JPS6343780A - スポンジチタン成形体の溶接方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はスポンジチタン成形体を溶接して大型成形体あ
るいは長尺成形体を組立てる方法に関し、詳細には高品
質の組立体を能率良く経済的に製造するスポンジチタン
成形体の溶接方法に関するものである。尚以下の説明で
は主としてスポンジチタン成形体を溶接してスポンジチ
タン溶解用電極棒を製造する場合を取りあげて説明を展
開する。

［従来の技術］ Ｋｒｏｌｌ法、ナトリウム還元法、電解法等によって製
造されるスポンジチタンは多孔性であり、ミクロ的に見
て均質性を欠くものである。その為展伸用材料として利
用するに当たっては予めこれを溶解鋳造して鋳塊にして
おく必要かある。

しかるにチタンは化学反応性が強く融点も約１７００℃
と高いので溶解に際しては特殊な炉を用いる必要があり
、一般に炉内雰囲気を不活性ガスあるいは真空としたア
ーク溶解炉が使用される。この場合のアーク電極として
は、少量溶解のときにはタングステン電極を使用するこ
ともあるが、電極材料が不純物として鋳塊中に混入する
恐れがある為、大量溶解ではスポンジチタンをプレス成
形してブリケットを作った後これらを長手方向に多数溶
接して棒状としたもの自体を電極として利用する。この
場合の溶接手段としては従来ＴＩＧ溶接あるいはＡｒ雰
囲気中てのプラズマ溶接が汎用されている。

［発明か解決しようとする問題点］ 第２図はスポンジチタン溶解用電極棒の構造を示す模式
図で、電極棒は、円柱乃至円盤を周方向に３分割（通常
２〜４分割）した扇形状のスポンジチタン成形体をまず
プレス成形によって製造し、これを図示の如く組立てて
、その周方向及び長手方向の合せめを溶接することによ
り製造される。この様な電極棒をアーク溶接するに当た
っては、炉内に電極棒を吊設して溶解作業を行なうとい
う方法を採用しているので、前記溶接部分からの破損に
よって電極の一部が脱落することがあってはならず、溶
接部にはかなりの継手強度が要求される。又長平方向の
溶接金属（第２図では左右方向）は上記継手強度か要求
されるだけでなく、アーク溶解電流の主たる通路となる
ものであるからある程度以上の断面積を有することが要
求される。しかるに溶込み能力の比較的大きなプラズマ
溶接でさえ７〜８ｍｍ程度の溶込み深さしか得られず、
溶接金属の断面積は５０ｍｍ２程度と小さい。

従って上記要求断面積を確保しようとすればかなり多く
のビード本数を形成しなければならなくなるが、ＴＩＧ
溶接あるいはプラズマ溶接による上記溶接では、溶接速
度はせいぜい５〜２０　ｃｍ／分でありその溶接能率は
余り高いとは言えない。

従ってビード本数を増加しようとすれば第２図に示した
様な周方向分割数が更に増加してときには１２〜２０木
に増えると共に全体として溶接線長さが増加することに
なり、生産性は著しく低いものにならざるを得ない。さ
らにＴＩＧ溶接では溶接時に多量のスパッタが発生する
ことからタングステン電極の損耗が激しくなり、溶接を
度々中断して頻繁にタングステン電極を交換しなければ
ならず、又プラズマ溶接ではノズル内部にスパッタがイ
」着し、その除去や部品交換の為にやはり溶接の中断を
余儀なくされることがある。上記理由からスポンジチタ
ン溶解用電極棒の製作には多大な工数を要し生産性低下
が問題となっている。

