JP3617585B2 - Method of lining titanium or titanium alloy material to steel - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、港湾構造物又は化学容器等の耐食性を向上させるために、強度部材としての鋼材に、耐食性部材としてのチタン又はチタン合金(以下、総称してチタンという)材をライニングするチタン又はチタン合金材の鋼材へのライニング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
鋼材にチタン材をクラッドする方法としては、爆発圧接又は圧延によりチタンクラッド鋼を製造する方法があるが、このような面状に接合させる方法は別として、無垢のチタン板を鋼板に数点で固定してライニングする方法としては、以下に示すものがある。
【0003】
即ち、図10(a)に示すように、鋼板1及びチタン板2に貫通孔3を加工し、この孔3にチタン製ボルト4を挿通してナット5をボルト4に緊締し、鋼板1とチタン板2とを機械的に固定する。その後、図10(b)に示すように、チタン板2とボルト4の頭部とをアーク溶接して溶接部6を形成する。これにより、チタン板2が鋼板1にライニングされる。
【0004】
また、図11(a)に示すように、チタン板2に貫通孔を加工し、この貫通孔位置に整合する位置の鋼板1にネジ孔8を加工し、チタン製ビス7によりチタン板2を鋼板1に機械的に固定する。その後、図11(b)に示すように、ビス7の頭部とチタン板2とをアーク溶接して溶接部9を形成する。これにより、チタン板2が鋼板1にライニングされる。
【0005】
これらの方法においては、チタン板2と鋼板1が直接融合混合して脆弱な金属間化合物を生成することがなく、安定した接合部が得られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来のライニング方法は、いずれも、チタン板2に設けた孔と、鋼材1に設けた孔又はネジ孔とを整合させる必要があるため、孔形成位置には、高精度が要求される。このため、これらの孔を別途に加工することが困難である。
【0007】
また、図10に示す方法においては、使用中にボルト4が緩んでくるという問題点がある。また、図11に示す方法では、鋼板1のネジ孔8の深さによっては、結合強度が不十分であり、チタン板2の剥離が起こる虞がある。このように、いずれの従来技術も難点がある。また、いずれの従来技術も、チタン材と鋼材との双方に前加工を行う必要があり、工程が複雑であるという欠点がある。
【0008】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、前加工が不要で工程が簡素であると共に、強固にチタン材を鋼材に固定することができるチタン又はチタン合金材の鋼材へのライニング方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第1のチタン又はチタン合金材の鋼材へのライニング方法は、チタン又はチタン合金材に孔を加工した後、これを鋼材に重ね、鋼部にチタン又はチタン合金部がクラッドされたクラッド片を前記孔内に配置し、前記クラッド片の鋼部を前記鋼材にアークスタッド溶接し、次いでクラッド片のチタン又はチタン合金部を前記孔の縁部において前記チタン又はチタン合金材にアーク溶接することを特徴とする。
【0010】
本第1発明においては、チタンクラッド鋼からなるクラッド片を使用して、このクラッド片の鋼部と鋼材とをアークスタッド溶接し、クラッド片のチタン又はチタン合金部とチタン又はチタン合金材とをアーク溶接するから、異種金属が溶融混合することがなく、脆弱な金属間化合物の生成もない。
【0011】
本発明に係る第2のチタン又はチタン合金材の鋼材へのライニング方法は、チタン又はチタン合金材に孔を加工した後、これを鋼材に重ね、チタン又はチタン合金からなる小片を前記孔内において前記鋼材の表面に摩擦圧接により接合し、次いで前記チタン小片を前記孔の縁部において前記チタン又はチタン合金材にアーク溶接することを特徴とする。
【0012】
本発明に係る第3のチタン又はチタン合金材の鋼材へのライニング方法は、チタン又はチタン合金材に孔を加工した後、これを鋼材に重ね、チタン又はチタン合金からなる小片を前記孔内において前記鋼材の表面と前記チタン又はチタン合金材の前記孔縁部に同時に圧接することを特徴とする。
【0013】
本第2発明及び第3発明においては、チタン又はチタン合金の小片を使用して、この小片と鋼材とを摩擦圧接により接合し、小片とチタン又はチタン合金材とをアーク溶接又は摩擦圧接により接合しているので、同様にチタン又はチタン合金材と鋼材とが溶融混合することがない。
【0014】
本発明に係る第4のチタン又はチタン合金材の鋼材へのライニング方法は、チタン又はチタン合金材に孔を加工した後、これを鋼材に重ね、前記孔内において、MIGろう付法により、鋼材の表面と、チタン又はチタン合金材の孔周辺部とを同時にプラグ接合することを特徴とする。
【0015】
