JP7392387B2 - 接合構造体 - Google Patents
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Description
本発明は、接合構造体に関する。
従来、接合構造体が有する溶接部に耐食性が要求される場合、表面塗装による溶接部の保護、無酸素雰囲気下における溶接部の形成などが行われている。
なお、先行する特許文献１には、原子炉炉内構造物の応力腐食割れを防止するため、構造物における溶接熱影響部に存在する亀裂状の欠陥を、レーザ光にて溶融して消失させた後、溶融ビ－ドおよびその熱影響部を含む領域、あるいは、溶接熱影響部全体を含む領域の表面に、再びレーザ光を投入して加熱、急冷することにより、急冷凝固スポットが一部重なりあってなる表面改質層を形成する技術が開示されている。
上述した溶接部を表面塗装する接合構造体は、塗装工程の追加により製造工程が複雑になる。また、無酸素雰囲気下で溶接する接合構造体は、特殊設備が必要となり製造工程が複雑になる。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、製造工程を簡素化することができ、高い耐食性を有する接合構造体を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、不働態被膜を形成する金属より構成された被接合部材（１１）同士を繋ぐ溶接部（１２）を有する接合構造体（１）であって、
上記溶接部の最表面部分（１２０）が孔食電位を有しており、
上記溶接部は、
内部に形成された溶接部本体（１２１）と、
上記溶接部本体に接して形成された表面改質層（１２２）と、を備え、
上記表面改質層は、
上記孔食電位を有する上記最表面部分と、
溶融凝固した上記金属あるいは溶融半凝固した上記金属が再溶融凝固してなる部位と、を含み、
上記溶接部は、
上記被接合部材同士が溶接されて溶融凝固した上記金属あるいは溶融半凝固した上記金属の表層がキーホールが形成されないように再溶融凝固されることによって上記表面改質層が形成されており、上記表層よりも深い部位が再溶融凝固されないことによって上記溶接部本体が形成されており、かつ、上記再溶融凝固される上記表層の領域は、上記溶接部の最表面から溶接深さ方向（Ｙ）に０．５μｍ以上の深さ範囲であり、
上記表面改質層の最表面は、Ｘ線吸収微細構造解析によってスピネル酸化物が検出されない、接合構造体（１）にある。
上記溶接部の最表面部分（１２０）が孔食電位を有しており、
上記溶接部は、
内部に形成された溶接部本体（１２１）と、
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上記表面改質層は、
上記孔食電位を有する上記最表面部分と、
溶融凝固した上記金属あるいは溶融半凝固した上記金属が再溶融凝固してなる部位と、を含み、
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上記表面改質層の最表面は、Ｘ線吸収微細構造解析によってスピネル酸化物が検出されない、接合構造体（１）にある。
上記接合構造体は、溶接部の最表面部分が孔食電位を有するため、溶接部を表面塗装しなくても高い耐食性を有する。そのため、上記接合構造体によれば、溶接部の塗装工程が不要になり、その分、製造工程を簡素化することができる。また、上記接合構造体の溶接部は、溶接部の最表面部分が孔食電位を有するため、無酸素雰囲気下にて製造しなくても高い耐食性を有する。そのため、上記接合構造体によれば、無酸素雰囲気とするための特殊設備が不要になり、大気雰囲気下にて製造できるため、その分、製造工程を簡素化することができる。また、上記接合構造体は、特殊な高耐食性材料を使用しなくても、高い耐食性を発揮することができるので、被接合部材の材料選択の自由度を高くすることができる。
よって、上記接合構造体によれば、製造工程を簡素化することができ、高い耐食性を有する接合構造体を提供することができる。
よって、上記接合構造体によれば、製造工程を簡素化することができ、高い耐食性を有する接合構造体を提供することができる。
なお、特許請求の範囲および課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
（実施形態１）
実施形態１の接合構造体について、図１～図８を用いて説明する。図１～図３に例示されるように、本実施形態の接合構造体１は、被接合部材１１同士を繋ぐ溶接部１２を有している。
