JPH0924478A - 金属材料の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合部分の特性値の低下を抑えるようにす
る。 【解決手段】 母材１１と被覆材１２とを重ね合わせて
ガス加圧で曲折加工したら、母材１１と被覆材１２とを
引き離し、被覆材１２の所定の箇所に穴を明けて突起材
１３を差し込み、被覆材１２と突起材１３との間を溶接
でシールした後、母材１１と被覆材１２とを再度重ね合
わせ、母材１１と被覆材１２との間の周縁部にチューブ
１を取り付けると共に、母材１１と被覆材１２との間の
周縁部を溶接でシールして、上記間の空気をチューブ１
から除去しながら各部材１１，１２，１３をガスで加
圧、加熱することで、これら部材１１，１２，１３を拡
散溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の加工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】航空機やロケットなどの燃料タンクや気
蓄器などのような曲折面に突起部を有する部品を製作す
るには、下記のような各種の方法がある。

【０００３】従来法１ 図３に示すように、最終仕上げ加工後の板厚よりも厚い
板厚（１５〜２５ｍｍ）の金属材料３１を鍛造で目的の
形状（半球体の底部に突起を設けたもの）に成形し（図
３（ａ））た後、これを切削して目的とする板厚（５〜
６ｍｍ）に加工して、本体部３２ａと口金部３２ｂとを
有する部品３２を得る（図３（ｂ））。

【０００４】従来法２ 図４に示すように、中央部に突起部４１ｂを有すると共
に最終仕上げ加工後の板厚と同等の大きさの板厚の金属
材料４１（図４（ａ））を超塑性加工により目的の形状
に成形し（図４（ｂ））た後、上記突起部４１ｂを切削
して、本体部４２ａと口金部４２ｂとを有する部品４２
を得る（図４（ｃ））。

【０００５】従来法３ 図５に示すように、最終仕上げ加工後の板厚と同等の大
きさの板厚の金属材料５１ａ（図５（ａ））を超塑性加
工により半球型の本体部５２ａに成形する（図５
（ｂ））一方、ブロック状の金属材料５１ｂ（図５
（ｃ））を切削加工により口金部５２ｂに形成し（図５
（ｄ））た後、本体部５２ａと口金部５２ｂとを融接し
て部品５２を得る（図４（ｅ））。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したような従来の
各方法には、次のような問題があった。従来法１ チタン合金などのような高硬度で高価な材料を用いる
と、切削加工して除去する部分が多いため、材料及び加
工にかかるコストが非常に高い。

【０００７】従来法２ 金属材料４１の突起部４１ｂが他の箇所よりも極めて厚
いため、金属材料４１を均等に曲げ加工することが難し
く、上記突起部４１ｂの位置決めが非常に困難である。

【０００８】従来法３ 本体部５２ａと口金部５２ｂとを融接しているため、当
該融接部分の特性値（伸びや破壊じん性等）が低くなっ
てしまい、部品５２の耐久性等の品質に問題が生じてし
まう。

【０００９】このようなことから、本発明は、前述した
ような従来例１〜３で生じる問題を解決できる金属材料
の加工方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による金属材料の加工方法は、曲折成形
した第一部材に第二部材の基端を貫通させ、上記第一部
材と同形状に成形した第三部材を上記第二部材の基端側
から上記第一部材に重ね合わせて上記各部材を互いに当
接させた後、これら部材を拡散溶接することを特徴とす
る。

【００１１】本発明に係る金属材料の加工方法は、前記
各部材をガスで加圧しながら拡散溶接を行うことを特徴
とする。

【００１２】本発明に係る金属材料の加工方法は、前記
各部材の当接部分の周囲をシールした後、当該各部材の
当接部分を減圧しながら拡散溶接を行うことを特徴とす
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明による金属材料の加工方法
の実施の一形態例を図１を用いて説明する。なお、図１
は、その手順の説明図である。

【００１４】図１（ａ）中、１１は、α＋β型のチタン
合金からなる第三部材である母材であり、１２は、母材
１１と同様な材質からなる第一部材である被覆材であ
り、この被覆材１２は、その厚さが母材１１より薄いも
のとなっている。

