JPS6057427B2 - 異種金属の溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 チタニウム及びタンタラムのような耐熱材料を鉄合金
に結合すること及びアルミニウム合金を鉄合金に結合す
ることは先行技術で重大な問題を提出している。

これらの問題は、鉄及び鉄合金への これらの材料の制
限された溶解度、制御不能の金属間化合物の生成、及び
これらの材料のいくつかの速い酸化速度などのような冶
金上の不適合性の結果である。これらの問題は、生産及
び製造目的に適するこれらの材料を結合するための方法
の発達を妨げている。 米国特許第３９３５４１７号、
同第３８０８３９５号、同第３７９４８０７号、同第３
５６０７００号、同第３４６３９０１号、同第３２９４
９５１号、同第３４５８６８３号、同第３２５８５７６
号、・同第３９９９０３０号、同第４０６３０６２号、
同第３９９９０３１号、同第３９７５６１２号は本発明
に最も近い先行技術を構成する。

上記した特許は、従来技術によつて結合され得ない非
類似の金属を結合するために電子ビーム又ノは、他の粒
子の加速溶接技術を採用する先行技術での試みとして全
体として特徴とされる。

しかしながら、これらの特許のどれもが、本発明によつ
て示されるように、アルミニウム合金を鉄合金へ結合す
るため又は耐熱金属を鉄合金へ結合するために加速粒子
ビームを使用することを開示していないことは注目され
る。本発明は、全体として、従来の溶接技術によつて結
合することが困難又は不可能である冶金的に非類似の金
属同志を結合するための方法を構成する。

この方法は、特にアルミニウム及びアルミニウム合金を
鉄合金に結合するため耐熱金属を鉄合金に結合するため
に適する。アルミニウム又はアルミニウム合金を鉄合金
に結合するために、この方法は最初に銀の薄層を鉄合金
の表面に付着させる。

銀はイオン・スパッタリング又は蒸着などによつて付着
され得る。フィレット溶接の場合には、アルミニウム合
金部材を鉄合金部材の銀被覆表面に直接に接触させる。
真空又は不活性雰囲気中で、電子ビームのような高エネ
ルギ粒子ビームをアルミニウム合金部材の縁の方へ向け
る。粒子ビームは焦点を合せないでビームの強さの約三
分の一が鉄合金部材に直接に当たり、ビームの強さの約
三分の二がアルミニウム合金部材の縁部分に当たる。高
エネルギビームは、アルミニウム合金の密接する縁を溶
融させるが、ビームの強さは銀基体の一部がその直ぐ近
くて溶融する温度まで鉄合金を加熱するだけに充分であ
り、銀は鉄合金の表面でぬれ作用を生じて、溶融アルミ
ニウムが鉄合金の表面をぬらす。

高エネルギのビームは、アルミニウム合金部材の縁に沿
つて走査されてビームがアルミニウム合金材料の縁に沿
つて進むにつれて溶融アルミニウムの後に拡散した銀の
界面が残る。

溶融アルミニ．ウムが固化するにつれて、溶けた銀の一
部が溶液から鉄合金の界面上へ沈澱する。沈澱した銀は
、拡散した界面積を形成し、これか鉄合金及び再固化し
たアルベニウム合金の両方に頑強に付着する。このよう
にして、２つの金属部材は、アルミニウム合金自体と強
さが等しい又はそれより引張強さが大きい溶接部によつ
て結合される。耐熱金属を鉄合金に結合するために、こ
の方法は耐熱金属部材及ひ鉄合金部材をすみ肉溶接又は
重ね溶接のような所望の溶接位置に組立てる工程（を含
む。

標準的な二相線図によつて決められるように、相互可溶
性を有する金のような純金属又は合金がすみ肉溶接の領
域に置かれ、且つ高エネルギ粒子のビームが溶接領域に
向けられる。前述したように、粒子のビームは、焦点を
合せないでビームのエネルギの約三分の一が高融点耐熱
材料に当たつて、ぬれを生じる温度までの加熱を行なう
。ビームの残りの部分は、純金属又は合金に当たり、且
つ溶接線に近い鉄合金材料に当たる。高エネルギ・ビー
ムは、純金又は合金及び鉄合金を溶接線の直ぐ近くで溶
融させる。溶融合金は、溶接線において溶液を作る。高
エネルギのビームは、溶接線に沿つて走査す）るように
向けられて、溶融した溶液を後に残す。

