JP2016087688A - 銅と鋼との溶接方法及びその応用 - Google Patents
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Abstract
【課題】銅材料及び鋼材料の２種類の異なる金属を溶接する際に銅材料が順調に溶解しないという問題を解決する。【解決手段】本発明は、銅と鋼との溶接方法及びその応用を提供する。本発明に係る溶接方法は、銅及び鋼の２種類の材料における溶接端部の突合せ方法又は嵌合方法を含む。熱源供給設備の加熱部は、シールドガスの保護下において、銅材料の溶接端部と鋼材料の溶接端部とを溶接し、加熱部の先端は、銅材料が位置する方向に偏り、銅材料の溶接端部及び鋼材料の溶接端部は、同時に溶解し、さらに交互に溶融する。【選択図】図１ａ
Description
本発明は、管材溶接分野に関し、特に銅と鋼との溶接方法及びその応用に関する。
社会の発展及び国の省エネ・コスト削減政策の推進につれて、様々な業界において、資源の節約及びエネルギー消費の削減が行われている。冷却・冷凍業において、可塑性及び強度が良好な貴金属である銅は、これまで従来の主な原材料として生産・加工が行われてきた。この数年間の業界の発展過程において、多くの科学技術者達が様々な代替材料を用いて研究を行ってきた結果、一般的に知られているのは、アルミニウムという金属を用いて銅を代替することである。アルミニウムは、良好な可塑性を有するが、その強度及び重量は冷却・冷凍及び空調業界における一般的な要件を満たしておらず、小部分しか銅を代替することができない。従って、一定の強度及び可塑性加工性能を有する材料を見つけることは、業界、さらに国家の発展に確実に有益であり、且つ差し迫った肝心なことである。
鋼は、強度及び品質が両方とも冷却・冷凍業界の要求を満たした材料である。銅と鋼との溶接は、２種類の異なる金属の溶接に属する。２種類の異なる金属の溶接においては、融点及び熱伝導率が異なり、液状における金属組織も異なるため、溶接材料なしの直接溶接は困難である。従って、異なる金属の溶接は、溶接材料を添加して溶接を行う方法が一般的に採用され、とりわけ、融点が母材の融点より低い溶接材料を添加して溶接を行うのが一般的である。しかしながら、このような溶接材料を添加する方式は、コストが高いだけでなく、二回目の溶接を行う場合に、一回目の溶接点が再び溶解される恐れがある。そのため、異なる金属の溶接は、溶接生産の実践において大いに制限されている。
特許文献１，２には、異なる金属材料の管を溶接する際に、熱配分の関係に基づいて、融点の高い金属に対して比較的多い熱を配分し、融点の低い金属に対して比較的少ない熱を配分することが記載されている。上記説明からわかるように、鋼材料の融点が銅材料の融点より高いため、銅と鋼との溶接を行う際に、例えばタングステン棒のような熱を供給する発熱体は、鋼材料側に偏向する。
実際の使用において、厳密に上記２つの特許文献に示された方法に基づいて、銅材料と鋼材料との溶接を行う場合は、銅材料が永遠に、順調に溶解できない状況が現れる。このような状況が発生する原因は、鋼材料の融点は銅材料の融点より大きくなければならないが、銅材料の熱伝導率は鋼の熱伝導率の６倍（鋼の熱伝導率λは、４０〜６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、銅の熱伝導率λは３８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である）もある。銅材料は、熱伝導速度が速く、熱配分量が少ないため、当然、鋼材料と同時に溶解することができない。事実、発熱体を２種類の金属の溶接ビードの真ん中に位置させても、当該２種類の金属を同時に溶解させることは不可能である。
本発明は、従来技術における銅材料及び鋼材料の２種類の異なる金属を溶接する際に銅
材料が順調に溶解しないという問題を解決することができる、銅と鋼との溶接方法及びその応用を提供する。
材料が順調に溶解しないという問題を解決することができる、銅と鋼との溶接方法及びその応用を提供する。
上記目的を実現すべく、本発明に係る銅と鋼との溶接方法は、銅材料及び鋼材料における溶接端部の突合せ方法又は嵌合方法を含む。
熱源供給設備の加熱部は、シールドガスの保護下において、銅材料の溶接端部と鋼材料の溶接端部とを溶接し、加熱部の先端は、銅材料が位置する方向に偏り、銅材料の溶接端部及び鋼材料の溶接端部は、同時に溶解し、さらに交互に溶融する。