実施形態１の接合構造体について、図１～図８を用いて説明する。図１～図３に例示されるように、本実施形態の接合構造体１は、被接合部材１１同士を繋ぐ溶接部１２を有している。
被接合部材１１は、不働態被膜を形成する金属（合金含む）より構成されている。不働態被膜を形成する金属としては、例えば、Ｃｒ、Ｃｒ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金などを例示することができる。なお、Ｃｒ合金には、ステンレス鋼等のＦｅ－Ｃｒ合金が含まれる。被接合部材１１同士は、互いに同種の金属より構成されていてもよいし、互いに異なる種類の金属より構成されていてもよい。
溶接部１２は、被接合部材１１同士を繋いでいる。図１に示される接合構造体１では、被接合部材１１同士が積層され、積層された被接合部材１１同士が溶接部１２により連結されている例が示されている。他にも、例えば、図３に示される接合構造体１のように、被接合部材１１同士が互いに突き合わされ、突き合わされた被接合部材１１同士が溶接部１２により連結されていてもよい。このように、接合構造体１において、被接合部材１１同士の配置は特に限定されない。
なお、本開示において、溶接部１２は、被接合部材１１を構成する金属が溶融凝固してなる部位のみならず、溶融凝固あるいは溶融半凝固した上記金属が再溶融凝固してなる部位をも含みうる。但し、本開示において、溶接部１２は、熱影響部を含まないものとする。
溶接部１２の最表面部分１２０は、孔食電位を有している。孔食電位は、アノード分極曲線において、電流密度が急激な立ち上がりを示す電位のことである。孔食電位は、具体的には、ＪＩＳ Ｇ０５７７：２０１４「ステンレス鋼の孔食電位測定方法」に準拠して測定される値である。図４に、孔食電位測定装置９の一例を示す。試験溶液９０は、Ｂ法の３．５％（質量分率）塩化ナトリウム水溶液である。試験電極９１は、樹脂などの絶縁物を用いた塗布型電極である。照合電極９２の種類は、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極である。対極９３は、白金（Ｐｔ）である。電位掃引速度は、２０ｍＶ／ｍｉｎである。脱気に用いるガスの種類はＡｒである。なお、図４の孔食電位測定装置９において、符合９４は飽和ＫＣｌ、符合９５は寒天塩橋、符合９６はルギン管、符合９７は脱気用ガス管、符合９８はポテンショ／ガルバノスタット、符合９９はコンピュータである。
図５に、上述の孔食電位測定方法により得られる、電流密度（μＡ／ｃｍ２）（横軸）と電位（ｍＶ．ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）（縦軸）との関係図を模式的に示す。図５において、曲線Ｃ１は、接合構造体１における溶接部１２および溶接部１２周囲の熱影響部以外の部分、つまり、被接合部材の母材金属のアノード分極曲線である。母材金属は、不働態被膜を形成する金属より構成されており、溶接の影響を受けていないので孔食電位Ｅｐを有している。曲線Ｃ３は、溶接部１２の最表面部分１２０のアノード分極曲線である。溶接部１２の最表面部分１２０は、孔食電位Ｅｐ’を有しており、不働態化している。つまり、溶接部１２の最表面部分１２０は、孔食電位Ｅｐ’を有するよう改質されているといえる。なお、孔食電位Ｅｐ’は、図５に示されるように、孔食電位Ｅｐより小さくてもよいし（Ｅｐ’＜Ｅｐ）、孔食電位Ｅｐより大きくてもよいし（Ｅｐ’＞Ｅｐ）、孔食電位Ｅｐと同じであってもよい（Ｅｐ’＝Ｅｐ）。なお、比較として、図６に、後述の改質を施さず、通常にレーザ溶接してなる接合構造体３の溶接深さ方向Ｙに沿う断面例を模式的に示す。図５に示した曲線Ｃ２は、この改質が施されていない溶接部３４のアノード分極曲線である。溶接部３４の最表面部分３４０は、溶接時に不働態被膜が破壊されて再生しないため孔食電位を有しておらず、不働態化していない。
溶接部１２は、具体的には、図１、図３に例示されるように、接合構造体１の内部に形成された溶接部本体１２１と、溶接部本体１２１に接して形成された表面改質層１２２と、を備え、表面改質層１２２が孔食電位を有する最表面部分１２０を含む構成とすることができる。この構成によれば、上述した作用効果を確実なものとすることができる。溶接部本体１２１は、より具体的には、被接合部材１１同士を繋ぐための溶接によって被接合部材１１を構成する金属が溶融凝固してなる部位を含むことができる。表面改質層１２２は、上記溶融凝固した上記金属、あるいは、溶融半凝固した上記金属が再溶融凝固してなる部位を含むことができる。表面改質層１２２と溶接本体１２１との境界は、断面をエッチングして組織観察をすることによって確認することができる。
