JP3888242B2

JP3888242B2 - 溶融金属形成用Ｔｉ系線材

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Publication number: JP3888242B2
Application number: JP2002188327A
Authority: JP
Inventors: 和洋豊田; 真中條屋; 繁雄花嶋; 孝司鈴木; 敬折井; 孝夫冷水; 俊治野田; 聞治内藤; 貢八郎大橋
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: EP1277539A1; US6582833B2; JP2003326389A; US20030084969A1; DE60219724D1; EP1277539B1; DE60219724T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接や溶射等において溶融金属を形成するために使用されるＴｉ系線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｔｉ金属あるいはＴｉ合金からなるＴｉ系金属部材の溶接に際しては、工業用純ＴｉよりなるＴｉ系線材を用い、かつ活性金属であるＴｉの酸化を防止するために、溶接部位を不活性ガスで覆ってアーク溶接を行なうシールドアーク溶接が採用される。例えば、ＭＩＧ溶接（Metal Inert Gas Arc Welding）においては、図５に示すように、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスＩＧ雰囲気中で溶接用Ｔｉ系線材２０１と純チタン製又はチタン合金製母材ＷＰとの間にアークＡＲを発生させる。そして、送給ローラ２０２によって線材２０１の先端部をアークＡＲ内に送給して溶融させながら溶接する。なお、符号２０５は先端から不活性ガスＩＧを噴出させるガスノズル（トーチ）であり、基端側に柔軟性を有するコンジットチューブ２０４を備える。符号２０６はトーチ２０５に固定され線材２０１を保持するとともに線材２０１に電流を供給する電極チップ（コンタクトチップ）であり、ＷＭは溶接ビード、ＭＰは溶融池である。ＭＩＧ溶接によれば高能率化とともに、溶融エネルギーの向上により溶け込みが深くなって溶接不良の発生が抑えられ、また、トーチ２０５先端部が小型になって狭い場所での溶接が容易となる利点がある。
【０００３】
他方、大型部材の耐食性被覆等を目的として、Ｔｉ系金属の被覆層を溶射法にて形成することが行われている。この溶射の分野においては、上記溶接と同様のＴｉ系線材を用い、溶射法、例えばアーク溶射法により溶射層を形成することが行われている。アーク溶射法は、２本のＴｉ系線材を通電用のホルダに並行送給し、線材先端間にアーク放電ギャップを形成して溶融金属を作り、これを窒素やアルゴン等の不活性ガス、あるいは空気を媒体として噴射することにより、被処理物表面に溶射層を堆積させるようにする方法である。Ｔｉ系線材は、溶接の場合と同様に、コンジットチューブを介して溶射ガンに送給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年ではＴｉ溶接工程の能率化及び溶接施工の短納期化を目指すため、線材２０１の送給速度はますます高速化する傾向にある。この場合、線材２０１の表面とコンジットチューブ２０４との間の摩擦力が大きいと、線材２０１の送給がスムーズになされなくなり、最悪の場合コンジットチューブ２０４内で線材２０１に詰まりや座屈が発生するおそれがある。
【０００５】
特に、従来の溶接用Ｔｉ系線材の場合、単なる外観向上のため、線材の表面を機械的あるいは化学的に研磨して、金属光沢仕上げとすることが行なわれているが、このような処理を施した線材は表面が粗く送給性に劣る難点がある。また、金属光沢状の外観を有する線材は、溶接時のアークの安定性が見かけほどには良好でなく、自動溶接機を用いたＭＩＧ溶接では、安定点を求めてアークが細かく移動するため、良好なビード形状が得られない問題がある。これは、送給速度が不安定化すると、溶融する線材先端と溶接される母材との間の距離が微妙に変化することも関係していると思われる。
【０００６】
なお、Ｆｅ系部材のＭＩＧ溶接においてはＦｅ系溶接線材の表面に、摩擦低減のためにＣｕメッキを施したり、潤滑油を塗布したりすることが行なわれている。しかしながら、活性金属であるＴｉの溶接の場合、線材表面にＣｕメッキを施したり潤滑油を塗布したりすることは、脆弱なＣｕ−Ｔｉ系金属間化合物や炭化物の形成により、溶接継手強度の低下を招くので採用することができない。他方、溶接時のアークの安定化を図る方法としては、シールドガス中に炭酸ガスや酸素を導入する方法が古くから採用されているが、この方法はシールドガスからの溶接ビードへの酸素の吸収が大きく、Ｔｉ溶接の場合は溶接継手の伸びの低下につながるため好ましくない。
【０００７】
また、Ｔｉ溶射を行なう場合においても、基本的には溶接の場合と同様の問題が生ずる。例えばアーク溶射の場合、２本のＴｉ系線材間にアーク形成することから、一方の線材の供給速度が乱れるだけでもアーク放電ギャップ間隔が変化して、アークが不安定化する。従って、アーク安定性の問題は、溶接の場合よりもより生じやすいといえる。
【０００８】
本発明の課題は、溶接あるいは溶射等を行なう際の、線材の送給性とアークの安定性との双方に優れ、しかも得られる溶接部の機械的特性や溶射層の品質も良好に確保できる溶融金属形成用Ｔｉ系線材を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明の溶融金属形成用Ｔｉ系線材の第一は、先端側から順次加熱溶融してＴｉ又はＴｉ合金からなる溶融金属を形成するための溶融金属形成用Ｔｉ系線材であって、少なくとも線材表面を含む部分がＴｉ金属またはＴｉを主成分とするＴｉ合金にて構成され、かつ、線材表面を含む表層部に内層部よりも酸素濃度が高い酸素濃化層が、Ｔｉ金属表面に常温大気中にて形成される自然酸化膜よりも厚くなるように形成されてなることを特徴とする