本発明に係る実施形態において、加熱部の先端における銅材料が位置する方向への偏り距離は、０．１ミリメートル〜１．５ミリメートルの間である。銅材料の溶接端部と鋼材料の溶接端部とが突き合せられて当接面を形成する場合、前記偏り距離は、加熱部の先端から当接面までの距離であり、銅材料の溶接端部と鋼材料の溶接端部とが嵌合される場合、前記偏り距離は、加熱部の先端から外部に嵌合された材料の溶接端部の端面までの距離である。
本発明に係る実施形態において、加熱部の先端における銅材料が位置する方向への偏り距離は、０．２ミリメートル〜０．３ミリメートルの間である。
本発明に係る実施形態において、熱源供給設備の加熱部は、不活性気体の保護下において、銅材料の溶接端部と鋼材料の溶接端部とを溶接し、銅材料の溶接端部及び鋼材料の溶接端部は、同時に溶解し、さらに交互に溶融して溶接ビードを形成する。
熱源供給設備の加熱部を溶接点の方向に向け、前記加熱部の中軸線と溶接点が位置する切断面との間の角度を５度〜１７５度とする。
本発明に係る実施形態において、溶接が行われる銅材料及び鋼材料の突合せ箇所又は嵌合箇所には、シールドガスを供給するシールドガス供給装置が取り付けられている。
本発明に係る実施形態において、銅材料の溶接端部と鋼材料の溶接端部とを溶接する際に、溶接材料を添加する。銅材料の溶接端部及び鋼材料の溶接端部は、同時に溶解し、さらに交互に溶融して液状の溶融池を形成し、溶融池によって溶接材料が溶解されて溶接ビードを形成する。
本発明に係る実施形態において、前記溶接材料は、鉄系溶接ワイヤ、ニッケル系溶接ワイヤ、銅系溶接ワイヤ及び銀系溶接ワイヤのいずれか１つである。
本発明に係る実施形態において、溶融池が形成される前に、溶接材料は、溶接点から０．５ミリメートル〜５０ミリメートル離れた距離において予熱され、溶融池が形成された後に、予熱後の溶接材料は、徐々に溶融池に接近し、溶融池によって溶解される。
本発明に係る実施形態において、ガスタングステンアーク溶接、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接、プラズマ溶接、擬イオン溶接、レーザー溶接のいずれか１つを採用して、銅材料の溶接端部と鋼材料の溶接端部とを溶接する。
本発明に係る実施形態において、前記鋼材料は、炭素鋼又はステンレス鋼である。
上記溶接方法は、溶接圧縮機用液体貯留器の筐体、空調機用消音器の筐体、中央空調用
気液分離器の筐体、油気分離器の筐体、冷凍圧縮機の排気管、冷凍圧縮機の吸気内管、冷凍圧縮機の吸気外管、液体貯留器の吸気管、液体貯留器の排気管、空調用電磁四方切換弁の主弁体及び主弁座、空調用電磁四方切換弁の配管、空調機の配管、空調機の接続管、空調機の切換弁管又は空調機の膨張弁管を溶接するのに応用される。
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本発明に係る銅と鋼との溶接方法は、従来技術と比較すると、以下の利点を有する。
溶接の過程において、銅材料の熱伝導率が鋼材料の熱伝導率より遥かに大きいこと、即ち、銅材料の放熱速度が鋼材料の放熱速度より速いことを勘考する。溶接に熱を供給する加熱部の位置を設定することによって、加熱部の先端は、銅材料が位置する方向に偏向し、銅材料の溶接端部に配分された熱は、鋼材料の溶接端部より大きく、従って、当該２種類の材料が同時に溶解する状態となる。さらに、交互の無境界の溶融によって、漏えいや亀裂のない溶接ビードが形成される。
また、溶融池を利用して溶接材料を溶解して溶接ビードを形成することで、タングステン棒によるアークストライクが発生する過程において、溶接材料の存在によりアーク電圧が不安定となり且つ溶接ワイヤの溶解が不完全になるという問題を回避することができる。同時に、溶融池を利用して溶接材料を溶解することによって、溶接中の飛散が生じず、溶接後に作業道具の清掃を行う必要もなく、さらに、溶接後の溶け込み深さが要件を満たし、大きな表面張力を有する溶接ビードが完全に形成される。溶接中に溶接ビードに気孔が発生するのを回避するために、加熱部をシールドガスで保護するほか、溶接箇所にシールドガス供給装置を取り付けている。これによって、空気又は他の気体を有効に遮断し、溶接中における気孔の発生を回避することができる。さらに、本発明に係る銅と鋼との溶接方法は、全位置の溶接を実現し、立向下進、立向上進及び上向溶接の場合においても、良好な溶接効果を奏する。