溶接深さ方向Ｙに沿う断面視で、表面改質層１２２の最大径Ｌ２は、溶接部本体１２１の最大径Ｌ１以上である構成とすることができる。この構成によれば、溶接部１２の表面から見た場合に、溶接部本体１２１が表面改質層１２２によって隠れる、つまり、溶接部１２の表面が表面改質層１２２によって覆われ、溶接部１２の表面に耐食性に劣る溶接部本体１２１が露出しない。そのため、この構成によれば、耐食性の向上を確実なものとすることができる。
溶接深さ方向Ｙに沿う断面視で、表面改質層１２２の層厚は０．５μｍ以上とすることができる。この構成によれば、表面改質層１２２の表面の不働態化が確実なものとなり、溶接部１２の耐食性向上が確実なものとなる。
上記層厚は、上記効果をより確実なものとするなどの観点から、好ましくは、０．６μｍ以上、より好ましくは、０．８μｍ以上、さらにより好ましくは、１μｍ以上とすることができる。なお、上記層厚は、入熱量が増大することによる熱変形の抑制などの観点から、好ましくは、１００μｍ以下とすることができる。なお、上記層厚は、溶接深さ方向Ｙに沿う断面にて測定した表面改質層１２２の任意の１０箇所の厚み測定値の平均値である。
表面改質層１２２の最表面は、Ｘ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ：X-ray Absorption Fine Structure）解析によってスピネル酸化物が検出されないことが好ましい。本発明者らの知見によれば、Ｆｅ－Ｃｒスピネル等のスピネル酸化物は耐食性を低下させるためである。以下、これについて詳説する。
図７に示されるように、大気雰囲気中、アシストガスＡＧとしてＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスを供給しながら、レーザ光等の高エネルギービームＢにより被接合部材１１同士を溶接する場合を考える。この場合、エネルギービームＢの照射により溶融した金属の蒸発ＭＶが始まり、被接合部材１１を構成する金属にキーホールＫと呼ばれる深い空洞が形成される。この際、金属の蒸発ＭＶに伴って気流誘導が生じ、大気雰囲気中から溶接部位に酸素が過剰に供給される。これにより、レーザ溶接等の高エネルギービーム溶接だけでは、酸化が過剰に進み、最表面にある不働態被膜中にＦｅ－Ｃｒスピネル等のスピネル酸化物が生成する。具体的には、例えば、ステンレス鋼等では、ＣｒＯＨＯ、Ｃｒ２Ｏ３を含む不働態被膜中にＦｅ－Ｃｒスピネルが生成する。このように溶接によって形成されたスピネル酸化物は耐食性を低下させる原因となる。ところが、図８に示されるように、形成された溶接部１２の最表面部分を、大気雰囲気中、アシストガスＡＧとしてＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスを供給しながら、キーホールＫが生じないように浅く溶接する、つまり、キーホールＫが生じないように再溶融凝固させる（改質する）と、過剰な酸化が抑制され、Ｘ線吸収微細構造解析によってスピネル酸化物が検出されない表面改質層１２２を形成することができる。
上述した接合構造体１は、種々の産業において、耐食性が求められる構造体に適用することができる。例えば、上述した接合構造体１は、自動車分野において耐食性が求められる各種部品などに適用することができる。上述した接合構造体１は、溶接部１２表面に塗装がなされていなくても、高い耐食性を発揮することができる。そのため、上述した接合構造体１は、塩水による厳しい耐食環境で使用されることが多い自動車分野における各種部品に好適に適用することができる。各種部品としては、例えば、直噴ガソリンエンジン用高圧燃料ポンプ等の自動車エンジン用部品などが挙げられる。