【００１０】
Ｔｉは活性金属であるため、常温大気中で表面に不働態をなす自然酸化膜を形成する。該自然酸化膜が金属内部の腐食を抑制するために、Ｔｉ金属もしくはＴｉを主成分とするＴｉ合金は優れた耐食性を示す。この自然酸化膜は主にＴｉＯ_２からなり、その平均酸素濃度は約４０質量％であるから、Ｔｉ金属からなる内層部よりも当然に酸素濃度は高い。従って、一種の酸素濃化層であるとみなすことができる。しかしながら、この自然酸化膜の厚さはおおむね４０〜１００ｎｍと極めて薄い。
【００１１】
そして、本発明にて線材の表面に形成するのは、この自然酸化膜よりも厚い酸素濃化層である。このように自然酸化膜よりも厚い酸素濃化層を線材表面に積極形成することにより、コンジットチューブ等を介した線材の送給性を大幅に向上することができ、例えばアーク溶接あるいはアーク溶射を行なう際のアークの安定性も良好である。その結果、具体的には、以下のような効果が達成される（後述する第二の構成においても同様）。
▲１▼コンジットチューブ内での線材の送給性が向上することにより、線材の詰まりや座屈が発生する心配が大幅に軽減され、工程中断等の発生頻度が少なくなるので、溶接あるいは溶射の作業能率が向上する。具体的には、表面を研磨した従来型のＴｉ線材の表面動摩擦係数は０．５〜０．６程度であるが、本発明の採用により、その動摩擦係数を、例えば０．１３〜０．１７程度に軽減することができる。
▲２▼アークの安定性が向上することにより、得られる溶接部の機械強度や溶射層の品質を向上させることができる。特に、溶射の場合、２本のＴｉ系線材を同時送給することから、線材送給性の影響を受けて、アークがより乱れやすい傾向にあるが、本発明のＴｉ系線材を採用することにより、安定的にアーク溶射を継続することができる。
【００１２】
従って、酸素を含有しない不活性ガスにてアークを覆うアーク溶接の場合、アーク安定化を図る観点において▲２▼の効果が特に顕著に達成される。また、アーク溶射においては、噴射媒体として圧縮空気等の酸素を含有する媒体を用いる場合と、窒素やアルゴン等の不活性ガスを媒体として用いる場合との２通りがあるが、上記▲２▼によるアーク安定化効果は不活性ガスを媒体として用いる場合に特に顕著である。
【００１３】
また、本発明の溶融金属形成用Ｔｉ系線材の第二は、先端側から順次加熱溶融してＴｉ又はＴｉ合金からなる溶融金属を形成するための溶融金属形成用Ｔｉ系線材であって、少なくとも線材表面を含む部分がＴｉ金属またはＴｉを主成分とするＴｉ合金にて構成され、かつ、線材表面を含む表層部に内層部よりも酸素濃度が高い酸素濃化層が形成されてなり、
酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗが、０．３×１０^−３〜１×１０^−１の範囲に調整されてなり、
かつ、酸素濃化層は平均酸素濃度が１質量％以上であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の溶融金属形成用Ｔｉ系線材の第二において、線材の表面に形成するのは前記自然酸化膜よりも厚い酸素濃化層であり、さらに具体的には、線径Ｄｗを基準として、比Ｔｗ／Ｄｗが、０．３×１０^−３〜１×１０^−１、つまり、厚さＴｗが線材直径Ｄｗの０．０３〜１０％となるように調整され、かつ平均酸素濃度が質量％以上とされる。このような厚さ及び平均酸素濃度にて酸素濃化層を形成することにより、前記第一の構成と同様に、コンジットチューブ等を介した線材の送給性を大幅に向上することができ、例えばアーク溶接あるいはアーク溶射を行なう際のアークの安定性も良好である。
【００１５】
酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗが１×１０^−３（線径Ｄｗの０．１％）未満になるか、又は酸素濃化層の平均酸素濃度が１質量％未満になると、送給性改善効果が不十分となる。また、アークが不安定化しやすくなり、均一な溶接ビードや溶射層を形成する上で不利となる。他方、Ｔｗ／Ｄｗが１×１０^−１（線径Ｄｗの１０％）以上とすることは、酸素濃化層の形成処理に極めて長時間を要し、また、形成が困難なわりに効果に乏しい（溶接等に使用する場合はむしろ、溶接構造の溶接継手強度低下など、弊害を招く場合がある）。
【００１６】
また、酸素濃化層の平均酸素濃度は、酸素濃化層の全てが酸化チタンで形成されている場合に最大となり、その値は、形成されている酸化物の式量から見積もられる酸素含有比率に等しくなると考えられる。例えば、形成される酸化物がＴｉＯ_２であれば、その化学量論的な酸素含有量から見積もられる平均酸素濃度の上限値は４０．０６質量％（Ｔｉの原子量を４７．８８、酸素の原子量を１６．０として計算）である。他方、ＴｉＯ_２よりも酸素の化学量論比がさらに高いＴｉ酸化物を形成してもよく、例えばＴｉ_２Ｏ_５を形成する場合は、平均酸素濃度の上限値は４５．５２質量％となる。従って、酸素濃化層の平均酸素濃度が４５．５２質量％を超えることは、まずありえない。
【００１７】
なお、前記した▲２▼の効果、すなわち、表層部をなす酸素濃化層中に局在化した酸素が、アーク溶融の初期段階で蒸発してシールドガス雰囲気中に流出し、酸素を含有したシールドガスを用いた場合と同様の状態となって、アークが安定化する効果を考慮すれば、酸素濃化層は、自然酸化膜（酸化チタン：特にＴｉＯ_２）よりも平均酸素濃度が低いことが、アーク安定化を図る上でより有利であるといえる。酸素濃化層の平均酸素濃度が自然酸化膜よりも低いということは、酸素濃化層中に自然酸化膜よりも酸素濃度が低く留められた領域、つまり、その全体がＴｉＯ_２となっておらず、一部金属状態のＴｉが混在した領域が形成されていることを意味する。例えば、熱酸化法（後述）により酸素濃化層を形成した場合、酸素濃化層の最表層部は酸化チタンにほぼ等しい酸素含有量になっていても、より内層に位置する部分は、酸化チタンよりも酸素含有量の少ない領域、具体的にはＴｉを主体とする金属相中に酸素が拡散した酸素拡散層（例えば酸素安定化αケース）となる。酸素拡散層中の酸素は、微細な酸化チタン粒子として金属層中に分散するか、あるいは、金属相中に溶存した形で含有される。このような酸素（特に溶存した酸素）は、自然酸化膜中の酸素と比較してＴｉとの結合力が弱いと推定され、アーク溶融の初期段階で蒸発する確率も高い。従って、アーク安定化により有効に寄与すると考えられる。以上の観点において、酸素濃化層中の平均酸素濃度は１質量％以上４０質量％以下となっていることがより望ましい。また、酸素濃化層において、酸化チタン（特にＴｉＯ_２）よりも酸素含有量の少ない領域の厚さは、最表層部の酸化チタン層よりも厚さが大きくなっていることが望ましく、さらに望ましくは最表層部の酸化チタン層の厚さの２倍以上となっているのがよい。
