JPH0227073B2 - - Google Patents
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Description
本発明は、アーク溶接によるアルミ・チタン接
合方法に係り、特にアーク溶接によるアルミニウ
ム（Al）材料とチタニウム（Ti）材料の異種金
属同士の接合に際して、溶接割れや融合不良のな
い健全な接合部を与え得る接合方法に関するもの
である。
従来から、母材としてAl材料とTi材料の２種
を用い、それら異種の母材を互いに接合せしめる
に際して、アーク溶接にて代表される溶融溶接手
法は、その適用が極めて困難であると考えられて
いる。けだし、溶融溶接によつて、Al材料とTi
材料との溶接部にAl−Ti系の脆弱な合金層が形
成され、そこに溶接割れや融合不良等の欠陥を生
じ、充分な溶接強度の接合部が得られないからで
ある。
このため、Al材料とTi材料の接合は、専らボ
ルト接合等による機械的な接合や、圧延、爆発圧
接、抵抗溶接等にて行なわれているが、何れの接
合手法においても、多くの問題を内在しているの
である。例えば、ボルト等による機械的な接合手
法においては、その接合部がリーク・タイトでな
いこと、熱、電気伝導性が悪いこと、重ね継手に
限られること等の問題があり、またAl材料とTi
材料とを重ね合わせて圧延することにより、その
重ね合わせ部を圧着せしめる接合手法にあつて
は、当然のことながら圧延設備が必要となり、こ
のため現場で実施することが出来ないという問題
の他、板材等に限られ、形状寸法に制限がある等
の問題が内在している。また、爆発圧接手法にあ
つても、特殊な設備が必要であり、このため現場
で実施することが出来ず、簡便でなく、更には板
材等に限られ、形状寸法に制限がある等の問題を
内在しており、更には抵抗溶接手法にあつても、
同様に、形状寸法に制限がある他、特殊な設備
（例えばシーム溶接装置等）が必要であり、また
溶接部に脆弱な金属間化合物が生成する等の問題
を内在しているのである。
本発明は、かかる事情に鑑みて為されたもので
あつて、その主要なる目的は、従来より困難視さ
れていたアーク溶接によるAl材料とTi材料の異
種金属同士の有効な接合手法を提供することにあ
り、また他の目的とするところは、かかる異種金
属同士の接合に際して、溶接割れや融合不良のな
い健全な接合部を与え得る接合手法を提供するこ
とにある。
そして、本発明にあつては、このような目的を
達成するために、母材としてAl材料とTi材料の
２種を用い、これら異種の母材をアーク溶接手法
にて互いに接合せしめるに際して、シールド・ガ
スとしてアルゴンを用い、且つ溶接棒または電極
ワイヤとして、Al材料若しくはその合金、リン
銅ろう、または20％（重量基準。以下同じ）以上
のAl材料を含む銀合金を用いる一方、直流正極
性電源若しくは交流電源によるTIGアークまたは
直流逆極性電源によるMIGアークを熱源とする
ことにより、かかるAl材料側部分及び溶接棒若
しくは電極ワイヤのみを溶融せしめ、該Al材料
に接合される前記Ti材料側部分の溶融を実質的
に惹起させることなく、それら両材料を接合せし
めるようにしたのである。
このように、本発明にあつては、溶接電源とし
て所定の電源を用いたTIGアーク若しくはMIG
アークを熱源として溶接操作を行なうものであ
り、しかもその際、溶接部を大気と遮断して保護
するシールド・ガスとしてアルゴン（Ar）を選
択し、更には溶加材としての溶接棒若しくは電極
ワイヤに、Al材料若しくはその合金、リン銅ろ
う、または20％（重量）以上のAlを含む銀−ア
ルミニウム合金からなる特定の溶加材材質を用い
たところに、その著しい特徴があり、このような
溶接電源、熱源、シールド・ガス、及び溶接棒若
しくは電極ワイヤの特定の組合せにより、初め
て、Al母材側及び溶接棒（電極ワイヤ）のみを
溶融せしめ、Ti母材側を殆ど溶融させることな
く、両者を接合せしめ、以てそこに健全な接合部
を形成し得たのである。
なお、第１図及び第２図には、それぞれ上述し
た本発明の具体的な一例が示されている。
まず、第１図には、本発明に従うTIGアーク溶
接の具体的な一例が示されており、そこにおい
て、１は、Al合金母材であり、２はTi母材であ
る。そして、この両母材１，２の接合部となる突
合わせ部に対して、アーク５が、トーチ７の電極
６と母材１，２との間に発生せしめられる。この
電極６と母材１，２との間に発生せしめられるア
ーク５は、溶接電源Ｐとして直流正極性電源
（DCSP）若しくは交流電源（AC）を用い、母材