接合構造体１における溶接部１２は、上述したように、例えば、大気雰囲気中、アシストガスＡＧとしてＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスを供給しながら、レーザ光等の高エネルギービームＢにより被接合部材１１同士を溶接し、溶融凝固した金属、あるいは、溶融半凝固した金属の表層を、さらに、レーザ光等の高エネルギービームＢによりキーホールＫが形成されないように再溶融して凝固させることにより形成することができる。つまり、形成された溶接部位の表層のみを再溶融凝固させ、表層よりも深い部位については、再溶融凝固させない。この製法によれば、被接合部材１１同士を溶接する際に用いる高エネルギービームＢを、溶接部１２の表面改質に流用することができるため、製造工程の簡素化、コスト削減等を図りやすい利点がある。この際、再溶融凝固させる表層の領域は、表面改質層１２２による耐食性向上効果を確実なものとするなどの観点から、上記溶接部位の最表面から溶接深さ方向Ｙに０．５μｍ以上の深さ範囲とすることができる。
本実施形態において、上述した表面改質層１２２は、図１、図２に示されるように、複数の溶接ビード１２２ａを有することができる。溶接ビード１２２ａは、溶融凝固した金属、あるいは、溶融半凝固した金属が再溶融凝固してなる部位である。なお、溶接ビード１２２ａは表面に盛り上がっていなくてもよいし、盛り上がっていてもよい。ここでは、隣り合う各溶接ビード１２２ａが重なりを持って配置されている。つまり、隣り合う各溶接ビード１２２ａが一部重なり合うことによって表面改質層１２２が形成されている。複数の溶接ビード１２２ａを有する表面改質層１２２は、例えば、改質すべき溶接部位表面を複数の領域に分割し、キーホールＫが形成されないビーム強度（レーザ強度）のエネルギービーム（レーザ光）にて、各分割領域についてエネルギービーム（レーザ光）の輪郭が重なるようにエネルギービーム（レーザ光）を順次走査し、改質すべき溶接部位表面にエネルギービームを照射する改質処理などによって形成することができる。図１、図２に示される表面改質層１２２は、具体的には、例えば、レーザ溶接によって形成した溶融凝固部の表面を複数の領域に分割し、キーホールＫが形成されないレーザ強度のレーザ光にて、各分割領域についてレーザ光の輪郭が重なるようにレーザ光を直線状に順次走査（複数回走査）し、溶融凝固部の表面にレーザ光を照射する改質処理などによって形成することができる。上記した方法によれば、改質すべき溶接部位表面に対して小さなエネルギーのエネルギービーム（レーザ光）を用いるため、改質処理による熱影響部を小さくすることができる。
（実施形態２）
実施形態２の接合構造体について、図９～図１２を用いて説明する。なお、実施形態２以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
実施形態２の接合構造体について、図９～図１２を用いて説明する。なお、実施形態２以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
図９、図１０に例示されるように、本実施形態の接合構造体１において、表面改質層１２２は、単数の溶接ビード１２２ａを有している。表面改質層１２２と溶接本体部１２１との界面１２３は、例えば、図９に示されるように、溶接深さ方向Ｙに沿う断面で、溶接本体部１２１側に凸となるように湾曲した形態とされることができる。なお、図９では、表面改質層１２２と溶接本体部１２１との界面１２３が、溶接本体部側に突出する円弧状に湾曲した形態が示されている。また、表面改質層１２２と溶接本体部１２１との界面１２３は、例えば、図１０に示されるように、凹凸を有する形態とされることもできる。
実施形態１にて上述した複数の溶接ビード１２２ａを有する表面改質層１２２は、エネルギービームを複数回走査することによって形成される。これに対して、本実施形態の接合構造体のように、単数の溶接ビード１２２ａを有する表面改質層１２２は、レーザを１回走査することによって形成することができる。そのため、この構成によれば、生産効率を向上させることができる接合構造体１が得られる。
具体的には、図９に示されるような表面改質層１２２は、例えば、図１１に示されるように、エネルギービームＢの規格化放射強度がガウス分布で表されるモード（シングルモード）にて、改質すべき溶接部位表面の外形に合わせてエネルギービームＢを照射することによって形成することができる。図９に示されるような表面改質層１２２は、その形成時におけるエネルギー損失が少なく、エネルギー効率がよい利点がある。また、図１０に示されるような表面改質層１２２は、例えば、図１２に示されるように、エネルギービームＢの規格化放射強度分布が複数のピークを持ったモード（マルチモード）にて、改質すべき溶接部位表面の外形に合わせてエネルギービームＢを照射することによって形成することができる。図１０に示されるような表面改質層１２２は、その形成時におけるエネルギー入力を均一化することができる利点がある。その他の構成および作用効果は、実施形態１と同様である。