溶融した溶液が固化するにつれて、純金属は溶液から沈
澱して耐熱金属の界面へ拡散する。純金属又は合金りの
拡散層は、耐熱金属及び再固化した鉄合金に頑強に付着
する。このようにして作られ門た溶接部は、もろさがな
く低い引張強さの材料と同じ位強い。本発明は、全体と
して従来の溶接又はろう付け技術によつて結合すること
が困難又は不可能である非類似の金属を冶金的に結合す
る方法を構成す・る。

本発明の方法の２つの別の実施例を好適な態様として説
明するが、本発明が以下説明の材料の種類及び特定の溶
接の形式に限定されないことは当業者によつて理解され
得る。本発明の方法は、第１図から第５図までに示した
ように、アルミニウム合金部材を鉄合金文材に結合する
ために使用され得る。

第１図に示したように、ステンレス鋼などで作られた鉄
合金部材１１は第１図に矢印で示したように、銀の薄層
で被覆されている。第２図に示した銀の被覆層１２は、
溶接される近くの領域にのみ設けることが必要である。
銀の層１２は、イオン・スパッタリング又は蒸着などに
よつて付着され得る。アルミニウム合金部材１３が、次
に配設されてその一表面が被覆層１２に当接してそれと
同一平面をなす。

例示のために、アルミニウム合金部材が図面の紙面に対
しして垂直に延在する端縁１４を有するシート又は棒で
あると仮定する。形成される溶接部は、銀の被覆層１２
及び部材１３の端縁によつて画成される頂点を長手方向
に延在するすみ肉溶接部である。第３図に示した組立体
は、真空又は低い圧力の不活性雰囲気の有する封合され
た室内に置かれる。

次に、溶接のために通常使用されている電子ビームのよ
うな、高エネルギ粒子のビーム１６がアルミニウム合金
部材１３の端縁部分に向けられる。ビーム１６は、その
焦点が部材１１の表面より下に位置するように焦点が僅
かに合つていない。ビームのエネルギの約三分の二が端
縁１４に直ぐ近い部材１３の縁部分上へ向けられる。ビ
ームの残りのエネルギは、第４図に示したように、端縁
１４に直ぐ近い銀の被覆層１２上に当たる。ビーム１６
が形成される溶接部の線に沿つて直進即ち走査されるこ
と即ちビームが図面の紙面に対して直角に延在する線に
沿つて進むことは理解され得る。ビーム１６の強さ及び
エネルギは、部材１１の鉄合金を溶融させるには不充分
であるが、ビームは端縁１４に近い部材１１の局部を加
熱する。

ビームの強さ及びエネルギは、部材１１の融点よりはる
かに低い融点を有する部材１３のアルミニウム合金を溶
融するに充分である。第５図において、ビーム１６によ
つて加熱されたアルミニウム合金は溶融され、且つ端縁
１４におけるその最初の位置から重力によつて横方向へ
流れる。銀の被覆層１２は、鉄合金の表面に沿つて溶融
したアルミニウムを流がすぬれ作用を提供する。同時に
、溶融アルミニウムは、それが接触する銀被覆層１２の
一部分を溶かし、それにより銀の溶液を溶融アルミニウ
ム合金の中に作る。粒子ビーム１６が溶接部の線に沿つ
て進むにつれて、その後でアルミニウム合金及び銀の溶
液が冷却する。

溶液が冷却し始めると、銀は溶液から沈澱して鉄合金部
材１１の表面へ拡散する。拡散した銀は鉄合金部材の上
に薄い層を直接に形成し、且つこの銀の部材は鉄合金に
固着する。上記した方法の結果、第６図に示したように
、鉄合金部材１１、沈澱した銀層１７及び溶融し且つ再
固化したアルミニウム合金１８の冶金的結合体ができる
。再固化したアルミニウム合金１８が残りの溶融しない
アルミニウム合金１３に固着するので、部材１３が部分
１８及び１７によつて部材１１に結合することは理解さ
れ得る。上記したようにして、形成された溶接部がアル
ミニウム合金部材１３の引張強さと等しいか又はそれ以
上である引張強さを示すことは試験が示している。第１
図から第５図までに示した方法を簡単なすみ肉溶接に関
して説明したが、前記した技術を他の多くの型の溶接に
応用し得ることは当業界で通常の知識を有する者により
理解されよう。本発明の方法の別の方法が第７図から第
９図までに示されており、ここでは鉄合金部材２２がす
み肉溶接によつてタンタラム部材２１に結合される。

