JP2878435B2

JP2878435B2 - チタン材と銅材との接合方法

Info

Publication number: JP2878435B2
Application number: JP28655390A
Authority: JP
Inventors: 英司高橋; 忠昭山田; 昌孝野口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-10-23
Filing date: 1990-10-23
Publication date: 1999-04-05
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JPH04158992A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は耐食性が優れたチタン又はチタン合金（以
下、総称してチタン材という）と、電気伝導性が優れた
銅又は銅合金（以下、総称して銅材という）との複合材
を製造するためのチタン材と銅材との接合方法に関す
る。

［従来の技術］チタン材は耐食性が優れているため、耐食性を要求さ
れる構造材等に使用されている。一方、銅材は電気伝導
性が優れているため、電気メッキ又は電気分解による金
属精錬及び電気分解による薬品製造等の分野において、
電気を供給する設備の通電材又は電極材として使用され
ている。

このように、通電材としては銅材が多用されている
が、腐蝕性が強い環境下では銅が腐蝕してメッキ液を汚
す虞れがある。このため、軽量で耐食性が優れたチタン
材を通電材として使用することが考ええられるが、チタ
ン材は電気伝導性が銅に比して劣るため、大断面積にす
る必要がある。このため、チタン材を通電材として使用
すると、通電材が占める容積が大きくなると共に、その
コストが高くなるという欠点がある。そこで、内側に電
気伝導性が優れた銅材を配置し、外側に耐食性が優れた
チタン材を配置した複合材を通電材として使用すること
が提案されている。

このチタン材と銅材とからなる複合材の製造方法とし
ては、熱間静水圧押出法がある。この熱間静水圧押出法
においては、第２図に示すように、先ず、外皮としての
板状のチタン材１を曲げ加工した後、その突き合わせ端
部をTIG溶接し、得られた管材の内面を研磨する。一
方、内実材としてのビレット状の銅材２は、その外皮を
研削して清浄化した後、研磨する。そして、円筒状のチ
タン材１内に、円柱状の銅材２を嵌入し、押出材３を得
る。この押出材３は、第３図（ａ）に示すように、押出
工程の便宜上、頭部４及びデスカード部５を設けたもの
とする。このようにして組み立てられたビレットは、加
熱炉にて加熱した後、熱曲静水圧押出加工を施す。次い
で、抽伸加工又は圧延加工により、所定の形状に成形し
た後、超音波探傷試験を実施して欠陥の有無を調査す
る。そして、定尺に切断した後、外観等を検査し、その
後、出荷する。

しかしながら、このような熱曲静水圧押出法によるチ
タン材と銅材との複合材の製造方法においては、頭部４
及びデスカード部５がチタン材と銅材との複合割合が所
定のものになりにくいため、製品にはならない。このた
め、高価なチタン材が無駄に廃棄されてしまうという欠
点がある。そこで、第３図（ｂ）に示すように、頭部4a
及びデスカード部5aをチタン材で被覆しないようにした
構造のビレットを使用することが検討されている。しか
し、この場合は、押出加工するために、外皮のチタン材
１と内実の銅材２とを溶接して固定する必要がある。と
ころが、特開平１−254389号に記載されているように、
チタン材と銅材との溶融溶接は極めて困難である。

ビレットの組み立てに際しては、押出工程において金
属結合を達成するために、界面の清浄性を確保する必要
上、溶接装置内部を不活性ガスで満たすか、又は真空状
態にする必要がある。而して、電子ビーム溶接法は接合
に際して内部を真空状態にすることができるため、上述
のチタン材と銅材との接合に好適であり、上述のビレッ
トの組み立てに電子ビーム溶接法の適用が試みられてい
る。しかし、この電子ビーム溶接法によりチタン材と銅
材とを溶接しようとしても、接合部に脆い金属間化合物
が生成し、接合部が割れてしまうため、チタン材と銅材
とを溶接により接合することはできない。このため、前
述の公知技術においては、チタン材と銅材との間に、ス
テンレス鋼を介在させ、このステンレス鋼をインサート
材としてステンレス鋼と銅材とを溶接接合すると共に、
ステンレス鋼とチタン材とを溶接接合してチタン材と銅
材とを溶接固定している。

また、溶融溶接の際の割れの発生を回避するために、
特に、小さい部材の場合には、溶融溶接ではなく、専ら
ろう付けによりチタン材と銅材とを接合している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、インサート材を使用する方法は、実験
室においては容易にチタン材と銅材とを接合することが
できるものの、実際の製造現場においてインサート材を
使用することは極めて煩雑である。このため、複合材の
製造コストが高くなる。

また、ろう付けによりチタン材と銅材とを接合する方
法は、小さい部材では有効であるものの、ビレットのよ
うに寸法形状が大きいものを真空ろう付けにより接合し
ようとすると、極めて長時間が必要であると共に、チタ
ン材と銅材の組織が粗粒化するという欠点がある。

更に、接合部は熱間静水圧押出工程時の熱に耐えるこ
とができるものであることが必要であるが、ろう付け接
合部はこの耐熱性が不十分であるという難点がある。こ
のため、ろう付け材は熱間静水圧押出材としては不適で
ある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、チタン材と銅材とを容易に直接接合することがで
き、熱間静水圧押出材として好適の複合材を製造するこ
とができるチタン材と銅材との接合方法を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係るチタン材と銅材との接合方法は、チタン
材と銅材とをその接合面で突き合わせ、電子ビームによ
り前記接合面を溶接させ、銅材中に占める部分の断面積
が５乃至25％の比率の溶接金属を形成することを特徴と
する。