１，２とトーチ７（電極６）との間に所定の電圧
を印加せしめることによつて惹起されるものであ
る。
また、このように発生せしめられたアーク５の
アーク熱により溶融せしめられる溶接棒４として
は、A1000台の純Al系、若しくはA5356BYの如
きAl−Mg系、A4043BYの如きAl−Si系、
A7N11BYの如きAl−Zn−Mg系等のAl合金、リ
ン銅ろう（BCuP系）、または20％以上Al−80％
以下のAg合金からなる特定の材料が用いられて
いる。
さらに、Al合金母材１とTi母材２との接合部
を大気から遮断するように、アーク５を取り巻い
て、その周囲には、トーチ７からシールド・ガス
としてのArガス８が噴出せしめられるようにな
つている。なお、このシールド・ガスとして、
Arガスに代えて公知のHe（ヘリウム）ガスを用
いた場合には、Al合金母材１とTi母材２との接
合部において、Al−Ti系の脆弱な合金層の形成
が多くなり、健全な接合部の形成は望み難いので
ある。
そして、このようなアーク溶接手法によつて、
Al合金母材１側及び溶接棒４のみが溶融され、
Ti母材２側は殆ど溶融されることなく、両母材
１と２が接合せしめられるのであり、それら母材
１，２の接合部に形成された溶接金属３は、Al
母材１と溶接棒４とが混合した組成となるのであ
る。従つて、このように形成された溶接金属３に
は、Ti母材２が溶融せしめられて、その成分が
混入せしめられることがないところから、そこに
Al−Ti系の脆弱な合金層が形成されることはな
く、以て溶接割れや融合不良のない健全な接合部
と為し得るのである。
また、第２図は、本発明に従うMIGアーク溶
接の具体的な一例を示すものであつて、そこにお
いて、溶接電源Ｐとして使用されるものは直流逆
極性（DCRP）のものであつて、これ以外の電源
の選択は避けなければならない。また、この
MIGアーク溶接における溶加材としての電極ワ
イヤ１６は、トーチ７の電極を兼ねるものであつ
て、この電極ワイヤ１６と母材１，２との間に、
直流逆極性電源Ｐにて所定の電圧が印加せしめら
れることにより、アーク５がそれらの間に発生せ
しめられ、またかかるアーク５の周囲を取り囲む
ように、トーチ７より、溶接部を大気からシール
ドするためのArガス８が吹き出させられるよう
になつているのである。
このような第２図の如き構成の溶接手法におい
ても、Al合金母材１とTi母材２との結合部に形
成される溶接金属３は、第１図に示されるよう
に、Al合金母材１と電極ワイヤ１６との混合さ
れた組成を呈し、Ti母材２の成分が溶融、混入
することが殆どないところから、溶接割れや融合
不良のない健全な接合部が得られることとなつた
のである。
因みに、かかる本発明の効果は、以下の実施例
において、更に明白に示されているところであ
る。
まず、第１表には、第１図に示されたTIGアー
ク溶接の具体例において電源として直流正極性
TIGを用い、またシールド・ガスとして、Arガ
スを12／分の割合でトーチ７から吹き出させつ
つ、各種材質の溶接棒４を用いてアーク溶接操作
を行なつた結果が示されている。
The present invention relates to a method for joining aluminum and titanium by arc welding, and in particular, when joining dissimilar metals such as aluminum (Al) and titanium (Ti) by arc welding, it is possible to ensure a sound joint without weld cracks or poor fusion. The present invention relates to a joining method that can be applied. Conventionally, two types of base materials, Al and Ti, have been used, and when joining these dissimilar base materials to each other, it has been considered extremely difficult to apply fusion welding methods such as arc welding. ing. Al material and Ti are bonded by welding and fusion welding.