【００１８】
また、アーク安定化効果をより顕著なものとするためには、酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗを、１×１０^−３〜１×１０^−１の範囲に調整することがより望ましい。特に、熱酸化法等の採用により、最表層部の酸化チタン層（自然酸化膜の厚さ（４０〜１００ｎｍ程度）と同等もしくはそれよりも厚い）に加え、上記の酸素拡散層が形成される場合は、酸素拡散層の分だけ酸素濃化層の厚さが増大するので、Ｔｗ／Ｄｗが上記望ましい範囲に属するものとなる可能性が高くなる。
【００１９】
なお、酸素濃化層の厚さ及び平均酸素濃度は以下のようにして特定することができる。すなわち、線材の断面を鏡面研磨し、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis）により酸素濃度分布を面分析するとともに、中心部での酸素濃度をＣｍとして、酸素濃度が１．２Ｃｍ以上となる周縁領域を酸素濃化層として特定し、該領域での酸素濃度の積分平均値を酸素濃化層の平均酸素濃度として決定する。なお、線材断面の周方向において酸素濃度にバラツキがある場合は、断面半径方向の種々の位置に濃度測定円を設定し、各濃度測定円に沿って酸素濃度を平均化することにより、周方向に平均化された断面半径方向の酸素濃度分布を求める。そして、その断面半径方向の酸素濃度分布において、酸素濃度が１．２Ｃｍ以上となる周縁領域を酸素濃化層として特定する。
【００２０】
本発明の溶融金属形成用Ｔｉ線材は、溶融金属として溶接金属を形成する溶接用Ｔｉ線材として使用することができる。また、溶融金属として溶射金属層を形成する溶射用Ｔｉ線材として使用することもできる。
【００２１】
Ｔｗ／Ｄｗの値及び酸素濃化層の平均酸素濃度の望ましい上限については、溶接用の線材と溶射用の線材とで相違する。溶射層は、溶接継ぎ手部ほどには強度的な要求が厳しくないことも多く（もちろん例外もある）、例えば、溶融金属の噴射媒体として空気が使用されることもありえる。この場合は、溶融Ｔｉ金属が空気中の酸素と反応しながら溶射層として堆積するので、層中の酸素濃度も必然的に高くなるが、特に高強度が要求されない場合は、これでも十分に実用に耐えうる。従って、使用する線材も、結果的に溶融状態で酸化が進行することを考慮すれば、Ｔｗ／Ｄｗの値や酸素濃化層の平均酸素濃度を、前記した上限値一杯まで増加させても、特に支障を生じないのである。
【００２２】
他方、溶接用の線材の場合は、酸素濃化層が過度に厚くなりすぎたり、あるいは平均酸素濃度が過度に高くなると、得られる溶接構造の溶接継手強度や溶射層の強度が損なわれる不具合が生ずる場合がある。この場合、Ｔｗ／Ｄｗは５０×１０^−３（線径Ｄｗの５％）以下に、酸素濃化層の平均酸素濃度は３０質量％以下に制限することが望ましい。また、溶射においては、アルゴン等の不活性ガスを噴射媒体として、できるだけ酸化を抑制した高強度の溶射層を形成したい場合は、Ｔｗ／Ｄｗ及び平均酸素濃度を同様の範囲に制限することが望ましい場合もある。
【００２３】
また、本発明の溶融金属形成用Ｔｉ系線材はＴｉを主成分とするものである。本明細書にて「Ｔｉを主成分とする」とは、最も含有率の高い成分がＴｉであることを意味し、望ましくは５０質量％以上をＴｉとする。Ｔｉ合金を採用する場合、得られる溶接部や溶射層の強度あるいは延性向上等を目的として、種々の添加元素を副成分として含有させることができる。以下、採用可能な添加元素の例と望ましい添加量の範囲とを示す。
【００２４】
（１）Ａｌ：９質量％以下
ＡｌはＴｉの低温相であるα相を安定化させるとともに、α相中に固溶してこれを強化する働きを有する。ただし、その含有量が９質量％を超えると、Ｔｉ_３Ａｌ等の中間相（金属間化合物）が多量に形成され、靭性あるいは延性が阻害されることにつながる。他方、上記効果を顕著なものとするためには、１質量％以上は添加することが望ましく、より望ましくは２〜８質量％の範囲で添加するのがよい。
【００２５】
（２）Ｎ及びＯの少なくともいずれか：合計で０．５質量％以下
Ｎ及びＯも、Ａｌと同様のα相安定化及び強化元素として機能し、特にＯの添加効果が顕著である。ただし、その合計含有量が０．５質量％を超えると、靭性あるいは延性が阻害されることにつながる。他方、上記効果を顕著なものとするためには、合計で０．０３質量％以上は添加することが望ましく、より望ましくは、合計で０．０８〜０．２質量％の範囲で添加するのがよい。なお、ここでの酸素含有量は、いずれも、酸素濃化層以外の内層部の酸素含有量を意味する。
【００２６】
（３）Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ及びＴａの１種又は２種以上：合計で４５質量％以下
これらの元素は、いずれもＴｉ高温相であるβ相の安定化元素であり、熱間加工性の向上と、熱処理性改善による高強度化を図る上で有効である。ただし、これらの元素はいずれも高比重かつ高融点であり、過剰な添加はＴｉ合金特有の軽量及び高比強度の効果を損なわせることにつながるほか、合金融点の上昇により溶製による製造の困難化を招来するので、合計添加量の上限を４５質量％とする。他方、上記効果を顕著なものとするためには、合計で１質量％以上は添加することが望ましい。また、ＭｏやＴａは、合金の耐食性改善のために少量添加される場合もある。
【００２７】