（実験例）
＜実験例１＞
ＤＳＵＳ４３０製の板材を用い、レーザ溶接装置により、大気雰囲気中、アシストガスとしてＮ２ガスを供給しながら、キーホールが形成されるように、ビードオンレーザ溶接した。レーザ溶接装置には、Ｔｒｕｍｐｆ社製、「ＴｒｕＤｉｏｄｅ４００６」を用いた。なお、レーザ溶接条件は、スポット径０．６ｍｍ、出力１２００Ｗ、溶接速度２５ｍｍ／ｓ、Ｎ２ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎとした。次いで、上記レーザ溶接によって溶融凝固した金属の表層を、さらに、レーザ溶接装置を用い、キーホールＫが形成されないように再溶融して凝固させることにより、表面改質した。この際、再溶融凝固は、溶融凝固した金属の最表面から溶接深さ方向に０．５μｍ以上の深さ範囲とした。なお、レーザによる改質条件は、スポット径０．６ｍｍ、出力２００Ｗ、溶接速度２５ｍｍ／ｓ、Ｎ２ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎとした。上記表面改質による試料を試料１とする。なお、本例では、実際に板材を積層したものを溶接しておらず、一枚の板材にレーザを照射した。本例は、レーザを照射した最表面の不動態被膜の有無を確認するための実験例であるためである。
＜実験例１＞
ＤＳＵＳ４３０製の板材を用い、レーザ溶接装置により、大気雰囲気中、アシストガスとしてＮ２ガスを供給しながら、キーホールが形成されるように、ビードオンレーザ溶接した。レーザ溶接装置には、Ｔｒｕｍｐｆ社製、「ＴｒｕＤｉｏｄｅ４００６」を用いた。なお、レーザ溶接条件は、スポット径０．６ｍｍ、出力１２００Ｗ、溶接速度２５ｍｍ／ｓ、Ｎ２ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎとした。次いで、上記レーザ溶接によって溶融凝固した金属の表層を、さらに、レーザ溶接装置を用い、キーホールＫが形成されないように再溶融して凝固させることにより、表面改質した。この際、再溶融凝固は、溶融凝固した金属の最表面から溶接深さ方向に０．５μｍ以上の深さ範囲とした。なお、レーザによる改質条件は、スポット径０．６ｍｍ、出力２００Ｗ、溶接速度２５ｍｍ／ｓ、Ｎ２ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎとした。上記表面改質による試料を試料１とする。なお、本例では、実際に板材を積層したものを溶接しておらず、一枚の板材にレーザを照射した。本例は、レーザを照射した最表面の不動態被膜の有無を確認するための実験例であるためである。
試料１の作製において、上記表面改質を実施することなく、試料１Ｃを作製した。
試料１の作製において、ＤＳＵＳ４３０製の板材に代えて、ＳＵＳ４３６ＭＴ製の板材を用いた点以外は、同様にして、試料２を作製した。
試料２の作製において、上記表面改質を実施することなく、試料２Ｃを作製した。
次いで、試料１、試料２の表面について、改質した部分を露出させるとともに、それ以外の部分をマスキングした。次いで、ＪＩＳ Ｇ０５７７に準拠し、孔食電位を測定した。また、試料１、試料２における母材についても、同様に、孔食電位を測定した。また、試料１Ｃ、試料２Ｃにおける、上記レーザ溶接によって溶融凝固した金属の表面について、同様に孔食電位を測定した。
その結果を、図１３および図１４に示す。また、試料１については、母材の孔食電位が２５０ｍＶ、溶接部の最表面部分の孔食電位が２００ｍＶであり、母材の孔食電位に対する、溶接部の最表面部分の孔食電位の割合は、８０％であった。また、試料２については、母材の孔食電位が３３０ｍＶ、溶接部の最表面部分の孔食電位が２９０ｍＶであり、母材の孔食電位に対する、溶接部の最表面部分の孔食電位の割合は、８８％であった。一方、試料１Ｃ、試料２Ｃは、レーザ溶接によって溶融凝固した金属の表面がそのまま露出した状態であり、孔食電位を有していなかった。この結果から、表面改質により、溶接部の最表面部分の孔食電位が、母材の孔食電位の８０％以上にまで回復し、溶接部の耐食性が向上していることがわかる。
＜実験例２＞
