JP5763821B1

JP5763821B1 - チタン溶接装置およびチタン溶接体の製造方法およびチタンの溶接方法

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Publication number: JP5763821B1
Application number: JP2014206139A
Authority: JP
Inventors: 英樹庵原; 玄吉岡; 服部　浩二; 浩二服部
Original assignee: イハラ鋼業株式会社
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2034-10-07
Also published as: JP2016073999A

Abstract

【課題】酸化被膜を形成することなくチタンを溶接するチタン溶接装置およびチタン溶接体の製造方法およびチタンの溶接方法を提供することである。【解決手段】チタン溶接装置１０００は、トーチ１００と、第１のシールドガス供給部２００と、第２のシールドガス供給部３００と、を有する。第１のシールドガス供給部２００は、第１の噴出口２１０と、第１の噴出口２１０と連通するとともに内壁２３０、２４０を備える第１のガス室２２０と、第１のガス室２２０に挿入された第１のガス管２７０と、を有する。第１のガス管２７０は、第１のガス管２７０から第１の噴出口２１０に向かう向きと交差する向きに貫通する複数の貫通孔２８０を有する。第１のガス管２７０の中心軸の向きは、第１の噴出口２１０の開口する向きと交差している。第１のガス室２２０の内壁２３０、２４０は、第１の噴出口２１０に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしている。【選択図】図３

Description

本明細書の技術分野は、チタン溶接装置およびチタン溶接体の製造方法およびチタンの溶接方法に関する。さらに詳細には、チタンを突合せ溶接するチタン溶接装置およびチタン溶接体の製造方法およびチタンの溶接方法に関するものである。

鋼材等を溶接する際には、アーク溶接が用いられることがある。アーク溶接には、溶接ワイヤの周囲にシールドガスを流すガスシールドアーク溶接がある。ガスシールドアーク溶接においては、溶接箇所の周囲にガスを吹き付けることで、溶接箇所を冷却する。また、不活性ガスを用いることにより、溶接箇所の酸化を防止することもできる。

特に、チタンを溶接する際には、シールドガスとして、アルゴン等の不活性ガスを用いることがある。また、チタンを溶接する際には、溶接対象部材の裏側からその溶接対象部材に不活性ガスを吹き付けるバックシールドを実施する場合がある。例えば、特許文献１には、バックシールドを実施して、アーク溶接およびレーザー溶接を実施する技術が開示されている（特許文献１の段落［００２０］−［００２７］等および図１等参照）。

特開２０１２−２４５５３８号公報

ところで、チタン部材の溶接では一般に、チタン部材の表面が酸化することが多い。つまり、チタン部材の表面にＴｉＯ₂ができる。ＴｉＯ₂の硬度は、非常に高い。二酸化チタンの結晶には、ルチル、ブルカイト、アナターゼ、とがある。例えば、ルチルのモース硬度は、７〜７．５程度である。そのため、チタン部材を溶接した溶接箇所を後加工することは容易ではない。

しかし、従来技術では、溶接箇所を十分にシールドすることは容易ではない。にもかかわらず、薄い酸化被膜であっても一度酸化被膜が形成されてしまうと、その後の加工は困難になってしまう。

本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、酸化被膜を形成することなくチタンを溶接するチタン溶接装置およびチタン溶接体の製造方法およびチタンの溶接方法を提供することである。

第１の態様におけるチタン溶接装置は、第１のチタン部材および第２のチタン部材を溶接するトーチと、トーチの側から第１のチタン部材および第２のチタン部材にシールドガスを供給する第１のシールドガス供給部と、トーチの反対側から第１のチタン部材および第２のチタン部材にシールドガスを供給する第２のシールドガス供給部と、を有する。第１のシールドガス供給部は、第１のガス室と、第１のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第１の噴出口と、第１のガス室の少なくとも一部を囲むとともに第１の噴出口にシールドガスを導く第１の内壁と、第１のガス室にシールドガスを供給する第１のガス管と、を有する。第１の内壁は、第１の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしている。第１のガス管の中心軸の向きは、第１の噴出口の開口する向きと交差している。第１のガス管の側面には、第１のガス管から第１の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第１列の複数の貫通孔および第２列の複数の貫通孔が形成されている。第１列の複数の貫通孔および第２列の複数の貫通孔は、第１の噴出口と第１のガス管とを結ぶ線に対して、第１の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されている。第２のシールドガス供給部は、第２のガス室と、第２のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第２の噴出口と、第２のガス室の少なくとも一部を囲むとともに第２の噴出口にシールドガスを導く第２の内壁と、第２のガス室にシールドガスを供給する第２のガス管と、を有する。第２の内壁は、第２の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしている。第２のガス管の中心軸の向きは、第２の噴出口の開口する向きと交差している。第２のガス管の側面には、第２のガス管から第２の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第３列の複数の貫通孔および第４列の複数の貫通孔が形成されている。第３列の複数の貫通孔および第４列の複数の貫通孔は、第２の噴出口と第２のガス管とを結ぶ線に対して、第２の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されている。

