JPH0229435B2 - - Google Patents
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- JPH0229435B2 JPH0229435B2 JP60064951A JP6495185A JPH0229435B2 JP H0229435 B2 JPH0229435 B2 JP H0229435B2 JP 60064951 A JP60064951 A JP 60064951A JP 6495185 A JP6495185 A JP 6495185A JP H0229435 B2 JPH0229435 B2 JP H0229435B2
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- welding
- workpiece
- polyimide
- electron beam
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
- B23K15/0046—Welding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Description
技術分野
本発明は、溶接に係り、更に詳細には電子ビー
ムエネルギを利用した溶接法に係る。 背景技術 金属製の加工片の表面及び非金属製の加工片を
加工するために電子ビームエネルギを使用するこ
とは比較的近年になつて開発されたものである。
例えば米国特許第4156807号及び同第4239954号を
参照されたい。しかし溶接に電子ビームエネルギ
を使用する場合には、溶接スパツタが加工片の非
溶接領域に付着することを防止することが困難で
ある。このことにより完成した加工片物品の実用
性に基づき判断すると、審美性の観点及び構造上
の観点（例えば空気力学的観点）の両方より一つ
の問題が提起される。更に溶接される構造体、特
に電子ビーム溶接が行われる構造体の中には複形
な形状のものがあり、従つて場合によつては不可
能ではないにしても溶接スパツタを除去すること
が非常に困難である。 従つて本発明の目的は、溶接に電子ビームエネ
ルギが使用される場合に於て溶接スパツタが加工
片の表面に付着することを防止する方法を提供す
ることである。 発明の開示 本発明によれば、電子ビームエネルギを利用し
た溶接が行われる場合に於て溶接スパツタが加工
片の表面に付着することを防止する方法が開示さ
れる。溶接されるべき加工片の表面は、その表要
上に耐酸性を有する接着性のポリイミドの均一な
層を形成するに十分な量の表面活性剤を含有する
ポリイミドの均一な層にて被覆される。この方法
は複雑な構造体や溶接スパツタの除去が非常に困
難であり又は不可能である領域に到達することが
困難な構造体に対し適用されるに特に適してい
る。 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。 発明を実施するための最良の形態 本発明の方法は、金属製、特にガスタービンエ
ンジンの部材、例えばデイスクの如きジエツトエ
ンジンの回転部材に使用される従来のチタニウム
及びニツケルをベースとする合金より成る加工片
の表面に対し適用されるものである。上述の如き
領域に於ては溶接スパツタは特に重大な問題であ
る。何故ならば、溶接スパツタは回転部材に不釣
合いの状態を惹起し、これにより高い応力が発生
されるようになるからである。更に溶接スパツタ
は加工片の表面より脱落してエンジンの重大な損
傷を惹起すことがある。 これより本発明の方法を電子ビーム溶接につい
て説明するが、本発明の方法はレーザビーム溶接
の如く溶接スパツタが発生される任意の溶接法に
於て使用されてよいものである。また溶接を行う
ための手段は従来の任意の電子ビーム溶接装置や
レーザビーム溶接装置であつてよい。 本発明の方法に於ては、所要の熱的安定性及び
耐酸性を有する任意のポリイミド樹脂が使用され
てよいが、Skybond（登録商標）703（Monsanto
