【発明の詳細な説明】
発明の名称
モリブデン−レニウム合金の摩擦溶接発明の分野
本発明は摩擦溶接または回転溶接によりモリブデン合金の棒、チューブおよび
管を接合する分野に関する。発明の背景
モリブデン(Mo)金属は、その特異な特性を必要とする様々な特殊な応用のため
に使用される。モリブデンの融点は2630℃であり、これは鉄の融点を1000℃を越
えて上まわるので、加熱炉部品、ロケットノズルおよびほとんどの金属が融解し
あるいは破断する他の高温での応用のためにモリブデンを使用することが可能に
なる。モリブデンはまた、非酸化的条件で鉱酸に曝露される時に鉱酸による腐蝕
に対して例外的な抵抗力も有する。モリブデンから製作される物品の機械的特性
は、金属を成形しあるいは加工するのに採用する条件に一般に依存する。最良の
結果を得るためにモリブデンはその再結晶温度より低い温度で加工され、それに
よって物品内での再結晶および結晶粒生長が回避される。再結晶の生起を許すと
、モリブデンは比較的低い温度例えば室温に近いまたはそれより低い温度におい
て脆くなる傾向がある。ろう付けまたは溶接の個所には、再結晶を誘発するのに
十分な温度が局部的に存在するので、製作工程にろう付けまたは溶接が採用され
ることになるならば、再結晶を回避することは殊に困難になる。再結晶したモリ
ブデンは脆くなる傾向があるので、多くの応用に使用するのが妨げられる。
棒、チューブまたは管の長さを延ばす、つまり連続した長さを得
るためにこれらを接合し、そして得られた製造物をコイルまたは曲った物体へと
曲げることが必要な応用に、モリブデンの商業的な押し出し製品を使用する場合
、別な困難が生まれる。このようなモリブデンの商業的な押し出し物の延性は通
常長手方向には満足なものであるが、横方向の延性は一般に、ゼロでないにせよ
許容できず、そのために、押し出し物を曲げる場合に応力割れの結果として破断
が起きる。
モリブデンは融点3180℃を有する金属であるレニウム(Re)によって合金化され
ている。MoRe合金のパーツは不活性の遮蔽ガスまたは高真空の下での電子ビーム
溶接のような、溶接温度を最低にする、つまり再結晶を回避する技術により慣用
的に溶接される。発明の概要
本発明はモリブデン−レニウム合金（以下「MoRe合金」という）を摩擦溶接す
る方法に関し、また一層特定的には、レニウム含有率が約10〜約50重量％の範囲
にあるMoRe合金を摩擦溶接することに関する。本発明の方法は、毎分約4,000〜8
,000インチの周縁面の速度にて二つのMoReの被加工物を相対的に回転し、軸方向
に加えられる約3,000〜20,000ポンド／平方インチの面間圧力（圧着力）の下で
二つの被加工物を摩擦接触するように押圧し、そして少なくとも約0.080インチ
の合金がすべてバーンオフするまでこの圧力を維持することにより溶着部を形成
する工程から一般になる。
モリブデンレニウム合金を接合するための電子ビーム溶接のような慣用的技術
は不活性な遮蔽ガスのまたは真空の環境を必要とする。このような環境は、モリ
ブデンレニウム合金が高温で酸化する特徴があるので採用される。さらにモリブ
デンレニウム合金はモリブデ
ンと比較し一層大きな高温強度と一層高い融点とを有する。従って、本明細書に
開示するパラメータを用いることにより、MoRe合金の被加工物の摩擦溶接が空気
中で可能であるということは驚くべきでありまた予想外であった。図面の簡単な説明
図１は本発明の摩擦溶接を実施するのに使用できる装置の断面図である。
図２はMoが41％のReの２本の棒の間に形成される摩擦溶着部を例示する倍率７
倍に拡大された断面の写真である。
図３Ａは図３Ｂに例示する溶着部を形成する前のMoが41％のRe棒の断面の倍率
100倍の顕微鏡写真である。
図３ＢはMoが41％のReの２本の棒の間に形成される摩擦溶着部の断面の倍率10
0倍の顕微鏡写真である。
図４は、Moが13％のReの２本の棒の間に形成される摩擦溶着部を例示する倍率
７倍に拡大された断面の写真である。
図５Ａは図５Ｂに例示する溶着部を形成する前のMoが13％のRe棒の断面の倍率
100倍の顕微鏡写真である。
図５ＢはMoが13％のReの２本の棒の間に形成される摩擦溶着部の断面の倍率10
0倍の顕微鏡写真である。
図６は実施例３に従って使用した、設計された予備調製物の断面図を一定比率
に従って示す。
図７はMoが41％のReの２本の管の間に形成される摩擦溶着部を例示する倍率７
倍の顕微鏡写真である。発明の詳述
本発明は、代替のまたは交換用のフルオロカーボン化合物を製造
するのに使用される装置を製作するのに使用できる耐蝕性MoRe合金からなる、連
続する長さの管、棒およびチューブに対する需要を満たす。ハイドロクロロフル
オロカーボン(HCFC)およびハイドロフルオロカーボン(HFC)として知られる代替
のまたは交換用のフルオロカーボンは、慣用的なクロロフルオロカーボン(CFC)
と比べるとオゾンを消耗する可能性が、それぞれ極めて低くまたゼロである。交
換用のHCFCおよびHFCを製造するのに好適な技術は、参照によって本明細書に加
入されているU.S. 4,258,225および4,967,024中に開示されている。これらのよ
うな製造技術は、著しく酸性で、腐蝕性かつ侵食性の過弗素化触媒、例えば特に
五弗化タンタル(TaF5)、五弗化ニオブ(NbF5)と組合わされた弗化水素を必要とす
る。これらの技術は、極度に酸性であって慣用的な製造装置を腐蝕する雰囲気を
生む。腐蝕過程の副生物は、製造工程内に放出されることにより、生成するフル
オロカーボンを汚染し、過弗素化触媒を被毒し、そして好ましくない副反応を惹
起する。本発明は、慣用的な製造装置にかかわる汚染を無くさないまでも改善す
る、耐蝕性のモリブデンレニウムの連続した長さの管、棒およびチューブを製造
する方法を提供する。本発明のモリブデンレニウムの管、棒およびチューブから
得ることのできる機器の例は、特に、撹拌機アセンブリーの軸、分配リング、内
部加熱コイルおよび測温筒である。
本発明は、モリブデン−レニウム合金（以下「MoRe合金」という）を摩擦溶接
する方法、そして一層特定的には、レニウム含有率が約10〜約50重量％であるMo
Re合金の摩擦溶接に関する。ある場合には、合金組成に約10〜約20重量％のタン
グステンと約30〜約100ppmの炭素とを含めるのが好ましい。タングステンは典型
的に合金の硬度を
増大し、また炭素は脱酸素剤として機能しうる。
本発明は毎分約4,000インチまでから8,000インチの周縁面の速度にて二つのMo
Re合金の被加工物を相対的に回転し、軸方向に加えられる約3,000〜20,000ポン
ド／平方インチの面間圧力、つまり圧着力の下で二つの被加工物を摩擦接触する
ように押圧し、そして少なくとも約0.080インチの合金がすべてバーンオフする
までこの圧力を維持することにより溶着部を形成する工程から一般になる。
本明細書および添付の請求の範囲で用いるに際して、下記の用語は以下の定義
をもつよう意図される。
