JP2014508043A - ２段階溶接での分散強化型白金ベース合金の溶接物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２段階溶接での分散強化型白金ベース合金の溶接物品の製造方法
【解決手段】本発明は、分散強化型白金ベース合金に関し、より特にこれらの合金の溶接方法に関し、酸化物分散型貴金属シート（１，４）の改善された連結方法およびこの方法によって得られる溶接物品（１，４）を提供することに基づくものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、分散強化型白金ベース合金に関し、より特にこれらの合金の溶接方法に関する。

好ましくはＰＧＭ材料などの、貴金属および貴金属合金からなる構造部品は、ガラス工業で、特に特殊ガラスの溶融および加熱成形用のプラントで使用されている。ＰＧＭ（白金族金属）とも呼ばれる、融合技術において使用されるこれらのプラント部品は、液体ガラスの溶融、精製、輸送、均質化および分配に役立つ。これらの貴金属合金は、ロジウム、イリジウムまたは金が合金添加されている、大部分が白金ベースの合金である。非常に高い構造部品強度がガラス溶融で課せられる機械的応力および／または熱応力のために必要とされる場合、酸化物分散強化型白金ベース合金は、これらが標準合金よりも熱的、機械的および化学的ストレスに耐える高い能力で特徴づけられるので、ますます使用されている。本書で以下ＯＤＳ合金とも言われる、酸化物分散型合金は、非常に均一な微細構造で区別される。

ガラス溶融物を運ぶプラント部品は、多くの場合、薄肉パイプシステムとして設計されている貴金属シート構造物である。溶融ガラスは、１０００℃〜１７００℃の温度でこれらを通って流れる。

それらの高い融点のために、ＰＧＭ（白金族金属）材料は、耐高温性で、さらに、高い機械的強度および耐摩耗性で区別され、それ故、ガラス溶融物と接触するプラントの構造部品又はプラント部品の製造にとりわけ好適である。好適な材料は、白金ならびに白金および／または他のＰＧＭ金属の合金であり、さらなる合金化成分として少量のベースメタルまたは酸化物添加剤を任意選択的にまた含有し得る。白金ならびに白金および／または他のＰＣＭ金属の合金である。典型的な材料は、精製白金、白金−ロジウム合金および白金−イリジウム合金であり、それらは強度および高温耐クリープ性を増加させるために、具体的には二酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウムなどの、少量の細かく分散された耐熱性金属酸化物を含有する。

しかし、好適な材料の選択に加えて、貴金属部品の製造、特に造形もまた、強度を決定する上で重要な役割を果たす。結果として、これらの部品は、所要の形状を提供するために、個々の金属シートから一緒に接合され、通常、溶接によって互いに連結される。この方法では、互いに連結され金属シート間の接合部および、適切な場合、同じタイプの充填材が、熱の供給によって融解状態へ変換され、融合する。この場合には、融解熱は、電気アークまたは点火ガス−酸素混合物によって生み出すことができる。しかし、このようにして接合される部品が非常に高い温度、たとえば１２００℃超に曝される場合、溶接継ぎ目は、しばしば、全体材料接合の弱点を形成する。究明されている原因は、溶接継ぎ目の不均質性と熱影響域における微細構造への変化である。円筒形構造部品、たとえばパイプの、特に長手方向の溶接継ぎ目は、円周方向の溶接継ぎ目と比較してほぼ２倍高い作動応力のために、特に危険な状態にあり、それ故これらの長手方向溶接継ぎ目はしばしば破損し、引き裂かれる。公知の溶接方法、たとえばタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、プラズマ溶接、レーザー溶接またはガス溶接を用いる場合、合金は溶融する。古典的な置換型固溶体合金を、１２００℃超での使用中に、再結晶の結果として溶融させる場合、非常に僅かな強度の損失が溶接継ぎ目において観察され得るにすぎないのに対して、酸化物分散強化型合金を溶接する場合、溶融は溶融物中の大部分の分散質、典型的にはＺｒＯ_２および／またはＹ_２Ｏ_３の、凝集および浮遊につながる。粗粒の凝固微細構造が溶接継ぎ
目に形成される。溶接継ぎ目中の分散質の強化作用は、こうして無効にされる。このようにして接合された部品の応力に耐える能力およびその耐用年数は、その結果、標準合金から接合された部品のレベルに低下する。

この不利点を防ぐための手段は、特開昭５２−１２５７７号公報および欧州特許第０３２０８７７Ｂ１号明細書から公知である。これらに開示されている方法では、ＯＤＳ金属シート上の融接継ぎ目は、その後、Ｐｔ−ＯＤＳ箔で覆われ、高温でハンマーで打つことによって継ぎ目に圧入される。この手段は、溶接継ぎ目の粒度分布の細かさを箔によって増大させ、その結果として表面上での亀裂形成の確率を低下させる。さらに時代遅れの代替手段に加えて、ハンマー溶接継ぎ目を用いて形成される完全連結が頼りにされてきた。しかし、この種の連結は、品質の非常に大きい変動を受ける。これらの変動を排除するために、溶接継ぎ目の製造のための極めて大きい出費と溶接中のプロセス・パラメーターの非常に精密な制御とが必要とされる。この方法の場合、ハンマー打ち中に、接合される２つの材料、特に金属シートの一様な加熱が困難であることが分かっている。そうする場合に、ハンマー打ち中に良好な接着効果を達成するために、溶接箇所において下方の金属シートをトーチで適切に加熱することは、多くの場合ほとんど不可能である。この方法はその結果として、非常に骨の折れるものであり、最適の結果を必ずしももたらさず、非常にコストがかかる。さらに、４重量％超のロジウム含有率の合金の場合、そして一般にＯＤＳ合金の場合には、ハンマー打ちの間に材料の接着傾向が低いので、ハンマー溶接継ぎ目を製造する場合、根本的な問題がある。ＯＤＳ材料中に既に存在する酸化物および／またはハンマー打ちの間に形成する酸化物、主として酸化ロジウムは、２つの構造部品、特に金属シートの接着接合を著しく低下させる。不十分な接着接合は、製造費をかなり増加させるという影響、そしてなおまた同時に、継ぎ目の接合域のある領域において、十分な接合がもはや達成されないリスクを増加させるという影響を及ぼす。