This is because a weak Al-Ti alloy layer is formed at the welded part with the material, causing defects such as weld cracks and poor fusion, making it impossible to obtain a joint with sufficient weld strength. For this reason, the joining of Al and Ti materials is done exclusively by mechanical joining such as bolt joining, rolling, explosion welding, resistance welding, etc., but all joining methods have many problems. It is inherent. For example, mechanical joining methods such as bolts have problems such as the joints are not leak-tight, have poor thermal and electrical conductivity, and are limited to lap joints.
The joining method, in which the overlapping parts are crimped by overlapping the materials and rolling them, naturally requires rolling equipment, which makes it impossible to implement on site. It is limited to plate materials, etc., and has inherent problems such as limitations on shape and dimensions. In addition, even with the explosive welding method, special equipment is required, so it cannot be carried out on site, it is not easy, and furthermore, it is limited to plate materials and there are restrictions on shape and dimensions. Furthermore, even with resistance welding methods,
Similarly, in addition to limitations on shape and dimensions, special equipment (such as seam welding equipment) is required, and there are inherent problems such as the formation of brittle intermetallic compounds in the welded portion. The present invention has been made in view of the above circumstances, and its main purpose is to provide an effective method for joining dissimilar metals such as Al and Ti materials by arc welding, which has been considered difficult in the past. In particular, another object of the present invention is to provide a joining method that can provide a sound joint free of weld cracks and fusion defects when joining such dissimilar metals. In order to achieve the above object, the present invention uses two types of base materials, Al material and Ti material, and when joining these different types of base materials to each other by arc welding, a shield is used.・Argon is used as the gas, and Al material or its alloy, phosphor copper solder, or silver alloy containing 20% (by weight, the same applies hereinafter) or more of Al material is used as the welding rod or electrode wire, while direct current positive polarity is used. By using a power source or a TIG arc from an AC power source or a MIG arc from a DC reverse polarity power source as a heat source, only the Al material side portion and the welding rod or electrode wire are melted, and the Ti material side portion to be joined to the Al material. The two materials are bonded together without substantially causing melting of the two materials. As described above, in the present invention, a TIG arc or MIG arc using a predetermined power source as a welding power source is used.
Welding is performed using an arc as a heat source, and during this process, argon (Ar) is selected as a shielding gas to protect the welded area from the atmosphere, and a welding rod or electrode wire is used as a filler metal. Its remarkable feature lies in the use of specific filler materials consisting of Al materials or their alloys, phosphorous-copper solders, or silver-aluminum alloys containing 20% (by weight) or more of Al. For the first time, by using a specific combination of welding power source, heat source, shielding gas, and welding rod or electrode wire, only the Al base metal side and the welding rod (electrode wire) are melted, with almost no melting of the Ti base metal side. By joining the two, it was possible to form a healthy joint. Note that FIG. 1 and FIG. 2 each show a specific example of the invention described above. First, FIG. 1 shows a specific example of TIG arc welding according to the present invention, where 1 is an Al alloy base material and 2 is a Ti base material. Then, an arc 5 is generated between the electrode 6 of the torch 7 and the base materials 1, 2 at the butt portion where the two base materials 1, 2 are joined. The arc 5 generated between the electrode 6 and the base metals 1 and 2 is generated between the base metals 1 and 2 and the torch 7 (electrode 6) by applying a predetermined voltage between the two. In addition, the welding rod 4 that is melted by the arc heat of the arc 5 generated in this way is a pure Al type in the A1000 range, an Al-Mg type such as A5356BY, an Al-Si type such as A4043BY,
Al alloy such as Al-Zn-Mg system such as A7N11BY, phosphorous copper solder (BCuP system), or 20% or more Al-80%
A specific material consisting of the following Ag alloys is used: Furthermore, Ar gas 8 as a shielding gas is ejected from the torch 7 around the arc 5 so as to isolate the joint between the Al alloy base material 1 and the Ti base material 2 from the atmosphere. It's becoming like that. Furthermore, as this shielding gas,
When a known He (helium) gas is used instead of Ar gas, a weak Al-Ti alloy layer is often formed at the joint between the Al alloy base material 1 and the Ti base material 2. It is difficult to hope for the formation of a healthy joint. And, by such arc welding method,
Only the Al alloy base metal 1 side and the welding rod 4 are melted,
The Ti base metal 2 side is hardly melted, and the two base metals 1 and 2 are joined together, and the weld metal 3 formed at the joint between the base metals 1 and 2 is Al
The composition is a mixture of the base material 1 and the welding rod 4. Therefore, the Ti base metal 2 is melted into the weld metal 3 formed in this way, and its components are not mixed therein.
