JPH04224087A - 摩擦溶接方法 - Google Patents

摩擦溶接方法

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JPH04224087A
JPH04224087A JP3059521A JP5952191A JPH04224087A JP H04224087 A JPH04224087 A JP H04224087A JP 3059521 A JP3059521 A JP 3059521A JP 5952191 A JP5952191 A JP 5952191A JP H04224087 A JPH04224087 A JP H04224087A
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ジヤン−ピエール・フエルト
Francois Pierquin
フランソワ・ピエルカン
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Safran Aircraft Engines SAS
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Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
SNECMA SAS
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    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B23K13/00—Welding by high-frequency current heating
    • B23K13/01—Welding by high-frequency current heating by induction heating
    • B23K13/015—Butt welding

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、摩擦溶接方法及び該方
法の実施に使用される摩擦溶接機に係わる。
【０００２】
【従来の技術】公知の摩擦溶接方法及びこれらの操作を
行うための機械は仏国特許出願ＦＲ−Ａ−２　　６４１
　　２２２号に開示されている。この先行特許明細書は
主に、溶接した部材の最終長さを正確に且つ再現性をも
って得る方法を提案している。
【０００３】しかしながらこれら公知の方法は、特にニ
ッケルをベースとする組織硬化超合金からなる航空機用
エンジンに適用した場合には質の問題を伴う。実際、或
る種の部材では亀裂伝搬現象に起因して機械的耐性の欠
如が観察された。このような現象の原因は、特に溶接部
の熱サイクルレベルでの制御が不十分な慣性摩擦溶接に
より、溶接部に特定の冶金学的変化（劣化）が生じるこ
とにある。
【０００４】仏国特許出願ＦＲ−Ａ−２　　２９９　　
９４０号には、金属間拡散現象と材料の超塑性状態への
変化とを利用する加圧溶接方法が開示されている。この
方法では、金属部材の溶接すべき部分を加熱及び冷却に
交互にかける操作が繰り返えされる。
【０００５】既知の方法より優れた結果をもたらし且つ
前述のごとき条件を満たす本発明の摩擦溶接方法は、機
械による溶接の一般的パラメータを調整する他に、誘導
式加熱手段の併用によって補足的な加熱を行うことによ
り、２つの部材部分の溶接部における熱サイクルを制御
することを特徴とする。
【０００６】有利には前記補足的加熱を、特定の用途毎
に行われる調整に応じて、溶接すべき２つの部材部分を
接触させる前の予加熱で使用するか、又は溶接サイクル
の全体もしくは一部分にわたって行うようにし得る。
【０００７】前述のごとき摩擦溶接方法を実施するため
の本発明の摩擦溶接機は、部材を包囲するように配置す
るか、又は予加熱の場合に溶接すべき部材の表面の間に
配置することができる誘導子を含む誘導式加熱手段を具
備することを特徴とする。
【０００８】
【実施例】本発明の他の特徴及び利点は、添付図面に基
づく以下の非限定的実施例の説明で明らかにされよう。
【０００９】図１に示したような慣性摩擦溶接の原理は
良く知られている。溶接すべき２つの部材部分１及び２
は、図１に部分的に示した溶接機のクランプ３及び４で
夫々保持されている。本発明の特定の用途である航空機
用エンジン部材の溶接では溶接すべき部材が通常回転部
材であり、例えばニッケルベース超合金からなるシャフ
トもしくはロータの溶接が行われる。この公知の原理で
は、部材部分２が固定され、部材部分１が慣性はずみ車
付きクラッチにより連動的に回転駆動される。部材部分
１が部材部分２に接近してこれら２つの部分が接触し合
うと、圧力Ｆによって２つの部材表面Ｓ１及びＳ２の接