Co.）のポリイミド樹脂が特に好適であることが
解つている。 ピンホール、即ちフイツシユアイを生ずること
なく均一な被覆になる任意の表面活性剤が使用さ
れてよいが、シリコン表面活性剤、特にDow
Corning（登録商標）196の表面活性剤が好まし
い。この表面活性剤は粘性の小さいシリコン−グ
リコール共重合体である。表面活性剤は金属製加
工片の材料に基づいて選定されなければならな
い。例えば3M FC 430の如きフルオロカーボン
表面活性剤もニツケル基合金が使用される場合に
は有用であるが、フルオロカーボンを含有する表
面活性剤は加工片と反応する虞れがあり、従つて
許容され得ないものである。これに対しシリコン
表面活性剤はかかる問題を生じることがないもの
である。表面活性剤は約0.5体積％以下（溶媒を
含む被覆組成物の１ガロン当り20ml（5.3ml／）
以下）の量にて使用されなければならず、典型的
には約0.079〜0.26体積％（３〜10ml／gal（0.79〜
2.6ml／））の量にて使用され、好ましく0.11〜
0.16体積％（４〜６ml／gal（1.06〜1.6ml／））
の量にて使用される。使用される表面活性剤はそ
れが如何なる種類のものであろうとも、重合体の
均一な覆いを形成するに十分でありしかも重合体
の加工片に対する接着性に悪影響を及ぼすことが
ない量にて添加されなければならない。また着色
剤の如き他の薬剤も重合体に添加されてよいが、
これらの薬剤は加工片の材料に悪影響を及ぼした
り加工片の材料と反応するものであつてはならな
い。 被覆材料は均一に適用されることが重要であ
る。このことは、一般に加工片の材料が溶接前に
通常の酸洗い（例えばHNO3・HF）により洗浄
されるので特に真実である。重合体の被覆が均一
な層として加工片上に存在しない場合や重合体被
覆の加工に対する接着が不十分である場合には、
酸洗いにより重合体被覆が除去されたりその下方
へ酸が侵入したりし、これにより被覆が破壊され
たり加工片が潜在的に損傷されることがある。上
述の如き均一な被覆を得るためには、上述の如き
要領にて表面活性剤を使用することに加えて、重
合体は有機溶媒溶液より適用される。重合体を溶
解し基体（加工片）上にて重合体及び表面活性剤
より良好に抜出す任意の溶媒が使用されてよい
が、トルエン及びピロリジンの有機溶媒溶液が特
に好ましい。上述の溶媒はトルエン及びピロリジ
ンの50％ずつの混合物であるが、組成は上述の値
より変化されてよい。またこの溶媒中に於けるポ
リイミド及び表面活性剤の濃度は変化されてよい
が、一般には溶媒中に於ける濃度が約25〜75体積
％のポリイミド＋表面活性剤が使用され、50体積
％のポリイミド＋表面活性剤が好ましい。更に重
合体の層を加工片に適用する方法としてブラシに
よる塗布やワイピングの如き任意の適用法が採用
されてよいが、スプレー法によれば特に均一な被
覆を形成し得ることが解つている。酸洗いの後に
残存する被覆の厚さは任意の値であつてよいが、
典型的には複数回のパスにより0.2〜0.8mil（5.1〜
20μ）の被覆が適用される。被覆が形成された後
には、その被覆は溶媒を除去すべく加熱され、こ
れによりポリイミド樹脂が硬化される。典型的な
硬化プロセスは200〓（93℃）に約30分加熱し、
約400〓（204℃）に約30分加熱し、約600〓（316
℃）に約５分間加熱することである。 被覆はそれが化学的洗浄により除去され得るよ
う形成されなければならない。典型的には通常の
湿潤剤を含有し又は含有しない水酸化ナトリウム
の加熱された溶液が使用される。例えば約150〓
（66℃）に加熱されリン酸エステル（Wyand
otte Klearfac AA040）湿潤剤を含有する28〜
30重量％の水酸化ナトリウム溶液が特に適してい
ることが解つている。 例 チタニウム合金を母材とするドラムロータを溶
接するための模擬化された電子ビーム溶接プロセ
スが、本発明の溶接スパツタに対するポリイミド
保護被覆の有効性を評価すべく行われた。パツタ
の付着を観察すべく、視覚による検査、双眼顕微
