JP7407342B2 - 材および方法 - Google Patents
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Description
よって、溶接部表面の研磨の考えは全面的に採用できるものではなかった。
金属A(Aはチタン又はチタン合金)材と金属B(Bは前記Aと同種であっても異なっていても良い。)材とが溶接された材であって、
前記材における溶接部の表面に抗菌性金属が存在してなる
材を提案する。
前記材の製造方法であって、
前記金属A材と前記金属B材とが溶接装置を用いて溶接される際に抗菌性金属が用いられる
方法を提案する。
前記材の製造方法であって、
Tiと抗菌性金属とが用いられて前記金属A材と前記金属B材との突合部の表面層側における溶接が行われて抗菌性金属含有Ti溶接部が形成され、前記抗菌性金属含有Ti溶接部形成後にTiが用いられて(抗菌性金属は用いられないで)前記金属A材と前記金属B材との突合部における溶接が行われる
方法を提案する。
前記材の製造方法であって、
Tiと抗菌性金属とが用いられて前記金属A材と前記金属B材との突合部の表面層側における溶接が行われて抗菌性金属含有Ti溶接部が形成される工程Aと、前記工程A後にTiが用いられて(抗菌性金属は用いられないで)前記金属A材と前記金属B材との突合部における溶接が行われる工程Bとを具備してなり、
前記工程Bによって前記抗菌性金属含有Ti溶接部の抗菌性金属が分散する
方法を提案する。
前記材は、金属A材と金属B材とが溶接された材である。前記金属Aはチタン及びチタン合金の群の中から選ばれた金属である。前記金属Bは、前記金属Aと異種であっても良い。例えば、Fe,Ni,Cu,Al等の構造材料金属(合金)であっても良い。前記金属Aと前記金属Bとが異種金属の場合、溶接部では脆い金属間化合物が形成され易い。従って、前記金属Bは、好ましくは、チタン及びチタン合金の群の中から選ばれた金属である。前記金属Aと前記金属Bとは、好ましくは、同じ金属である。
試料1は、TIG溶接装置を用いて純Ti板の溶融・固化が行われた例である。試料1における溶融・固化部の金属成分はTiのみである。
試料2は、試料1で用いた純Ti板に凹部(窪み)が形成され、前記凹部内にAg粉末が置かれ、この後でTIG溶接装置が用いられて溶融・固化が行われた例である。試料2における溶融・固化部の表面層はAg含有Ti(表面から2mm以内の層におけるAg含有割合は約4at%)であった。
前記試料1の溶融・固化部の表面および試料2の溶融・固化部の表面に黄色ぶどう球菌が接種された。24時間後の生菌数が調べられた。初期生菌数は、共に、1.0×104個/cm2であった。試料1における24時間後の生菌数に変動は殆ど認められなかった。試料2における24時間後の生菌数は6.0×100個/cm2であった。溶融・固化部(溶接部)に抗菌性金属が含有されていると、溶接部表面は抗菌(除菌)性に優れていることが理解できる。
ここで、表層と内層とに分けて記載しているが、結局は、全体における量であろう。但し、最表面に形成されているのは、例えばTiO2,TiN,TiC等であろう。これ等の化合物による膜は耐食性に優れている。深い位置に進むにつれて、O,N,C量は減少するであろう。O,N,C量を少なくする事によって、脆化の問題が解決されるであろう。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部のアノード分極曲線における電流密度が4.0×10-6A/cm2以下となる量であった。好ましくは、3.0×10-6A/cm2以下となる量であった。更に好ましくは、2.0×10-6A/cm2以下となる量であった。前記溶接部のアノード分極曲線における電流密度は低ければ低い方が良い。例えば、1.0×10-9A/cm2であっても良い。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部のビッカース硬度が117HV以上で180HV以下となる量であった。好ましくは、175HV以下となる量であった。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部の引張強度試験での最大応力σが0.3GPa以上で0.5GPa以下となる量であった。好ましくは、0.45GPa以下となる量であった。更に好ましくは、0.4GPa以下となる量であった。
前記アノード分極曲線における電流密度はJIS T 0302に準じて求められた。
前記ビッカース硬度はJIS Z 2244に準じて求められた。
前記引張強度試験における応力σはJIS Z 2241に準じて求められた。
前記材の少なくとも一面側の前記表層には侵入型元素が下記要件を満たす範囲内で存在する。