一方ＴＩＧ溶接時にはタングステン電極がプール中へ溶
は落ちて鋳塊中へタングステンが混入するという問題の
他、大量のスパッタが発生することからシールド状態が
乱れ易く大気中の酸素や窒素が溶接金属中へ多量に混入
するという問題がある。一方不活性ガス中におけるプラ
ズマ溶接においては、大気の影響を回避することかでき
るが、不活性カス中には２００　ｐｐｍ程度の不純物（
酸素、窒素等）が含まれており、不純物混入の問題が完
全に解消される訳ではない。この様に従来の溶接法では
溶接金属の品質ひいては鋳塊品質が悪化するという問題
がある。

本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、溶接能率が優れ且つ品質の優れた溶接金属ひいては鋳
塊を与える様なスポンジチタン成形体の溶接方法を提供
しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ しかして」１記目的を達成した本発明方法は、スポンジ
チタン成形体を溶接するに当たり、スポンジヂタンの溶
融量を４．０８ｃｍ３７ｓｅｃ以下とし且つ溶込み深さ
Ｈｐとビード幅Ｗの比（Ｈｐ／Ｗ）を３．５以下に調整
して電子ビーム溶接を行なう点に要旨を有するものであ
る。

［作用］ 本発明者等は溶接能率の向上並びに製品品質の向上を一
挙に達成する手段として電子ビーム溶接の適用を検討し
た。即ち電子ビーム溶接は前述の溶接方法に比べて極め
て高いエネルギー密度を有する溶接方法であり、高速溶
接の実施が可能である。従って溶接能率の向上という面
では有望な溶接方法と言うことができる。しかるに電子
ビーム溶接は高真空雰囲気（５Ｘ１０−２〜ｌＸｌ０−
’Ｔｏｒｒ）中で行なわれるので、スポンジチタン成形
体の様に内部に多量の空気を含んでいる材料を溶接する
ときにはガス吹診現象が起こり、スパッタの発生と共に
ガス吹き欠陥が生成する。又溶接時にスポンジチタン成
形体から放出された空気が溶接雰囲気の真空度を低下さ
せる為、電子ビームが空気分子に当たって電子が散乱し
、電子ビームの大きさや形状が乱れて所望の溶接結果が
得られなくなる。又ときには電子ビームの連続的照射自
体が困難になることもある。さらに多量のスパッタが発
生するためアーキングが生じ易く、これによる溶接欠陥
も発生ずる。この様に電子ビーム溶接は溶接作業上色々
の問題がありスポンジチタン成形体の溶接に電子ビーム
溶接を適用することは殆んど不可能であると思われてい
た。

しかしながら木発明者等か種々研究を重ねたところ、前
記構成で示される様に単位時間当たりのスポンジチタン
溶融量を一定量未満即ち４．０８ｃｍ３７ｓｅｃ以下と
し、かつ溶込み深さＨｐとビード幅Ｗの比Ｈｐ／Ｗを３
．５以下とするならば溶接中に真空度は低下せず、ビー
ムを連続的に照射することができ、且つビード外観が良
好で内部欠陥のない溶接部を得ることができることが分
かった。

即ち本発明方法は電子ビーム溶接におりる溶接条件を単
位時間当たりのスポンジチタン溶融量とＨｐ／Ｗで具体
的に規定することによりスポンジチタン成形体から生じ
る混入空気の放出量を支障のないレベル（即ち通常の真
空ポンプの吸引能力以下）に抑えて電子ビーム溶接を可
能とし、又スパッタの発生を防止して品質を向上させる
ことに成功したものである。

即ち電子ビーム溶接は前述の如＜５ｘｔｏ−２〜Ｉ　Ｘ
　１０　””Ｔｏｒｒ程度の真空雰囲気中で行なわれ、
電子ビーム溶接装置には通常５〜２０分程度で上記真空
度に到達する様な性能の真空ポンプが設置されている。

