JPH04158992A

JPH04158992A - チタン材と銅材との接合方法

Info

Publication number: JPH04158992A
Application number: JP28655390A
Authority: JP
Inventors: Eiji Takahashi; 英司高橋; Tadaaki Yamada; 山田　忠昭; Masataka Noguchi; 昌孝野口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-10-23
Filing date: 1990-10-23
Publication date: 1992-06-02
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JP2878435B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は耐食性が優れたチタン又はチタン合金（以下、
総称してチタン材という）と、電気伝導性が優れた銅又
は銅合金（以下、総称して銅材という）との複合材を製
造するためのチタン材と銅材との接合方法に関する。

［従来の技術］チタン材は耐食性が優れているため、耐食性を要求され
る構造材等に使用されている。一方、銅材は電気伝導性
が優れているため、電気メツキ又は電気分解による金属
精錬及び電気分解による薬品製造等の分野において、電
気を供給する設備の通電材又は電極材として使用されて
いる。

このように、通電材としては銅材が多用されているが、
腐蝕性が強い環境下では銅が腐蝕してメツキ液を汚す虞
れがある。このため、軽量で耐食性が優れたチタン材を
通電材として使用することが考えられるが、チタン材は
電気伝導性が銅に比して劣るため、大断面積にする必要
がある。このため、チタン材を通電材として使用すると
、通電材が占める容積が大きくなると共に、そのコスト
が高くなるという欠点がある。そこで、内側に電気伝導
性が優れた銅材を配置し、外側に耐食性が優れたチタン
材を配置した複合材を通電材として使用することが提案
されている。

このチタン材と銅材とからなる複合材の製造方法として
は、熱間静水圧押出法がある。この熱間静水圧押出法に
おいては、第２図に示すように、先ず、外皮としての板
状のチタン材１を曲げ加工した後、その突き合わせ端部
をＴＩＧ溶接し、得られた管材の内面を研磨する。一方
、内実材としてのビレット状の銅材２は、その外皮を研
削して清浄化した後、研磨する。そして、円筒状のチタ
ン材１内に、円柱状の銅材２を嵌入し、押出材３を得る
。この押出材３は、第３図（ａ）に示すように、押出工
程の便宜上、頭部４及びデスカード部５を設けたものと
する。このようにして組み立てられたビレットは、加熱
炉にて加熱した後、熱間静水圧押出加工を施す。次いで
、抽伸加工又は圧延加工により、所定の形状に成形した
後、超音波探傷試験を実施して欠陥の有無を調査する。

そして、定尺に切断した後、外観等を検査し、その後、
出荷する。

しかしながら、このような熱間静水圧押出法によるチタ
ン材と銅材との複合材の製造方法においては、頭部４及
びデスカード部５がチタン材と銅材との複合割合か所定
のものになりにくいため、製品にはならない。このため
、高価なチタン材が無駄に廃棄されてしまうという欠点
がある。そこで、第３図（ｂ）に示すように、頭部４ａ
及びデスカード部５ａをチタン材で被覆しないようにし
た構造のビレットを使用することが検討されている。し
かし、この場合は、押出加工するために、外皮のチタン
材工と内実の銅材２とを溶接して固定する必要がある。

ところが、特開平１−２５４３８９号に記載されている
ように、チタン材と銅材との溶融溶接は極めて困難であ
る。

ビレットの組み立てに際しては、押出工程において金属
結合を達成するために、界面の清浄性を確保する必要上
、溶接装置内部を不活性ガスで満たすか、又は真空状態
にする必要がある。而して、電子ビーム溶接法は接合に
際して内部を真空状態にすることができるため、上述の
チタン材と銅材との接合に好適であり、上述のビレット
の組み立てに電子ビーム溶接法の適用が試みられている
。

