JPH05261566A - 金属基複合材料の溶接方法 - Google Patents

金属基複合材料の溶接方法

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JPH05261566A
JPH05261566A JP4091788A JP9178892A JPH05261566A JP H05261566 A JPH05261566 A JP H05261566A JP 4091788 A JP4091788 A JP 4091788A JP 9178892 A JP9178892 A JP 9178892A JP H05261566 A JPH05261566 A JP H05261566A
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JP
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metal
composite material
welding
based composite
electron beam
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JP4091788A
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Kazuo Taguchi
和夫 田口
Kazuhiro Takashiba
和宏 高柴
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い溶接強度が得られる金属基複合材料の溶
接方法を提供する。 【構成】 金属母材中に無機物質が微細に分散した金属
基複合材料1同士を溶接する方法において、金属基複合
材料1の突き合わせ面間に金属板状体3を介在させ、前
記金属板状体3に電子ビーム5等の高エネルギービーム
を照射して金属板状体3と金属基複合材料1の界面を溶
融凝固させて溶接する。 【効果】 電子ビーム5はエネルギー密度が高く、又ビ
ームフォーカスを小さく絞れ、しかも電子ビーム5は金
属板状体3に照射するので、無機物質分散相を損傷させ
ずに、金属マトリックス部分のみを溶融凝固させて溶接
することができ、高い溶接強度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高い溶接強度が得られ
る金属基複合材料の溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属母材中にAl2 3 ,TiO2 ,S
iC等の無機物質を粒子状,繊維状,ウィスカー状等に
微細に分散させた金属基複合材料は、従来の金属材料を
数段上回る強度、剛性,耐熱性,耐摩耗性等を有してお
り、特に母材金属にAl,Mg,Ti等の軽金属を用い
た金属基複合材料では比強度,比弾性にも優れる為、構
造部材等として種々分野への実用化が期待されている。
このように金属基複合材料は優れた性能を有しているに
も関わらず、実用化された例が極めて少ない。この原因
は、金属基複合材料の切削,接合,表面処理等の二次加
工の困難さが挙げられる。金属基複合材料を構造部材に
用いるには、金属基複合材料の接合技術が不可欠で、種
々の接合方法が研究されている。中でも電子ビーム法
は、ビームフォーカスを小さく絞れる,エネルギー
密度が高い、エネルギー変換効率がよい,溶け込み
深さが深く厚ものの溶接が可能である,真空中で溶接
することにより酸化,窒化,水素脆化等を防止できる,
シームトラッキングによる信頼性に優れている等多く
の利点があり、最も有望な接合方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】而して、電子ビーム溶
接は、他の溶接法と同様に溶接しようとする金属材料の
端面同士を突き合わせ、突き合わせ部位に電子ビームを
照射して行うのであるが、電子ビームはエネルギー密度
が高い為電子ビームの直撃を受けた突き合わせ部位で
は、母材金属が溶融凝固して無機分散相の分布が不均一
になったり、又無機分散相が組成的に又は結晶構造的に
変質したり、又は分散相の形状が変化したり、更にビー
ムの直撃を受けた無機分散相から放出されるガスが母材
中にブローホールとなって残存したりして、溶接強度が
著しく低下するという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる状況に鑑
み鋭意研究を行なった結果なされたもので、その目的と
するところは高い溶接強度が得られる金属基複合材料の
溶接方法を提供することにある。即ち、請求項1の発明
は、金属母材中に無機物質が微細に分散した金属基複合
材料同士を溶接する方法において、金属基複合材料の突
き合わせ面間に金属板状体を介在させ、前記金属板状体
に高エネルギービームを照射して、金属板状体と金属基
複合材料の界面部分を溶融凝固させて溶接することを特
徴とするものである。
