JP2006187795A - Welding method, and passage changing device manufactured by using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異種の金属の部材を互いに溶接することができる溶接方法、および、その方法を用いて製造される流路切換装置であって、特に、空気調和機、冷蔵・冷凍装置等に使用される流路切換装置に関する。 The present invention relates to a welding method capable of welding different kinds of metal members to each other, and a flow path switching device manufactured by using the method, and particularly used for an air conditioner, a refrigeration / refrigeration device, and the like. The present invention relates to a flow path switching device.
例えば、特許文献1にも示されるような電動式制御弁等の流路切換装置において、ステンレス製の装置本体内部に形成される流路の各開口端部にそれぞれ、銅合金製の継手用パイプを接合するにあたっては、一般に、ろう付けにより接合されている。このようなろう付けによる接合部においては、温度ムラまたはボイド(空孔)による接合不良や、また、ステンレス鋼材をろう付けする際のろう付け温度は高温となるため銅の組織が大きくなりその強度が低下する問題があり、更に、異種金属による局部電池による電解腐食等に起因した漏れ等の不具合が生じる場合がある。 For example, in a flow path switching device such as an electric control valve as shown in Patent Document 1, a joint pipe made of a copper alloy is provided at each opening end of a flow path formed inside a stainless steel device body. In general, these are joined by brazing. In such a joint by brazing, bonding failure due to temperature unevenness or voids (voids), and the brazing temperature when brazing stainless steel material is high, so the structure of copper becomes large and its strength In addition, there may be a problem such as leakage due to electrolytic corrosion caused by a local battery made of a different metal.
このような不具合の対策として、特許文献2乃至4にも示されるように、ステンレス製の部品と銅合金製の部品とをレーザ溶接または電子ビーム溶接等により、接合することが提案されている。 As countermeasures against such problems, as disclosed in Patent Documents 2 to 4, it is proposed to join a stainless steel part and a copper alloy part by laser welding or electron beam welding.
しかしながら、上述のようにステンレス製の部品と銅合金製の部品とがレーザ溶接または電子ビーム溶接等により、接合される場合、その溶融部における銅成分量が、所定量wt%以上の範囲、含まれるとき、割れがその溶融部に生じることが本願の発明者により確認されている。本願の発明者によれば、割れの発生の1つの原因としては、銅成分が鉄の結晶粒界に移動し粒界を割ることによるものと考えられ、また、他の原因としては、溶接後、溶融部における冷却による熱ひずみの作用と考えられている。 However, as described above, when a stainless steel part and a copper alloy part are joined by laser welding or electron beam welding, the amount of copper component in the melted portion is within a range of a predetermined amount wt% or more. The inventor of the present application has confirmed that cracking occurs in the melted part. According to the inventors of the present application, one cause of the occurrence of cracking is considered to be that the copper component moves to the grain boundary of iron and breaks the grain boundary, and the other cause is after welding. It is considered to be the effect of thermal strain due to cooling in the molten part.
以上の問題点を考慮し、本発明は、異種の金属の部材を互いに溶接することができる溶接方法、および、その方法を用いて製造される流路切換装置であって、異種金属の部品がレーザ溶接または電子ビーム溶接等により、接合される場合において、その溶融部における割れの発生を回避できる溶接方法、および、その方法を用いて製造される流路切換装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention is a welding method capable of welding different metal members to each other, and a flow path switching device manufactured using the method, wherein different metal parts are An object of the present invention is to provide a welding method capable of avoiding the occurrence of cracks in the melted portion when joining by laser welding or electron beam welding, and a flow path switching device manufactured using the method. .
上述の目的を達成するために、本発明に係る溶接方法は、第1の金属材料で作られた第1の部材の接合端と、第1の金属材料の溶融温度と異なる溶融温度を有する第2の金属材料で作られた第2の部材の接合端とを対向配置する工程と、第1の部材の接合端と第2の部材の接合端とが合わされる接合部に対し接合部における溶融部のビード幅が1.5mm以下となるように電子ビームまたはレーザビームを照射する工程と、を含んでなる。
本発明に係る溶接方法を用いて製造される流路切換装置は、内部に形成される流路を切り換える切換機構を有するステンレス製の弁本体と、弁本体の流路に接続される銅製の継手用パイプと、を備え、上述の溶接方法により継手用パイプの一端と弁本体とが溶接されることを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, a welding method according to the present invention includes a joining end of a first member made of a first metal material and a melting temperature different from the melting temperature of the first metal material. The step of disposing the joining end of the second member made of the metal material 2 and the joining portion where the joining end of the first member and the joining end of the second member are combined with each other are melted at the joining portion. Irradiating with an electron beam or a laser beam so that the bead width of the portion is 1.5 mm or less.