（４）Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｕの１種又は２種以上：合計で１５質量％以下
これらの元素もβ相の安定化効果を有し、熱間加工性の向上と、熱処理性改善による高強度化を図る上で有効である。ただし、いずれもＴｉとの間に中間相（例えば、ＴｉＣｒ_２、ＴｉＦｅ、Ｔｉ_２Ｎｉ、ＴｉＭｎあるいはＴｉ_２Ｃｕなど）を形成しやすく、過剰な添加は延性及び靭性を損なわせることにつながるために、合計添加量の上限を１５質量％とする。他方、上記効果を顕著なものとするためには、合計で０．５質量％以上は添加することが望ましい。また、Ｎｉは合金の耐食性改善のために少量添加される場合もある。
【００２８】
（５）Ｓｎ及びＺｒの少なくともいずれか：合計で２０質量％以下
これらの元素はα相とβ相との双方を強化する中性形添加元素として知られる。ただし、過剰な添加は効果の飽和を招くため、合計添加量の上限を２０質量％とする。他方、上記効果を顕著なものとするためには、合計で０．５質量％以上は添加することが望ましい。
【００２９】
（６）Ｓｉ：０．７質量％以下
合金の耐クリープ性（クリープラプチャ強度）を増し、耐熱性改善効果を有する。ただし、過剰な添加はＴｉ_５Ｓｉ_３等の金属間化合物の形成により、クリープラプチャ強度あるいは延性の低下を却って引き起こすため、添加量の上限を０．７質量％とする。他方、上記効果を顕著なものとするためには、０．０３質量％以上は添加することが望ましく、より望ましくは、０．０５〜０．５質量％の範囲で添加するのがよい。
【００３０】
（７）Ｐｄ及びＲｕの少なくともいずれか：合計で０．５質量％以下
合金の耐食性を改善する効果を有する。ただし、いずれも貴金属であり高価なことから、効果の飽和等も考慮して添加量の上限を０．５質量％とする。他方、上記効果を顕著なものとするためには、０．０２質量％以上は添加することが望ましい。
【００３１】
具体的な合金組成として、以下のようなものを例示できる（なお、組成に関しては、主成分元素であるＴｉを先頭に、副成分元素を、質量％の単位を省略した組成数値とともにハイフンで結合して記載する（例えば、Ｔｉ−６質量％Ａｌ−４質量％Ｖ合金は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖと記載する））。
▲１▼α型合金
Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−５．５Ａｌ−３．５Ｓｎ−３Ｚｒ−１Ｎｂ−０．３Ｍｏ−０．３Ｓｉ、Ｔｉ−２．５Ｃｕ
▲２▼ニアα型合金：Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ、Ｔｉ−２．２５Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ−０．８Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−１．５Ｚｒ−１Ｍｏ−０．３５Ｂｉ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−５Ｚｒ−０．５Ｍｏ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−５Ａｌ−６Ｓｎ−２Ｚｒ−１Ｍｏ−０．２５Ｓｉ
▲２▼α＋β型合金
Ｔｉ−８Ｍｎ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−７Ａｌ−４Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ−２Ｃｒ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−４Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｍｏ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−４Ａｌ−４Ｓｎ−４Ｍｏ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−２．２５Ａｌ−１１Ｓｎ−４Ｍｏ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−５Ｍｏ−１．５Ｃｒ、Ｔｉ−６Ａｌ−５Ｚｒ−４Ｍｏ−１Ｃｕ−０．２Ｓｉ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｃｒ−１Ｆｅ
▲３▼β型合金
Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ、Ｔｉ−１１Ｖ−１１Ｚｒ−２Ａｌ−２Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ、Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌ
▲４▼ニアβ型合金：Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、
▲５▼耐食合金（溶接用としても使用できるが、溶射により耐食被覆層を形成したい場合に、特に有用である）
Ｔｉ−０．１５Ｐｄ、Ｔｉ−０．３Ｍｏ−０．８Ｎｉ、Ｔｉ−５Ｔａ
【００３２】