鏡による検査、顕微鏡写真による検査が行われ
た。この場合被覆組成物は以下の如く形成され
た。
ムエネルギを利用した溶接法に係る。 背景技術 金属製の加工片の表面及び非金属製の加工片を
加工するために電子ビームエネルギを使用するこ
とは比較的近年になつて開発されたものである。
例えば米国特許第4156807号及び同第4239954号を
参照されたい。しかし溶接に電子ビームエネルギ
を使用する場合には、溶接スパツタが加工片の非
溶接領域に付着することを防止することが困難で
ある。このことにより完成した加工片物品の実用
性に基づき判断すると、審美性の観点及び構造上
の観点（例えば空気力学的観点）の両方より一つ
の問題が提起される。更に溶接される構造体、特
に電子ビーム溶接が行われる構造体の中には複形
な形状のものがあり、従つて場合によつては不可
能ではないにしても溶接スパツタを除去すること
が非常に困難である。 従つて本発明の目的は、溶接に電子ビームエネ
ルギが使用される場合に於て溶接スパツタが加工
片の表面に付着することを防止する方法を提供す
ることである。 発明の開示 本発明によれば、電子ビームエネルギを利用し
た溶接が行われる場合に於て溶接スパツタが加工
片の表面に付着することを防止する方法が開示さ
れる。溶接されるべき加工片の表面は、その表要
上に耐酸性を有する接着性のポリイミドの均一な
層を形成するに十分な量の表面活性剤を含有する
ポリイミドの均一な層にて被覆される。この方法
は複雑な構造体や溶接スパツタの除去が非常に困
難であり又は不可能である領域に到達することが
困難な構造体に対し適用されるに特に適してい
る。 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。 発明を実施するための最良の形態 本発明の方法は、金属製、特にガスタービンエ
ンジンの部材、例えばデイスクの如きジエツトエ
ンジンの回転部材に使用される従来のチタニウム
及びニツケルをベースとする合金より成る加工片
の表面に対し適用されるものである。上述の如き
領域に於ては溶接スパツタは特に重大な問題であ
る。何故ならば、溶接スパツタは回転部材に不釣
合いの状態を惹起し、これにより高い応力が発生
されるようになるからである。更に溶接スパツタ
は加工片の表面より脱落してエンジンの重大な損
傷を惹起すことがある。 これより本発明の方法を電子ビーム溶接につい
て説明するが、本発明の方法はレーザビーム溶接
の如く溶接スパツタが発生される任意の溶接法に
於て使用されてよいものである。また溶接を行う
ための手段は従来の任意の電子ビーム溶接装置や
レーザビーム溶接装置であつてよい。 本発明の方法に於ては、所要の熱的安定性及び
耐酸性を有する任意のポリイミド樹脂が使用され
てよいが、Skybond（登録商標）703（Monsanto
Co.）のポリイミド樹脂が特に好適であることが
解つている。 ピンホール、即ちフイツシユアイを生ずること
なく均一な被覆になる任意の表面活性剤が使用さ
れてよいが、シリコン表面活性剤、特にDow
Corning（登録商標）196の表面活性剤が好まし
い。この表面活性剤は粘性の小さいシリコン−グ
リコール共重合体である。表面活性剤は金属製加
工片の材料に基づいて選定されなければならな
い。例えば3M FC 430の如きフルオロカーボン
表面活性剤もニツケル基合金が使用される場合に
は有用であるが、フルオロカーボンを含有する表
面活性剤は加工片と反応する虞れがあり、従つて
許容され得ないものである。これに対しシリコン
表面活性剤はかかる問題を生じることがないもの
である。表面活性剤は約0.5体積％以下（溶媒を
含む被覆組成物の１ガロン当り20ml（5.3ml／）
以下）の量にて使用されなければならず、典型的
には約0.079〜0.26体積％（３〜10ml／gal（0.79〜
2.6ml／））の量にて使用され、好ましく0.11〜
0.16体積％（４〜６ml／gal（1.06〜1.6ml／））
の量にて使用される。使用される表面活性剤はそ