［作用］通常、電子ビーム溶接により溶接する場合は、溶接因
子によって種々のビード形状を得ることができる。本願
発明者等は、特に、チタン材と銅材とを電子ビームによ
り接合する場合に、割れの発生の有無が、溶融部が銅材
中に占める割合とチタン材中に占める割合との比率に大
きく依存していることを見い出した。

即ち、溶接溶融部が凝固して得られた溶接金属中の銅
の比率が５乃至25％の場合に割れが発生しない。このた
め、銅比率が上述の範囲にある溶接金属を得ることがで
きるように、溶接条件を調整することにより、溶接金属
中の割れの発生を防止することができる。

但し、溶接金属中の銅の比率とは、第１図に示すよう
に、銅材６と、チタン材７とを重ね合わせ、その重ね合
わせた面を電子ビームにより溶融させた場合に、得られ
た溶接金属８が銅材６内に占める部分の断面面積をＡ、
チタン材７内に占める部分の断面面積をＢとして、下記
（１）式にて表される。

銅比率＝｛A/（Ａ＋Ｂ）｝×100 …（１）［実施例］以下、本発明の実施例について、その比較例と比較し
て説明する。

下記第１表は実施例及び比較例の溶接条件及び溶接金
属が銅材中に占める前記銅比率と、得られた溶接金属の
性状（ビード外観及び溶接割れ）との関係を示す。

第１表には、溶接電源の電圧、溶接電流、溶接速度、
Ab値、電子ビームの振動（周波数及び振幅）、チタン材
と銅材の板厚、狙い位置及び目違い等の溶接条件、並び
に溶接金属が銅材中に占める比率の外、得られた溶接金
属のビード外観及び溶接割れの有無を記載した。但し、
各板厚のチタン材と銅材とをＩ継手で溶接した。また、
振幅は電子ビームの進行方向に直交する方向である。

この第１表から明らかなように、比較例H1〜H3は、溶
接金属における銅の比率が25％以上であるため、チタン
と銅の金属間化合物が銅側に多量に生成し、これが割れ
の原因となって溶接部全体に割れが伝播した。これに対
し、溶接条件はこの比較例H1〜H3と同一であるが、銅比
率が10％と本発明の範囲に入る実施例J1の場合は、ビー
ド外観が優れていると共に、溶接割れも発生せず、チタ
ン材と銅材とを確実に接合することができた。しかし、
比較例H5の場合は、銅比率が３％と本発明にて規定した
範囲よりも小さいため、溶接金属の剥離が発生した。

また、第１表の比較例H6,実施例J7〜J9及び比較例H10
は板厚が小さい場合の例であるが、この場合も、比較例
H6のように、銅比率が25％を越えた場合は溶接割れが発
生した。これに対し、銅比率が25％以下である実施例J7
〜J9は溶接割れが発生せず、良好な接合部が得られた。
このときチタン側の金属間化合物が減少していると同時
に、銅側においては金属間化合物が殆ど認められないこ
とを確認した。また、比較例H10のように、銅比率が２
％と小さい場合、即ち溶接部の銅比率が５％以下になる
と、溶接割れは防止されるものの、銅側における接合部
分が著しく減少して溶接金属が簡単に剥離を起こすよう
になる。このため、このように銅化率が小さい場合は、
溶接金属の接合部としての実用的価値がなくなることが
判った。

次に、第１表の実施例J11乃至J13及び比較例H14に示
すように、電子ビームにオッシレーション（振動）を与
えた場合の効果について説明する。実施例J11〜J13のよ
うに、適正なオッシレーションを与えると共に、銅比率
を本発明にて規定した範囲にすることによって、溶接割
れの発生を防止しつつ、ビード外観を良好にすることが
できる。これに対し、比較例H14のように、銅比率が30
％と高いと共に、振動の振幅が大きくなり過ぎると、溶
接割れが発生するようになる。

目違いの影響に関しては、実施例J15〜J17及び比較例
H18に示すように、チタン材側に変位すると、銅の比率
が小さくなり、逆に銅側に変位すると、銅の比率が高く
なる。この場合も、銅比率が高くなると、溶接割れが発
生し易い傾向になり、いずれにしても、銅比率で溶接割
れの有無を整理することができる。

［発明の効果］本発明によれば、溶接金属が銅材中に占める比率を規
制することにより、溶接金属に割れが発生することを確
実に防止することができる。これにより、熱間静水圧押
出用ビレット（押出材）の頭部及びデスカード部のよう
にスクラップとなる部分を、従来のチタン材と銅材との
複合材から、銅単体にすることができ、通電材又は電極
材として使用されるチタン材と銅材とからなる複合材の
製造コストを低減することができる。また、このスクラ
ップ部分はチタンを含有しないため、スクラップの再利
用が容易になる。更に、従来法ではチタンクラッド銅を
管状体に成形することは困難であるが、本発明によるチ
タン材と銅材との接合技術を適用すると、チタンクラッ
ド銅の管状体を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の規定条件を説明する模式図、第２図は
熱間静水圧押出法の各工程を示す模式図、第３図
（ａ），（ｂ）は熱間静水圧押出用ビレットの形状を示
す断面図である。 1,7;チタン材、2,6;銅材、3;押出材、4,4a;頭部、5,5a;
カスカード部、8;溶接金属

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 15/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】チタン材と銅材とをその接合面で突き合わ
せ、電子ビームにより前記接合面を溶融させ、銅材中に
占める部分の断面積が５乃至25％の比率の溶接金属を形
成することを特徴とするチタン材と銅材との接合方法。