【0005】この発明方法は、金属基複合材料同士を溶
接する際に、金属基複合材料の突き合わせ面間に金属板
状体を介在させておき、この金属板状体に高エネルギー
ビームを照射して、金属板状体と金属基複合材料の界面
部分を溶融凝固させて金属基複合材料同士を溶接するよ
うにしたもので、金属基複合材料に高エネルギービーム
が直接照射されず、従って金属基複合材料が変質したり
して溶接強度が低下するようなことがない。溶接条件
は、金属基複合材料の金属マトリックスのみが溶け、無
機物質分散相が熱分解しない条件を選定して行う。高エ
ネルギービームには、電子ビーム、レーザービーム、プ
ラズマビーム等が適用される。これらビームはエネルギ
ー密度が高く、しかもビームフォーカスを小さく絞れる
ので、介在させる金属板状体を薄くすることができ、溶
接強度を高度に保持できる。この発明方法において、金
属板状体には、金属基複合材料の母材金属と同じ金属を
用いるのが好ましいが、アーク溶接にて用いる溶接材料
を使用することも可能である。又溶接構造材等のそれ自
体が溶接性に優れ又常温時効性を有する材料も好適であ
る。金属板状体の選定に当たっては、溶接の相手となる
金属基複合材料の材質を考慮して相性の良い材料を選ぶ
ことが肝心である。又金属板状体の厚さは、被溶接物の
構造や大きさにより著しく左右されるが、厚くすると溶
接強度が金属材料の強度に影響されるようになるので、
できるだけ薄くする必要がある。本発明方法において、
金属基複合材料の母材金属にはAl,Ti,Mg,Cu
等の任意の金属材料が適用される。又前記母材金属に分
散させる無機物質には前述のAl2 3 ,TiO2 ,S
iCを始めとしてAl184 33,MgO,ZnO,A
2 3 ・SiO,ムライト,K2 O・6TiO2 ,T
iC,B4 C,Si3 4 ,TiB2 ,C,B等の母材
金属と非反応性で高融点の無機物質が適用できる。又そ
の形状は、粒子状,繊維状,ウイスカー等任意である。
【0006】請求項2の発明は、金属母材中に無機物質
が微細に分散した金属基複合材料と金属材料とを溶接す
る方法において、金属基複合材料と金属材料との突き合
わせ面より所定距離離れた前記金属材料の所定部位に高
エネルギービームを照射して、金属材料と金属基複合材
料の界面部分を溶融凝固させて溶接することを特徴とす
るものである。この発明方法は、金属基複合材料と金属
材料とを溶接する際、接合しようとする突き合わせ面よ
り所定距離離れた金属材料の所定部位に電子ビームを照
射して、金属材料と金属基複合材料との界面部分を溶融
凝固して溶接するもので、高エネルギービームを金属基
複合材料に直接照射せずに金属基複合材料の変質を防止
するようにしたものである。溶接条件は、金属基複合材
料の金属マトリックスのみが溶け、無機物質分散相が熱
分解しない条件を選定して行う。この発明方法におい
て、高エネルギービームを照射する金属材料の部位は、
金属材料と金属基複合材料との突き合わせ面から離れ過
ぎると熱効率が低下し、又溶融凝固し軟弱化した金属材
料部分が増加するので、突き合わせ面からできるだけ近
い距離に設定するのが好ましい。
【0007】以下に本発明方法を図を参照して具体的に
説明する。図1は請求項1の発明方法の態様例を示す工
程説明図である。接合しようとする2本の金属基複合材
料1を直列に配置し、双方の突き合わせ面2間に金属板
状体3を介在させたのち、前記2本の金属基複合材料1
の他端を固定治具4で押しつけ、しかるのち電子ビーム
5を前記金属板状体3の外周面に沿って移動させて溶接
する。図2は請求項2の発明の態様例を示す工程説明図
である。接合しようとする金属基複合材料1と金属材料
6を直列に配置し、双方を固定治具4で押しつけて突き
合わせ、突き合わせ面2から所定距離離れた金属材料6
の所定部位に電子ビーム5を金属材料6の外周面に沿っ
て移動させて溶接する。
【0008】
【作用】本発明方法では、金属基複合材料同士を溶接す
る場合は、金属基複合材料の突き合わせ面間に金属板状
体を介在させておき、この金属板状体を高エネルギービ
ームを照射して金属板状体と金属基複合材料の界面を溶
融凝固させ、又金属基複合材料と金属材料とを溶接する
場合は、双方の突き合わせ面から所定距離離れた金属材
料の所定部位に高エネルギービームを照射して金属材料
と金属基複合材料の界面を溶融凝固させて溶接するの
で、金属基複合材料に電子ビームが直接照射されず、従
って金属基複合材料が変質して溶接強度が低下するよう
なことがない。又電子ビーム等の高エネルギービームは
エネルギー密度が高く且つビームフォーカスを小さく絞
れるので、被溶接材への入熱を一定に保つことができ又
無機物質分散相にビームを直接当てるトラブルも防止で
き、従って無機物質分散相を損傷させずに金属マトリッ
クスのみを溶融凝固させる溶接条件を選定することがで
きる。
【0009】
【実施例】
実施例1 T6処理したA6061アルミ合金(Al−Mg−Si系合
金)にSiCウィスカーを微細に分散した金属基複合材
