JPH0357575A - 導体の電子ビーム溶接方法 - 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〕 この発明は、導体の電子ビーム溶接方法に関し、さらに
、詳しくいうと、電気機器に供するアルミ材でなる通電
用導体の電子ビーム溶接方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は、例えばガス縮小形電力開閉装置に使用される
通電導体を示し、外径５５〜３２０　ｍｍ、長さ２００
〜１２０００ｍｍのアルミパイプ（１）の両端に、電流
の接触抵抗を下げることを目的として、銀メッ１ キを施した導体の端子部品（２），　（３）が接合され
ている（４）は製作するときの溶接箇所の断面を示した
ものである。第８図は第７図における溶接部断面（４）
を拡大表示とたちので、従来の溶接方法の２種のうちの
１種を示す。（５）は溶加された溶融金属を示す。（６
）は、両部品の接合精度を良くするための嵌合部、（７
）は溶加材であるアルミワイヤを溶融・凝固させる■形
状のミゾでなる継手形状を示す。

次に、第９図、第１０図により従来の溶接方法の他のｌ
種を説明する。第９図は、電子ビーム溶接を行う場合の
アルミパイプ（１）と端子部品（３）の溶接前継手形状
を示し、（ｌＯ）は接合面である。

第１０図において、（８〉は電子ビームを示し、この電
子ビーム（８）のビームエネルギーにより溶融された金
属〈５〉が生じる。（９）は電子ビーム（８）の収束端
である。

次に、従来の導体溶接方法についてさらに詳しく説明す
る。例えば、第７図に示す導体を製作するには、アルミ
パイプ（１）に第８図に示す左側２ 形状の継手加工を行い、端子部品（２）と（３）は、第
８図に示す右側形状の継手加工を行う。次に、アルミパ
イプ＜１）と端子部品（２）と〈３〉を合致させて、Ｖ
形のミゾ（７）に外部がらアルミワイヤを挿入し、溶融
・凝固させて、肉盛形状（５）を得る。

これはＭ［溶接法といわれている。

また、電子ビーム溶接法は、第９図に示す継手加工を行
い、アルミパイプ（１）と端子部品（３）を接合面（１
０）で合致させ、第１０図に示す電子ビーム（８）を接
合面（１０〉に当てる。その結果、ビームエネルギーに
より第１０図に示す部分（５）が溶融凝固され、アルミ
バイプ（１）と端子部品（３）が溶接される。

以上の両溶接法とも、導体の両端を支持して、継手部に
旧ＧまたはＴＩＧ溶接ではアークを当て、電子ビーム溶
接では電子ビームを当てながら、導体をバイブ中心軸に
対し、回転させながら溶接を行う方式である。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来の導体の溶接方法は、第８図で説明し
た方法では、溶接歪が大きく、溶接時の熱影響で銀メッ
キが剥離するため、溶接後にｆｉｇ加工、銀メッキ処理
を必要とし、製造プロセスが複雑で製造工期が長いとい
う問題点があった。上記の問題点を解消するため第１０
図に示す電子ビーム溶接を適用するにしても、アルミ材
の溶接は、溶融金属（５〉が凝固するときに割れの発生
およびビーム収束端（９）の位置に気孔が発生ずるなど
の問題点があった。元来、電子ビーム溶接は、溶込み比
（溶融深さ／溶融幅）が大きく、深溶込み溶接が可能で
ある。しかし、アルミ材の溶接の場合に電子ビーム溶接
を適用すると、エネルギーバワー密度が高過ぎてビーム
の先端において溶融幅が狭く、溶融部の底部が針状の溶
込みを示す。そのような溶込み形状の場合、金属の沸騰
、蒸発、湯の流入、凝固のサイクルにおいて、湯の流動
が一様に行われず、溶融部の底部において気孔、割れ等
が発生する。また、溶融部の粒界が凝固するときに収縮
力によって開口する凝固割れと、高温に加熱された粒界
が局部的に融解し、ｍ張力によっ３ て開口する融解割れが発生するなどのＩ？？ｆｆ題点が
あり、健全な溶接接合が得られなかった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、従来のＭＩＣ溶接、ＴＩＧ溶接から電子ビー
ム溶接への変更を可能にし、溶接前の部品段階で銀メッ
キと精密加工を行い、その後、溶接ができるプロセスを
得ることと、溶融部に不純物の介入を防ぎ高品質、かつ
、高精度の溶接を得ることができる導体の電子ビーム溶
接方法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る導体の電子ビーム溶接方法は、溶接時、
電子ビームの収束端に、電子ビームの発射方向を中心と
して一定の繰返し運動を与え、収束端における溶融体積
を増加させ、さらにリング状の溶加材をともに溶融させ
る。

〔作　用〕

この発明においては、電子ビーム収束端の運動は、ビー
ム収束端におけるエネルギーパワー密度を低くし、溶融
底部形状を丸くし、金属の沸騰、５ ４ 蒸発、湯の流入、凝固のサイクルにおいて、湯の流動を
容易にする。また、リング状でＳｉ量の多い溶加材を溶
融させることにより、溶融部のＳｉ量を増加させる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図〜第４図を参照して
説明する。図において符号（１．）．　（２）．（６）
は第８図におけると同様の部分である。電子ビーム（８
）は先端の収束端（９）において収束されている。（１
３）はリング状の溶加材で、（１４）はアルミパイプ（
１）と端子部晶（３）との突き合わせ面を示す。