本発明の溶融金属形成用Ｔｉ系線材において酸素濃化層は、Ｔｉ系金属線材を酸素を含有した雰囲気中にて熱酸化処理することにより形成できる。酸素を含有した雰囲気としては、酸素含有窒素雰囲気（大気雰囲気を含む）あるいは酸素含有不活性ガス雰囲気のほか、水蒸気など、酸素化合物を含有した気体雰囲気を用いてもよい。必要十分な厚さの酸素濃化層を効率的に形成するには、酸素分圧が５〜１５×１０^３Ｐａの酸素含有雰囲気を用いるのがよく、処理温度は例えば５００〜８００℃に設定するのがよい。他方、熱酸化処理以外にも、線材表面に酸化チタン粒子を埋め込んだり、あるいは酸化チタン層を蒸着やスパッタリングなどの気相成膜法により形成して酸素濃化層とする方法を採用しうる。また、酸化チタン層は、周知のゾルゲル法により形成してもよい。そして、これらの方法により酸化チタン層を形成する場合、拡散熱処理により前記した酸素拡散層を形成するとさらによい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の溶融金属形成用Ｔｉ系線材を用いてＭＩＧ溶接を行なう装置系の一例を示すものである。この装置３００は、母材として例えば純チタン製又はチタン合金製のエンジン用エキゾーストパイプＥＰのＭＩＧ溶接を行なうものとして例示しているが、本発明はもちろん、これに限定されるものではない。また、溶融金属形成用Ｔｉ系線材（以下、単に線材ともいう）は、Ｔｉ金属もしくはＴｉ合金（例えば、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ等）より構成される。リール５０から巻き出された線材３０１は、矯正ローラ３０３により線癖を矯正された後、送給ローラ３０２により可撓性を有するコンジットチューブ３０４内に導かれる。コンジットチューブ３０４の先端にはトーチ３０５が設けられ、コンジットチューブ３０４の後端側から導入されたアルゴン等の不活性ガスＩＧは、トーチ３０５の先端から被溶接部材であるエキゾーストパイプＥＰの溶接部位に吹き付けられてこれをガスシールドする。
【００３４】
トーチ３０５内には線材３０１の送りを許容した形でこれと導通する電極チップ３０６が設けられ、線材３０１の先端とエキゾーストパイプＥＰとの空隙に高圧を印加してアークＡＲを発生させる。線材３０１はこのアークの熱エネルギーにより溶融し、溶接部位に滴下されて溶接ビードＷＭを形成する。なお、送給ローラ３０２は、線材３０１が溶融・消耗する速度に合わせてこれを連続的又は断続的にアークＡＲに向けて送給する。なお、溶接ビードＷＭは、凝固直後は高温であり、すぐにシールドが破れると酸化が進行するので、溶接ビードＷＭの上方を覆うアフターシールド用ジグ３０７と、同じく溶接ビードＷＭの裏側を覆うバックシールド用ジグ３０８とが設けられている。
【００３５】
図２は、線材３０１の断面を模式的に示すものである。線材３０１は、Ｔｉ金属にて構成され、線材表面を含む表層部に内層部３よりも酸素濃度が高い酸素濃化層２が形成される。該酸素濃化層２の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗは、１×１０^−３〜５０×１０^−３の範囲に調整され、かつ酸素濃化層２は、平均酸素濃度が１質量％〜３０質量％とされる。このように各数値を設定することの臨界的意味は、「課題を解決するための手段及び作用・効果」の欄にて既に説明済みであるから、ここでは繰り返さない。特に、アークの安定性が改善される理由としては、以下のように推察される。すなわち、線材３０１は、アーク発生時に表皮電流によって表層部から優先的に加熱され、温度的にも高温となる。その結果、表層部をなす酸素濃化層２中に局在化した酸素は、アーク溶融の初期段階で蒸発してシールドガス雰囲気中に流出し、酸素を含有したシールドガスを用いた場合と同様の状態となって、アークが安定化するものと考えられる。また、従来のように、シールドガス自体に相当量の酸素が導入されるのと異なり、アーク安定化に必要十分な量の酸素が、酸素濃化層からの蒸発により補われるのみであるから、結果として溶接ビードに取り込まれる酸素量も従来の方法と比較して減ずることかでき、結果として溶接継手強度の向上を図ることができるようになる。
【００３６】
線材３０１の内層部３を構成するＴｉ金属は、得られる溶接部の継手特性確保の観点から、酸素濃度が０．２０質量％以下、より望ましくは０．１５質量％以下の純Ｔｉ（例えばＪＩＳ：Ｈ３３３１（１９８８）に規定された工業用純Ｔｉの１種又は２種のレベル）を採用することが望ましい。
【００３７】
また、酸素濃化層２が形成された線材表面の表面粗さは、最大高さをＲｙとして、１０μｍ以下にすることが、線材３０１のコンジットチューブ３０４内の送給性を向上させる観点において望ましい。そして、前記したような厚さ及び平均酸素濃度にて酸素濃化層２を形成することは、表面粗さがこのような数値に調整された線材表面を得る上でも当然に有利に作用する。また、上記表面粗さにおいては、算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下となっていることが望ましい。また、最大高さＲｙ及び算術平均粗さＲａの下限値については特に制限はなく、コストとの兼ね合いにより適宜設定される（本発明者らは、Ｒｙが少なくとも１．０μｍ程度まで、Ｒａが少なくとも０．１μｍ程度まで小さくできることを確認している）。なお、本明細書において表面粗さは、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４）に規定された方法により測定されたものを意味する。
【００３８】
また、線材３０１として一般に多用される線径Ｄｗは、０．８〜１．６ｍｍ程度の範囲であるが、このような線径Ｄｗを採用する場合、上記のような酸素濃化層２の形成により、具体的に達成可能な送給安定性のレベルとして、例えば、線材送給装置における反力を測定した送給反力測定プロファイルの平均振幅にて５Ｎ以下を実現できる。送給反力をこのように小さくできることで、コンジットチューブ３０４内での線材３０１の詰まり等の発生を効果的に抑制することができる。
【００３９】
また、コンジットチューブ内３０４での線材３０１の挫屈を防止するためには、線材３０１の引張強さが４００ＭＰａ〜１５００ＭＰａに調整されていることが望ましい。引張強さが４００ＭＰａ未満では挫屈防止を十分に図ることが困難となり、１５００ＭＰａを超えると線材３０１の可撓性が損なわれて折損や巻取り困難等の不具合につながる。線材３０１の引張強さは、例えば伸線加工の最終段階を冷間加工にて行なう場合に、その冷間加工の減面率調整や、その後に歪除去のための焼鈍を行なう場合は、その焼鈍温度と時間の加減により調整することができる。線材３０１の引張強さは、より望ましくは４００ＭＰａ〜１２００ＭＰａに調整されているのがよい。
【００４０】