【００１５】このような母材１１と被覆材１２とを重ね
合わせ、所定の形状（半球型）となるようにガス加圧で
超塑性加工を行う（図１（ｂ））。超塑性加工後、母材
１１と被覆材１２とを引き離し、母材１１や被覆材１２
と同様な材料からなる第二部材である突起材１３の基端
を被覆材１２の所定の箇所に貫通、即ち、被覆材１２の
所定の箇所に突起材１３の大きさの穴を明けて当該被覆
材１２の径方向外側から上記突起材１３の基端を上記穴
へ差し込んだ後、被覆材１２と突起材１３との間をシー
ルするよう当該間を溶接する（図１（ｃ））。溶接終了
後、前記母材１１、被覆材１２、突起材１３の表面を酸
洗浄して汚れを除去する。

【００１６】洗浄後、前記母材１１を突起材１３の基端
側から被覆材１２へ重ね合わせ、即ち、超塑性加工直後
の状態と同様な状態となるように母材１１に被覆材１２
を被せて上記母材１１、被覆材１２、突起材１３を互い
に当接させた後、母材１１と被覆材１２との間と連通す
るようにチューブ１を母材１１と被覆材１２との間の周
縁部に取り付ける一方、母材１１と被覆材１２との間を
外部とシールするよう母材１１と被覆材１２との周縁部
を溶接する（図１（ｄ））。

【００１７】溶接終了後、加圧加熱装置内の金型２１に
セットした後、前記チューブ１から母材１１と被覆材１
２との間の空気を真空ポンプで除去しながら各部材１
１，１２，１３をガスで加圧（約２０〜４０ｋｇｆ／ｃ
ｍ² ）、加熱（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の場合では約９
００℃）して（約２〜６時間）、各部材１１，１２，１
３の互いの当接部分を拡散溶接する（図１（ｅ））。

【００１８】拡散溶接終了後、前記加圧加熱装置から取
り出して前記チューブ１を取り外し、被覆材１２と突起
材１３との間及び母材１１と被覆材１２との間をシール
していた溶接部分を削り取ると共に、突起材１３を切削
加工して口金１３ａに仕上げることにより、航空機やロ
ケットなどの燃料タンクや気蓄器などに用いられる部品
１４を得ることができる（図１（ｆ））。なお、母材１
１と被覆材１２との拡散溶接後の厚さが最終仕上げ加工
後の厚さと同等の大きさとなるように母材１１及び被覆
材１２の厚さをそれぞれ設定していれば、最終仕上げを
行う必要が特になくなる。

【００１９】つまり、最終仕上げ加工後の厚さと同様の
大きさとなる厚さの母材１１と被覆材１２とを超塑性加
工で曲折成形した後に、母材１１、被覆材１２と突起材
１３とを拡散溶接することにより、切削加工で除去する
部分を大幅に削減する一方、曲折面をなす母材１１、被
覆材１２に対する突起材１３の位置決めを容易にすると
共に、母材１１、被覆材１２と突起材１３との接合部分
の特性値を向上させる（従来例３は融接部分の伸びが５
〜６％であるのに対し、本例は拡散溶接部分の伸びが１
０％以上であると共に、破壊じん性も改善される一方、
従来例１よりも材料組織が細かくなり、引張強度が５〜
１０％向上する。）ことができるのである。

【００２０】従って、材料及び加工にかかるコストを抑
えることができる一方、容易に加工することができると
共に、部品１４の耐久性等の品質の低下を防ぐことがで
きる。

【００２１】また、母材１１、被覆材１２、突起材１３
をガスで加圧するようにしたので、曲面などのような複
雑な形状部分でも均一にムラなく加圧することができ、
拡散溶接をムラなく行うことができる。また、母材１
１、被覆材１２、突起材１３の各当接部分の間から空気
を除去するようにしたので、拡散溶接を確実に行うこと
ができるのはもちろんのこと、母材１１と突起材１３と
の当接部分の周囲を被覆材１２で覆うようにしたので、
当該当接部分からの空気の除去を容易に行うことができ
る。

【００２２】なお、母材１１と被覆材１２との超塑性加
工の際、母材１１と被覆材１２との間にボロンナイトラ
イドなどのような離型剤を介在させれば、超塑性加工後
の母材１１と被覆材１２との引き離しを容易に行うこと
ができる。