本願発明者の実験により、銅及び鋼の２種類の材料は熱伝導性及び導電性が異なるため、溶接する際に当該２種類の材料を同時に溶解するのは極めて困難であることが判明した。さらに、従来の溶接方法を用いて溶接する際に、タングステン棒のアークストライクによって伝導される熱で溶接材料を溶解することは、大きな変動が存在するため、溶接の質に多大な影響を及ぼす。タングステン棒によって発生したアーク放電は、銅材料の溶接端部、鋼材料の溶接端部及び溶接材料に同時に流れ、アーク電圧が不安定になるという問題が生じる。
上記問題を解決すべく、本発明の実施形態は、以下のような銅と鋼との溶接方法及びその応用を提供する。溶接の際に、加熱部における先端の偏り距離を設けることによって、銅及び鋼の２種類の金属が同時に溶解し、さらに交互に溶融して溶融池を形成する。これによって、従来の異種金属の溶接の問題が解決される。具体的な製造原理図は、図１ａ、図１ｂ、図２ａ及び図２ｂに示されている。図１ａ及び図１ｂでは、銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とが突き合せられた後に、溶接が行われる。一方、図２ａ及び図２ｂでは、銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とが嵌合された後に、溶接が行われる。即ち、本発明に係る溶接方法は、突合せ溶接にも嵌合溶接にも適用される。
実施形態１
図３ａ及び図３ｂのそれぞれに示すように、実施形態１において、銅と鋼との溶接方法は、圧縮機用液体貯留器の吸気管及び排気管の溶接に用いられる。図３ａ及び図３ｂの相違点として、図３ａにおける銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とは、嵌合されている。この場合、偏り距離は、銅材料１の軸方向における、加熱部の先端から外部に嵌合された材料の溶接端部の端面までの距離である。一方、図３ｂにおける銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とは、突き合せられている。この場合、偏り距離は、銅材料１の軸方向における、加熱部の先端から当接面までの距離である。以下、図３ａにおける製造原理図を例として、詳細に説明する。
図３ａ及び図３ｂのそれぞれに示すように、実施形態１において、銅と鋼との溶接方法は、圧縮機用液体貯留器の吸気管及び排気管の溶接に用いられる。図３ａ及び図３ｂの相違点として、図３ａにおける銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とは、嵌合されている。この場合、偏り距離は、銅材料１の軸方向における、加熱部の先端から外部に嵌合された材料の溶接端部の端面までの距離である。一方、図３ｂにおける銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とは、突き合せられている。この場合、偏り距離は、銅材料１の軸方向における、加熱部の先端から当接面までの距離である。以下、図３ａにおける製造原理図を例として、詳細に説明する。
図３ａにおいて、鋼材料２の溶接端部は、銅材料１の溶接端部の内部に嵌合され、溶接部品に形成される。偏り距離ｄは、銅材料１の軸方向における、加熱部の先端から銅材料１の溶接端部の端面までの距離である。熱源供給設備４の加熱部４１は、シールドガスの保護下において、溶接部品を加熱する。実施形態１において、シールドガスは、不活性気体である。しかし、本発明はこれに限定されない。
銅材料１の熱伝導率は、鋼材料２の熱伝導率の６倍前後である。そのため、銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とを同時に溶解させるために、加熱部４１の先端を、銅材料１が位置する方向に偏るように設ける。加熱部４１の先端における銅材料１が位置する方向への偏り距離ｄは、０．１ミリメートル〜１．５ミリメートルの間（０．１ミリメートル及び１．５ミリメートルを含む。）である。銅材料１の溶接端部及び鋼材料２の溶接端部は、同時に溶解し、さらに交互に溶融して溶融池を形成する。そして、溶融池が形成された後に、溶接材料５が溶融池に接近すると、溶融池によって溶解され、溶接ビード３を形成する。溶接材料５を添加することで溶接ビードの接続強度が一層高まるが、本発明は溶接材料を添加することに限定されない。別の実施形態において、溶接の際に、溶接材