線材３０１は、例えば図４に示すような方法により製造可能である。まず、スポンジＴｉやＴｉインゴット（例えば工業用純チタン１種又は２種からなるもの）を原料素材として線材圧延後、脱スケールすることにより、コイル状のＴｉ素材ＴＭを得る。このＴｉ素材ＴＭは例えば酸素分圧が５〜１５×１０^３Ｐａの酸素含有雰囲気、例えば酸素含有窒素雰囲気（大気雰囲気を含む）の加熱炉１０に導入され、５００〜８００℃（例えば７００℃）にて４〜６時間（例えば５時間）焼鈍される（図４（ａ））。この熱処理によりＴｉ素材は回復・再結晶により展延性が向上し、後工程の冷間伸線加工等が容易になる。また、該熱処理は、素材の表層部に酸素濃化層を形成する処理を兼ねている。
【００４１】
焼鈍後のＴｉ素材ＴＭは、潤滑剤２１で満たされた潤滑剤槽２０に浸漬し、表面に潤滑剤被膜を形成する（図４（ｂ））。該被膜は、次の伸線工程において伸線ダイスとの間に潤滑作用を付与し、伸線性を向上させる。Ｔｉ素材ＴＭはその後、図４（ｃ）に示すようにダイスホルダ３１と、該ダイスホルダ３１に固定された伸線ダイス３２とを有する冷間伸線装置３０に導入される。具体的には、Ｔｉ素材ＴＭを、入口側よりも出口側が小径となるように断面がほぼ円錐状に形成された伸線ダイス３２に挿通して常温下で出口側から引っ張ることにより、伸線ダイス３２の出口の断面形状とほぼ同一断面を有する線材ＴＷが得られる。なお、図４（ｃ）では伸線ダイス３２を１個のみ描いているが、実際にはダイス径が順次縮小する複数のダイスにより順次減面を行なう。
【００４２】
こうして得られた線材ＴＷは、矯正部４９を経て線材スプール５０へ巻き取られ、前記したＭＩＧ溶接に使用される。
【００４３】
線材ＴＷの表面から酸素を拡散させる処理は、図４（ｃ）に示すように、熱処理炉４１を用いて伸線後の線材に行なうようにしてもよい。また、酸素濃化層は、上記のような素材ＴＭ及び／又は線材ＴＷの表面からの酸素拡散により行なう方法のほか、例えば図３に示すように、線材の表層部にＴｉ酸化物粒子を埋め込むことにより形成してもよい。このような埋め込み状態は、例えば伸線時に塗布する潤滑剤中に酸化チタンの微粒子を適量配合しておくことで形成することができる。なお、過剰な酸素濃化層が形成された場合は、その一部を化学的あるいは機械的に除去して層厚調整することが可能である。
【００４４】
つぎに、上記の線材ＴＷは、溶射用線材として用いることもできる。図１０は、その溶射装置の一例を模式的に示す。溶射装置３０１は、溶射ガン３０２と、溶射ユニット３０３とを有する。溶射ユニット３０３内において、各々リール３１２，３１２に巻き取られた２本の線材ＴＷ，ＴＷが、各々コンジットチューブ３１０を経て溶射ガン３０２に送給される。この実施形態では、線材ＴＷ，ＴＷの送給は、溶射ガン３０２に設けられた送給ローラ３０８，３０８により、溶射ユニット３０３から線材ＴＷ，ＴＷを引き込む形にて行っているが、溶射ユニット３０３に設けられた送りロールにより線材ＴＷ，ＴＷを溶射ガン３０２に向けて送出するようにしてもよいし、両者を併用してもよい。
【００４５】
溶射ガン３０２内において線材ＴＷ，ＴＷは、それぞれ独立した通電用ホルダ３０４，３０４内を、電気的導通状態にて通過した後、先端部同士が互いに接近する向きに送り出される。そして、溶射ユニット３０３側の直流アーク電源３１４により通電用ホルダ３０４，３０４を介して線材ＴＷ，ＴＷに通電すると、線材ＴＷ，ＴＷの先端間に形成されたギャップＧにアーク放電が生じ、線材ＴＷ，ＴＷの先端部が溶融して溶融金属を発生する。ギャップＧに臨む位置には噴射ノズル３１０が配置され、溶射ユニット３０３側のコンプレッサー３１３により噴射媒体通路３０９を経て該噴射ノズル３１０に、空気あるいは窒素・アルゴン等の不活性ガスからなる噴射媒体が供給される。すると、ギャップＧに形成された溶融金属が、該噴射媒体とともに霧状となって被処理物３０７の表面に溶射され、溶射層３０６を堆積させる。線材ＴＷ，ＴＷは、アーク放電により先端側から逐次溶融しながらギャップＧに連続的に送給されるので、噴射ノズルに媒体を供給し続けることにより、溶射を継続することができる。
【００４６】
このように、溶射の場合は２本の線材ＴＷ，ＴＷが並列送給され、その先端間のギャップＧにアーク形成することから、一方の線材ＴＷの供給速度が他方に対して進んだり遅れたりすると、ギャップＧの間隔が変動し、アーク不安定が生じやすい。しかし、本発明の採用により、ギャップＧに対する線材ＴＷ，ＴＷの送給速度を安定的に保持できるので、アークの安定性を飛躍的に向上することができ、ひいては高品質の溶射層３０６を形成できる。
【００４７】
なお、以上説明した実施形態では、図２に示すように線材ＴＷの全体をＴｉ金属にて構成していたが、図２に一点鎖線で示すように、線材ＴＷの表層部のみをＴｉ金属にて形成し、内部に別の金属層４を形成した複合線材とすることもできる。例えば、溶接部ないし溶射層をＴｉ合金製のものとしたいとき、その合金成分からなる金属層４（例えば、Ａｌ、Ｖ、Ａｌ−Ｖ合金など）を設けておき、溶融金属を形成する際に、外層部をなすＴｉ金属と合金化することができる。外層部が酸素濃化層２の形成されたＴｉ金属層とされることで、線材全体を単一合金層とする場合よりも、線材の送給安定性及びアーク安定性を良好に確保することができる。また、金属層４の代わりに、セラミック粉末を充填した線材を用いれば、金属−セラミック複合材料（例えば、サーメット）を溶射することもできる。さらに、溶射方法はアーク溶射に限定されるものではなく、線状の溶射材料を用いることが可能であれば、例えばフレーム溶射、レーザー溶射、ガス溶射、プラズマ溶射などを採用することもできる。これらの溶射方法においても、線材の送給を安定化させる効果は同様に達成され、均一な溶射層を形成することに寄与する。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。
（実施例１）
まず、素材としてＪＩＳ：Ｈ４６７０（１９９３）に規定されたチタン線素材（工業用純チタン１種に相当：線径１．６ｍｍ）を、窒素雰囲気（酸素分圧１．２×１０^４Ｐａ）に維持された加熱炉で、５００〜７００℃の種々の温度にて４〜７時間加熱することにより酸素拡散を行なった。この素材に冷間伸線加工を施し、線径が１．０ｍｍであって、表１及び表２に示す種々の酸素濃度及び厚さを有する溶融金属形成用Ｔｉ系線材を得た。これらの線材につき、以下の測定及び評価を行なった。