しかし、この電子ビーム溶接法によりチタン材と銅材と
を溶接しようとしても、接合部に脆い金属間化合物が生
成し、接合部が割れてしまうため、チタン材と銅材とを
溶接により接合することはできない。このため、前述の
公知技術においては、チタン材と銅材との間に、ステン
レス鋼を介在させ、このステンレス鋼をインサート材と
してステンレス鋼と銅材とを溶接接合すると共に、ステ
ンレス鋼とチタン材とを溶接接合してチタン材と銅材上
を溶接固定している。

また、溶融溶接の際の割れの発生を回避するために、特
に、小さい部材の場合には、溶融溶接ではなく、専らろ
う付けによりチタン材と銅材とを接合している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、インサート材を使用する方法は、実験室
においては容易にチタン材と銅材とを、接合することが
できるものの、実際の製造現場においてインサート材を
使用することは極めて煩雑である。このため、複合材の
製造コストが高くなる。

また、ろう付けによりチタン材と銅材とを接合する方法
は、小さい部材では有効であるものの、ビレットのよう
に寸法形状が大きいものを真空ろう付けにより接合しよ
うとすると、極めて長時間が必要であると共に、チタン
材と銅材の組織が粗粒化するという欠点がある。

更に、接合部は熱間静水圧押出工程時の熱に耐えること
ができるものであることが必要であるが、ろう付は接合
部はこの耐熱性が不十分であるという難点がある。この
ため、ろう付は材は熱間静水圧押出材としては不適であ
る。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
チタン材と銅材とを容易に直接接合することができ、熱
間静水圧押出材として好適の複合材を製造することがで
きるチタン材と銅材との接合方法を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係るチタン材と銅材との接合方法は、チタン材
と銅材とをその接合面で重ね合わせ、電子ビームにより
前記接合面を溶融させ、銅材中に占める部分の断面積が
５乃至２６％の比率の溶接金属を形成することを特徴と
する。

［作用］通常、電子ビーム溶接により溶接する場合は、溶接因子
によって種々のビード形状を得ることができる。本願発
明者等は、特に、チタン材と銅材とを電子ビームにより
接合する場合に、割れの発生の有無が、溶融部が銅材中
に占める割合とチタン材中に占める割合との比率に大き
く依存していることを見い出した。

即ち、溶接溶融部が凝固して得られた溶接金属中の銅の
比率が５乃至２５％の場合に割れが発生しない。このた
め、銅比率が上述の範囲にある溶接金属を得ることがで
きるように、溶接条件を調整することにより、溶接金属
中の割れの発生を防止することができる。

但し、溶接金属中の銅の比率とは、第１図に示すように
、銅材６と、チタン材７とを重ね合わせ、その重ね合わ
せ面を電子ビームにより溶融させた場合に、得られた溶
接金属８が銅材６内に占める部分の断面面積をＡ１チタ
ン材７内に占める部分の断面面積をＢとして、下記（１
）式にて表される。

銅比率＝（Ａ／（Ａ＋Ｂ））Ｘ１００・　（１）［実施
例コ以下、本発明の実施例について、その比較例と比較して
説明する。

下記第１表は実施例及び比較例の溶接条件及び溶接金属
が銅材中に占める前記銅比率と、得られた溶接金属の性
状（ビード外観及び溶接割れ）との関係を示す。

第１表には、溶接電源の電圧、溶接電流、溶接速度、Ａ
ｂ値、電子ビームの振動（周波数及び振幅）、チタン材
と銅材の板厚、狙い位置及び目違い等の溶接条件、並び
に溶接金属が銅材中に占める比率の外、得られた溶接金
属のビード外観及び溶接割れの有無を記載した。但し、
各板厚のチタン材と銅材とをＩ継手で溶接した。また、
振幅は電子ビームの進行方向に直交する方向である。