「被加工物」とは、連続した長さの物品をつくるように互いに摩擦溶接される
MoRe合金からなる少なくとも二つの物品をいうものとする。被加工物の例には特
に管、棒およびチューブがある。本発明を実施するのに好適な任意の被加工物を
使用できるが、被加工物は通常、押し出しまたは引き抜きによって製造される。
「圧着力」とは、回転している被加工物が静止する被加工物と接触された後に
加えられる力ないしは圧力をいうものとする。この力は被加工物の間の境界面に
おいて被加工物が互いに混合しあるいは融合するのを可能とするに十分でなけれ
ばならず、しかも被加工物の過度の変形を回避せねばならない。
「溶着部」とは、摩擦溶接によって被加工物間に形成される接合物をいうもの
とする。溶着部は、回転している被加工物と静止している被加工物との間で発生
する被加工物間の境界面の局所的な加熱によりおよび境界面が融合しそして引続
いて、冷却される時に互いに融着するように被加工物を互いに押圧することによ
って得られる。溶接の際に到達する温度は、被加工物の融点近くより低い。
「バーンオフ」とは、摩擦にかけられる境界面からのある量の被加工物の損耗
もしくは除去をいうものとする。バーンオフは、特に揮発、機械的摩耗を惹起す
るのに十分な被加工物の局所的加熱の結果として起きうる。
「摩擦力」とは回転している被加工物が固定の被加工物と接触されていること
の結果として発生するエネルギーをいうものとする。摩擦力は機械的エネルギー
を、二つの被加工物の間に溶着部を形成するのに用いる熱に転換する働きをする
本発明のモリブデン−レニウム合金を摩擦溶接するための方法は一般に、
MoRe合金の被加工物の一つを保持するための静止するチャックと、第２のMoRe
合金の被加工物を保持するための回転可能なチャックとがある摩擦溶接機を用意
し、
MoRe合金の被加工物の一つを静止するチャックに挿入し、そして第２の被加工
物を回転可能チャックに挿入し、
静止する被加工物に対する他の被加工物の周縁面の速度が毎分約4,000〜8,000
インチに達するように回転可能チャックを回転し、
二つの被加工物の境界面において軸方向に加えられる約3,000〜20,000ポンド
／平方インチの圧力の下でこれら被加工物を押圧して摩擦接触させ、そして
少なくとも約0.080インチの全体的なバーンオフが起きるまで軸方向圧力を維
持し、被加工物を放冷することにより、両被加工物を互いに融着しそしてこれら
の間に接合部または溶着部を形成する工程を含む。
必要となる被加工物の周縁速度を実現しそして必要な圧着力を加
えることのできる、商業的設計による摩擦溶接機はいずれも本発明を実施するの
に好適である。摩擦溶接機は空気中で、そして水平または垂直のいずれの方式で
も運転できる。好適な商業的な摩擦溶接機の一例を図１に例示する。図１を参照
するとして、この摩擦溶接機には、油圧駆動部または動力伝達装置による軸方向
運動のために装備されそして軸方向圧力を加えまたモニターするための圧力制御
手段４を備えた心押台３上に設置されている静止するチャック２を収容する台枠１
がある。この機械にはさらに、静止するチャック２の長手方向の軸上に中心が
ありそして異なる重量のはずみ車６を受けとめるようにしむけられた回転可能な
チャック５がある。回転可能チャック５への動力は通常、例えば油圧式動力伝達
装置７によって供給される。好適な摩擦溶接機の一例は100〜400馬力の動力伝達
装置を有しまた約224,000〜358,400ポンドの範囲の最大軸方向負荷を与えること
ができる。
静止する被加工物の端部に回転する被加工物の端部を接触することにより、あ
る場合には金属の可塑性流れを誘発するのに十分である熱を両被加工物間の境界
面に発生させる摩擦力が溶接機によって加えられる。両被加工物の長手方向の軸
に沿う圧着力が、典型的には摩擦加熱サイクルの終点において溶接機によって加
えられ、これにより、両被加工物の加熱された端部の相互の混じりあいが惹起さ
れ、冷却される時、これらの端部が一体化あるいは互いに融着することにより溶
着部が形成される。普通には、圧着力は被加工物の回転が止まった後に加えられ
る。通常、圧着力は摩擦力の約２倍である。
本発明の摩擦溶接を実施する際、普通は、回転可能なチャック中
にある被加工物が高速度で回転される一方、静止するチャック内の被加工物が回
転する被加工物に押圧される。両被加工物の端部が接触されるにつれ、これらが
溶接温度に達するまで摩擦熱が増大する。最良の結果を得るには、被加工物が接
触された後、動力伝達装置が切り離される。例えばこの装置への動力供給が停止
される。ある場合には被加工物のある部分が融解してき、例えば遠心力の結果と
して機械から放出される。放出されていく融解した被加工物はフラッシングまた
はバリ形成(upsetting)と称され、失われる物質はバーンオフと称される。回転
するチャックは最終的に回転を停止し次いで溶着部を一体化するよう圧着力が加
えられる。
回転するチャック中にある被加工物の回転速度ないしは周縁速度は、両被加工
物の端面が接触される時に発生する摩擦力に打ち勝つのに十分である。周縁速度
は、被加工物の端部の周囲上の一点の速度を測定することによって求められる。
特定のMoRe合金の被加工物にとって最適な周縁速度は、特に合金のレニウム含有
率、被加工物の形状、被加工物の加工および焼鈍の前歴に従って変化するであろ
う。例えば比較的高い速度ないしは周縁速度は接合部における過度の発熱や過度
のバーンオフによる合金の過度な浪費を一般にもたらすであろうが、比較的低い
周縁速度は許容できない溶着部を生むおそれがある。普通には、毎分約4,000〜8
,000インチの範囲にある周縁速度が溶着部を形成するのに十分である。被加工物
の少なくとも一つが棒であるとするならば、棒の端面の中心における周縁速度は
零に近づくであろう。このような低い周縁速度の場合、比較的大きい横断面直径
を有する棒は、被加工物の端部にある、例えば境界面の中心にある突出部ないし
は突起を設けるように切削される必要が
ある。この突出部は棒の中心において摩擦力を増大するのに役立つ。換言すると
、被加工物の少なくとも一つの端部に突起を設けることによって被加工物の表面
積が増加し、それによって被加工物が互いに溶接されるのを可能とするのに十分
な摩擦による発熱が確保される。
被加工物の長手の軸に沿う軸方向圧力ないしは圧着力もまた、被加工物を互い
に溶接することを可能にする摩擦力を生ませるために用いられる。特定のMoRe合
金被加工物のための最適な圧着力は、特に合金のレニウム含有率、被加工物の加
工および焼鈍の前歴に従って変化するであろう。比較的低い圧着力は、許容でき
ない溶着部を生むであろうし、一方、比較的高い圧着力は継ぎ目における過度の
発熱と、合金の不当なバーンオフとを誘発することがあり得る。被加工物の組成
および周縁速度に関係する圧着力は、未だ溶接されていない被加工物の約85〜10
0％の強度例えば曲げ強度を有する溶着部を生むことができる。溶着部は未溶接