A fragile Al-Ti alloy layer is not formed, and a sound joint without weld cracks or poor fusion can be achieved. FIG. 2 shows a specific example of MIG arc welding according to the present invention, in which the welding power source P used is a direct current reverse polarity (DCRP) one. Selecting a power source other than the above must be avoided. Also, this
The electrode wire 16 as a filler metal in MIG arc welding also serves as the electrode of the torch 7, and between this electrode wire 16 and the base metals 1 and 2,
By applying a predetermined voltage from the DC reverse polarity power supply P, an arc 5 is generated between them, and the welding part is shielded from the atmosphere by the torch 7 so as to surround the arc 5. Ar gas 8 for this purpose is blown out. Even in such a welding method with the configuration as shown in FIG. Since the composition is a mixture of the material 1 and the electrode wire 16, and the components of the Ti base material 2 are hardly melted or mixed, a sound joint with no weld cracks or poor fusion can be obtained. It was. Incidentally, the effects of the present invention will be more clearly demonstrated in the following examples. First, Table 1 shows that in the specific example of TIG arc welding shown in Figure 1, DC positive polarity is used as a power source.
The results are shown in which arc welding was performed using TIG and welding rods 4 made of various materials while blowing out Ar gas from the torch 7 at a rate of 12/min as a shielding gas.
【表】
かかる第１表の結果及び第３図ａ並びにｂに示
す金属組織の断面顕微鏡写真から明らかなよう
に、溶接棒なしのメルトランの場合やTiや、銀
ろう系の溶接棒を用いた場合にあつては、溶接部
にAl−Ti系の脆弱な合金層が形成されて、溶接
割れが惹起され、またZnを含む銀ろうからなる
溶接棒を用いた場合には、Znの蒸発による皮膜
が形成されて、融合不良を生じた。特に、第３図
ａ及びｂから明らかなように、下層のTi母材上
に形成された上層の溶接金属層には、割れの発生
が顕著に認められるのである。
これに対して、本発明に従う溶接棒、すなわち
Al合金、リン銅ろう、20％以上Al−80％以下の
Al−Ag合金を用いた場合には、何れも溶接割れ
や融合不良のない健全な接合部を与えている。
また、下記第２表にその結果を示す実施例にお
いては、上例とは異なり、溶接電源及びシール
ド・ガスの種類を変えて行なわれている。なお、
この実施例においては、溶接棒若しくは電極ワイ
ヤとして、Al合金（A5356−BY若しくはA5356
−WY）からなるものが用いられている。[Table] As is clear from the results in Table 1 and the cross-sectional micrographs of the metallographic structures shown in Figures 3a and b, melt run without a welding rod and titanium or silver solder welding rods were used. In some cases, a weak Al-Ti alloy layer is formed at the weld, causing weld cracking, and when a welding rod made of silver solder containing Zn is used, the welding rod may be damaged due to evaporation of Zn. A film was formed, resulting in poor fusion. In particular, as is clear from FIGS. 3a and 3b, cracks are clearly observed in the upper weld metal layer formed on the lower Ti base material. In contrast, the welding rod according to the invention, namely
Al alloy, phosphorus copper solder, 20% or more Al-80% or less
In all cases where Al-Ag alloys are used, sound joints with no weld cracks or poor fusion are provided. Further, in the examples whose results are shown in Table 2 below, unlike the above example, welding was carried out using different types of welding power source and shielding gas. In addition,
In this example, the welding rod or electrode wire is Al alloy (A5356-BY or A5356
−WY) is used.