料からブロック材(30W×10T×50L)を切り出し、こ
のブロック材の端面同士を、図1に示したように、間に
A6061アルミ合金の板状体(30W×10T)を介在させて
突き合わせ、前記板状体に電子ビームを照射して前記ブ
ロック材同士を溶接した。A6061アルミ合金板状体の厚
さ及び溶接条件(電流,電圧)は種々に変化させた。 実施例2 T6処理したA4032アルミ合金(Al−Si系合金)に
Al2 3 短繊維を微細に分散させた金属基複合材料と
T6処理したA4032アルミ合金材料からブロック材(30
W×10T×50L)を切り出し、各々のブロック材の端面
同士を、図2に示したように突き合わせ、前記突き合わ
せ面から所定距離離れた前記A4032アルミ合金ブロック
材の所定部位に電子ビームを照射して前記ブロック材同
士を溶接した。電子ビームの照射位置及び溶接条件(電
流,電圧)は種々に変化させた。
【0010】比較例1 実施例1において、金属基複合材料製ブロック材の端面
同士を、板状体を介在させずに直接突き合わせ、この突
き合わせ部位に電子ビームを照射した他は、実施例1と
同じ方法により金属基複合材料同士を溶接した。 比較例2 実施例2において、金属基複合材料製ブロック材とA40
32アルミ合金製ブロック材との突き合わせ部位に電子ビ
ームを照射した他は、実施例2と同じ方法により金属基
複合材料製ブロック材とA4032アルミ合金製ブロック材
とを溶接した。このようにして得られた各々の溶接材に
ついて引張試験を行って、溶接部分の機械的性質を調べ
た。結果は溶接条件を併記して表1に示した。
【0011】
【表1】 厚さ:金属基複合材料製ブロック材間に介在させた金
属板状体の厚さ、距離:金属材料製ブロック材の電子ビ
ーム照射位置の突き合わせ面からの距離。 n=10、引張強度の単位:Kg/mm2
【0012】表1より明らかなように、本発明方法品
(No1〜8)は、溶接部の引張強度及び伸びが高い値の
ものであった。実施例1における板状体の厚さ又は実施
例2における金属材料製ブロック材の電子ビーム照射位
置の突き合わせ面からの距離は1mm前後において最も
良好な値が得られた。前記板状体の厚さ又は前記距離が
夫々1mmより薄く又は短くなると(No1,5)金属基
複合材料が電子ビームの影響を受けて変質して、又前記
板状体が厚くなり又は前記距離が長くなると(No3,
4,7,8)金属板状体又は金属材料製ブロック材の溶
融凝固部分の影響がでて、いずれも機械的性質が幾分低
下するようになった。他方、比較例品(No9〜12)はい
ずれも機械的性質が大幅に低下した。これは金属基複合
材料に電子ビームが直接照射された為、溶接部位の無機
分散相が組成変動したり、無機分散相の分布が不均一に
なったり、無機分散相からの放出ガスが母材金属中にブ
ローホールとして残存したりした為である。
【0013】
【効果】以上述べたように、本発明方法によれば、金属
基複合材料に電子ビームを直接照射しないので、金属基
複合材料の溶接強度を高度に保持でき、工業上顕著な効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の発明方法の態様例を示す工程説明図
である。
【図2】請求項2の発明方法の態様例を示す工程説明図
である。
【符号の説明】
1 金属基複合材料 2 突き合わせ面 3 金属板状体 4 固定治具 5 電子ビーム 6 金属材料

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属母材中に無機物質が微細に分散した
    金属基複合材料同士を溶接する方法において、金属基複
    合材料の突き合わせ面間に金属板状体を介在させ、前記
    金属板状体に高エネルギービームを照射して、金属板状
    体と金属基複合材料の界面部分を溶融凝固させて溶接す
    ることを特徴とする金属基複合材料の溶接方法。
  2. 【請求項2】 金属母材中に無機物質が微細に分散した
    金属基複合材料と金属材料とを溶接する方法において、
    金属基複合材料と金属材料との突き合わせ面より所定距
    離離れた前記金属材料の所定部位に高エネルギービーム
    を照射して、金属材料と金属基複合材料の界面部分を溶
    融凝固させて溶接することを特徴とする金属基複合材料
    の溶接方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010509881A (ja) * 2006-11-13 2010-03-25 ケーエムダブリュ・インコーポレーテッド 無線周波数フィルター
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CN102601527A (zh) * 2012-03-09 2012-07-25 河南科技大学 一种镁基复合材料焊接方法

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