JPH01157785A - 合金アルミニウムを爆発溶接する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、合金化されないアルミニウム中間挿入物を用
いずに、合金化されたアルミニウムを高張力材料に爆発
溶接する方法に関する。

従来の技術 爆発溶接技法は、はとんど全ての金属材料を−緒に溶接
するために用いることができる。但し、マグネシウムと
マンガンとを含有する高張力アルミニウム合金は、合金
化されないアルミニウム以外のいかなる材料に対しても
上記合金を接合することが従来できなかったので、この
点では例外である。

発明が解決しようとする問題点 例えば、合金化されたアルミニウムと鋼とを含む複合金
属シートまたは板を製造する場合には、純粋のアルミニ
ウム中間挿入物を使用することが必要であった。しかし
、合金化されないアルミニウムは低い機械的強さを有す
る。従って上記複合材料のせん断強さは、決して６０〜
１００Ｎ／ａ１２より大きくはなり得ない。上記複合材
料は通常、アルミニウムおよび鋼構造間の溶接中間挿入
物として使用され、従って機械的強さは極めて重要であ
る。

合金化されたアルミニウムを直接高張力材料に接合する
問題は、解決策が見いだされることなく、多年にわたり
世界中の研究者を巻き込んだ。

マグネシウムとマンガンとで合金化されたアルミニウム
は、その低い密度と低い融点とに対して高い機械的強さ
と硬さとを有する。爆発溶接の原理によれば、高い度合
の硬さと機械的強さとは、母材との衝突に際して必要な
材料の流れを生じさせるために、被覆またはクラッド材
料を高い速度まで加速しなければならないことを意味す
る。しかしこれは、比較的高い温度が衝突面に局部的に
発生することを意味する。

マグネシウムは、高温の際、材料の表面上の酸化アルミ
ニウムの形で得られる酸素と容易に反応する。いわゆる
岐点圧により、またマグネシウムと酸素との間の反応に
よって生起される温度は高くても、生成される熱の串は
、加熱される層が極めて簿いという事実の故に少ない。

従って急速な冷却が生起し、その結果として無定形構造
のマグネシウム−酸素とアルミニウムー酸素との薄く且
つもろい合金層が生ずる。

合金化されたアルミニウム材料を含む複合材料が、爆発
溶接された時に密着して結合したとじても、これまで、
経験により、実際に使用される材料として接合部が大変
もろ過ぎることが示されている。

爆発溶接を行う場合、波状の特性を有する接合部を得る
ため、衝突する表層に対して乱流を生起すべく努力がな
される。これは通常、衝突面の速度と被覆またはクラッ
ド材料の衝撃速度との間の比率を選択することにより達
成することができる。

この波形の状態により、形成する恐れのある何れのもろ
い合金層も解体され、それにより、全接合部表面の主要
部分にわたって被覆材料と母材との間に直接に原子結合
が生ずることが可能になる。

しかし、在来の爆発溶接技法を用いる際は、マグネシウ
ムを合金したアルミニウムと鋼のような高い機械的強さ
の材料との組合せの場合、正常且つ均等な波の形成をも
たらすことが不可能とみなされていた。

問題点を解決するための手段 しかし、本発明によれば、合金化されたアルミニウムを
強い材料に爆発溶接する方法が得られる。

本発明は、出発材料の沸点を超えると高品質の接合部の
形成が妨げられる、という認識に基づくものである。本
発明者は、各種材料の諸性質とそれらが互いに爆発溶接
される可能性とを研究することにより、沸点が１０９７
℃のマグネシウムや沸点が９０７℃の亜鉛のような低沸
点の金属が、高い降伏点を有する材料へ爆発溶接された
時に極めて劣悪な接合部を生ずることを立証し得ている
。

出発材料または加工物の沸点を超えた場合に生起する状
態、即ち現行の段階の変化に起因する体積と圧力との大
きな変化により恐らく、接合すべき加工物間の接合部内
に波の形成をもたらす乱れの生成が全体的に阻止または
防止されるものと思われているが、上記の波の形成が爆
発溶接技法の特性である。　　　。

