JPS60118389A - ア−ク溶接によるアルミ・チタン接合方法 - Google Patents

ア−ク溶接によるアルミ・チタン接合方法

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JPS60118389A
JPS60118389A JP22727283A JP22727283A JPS60118389A JP S60118389 A JPS60118389 A JP S60118389A JP 22727283 A JP22727283 A JP 22727283A JP 22727283 A JP22727283 A JP 22727283A JP S60118389 A JPS60118389 A JP S60118389A
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杉山 禎彦
Keizo Nanba
難波 圭三
Hiromichi Sano
佐野 啓路
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/23Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
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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】 本発明は、アーク溶接によるアルミ・チタン接合方法に
係り、特にアーク溶接によるアルミニウム(/I/)材
料とチタニウム(Ti)材料の異種金属同士の接合に際
して、溶接割れや融合不良のない健全な接合部を与え得
る接合手法に関するものである。
従来から、母材としてAI!材料とTi材料の2種を用
い、それら異種の母材を互いに接合せしめるに際して、
アーク溶接にて代表される溶融溶接手法は、その適用が
極めて困難であると考えられている。けだし、溶融溶接
によって、AI!材料とTi材料との溶接部にAN−T
i系の脆弱な合金層が形成され、そこに溶接割れや融合
不良等の欠陥を生じ、充分な溶接強度の接合部が得られ
ないからである。
このため、AN材料とTi材料の接合は、専らボルト接
合等による機械的な接合や、圧延、・爆発圧接、抵抗溶
接等にて行なわれているが、何れの接合手法においても
、多くの問題を内在しているのである。例えば、ボルト
等による機械的な接合手法においては、その接合部がリ
ーク・タイトでないこと、熱、電気伝導性が悪いこと、
重ね継手に限られること等の問題があり、またA1材料
とTi材料とを重ね合わせて圧延することにより、その
重ね合わせ部を圧着せしめる接合手法にあっては、当然
のことながら圧延設備が必要となり、このため現場で実
施することが出来ないという問題の他、板材等に限られ
、形状寸法に制限がある等の問題が内在している。また
、爆発圧接手法にあっても、特殊な設備が必要であり、
このため現場で実施することが出来ず、簡便でな(、更
には板材等に限られ、形状寸法に制限がある等の問題を
内在しており、更には抵抗溶接手法にあっても、同様に
、形状寸法に制限がある他、特殊な設備(例えばシーム
溶接装置等)が必要であり、また溶接部に脆弱な金属間
化合物が生成する等の問題を内在しているのである。
本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであって、
その主要なる目的は、従来より困難視されていたアーク
溶接によるAl材料とTi材料の異種金属同士の有効な
接合手法を提供することにあり、また他の目的とすると
ころは、かかる異種金属同士の接合に際して、溶接割れ
や融合不良のない健全な接合部を与え得る接合手法を提
供することにある。
そして、本発明にあっては、このような目的を達成する
ために、母材としてAl材料とTi材料の2種を用い、
これら異種の母材をアーク溶接手法にて互いに接合せし
めるに際して、シールド・ガスとしてアルゴンを用い、
且つ溶接棒または電極ワイヤとして、Al材料若しくは
その合金、リン銅ろう、または20%(重量基準。以下
同じ)以上のAj2材料を含む銀合金を用いる一方、直
流正極性電源若しくは交流電源によるTTGアークまた
は直流逆極性電源によるMIGアークを熱源とすること
により、かかるAl材料側部分及び溶接棒若しくは電極
ワイヤのみを溶融せしめ、該Al材料に接合される前記
Ti材料側部分の溶融を実質的に惹起させることなく、
それら両材料を接合せしめるようにしたのである。
このように、本発明にあっては、溶接電源として所定の
電源を用いたTIGアーク若しくはMIGアークを熱源
として溶接操作を行なうものであり、しかもその際、溶
接部を大気と遮断して保護するシールド・ガスとしてア
ルゴン(Ar)を選択し、更には溶加材としての溶接棒
