JPH06190573A - 中空構造材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡潔な構成と低い製造コストによって高温雰
囲気のもとでも十分な強度を保持し得る中空構造材の製
造方法を提供する。 【構成】 金属材料からなる面板と波板とを交互に重ね
て構成する中空構造材の製造方法において、電子ビーム
またはレーザビームなどの高エネルギー密度ビームによ
って面板と波板とを重ねて溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属材料からなる面板
と波板との交互重ね合わせ構造からなる中空構造材の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】構造部材の強度、剛性を確保しかつ軽量
化を図る方法として、従来より図５に示すような中空構
造材が用いられており、今日では建材、車両材、また各
種構造物の強度部材等に用いられている。また同様の構
造で図６のように多層にしたものもあり、熱交換器の分
野ではプレートフィン型と称され知られている。これら
の中空構造材における面板と波板との接合方法として、
従来から低温雰囲気でかつ接合強度の要求が低いものに
対しては接着剤による接合が行われ、また高い接合強度
が要求される部材に対してはろう付による接合が行われ
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように上記従来の
方法において、特にろう付によってある程度強度の高い
構造材を得ることが可能であった。しかしながらろう付
によって前記構造体を製造するには、フラックスを溶融
したろう付槽もしくは真空中あるいは不活性ガス雰囲気
中で加熱するろう付炉等の特別な設備が必要となる。ま
た、真空ろう付では真空中で加熱、冷却するため、製品
を組み立て炉に装入した後、１サイクル処理するのに１
０〜３０時間程度かかり大きなコストが発生していた。

【０００４】また、例えばチタンやステンレス鋼等のろ
う付において用いられるろう材は、アモルファスやクラ
ッド箔あるいは貴金属系のろう材等非常に高価なもので
ある。

【０００５】一方、構造部材としてチタンやステンレス
鋼は通常高温域で使用されることが多いが、ろう材の融
点は必然的に母材より低いため、母材の使用可能温度に
対し、より低い温度での使用を余儀なくされる。

【０００６】このように、ろう付による接合方法によっ
て中空構造材を製造する場合、非常にコストが高くな
り、また母材の高温強度を十分生かしきれないという不
具合を有していた。本願発明はこのような不具合を解消
するためになされたもので、簡潔な構成と低い製造コス
トによって高温雰囲気のもとでも十分な強度を保持し得
る中空構造材の製造方法を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、前記特許
請求の範囲に記載された中空構造材の製造方法によって
達成される。すなわち、「金属材料からなる面板と波板
とを交互に重ねて構成する中空構造材の製造方法におい
て、高エネルギー密度ビームによって面板と波板とを重
ねて溶接する中空構造材の製造方法」である。

【０００８】ここで高エネルギー密度ビームとは，溶接
の分野では表１に示すように、従来から用いられている
アーク、ガス炎に比較し，格段にエネルギ密度が高い電
子ビーム，レーザビームのことをいう。

【０００９】

【表１】

【００１０】以下、本発明の作用等について実施例に基
づいて説明する。

【００１１】

【実施例】電子ビーム溶接やレーザ溶接等の高エネルギ
密度溶接法は、従来のアーク溶接に比較し、約１０００
０倍程度のエネルギ密度を有していることから、ビード
幅が狭くかつ深い溶込みが得られ、変形が少ない。また
非常に制御性の良い接合法であるという特徴がある。

【００１２】本願発明者等は、これ等の特徴に注目し、
中空接合体の製作に高エネルギービーム溶接法を用いる
ことを、検討開発したものである。例えば、電子ビーム
溶接のビード形状の制御性の検討結果について述べる
と、溶接入力の増加により溶込み深さおよびビード幅を
増大させることは勿論のこと、図１に示すように、ビー
ムの焦点位置の制御およびビームにオシレーション（振
動）を付与する事により、同一入力においても溶込み深
さおよびビード幅等ビード形状を制御することが出来
た。