【表】
かかる第２表の結果、並びに第４図及び第５図
に示した顕微鏡写真の比較から明らかなように、
本発明に従つてシールド・ガスとしてArガスを
用いた場合には、割れ等の認められない健全な接
合部が得られるのに対して、Heガスがシール
ド・ガスとして用いられた場合には、脆弱な合金
層が形成され、強度的に弱く、割れ易いものであ
つた。なお、この溶接割れの原因は、Arガスよ
りもHeガスの方が電離電圧が高く、アーク柱の
電位傾度が高くなる結果、高い溶接入熱が供給さ
れ、Ti母材側が溶融され易くなり、Al−Ti系の
脆弱な合金層の形成が多くなるためであると推察
されている。
さらにまた、下記第３表には、本発明方法と比
較方法との対比において、溶接電源、シールド・
ガス、溶接棒等を変えたアーク溶接の結果が示さ
れいる。この第３表の結果より明らかなように、
本発明に従つてAl材料とTi材料をアーク溶接し
て得られる溶接部の強さは、極めて顕著に改善さ
れているのである。[Table] As is clear from the results in Table 2 and the comparison of the micrographs shown in Figures 4 and 5,
When Ar gas is used as the shielding gas according to the present invention, a healthy joint with no cracks etc. is obtained, whereas when He gas is used as the shielding gas, A brittle alloy layer was formed, which had low strength and was easily broken. The cause of this weld cracking is that He gas has a higher ionization voltage than Ar gas, and as a result of the higher potential gradient of the arc column, a higher welding heat input is supplied, making it easier for the Ti base metal side to melt. It is presumed that this is due to the increased formation of a weak Al-Ti alloy layer. Furthermore, Table 3 below shows the welding power source, shield and
The results of arc welding using different gases, welding rods, etc. are shown. As is clear from the results in Table 3,
The strength of the weld obtained by arc welding Al and Ti materials according to the present invention is very significantly improved.
【表】
このように、本発明は、Al材料とTi材料のア
ーク溶接を、特定の溶接電源を用いたアーク熱源
により行ない、そしてその際シールド・ガスとし
てArガスを用いると共に、溶接棒乃至は電極ワ
イヤとして、Al若しくはその合金、リン銅ろう、
所定のAl−Ag合金よりなる特定の材料を用いる
ことにより、効果的な溶融溶接を行なわしめ、以
て健全な接合部の形成を可能ならしめたものであ
つて、これにより、(1)リーク・タイトな継手が得
られる、(2)熱、電気伝導性が高い継手が得られ
る、(3)簡便なアーク溶接機にて施工出来、特殊な
設備が不用である、(4)現場施工出来る、(5)母材の
形状、寸法に制限がない、(6)フラツクスが不用で
ある等、数々の優れた特徴を発揮せしめ得たもの
であつて、そこに本発明の大きな工業的意義が存
するのである。[Table] As described above, the present invention performs arc welding of Al material and Ti material using an arc heat source using a specific welding power source, and uses Ar gas as a shielding gas, and uses a welding rod or As an electrode wire, Al or its alloy, phosphor copper solder,
By using a specific material made of a predetermined Al-Ag alloy, it is possible to perform effective fusion welding, thereby making it possible to form a sound joint.・Tight joints can be obtained, (2) joints with high thermal and electrical conductivity can be obtained, (3) construction can be performed with a simple arc welder, no special equipment is required, (4) construction can be done on-site. , (5) There are no restrictions on the shape or dimensions of the base material, and (6) No flux is required. It exists.
