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JP2013508165A - ステンレススチール接合方法 - Google Patents

ステンレススチール接合方法 Download PDF

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JP2013508165A JP2012535108A JP2012535108A JP2013508165A JP 2013508165 A JP2013508165 A JP 2013508165A JP 2012535108 A JP2012535108 A JP 2012535108A JP 2012535108 A JP2012535108 A JP 2012535108A JP 2013508165 A JP2013508165 A JP 2013508165A
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Abstract

本発明は、ステンレススチール接合方法に関し、より詳しくは、溶接ビードが狭くて深く、熱応力疲労強度の低下がなく、製品の変形を防げるステンレススチール接合方法に関する。本発明のステンレススチール接合方法は、二つのステンレススチールの接合面の間に薄い溶加材を挿入して配置する第１ステップと、非接触式レーザ溶接機が前記接合面にレーザビームを照射して、溶接を行う第２ステップと、ブレージング炉で溶融した溶加材が前記接合面の間を充填してブレージングを行う第３ステップと、前記接合面の間に充填された溶加材が冷却される第４ステップとを含めてなることを特徴とする。本発明に係るステンレススチール接合方法によれば、ステンレス材質の母材の間に薄い溶加材を挿入して接合部位に非接触式レーザ溶接をすることで溶接ビードが狭くて深く形成され、熱応力疲労強度の低下がなく、製品の変形を防げる効果がある。