このチタン溶接装置では、第１のシールドガス供給部と第２のシールドガス供給部とが、第１のチタン部材および第２のチタン部材の溶接箇所を好適にシールドする。そのため、これらのシールドガスが、溶接箇所を冷却するとともに、溶接箇所の酸化を防止する。

第２の態様におけるチタン溶接装置では、第１のシールドガス供給部は、トーチの進行方向に対して後方の位置から第１のチタン部材および第２のチタン部材にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給部である。第２のシールドガス供給部は、トーチの反対側の位置から第１のチタン部材および第２のチタン部材にシールドガスを供給するバックシールドガス供給部である。第１のシールドガス供給部は、トーチの進行とともにトーチに向かって進行する。

第３の態様におけるチタン溶接体の製造方法は、チタンの突合せ溶接をするチタン溶接体の製造方法である。この製造方法は、第１のチタン部材と第２のチタン部材とを突合せ溶接する溶接工程を有する。溶接工程では、第１のチタン部材および第２のチタン部材を溶接するトーチと、トーチの側から第１のチタン部材および第２のチタン部材にシールドガスを供給する第１のシールドガス供給部と、トーチの反対側から第１のチタン部材および第２のチタン部材にシールドガスを供給する第２のシールドガス供給部と、を有するチタン溶接装置を用いる。第１のシールドガス供給部は、第１のガス室と、第１のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第１の噴出口と、第１のガス室の少なくとも一部を囲むとともに第１の噴出口にシールドガスを導く第１の内壁と、第１のガス室にシールドガスを供給する第１のガス管と、を有する。第１の内壁は、第１の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしている。第１のガス管の中心軸の向きは、第１の噴出口の開口する向きと交差している。第１のガス管の側面には、第１のガス管から第１の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第１列の複数の貫通孔および第２列の複数の貫通孔が形成されている。第１列の複数の貫通孔および第２列の複数の貫通孔は、第１の噴出口と第１のガス管とを結ぶ線に対して、第１の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されている。第２のシールドガス供給部は、第２のガス室と、第２のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第２の噴出口と、第２のガス室の少なくとも一部を囲むとともに第２の噴出口にシールドガスを導く第２の内壁と、第２のガス室にシールドガスを供給する第２のガス管と、を有する。第２の内壁は、第２の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしている。第２のガス管の中心軸の向きは、第２の噴出口の開口する向きと交差している。第２のガス管の側面には、第２のガス管から第２の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第３列の複数の貫通孔および第４列の複数の貫通孔が形成されている。第３列の複数の貫通孔および第４列の複数の貫通孔は、第２の噴出口と第２のガス管とを結ぶ線に対して、第２の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されている。

このチタン溶接体の製造方法では、チタン溶接体に酸化被膜がほとんど形成されない。そのため、その溶接箇所を切削加工することができる。そのため、切削加工により、短い時間でチタン溶接体の表面を平坦に加工することができる。そのため、非常に高度の高い研磨材を用いて酸化被膜を研磨する必要性がほとんどない。また、アルゴンガスの消費量を少なく抑えつつ、溶接加工を実施することができる。よって、この溶接加工におけるアルゴンガスによるコストはそれほど高くない。

第４の態様におけるチタン溶接体の製造方法は、切削工程を有する。また、溶接工程では、第１のチタン部材と第２のチタン部材とを溶接することにより、第１のチタン部材と第２のチタン部材との間に盛り上がり部を有する溶接箇所を形成する。切削工程では、溶接工程により形成された盛り上がり部を切削加工して、溶接箇所の表面を平坦にする。