【００２３】本発明による金属材料の加工方法の実施の
他の形態例を図２を用いて説明する。なお、図２は、そ
の手順の説明図である。但し、前述した形態例と同様な
部分については、前述した形態例と同様な符号を用いる
ことにより、その説明を省略する。

【００２４】図２（ａ）中、２１は、第三部材である母
材であり、２２は、第一部材である被覆材であり、前述
した形態例と同様に、被覆材２２の厚さが母材２１の厚
さよりも薄くなっていると共に、母材２１と被覆材２２
との接合後の厚さが最終仕上げ加工後の厚さと同等の大
きさとなるように母材２１及び被覆材２２の厚さが設定
されている。

【００２５】このような母材２１と被覆材２２とを重ね
合わせ、凹状の窪部２１ａ，２２ａを複数形成するよう
に超塑性加工を行う（図２（ｂ））。超塑性加工後、母
材２１と被覆材２２とを引き離し、第二部材である補強
材２３の基端を被覆材２２の所定の箇所に貫通、即ち、
被覆材２２の窪部２２ａに補強材２３の大きさの穴を明
けて当該窪部２２ａの外側から上記補強材２３の基端を
上記穴へ差し込み、被覆材２２と補強材２３との間をシ
ールするよう当該間を溶接した後、前記母材２１、被覆
材２２、補強材２３の表面を酸洗浄したら、母材２１に
被覆材２２を重ね合わせ、前述した形態例と同様に、チ
ューブ１を取り付ける一方、母材２１と被覆材２２との
間をシールするよう溶接する（図２（ｃ））。

【００２６】溶接終了後、前述した形態例と同様に、チ
ューブ１から母材２１と被覆材２２との間の空気を除去
しながらガスで各部材２１，２２，２３を加圧、加熱し
て、各部材２１，２２，２３の互いの当接部分を拡散溶
接することにより、補強材付きパネル２４を得ることが
できる（図２（ｄ））。

【００２７】従って、前述した形態例と同様な効果を得
ることができる。なお、前述した形態例では、単一部材
からなる母材１１，２１及び被覆材１２，２２を用いた
が、これら部材は、複数積層してなるものでもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明による金属材料の加工方法では、
次のような効果を同時に得ることができる。 切削して除去する部分が少ないので、材料及び加工に
かかるコストを抑えることができる。 曲面上における位置決めが容易なので、加工を容易に
行うことができる。 各部材の当接部分を拡散溶接により接合するので、接
合部分の特性値の低下を抑えることができる。

【００２９】各部材をガスで加圧しながら拡散溶接を
行うので、曲面などのような複雑な形状部分でも、均一
にムラなく加工することができ、拡散溶接をムラなく行
うことができる。 各部材の当接部分の周囲をシールした後、上記当接
部分を減圧しながら拡散溶接を行うので、拡散溶接を確
実に行うことができると共に、第二部材と第三部材との
当接部分の周囲が第一部材で覆われるようになるので、
上記当接部分の減圧が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による金属材料の加工方法の実施の一形
態例の手順説明図である。

【図２】本発明による金属材料の加工方法の実施の他の
形態例の手順説明図である。

【図３】従来の金属材料の加工方法の第一の例の手順説
明図である。

【図４】従来の金属材料の加工方法の第二の例の手順説
明図である。

【図５】従来の金属材料の加工方法の第三の例の手順説
明図である

【符号の説明】

１１ 母材 １２ 被覆材 １３ 突起材 １４ 部品

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 曲折成形した第一部材に第二部材の基端
   を貫通させ、上記第一部材と同形状に成形した第三部材
   を上記第二部材の基端側から上記第一部材に重ね合わせ
   て上記各部材を互いに当接させた後、これら部材を拡散
   溶接することを特徴とする金属材料の加工方法。
2. 【請求項２】 前記各部材をガスで加圧しながら拡散溶
   接を行うことを特徴とする請求項１に記載の金属材料の
   加工方法。
3. 【請求項３】 前記各部材の当接部分の周囲をシールし
   た後、当該各部材の当接部分を減圧しながら拡散溶接を
   行うことを特徴とする請求項１または２に記載の金属材
   料の加工方法。