この別の実施例の第一段階は、すみ肉溶接される２つの
部材の頂点に中間金属合金を置くことである。この例で
は、中間合金２３は金約８２％及びニッケル１８％で作
られた金合金である。前記したように、溶接部の線は部
材２１及び２２によつて画成された頂点に設けられ、溶
接部の線は図面の紙面に対して垂直に延在する。次に、
高エネルギ粒子のビーム１６が溶接部の線に沿つて進め
られる。

前のように、ビームエネルギの約三分の一がタンタラム
部材２１に当つてそれに加熱作用を与えるが、残りのビ
ームエネルギは、金合金及び部材２２の隣接表面の小部
分に当たる。ビームエネルギは、部材２１を加熱するが
、溶融しないようにし、一方、金合金及び部材２２の隣
接部分をビーム１６によつて溶融するように選ばれる。
溶融部分２６が冷却するにつれて、合金２３からの若干
の金が溶融した溶液から沈澱し始め、且つ部材２１の表
面上へ拡散し始める。

部材２１の表面に付着した金の拡散層はタンタラム金属
に接着する。溶融した金属２６は、更に冷却して再固化
し、且つ金の層２７及び部材２２の鉄金属の両方と固着
部を作る。その結果、タンタラム合金部材及び鉄合金部
材を結合する連続したすみ肉溶接部ができる。ｌ 第７
図から第９図までに関して説明した方法は、コロンビウ
ム、モリブデンのような金属及びその他の耐熱金属を広
範囲の鉄合金属に結合するためにも応用し得る。

また、この方法は、他の型の溶接部を形成するために使
用され得ることは理７解され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法の第一工程の概略的図であり、
第２図は、本発明の方法の第一工程の結果を示す図てあ
り、第３図は、本発明方法の第二フ工程の概略図であり
、第４図は、本発明の方法の第三工程の概略図であり、
第５図は、第４図に示した、工程の結果を示す図であり
、第６図は、本発明方法によつて形成された溶接部の拡
大断両立面図であり、第７図は、耐熱金属を鉄合金に結
合するために採用した本発明方法の第一工程を示概略図
であり、第８図は、第７図に示した方法以後の工程を示
す概略図てあり、第９図は、第図及び第８図に示した方
法によつて形成された接部の拡大断両立面図である。 図中、１１・・・鉄合金部材、１２・・・銀の被覆層
、１３・・・アルミニウム合金部材、１４・・・端縁、
１６・・・高エネルギ粒子のビーム、１７・・・銀層、
１８・・・アルミニウム合金、２１・・・タンタラム部
材、２２５・・・鉄合金部材、．！３・・・中間合金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄合金とアルミニウム合金との異種金属の溶接方法
   において、鉄合金とアルミニウム合金との内の一方の合
   金の表面に銀の薄層を付着させること、前記他方の合金
   を銀の薄層に接触させること、前記両合金と銀の薄層を
   含む領域に高エネルギー粒子ビームを向け鉄合金の溶融
   温度より低く且つアルミニウム合金の溶融温度より高い
   温度で鉄合金を加熱し、アルミニウム合金を部分的に溶
   融し且つアルミニウム合金内に銀の薄層を部分的に溶解
   させること、前記両合金の溶接部を冷却することよりな
   る異種合金の溶接方法。 ２ 前記銀の薄層がイオン・スパッタリングにより付着
   される特許請求の範囲第１項に記載の溶接方法。 ３ 前記銀の薄層が蒸着により付着される特許請求の範
   囲第１項に記載の溶接方法。 ４ 前記ビームのエネルギーの約三分の一が鉄合金の前
   記領域の直ぐ近い部分に向けられている特許請求の範囲
   第１項に記載の溶接方法。 ５ 前記ビームの残りの部分が前記銀の薄層及び前記ア
   ルミニウム合金の前記領域の直ぐ近い部分に向けられて
   いる特許請求の範囲第４項に記載の溶接方法。