第５の態様におけるチタンの溶接方法は、チタンの突合せ溶接をする方法である。この方法では、第１のチタン部材および第２のチタン部材を溶接するトーチと、トーチの側から第１のチタン部材および第２のチタン部材にシールドガスを供給する第１のシールドガス供給部と、トーチの反対側から第１のチタン部材および第２のチタン部材にシールドガスを供給する第２のシールドガス供給部と、を有するチタン溶接装置を用いる。第１のシールドガス供給部は、第１のガス室と、第１のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第１の噴出口と、第１のガス室の少なくとも一部を囲むとともに第１の噴出口にシールドガスを導く第１の内壁と、第１のガス室にシールドガスを供給する第１のガス管と、を有する。第１の内壁は、第１の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしている。第１のガス管の中心軸の向きは、第１の噴出口の開口する向きと交差している。第１のガス管の側面には、第１のガス管から第１の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第１列の複数の貫通孔および第２列の複数の貫通孔が形成されている。第１列の複数の貫通孔および第２列の複数の貫通孔は、第１の噴出口と第１のガス管とを結ぶ線に対して、第１の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されている。第２のシールドガス供給部は、第２のガス室と、第２のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第２の噴出口と、第２のガス室の少なくとも一部を囲むとともに第２の噴出口にシールドガスを導く第２の内壁と、第２のガス室にシールドガスを供給する第２のガス管と、を有する。第２の内壁は、第２の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしている。第２のガス管の中心軸の向きは、第２の噴出口の開口する向きと交差している。第２のガス管の側面には、第２のガス管から第２の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第３列の複数の貫通孔および第４列の複数の貫通孔が形成されている。第３列の複数の貫通孔および第４列の複数の貫通孔は、第２の噴出口と第２のガス管とを結ぶ線に対して、第２の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されている。

本明細書では、酸化被膜を形成することなくチタンを溶接するチタン溶接装置およびチタン溶接体の製造方法およびチタンの溶接方法が提供されている。

実施形態におけるチタン溶接装置の構成を示す概略構成図（その１）である。実施形態におけるチタン溶接装置の構成を示す概略構成図（その２）である。実施形態におけるチタン溶接装置の第１のシールドガス供給部の構成を示す図（その１）である。実施形態におけるチタン溶接装置の第１のシールドガス供給部の構成を示す図（その２）である。実施形態におけるチタン溶接装置の第１のシールドガス供給部の構成を示す図（その３）である。実施形態におけるチタン溶接装置の第２のシールドガス供給部の構成を示す図である。実施形態におけるチタン溶接体の製造方法を説明するための図（その１）である。実施形態におけるチタン溶接体の製造方法を説明するための図（その２）である。実施形態のチタン溶接体の製造方法を用いて突き合わせ溶接したチタン溶接体における溶接箇所を示す写真である。従来のチタン溶接体の溶接方法を用いて突き合わせ溶接したチタン溶接体における溶接箇所を示す写真である。実施形態の変形例におけるチタン溶接装置の第１のシールドガス供給部の構成を示す図である。

以下、具体的な実施形態について、チタン溶接装置およびチタン溶接体の製造方法およびチタンの溶接方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、これらの実施形態に限定されるものではない。

１．チタン溶接装置
１−１．チタン溶接装置の構造
図１は、本実施形態のチタン溶接装置１０００を示す概略構成図である。チタン溶接装置１０００は、第１のチタン部材Ｍ１と、第２のチタン部材Ｍ２と、を突合せ溶接するためのものである。第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２は、いずれも板状の部材である。

図１に示すように、チタン溶接装置１０００は、トーチ１００と、第１のシールドガス供給部２００と、第２のシールドガス供給部３００と、溶接部材支持部４００と、を有している。

トーチ１００は、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２を突合せ溶接するためのものである。トーチ１００は、ＴＩＧ溶接を実施するためのものである。

第１のシールドガス供給部２００は、トーチ１００の側から第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２にシールドガスを供給するためのものである。第２のシールドガス供給部３００は、トーチ１００の反対側から第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２にシールドガスを供給するためのものである。

溶接部材支持部４００は、第１のチタン部材Ｍ１もしくは第２のチタン部材Ｍ２を支持するための支持部材である。また、溶接部材支持部４００は、第１のチタン部材Ｍ１もしくは第２のチタン部材Ｍ２の位置を固定する。

１−２．チタン溶接装置の動作
図２は、図１の矢印Ｊ１の方向から視た図である。図２に示すように、トーチ１００は、照射口１１０を有している。第１のシールドガス供給部２００は、第１のガス噴出口２１０を有している。第２のシールドガス供給部３００は、第２のガス噴出口３１０を有している。

トーチ１００は、照射口１１０から矢印Ｋ１の向きにアーク放電する。第１のシールドガス供給部２００は、第１のガス噴出口２１０から矢印Ｋ２の向きにシールドガスを噴出する。第２のシールドガス供給部３００は、第２のガス噴出口３１０から矢印Ｋ３の向きにシールドガスを噴出する。ここで、シールドガスは、希ガスである。例えば、アルゴンガスである。

トーチ１００は、矢印Ｋ４の向きに移動することができるようになっている。第１のシールドガス供給部２００は、トーチ１００の動きに追従して、矢印Ｋ５の向きに移動することができるようになっている。例えば、第１のシールドガス供給部２００に、ばね等の弾性部材を設ける。それにより、第１のシールドガス供給部２００が、第２のシールドガス供給部３００と対面する位置に戻ることができるようにしてもよい。