触が維持され、これらの表面が貯蔵されていた初期運動
エネルギを散逸して摩擦による加熱を生じる。部材が停
止すると、表面Ｓ１及びＳ２が変形して溶接面の両側に
ビード１ａ及び２ａが形成された状態が得られる。これ
で溶接が完了したことになる。
【００１０】これと類似した制御摩擦溶接と称する別の
方法は、２つの連続ステップを含む。まず、回転部材を
モータによって一定の速度で回転駆動し、余り大きくな
い軸線方向圧力を加えて回転部材と固定部材とを摩擦さ
せ、それによって漸進的加熱を生起させる。部材が十分
に加熱されたら大きな軸線方向応力を所定時間加えて部
材を鍛接すると、変形によってビードが形成され、溶接
が実施される。
【００１１】本発明では、その特徴として、補足的加熱
の使用により前述のごとき摩擦溶接方法を改良する。こ
の補足的加熱は、誘導式加熱手段を用いて部材部分の溶
接部で行う。このように改良した本発明の方法を実施す
るための溶接機は、その第１実施例として、図１に示す
ような構造を有する。この溶接機は、内腔６が水の循環
によって冷却される単一コイル５からなる誘導子を含む
。コイル５は外側が磁性体７で被覆されており、内面が
電気的及び熱的絶縁性を有する被覆８で覆われている。
【００１２】この誘導子は溶接すべき部材部分を包囲す
るように配置され、組立て／分解が簡単なように２つの
部分で構成され得る。この誘導子は機械への固定点を有
し、これらの固定点を介して主にスライダ９に接続され
る。このスライダは、溶接すべき部材に対する誘導子の
配置を正確に行うためのものである。また、誘導子の内
径と部材との間には、ビード１ａ及び２ａが誘導子と接
触することなく形成されるように十分な間隙ｊを設ける
。
【００１３】誘導子への給電は剛性導体１０によって行
われる。調整システム１１は、溶接部の熱サイクルを制
御すべく、溶接部における部材温度を考慮して誘導子の
給電源である電流発生器の出力を制御する。特定の用途
に応じた加熱及び結果に応じて実施される調整は、溶接
サイクルの全体又は一部分にわたって実施し得る。誘導
子は溶接を開始する前に配置しておく。
【００１４】図１に示した第１実施例の溶接機では、加
熱の制御によって部材の溶接部における熱サイクルが制
御されるため、結果が著しく改善される。実際、冶金学
的観点から見ると、従来の技術では、組織硬化超合金、
特に航空機用エンジンの部材に使用されるニッケルベー
スの超合金に適用した場合には、溶接部に満足な微細構
造が得られない。即ち、短時間の強力な局部的加熱によ
って合金の硬化作用相が固溶化され、その後冷却時に細
かい再析出物が形成されるのである。このようにして形
成される微細構造は、機械的耐性、特に疲労亀裂伝搬又
はクリープに対する耐性が不十分であり、非影響部の母
材に比べて明らかに劣る。
【００１５】硬化作用相の割合が高いニッケルベースの
超合金に本発明を適用すると、母材の微細構造と機械的
特性、特に熱間亀裂伝搬耐性が部分的に又はほぼ完全に
再生される。
【００１６】溶接操作終了後は、通常の手法のように接
合部を約１２５０〜１３００°Ｃから自然に冷却させる
のではなく、加熱手段を用いて接合部を１００〜１１５
０°Ｃの温度に１５〜６０分間維持する。次いで温度を
、１１００〜７００°Ｃの間で１００〜２００°Ｃ／分
の冷却速度が得られるようにプログラムした法則に従っ
て降下させる。
【００１７】前述のように温度を一定時間１１０〜１１
５０°Ｃに維持すると、接合部の結晶粒界に硬化作用の
ある析出物の集団が再生され、また冷却を前述のように
制御して行うと母材のそれに対応する粒子間硬化作用析
出物が得られる。
【００１８】通常の方法で行った溶接の場合は熱間（約
６００〜７００°Ｃ）亀裂伝搬耐性が母材のそれの約１
．５％でしかないが、本発明を使用した場合にはこの耐
性が母材のそれとほぼ同じになる。
【００１９】接合部を余り急速に冷却すると、望ましく
ない引張り残留応力も生じる。本発明に従って摩擦溶接
操作の熱サイクルを制御すれば、前述の問題は総て解消
され、又は少なくとも大幅に軽減される。
【００２０】本発明を適用すると、得られる結果の質に
関するこれらの大きな利点以外に、もう１つ大きな利点
が得られる。即ち、大量のエネルギが使用される用途で
は、誘導式加熱手段によって補足的加熱を行うという本
発明の方法が、溶接機の処理能力を経済的に増加させる
技術的に有用な方法を構成するのである。実際、誘導式
加熱によって溶接すべき部材部分が予め加熱されるため
、慣性摩擦溶接では溶接機の必要慣性質量を低下させる
ことができ、制御摩擦溶接では駆動モータの出力を減少
させることができる。従って、溶接機の設備容量（慣性
質量又は駆動力）が一定であれば、処理能力が従来の溶
接機より増加することになる。
【００２１】以下に特定実施例を挙げて本発明の利点を
より明らかにする。