前記内層には、侵入型元素が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であった。
前記表層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を100%とした場合の90~100%であった。
例えば、TiO2の場合(侵入型元素がOの場合)には、TiOx(x=1.8~2)である。前記90%はTiO1.8を意味する。前記100%はTiO2を意味する。例えば、TiNの場合(侵入型元素がNの場合)には、TiNx(x=0.9~1)である。前記90%はTiN0.9を意味する。前記100%はTiNを意味する。例えば、TiCの場合(侵入型元素がCの場合)には、TiCx(x=0.9~1)である。前記90%はTiC0.9を意味する。前記100%はTiCを意味する。
最表面に形成されているのは、例えばTiO2,TiN,TiC等であろう。これ等の化合物による膜は耐食性に優れている。深い(下方)位置に進むにつれて、O,N,C量は減少するであろう。すなわち、TiO1.8,TiN0.9,TiC0.9と言った如く、O等の量が減少する。
前記内層における前記侵入型元素の量は、好ましくは、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を100%とした場合の5%以下であった。更に好ましくは1%以下であった。もっと好ましくは0.1%以下であった。勿論、0%であっても良い。
例えば、TiO2の場合(侵入型元素がOの場合)には、TiOx(x=0~0.05)である。前記0%はOが0を意味する。前記5%はTiO0.1を意味する。例えば、TiNの場合(侵入型元素がNの場合)には、TiNx(x=0~0.05)である。前記0%はNが0を意味する。前記5%はTiN0.05を意味する。例えば、TiCの場合(侵入型元素がCの場合)には、TiCx(x=0~0.05)である。前記0%はCが0を意味する。前記5%はTiC0.05を意味する。
前記溶接部の厚みは、0.7mm以上である。勿論、これより厚くても良い。例えば、1mm以上でも良い。2mm以上であっても良い。3mm以上であっても良い。1cmであっても良い。上限値に格別な制限はない。前記溶接部の厚さが薄過ぎると、溶接強度が弱い。
その方法として次の方法がある。
不活性ガスが溶接装置の溶接具の先端側に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給される。
或いは、不活性ガスが溶接装置の溶接具の先端側に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。
又は、不活性ガスが溶接装置の溶接具の先端側に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。
次の表現も可能である。
不活性ガスが溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給される。
或いは、不活性ガスが溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。
又は、不活性ガスが溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。
次の表現も可能である。
チタン材を溶接トーチにより溶接するチタン溶接方法であって、前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールドガス供給工程と、前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、前記溶接トーチの後方の溶接部(溶接済個所)の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程とを具備してなり、前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する。
チタン材を溶融溶接するチタン溶接方法であって、前記チタン材の溶接部の表側の溶融池表面にシールドガスを供給する溶融池シールドガス供給工程と、前記チタン材の前記溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、前記溶融池の後方の前記溶接部(溶接済個所)の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程とを具備してなり、前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する。
前記方法において、前記不活性ガスと前記侵入型元素のガス(例えば、O2,O3,N2,NO2,CO2等)とは混合ガスの形態で供給されても良い。