れが如何なる種類のものであろうとも、重合体の
均一な覆いを形成するに十分でありしかも重合体
の加工片に対する接着性に悪影響を及ぼすことが
ない量にて添加されなければならない。また着色
剤の如き他の薬剤も重合体に添加されてよいが、
これらの薬剤は加工片の材料に悪影響を及ぼした
り加工片の材料と反応するものであつてはならな
い。 被覆材料は均一に適用されることが重要であ
る。このことは、一般に加工片の材料が溶接前に
通常の酸洗い（例えばHNO3・HF）により洗浄
されるので特に真実である。重合体の被覆が均一
な層として加工片上に存在しない場合や重合体被
覆の加工に対する接着が不十分である場合には、
酸洗いにより重合体被覆が除去されたりその下方
へ酸が侵入したりし、これにより被覆が破壊され
たり加工片が潜在的に損傷されることがある。上
述の如き均一な被覆を得るためには、上述の如き
要領にて表面活性剤を使用することに加えて、重
合体は有機溶媒溶液より適用される。重合体を溶
解し基体（加工片）上にて重合体及び表面活性剤
より良好に抜出す任意の溶媒が使用されてよい
が、トルエン及びピロリジンの有機溶媒溶液が特
に好ましい。上述の溶媒はトルエン及びピロリジ
ンの50％ずつの混合物であるが、組成は上述の値
より変化されてよい。またこの溶媒中に於けるポ
リイミド及び表面活性剤の濃度は変化されてよい
が、一般には溶媒中に於ける濃度が約25〜75体積
％のポリイミド＋表面活性剤が使用され、50体積
％のポリイミド＋表面活性剤が好ましい。更に重
合体の層を加工片に適用する方法としてブラシに
よる塗布やワイピングの如き任意の適用法が採用
されてよいが、スプレー法によれば特に均一な被
覆を形成し得ることが解つている。酸洗いの後に
残存する被覆の厚さは任意の値であつてよいが、
典型的には複数回のパスにより0.2〜0.8mil（5.1〜
20μ）の被覆が適用される。被覆が形成された後
には、その被覆は溶媒を除去すべく加熱され、こ
れによりポリイミド樹脂が硬化される。典型的な
硬化プロセスは200〓（93℃）に約30分加熱し、
約400〓（204℃）に約30分加熱し、約600〓（316
℃）に約５分間加熱することである。 被覆はそれが化学的洗浄により除去され得るよ
う形成されなければならない。典型的には通常の
湿潤剤を含有し又は含有しない水酸化ナトリウム
の加熱された溶液が使用される。例えば約150〓
（66℃）に加熱されリン酸エステル（Wyand
otte Klearfac AA040）湿潤剤を含有する28〜
30重量％の水酸化ナトリウム溶液が特に適してい
ることが解つている。 例 チタニウム合金を母材とするドラムロータを溶
接するための模擬化された電子ビーム溶接プロセ
スが、本発明の溶接スパツタに対するポリイミド
保護被覆の有効性を評価すべく行われた。パツタ
の付着を観察すべく、視覚による検査、双眼顕微
鏡による検査、顕微鏡写真による検査が行われ
た。この場合被覆組成物は以下の如く形成され
た。
【表】
３個のパネルが被覆された。すべてのパネルは
被覆された領域と被覆されていない領域とが縞状
のなるよう被覆された。特に第一のパネルは0.2
〜0.3mil（5.1〜7.6μ）の２回スプレー被覆厚にて
被覆され、第二のパネルは0.3〜0.5mil（7.6〜
12.7μ）の４回スプレー被覆厚にて被覆され、第
三のパネルは0.5〜0.6mil（12.7〜15.2μ）の６回ス
プレー被覆厚にて被覆された。各被覆は200〓
（93℃）に30分間加熱し、400〓（204℃）に30分
間加熱し、600〓（316℃）に５分間加熱すること
によつて硬化された。各パネルはアルカリ洗浄さ
れ、硝酸及びフツカ水素酸の混合溶液中にて酸洗
いされた。かくして処理された各パネルは
10-4torrの減圧中に於て電圧150kV、電流60ｍＡ
にて溶接され、電子ビームの走査速度は
120inch／min（305cm／min）であつた。溶接は被
覆されたパネル上に溶接スパツタが発生するよう
行われた。溶接後に被覆が水酸化ナトリウム溶液
を用いて除去された。各パネルを検査したとこ