図中の破線（５）は、溶融部の境界を示す。電子ビーム
（８）の収束端（９）は、第３図に示すように、電子ビ
ームの発射軸（１２）を半径ｒの距離で、軌跡（１５）
で示す円運動をさせる。第２図は、リング状の溶加材（
１３）をはさみ込んだ状態を示す。第４図はリング状の
溶加材（１３）の形状を示したものである。

次に溶接方法を詳しく説明する。電子ビーム収束端（９
）を発射軸（１２）を回転軸にして円運動（１５）６ させると、溶融部の底部（１１〉において溶融部の断面
形状が丸く改良され、がっ、溶融体積が増加する。その
結果、溶接時に溶融底部（１１〉に発生するガスが抜け
出し易い形状となり、ガスの残留が無くなり、気孔およ
びガス吹出しによる溶融部内の割れ、溶込み不良の発生
を防止できる。次に、溶加材（１３）の作用について説
明する。この溶加材（１３）は、母材のＳｉ量０．４０
〜０８０％、Ｍ．量０．８〜１．２０％に対し、Ｓｉ量
が７．５２％、Ｎｇ量が０．０１％含有しており、母材
に比べＳｉ量が高く、附量が低い特長がある。アルミ合
金の含有元素において、Ｍ．：Ｓｉが２：１の組成で割
れが生じ易いことは一般に知られている。この組成条件
を改善するため、Ｓｉ量を高く、独量を低くして割れに
対する感受性を低くすることを目的として、上記成分の
溶加材（１３）を嵌合部（６）に入れてアルミパイプ（
１）と端子部品（３）で両側から、はさみ込む。この状
態で電子ビーム（８）を第１図のように突合わせ部に照
射すると、溶加材（１３）と母材〈１〉　と（３）が同
時に溶融され、溶融部（５）の組成内のＳｉ量が１２〜
１．９％と高くなり、Ｍｇ量は、０．３４〜０，５１％
と低くなり、Ｍｇ：Ｓｉの量比は平均１：．１．８とな
り、溶融部（５）の組成が改善され、割れ難くなる。こ
れはＳｉ量を増加させると、凝固中において結晶粒界が
収縮応力等により、開口した場合、融点の低いＳｉが結
晶粒界間に融液として入り込み割れ難くすると云われて
いるが、まだ定説はない。上記のように溶融部内の組成
改善を図るために、第４図のようなリング状の溶加材〈
１３〉をはさみ込み、溶融させることにより割れ発生を
防止するものである。

なお、上記実施例では、電子ビーム収束端（９）を円運
動（１５）すると示したが、第５図に示すように、ａを
長径、ｂを短径とした楕円運動（１６）をさせても良く
、また、第６図に示すように、Ｃの幅を矢印（１７）の
ように往復直線運動さぜてもよい。

さらに、溶加材（１３〉は、Ｓｉ量７．５％、Ｍｇ量０
．０１％のものを示したが、この規格値以外の溶加材を
使用しても、類似の効果を奏する。

また、溶加材（１３〉は、アルミパイプ（１）の外周面
と嵌合部（６）の外周面に一致している形状のもｌ のを示したが、各々の外周面より大きくても良い。

さらに、アルミパイプ（１）と端子部品（３）　との継
手形状は、アルミパイプ（１）の軸形状と端子部品（３
）の穴形状の嵌合間係を反転させても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、電子ビームの収束端
に一定の繰返し運動を与えるとともに、リング状の溶加
材を溶融させるようにしたので、電子ビーム溶接の適用
を可能にし、電力機器が安価にでき、また、品質の高い
ものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明の一実施例を説明するための
もので、第ｌ図は溶接時の要部断面図、第２図は溶接前
の要部断面図、第３図は電子ビームの模式図、第４図は
溶加材の斜視図である。第５図、第６図はそれぞれ他の
実施例における電子ビームの模式図である。 第７図は従来の導体の一部断面斜視図、第８図は従来の
溶接方法を説明するための要部断面図、９ ｂ 第９図は従来の他の溶接方法を説明するための溶接前の
要部断面図、第１０図は同じく溶接時の要部断面図であ
る。 〈１）・・アルミバイブ（導体）　、（２），　（３）
端子部品、（５〉　　・・溶融部、（６）・・嵌合部、
（８）・・電子ビーム、（９）・・電子ビーム収束端、
（１１）　　・溶融部の底部、（１２）・・発射軸、（
１５〉・円運動の軌跡。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウムを部品材料として用いる電力機器に供する
   通電用導体の電子ビーム溶接方法において、電子ビーム
   の収束端に一定の繰返し運動を与え、かつ、リング状の
   溶加材を溶融することを特徴とする導体の電子ビーム溶
   接方法。