【００１３】図１において、（ａ）はジャストフォーカ
スの場合、（ｂ）は（ａ）の条件に焦点位置をずらした
場合（ディフォーカス）、（ｃ）は（ａ）の条件に溶接
線直角方向のオシレーションを付与した場合のビード断
面形状の模式図である。このようにして、中空構造材の
面板および波板の寸法に応じた溶接条件を設定すること
により、ビードの溶込み形状を制御することが可能であ
ることを把握した。

【００１４】さらに溶接方法としては、図２のように面
板側からの溶接および図３のように波板側からの溶接が
出来ることは勿論、図４のように面板を貫通させたビー
ムによりその奥の波板と面板を接合させることが可能で
ある条件を確立した。この場合、上側の面板は貫通のビ
ードオンプレート溶接となるが、勿論のこと穴等の欠陥
は生じなかった。

【００１５】図５、図６に示したような中空構造材の面
板と波板を高エネルギービームで接合する場合、通常の
アーク溶接で用いられるようなフィラーワイヤを用いる
ことなく重ね溶接することが可能であった。このため、
ろう付において必要であった高価なろう材も不要とな
り、また真空ろう付の場合で述べたような、特別の設備
（真空炉など）も不要となり、汎用の高エネルギービー
ム溶接装置を用いることが出来、コストダウンが可能と
なった。溶接部の強度の面からみると、溶接金属は母材
と同一の成分となるため、高温における強度は母材とほ
ぼ同等の値を得ることが出来た。

【００１６】本願発明者等は、上記の発明を確認するた
めに、図７に示すような形状でチタン製の中空構造体を
電子ビーム溶接法により製作した、面板の寸法は５ｍｍ
厚×３００ｍｍ幅×５００ｍｍ長、波板は２ｍｍ厚、波
板の高さ３０ｍｍ，波のピッチ２０ｍｍである。

【００１７】表２に溶接条件を示す。なお溶接は先ず治
具で面板と波板とを密着させ、仮止めのためスキップ溶
接を行い、その後図２の溶接法により表２の条件にて本
溶接を行った。溶接の後、Ｘ線透過試験を行うととも
に、マクロ試料を採取し、溶接欠陥の発生状況を観察し
たが、欠陥は全く認められなかった。

【００１８】

【表２】

【００１９】本願発明者等は更に図８に示すような形状
のステンレス製の試験片（寸法２０ｍｍ幅×８０ｍｍ長
×４５ｍｍ高）で、表３に示す条件にて電子ビーム溶接
を、また表４に示す条件にてろう付を行った後、継手引
張試験を行った。

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】その結果を表５に示す。

【００２３】

【表５】

【００２４】すなわち、ろう付に比較し電子ビーム溶接
では、特に高温において著しく高い強度が得られた。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により中空構
造材の高温における強度の大幅なアップが可能となり、
またその製造におけるコストダウン、特に波板のピッチ
が大きい場合においては、大幅なコストダウンが可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接条件の制御によるビード断面形状の模式図
である。

【図２】面板と波板との重ね溶接方式の模式図である。

【図３】面板と波板との重ね溶接方式の模式図である。

【図４】面板と波板との重ね溶接方式の模式図である。

【図５】単層構造の中空構造材の断面形状の模式図であ
る。

【図６】多層構造の中空構造材の断面形状の模式図であ
る。

【図７】溶接実験に使用した中空構造材の斜視図であ
る。

【図８】溶接実験に使用した試験片の斜視図である。

【符号の説明】

１ 面板 ２ 波板 ３ 溶接ビード ４，５ 溶接条件出し用板材 ６ 高エネルギービーム ７，８ 継手性能試験用板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属材料からなる面板と波板とを交互に
   重ねて構成する中空構造材の製造方法において、高エネ
   ルギー密度ビームによって面板と波板とを重ねて溶接す
   ることを特徴とする中空構造材の製造方法。