このチタン又はチタン合金材の鋼材へのライニング方法において、前記MIGろう付に際し、固相線温度が1050℃以下の銅合金からなる溶接ワイヤを使用することができる。また、前記溶接ワイヤが、Siを1乃至4重量%、Mnを0.3乃至3重量%含むSi青銅系の溶接ワイヤであることが好ましい。
【0016】
MIGろう付けの場合は、通常のアーク溶接の場合に比して極めて低い電流条件で接合することができる。従って、鋼材及びチタン又はチタン合金材の双方共、必要にして最少の溶融(希釈)状態で金属接合が得られ、健全な接合部が得られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本第1発明の実施例を示す断面図である。先ず、図1(a)に示すように、チタン板12に孔13を穿設し、鋼板11にチタン板12を重ねる。この場合に、鋼板11には孔は形成されておらず、従って孔位置を整合させる位置合わせは不要である。
【0018】
図1(b)はクラッド片14を示す。このクラッド片14は、チタン材と鋼材とを爆着法又は圧延法等によりクラッドしたチタンクラッド鋼から採取し、所定形状に加工したものである。即ち、クラッド片14は孔13より若干小径の鋼部16と、この鋼部16及び孔13より大径のチタン部15とを有する。
【0019】
そして、図1(c)に示すように、このクラッド片14をその鋼部16を孔13内に挿入し、鋼部16とその下方に位置する鋼板11とをアークスタッド溶接により溶接する。この場合に、アークスタッド溶接においては、チタン板12をアークによって溶融させることがないため、溶接機のスタッドと鋼板11との間に生成した溶融金属と、チタンとは溶融反応しない。このため、鉄とチタンとの極めて脆弱な金属間化合物は形成せれず、鋼同士の強固な金属結合が生じる。
【0020】
次いで、図1(d)に示すように、クラッド片14のチタン部15とチタン板12の孔周辺部とを、アーク溶接により接合し、接合部17を形成する。このアーク溶接は、チタン板12の下方に位置する鋼板11までは溶融させない条件で溶接する。これにより、このアーク溶接は、通常のチタン同士の溶接になるため、冶金的問題を生じることなく溶接することが可能である。以上の工程により、強固にチタン材を鋼材にライニングすることができる。
【0021】
なお、本実施例においては、鋼板には前加工を施さなかったが、スタッド溶接時の溶融金属のスペースを確保するという観点から、図3に示すように、鋼板11にも浅い凹部18を加工しておくことができる。
【0022】
次に、本願第2発明及び第3発明の実施例について説明する。チタン又はチタン合金材と鋼材とを直接溶融接合すると、極めて脆弱な金属間化合物が生成し、溶接部に割れが生じてしまう。しかし、摩擦圧接においては、基本的には接合界面は溶融混合せず、高温での短時間の拡散反応が生じるだけである。このため、摩擦圧接においては、圧接条件を最適化することにより、チタン又はチタン合金材と鋼材とを直接接合することが可能である。
【0023】
図4は本願第2発明の実施例を示す断面図である。図4(a)に示すように、孔23が穿設されたチタン板22を鋼板21に重ねる。図4(b)は、チタン又はチタン合金からなる小片24を示し、この小片24は孔23より大径の大径部25と孔23より若干小径の小径部26とを有する形状に加工しておく。そして、この小片24を、図4(c)に示すように、その小径部26を孔23に嵌合し、この小径部26の下面と鋼板21とを摩擦圧接する。このときの、圧接の条件としては、鉄とチタンとの反応を極力抑制し、強固に接合できるものとする。この条件として、例えば、摩擦圧力:7乃至9kgf/mm2、アプセット圧力:15乃至25kgf/mm2、摩擦代2乃至4mm、回転数2000乃至6000rpmがある。
【0024】
その後、図4(d)に示すように、チタン小片25の上部大径部25とチタン板22の孔周辺部とを、アーク溶接し、溶接部27を形成する。このアーク溶接に際して、当然のことながら、チタン板23の下方に位置する鋼板21まで溶融させない条件で溶接する。このアーク溶接においては、通常のチタン同士の溶接になるため、チタン又はチタン合金と鋼との混合溶融の問題がなく、脆化が生じない接合が可能である。以上の工程により、強固にチタン板22を鋼板21にライニングすることができる。
【0025】
図5は本願第3発明の実施例を示す断面図である。本実施例においては、チタン小片28はチタン板21に設けた孔23より大径の円柱状をなす。そして、図5(a)に示すように、孔23を設けたチタン板22を鋼板21に重ね、孔23内にてチタン片28を鋼板21の表面及びチタン板22の孔周辺部に対して同時に摩擦圧接により接合する。
【0026】
このときのチタン小片は28チタン板22に設けられた孔23の径より大径のものとする。チタン小片の径がチタン板22の孔径より小さい場合は、図6に示すように、チタン同士の接合部29における圧接時の圧力が不足し、健全な接合部を得ることができない。
【0027】
図5に示した本実施例方法においては、使用目的によっては圧接後のチタン小片28の頭部の手入れが必要となるものの、図4に示す第2実施例に比して、その接合作業が極めて能率的である。
【0028】