Description

本発明は、ステンレススチール接合方法に関し、より詳しくは、溶接ビードが狭くて深く、熱応力（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｔｒｅｓｓ）疲労強度（ｆａｔｉｇｕｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）の低下がなく、製品の変形を防げるステンレススチール接合方法に関する。
従来のステンレススチール重ね合せまたは突合せ接合方式には、一般的に製品成形が容易なステンレススチール材質を用いるため、ほとんど相異なる材質のステンレススチールを用いたブレージング（ｂｒａｚｉｎｇ）接合を利用したり、ティグ溶接（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ ｗｅｌｄｉｎｇ）を利用した突合せ接合方法を使用した。
このようなブレージング接合方法は毛細管現象を利用するもので、母材（ＢＡＳＥ ＭＥＴＡＬ）と母材との間に適当な継ぎ部の間隔をおいて溶融した溶加材（ｂｒａｚｉｎｇ ｆｉｌｌｅｒ ｍｅｔａｌ）が毛細管現象によって、継ぎ部の間隔に流れ込んで満たすようにする方法である。この際、適当な間隔を維持してはじめて適当な強度（７０Ｋｇ重／ｃｍ２）を得ることができる。
しかし、成形された母材の平坦度を０．１ｍｍ以下に維持することが容易でなく、特に母材と母材とが重なり合った時、継ぎ部の間隔はより一層大きくなる。さらに、相異なる材質のステンレススチールを重ね合せまたは突合せ接合することによって熱応力疲労強度の低下が生じることになる。
このような条件でブレージング接合を行うとなれば、完全な接合が不可能であり、結局、製品の品質および性能に大きな影響をおよぼす。また、母材と母材との間が垂直に立ち上がっている場合、溶融した溶加材は重力の作用により下へ流れ落ちるようになる。この場合、上部部位は完全な接合がなされなくなる。
一方、ティグ溶接方式は、レーザ溶接（Ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ）に比べて熱が多く発生して、製品の変形をもたらすことから、狭くて深い溶接ビードを形成することが容易でなく、ステンレススチール母材と母材とを重ね合せた際に継ぎ部の隙間が生じた場合、重ね合せまたは突合せ接合溶接が完全に形成されない現象が起り得る。
また、重ね合せまたは突合せ接合溶接を終えたとしても継ぎ部に隙間が生じたことにより応力腐食亀裂（Ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｃｒａｃｋｉｎｇ、以下‘ＳＣＣ’という）または隙間腐食などの現象が起きて、精度やデザイン性などを要求するステンレス接合方法には適合しない問題点がある。
したがって、本発明は、上述した諸般問題点を解決するために案出されたもので、ステンレススチール母材を用い、その間に薄い溶加材を挿入して、非接触式レーザ溶接を行って、ＳＣＣ、隙間腐食および熱応力疲労強度の低下を防止できるステンレススチール接合方法を提供することを目的とする。
上述したような目的を具現するための本発明のステンレススチール接合方法は、二つのステンレススチールの接合面の間に薄い溶加材を挿入して配置する第１ステップと、非接触式レーザ溶接機が前記接合面にレーザビームを照射して溶接を行う第２ステップと、ブレージング炉で溶融した溶加材が前記接合面の間を充填してブレージングを遂行する第３ステップと、前記接合面の間に充填された溶加材が冷却される第４ステップとを含めてなることを特徴とする。
また、前記第１ステップの前記溶加材は、純粋な銅金属、０．０１〜０．０３％のリン（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）を含む銅合金など、全て銅合金またはペースト（銅、ニッケルを含む）からなることを特徴とする。
なお、前記第１ステップの前記溶加材は、０．０２５〜０．５ｍｍの厚さからなることを特徴とする。
さらに、前記第２ステップは、３次元座標がデジタルで表示される３次元測定機からデータを伝達された制御部によって制御されることを特徴とする。
本発明に係るステンレススチール接合方法によれば、ステンレス材質の母材の間に薄い溶加材を挿入し、接合部位に非接触式レーザ溶接をすることによって溶接ビードが狭くて深く形成され、熱応力疲労強度が低下することなく、製品の変形を防げる効果がある。
また、その後ブレージングを通じて、ステンレススチール母材の間に挿入された溶加材が溶融して、全ての継ぎ部の隙間に入り込むようにして隙間を再度接合させることによって、ステンレススチール重ね合せまたは突合せ製品の品質および性能をなお一層向上させる効果がある。
本発明の一実施態様によるレーザ溶接機によって溶接する方法を説明するための概略図である。 図１の‘Ａ’部分の拡大図である。 本発明の一実施態様によるブレージング炉によってブレージングする方法を説明するための概略図である。 図３の‘Ｂ’部分の拡大図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施態様に関する構成および作用を本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
ただし、図面に示され、また、これによって説明される本発明の構成と作用は少なくとも一つの実施態様として説明されるものであり、これによって、上述の本発明の技術的思想とその核心構成および作用が制限されるものではない。
したがって、本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な実施態様を取りうることから、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解すべきである。