独国特許第１０２３７７６３Ｂ４号明細書においては、酸化物分散型（ＯＤＳ）金属材料の構造部品の永続的な一体型連結の製造中に、個々の材料の溶接は、接合域における拡散接合の少なくとも部分的な形成を伴って、それらの溶融温度よりも下でそれぞれ行われる。第２プロセス工程において、拡散接合、好ましくは全体の接合域が、同様に互いに連結される材料および／または構造部品の溶融温度よりも同様に下である温度に加熱され、そしてこの温度で機械的に再圧縮され、好ましくはハンマーで打たれる。溶接操作前の相互関連配置に応じて、互いに連結される２つの材料がこの場合には接合部を画定し、後者は一般にまた、接合域、すなわち、２つの間の所望の連結が生み出されることになる領域を形成する。この方法では、酸化物分散型（ＯＤＳ）金属材料の構造部品の永続的な一体型連結は、それ故、拡散−溶接接合の生成が加熱下で機械的再圧縮前に行われるように手配することによってもたらされる。好ましい実施形態は、溶接充填材の使用を規定する。これは、互いに連結される酸化物分散型金属材料の２つの材料および／または構造部品間の接合域に配置される。ここで、溶接充填材は、別個の要素の形態であり得、あるいは接合域で互いに向き合う少なくとも１つの接合面上のコーティング形態であり得る。好適な溶接充填材はこの場合、特に延性のある融合合金、たとえばＰｔＡｕ５、ＰｔＩｒ１、純Ｐｔであり、そしてまたより強固な合金、たとえばＰｔＲｈ５、ＰｔＲｈ１０、ＰｔＩｒ３である。前記文献は、２つの材料間の接着傾向がかなり増加するため、溶接充填材が互いに連結される２つの材料間の著しく改善された接合を達成することを可能にし、そしてこれが製造費をかなり削減することにつながると強調している。その上、熱応力および機械的応力に耐える接合域の能力は、かなり増加するはずである。さらに、前記文献は、貴金属箔の挿入が何よりも好ましいと強調している。好ましい実施形態において、この文献は、連結される金属シートの端が面取りされ、互いに厳密に、面取りされた端で互いに上に配置され、そして、凍結工程において、先ず拡散接合で一時的に連結され、拡散接合は、その後の工程において最終的な拡散接合を達成するために、機械的に再圧縮されることを教示している。

端の面取りされた部分は互いに向き合い、正確に厳密に重ね合わせられており、それは、他の金属シートよりも薄い拡散接合をもたらすか、またはあまり強くない拡散接合をもたらす。その双方とも、特に機械的負荷が加えられるときに、接合のより低い強度をもたらすことが不利点である。さらに、連結される金属シートとは異なる組成の溶接充填材または箔の使用は、結果として生じるカーケンドール（Ｋｉｒｋｅｎｄａｌｌ）効果が、端間の溶接連結を弱くする細孔形成を引き起こすため、不利である。

本発明は、酸化物分散型貴金属シートの改善された連結方法およびこの方法を実施するための装置を提供するという目的に基づくものである。

本発明の簡単な説明
本発明は、以下の項目による溶接物品の製造方法に関する：
１． − 少なくとも１片の分散強化型白金ベース合金シート材料を準備する工程；
− 前記分散強化型白金ベース合金シート材料の溶接連結される端を面取りする工程；
− 溶接連結される面取りされた端を重ね合わせる工程；
− 前記分散強化型白金ベース合金の重ね合わせられ、面取りされた端を前記端の外縁でのみ溶融溶接する工程；
− 白金シート材料を、ハンマー溶接、ショットピーニング、ローラーシーム溶接、抵抗溶接、拡散溶接、摩擦溶接およびそれらの組み合わせの群から選択される圧縮溶接方法によって溶接連結して、溶接部を生じさせる工程；
− 溶接物品の外縁上の溶融溶接部分を除去する工程
とを含む分散強化型白金ベース合金シート材料の溶接物品の製造方法。

２．溶融溶接工程がＴＩＧ溶接（タングステン不活性ガス溶接）であり、ＴＩＧ溶接が、ａ．ＴＩＧ溶接力を、溶接部へのエネルギー入力を最小限にするように調節する工程；ｂ．前記溶接部をアークガス組成物と接触させて溶接部の迅速急冷を最大限にする工程；ｃ．前記溶接部を第２ガスと接触させる工程であって、溶接部の下面が急冷されるように、この接触を主に前記溶接部の下面で行う工程；ｄ．前記溶接部を後流ガスと接触させて、前記アークガスおよび前記第２ガスによって達成される冷却よりもさらに溶接部の冷却を増進させる工程、とを含む、項目１の方法。

３．溶接物品が管状物品であり、連結される端が同じ白金ベース合金材料シートに属している、項目１または２の方法。

４．前記白金ベース合金が、金、イリジウムまたはロジウムから本質的になる組成を有し、特にＰｔＡｕ５、ＰｔＩｒ１、ＰｔＲｈ５、ＰｔＲｈ１０、ＰｔＲｈ２０、ＰｔＩｒ３、ＰｔＩｒ５ 純白金およびそれらの組み合わせからなる群から選択される合金を有する、項目１〜３のいずれかの方法。

５．白金ベース合金が、酸化イットリウム、二酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物からなる群からの酸化物で酸化物分散強化されている、項目１〜４のいずれかの方法。