次に、本願第4発明の実施例について説明する。チタン又はチタン合金と鋼とを直接溶融接合すると、極めて脆弱な金属間化合物が生成し、割れの発生を回避することは困難である。従って、溶接ワイヤを使用する場合を含めて、チタン材と鋼材とを直接接合する際に、如何にしてチタン材中のチタンと鋼材中の鉄とを溶融混合させずに、溶接金属そのものの延性を確保するかということ、また如何にして、チタン材と鋼材との界面近傍に脆い反応層を生成させないかということが重要である。
【0029】
本願第4発明においては、MIGろう付け法によりチタン材と鋼材とを直接接合する。このMIGろう付による方法では、通常のアーク溶接によるものに比して、極めて低い電流条件を適用することができる。これは、MIG溶接においては、ワイヤに融点の低い銅合金を使用することができること、及び細径ワイヤを使用することによる効果である。
【0030】
図9は本第4発明の実施例を示す断面図である。鋼板31上に、孔33が穿設されたチタン板32を重ね、この孔33内において、MIGスポットろう付けにより孔周辺部のチタン板32と孔下部の鋼板31とを接合する。これにより、孔33内を充填した溶接金属34がプラグ状に孔33から盛り上がって形成される。
【0031】
本実施例においては、MIGろう付けにより鋼板31とチタン板32とを孔33内で接合するから、融点が低い銅合金系の溶接ワイヤを使用し、低電流条件で溶接することができる。
【0032】
このため、本実施例においては、チタン板32中のチタンと鋼板31中の鉄との溶融混合を防止でき、チタン板と鋼板との界面近傍における脆い反応層の生成を抑制しつつ、チタン板と鋼板とを直接接合することができる。
【0033】
而して、溶接ワイヤとしてSi青銅系のワイヤを使用すれば、チタン材側及び鋼材側の双方に対して溶接金属の濡れ性が優れたものとなり、これにより良好かつ密着性が優れたビードが得られる。このような溶接ワイヤにより、適正範囲でのアーク条件で、チタン又はチタン合金材の孔内で、このチタン又はチタン合金材とその下方の鋼材とをMIGスポットろう付することにより、前記孔内が溶接金属で充填され、プラグ状の溶接部が得られる。これにより、チタン材側及び鋼材側とも、必要にして最小の溶融(希釈)状態で、金属接合状態が得られる。また、MIGろう付時には、Arを代表とする不活性ガスでシールドし、直流のアークにより電極(ワイヤ)側を正極として施工する。これにより、アーク発生時に母材側でクリーニングアクションが起こるため、チタン材側及び鋼材側とも接合部の清浄度が向上し、より健全な接合部が得られる。
【0034】
施工能率の面においても、本実施例は、溶接ビードの手入れ作業は別として、1工程で施工が完了するため、極めて能率的である。
【0035】
なお、本実施例方法で使用される溶接ワイヤの径については、前述のように、基本的には低電流の条件で、安定したアークを発生させる必要があるため、0.8乃至1.2mmであることが好ましい。ワイヤ径が1.2mmを超えると、安定したアークを得るための電流が過大となり、母材を過剰に溶融させてしまい、前述の脆弱な化合物の生成につながる。一方、ワイヤ径が0.8mm未満になると、ワイヤそのものの製造コストが極めて高くなると共に、ワイヤの送給性が劣るという不利がある。このため、ワイヤ径は0.8乃至1.2mmにすることが好ましい。
【0036】
【実施例】
次に、本発明の第1実施例方法により、鋼板にチタン板をライニングし、その品質を試験した結果について説明する。JISH4600、TP270の板厚1mmのチタン板を、板厚12mmの軟鋼板に固定した。試験板の平面サイズは双方とも50mm×100mmとし、チタン板材の中央に直径が4乃至12mmの種々の孔を加工した後、これを軟鋼板上に重ねた。
【0037】
図2はクラッド片の形状及び寸法を示す。このクラッド片は爆着法により製作したチタンクラッド鋼から数種の孔部直径のものを採取し、試験に供した。クラッド片のスタッド溶接は、市販のアークスタッド溶接機を用い、それぞれの直径により電流及びアークタイム条件を変化させて溶接した。その後、クラッド片とチタン板との溶接は、TIG溶接法により、電流条件:150〜180A、電圧条件:12〜14Vで溶接した。下記表1はスタッド溶接条件を示す。
【0038】
溶接完了後、チタン板を鋼板から剥がす試験を行った。下記表2は各試験条件と引き剥がし試験での評価結果を示す。TIG溶接部の周りのチタン板母材が破れ、所謂ボタン破断したものを合格(○)とし、TIG溶接部で破断した場合を不合格(×)とした。
【0039】
この表1及び2から、適切な条件を選定することにより、強固なライニングが可能であることがわかる。
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】
次に、本願第2発明の実施例方法により、鋼板にチタン板をライニングし、その品質を試験した結果について説明する。材質がJISH4600、TP270、板厚が1mmのチタン板を、板厚が12mmの軟鋼板にライニングする試験を行った。試験板の平面サイズは双方とも50mm×100mmとし、チタン板の中央に直径9mmの孔を加工したうえで、軟鋼板に重ねた。チタン小片として、図7に示す形状及び寸法のものを使用した。このチタン小片の摩擦圧接は、市販の摩擦圧接機を用い、種々の条件で圧接した。チタン小片とチタン板との間は、TIG溶接法により、電流:150〜180A、電圧:12〜14Vの範囲の条件で溶接した。