料５を添加しなくてもよく、溶融池は、冷却された後、溶接ビード３を形成する。
料５を添加しなくてもよく、溶融池は、冷却された後、溶接ビード３を形成する。
実施形態１において、偏り距離ｄは、０．２ミリメートル〜０．３ミリメートルである。表１は、異なる偏り距離ｄにおける溶接ビードの実験データ表である。表１からかわるように、偏り距離ｄが０．２ミリメートルであるときに、溶接後に形成された結晶粒の直径は、最も小さく（即ち、粒度レベルは比較的大きい）、０．０４ミリメートルしかない。溶接を経て形成された溶接ビード３は、滑らかで且つ完全な溶接である。さらに、銅材料１の溶接端部及び鋼材料２の溶接端部は、同時に溶解した後交互に溶融するため、形成された溶融エリアには境界がない。溶接後に、裏表１８０度の抗折力試験を行った結果、溶接ビード３に亀裂が発生しなかった。ねじり強さ試験及び抗張力試験などの破壊性を有する試験を行った結果、破断口はすべて銅材料１側に存在し、溶接ビード３はまったく影響を受けなった。耐圧試験を繰り返し行った結果、溶接ビード３に漏えいがなく、良好な溶接効果が得られた。しかし、本発明は、偏り距離ｄに対して、いかなる限定をもしない。別の実施形態において、ユーザは実際の溶接要求に基づいて、０．１ミリメートル〜１．５ミリメートル内の他の数値の偏り距離ｄを選択することができる。
トーチがＣＵ側に偏る距離の試験データ表
試験条件：同様の溶接環境において、トーチがＣＵ側に偏る距離が異なる以外に、他のパラメータは同じである。
試験条件：同様の溶接環境において、トーチがＣＵ側に偏る距離が異なる以外に、他のパラメータは同じである。
また、溶接後の溶接ビード３の品質をさらに向上させるために、溶接過程において、銅材料１と鋼材料２との溶接箇所から互いに離れた端部に、互いに対向する作用力Ｆを同時に付与して、嵌合及び突合せの結合力を高める。
実施形態１において、銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とを同時により良好に溶解させ、溶接を容易に行うために、溶接の際に、加熱部４１を溶接点の方向に向け、加熱部４１の中軸線と溶接点が位置する切断面との間の角度θ１を５度〜１７５度とする。角度θ１は、５度〜３０度であることが好ましい。しかし、本発明はこれに限定されない。
実施形態１では、ガスタングステンアーク溶接を採用して、圧縮機用液体貯留器の吸気管に対して溶接を行う。熱源供給設備４はトーチであり、加熱部４１はタングステン棒である。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接、プラズマ溶接、擬イオン溶接、レーザー溶接のいずれか１つを採用して、銅材料の溶接端部と鋼材料の溶接端部とを溶接してもよい。
具体的な溶接過程は下記の通りである。タングステン棒が、外部電流の加熱でアークストライクを発生させる。そして、溶接部品における溶接点を一定の時間（製品の厚さによって、加熱時間は０．１秒〜８秒までの間である。）加熱する。その後、銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とが、同時に溶解して、液状の溶融池を形成する。溶接材料５は、外部の糸送り手段（例えば糸送り口）によって溶融池の近くまで送られ、溶融池の熱で溶解され、溶接ビード３を形成する。
タングステン棒によって銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とが加熱される際に、熱は必然的に周囲に拡散する。実施形態１において、加熱部４１によって銅材料の溶接端部及び鋼材料の溶接端部が加熱されて溶解される際に、溶接材料５は、溶接箇所から０．５ミリメートル〜５０ミリメートル離れた距離において予熱される。液状の溶融池が形成された後、予熱後の溶接材料５は、徐々に溶融池に接近し、溶融池によって溶解され、溶融池内に垂れ込む。そして溶接材料５は、溶融池と一体化され、突出する非線形の円弧面の溶接ビード３に形成される。溶接ビード３は、極めて大きな表面張力を有する。溶接材料５は、予熱後の温度が高いため、溶融池に接近した後、直ちに融点に到達することができる。従って、溶接材料５の溶解時間が大幅に短縮され、溶接のスピードが向上する。