６．白金ベース合金が、ＰｔＡｕ５、ＰｔＩｒ１、ＰｔＲｈ５、ＰｔＲｈ１０、ＰｔＩｒ５またはＰｔＩｒ３の組成を有し、そして酸化イットリウムまたは二酸化ジルコニウムで酸化物分散されている、項目１〜５のいずれかの方法。

７．溶融溶接部分の除去が、切り取り、金属はさみ、カッティングホイール、ワイヤ浸
食、ジェットカッティング、レーザーカッティングまたはそれらの組み合わせによって達成される、項目１〜６のいずれかの方法。

８．溶融溶接方法が、プラズマ溶接、レーザー溶接、ＴＩＧ（タングステン不活性ガス）溶接、抵抗溶接またはガス溶接（自生溶接）からなる群から選択される、項目１〜７のいずれかの方法。

９．前記電力供給がパルスインバータである、項目２〜８の方法。

１０．前記アークガスが、アルゴン、ヘリウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される組成を有する、項目２〜９の方法。

１１．前記第２ガスがガス混合物である、項目２〜１０のいずれかの方法。

１２．前記後流ガスが、アルゴン、窒素、ヘリウム、二酸化炭素およびそれらの混合物からなる群から選択される、項目２〜１１のいずれかの方法。

１３．前記第２ガスが、アルゴン、窒素、ヘリウム、二酸化炭素およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２の方法。

１４．前記接合部が、冷却された固定具によって保持される、請求項２の方法。

１５．後流ガスが、ガスノズルを通して適用され、前記ノズルが伝導によって溶接物を急冷する、請求項２の方法。

１６．前記ショットピーニング媒体が、カラスビーズ、セラミック球またはスチールショットからなる群から選択される、請求項１の方法。

１７．前記ショットピーニング工程が、約５〜６０秒／ｃｍ^２の範囲の期間実施される、請求項１の方法。

１８．前記ショットが、約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の平均直径を有する実質的に一様な、本質的に球形の粒子からなる、請求項１の方法。

１９．前記端の外縁における前記溶融溶接が、シート材料の片側のみで実施される、請求項１の方法。

２０．前記端の外縁における前記溶融溶接が、シート材料の片側のみで実施され、反対側では前記面取りされた端が重なり合わず、互いに離れて配置される、請求項１の方法。

２１．前記少なくとも２つの金属シート部分が、重なるように配置され、前記面取りされた端が隣接する金属シート部分から離れて外側へ伸びている、請求項１の方法。

２２．圧縮溶接方法による溶接連結工程が、予熱された支持体上で実施され、そこでは少なくとも１つの金属シート部分が支持体の上に置かれている、請求項１の方法。

２３．支持体が３００〜６００℃、好ましくは３５０〜５５０℃に、さらに好ましくは４００〜５００℃に予熱される、請求項２２の方法。

２４．面取りされた端の面取り幅（Ｆ）が、元の金属シート厚さ（ｔ_０）の１〜３倍、
好ましくは２倍であるおよび／または面取り角が１５〜２７°、好ましくは１７．６〜２５．６°、さらに好ましくは１９．６〜２３．６°、最も好ましくは約２１．６°である、請求項１の方法。

２５．圧縮溶接が、重なり合う端の溶融溶接部分におけるシート材料の片側から実施され、シート材料の反対側まで端に沿って続行される、請求項１の方法。

２６．圧縮溶接が、シート材料の両側間のほぼ中間点で実施され、シート材料の片側まで、その後ほぼ中間の前記点からシート材料の反対側まで重なり合う端に沿って続行される、請求項１の方法。

２７．請求項１の方法によって得られる分散強化型白金ベース合金シート材料の溶接物品。

本発明は、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明および添付の図面を参照することにより十分に理解され、さらなる利点が明らかになるであろう。

図１は、面取りされた端が支持物上に置かれている状態のシート材料を示す図面である。 図２（ａ及びｂ）は、溶融溶接工程後の管状物品に配置されているシート材料を示す図面である。

本発明は、分散強化型白金ベース合金の溶接方法を提供する。本発明の溶融溶接の実践は、従来技術において特徴的であり、そしてその形成がベース金属と比較した場合に、溶接物の接合強度と延性を大幅に低下させる、粗く脆い金属間化合物の形成を著しく低減するかまたは排除するようなものである。

溶接は、溶接物および熱影響域を均質にするためにショットピーニングされ得る。本発明に従って、分散強化型白金ベース合金は、経済的な、効率的な方法で溶接され、それらの有用な機械的特性は保持される。

本発明の一態様においては、溶接部は、分散強化型白金ベース合金シート材料から製造される。具体的には、合金は、
− 少なくとも１片の分散強化型白金ベース合金シート材料を準備する工程；
− 前記分散強化型白金ベース合金シート材料の溶接連結される端を面取りする工程；
− 溶接連結される面取りされた端を重ね合わせる工程；
− 前記分散強化型白金ベース合金の重ね合わせられ、面取りされた端を前記端の外縁でのみ溶融溶接する工程；
− 白金シート材料を、ハンマー溶接、ショットピーニング、ローラーシーム溶接、抵抗溶接、拡散溶接、摩擦溶接およびそれらの組み合わせの群から選択される圧縮溶接方法によって溶接連結して溶接部を生じさせる工程；
− 溶接物品の外縁上の溶融溶接部分を除去する工程
とを含む方法によって溶接される。