このように、第１のシールドガス供給部２００は、トーチ１００の進行方向に対して後方の位置から第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給部である。第２のシールドガス供給部３００は、トーチ１００の反対側の位置から第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２にシールドガスを供給するバックシールドガス供給部である。また、第１のシールドガス供給部２００は、トーチ１００の進行とともにトーチ１００に向かって進行する。

２．シールドガス供給部
２−１．第１のシールドガス供給部
図３は、第１のシールドガス供給部２００の構造を示す図である。図４は、図３のIV-IV 断面の断面図である。図５は、図３の矢印Ｊ２の方向から視た図である。図３に示すように、第１のシールドガス供給部２００は、第１の噴出口２１０と、第１のガス室２２０と、内壁２３０、２４０、２５０、２６０と、第１のガス管２７０と、を有している。

第１のガス室２２０は、内壁２３０、２４０、２５０、２６０により囲われている。第１の噴出口２１０は、第１のガス室２２０から外部にシールドガスを噴き出させるためのものである。

第１のガス管２７０は、第１のガス室２２０にシールドガスを供給するためのものである。第１のガス管２７０は、第１のガス室２２０に挿入されている。第１のガス管２７０は、円筒形状のパイプである。もしくは、円筒形状以外の筒形状であってもよい。第１のガス管２７０は、その側面に、第１のガス管２７０から第１の噴出口２１０に向かう向きと交差する向きに貫通する複数の貫通孔２８０を有する。

図４に示すように、第１のガス管２７０の中心軸の向きは、第１の噴出口２１０の開口する向きと交差している。つまり、第１のガス管２７０の内部では、シールドガスは第１の噴出口２１０に向かう向きとは交差する向きに流れている。そして、第１のガス管２７０の先端部分は、開口していない。そのため、第１のガス管２７０を流れるシールドガスは、貫通孔２８０から第１のガス室２２０に流れる。なお、第１の噴出口２１０におけるトーチ１００の進行方向に対して直交する幅方向の幅Ｗ１（図５参照）は、トーチ１００の幅よりも大きい。また、トーチ１００は、第１の噴出口２１０の長さ方向Ｗ２（図５参照）の方向に進行する。

内壁２３０、２４０、２５０、２６０は、第１のガス室２２０の少なくとも一部を囲むとともに第１の噴出口２１０にシールドガスを導くためのものである。内壁２３０と内壁２４０とは、対面している。内壁２３０および内壁２４０は、第１の内壁である。内壁２３０および内壁２４０は、第１の噴出口２１０に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしている。内壁２３０および内壁２４０は、第１の噴出口２１０に連続している。ここで、連続しているとは、内壁２３０および内壁２４０から第１の噴出口２１０までの間に、シールドガスの流れを遮るものがないことを意味している。もちろん、第１の噴出口２１０にも、シールドガスの流れを邪魔するものはない。内壁２５０と内壁２６０とは、その間に第１のガス管２７０をはさんで対面している。内壁２３０と内壁２５０とは連続している。内壁２４０と内壁２６０とは連続している。第１の貫通孔２８０の開口部は、内壁２５０もしくは内壁２６０と対面している。

２−２．第１のシールドガス供給部におけるガスの流れ
チタン溶接装置１０００は、ガス送出部５００を有している。ガス送出部５００は、第１のガス管２７０にシールドガスを送出する。第１のガス管２７０に送出されたシールドガスは、第１の貫通孔２８０から図３の矢印Ｅ３、Ｅ４の向きに吹き出す。これにより、シールドガスは、第１のガス室２２０に供給される。

そして、シールドガスは、内壁２５０もしくは内壁２６０に向かって進行する。ここで、内壁２５０、２６０があるため、シールドガスは、図３の矢印Ｅ１、Ｅ２に示すように、内壁２３０もしくは内壁２４０に沿って流れる。内壁２３０、２４０は、第１の噴出口２１０に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしているため、シールドガスは、第１の噴出口２１０に向かうにしたがって、やや圧縮される。そして、シールドガスは、第１の噴出口２１０から第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２に向かって噴出される。

ここで、内壁２３０および内壁２４０は、第１の噴出口２１０に連続している。そのため、内壁２３０および内壁２４０を伝って流れるシールドガスは、その流れを途中でせき止められることなく、第１の噴出口２１０に到達する。つまり、内壁２３０および内壁２４０に沿って流れるシールドガスが乱流になるおそれはほとんどない。