各々のガスが独立して(別々に)供給され、供給(吐出:噴射)された後で混ざる形態であっても良い。
前記侵入型元素のガスの雰囲気下に前記不活性ガスが供給され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置に進む前に、前記不活性ガスによって前記侵入型元素のガスが溶接部から排除される形態であっても良い。
初期段階では前記侵入型元素のガスの供給量を抑えた状態で行い、或る時間経過以降では前記侵入型元素のガスの供給を停止すると共に、不活性ガスを供給する形態であっても良い。
不活性ガスの雰囲気下に前記侵入型元素のガスが供給され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置にまで進まない形態であっても良い。
不活性ガスの供給と侵入型元素のガスの供給とが時間差で以って制御され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置にまで進まない形態であっても良い。
しかし、不活性ガスと侵入型元素のガスとの混合ガスの形態で供給するのが最も簡単である。
前記不活性ガスは、例えばHe,Ne,Ar等である。特にArである。
前記製造方法は前記溶接方法が実施される方法である。すなわち、前記溶接方法が実施される事による製造方法である。
arc welding)を用いた技術、電子ビーム溶接(Electron beam welding)を用いた技術、レーザビーム溶接(Laser beam welding)を用いた技術、抵抗溶接(Resistance welding)を用いた技術であっても良い。
本発明は以下の実施例にのみ限定されない。本発明の特長が大きく損なわれない限り、各種の変形例や応用例も本発明に含まれる。
以下の実施例ではTIG溶接装置が用いられた。
Ti製管材とTi製管材との溶接の場合で説明される。食品製造工場で用いられるTi製管の場合で説明される。
不活性ガスとしてArガスが用いられた。侵入型元素ガスとして大気が用いられた。
Ti棒材の表面にAg線材が螺旋状に巻かれた溶加棒が用意された。Ti棒材の表面にCu線材が螺旋状に巻かれた溶加棒が用意された。Ti棒材の溶加棒も用意された。
図中、1は肉厚が5mmのTi製丸管である。2は肉厚が5mmのTi製丸管である。前記管1,2の口径は同じである。前記管1,2は保持装置(図示せず)で保持されている。管1の端面と管2の端面とが突き合わされている。この突合面がチタン溶接装置(TIG(Tungsten Inert Gas)溶接装置)で溶接される。3はチタン溶接装置の溶接トーチである。溶接トーチ3が管1と管2との突合面に対向して配置されている。溶接の進行に伴って、保持装置で保持されている管1,2は回転させられる。この回転は連続的に回転していない。回転動作は不連続的(或る回転角度だけ瞬間的に回転し、一時停止して溶接が行われ、次いで或る回転角度だけ瞬間的に回転し、一時停止して溶接が行われる。)である。
3 溶接トーチ
4(Ag),4(Cu),4(Ti) 溶加棒
Claims (3)
- 金属A(Aはチタン又はチタン合金)材と金属B(Bは前記Aと同種であっても異なっていても良い。)材とが溶接され、前記材における溶接部の表面に抗菌性金属が存在してなり、前記溶接部の主成分がTiである材の製造方法であって、
Tiと抗菌性金属とが用いられて前記金属A材と前記金属B材との突合部の表面層側における溶接が行われて抗菌性金属含有Ti溶接部が形成され、前記抗菌性金属含有Ti溶接部形成後にTiが用いられて(抗菌性金属は用いられないで)前記金属A材と前記金属B材との突合部における溶接が行われる
方法。 - 金属A(Aはチタン又はチタン合金)材と金属B(Bは前記Aと同種であっても異なっていても良い。)材とが溶接され、前記材における溶接部の表面に抗菌性金属が存在してなり、前記溶接部の主成分がTiである材の製造方法であって、
Tiと抗菌性金属とが用いられて前記金属A材と前記金属B材との突合部の表面層側における溶接が行われて抗菌性金属含有Ti溶接部が形成される工程Aと、前記工程A後にTiが用いられて(抗菌性金属は用いられないで)前記金属A材と前記金属B材との突合部における溶接が行われる工程Bとを具備してなり、
前記工程Bによって前記抗菌性金属含有Ti溶接部の抗菌性金属が分散する
方法。 - 金属A(Aはチタン又はチタン合金)材と金属B(Bは前記Aと同種であっても異なっていても良い。)材との溶接部を抗菌性金属含有Tiで構成する為に用いられる溶加材であって、
前記溶加材は、抗菌性金属の線材がTi材の表面に巻き付けられてなる
溶加材。
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