好適な分散強化型白金ベース合金シート材料は、たとえば、欧州特許第０３２０８７７号明細書、米国特許第Ｂ−６，５１１，５２３号明細書または欧州特許第１７８１８３０号明細書に記載されているように準備することができる。本発明の一実施形態において、白金シート材料を形成する白金ベース合金は、本質的に金、イリジウムまたはロジウムと
ともに白金からなる組成、特にＰｔＡｕ５、ＰｔＩｒ１、ＰｔＲｈ５、ＰｔＲｈ１０、ＰｔＲｈ２０、ＰｔＩｒ３、ＰｔＩｒ５、純白金およびそれらの組み合わせからなる群から選択される合金を有する。別の実施形態において、白金ベース合金は、より具体的には酸化イットリウム、二酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される酸化物で酸化物分散強化され得る。これは、これに関連して上に引用された特許文書に記載されている。そのような分散強化酸化物は、所要の材料特性に応じて、純白金中にならびにこの節で上に開示された合金とともに存在することができる。より具体的には、白金ベース合金は、ＰｔＡｕ５、ＰｔＩｒ１、ＰｔＲｈ５、ＰｔＲｈ１０、ＰｔＩｒ３、ＰｔＩｒ５の組成を有するか、または純白金であり、酸化イットリウムまたは二酸化ジルコニウムで酸化物分散される。

本発明のさらなる態様によれば、端は、具体的にはストレートに、好ましくは面取りされる。ここで、連結される金属シート部分は、金属シート部分が重なるように配置されるとき、面取りされた端がその後外側へ伸びるように、すなわち隣接金属シート部分から離れて伸びるような形に面取りされる。このように金属シート部分の面取りおよび調心（位置合わせ）は、完成した接合製品のクリープ破断強度を増加させることが見出された。これは、さらにより詳細に下に示される。この場合にはまた、金属シート部分は、拡散ハンマー溶接にかけられる。本発明による好ましい方法はまた、上に議論された２つの態様、すなわち、支持体の準備および予熱、ならびに提示された方法での面取りの形成を含む。

面取りされた端の面取り幅（Ｆ）は、好ましくは元の金属シート厚さ（ｔ_０）の１〜３倍、好ましくは２倍である。さらに好ましくは、面取り角αは約１５〜約２７°、好ましくは約１７．６〜約２５．６°、さらに好ましくは約１９．６〜約２３．６°、そして最も好ましくは約２１．６°である。面取りされた端は、好ましくは端の面取りされた部分が互いに平行であるかまたは少なくとも実質的に平行であるような方法で成形され、それは、面取りされた部分が互いに向き合って配置されるとき、両端が互いに補完し得ることを意味する。これは、面取り角αが両端で同一であるときには常に当てはまる。

端は、その後、重ね合わせられる。本発明の別の実施形態においては、これは、図１に描かれ、そして下に記載されるように、金属シート部分が重なるように配置されるとき、面取りされた端がその後外側へ伸びるように、すなわち隣接金属シート部分から離れて伸びるような形で実施される。本発明のさらに別の実施形態においては、連結される端は同じ白金ベース合金材料シートに属し、それゆえ白金材料シートは、溶接物品が管状物品であるように端が重ね合わせられることを可能にするために、曲がっていなければならない。管状溶接物品の断面は特に制限されず、たとえば、円形、楕円形または多角形であり得る。

金属シート部分は、元の金属シートの厚さ（ｔ_０）の２．５〜７．５倍、好ましくは元の金属シートの厚さ（ｔ_０）の４〜７倍となる重なり長さで重なるように、好ましくは配置される。拡散溶接後に、金属シート部分の重なりは、元の金属シートの厚さ（ｔ_０）の３〜８倍、好ましくは元の金属シートの厚さ（ｔ_０）の５〜７倍である。

重ね合わせられた端はその後、前記端の外縁で溶融溶接される。溶融溶接中に、分散質は凝集し得、溶接継ぎ目における分散質の強化作用は、このため無効にされるかまたは少なくとも限定される。本プロセスにおいて、溶融溶接部分は後に切り取られるため、最終製品の特性は影響を受けない。原則として、溶融溶接に用いられる方法は、分散質の溶融および凝集が、溶融溶接連結が行われつつある領域に、空間的に限定されるように、白金シート材料へのエネルギー入力が制限される限り、特定の方法に限定されない。

溶融溶接方法は通常、プラズマ溶接、レーザー溶接、ＴＩＧ（タングステン不活性ガス
）溶接、抵抗溶接またはガス溶接からなる群から選択することができる。当業者は、これらの一般的な溶融溶接方法に精通しており、本発明の目的を達成するために、それらを使用する方法をよく知っている。前記端の外縁での溶融溶接は、白金シート材料の片側のみで、または白金シート材料の両側で実施され得る。

当然溶接連結部は、この特定の場所で重ね合わせられた端が溶接連結されるように、重ね合わせられた端上に位置される。通常、溶融溶接連結部は、大きい寸法のものである必要はなく、単一溶接点で十分である。溶接連結部は、図２ａおよび２ｂに描かれるように白金シート材料の側面の境界線に近接する、連結される端の外縁に位置される。

本発明のさらに別の実施形態においては、互いに連結される端は、それらの全体長さにわたって重ね合わせられ、そして白金シート材料の両側面の境界線で溶融溶接が実施され、溶融溶接連結部が設置される。

本発明のさらに別の実施形態において、前記端の外縁での溶融溶接は、シート材料の片側のみで実施され、反対側では前記面取りされた端は重なり合わず、互いに離れて配置される。

この実施形態においては、互いに連結される端は、それらの長さの一部にわたって重ね合わせられ、白金シート材料の側面境界線の一方で溶融溶接連結される。この実施形態において、白金シート材料の端は通常、白金シート材料の一方の側面境界線で重ね合わせられ、側面境界線に近接して溶接連結され、一方、互いに離れた端は、このそれぞれの側面境界線から遠い所にある。この場合、両端は通常、端間にＶ字形ギャップを形成して相隔てられ、そして重ね合わせられ、ギャップの１一方の側面境界線末端で部分溶融溶接連結され、一方、重なりまたは溶融溶接連結部は反対側面の境界線上にはまったく存在しない。