溶接の際に、加熱部４１の先端から溶接部品の表面までの距離が大きすぎると、熱の拡散が増大し、溶接点まで流れる熱が減少し、溶接時間が長くかかる。一方、加熱部４１の先端から溶接部品の表面までの距離が小さすぎると、アーク火花が抑制されまたはアーク火花が消えるという消弧現象が発生する。従って、実施形態１では、加熱部４１の先端から溶接部品までの最高点の距離を、０．３ミリメートル〜２．５ミリメートルとしている。実施形態１では、鋼材料２が銅材料１内に嵌合されているため、溶接部品の最高点は、銅材料１の溶接端部の最高点である。別の実施形態において、銅材料１の溶接端部が鋼材料２の溶接端部内に嵌合されている場合、溶接部品の最高点は、鋼材料２の溶接端部の最高点である。
実施形態１において、溶解後の溶接材料と溶融池とは、スムーズに流動し且つ結合される。溶接の速度を向上させるために、溶接材料５の中心線と溶接点が位置する切断面との間の角度θ２を２度〜１７８度とする。角度θ２は、３０度〜６０度であることが好ましい。しかし、本発明はこれに限定されない。
実施形態１では、溶接の際に溶接箇所にシールドガスを供給するシールドガス供給装置６を取り付ける。これによって、空気又は他の気体を有効に遮断し、溶接中における気孔の発生を回避することができ、溶接後の溶接ビードの品質が向上する。実施形態１において、シールドガスはアルゴンである。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、シールドガスは、窒素、ヘリウム及びアルゴンの化合物、又は、水素及びアルゴンの化合物であってもよい。溶接の品質をさらに向上させ、溶接中における溶接部品
の酸化を防止するために、溶接の際に、溶接部品の内部に二酸化炭素又は窒素などの酸化防止ガスを流し込む。
の酸化を防止するために、溶接の際に、溶接部品の内部に二酸化炭素又は窒素などの酸化防止ガスを流し込む。
吸気管の溶接は、環状溶接であるため、溶接の際に交互に嵌合された銅材料１及び鋼材料２を回転させ、且つ回転の過程において溶接を行うことで、最終的に環状の溶接ビード３が形成される。図面における弧状の矢印が示す方向は、回転方向である。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、熱源供給設備４を介して環状溶接を実現してもよい。
実施形態１において、溶接材料５は、鉄含有量２０％以上の鉄系溶接ワイヤである。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、溶接材料５は、ニッケル含有量５％以上のニッケル系溶接ワイヤ、銅含有量１５％以上の銅系溶接ワイヤ、及び、銀含有量３％以上の銀系溶接ワイヤの、いずかであってもよい。
実施形態１において、鋼材料２は、炭素鋼である。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、鋼材料２は、ステンレス鋼であってもよい。
実施形態１に係る銅と鋼との溶接方法を採用して、銅及び鋼この２種類の異種金属の突合せ溶接又は嵌合溶接の際に、加熱部の位置を設定する。これにより、銅材料１の溶接端部に配分された熱と鋼材料２の溶接端部に配分された熱とが同等になり、さらに、２種類の金属が同時に溶解され、結晶粒の直径が小さく、抗折強度が大きい溶接ビード３が形成される。溶接中に溶融池を利用して溶接材料５を溶解させることによって、溶接材料５が溶解する際に飛散が生じず、アーク電圧に妨害を与えることなく、また、溶接時に交互の溶融が不完全になるなどの問題も生じない。
実施形態２
図４ａ及び図４ｂに示すように、実施形態２において、銅と鋼との溶接方法は、中央空調用気液分離器の吸気管及び排気管の溶接に用いられる。実施形態２は、実施形態１及びその変形例とほぼ同様であり、以下の点において実施形態１と相違する。
図４ａ及び図４ｂに示すように、実施形態２において、銅と鋼との溶接方法は、中央空調用気液分離器の吸気管及び排気管の溶接に用いられる。実施形態２は、実施形態１及びその変形例とほぼ同様であり、以下の点において実施形態１と相違する。