【００４９】
（１）酸素濃化層の厚さＴｗ及び平均酸素濃度
線材の断面を鏡面研磨し、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis）により酸素濃度分布を面分析するとともに、中心部での酸素濃度をＣｍとして、酸素濃度が１．２Ｃｍ以上となる周縁領域を酸素濃化層として特定し、該領域での酸素濃度の積分平均値を酸素濃化層の平均酸素濃度として決定した。
【００５０】
（２）引張強さ
線材から長さ１００ｍｍの試験片を切り出し、インストロン型引張試験機を用いてクロスヘッド速度１．０ｍｍ／分にて引張を行い、応力−歪曲線を測定するとともに、その最大応力値を引張強さとして読み取った。
【００５１】
（３）表面粗さ
線材長手方向に評価長さを設定する形で、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４）に規定された方法により粗さ曲線を測定し、最大高さＲｙ（μｍ）と、算術平均粗さＲａ（μｍ）の値をそれぞれ読み取った。
【００５２】
（４）送給安定性評価
線材を図１のＭＩＧ溶接装置３００にセットして、線材送り速度７５ｍｍ／秒、電流９０Ａにて溶接を実施した。コンジットチューブ３０４の長さは３ｍとし、線材送給にトラブルなく溶接可能な場合に○（送給性良好）、溶接開始時に線材に座屈が発生した場合に×（送給性不安定）として判定した。
【００５３】
（５）動摩擦係数
バウデン−リーベン型摩擦試験機を用いて測定した。具体的には、線材試料を試料台上に取り付け、上から押圧用の鋼材を重ね、その鋼材を一定重量の分銅にて押圧しながら試料台を一定速度で移動させたときの摩擦力を、歪ゲージ式の荷重検出器により検出する。
【００５４】
（６）アーク安定性評価
溶接時におけるアークの乱れを目視することでアーク安定性評価を行なった。溶接時に目視にてほとんど乱れずにアークが発生する場合に○（アーク安定）、他方、アークが安定点を求めて頻繁に乱れる状態の場合を×（アーク不安定）として判定した。
【００５５】
（７）スパッタ発生量評価
溶接後、母材への線材または溶融池からのスパッタ現象によるスパッタ付着状態を目視することで、スパッタ発生量評価を行なった。母材に目視によりスパッタが付着していない場合を○（スパッタ発生量ゼロ）、他方、スパッタが付着している場合を×（スパッタ発生量が多い）として判定した。
【００５６】
（８）ビード形状評価
溶接後の溶接ビードの外観を目視することによりビード形状評価を行なった。幅が均一で平滑な外観のものを○（ビード形状良好）、他方、不規則な乱れが生じているものを×（ビード形状不安定）として判定した。
【００５７】
（９）継手の機械的特性（強度／伸び）評価
ＪＩＳ：Ｚ３１２１（１９９３）に従い１Ａ号試験片を作製し、継手の引張試験（ＪＩＳ：Ｚ２２４１）を行なうことで、その伸び評価を行った。他方、ＪＩＳ：Ｚ３１２２（１９９０）に従い表曲げ試験片を作製し、型曲げ試験を行なうことで、その強度の評価を行なった。なお、両試験に用いた試験片は、いずれも厚さｔ＝１．５ｍｍ、幅Ｗ＝４０ｍｍのものを使用した。
【００５８】
以上の結果を表１及び表２に示す。
【表１】

【００５９】
【表２】

【００６０】
表１は、線材の酸素濃化層の厚さを略一定として、その平均酸素濃度を種々に変化させた場合の結果であり、表２は逆に酸素濃化層の平均酸素濃度を略一定として、その厚さを種々に変化させた場合の結果を示すものである。平均酸素濃度及び酸素濃化層の厚さが本発明の範囲内にあるとき、安定したアークが発生可能でありビード形状が良好で、強度／延性のいずれにも優れた強靭な溶接継手が実現できていることがわかる。
【００６１】
図６（ａ）は、表１の番号３の線材表面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真である。線材表面は非常に平滑であることがわかる。また、（ｂ）はそれを用いて形成した溶接ビードの外観写真である。幅の均一で平滑な外観を有した溶接ビードが形成されている。さらに、（ｃ）は、線材送給速度４．４ｍ／ｍｉｎの条件にて測定した送給反力プロファイルの測定結果であり、平均振幅は２Ｎ以下の小さな値となっている。
【００６２】
他方、図７（ａ）は、研磨機を用いて表面を金属光沢仕上げした線材表面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真である。線材表面には長手方向に多数のしわ状の凹凸が形成されており、粗い表面となっている。また、（ｂ）はそれを用いて形成した溶接ビードの外観写真である。アークの不安定化により、溶接ビードの外観にも不規則な乱れが生じていることがわかる。さらに、（ｃ）は、線材送給速度４．４ｍ／ｍｉｎの条件にて測定した送給反力プロファイルの測定結果であり、平均振幅は５Ｎ以上と大きい上、ばらつきも大である。
【００６３】
図８は、いずれも本発明品に係る図６の線材の、線材表層部付近を拡大して示す断面ＳＥＭ写真である（白く写っているのは、断面研磨時の面ダレを防止するために線材外周面に施したＮｉメッキ層である）。結晶粒界に沿って、Ｔｉ結晶粒子の中心部分と若干コントラストの異なる領域、及び該領域が一部脱落して生じたと見られる空隙が観察される。そして、写真中の各番号の領域にて、ＳＥＭに組み込んだＥＤＸにより組成分析を行なった結果が図９である。線材表層部の、結晶粒界近傍に設定された領域▲１▼〜▲４▼では、内層部に設定された領域▲５▼よりも明らかに酸素（Ｏ）のピークが高くなっており、酸素濃化層の形成を確認することができた。尚、線材表面についても、同様にＥＤＸにて組成分析を行った。その結果、チタンおよび酸素に起因したピークが線材表面全体にわたり観測され、酸化チタン層により一様に被覆されていることが確認された。
【００６４】
（実施例２）