本発明のさらに別の実施形態においては、互いに連結される端は、それらの長さの一部またはそれらの全体長さにわたって重ね合わせられ、溶融溶接連結が実施される白金シート材料の外縁は、残りの白金シート材料の側面境界線にわたって伸びるセクション上に位置される。言い換えれば、連結される端で、白金シート材料は、残りの溶接物品の目的の幅よりも幅広く、溶融溶接連結部を連結される端の部分から空間的に離れて位置させ、そして圧縮溶接工程を実施した後に切り取られるという目的を助けるにすぎない末端耳が形成される。このようにして、切り取られ、そしてリサイクルされる白金シート材料の量と、同時にこの工程のために用いられる労働時間および努力とを、最小限にすることができる。そのような状況は、図２ａに描かれる。

本発明の別の実施形態においては、ＴＩＧ（タングステン不活性ガス）溶接が本発明の目的のために用いられる好適な方法である。より具体的には、ＴＩＧ溶接は、
ａ．ＴＩＧ溶接力を溶接部へのエネルギー入力を最小限にするように調節する工程；
ｂ．前記溶接部をアークガス組成物と接触させて溶接部の迅速急冷を最大限にする工程；
ｃ．前記溶接部を第２ガスと接触させる工程であって、溶接部の下面が急冷されるよう、この接触を主にその下面で行う工程；および
ｄ．前記溶接部を後流ガスと接触させて、アークガスおよび第２ガスによって達成される冷却よりもさらに溶接部の冷却を増進させる工程
とを含む。

溶接部へのエネルギー入力を最小限にするＴＩＧ溶接電力供給の例としては、応答速度を増加させるパルスＡＣ波形を発生させるインバータ技術を利用するものが挙げられるが
、それらに限定されない。パルスインバータ電力供給は、通常の交流電流とは完全に異なる方形波ＡＣパルスによって維持される、最小電流で、非常に安定したアークを発生させる。この種のアークは、そのプロセスが通常困難であるような薄い白金シートの溶接に有利であり、そして高速溶接を可能にする。パルスインバータはまた、より精度の高い溶接部へのエネルギー入力を可能にする、より集中したアークを発生させる。この特性は、溶接部の急速凝固性を制御することに欠かせない。これは、１０〜５００Ｈｚの高速パルスがアークを非常に微細な点まで集中させ、その上さらに、同時にアークの安定性が増加するために成し遂げられる。最終的に、高パルス繰返数は、電極のクリーニングを高め、溶接部の逆サイクルまたはクリーニングサイクルが低減されることを可能にする。これは再び、システムへのエネルギー入力量を低減する。

溶接アークのみならず、溶接部の下面および直接溶接部それ自体に対するアークガス混合物および様々なガス混合物を制御する意義は、急速に凝固する構造を溶接部において達成できるよう、溶接部の冷却速度を高めるように作用する。溶接部の前面および背面の両方を遮蔽するために使用される固定具およびガスノズルのタイプは、様々であり、溶接される部品の形状および形成される接合部のタイプによって決まる。アークガス組成物は、アルゴンもしくはヘリウムまたはその２種の混合物のどれかである。溶接部の下面を保護するおよび急冷するために使用されるカバーガス（後流ガス）は、アルゴン、窒素、ヘリウムもしくは二酸化炭素またはこれらのガスの２種以上の組み合わせである。固定具の急冷速度を増加させるために、固定具自体が冷却されてもよい。後流ガスノズルによって適用されるカバーガスは、アルゴン、窒素、ヘリウムもしくは二酸化炭素またはこれらのガスの２種以上の組み合わせのどれかである。ガスノズルは、溶接物と物理的に接触しており、それによって溶接物を伝導により急冷することができる。

ＴＩＧ溶接が、その適用の容易さと幅広い展開のために、工業的に望ましい。ＴＩＧ溶接はしたがって、溶接のために必要なエネルギーを最小限にするＴＩＧ電力供給を利用し、溶接部をできるだけ速く冷却する遮蔽ガスの最適な組み合わせを用い、そして急冷ガスが溶接部の直後のポイントで溶接部の下面に主に適用されるように、接合部を適切に固定することによって、行われる。好ましくはパルスＡＣインバータ電力供給が、高パルス繰返数で集中したアークを形成し、それによって溶接に必要とされるエネルギーを低減するその能力のために利用される。アークおよび遮蔽ガスは好ましくは、所要の最大急冷速度を提供するヘリウム、アルゴンまたはそれらの混合物からなる群から選択される。固定具およびトレーラーノズルが溶接の容易さを最適化するために利用され、それらの配置および設計は、溶接形状および部品配置によって様々となる。典型的な急冷ガスおよび遮蔽ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、二酸化炭素およびそれらの混合物からなる群から選択される。

その後、白金シート材料は、溶接部を生じさせるために、ハンマー溶接、ショットピーニング、ローラー継ぎ目−溶接、抵抗溶接、拡散溶接、摩擦溶接およびそれらの組み合わせの群から選択される圧縮溶接方法によって溶接連結される。

これらの溶接方法は、白金シート材料の溶融温度よりも下で実施される冷間加工方法であり、数回の試行後に最適結果を達成することができる当業者によく知られている。とはいえ、これらの方法を室温よりも上の、但し溶融温度より下の温度で実施することが好ましい。この圧縮溶接操作は、約１０００℃〜約１７００℃の温度で、より特に約１２００℃〜約１３００℃または約１４００℃〜約１６００℃の温度で実施することができる。さらに好ましくは、金属シート部分は、好ましくは約０．０５〜約２５μｍの、さらに好ましくは約０．５〜約１０μｍの表面粗さＲ_ａで、それらが重なり合うように配置される前に、相互に向き合う面上を粗化される。この粗さは、明確な刃先で切断することによって、あるいは不明確な刃先で切断すること、たとえば研削することによるその後の表面機械
加工によって、面取り中に既に提供され得る。粗化は、拡散溶接の領域に拡大した表面積を提供することを可能にし、および／または溶接パラメータの改善された制御性を可能にする。好適な加熱手段は、たとえば、ガス−酸素トーチである。金属シート部分は、局所的に加熱され得、圧縮溶接される全範囲にわたる加熱が可能であるものの、多くの場合経済的ではない。摩擦溶接に関して、特に摩擦攪拌溶接が、白金シート材料を連結するための好適な方法である。