の被加工物の少なくとも約90〜100％の強度を有するのが好ましい。例えば、MoR
eの被加工物を溶接するための圧着力は少なくとも約8450〜約30,000psiの範囲に
ある。
摩擦溶接は、特に揮発、機械的摩耗、あるいは被加工物の一部が取り去られる
バーンオフを惹起するのに十分な被加工物の局所化された加熱を惹き起すであろ
う。しかしながら、バーンオフによって取り去られる被加工物の量は、摩擦溶接
過程の進行または程度を知るためにモニターすることができる。特定のMoRe合金
の被加工物に関する最適なバーンオフは他の要因のうち、特に合金のレニウム含
有率、使用する被加工物の加工および焼鈍の前歴に従って変化する
であろう。例えばバーンオフによって少なくとも約0.08インチが被加工物の長さ
から取り去られうる。ある場合には、バーンオフの量は接合される被加工物の外
表面のまわりにバリ(upset or burr)を生むのに十分である。
普通、互いに摩擦溶接される被加工物は横断面直径が少なくとも約５インチで
ありまた事実上任意の長さを有してよい。ある場合には、一つまたはそれより多
くの被加工物は、少なくとも約４インチの横断面直径と少なくとも約１インチの
肉厚とを有する管またはチューブからなる。しかしながら、本発明は、事実上無
制限な取り合わせの形状および寸法を有する両被加工物を互いに摩擦溶接するの
に用いることができる。例えば、特に異なる形状、寸法、合金組成を有する被加
工物を、本発明を実施することにより互いに溶接できる。しかしながら、被加工
物の寸法および形状は、摩擦溶接のパラメータを適切に決める際に、考慮にいれ
ねばならない。
本発明の一局面において、溶着部の特性は熱処理、例えば合金の再結晶を回避
する仕方の熱処理によって改良される。例えば、溶着部の曲げ強度を増大するた
めに、完成された溶着部を熱処理する、例えば焼鈍することができる。さらに、
MoRe合金の被加工物が押し出しにより製作される時、摩擦溶接に先立って被加工
物を焼鈍することにより溶着部の特性を増強できる。焼鈍は、保護的な雰囲気内
で、例えば真空下または不活性ガス下で、約850〜約1100℃の範囲の温度まで、
合金内の応力を除去するのに十分な時間例えば５分〜３時間にわたってMoRe合金
を加熱することにより実施できる。ある場合には、真空環境内で高周波(HF)コイ
ルを用いることにより溶着部を局部的に加熱することにより、実質的に溶着部の
みを焼鈍でき
る。適当な焼鈍の後、MoRe合金の被加工物および（または）溶着部が改良された
延性をもつことにより、溶着部の強度、および溶接された被加工物が悪影響なし
に曲げられうる角度が大きくなる。
本発明の別な一局面においては、溶着部および（または）これに隣接する領域
が機械加工される。本発明によって形成される摩擦溶着部は、それから外方に延
びるバリを典型的に生む。より一層均一な外表面が好ましいならば、このバリは
機械加工により容易に除去できる。さらに、予め決めた形状を有する溶着部を得
そして（または）摩擦溶接法を強化するために、摩擦溶接に先立って被加工物を
機械加工する、例えばその端部に突出部をつくるよう機械加工することができる
。
MoRe合金からなる二つの被加工物を摩擦溶接することが特に強調されてきたが
、少なくとも約2600から約3400℃の範囲にあるMoRe合金の融点を有する金属材料
からなる別な被加工物にMoReの被加工物を接合するのに本発明を用いることがで
きる。
本発明のいくつかの局面を、Moが13％のRe合金およびMoが41％のRe合金を使用
して空気中で実施した以下の諸実施例によって例解する。これらの実施例は約10
〜50重量％のレニウムを含有するモリブデンレニウム合金に対して応用できる。
以下の実施例は添付の請求範囲を例解するために示すのであって、これを限定す
るために示すのではない。
実施例 １
長さ約10.8フィートそして直径約0.472インチのMoが41％のReの棒を、溶接試
験のために公称長さ2.5インチへと切り出しそして端面を平坦にするよう乾式機
械加工した。溶着部１〜18を形成するの
に用いた摩擦溶接条件を下記の表１に要約する。
溶着部１〜６はFW２摩擦溶接機（英国のAbington HallのTheWelding Institut
eにより供給されるもの）上で得た。FW２摩擦溶接機は、約155.9ksi（ksiとは1,
000psiである）までの極限引張強度(UTS)を有した溶着部を形成でき、また約5,0
00回転／分(rpm)すなわち毎分約7,400インチの周縁速度を達成できるが、この機
械は許容できる溶着部を本発明に従って形成するのに十分な動力を欠くものと考
えられる。従って、溶着部の境界面で利用できるトルクを増大しようとして回転
速度を3325rpm（毎分4920インチの周縁速度）に低下した。バーンオフが完全に
惹起する以前に溶接機が失速したのでこの試みは満足なものでないことが判った
。動力の不足に対処するために、７以降の溶着部は、表１の摩擦力および圧着力
によって示されるごとく動力供給能力が増すFW11摩擦溶接機（英国のAbington H
allのThe Welding Instituteにより供給されるもの）を使用して形成した。
溶着部７を形成し、112,000ポンドのDenison Testing Machineにより引張強度
を試験した。約84ksiの極限引張応力(UTS)値において溶着部境界面の全面に破断
が起きた。何らかの理論または説明によって拘束されるのは望まないが、この比
較的劣る結果は、溶接サイクルの開始時に、静止する被加工物がその保持具内で
滑ったことにより惹起されたものと考えられる。溶着部８は、大きすぎる摩擦力
が加えられた結果、その形成の際に失速した。溶着部９は約136.9ksiのUTSを生
むに至ったより小さい力を加えることにより形成された。溶着部10および11はそ
れ以前に得た溶着部よりも小さい圧着圧力により、より短いバーンオフをもって
形成された。溶着部10およ
び11はそれぞれ約143.4ksiおよび144.7ksiの引張強度値を達成した。
溶着部12〜14は、溶着部11と実質的に同一のパラメータを採用して形成され、
そして引張強度および延性について試験された。溶着部12は母材金属つまり溶接
前の金属と溶着部とがつながっている部分において破断した。しかし、溶接され
た継ぎ目は無傷のままであり、また約139.5ksiの引張試験値を有した。溶着部13
を曲げ試験にかけると、破断することなく90°の曲げに耐えた。
金属組織学的検査のために溶着部14を切断し、食刻しそして研摩した。同検査
によると、溶着部14の倍率７倍に拡大された断面である図２に示される完全に接
合された溶着部境界面が示された。図３Ａおよび３Ｂは溶接前のMoRe合金と得ら
れる溶着部14の断面のそれぞれ倍率100倍で撮影した顕微鏡写真である。図３Ｂ
の上部は溶接過程によっておおむね影響されていないMoが14％のRe合金に相当す
る。
溶着部11〜18は、本発明の摩擦溶接がMoRe合金間に許容可能な溶着部を一貫し
て形成しうることを例証するために形成された。