実験例１にて作製した試料１における表面改質層の最表面、および、試料１Ｃにおける溶融凝固した金属の最表面について、Ｘ線吸収微細構造解析を行った。Ｘ線吸収微細構造解析のＸＡＦＳ測定機器には、あいちシンクロトン光センター あいちＳＲ（ビームライン：ＢＬ１１Ｓ２、分析手法：硬Ｘ線ＸＡＦＳ（Ｘ線吸収端微細構造法）、検出方法：部分蛍光収量法（ＰＦＹ）、転換電子収量法（ＣＥＹ））を用いた。測定条件は、キャリブレーション条件：ｆｃｃ－Ｃｕ箔（厚み１０μｍ）の吸収端の変曲点、ＰＦＹ検出器：７ｃｈＳＤＤ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｒｉｆｔ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ）、ＣＥＹ検出器：転換電子セル（雰囲気１気圧のＨｅ、－５００Ｖ印加）、Ｃｒ－Ｋ端測定範囲：５９８５ｅＶ～６０３５ｅＶ、Ｆｅ－Ｋ端測定範囲：７１００ｅＶ～７１８０ｅＶである。
実験例１にて作製した試料１における表面改質層の最表面、および、試料１Ｃにおける溶融凝固した金属の最表面について、Ｘ線吸収微細構造解析を行った。Ｘ線吸収微細構造解析のＸＡＦＳ測定機器には、あいちシンクロトン光センター あいちＳＲ（ビームライン：ＢＬ１１Ｓ２、分析手法：硬Ｘ線ＸＡＦＳ（Ｘ線吸収端微細構造法）、検出方法：部分蛍光収量法（ＰＦＹ）、転換電子収量法（ＣＥＹ））を用いた。測定条件は、キャリブレーション条件：ｆｃｃ－Ｃｕ箔（厚み１０μｍ）の吸収端の変曲点、ＰＦＹ検出器：７ｃｈＳＤＤ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｒｉｆｔ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ）、ＣＥＹ検出器：転換電子セル（雰囲気１気圧のＨｅ、－５００Ｖ印加）、Ｃｒ－Ｋ端測定範囲：５９８５ｅＶ～６０３５ｅＶ、Ｆｅ－Ｋ端測定範囲：７１００ｅＶ～７１８０ｅＶである。
その結果、試料１Ｃについては、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｒＯＨＯ以外にＦｅ－Ｃｒスピネルが検出されたが、試料１については、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｒＯＨＯは検出されたがＦｅ－Ｃｒスピネルは検出されなかった。この結果と、実験例１の結果とを合わせると、Ｆｅ－Ｃｒスピネルが耐食性を低下させる原因であることが確認された。
＜実験例３＞
ＳＵＳ６３０より構成される第１の被接合部材と、ＳＵＳ４３６ＭＴより構成される第２の被接合部材の両部材同士を積層し、実験例１と同様にして、両者をレーザ溶接した。次いで、レーザ溶接によって溶融凝固した金属の表層を、実験例１と同様にして、キーホールＫが形成されないように再溶融して凝固させることにより、表面改質した。なお、表面改質は、レーザ溶接によって形成した溶融凝固部の表面を複数の領域に分割し、キーホールＫが形成されないレーザ強度のレーザ光にて、各分割領域についてレーザ光の輪郭が重なるようにレーザ光を直線状に順次走査し、溶融凝固部の表面にレーザ光を照射することにより行った。以上により得られた接合構造体を試料３とした。また、試料３の接合構造体の作製において、上記表面改質を実施することなく、試料３Ｃの接合構造体を作製した。各試料の溶接深さ方向に沿う断面をエッチングし、エッチング後の断面をＳＥＭにて観察した。その結果を、図１５に示す。なお、図１５（ａ）中、白線Ｗｃで囲った部分がレーザ溶接によって溶融凝固した金属の部分である。図１５（ｂ）は、その拡大図である。また、図１５（ｃ）中、白線Ｗで囲った部分が表面改質層である。図１５（ｄ）は、その拡大図である。
ＳＵＳ６３０より構成される第１の被接合部材と、ＳＵＳ４３６ＭＴより構成される第２の被接合部材の両部材同士を積層し、実験例１と同様にして、両者をレーザ溶接した。次いで、レーザ溶接によって溶融凝固した金属の表層を、実験例１と同様にして、キーホールＫが形成されないように再溶融して凝固させることにより、表面改質した。なお、表面改質は、レーザ溶接によって形成した溶融凝固部の表面を複数の領域に分割し、キーホールＫが形成されないレーザ強度のレーザ光にて、各分割領域についてレーザ光の輪郭が重なるようにレーザ光を直線状に順次走査し、溶融凝固部の表面にレーザ光を照射することにより行った。以上により得られた接合構造体を試料３とした。また、試料３の接合構造体の作製において、上記表面改質を実施することなく、試料３Ｃの接合構造体を作製した。各試料の溶接深さ方向に沿う断面をエッチングし、エッチング後の断面をＳＥＭにて観察した。その結果を、図１５に示す。なお、図１５（ａ）中、白線Ｗｃで囲った部分がレーザ溶接によって溶融凝固した金属の部分である。図１５（ｂ）は、その拡大図である。また、図１５（ｃ）中、白線Ｗで囲った部分が表面改質層である。図１５（ｄ）は、その拡大図である。