A flow path switching device manufactured using a welding method according to the present invention includes a stainless steel valve body having a switching mechanism for switching a flow path formed therein, and a copper joint connected to the flow path of the valve body. And one end of the joint pipe and the valve body are welded by the above-described welding method.
以上の説明から明らかなように、本発明に係る溶接方法および、その方法を用いて製造される流路切換装置によれば、第1の部材の接合端と第2の部材の接合端とが合わされる接合部に対し接合部における溶融部のビード幅が1.5mm以下となるように電子ビームまたはレーザビームを照射する工程を含むことにより、接合部における入熱量を小とし比較的短期間とし、また、入熱部を小さく局部的とし、その結果、銅成分が鉄の結晶粒界への移動しても粒界を割る為の熱エネルギーがなく、かつ、熱ひずみが小となるので異種金属の部品がレーザ溶接または電子ビーム溶接等により、接合される場合において、その溶融部における割れの発生を回避できる。 As is clear from the above description, according to the welding method according to the present invention and the flow path switching device manufactured using the method, the joint end of the first member and the joint end of the second member are By including a step of irradiating an electron beam or a laser beam so that the bead width of the melted portion at the joined portion is 1.5 mm or less with respect to the joined portion to be joined, the amount of heat input at the joined portion is reduced and a relatively short period of time is achieved. In addition, the heat input part is made small and localized, and as a result, even if the copper component moves to the grain boundary of iron, there is no thermal energy to break the grain boundary, and the thermal strain becomes small, so When metal parts are joined by laser welding, electron beam welding, or the like, it is possible to avoid the occurrence of cracks in the molten part.
図3は、本発明に係る溶接方法の第1実施例または後述する他の例が適用される電動式制御弁の外観を示す。 FIG. 3 shows the appearance of an electric control valve to which the first embodiment of the welding method according to the present invention or another example to be described later is applied.
図3において、電動式制御弁は、その内部に後述する継手用パイプ12および14の内部に連通する流路を有する弁本体10と、弁本体10における弁座(不図示)が設けられる流路の一端に接続される継手用パイプ14と、弁本体10における流路の他端に接続される継手用パイプ12と、弁本体10に固定されるロアケース16とアッパケース22とに形成される内部空間内に設けられその弁座の開閉を行うニードル(不図示)、このニードルを作動させるねじ機構およびマグネット等からなる開閉機構(切換機構)部と、アッパケース22の外周部に設けられ、上述のマグネットを選択的に励磁させるコイル20と、を主な要素として構成されている。
In FIG. 3, the electric control valve has a
本発明に係る溶接方法の第1実施例は、斯かる電動式制御弁において、銅系材料(銅および銅合金材料を含む)の1つである銅合金製の継手用パイプ12および14とステンレス鋼製の弁本体10との接合に対して適用されている。
In the first embodiment of the welding method according to the present invention, in such an electric control valve, the copper
図1に示されるように、流路12aを内部に有する継手用パイプ12は、弁本体10の一方の開口端10eに、継手用パイプ12の一端(接合端)12eが突き合わされた状態で溶接されている。なお、弁本体10の他方の開口端(不図示)に接合される継手用パイプ14の一端における接合構造も同様な構造とされる。また、弁本体10の一方または他方の開口端10eの内部には、弁本体10の内部流路に連通する孔10aが形成されている。
As shown in FIG. 1, the
継手用パイプ12および継手用パイプ14の一端における溶接方法は、同様とされるので継手用パイプ12の溶接方法について説明し、継手用パイプ14の溶接方法の説明については省略する。
Since the welding method at one end of the
継手用パイプ12の一端12eを開口端10eの端面に溶接するにあたり、先ず、継手用パイプ12の一端12eと開口端10eとが、同心軸線上に対向配置された後、互いに突き合わされ保持される。
In welding one
次に、図1に示されるように、突き合わされ保持された接合部の全周に対し所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームEBが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、接合部における溶融部Wfのビード幅Wbが1.5mm以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。これにより、継手用パイプ12の一端12eが弁本体10に溶接されることとなる。
Next, as shown in FIG. 1, an electron beam EB from a predetermined electron beam welding apparatus is irradiated with a predetermined output for a relatively short period of time on the entire circumference of the joined portion held and abutted. At that time, the output and irradiation time in the electron beam welding apparatus are set so that the bead width Wb of the melted part Wf at the joint is 1.5 mm or less. As a result, the one
このように溶融部WFのビード幅Wbが1.5mm以下の場合、本願の発明者により、溶融部Wfの銅成分量(wt%)が例えば、8〜12wt%の範囲であっても、割れが接合部に発生しないことが検証されている。 As described above, when the bead width Wb of the melted part WF is 1.5 mm or less, the inventors of the present application can crack even if the copper component amount (wt%) of the melted part Wf is, for example, in the range of 8 to 12 wt%. Has been verified not to occur at the joint.