図１は、本発明の一実施態様によるレーザ溶接機によって溶接する方法を説明するための概略図であり、図２は、図１の‘Ａ’部分の拡大図であり、図３は、本発明の一実施態様によるブレージング炉によってブレージングする方法を説明するための概略図であり、図４は、図３の‘Ｂ’部分の拡大図である。
本発明の一実施態様によるステンレススチール接合方法は、第１ステップないし第４ステップを含んでなっている。
添付の図１に示されたように、前記第１ステップは接合しようとする母材１０として同一材質または相異なる材質の二つのステンレススチールの接合面の間に溶加材２０を挿入して配置するステップである。本発明は、突合せまたは重ね合せ接合方式の、いずれの方式にも行うことができる。
上述したＳＣＣの発生を抑制するために、ここで用いられるステンレススチールとしてオーステナイト鋼よりは鉄−クロム系のフェライトステンレス鋼を用いることが好ましい。
ここで前記溶加材２０は純粋な銅金属、０．０１〜０．０３％のリンを含む銅合金など、全て銅合金またはペースト（銅、ニッケルを含む）からなるものが好ましく、０．０２５〜０．５ｍｍの厚さからなるものが好ましい。
例えば、前記銅合金は９９．９４％の銅と０．０２５４％のリンからなるものとして、０．１ｍｍの厚さからなるものとする。
添付の図１及び図２を参照すると、前記第２ステップは、非接触式レーザ溶接機３０が前記接合面にレーザビーム４０を照射して溶接を行うステップである。
ここで前記レーザビーム４０の照射は、ロボット（ｒｏｂｏｔ）５０によって自動的になされるように３次元座標がデジタルで表示される３次元測定器からデータを伝達された制御部（図示せず）によって制御されることが好ましい。
添付の図２は、レーザビームによって溶融した母材の一部分１０ａ同士が 溶接され、また、溶接された部分に隣接する溶加材２０ａも部分的に溶融した状態を示す。
このステップで溶接の際に発生する周囲熱によって母材と母材との間に生じた隙間を溶加材が溶融して接合させるため、ステンレススチール母材同士が互いに当接するようになる接合面の平坦度に対する制約が緩和されるのである。
また、後述するブレージングを通じて、ステンレススチール母材の間に挿入された溶加材が全ての接合面の隙間に溶けて入り込み、隙間を再度接合させるので、溶接ビード（ｂｅａｄ）が狭く深く形成され、熱応力疲労強度の低下を防止する。
添付の図３及び図４に示したように、前記第３ステップは、ブレージング炉６０で溶融した溶加材が前記接合面の間を充填してブレージングを行うステップである。この時接合させる母材の表面に存在する酸化膜を除去するためにフラックス（ｆｌｕｘ）として硼酸塩、ボロン（Ｂｏｒｏｎ）、硼砂（Ｆｕｓｅｄ Ｂｏｒａｘ）等を用いることもできる。
最後に前記第４ステップは、前記接合面の間に充填された溶加材が冷却されるステップである。
したがって、本発明の一実施態様によるステンレススチール接合方法によれば、同一のステンレス材質の間に溶加材を挿入して接合部位にロボットを利用した非接触式レーザ溶接を行うことによって、熱応力疲労強度が低下することなく、製品の変形を防げる。
また、ステンレススチール母材と母材とを重ね合せた時に生じた継ぎ部の隙間にレーザ溶接時に発生した熱によって溶加材が溶融して入り込んで、隙間を接合させ、その後ブレージングを通じて、ステンレススチール母材の間に挿入された溶加材が溶融して、全ての継ぎ部の隙間に入り込むようにして隙間を再度接合させることによって、ステンレススチール重ね合せまたは突合せ製品の品質および性能をなお一層向上させる。
したがって、ＳＣＣと隙間腐食の生じるおそれがなく、堅固で確実な重ね合せまたは突合せ接合がなされることによって、ステンレススチール製品の材料費節減および製造工程上で生産性を向上させることができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の技術的要旨から逸脱しない範囲内で多様に修正・変更され、実施できることは本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって自明なことである。
１０ 母材
２０ 溶加材
３０ レーザ溶接機
４０ レーザビーム
５０ ロボット
６０ ブレージング炉

Claims (4)

  1. 二つのステンレススチールの接合面の間に薄い溶加材を挿入して配置する第１ステップと、非接触式レーザ溶接機が前記接合面にレーザビームを照射して溶接を行う第２ステップと、ブレージング炉で溶融した溶加材が前記接合面の間を充填してブレージングを行う第３ステップと、前記接合面の間に充填された溶加材が冷却される第４ステップとを含めてなることを特徴とするステンレススチール接合方法。
  2. 前記第１ステップの前記溶加材は、純粋な銅金属、０．０１〜０．０３％のリン（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）を含む銅合金など、全て銅合金またはペースト（銅、ニッケルを含む）からなることを特徴とする、請求項１に記載のステンレススチール接合方法。
  3. 前記第１ステップの前記溶加材は、０．０２５〜０．５ｍｍの厚さからなることを特徴とする、請求項１に記載のステンレススチール接合方法。
  4. 前記第２ステップは、３次元座標がデジタルで表示される３次元測定器からデータを伝達された制御部によって制御されることを特徴とする、請求項１に記載のステンレススチール接合方法。
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