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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-23
(45)【発行日】2023-07-03
(54)【発明の名称】材、溶接方法、及び溶接装置
(51)【国際特許分類】
B23K 9/23 20060101AFI20230626BHJP
B23K 9/16 20060101ALI20230626BHJP
【ＦＩ】
B23K9/23 G
B23K9/23 H
B23K9/16 M
B23K9/16 J
B23K9/16 L
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2019162178
(22)【出願日】2019-09-05
(65)【公開番号】P2020131287
(43)【公開日】2020-08-31
【審査請求日】2021-07-01
(31)【優先権主張番号】P 2019023536
(32)【優先日】2019-02-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 展示会（イノベーション・ジャパン２０１９～大学見本市＆ビジネスマッチング） 開催日（発表日）：２０１９年８月２９日～３０日 開催場所：東京ビッグサイト 青海展示棟Ｂホール（東京都江東区青海１－２－３３） 材、溶接方法、及び溶接装置（大気混入シールドガスによるチタン溶接金属部の耐食性向上技術）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 イノベーション・ジャパン２０１９～大学見本市＆ビジネスマッチングにおける講演 開催日（発表日）：２０１９年８月２９日 開催場所：東京ビッグサイト 青海展示棟Ｂホール（東京都江東区青海１－２－３３） 材、溶接方法、及び溶接装置（大気混入シールドガスによるチタン溶接金属部の耐食性向上技術）
(73)【特許権者】
【識別番号】519049558
【氏名又は名称】株式会社ダイテック
(73)【特許権者】
【識別番号】504147254
【氏名又は名称】国立大学法人愛媛大学
(74)【代理人】
【識別番号】100154405
【弁理士】
【氏名又は名称】前島 大吾
(74)【代理人】
【識別番号】100201341
【弁理士】
【氏名又は名称】畠山 順一
(74)【代理人】
【識別番号】100079005
【弁理士】
【氏名又は名称】宇高 克己
(74)【代理人】
【識別番号】230116296
【弁護士】
【氏名又は名称】薄葉 健司
(72)【発明者】
【氏名】清水 大吾
(72)【発明者】
【氏名】小原 昌弘
(72)【発明者】
【氏名】小林 千悟
【審査官】黒石 孝志
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－２５５３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１８７６６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公昭６２－０６１３９３（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２００５－３４８６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１２１２６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－１７２６８２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ９／００ － ９／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とが溶接された材であって、前記材における溶接部は、
前記材の少なくとも一面側の表層に、侵入型元素との化合物が、下記要件を満たす範囲内で、存在してなり、
前記表層よりも深い位置の内層には、侵入型元素との化合物が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であり、
前記化合物の量は、
前記溶接部でのアノード分極曲線における電流密度が４．０×１０－６Ａ／ｃｍ２以下となる量であり、
前記溶接部でのビッカース硬度が１１７ＨＶ～１８０ＨＶとなる量であり、
前記溶接部での引張強度試験における最大応力σが０．３ＧＰａ～０．５ＧＰａとなる量であり、
前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上である
材。
【請求項2】
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とが溶接された材であって、前記材における溶接部は、
その厚さが０．４ｍｍ以上であり、
前記材の少なくとも一面側の表面からの深さが１μｍ迄の位置の表層に侵入型元素が下記要件を満たす範囲内で存在し、
前記表面からの深さが１００μｍより深い位置の内層には、侵入型元素が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であり、
前記表層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の９０～１００％であり、
前記内層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の５％以下であり、
前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上である
材。
【請求項3】
表層における侵入型元素はＴｉＭｘ（ＭはＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上の元素。ＭがＯの場合には、ｘは１．８～２の数。ＭがＮ，Ｃの場合には、ｘは０．９～１の数）の形態で存在してなる請求項１または請求項２の材。
【請求項4】
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給され、
前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃ，Ｈの群の中から選ばれる一種または二種以上である
溶接方法。
【請求項5】
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給され、
前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃ，Ｈの群の中から選ばれる一種または二種以上である
溶接方法。
【請求項6】
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給され、
前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃ，Ｈの群の中から選ばれる一種または二種以上である
溶接方法。
【請求項7】
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給され、
前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃ，Ｈの群の中から選ばれる一種または二種以上である
溶接方法。
【請求項8】
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給され、
前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃ，Ｈの群の中から選ばれる一種または二種以上である
溶接方法。
【請求項9】
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給され、
前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃ，Ｈの群の中から選ばれる一種または二種以上である
溶接方法。
【請求項10】
溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所でのガスにおける前記侵入型元素のガスの量が０．０５～１体積％である請求項４，６，７，９いずれかの溶接方法。
【請求項11】
材を挟んで溶接具が存在しない側でのガスにおける前記侵入型元素のガスの量が０．０５～０．５体積％である請求項５，６，８，９いずれかの溶接方法。
【請求項12】
前記侵入型元素のガスは、温度が３５０～１０００℃の個所に向けて、供給される請求項４～請求項１１いずれかの溶接方法。