即ち、割れが発生しないのは、接合部における入熱量を小とし比較的短期間とすることにより、入熱部を小さく局部的とし、その結果、銅成分が鉄の結晶粒界へ移動しても熱ひずみが小となったからだと考えられる。 In other words, cracks do not occur because the heat input at the joint is small and relatively short, so that the heat input is small and localized, and as a result, the copper component moves to the iron grain boundaries. It is thought that this is because the thermal strain became small.
従って、高密度のエネルギーを非常に細いビームにすることにより、集中的にしかもピンポイント的な加熱を行うことで熱影響を与える部分を小さくすることができ、結果的に接合部における溶融部に作用する熱ひずみを低減することが可能となる。 Therefore, by making high-density energy a very thin beam, it is possible to reduce the heat-affected portion by performing intensive and pinpoint heating, and as a result, in the molten portion at the joint. It becomes possible to reduce the thermal strain which acts.
また、従来のろう付け方法においては、フラックス等を使用して溶接が行われるためその残渣処理、及び溶接により発生した異物の処理として酸洗い工程が不可欠であったが、
継手用パイプ12および継手用パイプ14の一端と弁本体10とを溶接により接合することにより、酸洗いの工程が省略できるので水洗浄から乾燥工程が不要とされる。しかも、電位差による電解腐食、気密性等に影響のある問題も解決されることとなる。
Moreover, in the conventional brazing method, since the welding is performed using a flux or the like, the pickling process was indispensable as the residue treatment, and the treatment of foreign matter generated by welding,
By joining one end of the
図1に示される例においては、電子ビームEBが、継手用パイプ12の一端12eと開口端10eの端面との境界部分(突合せ部分)に対し照射されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、図2に示されるように、その境界部分から所定距離Dだけ継手用パイプ12の他端側に離隔した位置に照射されてもよい。この場合においても、溶融部Wfのビード幅Wbが1.5mm以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。
In the example shown in FIG. 1, the electron beam EB is applied to the boundary portion (butting portion) between the one
その際、所定距離Dは、継手用パイプ12の厚さtよりも小に設定される(0<D<t)。 At this time, the predetermined distance D is set smaller than the thickness t of the joint pipe 12 (0 <D <t).
図1および2に示される例においては、その開口端部が弁本体10と一体に形成されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、図8に示されるように、ステンレス製の弁本体40における流路に連通する開口端40Bに接続されるステンレス製のアダプタ40Aを介して継手用パイプ12の一端が同様に溶接されてもよい。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the opening end is formed integrally with the
図4および図5は、それぞれ、本発明に係る溶接方法の第2実施例に用いられる接合構造の要部を示す。 4 and 5 respectively show the main part of the joint structure used in the second embodiment of the welding method according to the present invention.
図4に示される接合構造においては、継手用パイプ12’の一端が挿入される孔10’aが、弁本体10’における開口端に、設けられる。これにより、孔10’aに挿入された継手用パイプ12’の一端12’eの端面がその孔10’aの一端に当接し保持されることとなる。
In the joint structure shown in FIG. 4, a
次に、図5に示されるように、開口端10’eの端面で交わる継手用パイプ12’の外周面近傍の全周に対し所定の角度θをなして所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームEBが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、接合部における溶融部Wfのビード幅Wbが1.5mm以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。なお、角度θは、90°未満に設定される(0<θ<90°)。また、継手用パイプ12’の外周面における電子ビームEBの到達位置と開口端10’eの端面との距離D’は、上述の所定距離Dよりも小に設定される(D’=D×SINθ)。
Next, as shown in FIG. 5, the electrons from the predetermined electron beam welding apparatus form a predetermined angle θ with respect to the entire circumference in the vicinity of the outer peripheral surface of the
斯かる方法においても、上述の例と同様な効果が得られることとなる。 Also in such a method, the same effect as the above-mentioned example will be acquired.