これらの一連の溶着部の試験条件を下記の表１に示す。
実施例 ２
実施例２はレニウム含有率が少ないMoRe合金を摩擦溶接すること
の影響を例示する。
長さが約10.9フィートで直径が0.472インチのMoが13％のReの棒を、溶接試験
のために公称長さ2.5インチへと切り出しそして端面を平坦にするように乾式機
械加工した。溶着部１〜21を形成するのに用いた摩擦溶接条件を下記の表２に要
約する。
溶着部１〜４はFW11摩擦溶接機（英国のAbington HallのThe Welding Institu
teから供給されるもの）上で得た。溶着部１は実施例１の溶着部11〜18を形成す
るのに採用した摩擦溶接条件に実質的に従って形成された。溶着部１を引張強度
試験にかけると、約77.5ksiのUTSにおいて破断し、脆性破壊面ができた。
最も好ましくそして再現性のある結果を与えた溶接条件は、溶着部14に対応し
、この溶着部は83.8ksiのUTSにおいて溶着部境界面の全面に引張破断を生じた。
金属組織学的検査のために溶着部21を切断し、食刻し、そして研摩した。同検
査によると溶着部21の倍率７倍に拡大された断面である図４に示される完全に接
合された溶着部境界面が示された。図５Ａおよび５Ｂは、溶接前のMoが13％のRe
合金と得られる溶着部21の断面のそれぞれ倍率100倍で撮影した顕微鏡写真であ
る。図５Ｂの上部はMoが13％のRe合金に相当し、この部分は溶接過程によってお
おむね影響されていない。
上述の系列の試験条件を下記の表２に要約する。
実施例 ３
本例においては、外径約4.7インチおよび内径2.7インチの押し出されそして焼
鈍されたMoが41％のReの２本のシームレス管に対して試験を行った。管を押し出
した後、水素を含む雰囲気内で約1,100℃の温度に加熱し約３時間保持すること
により管を焼鈍した。溶接に先立って、焼鈍した管を公称長さ3.5インチに切り
出し、乾式機械加工した。管の外部寸法は、互いに溶接されるべき端部が、ある
寸法つまり図６に示され、下記の表３に示されている「予備調製物の名称」に対
応する寸法へと機械加工されうるように過大な寸法を有した。管の端面上の突起
の内径10および外径20は別にし、図６の管の寸法は一定の縮尺で描かれている。
突起の内径および外径の寸法を下記の表３に示す。突起の長さは約0.625インチ
である。
２台の摩擦溶接機（英国のAbington HallのThe Welding Instituteにより供給
されるもの）、つまり100馬力の伝動動力と224,000ポンドの最大軸方向負荷容量
を有するFW３および400馬力の伝動動力と
358,400ポンドの最大軸方向負荷容量を有するFW６を使用して摩擦溶接を実施し
た。Moが41％のReの管を溶接する時に採用した条件を下記の表４に要約する。
FW６摩擦溶接機およびＡの設計の予備調製物を用いて二つの管の間に溶着部１
を形成した。溶着部１は毎分約5656インチの周縁速度と約10,670psiの摩擦力を
用いて形成した。両管間に溶着部が形成されたが、90度曲げ試験にかけた時溶着
部は破断した。比較のために管の材料から直径約0.472インチの２本の棒を製作
し、そしてFW11摩擦溶接機を用いることにより溶接し、溶着部２を形成した。溶
着部２は、管の材料は、摩擦溶接が可能であるが、延性が低くそして引張強度が
高い継ぎ目を与えることを示す。設計Ｂの予備調製物および一層大きい回転速度
を用いて溶着部３を形成した。溶着部３は約123ksiの引張強度を有したが、曲げ
試験に合格しなかった。
金属組織学的検査のために溶着部４を切断し、食刻しそして研摩した。図７は
溶着部４の倍率７倍の顕微鏡写真であり、好結果のみえる溶着部およびその外部
周辺に形成されたバリを示す。このバリは機械加工により除去できる。
改善された結果を得るように、残りの試験は、比較すると一層強力であるFW６
摩擦溶接機を用いて実施した。設計Ｂの予備調製物を用い、溶接時間を約２秒に
減少しそして圧着力を増大することにより、溶着部13を得た。溶着部13は約138.
6ksiの引張強度を有し、溶着部境界面を通って破断した。このような引張強度は
母材金属強度の約90％であり、また溶接した管を焼鈍せずに達成された。引張強
度にもかかわらず、この溶着部は曲げ試験に合格しなかった。
溶着部を焼鈍することにより曲げ試験の結果が改善された。溶着
部13の一部分を水素を含む雰囲気下で約５分間約850℃で焼鈍し、またこの溶着
部13の第２の部分を水素を含む雰囲気下で約15分間約960℃で焼鈍した。これら
の溶着部を焼鈍した後、管から長手方向のいくつかの試験片を切り出した。これ
らは溶着部境界面で破断が起きる前に約30度曲げることができた。溶着部を960
℃で約30分間焼鈍することにより、溶着部13から切り取った部分の引張強度が改
善された。この後の焼鈍工程によって溶着部の引張強度が、母材金属の強度にほ
ぼ近い約153.5ksiまで増大した。
溶着部14および15はＢからＥの設計の予備調製物を使用することで得られ、溶
着部の外面のまわりにバリを生んだ。しかしながら、バリを除去するために機械
加工する際に溶着部14および15は破断した。
溶着部16はＡの設計の予備調製物を用いて得たが、落下試験に合格しなかった
溶着部が形成された。溶着部17はバーンオフが増加している、つまり0.080イン
チでなく約0.118インチである点は別として溶着部16と実質的に同じ条件の下で
形成され、約137.3ksiのすなわち母材金属の強度の約90％の引張強度を有する溶
着部が形成された。本実施例の結果は、適切な条件を採用するとき、Moが41％の
Reのパイプを摩擦溶接することにより、強度が母材金属の強度の約90％に達する
溶着部を得ることができ、また所望ならば得られる溶着部の特性を、焼鈍するこ
とによってさらに改善できることを例証する。
本実施例において溶着部を形成するのに採用した条件を下記の表４に要約する
。
本発明に関して少数の実施態様を詳細に述べてきたが、通常程度に熟達する者
ならば、別な態様および変形は添付の請求の範囲に包含されることを認めるであ
ろう。
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】１９９４年７月２７日
【補正内容】発明の概要
本発明はモリブデン−レニウム合金（以下「MoRe合金」という）を摩擦溶接す
る方法に関し、また一層特定的には、レニウム含有率が約10〜約50重量％の範囲
にあるMoRe合金を摩擦溶接することに関する。本発明の方法は、毎分約102〜204
m（4,000〜8,000インチ）の周縁面の速度にて二つのMoReの被加工物を相対的に
回転し、軸方向に加えられる約20,685〜137,900kPa（3,000〜20,000ポンド／平
方インチ）の面間圧力（圧着力）の下で二つの被加工物を摩擦接触するように押
圧し、そして少なくとも約2mm（0.080インチ）の合金がすべてバーンオフするま
でこの圧力を維持することにより溶着部を形成する工程から一般になる。