抵抗溶接は、連結される白金シート材料の端に電流を通すことによって、連結される端の加熱を提供する。ローラー継ぎ目溶接において、ローラーが連結される端に沿って通過し、白金シート材料の重ね合わせられた端を圧縮し、こうして拡散接合が形成され得る。同時に、電流を、白金シート材料の加熱を達成するようにローラーに通すことができる。ローラーは、連結される端がそれらの全体幅の隅から隅まで圧縮されるように十分に幅広であり得、またより狭くてもよい。実質的に白金シート材料の厚さと同様に厚い圧縮溶接連結を達成するために、ショットピーニングまたはハンマー溶接などの次の工程が必要とされる。

ハンマー溶接は、上述の温度で実施される必要があり、連結される端をアンビル上に置き、局所的に（たとえばガストーチで）加熱し、連結される端をハンマーで打って拡散接合を形成することで容易に行うことができる。

ショットピーニングは、溶接部を含み得る部品の表面が、ショットと呼ばれる小さい球形媒体で衝撃を与えられる冷間加工方法である。ショットは、たとえばカラスビーズ、セラミック球またはスチールショットであり得る。ショットピーニングによって得られる、著しく改善された疲労寿命と言った恩恵は、誘発される残留圧縮応力および冷間加工の効果の結果である。

溶接部は、ガラスビーズ、セラミック球またはスチールショットを使用してショットピーニングされる。白金シート材料に対しては、カラスビーズが特に有用である。溶接部のショットピーニングが実施される条件は、選択されるショットの品質、ショットの衝撃強度およびピーニング中のワークピース（加工対象物）のカバレージに応じて変わるであろう。ピーニング媒体は、鋭い端や壊れた粒子がなく、サイズが一様であり、本質的に形状が球形でなければならない。衝撃強度は、所望の試料のショットピーニングに付随する較正（キャリブレーション）ストリップの硬度変化によって測定される。適切なショットピーニング強度の選択は、特定の検体、形状および材料によって決まる。カバレージ制御とは、検体表面がショットピーニング中に衝撃を受ける範囲を表す。完全カバレージは、重なり合うピーニングくぼみによって、溶接材料の元の表面が完全に跡形もなくされるときに得られる。概して、ショットは、約０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲の平均直径を有する実質的に一様な、本質的に球形の粒子からなる。ピーニングは、約５〜６０秒／ｃｍ^２の範囲の期間、または較正ストリップが０．１５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲のアークハイト（または屈曲）を示し、実質的な完全なカバレージが得られるまで実施され得る。ｎサイクル（「Ｃｎ」）後のパーセントカバレージは、１−（１−Ｃ１）”（ここで、「ｎ」はサイクルの数であり、「Ｃ１」は第１サイクル後のパーセントカバレージである）に等しい。一般に、実質的に完全なカバレージを得るために必要とされるサイクルの数は、１〜１０である。

明らかに、これらの圧縮溶接方法に関して、溶接のための力は、連結される端の片側から加えられ、其のため白金シート材料の反対側にアンビルなどの、ある支持体がなければならない。一般に、それぞれの圧縮溶接操作に好適であること、そしてそれに関連する機械力および温度に耐える能力以外に、支持物に対する特別な制限はまったくない。通常、約８００Ｎ／ｍｍ^２〜約１１００Ｎ／ｍｍ^２の引張強度のスチール（たとえばＲＧＭ１７
スチールなど）が好適である。ローラー継ぎ目溶接の場合、支持体は、白金シート材料の連結される端の他の側面で第１ローラーと反対側に配置された、第２ローラーであり得る。本発明の別の実施形態において、圧縮溶接方法は、予熱されそしてそこで少なくとも１つの白金金属シート部分が支持体の上に置かれている、支持体上で実施される。より具体的には、支持体は３００〜６００℃、特に３５０〜５５０℃、または４００〜５００℃に予熱される。そのような予熱は、高温で圧縮溶接を実施するために、ヒートシンクの効果を有する支持体を回避するのに有益である。

白金シート材料および溶接物品の反りを回避するために、ある作業スケジュールに従うことが有用であろう。その結果として、本発明のさらに別の実施形態において、圧縮溶接は、重なり合う端の溶融溶接部分でシート材料の片側から実施され、シート材料の反対側まで重なり合う端に沿って続行される。あるいは、圧縮溶接は、シート材料の両側間のほぼ中間の距離から実施され、シート材料の片側まで、その後、ほぼ中間の前記距離からシート材料の反対側まで、重なり合う端に沿って続行される。ある作業スケジュールは、ある種の状況では他のものよりも有用であろうが、当業者は、２、３の試行によってそれぞれの目的のための最適スケジュールを見いだすことができよう。

本発明の特定の実施形態においては、互いに連結される端は、それらの全体長さにわたって重ね合わせられ、白金シート材料の両側面の境界線で溶融溶接が実施され、溶融溶接連結部が確立され、そして圧縮溶接が、シート材料の両側間のほぼ中間での距離から実施され、シート材料の片側まで、その後、ほぼ中間での前記距離からシート材料の反対側まで、重なり合う端に沿って続行される。