図１５（ｃ）（ｄ）に示されるように、試料３の接合構造体における溶接部は、内部に形成された溶接部本体と、溶接部本体に接して形成された表面改質層とを備えていることが確認された。したがって、上述した実験例１にて測定した孔食電位は、表面改質層の最表面部分の孔食電位ということになる。また、表面改質層の最大径は、溶接部本体の最大径以上であった。よって、本例によれば、製造工程を簡素化することができ、高い耐食性を有する接合構造体が得られることが確認された。
また、図１５（ｄ）に示されるように、試料３の接合構造体における溶接部の表面改質層は、複数の溶接ビードを有しており、隣り合う各溶接ビードが重なりを持って配置されていることが確認された。
＜実験例４＞
ＤＳＵＳ１３Ａより構成される第１の被接合部材と、ＤＳＲ７より構成される第２の被接合部材とを用い、実験例３と同様にして、両者をレーザ溶接した。次いで、レーザ溶接によって溶融凝固した金属の表層を、実験例１と同様にして、キーホールＫが形成されないように再溶融して凝固させることにより、表面改質した。なお、本例では、第１の被接合部材および第２の被接合部材は、具体的には、直噴ガソリンエンジン用高圧燃料ポンプの部品である。また、本例では、表面改質層は、単数のビードから構成した。以上により得られた接合構造体を試料４とする。また、試料４の接合構造体の作製において、上記表面改質を実施することなく、試料４Ｃの接合構造体を作製した。
ＤＳＵＳ１３Ａより構成される第１の被接合部材と、ＤＳＲ７より構成される第２の被接合部材とを用い、実験例３と同様にして、両者をレーザ溶接した。次いで、レーザ溶接によって溶融凝固した金属の表層を、実験例１と同様にして、キーホールＫが形成されないように再溶融して凝固させることにより、表面改質した。なお、本例では、第１の被接合部材および第２の被接合部材は、具体的には、直噴ガソリンエンジン用高圧燃料ポンプの部品である。また、本例では、表面改質層は、単数のビードから構成した。以上により得られた接合構造体を試料４とする。また、試料４の接合構造体の作製において、上記表面改質を実施することなく、試料４Ｃの接合構造体を作製した。
各試料について、複合サイクル試験を実施した。複合サイクル試験は、ＪＩＳ Ｋ５６００－７－９：２００６「サイクル腐食試験方法」に記載の試験条件のサイクルを複数回繰り返す噴霧室中に試料を放置するという試験である。上記複合サイクル試験後、各試料の外観をＳＥＭにて観察するとともに、溶接深さ方向に沿う断面をエッチングし、エッチング前後の断面をＳＥＭにて観察した。その結果を、図１６および図１７に示す。なお、図１７中、断面エッチング後の図中示される白線Ｗｃで囲った部分がレーザ溶接によって溶融凝固した金属の部分である。また、図１６中、断面エッチング後の図中に示される白線Ｗで囲った部分が表面改質層である。
図１６および図１７に示されるように、表面改質を行った試料４における溶接部Ａと表面改質を行っていない試料４Ｃにおける溶接部Ｂとを比較する。低サイクル側（各図の左側半分）において、表面改質を行っていない試料４Ｃにおける溶接部に生じた孔食深さ（断面エッチング後の図中に示される両矢印の部分）は、０．２６５ｍｍであった。これに対し、表面改質を行った試料４における溶接部に生じた孔食深さは、０．０７６ｍｍであった。この結果から、試料４の溶接部は、試料４Ｃの溶接部よりも高い耐食性を有していることが確認された。また、高サイクル側（各図の右側半分）の結果からも、試料４は、試料４Ｃよりも腐食速度が遅くなっており、耐食性が大幅に改善されていることが確認された。
本発明は、上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形態、各実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。
以下、参考形態の例を付記する。
項１．
不働態被膜を形成する金属より構成された被接合部材（１１）同士を繋ぐ溶接部（１２）を有する接合構造体（１）であって、
上記溶接部の最表面部分（１２０）が孔食電位を有する、接合構造体（１）。
項２．
上記溶接部は、