モリブデンレニウム合金を接合するための電子ビーム溶接のような慣用的技術
は不活性な遮蔽ガスのまたは真空の環境を必要とし、これはSchweissen and Sch
neiden Vol.38,no.9, 1986,Dusseldorf, page 437〜441に記述されている。この
ような環境は、モリブデンレニウム合金が高温で酸化する特徴があるので採用さ
れる。さらにモリブデンレニウム合金はモリブデンと比較し一層大きな高温強度
と一層高い融点とを有する。従って、本明細書に開示するパラメータを用いるこ
とにより、MoRe合金の被加工物の摩擦溶接が空気中で可能であるということは驚
くべきでありまた予想外であった。図面の簡単な説明
図１は本発明の摩擦溶接を実施するのに使用できる装置の断面図である。
図２はMoが41％のReの２本の棒の間に形成される摩擦溶着部を例
示する倍率７倍に拡大された断面の写真である。
図３Ａは図３Ｂに例示する溶着部を形成する前のMoが41％のRe棒の断面の倍率
100倍の顕微鏡写真である。
図３ＢはMoが41％のReの２本の棒の間に形成される摩擦溶着部の断面の倍率10
0倍の顕微鏡写真である。
図４は、Moが13％のReの２本の棒の間に形成される摩擦溶着部を例示する倍率
７倍に拡大された断面の写真である。
図５Ａは図５Ｂに例示する溶着部を形成する前のMoが13％のRe棒の断面の倍率
100倍の顕微鏡写真である。
本発明は毎分約102〜204メートル（4,000〜8,000インチ）の周縁面の速度にて
二つのMoRe合金の被加工物を相対的に回転し、軸方向に加えられる約20,685〜13
7,900kPa（3,000〜20,000ポンド／平方インチ）の面間圧力、つまり圧着力の下
で二つの被加工物を摩擦接触するように押圧し、そして少なくとも約2mm（0.080
インチ）の合金がすべてバーンオフするまでこの圧力を維持することにより溶着
部を形成する工程から一般になる。
本明細書および添付の請求の範囲で用いるに際して、下記の用語は以下の定義
をもつよう意図される。
「被加工物」とは、連続した長さの物品をつくるように互いに摩擦溶接される
MoRe合金からなる少なくとも二つの物品をいうものとする。被加工物の例には特
に管、棒およびチューブがある。本発明を実施するのに好適な任意の被加工物を
使用できるが、被加工物は通常、押し出しまたは引き抜きによって製造される。
「圧着力」とは、回転している被加工物が静止する被加工物と接触された後に
加えられる力ないしは圧力をいうものとする。この力は被加工物の間の境界面に
おいて被加工物が互いに混合しあるいは融合するのを可能とするに十分でなけれ
ばならず、しかも被加工物の過度の変形を回避せねばならない。
「溶着部」とは、摩擦溶接によって被加工物間に形成される接合物をいうもの
とする。溶着部は、回転している被加工物と静止している被加工物との間で発生
する被加工物間の境界面の局所的な加熱によりおよび境界面が融合しそして引続
いて、冷却される時に互いに融着するように被加工物を互いに押圧することによ
って得られる。溶接の際に到達する温度は、被加工物の融点近くより低い。
「バーンオフ」とは、摩擦にかけられる境界面からのある量の被加工物の損耗
もしくは除去をいうものとする。バーンオフは、特に揮発、機械的摩耗を惹起す
るのに十分な被加工物の局所的加熱の結果として起きうる。
「摩擦力」とは回転している被加工物が固定の被加工物と接触されていること
の結果として発生するエネルギーをいうものとする。摩擦力は機械的エネルギー
を、二つの被加工物の間に溶着部を形成するのに用いる熱に転換する働きをする
本発明のモリブデン−レニウム合金を摩擦溶接するための方法は一般に、
MoRe合金の被加工物の一つを保持するための静止するチャックと、第２のMoRe
合金の被加工物を保持するための回転可能なチャックとがある摩擦溶接機を用意
し、
MoRe合金の被加工物の一つを静止するチャックに挿入し、そして第２の被加工
物を回転可能チャックに挿入し、
静止する被加工物に対する他の被加工物の周縁面の速度が毎分約102〜204メー
トル（4,000〜8,000インチ）に達するように回転可能チャックを回転し、
二つの被加工物の境界面において軸方向に加えられる約20,685〜137,900kPa（
3,000〜20,000ポンド／平方インチ）の圧力の下でこれら被加工物を押圧して摩
擦接触させ、そして
少なくとも約2mm（0.080インチ）の全体的なバーンオフが起きるまで軸方向圧
力を維持し、被加工物を放冷することにより、両被加工物を互いに融着しそして
これらの間に接合部または溶着部を形成する
工程を含む。
必要となる被加工物の周縁速度を実現しそして必要な圧着力を加えることので
きる、商業的設計による摩擦溶接機はいずれも本発明を実施するのに好適である
。摩擦溶接機は空気中で、そして水平または垂直のいずれの方式でも運転できる
。好適な商業的な摩擦溶接機の一例を図１に例示する。図１を参照するとして、
この摩擦溶接機には、油圧駆動部または動力伝達装置による軸方向運動のために
装備されそして軸方向圧力を加えまたモニターするための圧力制御手段４を備え
た心押台３上に設置されている静止するチャック２を収容する台枠１がある。こ
の機械にはさらに、静止するチャック２の長手方向の軸上に中心がありそして異
なる重量のはずみ車６を受けとめるようにしむけられた回転可能なチャック５が
ある。回転可能チャック５への動力は通常、例えば油圧式動力伝達装置７によっ
て供給される。好適な摩擦溶接機の一例は74,570〜298,280ワット(100〜400馬力
)の動力伝達装置を有しまた約996,352〜1,594,163ニュートン(Ｎ)(224,000〜358
,400ポンド)の範囲の最大軸方向負荷を与えることができる。
静止する被加工物の端部に回転する被加工物の端部を接触することにより、あ
る場合には金属の可塑性流れを誘発するのに十分である熱を両被加工物間の境界
面に発生させる摩擦力が溶接機によって加えられる。両被加工物の長手方向の軸
に沿う圧着力が、典型的には摩擦加熱サイクルの終点において溶接機によって加
えられ、これにより、両被加工物の加熱された端部の相互の混じりあいが惹起さ
れ、冷却される時、これらの端部が一体化あるいは互いに融着することにより溶
着部が形成される。普通には、圧着力は被加工物の回
転が止まった後に加えられる。通常、圧着力は摩擦力の約２倍である。
本発明の摩擦溶接を実施する際、普通は、回転可能なチャック中にある被加工
物が高速度で回転される一方、静止するチャック内の被加工物が回転する被加工
物に押圧される。両被加工物の端部が接触されるにつれ、これらが溶接温度に達
するまで摩擦熱が増大する。最良の結果を得るには、被加工物が接触された後、
動力伝達装置が切り離される。例えばこの装置への動力供給が停止される。ある
場合には被加工物のある部分が融解してき、例えば遠心力の結果として機械から
放出される。放出されていく融解した被加工物はフラッシングまたはバリ形成(u