【請求項13】
請求項１～３いずれかの材を得る請求項４～請求項１２いずれかの溶接方法。
【請求項14】
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接する装置であって、不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給される手段と、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される手段と、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される手段
とを具備してなり、
前記侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃ，Ｈの群の中から選ばれる一種または二種以上である
溶接装置。
【請求項15】
供給された前記侵入型元素ガスが分散する分散手段を更に具備してなる請求項１４の溶接装置。
【請求項16】
シールド手段を更に具備してなり、前記シールド手段が無い場合に比べて、前記シールド手段によって、供給された不活性ガスの滞留時間が、長い
請求項１４又は１５の溶接装置。
【請求項17】
請求項１～３いずれかの材を得る請求項１４，１５，１６いずれかの溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はチタン材に関する。
【背景技術】
【0002】
チタン（純チタン又はチタン合金）材は、密度が小さく、融点は高く、機械的特性（強度や延性）に優れている。熱伝導率や導電率が低い。化学的には非常に活性である。しかし、安定な膜（例えば、ＴｉＯ２膜）が表面に出来やすい。この為、耐食性が改善される。斯かる観点から、各種の分野（装置）において、チタン材が用いられている。
【0003】
しかし、前記チタン材にも弱点が有る。例えば、溶接が難しい。
【0004】
前記チタン材の溶接に際しては、溶接個所のチタン材が大気中の酸素（又は、窒素、或いは水素など）と反応する。この為、溶接個所が脆化する。
【0005】
前記脆化の問題点を解決する為、溶接部を大気から遮断する方法が提案（特開２０１６－７３９９９号公報、特開２００４－６６３０４号公報、特開２０００－２８００７６号公報）されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１６－７３９９９号公報
【文献】特開２００４－６６３０４号公報
【文献】特開２０００－２８００７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、大気を遮断してチタン溶接を行うと、溶接部の耐食性が低下していた。
【0008】
従って、本発明が解決しようとする課題は、溶接部の耐食性の向上が図れ、かつ、脆化が防止されたチタン材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
チタン材溶接部の脆化と耐食性とのトレードオフの問題を解決する為の研究が、鋭意、推し進められて行った。その結果、非常に簡単な事ではあるが、誰も、これまでは、思い付きもしなかった知恵の啓示を得るに至った。前記脆化の原因は、前記溶接部の内部（表面から深い位置の深部）にまで、Ｏが多く含まれている事に、本発明者は、気付いたのである。前記耐食性に関しては、前記溶接部の内部までＯ（ＴｉＯ２）が存在する必要はなく、表層にＯ（ＴｉＯ２）が存在すれば良い事に、本発明者は、気付いたのである。
【0010】
斯かる知見に基づいて、本発明が達成された。
【0011】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とが溶接された材であって、
前記材における溶接部は、
前記材の少なくとも一面側の表層に、侵入型元素との化合物が、下記要件を満たす範囲内で、存在してなり、
前記表層よりも深い位置の内層には、侵入型元素との化合物が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であり、
前記化合物の量は、
前記溶接部でのアノード分極曲線における電流密度が４．０×１０－６Ａ／ｃｍ２以下となる量であり、
前記溶接部でのビッカース硬度が１１７ＨＶ～１８０ＨＶとなる量であり、
前記溶接部での引張強度試験における最大応力σが０．３ＧＰａ～０．５ＧＰａとなる量である
材を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とが溶接された材であって、
前記材における溶接部は、
前記材の少なくとも一面側の表層に、侵入型元素との化合物が、下記要件を満たす範囲内で、存在してなり、
前記表層よりも深い位置の内層には、侵入型元素との化合物が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であり、
前記化合物の量は、
前記溶接部でのアノード分極曲線における電流密度が４．０×１０－６Ａ／ｃｍ２以下となる量であり、
前記溶接部でのビッカース硬度が１１７ＨＶ～１８０ＨＶとなる量であり、
前記溶接部での引張強度試験における最大応力σが０．３ＧＰａ～０．５ＧＰａとなる量である
材を提案する。
【0012】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とが溶接された材であって、
前記材における溶接部は、
その厚さが０．４ｍｍ以上であり、
前記材の少なくとも一面側の表面からの深さが１μｍ迄の位置の表層に侵入型元素が下記要件を満たす範囲内で存在し、
前記表面からの深さが１００μｍより深い位置の内層には、侵入型元素が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であり、
前記表層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の９０～１００％であり、
前記内層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の５％以下である
材を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とが溶接された材であって、
前記材における溶接部は、
その厚さが０．４ｍｍ以上であり、
前記材の少なくとも一面側の表面からの深さが１μｍ迄の位置の表層に侵入型元素が下記要件を満たす範囲内で存在し、
前記表面からの深さが１００μｍより深い位置の内層には、侵入型元素が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であり、
前記表層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の９０～１００％であり、
前記内層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の５％以下である
材を提案する。
【0013】
本発明は、前記材であって、前記侵入型元素が、例えばＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上である材を提案する。
【0014】
本発明は、前記材であって、前記表層における侵入型元素は、例えばＴｉＭｘ（ＭはＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上の元素。ＭがＯの場合には、ｘは０．３～２の数。ＭがＮ，Ｃの場合には、ｘは０．５～１の数）の形態で存在してなる材を提案する。
【0015】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される
溶接方法を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される
溶接方法を提案する。
【0016】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される
溶接方法を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される
溶接方法を提案する。
【0017】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される
溶接方法を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される
溶接方法を提案する。
【0018】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される