図４ａ及び図４ｂの両方において、銅材料１の溶接端部及び鋼材料２の溶接端部は、突合せ溶接されている。偏り距離ｄは、銅材料１の軸方向における、加熱部の先端から当接面の距離である。加熱部４１の先端を、銅材料１が位置する方向に偏らせている。その偏り距離ｄは、０．１ミリメートルである。表１からわかるように、偏り距離ｄが０．１ミリメートルであるときに、溶接後に形成された結晶粒の直径は０．０８ミリメートルしかなく、また、試験によると、溶接ビード３のすべての指標が要求基準を満たしている。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、ユーザは実際の溶接要求に基づいて、０．１ミリメートル〜１．５ミリメートル内の他の数値の偏り距離ｄを選択することができる。
実施形態２では、銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とを同時により良好に溶解させるために、加熱部４１の中軸線と溶接点が位置する切断面との間の角度θ１を５度〜１７５度とする。角度θ１は、３０度〜６０度であることが好ましい。しかし、本発明はこれに限定されない。
実施形態２において、溶解後の溶接材料と溶融池とは、スムーズに流動し且つ結合される。溶接の速度を向上させるために、溶接材料５の中心線と溶接点が位置する切断面との間の角度θ２を６０度〜９０度とする。しかし、本発明はこれに限定されない。
実施形態３
図５ａ、図５ｂ及び図５ｃに示すように、実施形態３において、銅と鋼との溶接方法は、冷凍圧縮機の排気管、吸気外管及び吸気内管の溶接に用いられる。実施形態３は、実施形態１及びその変形例とほぼ同様であり、以下の点において実施形態１と相違する。
図５ａ、図５ｂ及び図５ｃに示すように、実施形態３において、銅と鋼との溶接方法は、冷凍圧縮機の排気管、吸気外管及び吸気内管の溶接に用いられる。実施形態３は、実施形態１及びその変形例とほぼ同様であり、以下の点において実施形態１と相違する。
図５ａにおいて、鋼材料２の溶接端部は、銅材料１の溶接端部の内部に嵌合されている。偏り距離ｄは、銅材料１の軸方向における、加熱部の先端から銅材料１の溶接端部の端面までの距離である。図５ｂ及び図５ｃの両方において、銅材料１の溶接端部及び鋼材料２の溶接端部は、突合せ溶接されている。偏り距離ｄは、銅材料１の軸方向における、加熱部の先端から当接面の距離である。実施形態３は、接続方式が実施形態１と異なるが、図５ａ、図５ｂ及び図５ｃ以外の溶接条件は実施形態１と同様であり、具体的には以下通りである。
加熱部４１の先端を、銅材料１が位置する方向に偏らせている。その偏り距離ｄは、０．５ミリメートルである。図１ａ及び図１ｂからわかるように、偏り距離ｄが０．５ミリメートルであるときに、溶接後に形成された結晶粒の直径は０．０６ミリメートルしかなく、また、試験によると、溶接ビード３のすべての指標が要求基準を満たしている。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、ユーザは実際の溶接要求に基づいて、０．１ミリメートル〜１．５ミリメートル内の他の数値の偏り距離ｄを合理的に選択することができる。
実施形態３では、銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とを同時により良好に溶解させるために、加熱部４１の中軸線と溶接点が位置する切断面との間の角度θ１を５度〜１７５度とする。角度θ１は、６０度〜９０度であることが好ましい。しかし、本発明はこれに限定されない。
実施形態３において、溶解後の溶接材料と溶融池とは、スムーズに流動し且つ結合される。溶接の速度を向上させるために、溶接材料５の中心線と溶接点が位置する切断面との間の角度θ２を９０度〜１３５度とする。しかし、本発明はこれに限定されない。
実施形態４
実施形態４に係る銅と鋼との溶接方法は、空調用電磁四方切換弁におけるＣ管（Ｓ管又はＥ管）の溶接及びＤ管の溶接に用いられる。実施形態４は、実施形態１及びその変形例とほぼ同様であり、以下の点において実施形態１と相違する。
実施形態４に係る銅と鋼との溶接方法は、空調用電磁四方切換弁におけるＣ管（Ｓ管又はＥ管）の溶接及びＤ管の溶接に用いられる。実施形態４は、実施形態１及びその変形例とほぼ同様であり、以下の点において実施形態１と相違する。