従って本発明は、マグネシウムを合金したアルミニウム
を高張力材料と爆発溶接する方法に関し、マグネシウム
を合金したアルミニウム材料が母材を形成し且つこの母
材が前記高張力材料から成る薄いクラッドシートで被覆
またはクラッドされることと、爆発性装薬が高密度の材
料、望ましくは鋼、で作られた押圧板を加速するように
され、次いでそれがクラッド材料を母材に向かって加速
するように意図され、その場合クラッド材料と母材との
間に生成される圧力の大きさが接合面の全体若しくは前
記面のほぼ全体の温度がアルミニウム材料の合金物質の
沸点の下に在る程に低い値をとるようにすると同時に、
前記圧力の大きさ若しくは持続時間を、諸材料を互いに
爆発溶接させるに充分な力積を生成する程の高レベルに
至らせるようにすることと、高張力クラッド材料の自由
表面が、後の段階で、鋼若しくは他の何れかの高張力金
属で作られた母材に爆発溶接されるようにされることと
を特徴とする。

全ての爆発溶接技法において、第−加工物即ちクラッド
材料は、爆発性装薬により、第二加工物即ち母材に向か
って打ちつけられる。

加工物の互いに面する表面を流動させるためには、所与
の最小エネルギの力積が必要である。この力積は、衝突
面から出る衝撃波を表示するいわゆる圧力〜時間特性を
有する表面によって定められる。上記力積は、高圧で短
時間に、または低圧で更に長時間にわたって得ることが
できる。爆発溶接工程のような、非常な急速工程の場合
、湿度の瞬間的な上界は上として、大きさ、即ち加工物
間の最大圧力により定められる。従って温度は、大ぎさ
を低下させ且つ圧力の持続時間を増すことにより下降さ
ぼることができる。爆発溶接工程の間、材料をクラッド
することによって受ける強力且つ急速な変形により、熱
も生成されるが、上記の変形はアルミニウム材料を爆発
溶接する場合とくに著しい。

接合部へ伝えられる変形熱の量は、比較的低い熱伝導率
を有する薄いクラッド材料を選定することにより減少さ
せることができる。

合金化されたアルミニウムがマグネシウムを含有するた
め、本発明により、それが母材を構成するがそれは、母
材がクラッド材料よりも少ない程度までしか変形されず
、従って代りにそれがクラッド材料を構成するとした場
合よりも低い温度に加熱される。

従って、本発明によれば、高い機械的強さと比較的低い
熱伝導率とを有する薄いクラッド材料が合金化されたア
ルミニウム加工物に溶接される間に加工物間の圧力の大
きさが全体若しくはほぼ全体の加工物表面の温度が合金
物質の沸点を下回る程に低い値をとるようにされると同
時に、前記圧力の大きさ若しくは持続時間が、諸材料を
一緒に爆発溶接するに充分な力積を生成する程の高レベ
ルに持ち来される。次いで後の段階で、高張力クラッド
材料の自由表面が、鋼若くしは他の何れかの高張力金属
から成る母材に爆発溶接される。

かくして、合金化されたアルミニウムと、例えば、鋼と
の複合材料を、純粋のアルミニウム中間挿入物の存在な
しに生成することができる。全力積は、爆発性装薬のエ
ネルギによって定められる。

良好゛な爆発溶接接合部を得るため、衝突面における圧
力の大きさを制限し且つ持続期間を延長させる目的で、
比較的重い押圧板を用いることができる。

当然、クラッド材料の諸寸法と、使用されるクラッド材
料の形式とに対して、全力積ならびに押圧板の厚さおよ
び更にその巾計を適応させることが必要である。当業者
は、同時に前述の如く接合面の温度を制限しながら、良
好な爆発溶接接合を達成する目的でこの適応を行う際に
何等の障害も経験しないはずである。