なお、図4および図5に示される例においては、継手用パイプ12’の一端が挿入される孔10’aは、端部を有するものであるが、斯かる例に限られることなく、例えば、図9に示されるように、弁本体48が継手用パイプ12’の一端が挿入される貫通孔48aを有するものであってもよい。
In the example shown in FIGS. 4 and 5, the
図6は、本発明に係る溶接方法の第3実施例に用いられる接合構造の要部を示す。 FIG. 6 shows a main part of the joint structure used in the third embodiment of the welding method according to the present invention.
図6に示される接合構造においては、銅製の継手用パイプ32の一端が挿入される孔30aが、ステンレス製の弁本体30における開口端に、設けられる。弁本体30における開口端の外周部には、その開口端の溶融部を少なくするように面取り30Cが全周に施されている。
In the joining structure shown in FIG. 6, a
これにより、孔30aに挿入された継手用パイプ32の一端32eの端面は、その孔30aの一端に当接し保持されることとなる。
As a result, the end face of the one
次に、弁本体30における開口端の端面で交わる継手用パイプ32の外周面近傍の全周に対し略垂直に所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームEBが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、接合部における溶融部のビード幅Wbが1.5mm以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。なお、継手用パイプ32の外周面近傍における電子ビームEBの照射位置は、図6において破線で示されるように、その開口端の端面に対し所定距離、継手用パイプ32の他端側に離隔した位置であってもよい。
Next, the electron beam EB from a predetermined electron beam welding apparatus has a predetermined output for a relatively short period of time substantially perpendicularly to the entire circumference in the vicinity of the outer peripheral surface of the
斯かる方法においても、上述の例と同様な効果が得られるとともに、より少ない熱量により短期間で溶接可能となるので溶融部において継手用パイプ32における銅成分の侵入を抑制できることとなる。
Even in such a method, the same effect as the above-described example can be obtained, and welding can be performed in a short period of time with a smaller amount of heat, so that intrusion of the copper component into the
図7は、本発明に係る溶接方法の第4実施例に用いられる接合構造の要部を示す。 FIG. 7 shows the main part of the joint structure used in the fourth embodiment of the welding method according to the present invention.
図7に示される接合構造においては、銅製の継手用パイプ36の一端36eが突き合わされる端部34eが、ステンレス製の弁本体34における開口端に形成されている。弁本体34における開口端の外周部には、その開口端の溶融部を少なくするように溝部34gが全周に施されている。一方、継手用パイプ36の開口端の外周部にもその開口端の溶融部を少なくするように溝部36gが全周に施されている。溝部36gは、その外周部において一端36eまでの残部の軸線方向の長さが値bとなるように形成されている。一方、弁本体34における溝部34gは、その外周部において一端までの残部の軸線方法の長さが値aとなるように形成されている。値aは、弁本体34における溶融部を小とするように値bよりも小に設定されている。
In the joining structure shown in FIG. 7, an
その際、継手用パイプ36の一端36eの端面は、弁本体34の開口端に突き合わされ保持される。
At that time, the end face of the one
次に、弁本体34における開口端の端部34eと継手用パイプ36の一端36eとの境界部分に対し略垂直に所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームEBが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、接合部における溶融部のビード幅Wbが1.5mm以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。なお、継手用パイプ36の外周面における電子ビームEBの照射位置は、図7において破線で示されるように、その開口端の端面に対し所定距離、継手用パイプ36の他端側に離隔した位置であってもよい。
Next, an electron beam EB from a predetermined electron beam welding apparatus is output for a relatively short period of time in a relatively short period with respect to the boundary portion between the opening
斯かる方法においても、上述の例と同様な効果が得られるとともに、より少ない熱量により短期間で溶接可能となるので溶融部において継手用パイプ36における銅成分の侵入を抑制できることとなる。
Even in such a method, the same effect as the above-described example can be obtained, and welding can be performed in a short period of time with a smaller amount of heat, so that intrusion of the copper component into the
図10は、本発明に係る溶接方法の第5実施例に用いられる接合構造の要部を示す。 FIG. 10 shows a main part of the joint structure used in the fifth embodiment of the welding method according to the present invention.
