to the welded portion with a mixed gas of argon and hydrogen, it is also possible to prevent the molten portion at the time of welding from reacting with surrounding oxygen by welding heat and generating new oxides in the welded portion. .
[0022]
The mixed gas of argon and hydrogen used as the assist gas may be an argon / hydrogen mixed gas having a hydrogen mixing ratio of 3 to 20%. If the hydrogen mixing ratio is 3% or less, a sufficient reducing action cannot be obtained. If the hydrogen mixing ratio is 20% or more, the aluminum oxide film disappears, but the penetration becomes deep and holes are formed in the aluminum. End up.
[0023]
Note that a mixed gas of nitrogen and hydrogen or a mixed gas of argon, nitrogen, and hydrogen may be used instead of argon, and the same effect can be obtained with these mixed gases.
[0024]
【The invention's effect】
As understood from the above description, in the method for manufacturing an aluminum welded bellows according to the present invention, laser welding is performed while injecting a mixed gas of at least one of argon and nitrogen and hydrogen as an assist gas to the welded portion. The aluminum oxide film on the welded part is reduced by the reduction action of welding heat and hydrogen, the aluminum oxide film (oxide) on the surface of the annular plate in the welded part disappears, and the molten part reacts with surrounding oxygen during welding. As a result, it is also possible to avoid the formation of new oxides in the welding, so that the welding between the annular inner peripheral edge portions and between the annular outer peripheral edge portions can be performed satisfactorily without being obstructed by the surface oxide film of aluminum oxide. become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of an embodiment of an aluminum welded bellows to which a manufacturing method according to the present invention is applied.
FIG. 2 is an enlarged view showing one embodiment of a welded portion of an annular inner peripheral edge and an annular outer peripheral edge of an aluminum welded bellows to which the manufacturing method according to the present invention is applied.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a laser welding nozzle used in carrying out the method for manufacturing an aluminum welding bellows according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a gap generated inside a welded portion.
[Explanation of symbols]
10 annular plate 11 annular inner peripheral edge 11A welding surface 12 annular outer peripheral edge 30 laser welding nozzle 31 laser beam injection port 32 assist gas supply port