【0043】
溶接完了後、チタン板を鋼板から剥がす試験を行った。下記表3はチタン小片の鋼板に対する摩擦圧接条件及び引き剥がし試験での評価結果を示す。TIG溶接部の周りのチタン板母材が破れ、所謂ボタン破断したものを合格(○)、溶接部から破断したものを不合格(×)とした。
【0044】
この表3に示すように、適切な条件を選定することにより、強固なライニングが可能であった。
【0045】
【表3】
次に、本願第3発明の実施例方法により、鋼板にチタン板をライニングし、その品質を試験した結果について説明する。上記第2発明の実施例と同様に、JISH4600、TP270の板厚1mmのチタン板を、板厚12mmの軟鋼板に固定してライニングする試験を行った。試験板の平面サイズは双方とも50mm×100mmとし、チタン板の中央に直径6mmの孔を加工したうえで、軟鋼板を重ねた。チタン小片として、図8に示す形状及び寸法のものを製作し、接合試験に供した。即ち、このチタン小片とチタン板及び鋼板の双方とを同時に摩擦圧接した。この摩擦圧接は、市販の摩擦圧接機を使用し、回転数を3000rpmと一定とし、下記表4に示す種々の条件で圧接した。
【0046】
溶接完了後、チタン板材を鋼板から引き剥がす試験を行った。下記表4の評価結果欄において、圧接部の界面から破断したものは不合格(×)、チタン板母材が破れる所謂ボタン破断したものを合格(○)とした。
【0047】
下記表4に示すように、適切な条件を選定することにより、チタン板を1工程で鋼板に強固にライニングすることが可能である。
【0048】
【表4】
【0049】
次に、本願第4発明の実施例方法により、鋼板とチタン板とをスポット接合し、その接合部の品質を調査した結果について説明する。JISH4600、TP270の板厚1mmのチタン板を、板厚12mmの軟鋼板に固定した。試験板の平面サイズは双方とも50mm×100mmとし、チタン板材の中央に直径8mmの孔を加工したうえで、軟鋼板に重ね、種々の溶接ワイヤを使用したアーク溶接方法(MIG及びMIGろう付け)で両者を溶接した。
【0050】
溶接完了後、目視及び浸透探傷検査により、溶接部の割れの有無を調べ、施工条件の適否を判定した。
【0051】
下記表5は溶接方法及び溶接条件とその判定結果を示す。表5に示すように、MIG溶接によるものは割れの発生を回避できなかったが、比較的低い電流条件による溶接が可能なMIGろう付けによる本実施例方法では、割れの発生が認められず、良好な溶接品質が得られた。
【0052】
【表5】
【0053】
次に、本願第4発明の実施例方法において、チタン板に設けた孔の直径を種々変更してその溶接品質を調査した結果について説明する。表5に示す実施例と同様にJISH4600、TP270の板厚1mmのチタン板材と、板厚12mmの軟鋼板とを使用した。試験板の平面サイズは双方とも50mm×100mmとし、チタン板の中央に種々の径の孔を加工した上で、軟鋼板に重ね、直径が0.8mmの3%Si−Cu青銅系ワイヤを使用して、MIGスポット溶接を行った。
【0054】
溶接完了後、目視及び浸透探傷検査により、溶接部の割れの有無を調べると共に、割れが認められなかったものについては、チタン板材を鋼板から引き剥がす試験を行い、溶接部の界面から破断したものは不合格(×)、チタン板母材が破れ、所謂ボタン破断したものを合格(○)とした。
【0055】
下記表6はその試験条件及び評価結果を示す。この表6に示すように、適切な条件を選定することにより、チタン板を1工程で鋼板に強固にライニングすることが可能である。
【0056】
【表6】
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チタン又はチタン合金材と鋼材とを、チタン部と鋼部とからなるクラッド片を使用し、チタン又はチタン合金材及び鋼材とクラッド片との同種材料同士を溶接するか、又はチタン小片を使用し、このチタン小片と鋼材又は鋼材及びチタン又はチタン合金材とを摩擦圧接により接合するか、又はチタン又はチタン合金材の孔内でチタン又はチタン合金材と鋼材とをMIG溶接により接合するので、チタンと鉄とが溶融混合することなく、チタン又はチタン合金材と鋼材とを固定し、チタン又はチタン合金材を鋼材にライニングすることができる。従って、脆弱な金属間化合物を形成することなく、高強度の接合部を得ることができる。また、本発明によれば、チタン又はチタン合金材と鋼材に対する前加工が不要であり、両者の位置合わせも不要であって、工程が簡素であり、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例を示す断面図である。
【図2】同じくその試験に使用したクラッド片を示す図である。
【図3】同じくその変形例を示す断面図である。
【図4】第2実施例を示す断面図である。
【図5】第3実施例を示す断面図である。
【図6】その比較例を示す断面図である。
【図7】同じくその試験に使用するチタン小片を示す図である。
【図8】同じくその試験に使用するチタン小片を示す図である。