好適な一実施例によれば、クラッド板は約０．１〜１０
ｓ、望ましくは約１．０〜３＃、の厚さを有する。

好適な一実施例によれば、高力クラッド板はチタンまた
はチタン合金で作られる。

別の好適な実施例によれば、合金化されたアルミニウム
材料に溶接されるクラッド材料は、ニッケル、クロム若
しくはジルコニウムまたはそれらの合金、といった諸金
属の一つを含むことができる。

経験により、相互に対応する結晶構造を有する材料は、
結晶構造が互いに全く異なる材料よりも一層容易に互い
に爆発溶接できることが示されている。

ここで本発明を、添付図面に示すその幾つかの実施例に
ついて例示する。

実施例および作用 第１図に示す配列において、参照数字１は爆発性装薬を
示し、参照数字２は押圧板、望ましくは鋼板、を示し、
参照数字３は薄いチタン板を示し、参照数字４はマグネ
シウムを合金したアルミニウムを含む母材を示す。参照
数字５はクラッド材料３と母材４との間の加速距離を示
す。

爆発性装薬には、四硝酸ペンタエリトリット（ＰＥＴＮ
）、高融点爆薬（＋」Ｍ　Ｘ　）等ノヨうな、どれでも
任意の適当な爆薬を含めることができる。

爆発溶接技法にあっては通常の慣行だが、爆発性装薬の
上方には例えば食塩のブランケットを配置しても良い。

爆発性装薬１は最少所要力活量を生成する。重い抑圧板
は力積の持続時間を延伸させる。チタンのクラッド材料
にはわずかな熱伝導率しかなく、溶接過程中に生ずる変
形により生ずる温度増加を低減するため、板は薄くされ
る。マグネシウムを合金した板が母材を構成しているた
め、前記材料はかなりわずかな程度までしか変形せず、
従って極めてわずかな熱の増加しか生起されない。

この方法によれば、優れた性質を有する波状接合面が得
られる、とみなされている。

チタンと一緒に結合できる鋼若しくはその他何れかの材
料との最終的な組合せを達成するため、前述に従って生
成された複合物、チタン−マグネシウムを合金したアル
ミニウム、が第２図に示す配列のクラッド材料として用
いられたが、同図において参照数字１は所要の爆発性装
薬を示し、参照数字３．４はチタン−マグネシウムを合
金したアルミニウム複合物を示し、参照数字６は母材、
望ましくは鋼、を示し、参照数字７は加速距離を示す。

完成品を第３図に示しであるが、ここで参照数７４は第
１図および第２図と同様のマグネシウムを合金したアル
ミニウムを示し、ここで参照数字３はチタンを示し、参
照数字６は鋼を示す。

波状接合面８．９を第３図に示す。

第４図に代替的な配列を示しであるが、ここでは同じ参
照数字が第１図のそれと同様に使用されている。第１図
の配列と第４図の配列との差異は、第４図において押圧
板２とチタン板３との間に加速距ｌ１１ｉ１０が存在す
るということである。従ってこの場合には、爆発性装薬
１を爆ごうさせると、マグネシウムを合金したアルミニ
ウムを含む母材４にチタン板３が溶接されると同時に、
押圧板２がチタン板３に溶接される。

それ故この実施例の場合には、押圧板が完成品の一部分
を形成し、従ってこの製品は、望ましくは鋼の、母材６
に該当する。

実際に応用される本発明の方法を下記に述べる。

第１図に従い、１０００ｘ２０００雌の寸法で厚さ１０
ｇの、マグネシウムを合金したアルミニウムの板（Ｓ　
ｉ　８４１４０）が砂の層の上に置かれた。アルミニウ
ム板に平行してその１２ｍ１上方にチタン板が配置され
、５ｓ＋の厚さを有する鉄板がチタン板上に載せられた
。この鉄板（第１図の参照数７２に該当）は、厚さ２０
ｍの爆発の層で被覆された。この爆薬は硝酸アンモニウ
ムとディーゼル油と食塩との混合物を含み、２４００ｍ
／Ｓの速度で煽ごうするように適応され且つ試験されて
いた。爆薬層は、５０ｍの厚さに達する食塩の遮へい層
で被覆された。