psetting)と称され、失われる物質はバーンオフと称される。回転するチャック
は最終的に回転を停止し次いで溶着部を一体化するよう圧着力が加えられる。
回転するチャック中にある被加工物の回転速度ないしは周縁速度は、両被加工
物の端面が接触される時に発生する摩擦力に打ち勝つのに十分である。周縁速度
は、被加工物の端部の周囲上の一点の速度を測定することによって求められる。
特定のMoRe合金の被加工物にとって最適な周縁速度は、特に合金のレニウム含有
率、被加工物の形状、被加工物の加工および焼鈍の前歴に従って変化するであろ
う。例えば比較的高い速度ないしは周縁速度は接合部における過度の発熱や過度
のバーンオフによる合金の過度な浪費を一般にもたらすであろうが、比較的低い
周縁速度は許容できない溶着部を生むおそれがある。普通には、毎分約102〜204
メートル（4,000〜8,000インチ）の範囲にある周縁速度が溶着部を形成するのに
十分である。被加工物の少なくとも一つが棒であるとするならば、棒の端面の中
心における周縁速度は零に近づくであろう。このような低い周縁速度の場合、比
較的大きい横断面直径を有する棒は、被加工物の端部にある、例えば境界面の中
心にある突出部ないしは突起を設けるように切削される必要がある。この突出部
は棒の中心において摩擦力を増大するのに役立つ。換言すると、被加工物の少な
くとも一つの端部に突起を設けることによって被加工物の表面積が増加し、それ
によって被加工物が互いに溶接されるのを可能とするのに十分な摩擦による発熱
が確保される。
被加工物の長手の軸に沿う軸方向圧力ないしは圧着力もまた、被加工物を互い
に溶接することを可能にする摩擦力を生ませるために用いられる。特定のMoRe合
金被加工物のための最適な圧着力は、特に合金のレニウム含有率、被加工物の加
工および焼鈍の前歴に従って変化するであろう。比較的低い圧着力は、許容でき
ない溶着部を生むであろうし、一方、比較的高い圧着力は継ぎ目における過度の
発熱と、合金の不当なバーンオフとを誘発することがあり得る。被加工物の組成
および周縁速度に関係する圧着力は、未だ溶接されていない被加工物の約85〜10
0％の強度例えば曲げ強度を有する溶着部を生むことができる。溶着部は未溶接
の被加工物の少なくとも約90〜100％の強度を有するのが好ましい。例えば、MoR
eの被加工物を溶接するための圧着力は少なくとも約58,263〜206,850kPa（8450
〜約30,000psi）の範囲にある。
摩擦溶接は、特に揮発、機械的摩耗、あるいは被加工物の一部が取り去られる
バーンオフを惹起するのに十分な被加工物の局所化された加熱を惹き起すであろ
う。しかしながら、バーンオフによって取り去られる被加工物の量は、摩擦溶接
過程の進行または程度を知
るためにモニターすることができる。特定のMoRe合金の被加工物に関する最適な
バーンオフは他の要因のうち、特に合金のレニウム含有率、使用する被加工物の
加工および焼鈍の前歴に従って変化するであろう。例えばバーンオフによって少
なくとも約2mm（0.08インチ）が被加工物の長さから取り去られうる。ある場合
には、バーンオフの量は接合される被加工物の外表面のまわりにバリ（upset or
burr）を生むのに十分である。
普通、互いに摩擦溶接される被加工物は横断面直径が少なくとも約127mm（５
インチ）でありまた事実上任意の長さを有してよい。ある場合には、一つまたは
それより多くの被加工物は、少なくとも約102mm（４インチ）の横断面直径と少
なくとも約25mm（１インチ）の肉厚とを有する管またはチューブからなる。しか
しながら、本発明は、事実上無制限な取り合わせの形状および寸法を有する両被
加工物を互いに摩擦溶接するのに用いることができる。例えば、特に異なる形状
、寸法、合金組成を有する被加工物を、本発明を実施することにより互いに溶接
できる。しかしながら、被加工物の寸法および形状は、摩擦溶接のパラメータを
適切に決める際に、考慮にいれねばならない。
本発明の一局面において、溶着部の特性は熱処理、例えば合金の再結晶を回避
する仕方の熱処理によって改良される。例えば、溶着部の曲げ強度を増大するた
めに、完成された溶着部を熱処理する、例えば焼鈍することができる。さらに、
MoRe合金の被加工物が押し出しにより製作される時、摩擦溶接に先立って被加工
物を焼鈍することにより溶着部の特性を増強できる。焼鈍は、保護的な雰囲気内
で、例えば真空下または不活性ガス下で、約850〜約1100℃の範囲
の温度まで、合金内の応力を除去するのに十分な時間例えば５分〜３時間にわた
ってMoRe合金を加熱することにより実施できる。ある場合には、真空環境内で高
周波(HF)コイルを用いることにより溶着部を局部的に加熱することにより、実質
的に溶着部のみを焼鈍できる。適当な焼鈍の後、MoRe合金の被加工物および（ま
たは）溶着部が改良された延性をもつことにより、溶着部の強度、および溶接さ
れた被加工物が悪影響なしに曲げられうる角度が大きくなる。
本発明の別な一局面においては、溶着部および（または）これに隣接する領域
が機械加工される。本発明によって形成される摩擦溶着部は、それから外方に延
びるバリを典型的に生む。より一層均一な外表面が好ましいならば、このバリは
機械加工により容易に除去できる。さらに、予め決めた形状を有する溶着部を得
そして（または）摩擦溶接法を強化するために、摩擦溶接に先立って被加工物を
機械加工する、例えばその端部に突出部をつくるよう機械加工することができる
。
MoRe合金からなる二つの被加工物を摩擦溶接することが特に強調されてきたが
、少なくとも約2600から約3400℃の範囲にあるMoRe合金の融点を有する金属材料
からなる別な被加工物にMoReの被加工物を接合するのに本発明を用いることがで
きる。
本発明のいくつかの局面を、Moが13％のRe合金およびMoが41％のRe合金を使用
して空気中で実施した以下の諸実施例によって例解する。これらの実施例は約10
〜50重量％のレニウムを含有するモリブデンレニウム合金に対して応用できる。
以下の実施例は添付の請求範囲を例解するために示すのであって、これを限定す
るために示すのではない。
実施例 １
長さ約3,292mm(10.8フィート)そして直径約12mm(0.472インチ)のMoが41％のRe
の棒を、溶接試験のために公称長さ64mm(2.5インチ)へと切り出しそして端面を
平坦にするよう乾式機械加工した。溶着部１〜18を形成するのに用いた摩擦溶接
条件を下記の表１に要約する。
溶着部１〜６はFW２摩擦溶接機（英国のAbington HallのThe Welding Institu
teにより供給されるもの）上で得た。FW２摩擦溶接機は、約1,075,000kPa(155.9
ksi(ksiとは1,000psiである)) までの極限引張強度(UTS)を有した溶着部を形成
でき、また約5,000回転／分(rpm)すなわち毎分約188メートル(7,400インチ)の周縁速