【図9】第4実施例を示す断面図である。
【図10】従来の機械的結合方法を示す断面図である。
【図11】従来の他の機械的結合方法を示す断面図である。
【符号の説明】
1,11、21、31:鋼板
2,12、22、32:チタン板
3、13、23、33:孔
4:ボルト
5:ナット
6:溶接部
7:ビス
8:ネジ孔
14:クラッド片
15:チタン部
16:鋼部
17、27、29:接合部
18:凹部
24、28:チタン小片
25:大径部
26:小径部
34:溶接金属[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to titanium or titanium lining titanium or a titanium alloy (hereinafter collectively referred to as titanium) as a corrosion-resistant member to a steel material as a strength member in order to improve the corrosion resistance of a harbor structure or a chemical container. The present invention relates to a method for lining an alloy material to a steel material.
[0002]
[Prior art]
As a method of cladding a titanium material on a steel material, there is a method of producing a titanium clad steel by explosive pressure welding or rolling, but apart from such a method of joining in a planar shape, a solid titanium plate is attached to a steel plate at several points. There are the following methods for fixing and lining.
[0003]
That is, as shown in FIG. 10 (a), a through
[0004]
Further, as shown in FIG. 11 (a), a through hole is processed in the
[0005]
In these methods, the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, any of the above-described conventional lining methods requires that the hole provided in the
[0007]
Further, the method shown in FIG. 10 has a problem that the
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and lining of the titanium or titanium alloy material into the steel material that can be firmly fixed to the steel material while pre-processing is unnecessary and the process is simple and can be firmly fixed. It aims to provide a method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the first lining method of the titanium or titanium alloy material according to the present invention, a hole is formed in the titanium or titanium alloy material, and then the steel or titanium alloy material is clad with the steel portion. The clad piece is placed in the hole, the steel part of the clad piece is arc stud welded to the steel material, and then the titanium or titanium alloy part of the clad piece is arc welded to the titanium or titanium alloy material at the edge of the hole It is characterized by doing.