内部に形成された溶接部本体（１２１）と、
上記溶接部本体に接して形成された表面改質層（１２２）と、を備え、
上記表面改質層が上記孔食電位を有する上記最表面部分を含む、項１に記載の接合構造体。
項３．
溶接深さ方向（Ｙ）に沿う断面視で、上記表面改質層の最大径は、上記溶接部本体の最大径以上である、項２に記載の接合構造体。
項４．
上記表面改質層は、複数の溶接ビード（１２２ａ）を有しており、隣り合う各上記溶接ビードが重なりを持って配置されている、項２または項３に記載の接合構造体。
項５．
上記表面改質層は、単数の溶接ビード（１２２ａ）を有している、項２または項３に記載の接合構造体。
項６．
溶接深さ方向（Ｙ）に沿う断面視で、上記表面改質層の層厚は０．５μｍ以上である、項２～項５のいずれか１項に記載の接合構造体。
項７．
上記表面改質層の最表面は、Ｘ線吸収微細構造解析によってスピネル酸化物が検出されない、項２～項６のいずれか１項に記載の接合構造体。
以下、参考形態の例を付記する。
項１．
不働態被膜を形成する金属より構成された被接合部材（１１）同士を繋ぐ溶接部（１２）を有する接合構造体（１）であって、
上記溶接部の最表面部分（１２０）が孔食電位を有する、接合構造体（１）。
項２．
上記溶接部は、
内部に形成された溶接部本体（１２１）と、
上記溶接部本体に接して形成された表面改質層（１２２）と、を備え、
上記表面改質層が上記孔食電位を有する上記最表面部分を含む、項１に記載の接合構造体。
項３．
溶接深さ方向（Ｙ）に沿う断面視で、上記表面改質層の最大径は、上記溶接部本体の最大径以上である、項２に記載の接合構造体。
項４．
上記表面改質層は、複数の溶接ビード（１２２ａ）を有しており、隣り合う各上記溶接ビードが重なりを持って配置されている、項２または項３に記載の接合構造体。
項５．
上記表面改質層は、単数の溶接ビード（１２２ａ）を有している、項２または項３に記載の接合構造体。
項６．
溶接深さ方向（Ｙ）に沿う断面視で、上記表面改質層の層厚は０．５μｍ以上である、項２～項５のいずれか１項に記載の接合構造体。
項７．
上記表面改質層の最表面は、Ｘ線吸収微細構造解析によってスピネル酸化物が検出されない、項２～項６のいずれか１項に記載の接合構造体。
１ 接合構造体
１１ 被接合部材
１２ 溶接部
１２０ 溶接部の最表面部分
１１ 被接合部材
１２ 溶接部
１２０ 溶接部の最表面部分
Claims (5)
- 不働態被膜を形成する金属より構成された被接合部材（１１）同士を繋ぐ溶接部（１２）を有する接合構造体（１）であって、
上記溶接部の最表面部分（１２０）が孔食電位を有しており、
上記溶接部は、
内部に形成された溶接部本体（１２１）と、
上記溶接部本体に接して形成された表面改質層（１２２）と、を備え、
上記表面改質層は、
上記孔食電位を有する上記最表面部分と、
溶融凝固した上記金属あるいは溶融半凝固した上記金属が再溶融凝固してなる部位と、を含み、
上記溶接部は、
上記被接合部材同士が溶接されて溶融凝固した上記金属あるいは溶融半凝固した上記金属の表層がキーホールが形成されないように再溶融凝固されることによって上記表面改質層が形成されており、上記表層よりも深い部位が再溶融凝固されないことによって上記溶接部本体が形成されており、かつ、上記再溶融凝固される上記表層の領域は、上記溶接部の最表面から溶接深さ方向（Ｙ）に０．５μｍ以上の深さ範囲であり、
上記表面改質層の最表面は、Ｘ線吸収微細構造解析によってスピネル酸化物が検出されない、接合構造体（１）。 - 溶接深さ方向（Ｙ）に沿う断面視で、上記表面改質層の最大径は、上記溶接部本体の最大径以上である、請求項１に記載の接合構造体。
- 溶接深さ方向（Ｙ）に沿う断面視で、上記表面改質層の層厚は０．５μｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の接合構造体。
- 上記表面改質層は、複数の溶接ビード（１２２ａ）を有しており、隣り合う各上記溶接ビードが重なりを持って配置されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の接合構造体。
- 上記表面改質層は、単数の溶接ビード（１２２ａ）を有している、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の接合構造体。
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