２−３．第２のシールドガス供給部
図６は、第２のシールドガス供給部３００の構造を示す図である。図６に示すように、第２のシールドガス供給部３００は、図３の第１のシールドガス供給部２００と同様の形状をしている。図６に示すように、第２のシールドガス供給部３００は、第２の噴出口３１０と、第２のガス室３２０と、内壁３３０、３４０、３５０、３６０と、第２のガス管３７０と、第２の貫通孔３８０と、を有している。

第２のガス室３２０は、内壁３３０、３４０、３５０、３６０により囲われている。第２の噴出口３１０は、第２のガス室３２０から外部にシールドガスを噴き出させるためのものである。

第２のガス管３７０は、第２のガス室３２０にシールドガスを供給するためのものである。第２のガス管３７０は、第２のガス室３２０に挿入されている。第２のガス管３７０は、円筒形状のパイプである。第２のガス管３７０は、その側面に、第２のガス管３７０から第２の噴出口３１０に向かう向きと交差する向きに貫通する複数の貫通孔３８０を有する。

第２のガス管３７０の中心軸の向きは、第２の噴出口３１０の開口する向きと交差している。つまり、第２のガス管３７０の内部では、シールドガスは第２の噴出口３１０に向かう向きとは交差する向きに流れている。そして、第２のガス管３７０の先端部分は、開口していない。そのため、第２のガス管３７０を流れるシールドガスは、貫通孔３８０から第２のガス室３２０に流れる。なお、第２の噴出口３１０におけるトーチ１００の進行方向に対して直交する幅方向の幅Ｗ１（図５参照）は、トーチ１００の幅よりも大きい。

内壁３３０、３４０、３５０、３６０は、第２のガス室３２０の少なくとも一部を囲むとともに第２の噴出口３１０にシールドガスを導くためのものである。内壁３３０と内壁３４０とは、対面している。内壁３３０および内壁３４０は、第２の内壁である。内壁３３０および内壁３４０は、第２の噴出口３１０に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしている。内壁３３０および内壁３４０は、第２の噴出口３１０に連続している。ここで、連続しているとは、内壁３３０および内壁３４０から第２の噴出口３１０までの間に、シールドガスの流れを遮るものがないことを意味している。もちろん、第２の噴出口３１０にも、シールドガスの流れを邪魔するものはない。内壁３５０と内壁３６０とは、その間に第２のガス管３７０をはさんで対面している。内壁３３０と内壁３５０とは連続している。内壁３４０と内壁３６０とは連続している。第２の貫通孔３８０の開口部は、内壁３５０もしくは内壁３６０と対面している。

２−４．第２のシールドガス供給部におけるガスの流れ
第２のシールドガス供給部３００におけるガスの流れは、第１のシールドガス供給部２００と同様である。

３．チタン溶接体の製造方法
３−１．チタン部材配置工程
チタン溶接装置１０００は、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２をチタン溶接装置１０００に配置する。これは、チタン溶接装置１０００が、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２を供給する機構を有していてもよい。また、作業者が、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２を配置するようにしてもよい。

３−２．溶接工程
次に、アフターシールドガスを溶接部材に供給する。つまり、第１のシールドガス供給部２００は、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２に向けてシールドガスを噴き出す。また、バックシールドガスを溶接部材に供給する。つまり、第１のシールドガス供給部２００は、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２に向けてシールドガスを噴き出す。そして、トーチシールドガスを供給しながら、トーチ１００が、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２を溶接する。

これにより、図７に示すように、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２を溶接したチタン溶接体ＭＢが製造される。チタン溶接体ＭＢは、第１のチタン部材Ｍ１と第２のチタン部材Ｍ２と溶接箇所Ｂ１を有している。溶接箇所Ｂ１は、第１のチタン部材Ｍ１と第２のチタン部材Ｍ２との間に形成される。溶接箇所Ｂ１は、盛り上がり部Ｂ２、Ｂ３を有している。盛り上がり部Ｂ２は、チタン溶接体ＭＢにおける盛り上がり部Ｂ３の反対側に位置している。

３−３．切削工程
次に、チタン溶接体ＭＢの溶接箇所Ｂ１の盛り上がり部Ｂ２、Ｂ３を切削加工する。例えば、フライスによる加工をすることができる。これにより、溶接箇所Ｂ１の表面を平坦にする。そして、図８に示すように、平坦なチタン溶接体ＭＡが製造される。

４．本実施形態の効果
本実施形態では、トーチ１００と第１のシールドガス供給部２００と第２のシールドガス供給部３００とが、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２の溶接箇所をシールドする。そのため、これらのシールドガスが、溶接箇所を冷却するとともに、溶接箇所の酸化を防止する。