[0010]
In the first invention, a clad piece made of titanium clad steel is used, and the steel part and steel material of the clad piece are arc stud welded, and the titanium or titanium alloy part of the clad piece and titanium or titanium alloy material are bonded together. Since arc welding is performed, dissimilar metals are not melted and mixed, and fragile intermetallic compounds are not generated.
[0011]
In the lining method of the second titanium or titanium alloy material according to the present invention to the steel material, after holes are formed in the titanium or titanium alloy material, the holes are stacked on the steel material, and small pieces made of titanium or titanium alloy are placed in the holes. The steel material is joined to the surface by friction welding, and then the titanium piece is arc welded to the titanium or titanium alloy material at the edge of the hole.
[0012]
According to the third method of lining a titanium or titanium alloy material according to the present invention, after processing holes in the titanium or titanium alloy material, the holes are stacked on the steel material, and small pieces made of titanium or titanium alloy are placed in the holes. The surface of the steel material and the hole edge of the titanium or titanium alloy material are simultaneously pressed into contact with each other.
[0013]
In the second and third inventions, a small piece of titanium or titanium alloy is used, and the small piece and steel are joined by friction welding, and the small piece and titanium or titanium alloy material are joined by arc welding or friction welding. Therefore, the titanium or titanium alloy material and the steel material do not melt and mix similarly.
[0014]
The fourth titanium or titanium alloy material lining method according to the present invention is a method of machining a hole in titanium or a titanium alloy material and then superimposing the hole on the steel material. And the surface of the hole of the titanium or titanium alloy material are simultaneously plug-joined.
[0015]
In this method of lining titanium or a titanium alloy material to a steel material, a welding wire made of a copper alloy having a solidus temperature of 1050 ° C. or lower can be used for the MIG brazing. The welding wire is preferably a Si bronze welding wire containing 1 to 4% by weight of Si and 0.3 to 3% by weight of Mn.
[0016]
In the case of MIG brazing, joining can be performed under a very low current condition as compared with the case of normal arc welding. Therefore, both the steel material and titanium or titanium alloy material can obtain a metal joint in a minimum molten (diluted) state as required, and a sound joint can be obtained.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the first invention. First, as shown in FIG. 1A, a
[0018]
FIG. 1B shows the
[0019]
Then, as shown in FIG. 1C, the
[0020]
Next, as shown in FIG. 1 (d), the
[0021]
In this embodiment, the steel plate was not pre-processed. However, from the viewpoint of securing a space for molten metal during stud welding, a
[0022]
Next, examples of the second and third inventions of the present application will be described. When titanium or a titanium alloy material and a steel material are directly melt-bonded, an extremely fragile intermetallic compound is generated, and a crack occurs in a welded portion. However, in friction welding, basically, the bonding interface is not melt-mixed, and only a short-time diffusion reaction occurs at a high temperature. For this reason, in friction welding, it is possible to directly join titanium or a titanium alloy material and a steel material by optimizing the pressure welding conditions.
[0023]
FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the second invention of the present application. As shown in FIG. 4A, the
[0024]
Thereafter, as shown in FIG. 4 (d), the upper large-
[0025]
FIG. 5 is a sectional view showing an embodiment of the third invention of the present application. In the present embodiment, the titanium
[0026]
The titanium piece at this time has a diameter larger than the diameter of the
[0027]
In the method of the present embodiment shown in FIG. 5, although the head of the
[0028]
Next, an embodiment of the fourth invention of the present application will be described. When titanium or a titanium alloy and steel are directly melt-bonded, an extremely fragile intermetallic compound is generated, and it is difficult to avoid the occurrence of cracks. Therefore, when directly joining a titanium material and a steel material, including the case where a welding wire is used, the ductility of the weld metal itself does not melt and mix the titanium in the titanium material and the iron in the steel material. It is important to ensure the resistance and how to generate a brittle reaction layer in the vicinity of the interface between the titanium material and the steel material.
[0029]
In the fourth invention of the present application, the titanium material and the steel material are directly joined by the MIG brazing method. In the method by MIG brazing, extremely low current conditions can be applied as compared with those by ordinary arc welding. This is the effect of using a copper alloy having a low melting point for the wire and using a thin wire in MIG welding.