本発明のさらに別の実施形態においては、互いに連結される端は、それらの長さの一部にわたって重ね合わせられ、白金シート材料の側面境界線の一方で溶融溶接連結される。この実施形態において、白金シート材料の端は通常、白金シート材料の一方の側面境界線で重ね合わせられ、側面境界線に近接して溶接連結され、一方、端は、このそれぞれの側面境界線からさらに離れて互いの間でより大きい距離にある。この場合、両端は通常、端間にＶ字形ギャップを形成して相隔てられ、そして重ね合わせられ、ギャップの一方の側面境界線末端で部分溶融溶接連結され、一方、重なりまたは溶融溶接連結部は反対側の境界線上にはまったく存在せず、そして圧縮溶接は、重なり合う端の溶融溶接部分でシート材料の片側から実施され、シート材料の反対側まで重なり合う端に沿って続行される。このようにして、Ｖ字形ギャップはその後、圧縮溶接中に狭められ、最後にギャップが閉じられる。これら機械的作業スケジュールの説明は、圧縮溶接方法としてショットピーニングおよび／またはハンマー溶接の使用に関して特に適しているが、他の方法でも同様に用いることができる。それぞれの圧縮溶接工程は、通常１〜１０パスが用いられるショットピーニングについて上述したように、繰り返されてもよい。同じことをまた、必要ならば、たとえば、ハンマー溶接またはローラー継ぎ目溶接でも行うことができる。

圧縮溶接方法はまた組み合わせて用いられ得；たとえば、先ずローラー継ぎ目溶接が端を予備連結するために用いられ得、次に厚さを低減し、そして拡散接合を達成するために連結される端のショットピーニングが、次に表面構造の改善を達成するためにハンマー溶接が、用いられ得る。また、始めにショットピーニング、続いてハンマー溶接、あるいはその逆も又同様に、特定の目的のために用いることができる。

圧縮溶接工程の後に、溶接物品の外縁上の溶融溶接部分は除去される。これは、金属はさみ、カッティングホイール、ワイヤ浸食、ジェットカッティング、レーザーカッティングまたはそれらの組み合わせを用いる、切り取りによって達成することができる。任意選択的に、除去工程により形成された端は、平滑にされ、研磨され得、または鋭い端を除去するためもしくは所望の表面構造を達成するための別の方法で、作業され得る。

本発明はまた、溶融溶接部分の除去前ではなく、溶融溶接部分の除去後または圧縮溶接後に実施することができる、追加の後処理工程を提供する。そのような後処理工程は、次の通り説明される。

圧縮溶接後に、圧縮溶接によって生じた継ぎ目は、継ぎ目を平滑にするおよび／またはその厚さを低減するために、冷間成形または加熱成形にかけられる。このプロセスにおいて、厚さは、好ましくは元の金属シート厚さ（ｔ_０）の０．９〜１．２倍に、さらに好ましくはほぼ元の金属シート厚さ（ｔ_０）に低減される。継ぎ目は次にまた、一様な表面品質を得るために、−適切な場合には全体表面と一緒に−、削られそして研磨されることによる表面仕上げを受けられ得る。

追加の、任意選択の後処理工程において、圧縮溶接の後に、約９００℃〜約１４００℃の、好ましくは約１０００℃〜約１２００℃の温度で熱処理（「応力緩和アニーリング」）が続く。

さらに、本発明によれば、重なり合う配置は、金属シート部分を、好ましくは直接お互い上／下に配置することを含む。それ故、金属シート部分間に、溶接充填材および／または箔は一切供給されない。本発明によれば、また、バンデージは一切使用されず、このことは、追加の管セクションまたは金属シートが、上または下に一切配置されず、拡散接合へ持ち込まれる金属シートの重なり合う部分は、たとえば独国特許第１５２７２９９号明細書の図１に示されているように、連結される端間に配置されることを意味する。本発明はそれにもかかわらず、先行技術よりも良好なクリープ破断強度をもたらすことが見出された。

分散強化型白金ベース合金は、上述の溶接技術にかけられると、ベースメタルと実質的に同等の微細構造を溶接物中に発現させ、そしてベース白金シート材料と同等な優れた機械的特性を達成することが発見された。本方法は、冷間成形または加熱成形後に、継ぎ目が、元の金属シートの厚さ（ｔ_０）の約５〜１０倍の、さらに好ましくは元の金属シートの厚さ（ｔ_０）の約６〜７倍の幅を有するようなやり方で好ましくは制御される。

本発明によれば、冶金学的検鏡試片において、本発明による方法によって得られる継ぎ目と、継ぎ目をまったく持たない隣接金属シート部分との間に、差異を一切確認することができない。したがって、本発明はまた、本発明の方法によって得られる分散強化型白金ベース合金シート材料の溶接物品に関する。

本発明は、本書においてさらに説明されるが、下記の実施例によって限定されない。すべての実施例において、試験試料は、白金を含む分散強化型合金から製造され、そして上記の圧縮および製造技術によって急冷凝固粉末から調製された。本発明の原理を説明するために述べられる具体的な技術、条件、原材料、割合および報告データは例示的なものであり、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。本書に引用される文献は、あらゆる有用な目的のために参照により援用され、こうして本発明の本開示に属し、それを補完する。

図面の詳細な説明
図１において、２つの金属シート部分、第１金属シート部分１と第２金属シート部分４が見てとれ、この実施形態においては、これらは同一のまたは少なくとも非常に似た金属シート厚さｔ_０を有する。これらの厚さはまた、互いに異なってもよい。金属シート部分の両末端は、外側へ、すなわちそれぞれの隣接する金属シート部分から離れて向き合う当
該側面上で、ストレートに面取りされ、それ故、面取り面３および６は、面取り角αにて形成され、面取り幅はＦで示される。本発明の一態様によれば、これらの面取り面はこうして、それらが接合されない状態で、２つの金属シート部分が平面内にないかまたは実質的に平面内にないように向きを合わせられる。重なり幅Ｕの重複領域において、続いて２つの金属シート部分が接触するそれぞれの接触部分２および５は、互いに反対側に位置し、これらの接触部分を粗化することが可能である。重なり幅Ｕは、面取り幅Ｆよりも常に大きい。