本実施形態では、チタン溶接体ＭＢに酸化被膜がほとんど形成されない。そのため、その溶接箇所ＭＢを切削加工することができる。従来においては、溶接箇所Ｂ１の酸化被膜（ＴｉＯ₂）を切削加工することは困難であった。しかし、本実施形態では、溶接箇所Ｂ１にＴｉＯ₂の酸化被膜はほとんど形成されない。そのため、切削加工により、短い時間でチタン溶接体ＭＢの表面を平坦に加工することができる。

また、チタンは、鉄等より軽い金属である。従来においては、溶接後のチタンの加工性は好ましくなかった。しかし、本実施形態のように酸化被膜の形成を防止することにより、チタンの加工性が向上する。その結果、チタンの仕様用途が広がるものと考えられる。

また、本実施形態では、シールドガスとしてアルゴンガスを用いる。第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２の周囲の雰囲気のみをアルゴンガスによりシールドする。そのため、アルゴンガスの消費量を少なく抑えつつ、溶接加工を実施することができる。よって、この溶接加工におけるアルゴンガスによるコストはそれほど高くない。

５．実験
本実験では、チタンの突合せ溶接を行った。図９は、本実施形態のチタン溶接体の製造方法を用いて突き合わせ溶接したチタン溶接体における溶接箇所を示す写真である。図９では、溶接箇所のまわりに、後述するような青色の縞模様（酸化被膜）がない。

図１０は、従来のチタン溶接体の溶接方法を用いて突き合わせ溶接したチタン溶接体における溶接箇所を示す写真である。図１０では、溶接箇所のまわりに濃淡のある帯状の縞模様が表れている。この帯状の縞模様は、実際には青色をしている。このように、溶接箇所のまわりに青色の縞模様（酸化被膜）が帯状に形成されている。青色の酸化被膜を図中の矢印で示す。

このように、本実施形態のチタン溶接体の製造方法を用いて製造されたチタン溶接体では、青色の酸化被膜はほとんど形成されない（図９参照）。したがって、本実施形態のチタン溶接体の製造方法においては、そのチタン溶接体に切削加工を施すことが容易である。一方、従来のチタンの溶接方法を用いて製造されたチタン溶接体では、青色の酸化被膜が形成される（図１０参照）。前述したように、この酸化被膜の硬度は十分に高い。したがって、従来方法を用いたチタン溶接体においては、そのチタン溶接体に切削加工を施すことは困難である。

６．変形例
６−１．開先
第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２に、開先を設けてもよい。

６−２．チタン部材の形状
本実施形態の第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２は、板状の部材である。しかし、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２を棒状の部材としてもよい。もしくは、その他の形状としてもよい。また、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２を一体の形状としてもよい。つまり、第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２は、溶接箇所以外の箇所で一体につながっている。例えば、四角形形状である。そして、そのうちの一辺、もしくは角にあたる部分について溶接を行ってもよい。

６−３．トーチシールド
本実施形態のトーチ１００について、シールドガスを供給できるようにしてもよい。つまり、本実施形態のチタン溶接体の製造方法において、溶接の期間内に、トーチシールドと、バックシールドと、アフターシールドと、を用いて、第１のチタン部材Ｍ１と第２のチタン部材Ｍ２とを溶接する。

６−４．制御部
チタン溶接装置１０００は、制御部を有するとよい。また、チタン溶接装置１０００は、複数の第１のシールドガス供給部２００と、複数の第２のシールドガス供給部３００と、複数の溶接部材支持部４００と、を有するとよい。そして、制御部は、１つのトーチ１００を複数の溶接部材支持部４００の箇所に移動させる。そして、トーチ１００は、溶接部材支持部４００に支持されている第１のチタン部材Ｍ１および第２のチタン部材Ｍ２を順次溶接する。これにより、生産性が向上する。

６−５．溶接の種類
本実施形態のチタン溶接装置１０００は、ＴＩＧ溶接を実施するものである。しかし、ＭＩＧ溶接、レーザー溶接、プラズマ溶接等、その他の溶接を実施するものであってもよい。ただし、これらの溶接のうち、ＴＩＧ溶接が最も好適である。

６−６．第１のガス管および第２のガス管の貫通孔
貫通孔２８０および貫通孔３８０は、それぞれ、第１のガス管２７０および第２のガス管３７０の側面に２列に形成されている。第１列と第２列とは、ガス管の中心からみて１８０°の位置に配置されている。しかし、図１１に示すように、第１のシールドガス供給部６００等を用いてもよい。第１のシールドガス供給部６００の貫通孔６８０の第１列と第２列とがなす角の角度θは、６０°以上２４０°以下の範囲内であるとよい。つまり、第１の噴出口２１０からみると、第１列および第２列の貫通孔６８０は、第１の噴出口２１０と第１のガス管６７０とを結ぶ線に対して３０°以上１５０°以下の範囲内の角度θ１で傾斜して配置されている。また、角度θ１は、４５°以上１３５°以下であるとより好ましい。角度θ１は、６０°以上１２０°以下であるとさらに好ましい。