[0030]
FIG. 9 is a sectional view showing an embodiment of the fourth invention. On the
[0031]
In this embodiment, since the
[0032]
Therefore, in the present embodiment, the
[0033]
Thus, if a Si bronze-based wire is used as the welding wire, the weld metal has excellent wettability on both the titanium material side and the steel material side, thereby providing a bead with good and excellent adhesion. can get. Such a welding wire allows MIG spot brazing between the titanium or titanium alloy material and the steel material below the titanium or titanium alloy material in the hole of the titanium or titanium alloy material under an arc condition in an appropriate range, so that the inside of the hole is formed. Filled with weld metal, a plug-like weld is obtained. Thereby, both the titanium material side and the steel material side can obtain a metal bonded state in a minimum molten (diluted) state as required. Further, at the time of MIG brazing, it is shielded with an inert gas typified by Ar, and the electrode (wire) side is applied as a positive electrode by a direct current arc. Thereby, since a cleaning action occurs on the base material side when an arc is generated, the cleanliness of the joint portion is improved on both the titanium material side and the steel material side, and a more healthy joint portion is obtained.
[0034]
Also in terms of construction efficiency, this embodiment is extremely efficient because the construction is completed in one process, apart from the work of cleaning the weld beads.
[0035]
As described above, the diameter of the welding wire used in the present embodiment method is basically 0.8 to 1.2 mm because it is necessary to generate a stable arc under a low current condition. It is preferable that When the wire diameter exceeds 1.2 mm, the current for obtaining a stable arc becomes excessive, and the base material is excessively melted, leading to the generation of the aforementioned fragile compound. On the other hand, when the wire diameter is less than 0.8 mm, the manufacturing cost of the wire itself is extremely high, and there is a disadvantage that the wire feedability is inferior. For this reason, the wire diameter is preferably 0.8 to 1.2 mm.
[0036]
【Example】
Next, a description will be given of the results of lining a titanium plate on a steel plate and testing its quality by the method of the first embodiment of the present invention. A 1 mm thick titanium plate of JISH4600 and TP270 was fixed to a mild steel plate having a thickness of 12 mm. The plane size of the test plate was 50 mm × 100 mm for both, and various holes having a diameter of 4 to 12 mm were machined in the center of the titanium plate material, which were then stacked on the mild steel plate.
[0037]
FIG. 2 shows the shape and dimensions of the clad piece. The clad pieces were sampled from titanium clad steel produced by the explosion method with several hole diameters and used for the test. For the stud welding of the clad piece, a commercially available arc stud welding machine was used and the current and arc time conditions were changed according to the respective diameters. Thereafter, the clad piece and the titanium plate were welded at a current condition of 150 to 180 A and a voltage condition of 12 to 14 V by the TIG welding method. Table 1 below shows the stud welding conditions.
[0038]
The test which peels a titanium plate from a steel plate after the completion of welding was done. Table 2 below shows the test conditions and the evaluation results in the peeling test. The titanium plate base material around the TIG welded portion was torn and the so-called button ruptured was regarded as acceptable (◯), and the case where it was broken at the TIG welded portion was regarded as unacceptable (x).
[0039]
From Tables 1 and 2, it can be seen that a strong lining is possible by selecting appropriate conditions.
[0040]
[Table 1]
[0041]
[Table 2]
[0042]
Next, the results of lining a titanium plate on a steel plate and testing its quality by the method of the second embodiment of the present invention will be described. A test was performed in which a titanium plate having a material thickness of JISH4600, TP270, and a plate thickness of 1 mm was lined to a mild steel plate having a plate thickness of 12 mm. Both of the plane sizes of the test plates were 50 mm × 100 mm, and a hole having a diameter of 9 mm was processed in the center of the titanium plate, and then the steel plate was overlaid on the mild steel plate. A titanium piece having the shape and dimensions shown in FIG. 7 was used. The friction welding of the titanium pieces was performed under various conditions using a commercially available friction welding machine. The titanium piece and the titanium plate were welded by the TIG welding method under the conditions of current: 150 to 180 A and voltage: 12 to 14V.
[0043]
The test which peels a titanium plate from a steel plate after the completion of welding was done. Table 3 below shows the friction welding conditions of the titanium piece to the steel plate and the evaluation results in the peeling test. Titanium plate base material around the TIG welded part was torn, so-called broken button was accepted (◯), and broken from the welded part was rejected (x).
[0044]
As shown in Table 3, a strong lining was possible by selecting appropriate conditions.