この図において、第２金属シート部分４は、既に加熱されたかまたは依然として加熱される予定の、アンビルなどの、支持体１０の上に置かれている。この場合には、熱は、支持体から最初に第２金属シート部分４に、そして可能なら第１金属シート部分１にもまた伝導される。第１金属シート部分１の一部もまた支持体１０の上に置かれている場合には、熱はまた直接伝導される。両方の金属シート部分１および４は、つかみ力Ｆ_Ｅの調心装置（不図示）によって固定され得る。調心装置は一般に、固定される金属シート部分を介して、間接的に支持体１０に連結されているにすぎない。これらの調心装置の目的は、連結される金属部品を支持体１０に保持させることにすぎず、これは溶融溶接連結部によって達成されるため、金属シート部分１および４の両方を保持することではない。

図２ａおよび２ｂは、金属シート１が管状造形品を形成するために曲げられている実施形態を示す。面取りされた端は、互いに２上に配置され、前記金属シートの外縁３で、端が１つまたは２つの溶融溶接連結部４で互いに連結される。図２ａにおいて、金属シートの外縁３および溶融溶接連結部４は、この目的のみに従事し、かつ、圧縮溶接後に末端耳５が切り取られる際、金属損失を最小限にするために用いられる、末端耳５に位置する。２ａおよび２ｂの両方において、溶融溶接連結部は白金シート金属の側面境界線に近接することに留意されたい。

特開昭５２−１２５７７号公報 欧州特許第０３２０８７７Ｂ１号明細書 独国特許第１０２３７７６３Ｂ４号明細書 欧州特許第０３２０８７７号明細書 米国特許第Ｂ−６，５１１，５２３号明細書 欧州特許第１７８１８３０号明細書 独国特許第１５２７２９９号明細書

Claims (16)

1. − 少なくとも１片の分散強化型白金ベース合金シート材料を準備する工程；
   − 前記分散強化型白金ベース合金シート材料の溶接連結される端を任意に面取りする工程；
   − 溶接連結される前記端を重ね合わせる工程；
   − 前記分散強化型白金ベース合金の前記重ね合わせられた端を前記端の外縁でのみ溶融溶接する工程；
   − 前記白金シート材料を、ハンマー溶接、ショットピーニング、ローラーシーム溶接、抵抗溶接、拡散溶接、摩擦溶接およびそれらの組み合わせの群から好ましくは選択される圧縮溶接方法によって溶接連結して、溶接部を生じさせる工程；
   − 溶接物品の前記外縁上の溶融溶接部分を除去する工程
   とを含む、分散強化型白金ベース合金シート材料の溶接物品の製造方法。
2. 前記溶融溶接工程がＴＩＧ溶接（タングステン不活性ガス溶接）であり、前記ＴＩＧ溶接が、ａ．ＴＩＧ溶接力を、前記溶接部へのエネルギー入力を最小限にするように調節する工程；ｂ．前記溶接部をアークガス組成物と接触させて前記溶接部の迅速急冷を最大限にする工程；ｃ．前記溶接部を第２ガスと接触させる工程であって、前記溶接部の前記下面が急冷されるように、前記接触を主に前記溶接部の下面で行う工程；ｄ．前記溶接部を後流ガスと接触させて、前記アークガスおよび前記第２ガスによって達成される冷却よりもさらに前記溶接部の冷却を増進させる工程、とを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記溶接物品が管状物品であり、連結される前記端が前記同じ白金ベース合金材料シートに属している、請求項１に記載の方法。
4. 前記白金ベース合金が、金、イリジウムまたはロジウムから本質的になる組成を有し、特にＰｔＡｕ５、ＰｔＩｒ１、ＰｔＲｈ５、ＰｔＲｈ１０、ＰｔＲｈ２０、ＰｔＩｒ３、ＰｔＩｒ５ 純白金およびそれらの組み合わせからなる群から選択される合金を有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記白金ベース合金が、酸化イットリウム、二酸化ジルコニウムおよびそれらの混合物からなる群からの酸化物で酸化物分散強化されている、請求項１に記載の方法。
6. 前記溶融溶接部分の前記除去が、切り取り、金属はさみ、カッティングホイール、ワイヤ浸食、ジェットカッティング、レーザーカッティングまたはそれらの組み合わせによって達成される、請求項１に記載の方法。
7. 前記溶融溶接方法が、プラズマ溶接、レーザー溶接、ＴＩＧ（タングステン不活性ガス）溶接、抵抗溶接またはガス溶接（自生溶接）からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
8. 前記ショットピーニング媒体が、カラスビーズ、セラミック球またはスチールショットからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
9. 前記ショットピーニング工程が、約５〜６０秒／ｃｍ^２の範囲の期間実施される、請求項１に記載の方法。
10. 前記端の前記外縁における前記溶融溶接が、前記シート材料の片側のみで実施される、請求項１に記載の方法。
11. 前記少なくとも２つの金属シート部分が、重なるように配置され、前記面取りされた端が隣接する金属シート部分から離れて外側へ伸びている、請求項１に記載の方法。
12. 圧縮溶接方法による前記溶接連結工程が、予熱された支持体上で実施され、そこでは少なくとも１つの金属シート部分が前記支持体の上に置かれている、請求項１に記載の方法。
13. 前記支持体が３００〜６００℃、好ましくは３５０〜５５０℃に、さらに好ましくは４００〜５００℃に予熱される、請求項２２に記載の方法。
14. 前記圧縮溶接が、前記重なり合う端の前記溶融溶接部分における前記シート材料の片側から実施され、前記シート材料の反対側まで前記端に沿って続行される、請求項１に記載の方法。
15. 前記圧縮溶接が、前記シート材料の両側間のほぼ中間の距離から実施され、前記シート材料の片側まで、そしてその後ほぼ中間の前記距離から前記シート材料の反対側まで前記重なり合う端に沿って続行される、請求項１に記載の方法。
16. 請求項１に記載の方法によって得られる分散強化型白金ベース合金シート材料の溶接物品。

Images