７．本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態のチタン溶接装置１０００は、第１のシールドガス供給部２００と第２のシールドガス供給部３００とを有している。第１のシールドガス供給部２００および第２のシールドガス供給部３００は、噴出口と、噴出口に向かって幅の狭くなる内壁と、貫通孔を備えるガス管と、を有している。このため、溶接対象部材を好適にシールドすることができる。そのため、チタン溶接体ＭＢでは、酸化被膜がほとんど形成されない。

また、本実施形態のチタン溶接体の製造方法では、前述したように、バックシールドおよびアフターシールドを好適に実施する。そのため、チタン溶接体ＭＢに酸化被膜がほとんど形成されない。よって、チタン溶接体ＭＢの溶接箇所Ｂ１の盛り上がり部Ｂ２、Ｂ３を容易に切削加工することができる。したがって、工数の多い加工工程を経ることなく、平坦なチタン溶接体ＭＡを製造することができる。

なお、以上に説明した実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、トーチの種類は限定されない。その他の種類の電極棒もしくは電極ワイヤを用いてもよい。

１０００…チタン溶接装置
１００…トーチ
２００…第１のシールドガス供給部
３００…第２のシールドガス供給部
４００…溶接部材支持部
Ｍ１…第１のチタン部材
Ｍ２…第２のチタン部材