図６ａ及び図６ｂに示すように、鋼材料２の溶接端部は、銅材料１の溶接端部の内部に嵌合されている。偏り距離ｄは、銅材料１の軸方向における、加熱部４１の先端から銅材料１の溶接端部の端面までの距離である。加熱部４１の先端を、銅材料１が位置する方向に偏らせている。その偏り距離ｄは、１．５ミリメートルである。表１からわかるように、偏り距離ｄが１．５ミリメートルであるときに、溶接後に形成された結晶粒の直径は０．０９ミリメートルしかなく、また、試験によると、溶接ビード３のすべての指標が要求基準を満たしている。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、ユーザは実際の溶接要求に基づいて、０．１ミリメートル〜１．５ミリメートル内の他の数値の偏り距離ｄを合理的に選択することができる。
実施形態４において、銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とを同時により良好に溶解させるために、加熱部４１の中軸線と溶接点が位置する切断面との間の角度θ１を５度〜１７５度とする。角度θ１は、９０度〜１３５度であることが好ましい。しかし、本発明はこれに限定されない。
実施形態５
実施形態５において、銅と鋼との溶接方法は、遮断弁の配管溶接に用いられる。実施形態５は、実施形態１及びその変形例とほぼ同様であり、以下の点において実施形態１と相違する。
実施形態５において、銅と鋼との溶接方法は、遮断弁の配管溶接に用いられる。実施形態５は、実施形態１及びその変形例とほぼ同様であり、以下の点において実施形態１と相違する。
遮断弁の配管の上部では、銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とが、突き合せられている。遮断弁の配管の下部では、鋼材料２の溶接端部が銅材料１の溶接端部内に、嵌合されている。実施形態５は、接続方式が実施形態１と異なるが、接続方式以外の条件は実施形態１と同様である。具体的には、
加熱部４１の先端を、銅材料１が位置する方向に偏らせている。その偏り距離ｄは、０．１５ミリメートルである。表１からわかるように、偏り距離ｄが０．１５ミリメートルであるときに、溶接後に形成された結晶粒の直径は０．０７ミリメートルしかなく、また、試験によると、溶接ビード３のすべての指標が要求基準を満たしている。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態において、ユーザは実際の溶接要求に基づいて、０．１ミリメートル〜１．５ミリメートル内の他の数値の偏り距離ｄを合理的に選択することができる。
実施形態５において、銅材料１の溶接端部と鋼材料２の溶接端部とを同時に良好により溶解させるために、加熱部４１の中軸線と溶接点が位置する切断面との間の角度θ１を５度〜１７５度とする。角度θ１は、１３５度〜１７５度であることが好ましい。しかし、本発明はこれに限定されない。
従って、溶接の過程において、銅材料１の熱伝導率が鋼材料２の熱伝導率より遥かに大きいこと、即ち、銅材料１の放熱速度が鋼材料２の放熱速度より速いことを考慮する。溶接のために熱を供給する加熱部４１の位置を設定することによって、加熱部４１の先端は、銅材料１が位置する方向に偏り、銅材料１の溶接端部に配分された熱は、鋼材料２の溶接端部より大きく、従って、当該２種類の材料が同時に溶解する状態となる。さらに、交互の無境界の溶融によって、漏えいや亀裂のない溶接ビードが形成される。
また、溶融池を利用して溶接材料５を溶解して溶接ビード３を形成することで、タングステン棒によるアークストライクが発生する過程において、溶接材料の存在によりアーク電圧が不安定となり且つ溶接ワイヤの溶解が不完全になるという問題を回避することができる。同時に、溶融池を利用して溶接材料を溶解することによって、溶接中の飛散が生じず、溶接後に作業道具の清掃を行う必要もなく、さらに、溶接後の溶け込み深さが要件を満たし、大きな表面張力を有する溶接ビードが完全に形成される。溶接中に溶接ビードに気孔が発生するのを回避するために、加熱部をシールドガスで保護するほか、溶接箇所にシールドガス供給装置６を取り付けている。これによって、空気又は他の気体を有効に遮断し、溶接中における気孔の発生を回避することができる。さらに、本発明に係る銅と鋼との溶接方法は、全位置の溶接を実現し、立向下進、立向上進及び上向溶接の場合においても、良好な溶接効果を奏する。