【００２２】エネルギ容量が３．１０５ジュールに限定
された慣性摩擦溶接機では、組織硬化ニッケル超合金か
らなる溶接面積４．１０３ｍｍ２以上の部材を溶接する
ことはできない。２つの部材を加圧する直前に、図１に
簡単に示した方法に従って部材を１〜５分間６００〜８
００°Ｃに予加熱すると、その後で通常の溶接操作を適
用して、５．１０３ｍｍ２に達し得る面積を溶接するこ
とができる。これは処理能力が大幅に増加したことを意
味する。
【００２３】本発明は、特定の用途又は使用する摩擦溶
接機のタイプに応じて様々な変形が可能である。その一
例として、本発明の第２実施例を図２に示した。この場
合の溶接機も第１実施例の場合と類似の部材を使用する
。これらの部材は実施例１の場合と同じ符号で示した。 溶接すべき２つの部分１及び２はやはりクランプ３及び
４によって保持される。この第２実施例では、溶接すべ
き２つの対向部材面Ｓ１及びＳ２の間に偏平誘導子１２
を配置する。この誘導子１２は、内腔１４が水の循環に
よって冷却される単一コイル誘導回路１３を含み、コイ
ル１３の外側及び内側が夫々磁性体１５及び磁性体１６
で包囲され且つ両側面が電気的及び熱的絶縁性を有する
被覆１７及び１８で覆われている。図３及び図４はこの
摩擦溶接方法の機能状態を簡単に示している。溶接すべ
き部材部分の一方、例えば部分２を図３のモードで回転
させるステップでは、誘導子１２による加熱を開始して
これを溶接部が所望の温度に予加熱されるまで続ける。 次いでこの加熱を停止し、誘導子１２を機械に固定され
た支持アーム１９によって素早く引っ込める。回転部材
が停止し且つ溶接が実施されるまで圧力Ｆを加えて２つ
の部材部分１及び２を接近させる。その結果、図４に示
すように第１実施例と同様の溶接ビード１ａ及び２ａが
形成される。
【００２４】この第２実施例でも前述のような結果及び
利点が得られる。この場合も加熱サイクルを制御するた
めに、部材の溶接部の温度測定値を考慮し且つ誘導子の
加熱源を制御する公知の調整システムに誘導子１２を組
合わせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による誘導式加熱手段付き
摩擦溶接機の簡単な部分説明図である。
【図２】本発明の第２実施例による誘導式加熱手段付き
摩擦溶接機の図１と類似の部分説明図である。
【図３】本発明の摩擦溶接方法の一ステップを示すため
の図２の溶接機の部分説明図である。
【図４】本発明の摩擦溶接方法の別のステップを示すた
めの図２の溶接機の部分説明図である。
【符号の説明】
１、２　　溶接すべき部材部分 １ａ、２ａ　　ビード ５、１２　　誘導子

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２つの部材部分の溶接部における熱サイク
    ルを、機械による溶接の一般的パラメータの調整以外に
    、誘導式加熱手段の併用による補足的加熱によって制御
    することを特徴とする摩擦溶接方法。
  2. 【請求項２】溶接すべき２つの部材部分を接触させる前
    に補足的加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  3. 【請求項３】補足的加熱を溶接サイクル全体にわたって
    行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】いわゆる摩擦溶接操作の終了後も、補足的
    加熱を所定時間維持することを特徴とする請求項３に記
    載の方法。
  5. 【請求項５】請求項１から４のいずれか一項に記載の方
    法を実施するための摩擦溶接機であって、誘導式加熱手
    段を構成する補助装置を含むことを特徴とする摩擦溶接
    機。
  6. 【請求項６】誘導式加熱手段が、溶接すべき部材を包囲
    する水冷式単一コイルからなる誘導子を含むことを特徴
    とする請求項５に記載の溶接機。
  7. 【請求項７】誘導子のコイルの外側が磁性体で被覆され
    ており、内面が電気的且つ熱的絶縁性の被覆で覆われて
    おり、この誘導子が配置のために結合又は分離できる２
    つの部分で構成されていることを特徴とする請求項６に
    記載の溶接機。
  8. 【請求項８】請求項１又は２に記載の摩擦溶接方法を実
    施するのに使用され、誘導式加熱手段が水冷式単一コイ
    ルからなるモノブロック誘導子を含み、前記コイルの外
    面及び内面が磁性体で被覆されており、両側面が電気的
    且つ熱的絶縁性の保護被覆で覆われており、この誘導子
    が溶接すべき部材面の間に配置されるようになっている
    ことを特徴とする請求項５に記載の溶接機。
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