若しくは電極ワイヤに、A1材料若しくはその合金、リ
ン銅ろう、または20%(重量)以上のA1を含む銀−
アルミニウム合金からなる特定の溶加材材質を用いたと
ころに、その著しい特徴があり、このような溶接電源、
熱源、シールド・ガス、及び溶接棒若しくは電極ワイヤ
の特定の組合せにより、初めて、AN母材側及び溶接棒
(電極ワイヤ)のみを溶融せしめ、TI母材側を殆ど溶
融させることなく、両者を接合せしめ、以てそこに健全
な接合部を形成し得たのである。
なお、第1図及び第2図には、それぞれ上述した本発明
の具体的な一例が示されている。
まず、第1図には、本発明に従うTIGアーク溶接の具
体的な一例が示されており、そこにおいて、■は、A1
合金母材であり、2はTi母材である。そして、この両
母材1,2の接合部となる突合わせ部に対して、アーク
5が、トーチ7の電極6と母材1,2との間に発生せし
められる。この電極6と母材1.2との間に発生せしめ
られるアーク5は、溶接電源Pとして直流正極性電源(
DC3P)若しくは交流電源(A C)を用い、母材(
1,2)とトーチ7(電極6)との間に所定の電圧を印
加せしめることによって惹起されるものである。
また、このように発生せしめられたアーク5のアーク熱
により溶融せしめられる溶接棒4としては、AlooO
台の純A1系、若しくはA3356BYの如きAl−M
g系、A4043BYの如きAl−3i系、A7N11
BYの如きAl1−Zn−Mg系等の/1合金、リン銅
ろう(B Cu P系)、または20%以上Al−80
%以下のAg合金からなる特定の材料が用いられている
さらに、An合金母材1とTi母材2との接合部を大気
から遮断するように、アーク5を取り巻いて、その周囲
には、トーチ7からシールド・ガスとしてのArガス8
が噴出せしめられるようになっている。なお、このシー
ルド・ガスとして、Arガスに代えて公知の1(e(ヘ
リウム)ガスを用いた場合には、AI!合金母材lとT
i母材2との接合部において、An−Ti系の脆弱な合
金層の形成が多くなり、健全な接合部の形成は望み難い
のである。
そして、このようなアーク溶接手法によって、A1合金
母材1側及び溶接棒4のみが溶融され、Ti母材2側は
殆ど溶融されることなく、両社材1と2が接合せしめら
れるのであり、それら母材1.2の接合部に形成された
溶接金属3は、AN母材1と溶接棒4とが混合した組成
となるのである。従って、このように形成された溶接金
属3には、Ti母材2が溶融せしめられて、その成分が
混入せしめられることがないところから、そこにAjt
−Ti系の脆弱な合金層が形成されることはなく、以て
溶接割れや融合不良のない健全な接合部と為し得るので
ある。
また、第2図は、本発明に従うMIGアーク溶接の具体
的な一例を示すものであって、そこにおいて、溶接電源
Pとして使用されるものは直流逆極性(DCRP)のも
のであって、これ以外の電源の選択は避けなければなら
ない。また、このMIGアーク溶接における溶加材とし
ての電極ワイヤ16は、トーチ7の電極を兼ねるもので
あって、この電極ワイヤ16と母材(1,2)との間に
、直流逆極性電源Pにて所定の電圧が印加せしめられる
ことにより、アーク5がそれらの間に発生せしめられ、
またかかるアーク5の周囲を取り囲むように、トーチ7
より、溶接部を大気からシールドするためのArガス8
が吹き出させられるようになっているのである。
このような第2図の如き構成の溶接手法においても、A
l1合金母材1とTi母材2との結合部に形成される溶
接金属(3)は、第1図に示されるように、A1合金母
材1と電極ワイヤ16との混合された組成を呈し、Ti
母材2の成分が溶融、混入することが殆どないところか
ら、溶接割れや融合不良のない健全な接合部が得られる
こととなったのである。
因みに、かかる本発明の効果は、以下の実施例において
、更に明白に示されているところである。
まず、第1表には、第1図に示されたTIGアーク溶接
の具体例において電源として直流正極性TIGを用い、
またシールド・ガスとして、Arガスを1212/分の
割合でトーチ7から吹き出させつつ、各種材質の溶接棒
4を用いてアーク溶接操作を行なった結果が示されてい
る。
第 1 表 かかる第1表の結果及び第3図(a)並びに(b)に示
す金属組織の断面顕微鏡写真から明らかなように、溶接
棒なしのメルトランの場合やTiや、銀ろう系の溶接棒
を用いた場合にあっては、溶接部にAjt−Ti系の脆
弱な合金層が形成され0 て、溶接割れが惹起され、またZnを含む銀ろうからな
る溶接棒を用いた場合には、Znの蒸発による皮膜が形
成されて、融合不良を生じた。特に、第3図(a)及び
(b)から明らかなように、下層のTi母材上に形成さ
れた上層の溶接金属層には、割れの発生が顕著に認めら
れるのである。
これに対して、本発明に従う溶接棒、すなわちA7!合
金、リン銅ろう、20%以上Aβ−80%以下のAj!