度を達成できるが、この機械は許容できる溶着部を本発明に従って形成するのに
十分な動力を欠くものと考えられる。従って、溶着部の境界面で利用できるトル
クを増大しようとして回転速度を3325rpm(毎分125メートル(4920インチ)の周縁速度
)に低下した。バーンオフが完全に惹起する以前に溶接機が失速したのでこの試
みは満足なものでないことが判った。動力の不足に対処するために、７以降の溶
着部は、表１の摩擦力および圧着力によって示されるごとく動力供給能力が増す
FW11摩擦溶接機（英国のAbington HallのThe Welding Instituteにより供給され
るもの）を使用して形成した。
溶着部７を形成し、498,176N(112,000ポンド)のDenison Testing Machineによ
り引張強度を試験した。約579,000kPa(84ksi)の極限引張応力(UTS)値において溶
着部境界面の全面に破断が起きた。何らかの理論または説明によって拘束される
のは望まないが、この比較的劣る結果は、溶接サイクルの開始時に、静止する被
加工物がその
保持具内で滑ったことにより惹起されたものと考えられる。溶着部８は、大きす
ぎる摩擦力が加えられた結果、その形成の際に失速した。溶着部９は約944,000k
Pa(136.9ksi)のUTSを生むに至ったより小さい力を加えることにより形成された
。溶着部10および11はそれ以前に得た溶着部よりも小さい圧着圧力により、より
短いバーンオフをもって形成された。溶着部10および11はそれぞれ約989,000kPa
(143.4ksi)および998,000kPa(144.7ksi)の引張強度値を達成した。
溶着部12〜14は、溶着部11と実質的に同一のパラメータを採用して形成され、
そして引張強度および延性について試験された。溶着部12は母材金属つまり溶接
前の金属と溶着部とがつながっている部分において破断した。しかし、溶接され
た継ぎ目は無傷のままであり、また約962,000kPa(139.5ksi)の引張試験値を有し
た。溶着部13を曲げ試験にかけると、破断することなく90゜の曲げに耐えた。
金属組織学的検査のために溶着部14を切断し、食刻しそして研摩した。同検査
によると、溶着部14の倍率７倍に拡大された断面である図２に示される完全に接
合された溶着部境界面が示された。図３Ａおよび３Ｂは溶接前のMoRe合金と得ら
れる溶着部14の断面のそれぞれ倍率100倍で撮影した顕微鏡写真である。図３Ｂ
の上部は溶接過程によっておおむね影響されていないMoが14％のRe合金に相当す
る。
溶着部11〜18は、本発明の摩擦溶接がMoRe合金間に許容可能な溶着部を一貫し
て形成しうることを例証するために形成された。
これらの一連の溶着部の試験条件を下記の表１に示す。
実施例 ２
実施例２はレニウム含有率が少ないMoRe合金を摩擦溶接することの影響を例示
する。
長さが約3．3メートル（10.9フィート）で直径が12mm（0．472インチ）のMoが
13％のReの棒を、溶接試験のために公称長さ64mm（2．5インチ）へと切り出しそ
して端面を平坦にするように乾式機械加工した。溶着部１〜21を形成するのに用
いた摩擦溶接条件を下記の表２に要約する。
溶着部１〜４はFW11摩擦溶接機（英国のAbington HallのThe Welding Institu
teから供給されるもの）上で得た。溶着部１は実施例１の溶着部11〜18を形成す
るのに採用した摩擦溶接条件に実質的に従って形成された。溶着部１を引張強度
試験にかけると、約534,000kPa(77.5ksi)のUTSにおいて破断し、脆性破壊面がで
きた。
最も好ましくそして再現性のある結果を与えた溶接条件は、溶着部14に対応し
、この溶着部は578,000kPa(83.8ksi)のUTSにおいて溶着部境界面の全面に引張破
断を生じた。
金属組織学的検査のために溶着部21を切断し、食刻し、そして研摩した。同検
査によると溶着部21の倍率７倍に拡大された断面である図４に示される完全に接
合された溶着部境界面が示された。図５Ａおよび５Ｂは、溶接前のMoが13％のRe
合金と得られる溶着部21の断面のそれぞれ倍率100倍で撮影した顕微鏡写真であ
る。図５Ｂの上部はMoが13％のRe合金に相当し、この部分は溶接過程によってお
おむね影響されていない。
上述の系列の試験条件を下記の表２に要約する。
注１：溶着部は、接合された被加工物を高さ約１メートル（３フィート）から鋼
板上に落下させることからなる落下試験に不合格であり、それ以上試験されなか
った。
注２：静止する円筒状ジグのまわりに曲げられることにより溶着部が試験された
。
実施例 ３
本例においては、外径約119mm（4.7インチ）および内径69mm（2.7インチ）の
押し出されそして焼鈍されたMoが41％のReの２本のシームレス管に対して試験を
行った。管を押し出した後、水素を含む雰囲気内で約1，100℃の温度に加熱し約
３時間保持することにより管を焼鈍した。溶接に先立って、焼鈍した管を公称長
さ89mm（3.5インチ）に切り出し、乾式機械加工した。管の外部寸法は、互いに
溶接されるべき端部が、ある寸法つまり図６に示され、下記の表３に示されてい
る「予備調製物の名称」に対応する寸法へと機械加工されうるように過大な寸法
を有した。管の端面上の突起の内径10および外径20は別にし、図６の管の寸法は
一定の縮尺で描かれている。突起の内径および外径の寸法を下記の表３に示す。
突起の長さは約16mm（0.625インチ）である。
２台の摩擦溶接機（英国のAbington HallのThe Welding Instituteにより供給
されるもの）、つまり74.570ワット（100馬力）の伝動動力と996,352Ｎ（224,00
0ポンド）の最大軸方向負荷容量を有するFW３および298,280ワット（400馬力）
の伝動動力と1,594,163Ｎ（358,400ポンド）の最大軸方向負荷容量を有するFW６
を使用して摩擦溶接を実施した。Moが41％のReの管を溶接する時に採用した条件
を下記の表４に要約する。
FW６摩擦溶接機およびＡの設計の予備調製物を用いて二つの管の間に溶着部１
を形成した。溶着部１は毎分約144メートル（5656インチ）の周縁速度と約73,60
0kPa（10,670psi）の摩擦力を用いて形成した。両管間に溶着部が形成されたが
、90度曲げ試験にかけた時溶着部は破断した。比較のために管の材料から直径約
12mm（0.472インチ）の２本の棒を製作し、そしてFW11摩擦溶接機を用いること
により溶接し、溶着部２を形成した。溶着部２は、管の材料は、摩擦溶接が可能
であるが、延性が低くそして引張強度が高い継ぎ目を与えることを示す。設計Ｂ
の予備調製物および一層大きい回転速度を用いて溶着部３を形成した。溶着部３
は約848,000kPa(123ksi)の引張強度を有したが、曲げ試験に合格しなかった。
金属組織学的検査のために溶着部４を切断し、食刻しそして研摩した。図７は