Claims

第１のチタン部材および第２のチタン部材を溶接するトーチと、
前記トーチの側から前記第１のチタン部材および前記第２のチタン部材にシールドガスを供給する第１のシールドガス供給部と、
前記トーチの反対側から前記第１のチタン部材および前記第２のチタン部材にシールドガスを供給する第２のシールドガス供給部と、
を有するチタン溶接装置において、
前記第１のシールドガス供給部は、
第１のガス室と、
前記第１のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第１の噴出口と、
前記第１のガス室の少なくとも一部を囲むとともに前記第１の噴出口にシールドガスを導く第１の内壁と、
前記第１のガス室にシールドガスを供給する第１のガス管と、
を有し、
前記第１の内壁は、
前記第１の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしており、
前記第１のガス管の中心軸の向きは、
前記第１の噴出口の開口する向きと交差しており、
前記第１のガス管の側面には、
前記第１のガス管から前記第１の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第１列の複数の貫通孔および第２列の複数の貫通孔が形成されており、
前記第１列の複数の貫通孔および前記第２列の複数の貫通孔は、
前記第１の噴出口と前記第１のガス管とを結ぶ線に対して、前記第１の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されており、
前記第２のシールドガス供給部は、
第２のガス室と、
前記第２のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第２の噴出口と、
前記第２のガス室の少なくとも一部を囲むとともに前記第２の噴出口にシールドガスを導く第２の内壁と、
前記第２のガス室にシールドガスを供給する第２のガス管と、
を有し、
前記第２の内壁は、
前記第２の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしており、
前記第２のガス管の中心軸の向きは、
前記第２の噴出口の開口する向きと交差しており、
前記第２のガス管の側面には、
前記第２のガス管から前記第２の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第３列の複数の貫通孔および第４列の複数の貫通孔が形成されており、
前記第３列の複数の貫通孔および前記第４列の複数の貫通孔は、
前記第２の噴出口と前記第２のガス管とを結ぶ線に対して、前記第２の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されていること
を特徴とするチタン溶接装置。
請求項１に記載のチタン溶接装置において、
前記第１のシールドガス供給部は、
前記トーチの進行方向に対して後方の位置から前記第１のチタン部材および前記第２のチタン部材にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給部であり、
前記第２のシールドガス供給部は、
前記トーチの反対側の位置から前記第１のチタン部材および前記第２のチタン部材にシールドガスを供給するバックシールドガス供給部であり、
前記第１のシールドガス供給部は、
前記トーチの進行とともに前記トーチに向かって進行すること
を特徴とするチタン溶接装置。
チタンの突合せ溶接をするチタン溶接体の製造方法において、
第１のチタン部材と第２のチタン部材とを突合せ溶接する溶接工程を有し、
前記溶接工程では、
第１のチタン部材および第２のチタン部材を溶接するトーチと、
前記トーチの側から前記第１のチタン部材および前記第２のチタン部材にシールドガスを供給する第１のシールドガス供給部と、
前記トーチの反対側から前記第１のチタン部材および前記第２のチタン部材にシールドガスを供給する第２のシールドガス供給部と、
を有するチタン溶接装置を用い、
前記第１のシールドガス供給部は、
第１のガス室と、
前記第１のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第１の噴出口と、
前記第１のガス室の少なくとも一部を囲むとともに前記第１の噴出口にシールドガスを導く第１の内壁と、
前記第１のガス室にシールドガスを供給する第１のガス管と、
を有し、
前記第１の内壁は、
前記第１の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしており、
前記第１のガス管の中心軸の向きは、
前記第１の噴出口の開口する向きと交差しており、
前記第１のガス管の側面には、
前記第１のガス管から前記第１の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第１列の複数の貫通孔および第２列の複数の貫通孔が形成されており、
前記第１列の複数の貫通孔および前記第２列の複数の貫通孔は、
前記第１の噴出口と前記第１のガス管とを結ぶ線に対して、前記第１の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されており、
前記第２のシールドガス供給部は、
第２のガス室と、
前記第２のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第２の噴出口と、
前記第２のガス室の少なくとも一部を囲むとともに前記第２の噴出口にシールドガスを導く第２の内壁と、
前記第２のガス室にシールドガスを供給する第２のガス管と、
を有し、
前記第２の内壁は、
前記第２の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしており、
前記第２のガス管の中心軸の向きは、
前記第２の噴出口の開口する向きと交差しており、
前記第２のガス管の側面には、
前記第２のガス管から前記第２の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第３列の複数の貫通孔および第４列の複数の貫通孔が形成されており、
前記第３列の複数の貫通孔および前記第４列の複数の貫通孔は、
前記第２の噴出口と前記第２のガス管とを結ぶ線に対して、前記第２の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されていること
を特徴とするチタン溶接体の製造方法。
請求項３に記載のチタン溶接体の製造方法において、
切削工程を有し、
前記溶接工程では、
前記第１のチタン部材と前記第２のチタン部材とを溶接することにより、前記第１のチタン部材と前記第２のチタン部材との間に盛り上がり部を有する溶接箇所を形成し、
前記切削工程では、
前記溶接工程により形成された前記盛り上がり部を切削加工して、前記溶接箇所の表面を平坦にすること
を特徴とするチタン溶接体の製造方法。
チタンの突合せ溶接をするチタンの溶接方法において、
第１のチタン部材および第２のチタン部材を溶接するトーチと、
前記トーチの側から前記第１のチタン部材および前記第２のチタン部材にシールドガスを供給する第１のシールドガス供給部と、
前記トーチの反対側から前記第１のチタン部材および前記第２のチタン部材にシールドガスを供給する第２のシールドガス供給部と、
を有するチタン溶接装置を用い、
前記第１のシールドガス供給部は、
第１のガス室と、
前記第１のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第１の噴出口と、
前記第１のガス室の少なくとも一部を囲むとともに前記第１の噴出口にシールドガスを導く第１の内壁と、
前記第１のガス室にシールドガスを供給する第１のガス管と、
を有し、
前記第１の内壁は、
前記第１の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしており、
前記第１のガス管の中心軸の向きは、
前記第１の噴出口の開口する向きと交差しており、
前記第１のガス管の側面には、
前記第１のガス管から前記第１の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第１列の複数の貫通孔および第２列の複数の貫通孔が形成されており、
前記第１列の複数の貫通孔および前記第２列の複数の貫通孔は、
前記第１の噴出口と前記第１のガス管とを結ぶ線に対して、前記第１の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されており、
前記第２のシールドガス供給部は、
第２のガス室と、
前記第２のガス室から外部にシールドガスを噴き出すための第２の噴出口と、
前記第２のガス室の少なくとも一部を囲むとともに前記第２の噴出口にシールドガスを導く第２の内壁と、
前記第２のガス室にシールドガスを供給する第２のガス管と、
を有し、
前記第２の内壁は、
前記第２の噴出口に向かうにつれて幅の狭くなる形状をしており、
前記第２のガス管の中心軸の向きは、
前記第２の噴出口の開口する向きと交差しており、
前記第２のガス管の側面には、
前記第２のガス管から前記第２の噴出口に向かう向きと交差する向きに貫通する第３列の複数の貫通孔および第４列の複数の貫通孔が形成されており、
前記第３列の複数の貫通孔および前記第４列の複数の貫通孔は、
前記第２の噴出口と前記第２のガス管とを結ぶ線に対して、前記第２の噴出口からみて３０°以上１５０°以下の範囲内の角度で傾斜して配置されていること
を特徴とするチタンの溶接方法。