爆ごうは、８号雷管と、１０ｇのプラスチック爆薬を含
み且つ主爆発性装薬の短辺に位置する起爆薬とを用いて
開始された。結合は全面にわたって得られ、接合部は著
しい波形をなしていた。結合された板材料を整頓させた
後は、材料が、チタン面を、砂の層の上に載っている厚
さ２５ｍの鋼板からのある距離でそれと平行に（第２図
における如く）下方へ向けて、再び用意された。前述の
第一段階に用いられたそれと同じ品質の爆発性物質の厚
さ２５ｍの層がアルミニウム板の頂部に置かれた。同様
の遮へい層が用いられ、前述のそれと同様の方法で主爆
薬の起爆が行われた。

その結果は、マグネシウムを合金したアルミニウム〜チ
タン〜鋼複合物を得るような、チタンと鋼との間の波状
結合となった。

せん断試験により、複合物材料間の接合強さにはほとん
ど変動がなく、それが２０ＯＮ／ＭＲ２〜２３ＯＮ／ｓ
＋２であることが示された。

これにより、序言に述べた問題点が本発明によって解決
されることは明白である。従って本発明は、低張力中間
挿入物無しに、マグネシウムを合金したアルミニウムと
鋼とを含む複合材料を生産することを可能にさせるもの
である。

また、本発明が前述の例示的な実施例に詳述された諸材
料に限定されないこと、および本発明が全ての形式の材
料を合金化されたアルミニウムに接合する方法を包含す
ることも理解されよう。

従って前述の諸実施例は、それらを添付フレイムの範囲
内で修正できるので、本発明を限定するものとは考えら
れない。

【図面の簡単な説明】

第１図は合金化されたアルミニウムの板にクラッド材料
を爆発溶接するための配列を示し、第２図は鋼板にチタ
ン／アルミニウム板を爆発溶接するための配列を示し、
第３図は本発明によって生産される複合材料を略図によ
り断面で示し、第４図は代替的な配列を示す。 １・・・・・・爆発性装薬 ２・・・・・・押圧板 ３・・・・・・クラッド材料 ４．６・・・・・・母材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マグネシウムを合金したアルミニウムと高張力材
   料とを爆発溶接する方法にて、マグネシウムを合金した
   アルミニウム材料が母材を形成し且つ前記母材が前記高
   張力材料から成る薄いクラッド板で被覆またはクラッド
   されることと、爆発性装薬が高密度材料、望ましくは鋼
   、から成る押圧板を加速するようにされ、次いでそれが
   クラッド材料を母材に向かつて加速するように意図され
   、その場合クラッド材料と母材との間に生成される圧力
   の大きさが接合面の全体若しくは前記面のほぼ全体の温
   度が合金材料の合金物質の沸点を下回る程に低い値を選
   ぶようにすると同時に、前記圧力の大きさ若しくは持続
   時間を、諸材料を互いに爆発溶接させるに充分な力積を
   生成する程の高い値に至らせるようにすることと、高張
   力クラッド材料の自由表面が、後の段階で、鋼若しくは
   他の何れかの高張力金属から成る母材に爆発溶接される
   ようにされることとを特徴とする方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、高
   張力クラッド板がチタンまたはチタン合金から成ること
   を特徴とする方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、高
   張力クラッド板がニッケル、クロム若しくはジルコニウ
   ムまたはそれらの合金の一つから成ることを特徴とする
   方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項、第２項または第３項に記
   載の方法において、クラッド板が約０．１〜１０ｍｍ、
   望ましくは１．０〜３．０ｍｍ、の厚さを有することを
   特徴とする方法。