溶着部４の倍率７倍の顕微鏡写真であり、好結果のみえる溶着部およびその外部
周辺に形成されたバリを示す。このバリは機械加工により除去できる。
改善された結果を得るように、残りの試験は、比較すると一層強力であるFW６
摩擦溶接機を用いて実施した。設計Ｂの予備調製物を用い、溶接時間を約２秒に
減少しそして圧着力を増大することによ
り、溶着部13を得た。溶着部13は約956,000kPa(138.6ksi)の引張強度を有し、溶
着部境界面を通って破断した。このような引張強度は母材金属強度の約90％であ
り、また溶接した管を焼鈍せずに達成された。引張強度にもかかわらず、この溶
着部は曲げ試験に合格しなかった。
溶着部を焼鈍することにより曲げ試験の結果が改善された。溶着部13の一部分
を水素を含む雰囲気下で約５分間約850℃で焼鈍し、またこの溶着部13の第２の
部分を水素を含む雰囲気下で約15分間約960℃で焼鈍した。これらの溶着部を焼
鈍した後、管から長手方向のいくつかの試験片を切り出した。これらは溶着部境
界面で破断が起きる前に約30度曲げることができた。溶着部を960℃で約30分間
焼鈍することにより、溶着部13から切り取った部分の引張強度が改善された。こ
の後の焼鈍工程によって溶着部の引張強度が、母材金属の強度にほぼ近い約1,05
8,400kPa(153.5ksi)まで増大した。
溶着部14および15はＢからＥの設計の予備調製物を使用することで得られ、溶
着部の外面のまわりにバリを生んだ。しかしながら、バリを除去するために機械
加工する際に溶着部14および15は破断した。
溶着部16はＡの設計の予備調製物を用いて得たが、落下試験に合格しなかった
溶着部が形成された。溶着部17はバーンオフが増加している、つまり２mm（0.08
0インチ）でなく約３mm（0.118インチ）である点は別として溶着部16と実質的に
同じ条件の下で形成され、約947,000kPa(137.3ksi)のすなわち母材金属の強度の
約90％の引張強度を有する溶着部が形成された。本実施例の結果は、適切な条件
を採用するとき、Moが41％のReのパイプを摩擦溶接することにより、
強度が母材金属の強度の約90％に達する溶着部を得ることができ、また所望なら
ば得られる溶着部の特性を、焼鈍することによってさらに改善できることを例証
する。
本実施例において溶着部を形成するのに採用した条件を下記の表４に要約する
。
注１：溶着部は、それを静止する円筒状のジグのまわりで曲げる曲げ試験に使用
した。
注２：溶着部は、接合した被加工物を約１メートル（３フィート）の高さから鋼
板上に落下させることからなる落下試験に不合格であったので、それ以上試験さ
れなかった。
注３：溶着部は落下試験に合格したが、機械加工の際に破断した。
請求の範囲
１．モリブデン合金の被加工物の一つを保持するための静止するチャックと、第
２のモリブデン合金の被加工物を保持するための回転可能なチャックとがある摩
擦溶接機を用意し、
静止する被加工物に対する他の被加工物の周縁面の速度が毎分約204メートル
（4,000〜8,000インチ）に達するように回転可能チャックを回転し、
二つの被加工物の境界面において軸方向に加えられる約20,685〜137,900kPa(3
,000〜20,000ポンド／平方インチ）の圧力の下でこれら被加工物を押圧して摩擦
接触させ、そして
少なくとも約２mm（0.080インチ）の全体的なバーンオフが起きるまで軸方向
圧力を維持し、そして
被加工物を放冷することにより、両被加工物間に溶着部を形成する
工程を含む、少なくとも10重量％のレニウムを含有するモリブデンレニウム合金
を空気中で摩擦溶接する方法。
２．モリブデンレニウム合金の被加工物の一つを保持するための静止するチャッ
クと、第２のモリブデンレニウム合金の被加工物を保持するための回転可能なチ
ャックとがある摩擦溶接機を用意し、
静止する被加工物に対する他の被加工物の周縁面の速度が毎分約102〜204メー
トル（4,000〜8,000インチ）に達するように回転可能なチャックを回転し、
二つの被加工物の境界面において軸方向に加えられる約20,685〜137,900kPa(3
,000〜20,000ポンド／平方インチ）の圧力の下で
これら被加工物を押圧して摩擦接触させ、
被加工物の境界面においてバーンオフを惹起するために軸方向の圧力を維持し
、そして
被加工物を放冷することにより、両被加工物間に溶着部を形成する
工程を含む、少なくとも10重量％のレニウムを含有するモリブデンレニウム合金
を空気中で摩擦溶接する方法。
３．モリブデンレニウム合金の被加工物の一つを保持するための静止するチャッ
クと、第２のモリブデンレニウム合金の被加工物を保持するための回転可能なチ
ャックとがある摩擦溶接機を用意し、
静止する被加工物に対する他の被加工物の周縁面の速度が毎分約102〜204メー
トル（4,000〜8,000インチ）に達するように回転可能なチャックを回転し、
軸方向に加えられる約20,685〜137,900kPa(3,000〜20,000ポンド／平方インチ
）圧力の下で、被加工物の端部を摩擦的接触するように押圧し、そして
被加工物の境界面においてバーンオフを惹起するために軸方向の圧力を維持し
、
被加工物を放冷することにより、両被加工物間に溶着部を形成する
工程を含む、約10〜50重量％のレニウムを含むモリブデン合金を空気中で摩擦溶
接する方法。
４．モリブデンレニウム合金の被加工物を保持するための静止するチャックと、
下記する金属の被加工物を保持するための回転可能
なチャックとがある摩擦溶接機を用意し、
静止する被加工物に対する他の被加工物の周縁面の速度が毎分約102〜204メー
トル（4,000〜8,000インチ）に達するように回転可能なチャックを回転し、
軸方向に加えられる約20,685〜137,900kPa(3,000〜20,000ポンド／平方インチ
）の圧力の下で、被加工物の端部を摩擦的接触するように押圧し、そして
被加工物の境界面においてバーンオフを惹起するために軸方向の圧力を維持し
、
被加工物を放冷することにより、両被加工物間に溶着部を形成する
工程を含む、モリブデンレニウム合金を約2,600〜3,400℃の融点を有する金属と
摩擦溶接する方法。
５．被加工物が、棒、管およびチューブからなる群から選択される少なくとも一
つである、請求項１、２、３または４に記載の方法。
６．被加工物または溶着部の少なくとも一つを焼鈍することをさらに含む請求項
１、２、３または４に記載の方法。
７．摩擦溶接に先立って被加工物の端部に少なくとも一つの突起を設けることを
さらに含む、請求項１、２、３または４に記載の方法。
８．溶着部を機械加工することをさらに含む、請求項１、２、３または４に記載
の方法。
９．溶着部の引張強度が被加工物の少なくとも90％である請求項１、２、３、４
、５または６に記載の方法に従って製造される製品。
10．溶接された管が、破断する前に少なくとも30度曲げられることができる、請
求項１、２、３、４、５または６に記載の方法に従って製造される製品。