ろ、パネルの被覆されていない部分には溶接部に
近接してスパツタが付着していたのに対し、パネ
ルの被覆された部分には保護被覆が除去された後
には全くスパツタが付着していないことが認めら
れた。被覆されていない領域には１平方インチ当
り約100個のスパツタ（１cm2当り約15個のスパツ
タ）が認められた。 被覆の硬化はその被覆が例えばスパツタの熱に
耐え得るよう高温安定性を有するようになる適度
にまで被覆を硬化させるよう制御されなければな
らないが、被覆はポリイミド樹脂を炭化させ始め
るほど硬化されてはならない。また前述の如く、
被覆は化学的浸漬により容易に除去し得るもので
なければならず、また残留物が残留するものであ
つてはならない。 以上に於ては、本発明を特定の実施例について
詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の
実施例が可能であることは当業者にとつて明らか
であろう。
被覆された領域と被覆されていない領域とが縞状
のなるよう被覆された。特に第一のパネルは0.2
〜0.3mil（5.1〜7.6μ）の２回スプレー被覆厚にて
被覆され、第二のパネルは0.3〜0.5mil（7.6〜
12.7μ）の４回スプレー被覆厚にて被覆され、第
三のパネルは0.5〜0.6mil（12.7〜15.2μ）の６回ス
プレー被覆厚にて被覆された。各被覆は200〓
（93℃）に30分間加熱し、400〓（204℃）に30分
間加熱し、600〓（316℃）に５分間加熱すること
によつて硬化された。各パネルはアルカリ洗浄さ
れ、硝酸及びフツカ水素酸の混合溶液中にて酸洗
いされた。かくして処理された各パネルは
10-4torrの減圧中に於て電圧150kV、電流60ｍＡ
にて溶接され、電子ビームの走査速度は
120inch／min（305cm／min）であつた。溶接は被
覆されたパネル上に溶接スパツタが発生するよう
行われた。溶接後に被覆が水酸化ナトリウム溶液
を用いて除去された。各パネルを検査したとこ
ろ、パネルの被覆されていない部分には溶接部に
近接してスパツタが付着していたのに対し、パネ
ルの被覆された部分には保護被覆が除去された後
には全くスパツタが付着していないことが認めら
れた。被覆されていない領域には１平方インチ当
り約100個のスパツタ（１cm2当り約15個のスパツ
タ）が認められた。 被覆の硬化はその被覆が例えばスパツタの熱に
耐え得るよう高温安定性を有するようになる適度
にまで被覆を硬化させるよう制御されなければな
らないが、被覆はポリイミド樹脂を炭化させ始め
るほど硬化されてはならない。また前述の如く、
被覆は化学的浸漬により容易に除去し得るもので
なければならず、また残留物が残留するものであ
つてはならない。 以上に於ては、本発明を特定の実施例について
詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の
実施例が可能であることは当業者にとつて明らか
であろう。
Claims (1)
- １ 加工片の表面に電子ビームエネルギを局部的
に衝突させることにより溶接する方法にして、溶
接前に実質的に0.5体積％以下の表面活性剤を含
有するポリイミドより成り耐酸性を有し熱的に安
定であり化学的に除去可能な接着層にて加工片の
表面をその非溶接領域について被覆し、溶接後に
前記ポリイミドより成る接着層を除去することを
含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/600,639 US4532403A (en) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | Weld spatter protective coating |
| US600639 | 1990-10-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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