[0045]
[Table 3]
Next, the results of lining a titanium plate on a steel plate and testing its quality by the method of the third embodiment of the present invention will be described. In the same manner as in the second embodiment, a test was performed in which a titanium plate of 1 mm thickness of JISH4600 and TP270 was fixed to a mild steel plate of 12 mm thickness for lining. The plane sizes of the test plates were both 50 mm × 100 mm, and after processing a hole with a diameter of 6 mm in the center of the titanium plate, the mild steel plates were stacked. A titanium piece having the shape and dimensions shown in FIG. 8 was manufactured and subjected to a joining test. That is, the titanium piece and both the titanium plate and the steel plate were simultaneously friction welded. For this friction welding, a commercially available friction welding machine was used, the rotation speed was kept constant at 3000 rpm, and pressure welding was performed under various conditions shown in Table 4 below.
[0046]
After welding was completed, a test was conducted to peel the titanium plate from the steel plate. In the evaluation result column of Table 4 below, what was broken from the interface of the pressure contact portion was rejected (x), and what was so-called button fractured where the titanium plate base material was broken was rated as acceptable (◯).
[0047]
As shown in Table 4 below, by selecting appropriate conditions, it is possible to firmly line the titanium plate to the steel plate in one step.
[0048]
[Table 4]
[0049]
Next, the result of spot joining a steel plate and a titanium plate and investigating the quality of the joint by the method of the fourth embodiment of the present invention will be described. A 1 mm thick titanium plate of JISH4600 and TP270 was fixed to a mild steel plate having a thickness of 12 mm. The plane size of both test plates is 50 mm x 100 mm, and an arc welding method using various welding wires (MIG and MIG brazing) after machining a hole with a diameter of 8 mm in the center of a titanium plate and then stacking it on a mild steel plate. The two were welded together.
[0050]
After the welding was completed, the presence or absence of cracks in the weld was examined by visual inspection and penetration inspection, and the suitability of the construction conditions was determined.
[0051]
Table 5 below shows the welding method, welding conditions, and determination results. As shown in Table 5, although the occurrence of cracks could not be avoided in the case of MIG welding, in the present example method by MIG brazing that can be welded under relatively low current conditions, no cracks were observed, Good welding quality was obtained.
[0052]
[Table 5]
[0053]
Next, a description will be given of the results of examining the welding quality by changing the diameters of the holes provided in the titanium plate in the method according to the fourth embodiment of the present invention. In the same manner as in the examples shown in Table 5, a titanium plate material having a plate thickness of 1 mm of JISH4600 and TP270 and a mild steel plate having a plate thickness of 12 mm were used. Both test plates have a plane size of 50 mm x 100 mm. After processing holes of various diameters in the center of the titanium plate, use a 3% Si-Cu bronze wire with a diameter of 0.8 mm. Then, MIG spot welding was performed.
[0054]
After welding is complete, the presence or absence of cracks in the welded portion is examined by visual inspection and penetration flaw inspection. For those where no cracks are observed, a test is conducted to peel the titanium plate from the steel plate, and the welded portion is fractured. Was rejected (x), the titanium plate base material was torn and the so-called button fractured was determined to be acceptable (◯).
[0055]
Table 6 below shows the test conditions and evaluation results. As shown in Table 6, by selecting appropriate conditions, it is possible to firmly line the titanium plate to the steel plate in one step.
[0056]
[Table 6]
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, titanium or a titanium alloy material and a steel material are used, and a clad piece comprising a titanium part and a steel part is used, and the same kind of material of the titanium or titanium alloy material and the steel material and the clad piece is used. Welding each other or using titanium pieces, and joining the titanium pieces to steel or steel and titanium or titanium alloy by friction welding, or titanium or titanium alloy in the hole of titanium or titanium alloy Since the steel and the steel material are joined by MIG welding, the titanium or titanium alloy material and the steel material can be fixed and the titanium or titanium alloy material can be lined to the steel material without melting and mixing titanium and iron. Therefore, a high strength joint can be obtained without forming a brittle intermetallic compound. Moreover, according to this invention, the pre-processing with respect to titanium or a titanium alloy material and steel materials is unnecessary, both alignment is also unnecessary, a process is simple, and manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment.
FIG. 2 is a view showing a clad piece used in the test.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modified example of the same.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a comparative example.
FIG. 7 is a view showing a titanium piece similarly used in the test.
FIG. 8 is a view showing a titanium piece similarly used in the test.
FIG. 9 is a sectional view showing a fourth embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a conventional mechanical coupling method.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing another conventional mechanical coupling method.
[Explanation of symbols]
1, 11, 21, 31:
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