この第１表から明らかなように、比較例Ｈ１〜Ｈ３は、
溶接金属における銅の比率が２５％以上であるため、チ
タンと銅の金属間化合物が胴側に多量に生成し、これが
割れの起因となって溶接部全体に割れが伝播した。これ
に対し、溶接条件はこの比較例Ｈ１〜Ｈ３と同一である
が、銅比率が１０％と本発明の範囲に入る実施例Ｊ１の
場合は、ビード外観が優れていると共に、溶接割れも発
生せず、チタン材と銅材とを確実に接合することができ
た。しかし、比較例Ｈ５の場合は、銅比率が３％と本発
明にて規定した範囲よりも小さいため、溶接金属の剥離
が発生した。

また、第１表の比較例Ｈ６，実施例Ｊ７〜Ｊ９及び比較
例ＨＩＯは板厚が小さい場合の例であるが、この場合も
、比較例Ｈ６のように、銅比率が２５％を超えた場合は
溶接割れが発生した。これに対し、銅比率が２５％以下
である実施例Ｊ７〜Ｊ９は溶接割れが発生せず、良好な
接合部が得られた。このときチタン側の金属間化合物が
減少していると同時に、胴側においては金属間化合物が
殆ど認められないことを確認した。また、比較例ＨＩＯ
のように、銅比率が２％と小さい場合、即ち溶接部の銅
比率が５％以下になると、溶接割れは防止されるものの
、胴側における接合部分が著しく減少して溶接金属が簡
単に剥離を起こすようになる。このため、このように銅
比率が小さい場合は、溶接金属の接合部としての実用的
価値がなくなることが判った。

次に、第１表の実施例Ｊｌｌ乃至Ｊ１３及び比較例Ｈ１
４に示すように、電子ビームにオツシレーション（振動
）を与えた場合の効果について説明する。実施例Ｊｌｌ
〜Ｊ１３のように、適正なオツシレーションを与えると
共に、銅比率を本発明にて規定した範囲にすることによ
って、溶接割れの発生を防止しつつ、ビード外観を良好
にすることができる。これに対し、比較例Ｈ１４のよう
に、銅比率が３０Ｖｏと、高いと共に、振動の振幅が大
きくなり過ぎると、溶接割れが発生するようになる。

目違いの影響に関しては、実施例Ｊ１５〜Ｊ１７及び比
較例Ｈ１８に示すように、チタン材側に変位すると、銅
の比率が小さくなり、逆に胴側に変位すると、銅の比率
が高くなる。この場合も、銅比率が高くなると、溶接割
れが発生し易い傾向になり、いずれにしても、銅比率で
溶接割れの有無を整理することができる。

［発明の効果コ本発明によれば、溶接金属が銅材中に占める比率を規制
することにより、溶接金属に割れが発生することを確実
に防止することができる。これにより、熱間静水圧押出
用ビレット（押出材）の頭部及びデスカード部ののよう
にスクラップとなる部分を、従来のチタン材と銅材との
複合材から、銅単体にすることができ、通電材又は電極
材として使用されるチタン材と銅材とからなる複合材の
製造コストを低減することができる。また、このスクラ
ップ部分はチタンを含有しないため、スクラップの再利
用が容易になる。更に、従来法ではチタンクラツド銅を
管状体に成形することは困難であるが、本発明によるチ
タン材と銅材との接合技術を適用すると、チタンクラツ
ド銅の管状体を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の規定条件を説明する模式図、第２図は
熱間静水圧押出法の各工程を示す模式図、第３図（ａ）
、（ｂ）は熱間静水圧押出用ビレットの形状を示す断面
図である。１．７；チタン材、２，６；銅材、３；押出材、４＋　
　４　ａ　；頭部、５．５　ａ　＋カスカード部、８；
溶接金属

Claims

【特許請求の範囲】

（１）チタン材と銅材とをその接合面で重ね合わせ、電
子ビームにより前記接合面を溶融させ、銅材中に占める
部分の断面積が５乃至２５％の比率の溶接金属を形成す
ることを特徴とするチタン材と銅材との接合方法。