かかる真空雰囲気下において溶接中の真空度低下を防止
するには、スポンジチタン成形体から局部的にかつ多量
に放出される空気を全て排出し得る大容量の真空ポンプ
を設置すればよい様に考えられる。しかしその様な真空
ポンプは設備コスト的に非常に割高なものとなると共に
、仮に大容量の真空ポンプを設けて排気能力を十分に高
めたとしても、スポンジチタン成形体溶融量が過度に増
えるとやはりガス吹き欠陥が発生すると共に溶接状態が
不安定になる。これに対し本発明の上記構成要件を満足
する様に電子ビーム溶接を行なうと真空度の低下並びに
欠陥の発生をいずれも防止することができる。

尚単位時間当たりのスポンジチタン溶融量が４．０８ｃ
ｍ３７ｓｅｃを超えると、溶接部で周期的あるいは突発
的なガスの吹出しが生じ溶接金属内部に空洞状の欠陥が
生じると共にビード表面は荒れた状態となり良好な溶接
部を得ることができない。又Ｈｐ／Ｗが３．５を超える
とたとえ単位時間当たりのスポンジチタン溶融量が４．
０８ｃｍ３７ｓｅｃ以下であっても溶込みか深すぎる為
にガス吹き欠陥が発生し安定したビートが得られない。

［実施例］ 溶接条件を種々変更し、厚さ５０ｍｍ、幅２００ｍｍ　
。

長さく３００ｍｍのスポンジチタン成形体を電子ビーム
溶接したところ第１表に示す結果が得られた。

尚ビード形状Ｈｐ／Ｗは第１図に示す溶込み深さＨｐと
ビード幅Ｗの比てあり、単位時間当たりのスポンジチタ
ン溶融玉は第１図に示す溶接金属断面積Ａ、ｃｍ２どア
ンダーフィル面積Ａ２ｃｍ２との和に溶接速度（ｃｍ／
５ｅｃ）を乗したものである。

第１表に示す様に単位時間当たりのスポンジチタン溶融
量が４．０８ｃｍ３７ｓｅｃ超の場合には溶接部からの
発生ガスにより溶接雰囲気の真空度が低下し連続溶接の
実施に支障があった。これに対しスポンジチタン溶融量
を４．０８ｃｍ３７ｓｅｃ以下とするとビームの連続照
射が可能となった。

又定常溶接部（ビーム停止によりできたクレータ状欠陥
部を除く）についてビード外観及び内部欠陥を調べてみ
るとスポンジチタン溶融量がおよそ４．５ｃｍ’／ｓｅ
ｃ以上の場合溶接部で周期的あるいは突発的なガスの吹
出しが生じ溶接金属内部に空洞状の欠陥が生じると共に
ビード表面は荒れが大きくなり満足し得る溶接部は得ら
れなかった。

一方スポンジチタン溶融量が４．０８ｃｍ３７ｓｅｃ以
下で連続溶接できた場合でも、Ｎｏ、６．８，９゜１５
．１６の様にビート形状比Ｈｐ／Ｗが３．５を超える場
合即ちビード幅に対し溶込み深さが大籾い場合にはガス
吹出しによる欠陥か発生した。

これらに対しスポンジチタン溶融量が４．０８ｃｍ３７
ｓｅｃ以下でかつビード形状比が３．５以下てあるＮｏ
、１〜５，７．１０〜１３，１７．１９については外観
が滑らかでかつ内部欠陥のない良好な溶接部［第３図（
健全な溶接部のマクロ組織を示す図面代用写真）参照］
を得ることができた。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、スボンシヂタン成
形体を溶接するに当たり設備コストをかりることなく高
能率で溶接を行なうことかでき、しかもタングステン、
酸素、窒素等の混入のない商品７τの溶接部を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スポンジチタン成形体を溶接するに当たり、スポンジチ
   タンの溶融量を４．０８ｃｍ＾３／ｓｅｃ以下とし且つ
   溶込み深さＨｐとビード幅Ｗの比（Ｈｐ／Ｗ）を３．５
   以下に調整して電子ビーム溶接を行なうことを特徴とす
   るスポンジチタン成形体の溶接方法。