上述した内容は、本発明に係る好適な実施形態にすぎず、本発明を限定するものではない。当業者は、本発明の精神及び原則の範囲内において、多少の修正及び変形を行うことができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に記載されている保護範囲に準ずるべきである。
Claims (12)
- 銅材料及び鋼材料における溶接端部の突合せ方法又は嵌合方法を含む銅と鋼との溶接方法であって、
熱源供給設備の加熱部が、シールドガスの保護下において、前記銅材料の溶接端部と前記鋼材料の溶接端部とを溶接し、
前記加熱部の先端は、前記銅材料が位置する方向に偏り、
前記銅材料の溶接端部及び前記鋼材料の溶接端部は、同時に溶解し、さらに交互に溶融することを特徴とする銅と鋼との溶接方法。 - 前記加熱部の先端における前記銅材料が位置する方向への偏り距離は、０．１ミリメートル〜１．５ミリメートルの間であり、
前記銅材料の溶接端部と前記鋼材料の溶接端部とが突き合せられて当接面を形成する場合、前記偏り距離は、前記加熱部の先端から前記当接面までの距離であり、
前記銅材料の溶接端部と前記鋼材料の溶接端部とが嵌合される場合、前記偏り距離は、前記加熱部の先端から外部に嵌合された材料の前記溶接端部の端面までの距離であることを特徴とする請求項１に記載の銅と鋼との溶接方法。 - 前記加熱部の先端における前記銅材料が位置する方向への偏り距離は、０．２ミリメートル〜０．３ミリメートルの間であることを特徴とする請求項２に記載の銅と鋼との溶接方法。
- 前記熱源供給設備の加熱部は、不活性気体の保護下において、前記銅材料の溶接端部と前記鋼材料の溶接端部とを溶接し、
前記銅材料の溶接端部及び前記鋼材料の溶接端部は、同時に溶解し、さらに交互に溶融して溶接ビードを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の銅と鋼との溶接方法。 - 前記熱源供給設備の加熱部を溶接点の方向に向け、前記加熱部の中軸線と前記溶接点が位置する切断面との間の角度を５度〜１７５度とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅と鋼との溶接方法。
- 溶接の際に前記銅材料及び前記鋼材料の突合せ箇所又は嵌合箇所にシールドガスを供給するシールドガス供給装置を取り付けることを特徴とする請求項１に記載の銅と鋼との溶接方法。
- 前記銅材料の溶接端部と前記鋼材料の溶接端部とを溶接する際に、溶接材料を添加して、
前記銅材料の溶接端部及び前記鋼材料の溶接端部は、同時に溶解し、さらに交互に溶融して液状の溶融池を形成し、
前記溶融池によって前記溶接材料が溶解されて溶接ビードを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の銅と鋼との溶接方法。 - 前記溶接材料は、鉄系溶接ワイヤ、ニッケル系溶接ワイヤ、銅系溶接ワイヤ及び銀系溶接ワイヤのいずれか１つであることを特徴とする請求項７に記載の銅と鋼との溶接方法。
- 前記溶融池が形成される前に、前記溶接材料は、溶接点から０．５ミリメートル〜５０ミリメートル離れた距離において予熱され、
前記溶融池が形成された後に、予熱後の前記溶接材料は、徐々に前記溶融池に接近し、前記溶融池によって溶解されることを特徴とする請求項７に記載の銅と鋼との溶接方法。 - ガスタングステンアーク溶接、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接、プラズマ溶接、擬イオン溶接、レーザー溶接のいずれか１つを採用して、前記銅材料の溶接端部と前記鋼材料の溶接端部とを溶接することを特徴とする請求項１に記載の銅と鋼との溶接方法。
- 前記鋼材料は、炭素鋼又はステンレス鋼であることを特徴とする請求項１に記載の銅と鋼との溶接方法。
- 溶接圧縮機用液体貯留器の筐体、空調機用消音器の筐体、中央空調用気液分離器の筐体、油気分離器の筐体、冷凍圧縮機の排気管、冷凍圧縮機の吸気内管、冷凍圧縮機の吸気外管、液体貯留器の吸気管、液体貯留器の排気管、空調用電磁四方切換弁の主弁体及び主弁座、空調用電磁四方切換弁の配管、空調機の配管、空調機の接続管、空調機の切換弁管又は空調機の膨張弁管を溶接するのに応用されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の銅と鋼との溶接方法。
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