素材としてＪＩＳ：Ｈ４６７０（１９９３）に規定されたチタン線素材（工業用純チタン１種に相当：線径２．５ｍｍ）を、窒素雰囲気（酸素分圧１．２×１０^４Ｐａ）に維持された加熱炉で、５００〜７００℃の種々の温度にて４〜７時間加熱することにより酸素拡散を行なった。この素材に冷間伸線加工を施し、線径が１．６ｍｍであって、表３及び表４に示す種々の酸素濃度及び厚さを有する溶融金属形成用Ｔｉ系線材を得た。これらの線材につき、以下の測定及び評価を行なった。
【００６５】
（１）酸素濃化層の厚さＴｗ及び平均酸素濃度
線材の断面を鏡面研磨し、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis）により酸素濃度分布を面分析するとともに、中心部での酸素濃度をＣｍとして、酸素濃度が１．２Ｃｍ以上となる周縁領域を酸素濃化層として特定し、該領域での酸素濃度の積分平均値を酸素濃化層の平均酸素濃度として決定した。
【００６６】
（２）引張強さ
線材から長さ１００ｍｍの試験片を切り出し、インストロン型引張試験機を用いてクロスヘッド速度１．０ｍｍ／分にて引張を行い、応力−歪曲線を測定するとともに、その最大応力値を引張強さとして読み取った。
【００６７】
（３）表面粗さ
線材長手方向に評価長さを設定する形で、ＪＩＳ：Ｂ０６０１（１９９４）に規定された方法により粗さ曲線を測定し、最大高さＲｙ（μｍ）と、算術平均粗さＲａ（μｍ）の値をそれぞれ読み取った。
【００６８】
（４）送給安定性評価
線材を、図１０に示す方式の市販のアーク溶射装置にセットし、線材送り速度４０ｍｍ／秒、電流２００Ａにて、５分間連続溶射した。コンジットチューブ３１０の長さは３ｍとし、線材送給にトラブルなく溶射可能な場合に○（送給性良好）、溶射開始時に線材に座屈が発生した場合に×（送給性不安定）として判定した。
【００６９】
（５）アーク安定性評価
上記溶射中のアークの途切れ回数を測定し、アークが途切れることなく溶射できたものを○、一時的にアークの乱れがあったものを△、アークが途切れたものを×として判定した。
【００７０】
以上の結果を表３及び表４に示す。
【００７１】
【表３】

【００７２】
【表４】

【００７３】
表３は、線材の酸素濃化層の厚さを略一定として、その平均酸素濃度を種々に変化させた場合の結果であり、表４は逆に酸素濃化層の平均酸素濃度を略一定として、その厚さを種々に変化させた場合の結果を示すものである。平均酸素濃度及び酸素濃化層の厚さが本発明の範囲内にあるとき、安定したアークが発生可能であり、また、線材送給性も良好であることがわかる。
【００７４】
（実施例３）
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（α＋β型）、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．１Ｓｉ合金（ニアα型）及びＴｉ−２２Ｖ−４Ａｌ合金（β型）の各線素材（線径１．６ｍｍ）を、窒素雰囲気（酸素分圧１．２×１０^４Ｐａ）に維持された加熱炉で、５００〜７００℃の種々の温度にて４〜７時間加熱することにより酸素拡散を行なった。この素材に冷間伸線加工を施し、線径が１．０ｍｍであって、表５に示す種々の酸素濃度及び厚さを有する溶融金属形成用Ｔｉ系線材を得た。これらの線材につき、実施例１と全く同様の測定及び評価を行なった。結果を表５に示す。
【００７５】
【表５】

【００７６】
これら合金線材についても、平均酸素濃度及び酸素濃化層の厚さが本発明の範囲内にあるとき、安定したアークが発生可能であり、また、線材送給性も良好であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用対象となるＴｉのＭＩＧ溶接装置の概略を示す模式図。
【図２】本発明の溶接用Ｔｉ系線材の断面模式図。
【図３】酸素濃化層の形成状態を示す概念図。
【図４】本発明の溶接用Ｔｉ系線材の製造工程説明図。
【図５】ＭＩＧ溶接装置の要部を示す模式図。
【図６】本発明の溶接用Ｔｉ系線材の一例における線材外観のＳＥＭ写真、それを用いて形成された溶接ビードの外観写真及び送給搬力の測定例を示すプロファイル。
【図７】比較例の溶接用Ｔｉ系線材における線材外観のＳＥＭ写真、それを用いて形成された溶接ビードの外観写真及び送給搬力の測定例を示すプロファイル。
【図８】図６の線材の、線材表層部付近を拡大して示す断面写真。
【図９】図８の各番号の領域にて測定したＥＤＸ組成分析プロファイル。
【図１０】本発明の適用対象となるＴｉのアーク溶射装置の概略を示す模式図。
【符号の説明】
２酸素濃化層
３内層部
３０１溶融金属形成用Ｔｉ系線材

Claims

先端側から順次加熱溶融してＴｉ又はＴｉ合金からなる溶融金属を形成するための溶融金属形成用Ｔｉ系線材であって、少なくとも線材表面を含む部分がＴｉ金属またはＴｉを主成分とするＴｉ合金にて構成され、かつ、線材表面を含む表層部に内層部よりも酸素濃度が高い酸素濃化層が形成されてなり、
前記酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗが、１×１０^−３〜１×１０^−１の範囲に調整されてなり、
かつ、前記酸素濃化層は平均酸素濃度が１質量％以上４０質量％以下であることを特徴とする溶融金属形成用Ｔｉ系線材。
前記溶融金属として溶接金属を形成する溶接用Ｔｉ系線材として使用される請求項１記載の溶融金属形成用Ｔｉ系線材。
前記酸素濃化層の厚さＴｗと線径Ｄｗとの比Ｔｗ／Ｄｗが、１×１０^−３〜５０×１０^−３の範囲に調整され、前記酸素濃化層は平均酸素濃度が１質量％〜３０質量％である請求項２記載の溶融金属形成用Ｔｉ系線材。
前記溶融金属として溶射金属層を形成する溶射用Ｔｉ系線材として使用される請求項１記載の溶融金属形成用Ｔｉ系線材。
前記線材表面の表面粗さは、最大高さＲｙが１０μｍ以下である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の溶融金属形成用Ｔｉ系線材。
前記線径Ｄｗが０．６〜２．０ｍｍであり、かつ送給反力の平均振幅が１５Ｎ以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の溶融金属形成用Ｔｉ系線材。