第１図及び第２図はそれぞれ本発明に従うTIG
アーク溶接及びMIGアーク溶接の具体的な一例
を示す説明図であり、第３図ａ及びｂはそれぞれ
メルト・ラン及びチタン溶接棒を用いて得られた
溶接部断面の金属組織を示す断面顕微鏡写真（×
100）であり、第４図及び第５図はそれぞれシー
ルド・ガスとしてArガス及びHeガスを用いた場
合における溶接部の金属組織を示す断面顕微鏡写
真（×100）である。
１：Al合金母材、２：Ti母材、３：溶接金属、
４：溶接棒、５：アーク、６：電極、７：トー
チ、８：Arガス、１６：電極ワイヤ、Ｐ：溶接
電源。
FIGS. 1 and 2 are TIGs according to the present invention, respectively.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a specific example of arc welding and MIG arc welding, and FIGS. 3a and 3b are cross-sectional micrographs showing the metal structure of a weld cross section obtained using a melt run and a titanium welding rod, respectively. (×
100), and FIGS. 4 and 5 are cross-sectional micrographs (×100) showing the metal structure of the welded part when Ar gas and He gas are used as shielding gases, respectively. 1: Al alloy base material, 2: Ti base material, 3: weld metal,
4: Welding rod, 5: Arc, 6: Electrode, 7: Torch, 8: Ar gas, 16: Electrode wire, P: Welding power source.
Claims (1)
料の２種を用い、これら異種の母材をアーク溶接
手法にて互いに接合せしめる方法にして、シール
ド・ガスとしてアルゴンを用い、且つ溶接棒また
は電極ワイヤとして、アルミニウム若しくはその
合金、リン銅ろう、または20％（重量基準）以上
のアルミニウムを含む銀合金を用いる一方、直流
正極性電源若しくは交流電源によるTIGアークま
たは直流逆極性電源によるMIGアークを熱源と
することにより、かかるアルミニウム材料側部分
及び溶接棒若しくは電極ワイヤのみを溶融せし
め、該アルミニウム材料に接合される前記チタニ
ウム材料側部分の溶融を実質的に惹起させること
なく、それら両材料を接合せしめるようにしたこ
とを特徴とするアーク溶接によるアルミ・チタン
接合方法。1. Two types of base materials, aluminum and titanium, are used, and these different types of base metals are joined together by arc welding. Argon is used as the shielding gas, and aluminum is used as the welding rod or electrode wire. or its alloy, phosphorous-copper solder, or silver alloy containing 20% (by weight) or more aluminum, while using a TIG arc from a direct current positive polarity power source or an alternating current power source, or a MIG arc from a direct current reverse polarity power source as the heat source. By melting only the aluminum material side portion and the welding rod or electrode wire, the two materials can be joined without substantially causing melting of the titanium material side portion to be joined to the aluminum material. An aluminum/titanium joining method using arc welding.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22727283A JPS60118389A (en) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | Joining method of aluminum-titanium by arc welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22727283A JPS60118389A (en) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | Joining method of aluminum-titanium by arc welding |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60118389A JPS60118389A (en) | 1985-06-25 |
| JPH0227073B2 true JPH0227073B2 (en) | 1990-06-14 |
Family
ID=16858218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22727283A Granted JPS60118389A (en) | 1983-12-01 | 1983-12-01 | Joining method of aluminum-titanium by arc welding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60118389A (en) |
Families Citing this family (7)
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57187180A (en) * | 1981-05-07 | 1982-11-17 | Fuinitsushiyu Chem Oi | Method of joining aluminum to titanium through welding and its weldment |
-
1983
- 1983-12-01 JP JP22727283A patent/JPS60118389A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57187180A (en) * | 1981-05-07 | 1982-11-17 | Fuinitsushiyu Chem Oi | Method of joining aluminum to titanium through welding and its weldment |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60118389A (en) | 1985-06-25 |
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