−Ag合金を用いた場合には、何れも溶接割れや融合不
良のない健全な接合部を与えている。
また、下記第2表にその結果を示す実施例においては、
上側とは異なり、溶接電源及びシールド・ガスの種類を
変えて行なわれている。なお、この実施例においては、
溶接棒若しくは電極ワイヤとして、A1合金(A535
6−BY若しくはA5356−WY)からなるものが用
いられている。
1 第 2 表 かかる第2表の結果、並びに第4図及び第5図に示した
顕微鏡写真の比較から明らかなように、本発明に従って
シールド・ガスとしてArガスを用いた場合には、割れ
等の認められない健全な接合部が得られたのに対して、
Heガスがシールド2 ・ガスとして用いられた場合には、脆弱な合金層が形成
され一5強度的に弱く、割れ易いものであった。なお、
この溶接割れの原因は、ArガスよりもHeガスの方が
電離電圧が高く、アーク柱の電位傾度が高くなる結果、
高い溶接入熱が供給され、Ti母材側が溶融され易くな
り、A#−Ti系の脆弱な合金層の形成が多くなるため
であると推察されている。
さらにまた、下記第3表には、本発明方法と比較方法と
の対比において、溶接電源、シールド・ガス、溶接棒等
を変えたアーク溶接の結果が示されいる。この第3表の
結果より明らかなように、本発明に従って/l材料とT
i材料をアーク溶接して得られる溶接部の強さは、極め
て顕著に改善されているのである。
′−′、 3 4 このように、本発明は、A1材料とTi材料のアーク溶
接を、特定の溶接電源を用いたアーク熱源により行ない
、そしてその際シールド・ガスとしてArガスを用いる
と共に、溶接棒乃至は電極ワイヤとして、A1若しくは
その合金、リン銅ろう、所定の/l−Ag合金よりなる
特定の材料を用いることにより、効果的な溶融溶接を行
なわしめ、以て健全な接合部の形成を可能ならしめたも
のであって、これにより、1)リーク・タイトな継手が
得られる、2)熱、電気伝導性が高い継手が得られる、
3)簡便なアーク溶接機にて施工出来、特殊な設備が不
用である、4)現場施工出来る、5)母材の形状、寸法
に制限がない、6)フラックスが不用である等、数々の
優れた特徴を発揮せしめ得たものであって、そこに本発
明の大きな工業的意義が存するのである。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれ本発明に従うTIGアーク
溶接及びMIGアーク溶接の具体的な一例を示す説明図
であり、第3図(a)及び(b)5 はそれぞれメルト・ラン及びチタン溶接棒を用いて得ら
れた溶接部断面の金属組織を示す断面顕微鏡写真(xl
oo)であり、第4図及び第5図はそれぞれシールド・
ガスとしてArガス及びHeガスを用いた場合における
溶接部の金属組織を示す断面顕微鏡写真(x 100)
である。 17A1合金母材 2 :Ti母材 3:溶接金属 4:溶接棒 5:アーク 6:電極 7:トーチ 8:Arガス 16:電極ワイヤ P:溶接電源 出願人 住友軽金属工業株式会社 6 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 母材としてアルミニウム材料とチタニウム材料の2種を
    用い、これら異種の母材をアーク溶接手法にて互いに接
    合せしめる方法にして、シールド・ガスとしてアルゴン
    を用い、且つ溶接棒または電極ワイヤとして、アルミニ
    ウム若しくはその合金、リン銅ろう、または20%(重
    量基準)以上のアルミニウムを含む銀合金を用いる一方
    、直流正極性電源若しくは交流電源によるTIGアーク
    または直流逆極性電源によるMIGアークを熱源とする
    ことにより、かかるアルミニウム材料側部分及び溶接棒
    若しくは電極ワイヤのみを溶融せしめ、該アルミニウム
    材料に接合される前記チタニウム材料側部分の溶融を実
    質的に惹起させることなく、それら両材料を接合せしめ
    るようにしたことを特徴とするアーク溶接によるアルミ
    ・チタン接合方法。
JP22727283A 1983-12-01 1983-12-01 ア−ク溶接によるアルミ・チタン接合方法 Granted JPS60118389A (ja)

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