図4に示される例においては、継手用パイプ12’の一端の外周部が弁本体10’の孔10’aに挿入されているが、一方、図10に示される例においては、ステンレス製の弁本体44における開口端部の外周部に、銅製の継手用パイプ46の一端46eの内周部が挿入される段差部44sが形成されるものである。弁本体44における開口端部は、内部に設けられる流路に連通する孔44aを有している。
In the example shown in FIG. 4, the outer peripheral portion of one end of the
次に、図10に示されるように、継手用パイプ46の一端46eと段差部44sとの当接部分である接合部の全周に対し所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームEBが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、上述の例と同様に、接合部における溶融部のビード幅Wbが1.5mm以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。
Next, as shown in FIG. 10, the electron beam EB from the predetermined electron beam welding apparatus is relatively applied to the entire circumference of the joint portion, which is a contact portion between the one
斯かる方法においても、上述の例と同様な効果が得られることとなる。 Also in such a method, the same effect as the above-mentioned example will be acquired.
図11は、本発明に係る溶接方法の第6実施例に用いられる接合構造の要部を示す。
図4に示される例においては、継手用パイプ12’の一端の外周部が弁本体10’の孔10’aに挿入されているが、一方、図11に示される例においては、ステンレス製の弁本体52の開口端部において比較的長く突出する直管部の外周部に、銅製の継手用パイプ54の一端54eの内周部が挿入されるものである。弁本体52における開口端部は、内部に設けられる流路に連通する孔52aを有している。また、継手用パイプ54の一端54eと弁本体52の外周面との間の距離Lは、後述する電子ビームEBが継手用パイプ54の一端54eに所定の角度で照射されるような値に設定されている。
FIG. 11 shows the main part of the joint structure used in the sixth embodiment of the welding method according to the present invention.
In the example shown in FIG. 4, the outer peripheral portion of one end of the
次に、図11に示されるように、継手用パイプ54の一端54eの端面と直管部の外周面とが交わる接合部の全周に対し所定の角度をもって所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームEBが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、上述の例と同様に、接合部における溶融部のビード幅Wbが1.5mm以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。斯かる方法においても、上述の例と同様な効果が得られることとなる。
Next, as shown in FIG. 11, the electrons from the predetermined electron beam welding apparatus have a predetermined angle with respect to the entire circumference of the joint portion where the end surface of one
上述の実施例においては、電動式制御弁に対して適用されているが、斯かる例に限られることなく、異種の金属製の部材が相互に接合されるような他の装置、例えば、電磁弁、四方弁、圧力スイッチ(センサ)にも本発明に係る溶接方法の一例が適用されてもよい。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to the electric control valve. However, the present invention is not limited to such an example, and other devices in which different metal members are joined to each other, for example, electromagnetic An example of the welding method according to the present invention may be applied to a valve, a four-way valve, and a pressure switch (sensor).
また、上述の例においては。電子ビーム溶接装置が用いられているが、斯かる例に限られることなく、例えば、所謂、レーザ溶接装置が用いられても良い。 Also in the above example. Although an electron beam welding apparatus is used, the present invention is not limited to such an example, and for example, a so-called laser welding apparatus may be used.
10 弁本体
12、14 継手用パイプ
Wf 溶融部
EB 電子ビーム
Wb ビード幅
10
Claims (3)
前記第1の部材の接合端と前記第2の部材の接合端とが合わされる接合部に対し該接合部における溶融部のビード幅が1.5mm以下となるように電子ビームまたはレーザビームを照射する工程と、
を含んでなることを特徴とする溶接方法。 A joining end of a first member made of a first metal material, and a joining end of a second member made of a second metal material having a melting temperature different from the melting temperature of the first metal material; A step of opposingly arranging,
Irradiate an electron beam or a laser beam so that the bead width of the melted portion at the joint is 1.5 mm or less with respect to the joint where the joint end of the first member and the joint end of the second member are combined. And a process of
A welding method comprising:
前記弁本体の前記流路に接続される銅製の継手用パイプと、を備え、
請求項1記載の溶接方法により前記継手用パイプの一端と弁本体とが溶接されることを特徴とする流路切換装置。
A valve body made of stainless steel having a switching mechanism for switching a flow path formed inside;
A copper joint pipe connected to the flow path of the valve body,
A flow path switching device, wherein one end of the joint pipe and the valve body are welded by the welding method according to claim 1.
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