溶接方法を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される
溶接方法を提案する。
【0019】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される
溶接方法を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される
溶接方法を提案する。
【0020】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される
溶接方法を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接装置を用いて溶接する方法であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給され、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される
溶接方法を提案する。
【0021】
本発明は、前記溶接方法であって、溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所でのガスにおける侵入型元素のガスの量が、好ましくは、０．０５～１体積％である溶接方法を提案する。
【0022】
本発明は、前記溶接方法であって、材を挟んで溶接具が存在しない側でのガスにおける侵入型元素のガスの量が、好ましくは、０．０５～０．５体積％である溶接方法を提案する。
【0023】
本発明は、前記溶接方法であって、侵入型元素のガスは、温度が３５０～１０００℃の個所に向けて、供給される溶接方法を提案する。
【0024】
本発明は、前記溶接方法であって、前記侵入型元素のガスの接触時間が１０秒～３０分である溶接方法を提案する。
【0025】
本発明は、前記溶接方法であって、侵入型元素がＯ，Ｎ，Ｃ，Ｈの群の中から選ばれる一種または二種以上である溶接方法を提案する。
【0026】
本発明は、前記溶接方法であって、前記材を得る方法を提案する。
【0027】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接する装置であって、
溶接具と、
不活性ガスが、前記溶接具の先端側に、供給される手段と、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される手段
とを具備する溶接装置を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接する装置であって、
溶接具と、
不活性ガスが、前記溶接具の先端側に、供給される手段と、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される手段
とを具備する溶接装置を提案する。
【0028】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接する装置であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給される手段と、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される手段
とを具備する溶接装置を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接する装置であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給される手段と、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される手段
とを具備する溶接装置を提案する。
【0029】
本発明は、
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接する装置であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給される手段と、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される手段と、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される手段
とを具備する溶接装置を提案する。
金属Ａ（Ａはチタン又はチタン合金）材と金属Ｂ（Ｂは前記Ａと同種であっても異なっていても良い。）材とを溶接する装置であって、
不活性ガスが、前記溶接装置の溶接具の先端側に、供給される手段と、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される手段と、
不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される手段
とを具備する溶接装置を提案する。
【0030】
本発明は、前記溶接装置であって、好ましくは、更に、シールド手段を具備してなり、前記シールド手段が無い場合に比べて、前記シールド手段によって、供給された不活性ガスの滞留時間が、長い溶接装置を提案する。
【0031】
本発明は、前記溶接装置であって、例えば前記材を得る溶接装置を提案する。
【0032】
本発明は、
チタン材を溶接トーチにより溶接するチタン溶接方法であって、
前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールドガス供給工程と、
前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、
前記溶接トーチの後方の溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程
とを備え、
前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する
溶接方法を提案する。
チタン材を溶接トーチにより溶接するチタン溶接方法であって、
前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールドガス供給工程と、
前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、
前記溶接トーチの後方の溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程
とを備え、
前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する
溶接方法を提案する。
【0033】
本発明は、
チタン材を溶融溶接するチタン溶接方法であって、
前記チタン材の溶接部の表側の溶融池表面にシールドガスを供給する溶融池シールドガス供給工程と、
前記チタン材の前記溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、
前記溶融池の後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程
とを備え、
前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する
溶接方法を提案する。
チタン材を溶融溶接するチタン溶接方法であって、
前記チタン材の溶接部の表側の溶融池表面にシールドガスを供給する溶融池シールドガス供給工程と、
前記チタン材の前記溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、
前記溶融池の後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程
とを備え、
前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する
溶接方法を提案する。
【0034】
本発明は、
チタン材を溶接トーチにより溶接してチタン溶接物を製造するチタン溶接物の製造方法であって、
前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールドガス供給工程と、
前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、
前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程
とを備え、
前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する
溶接方法を提案する。
チタン材を溶接トーチにより溶接してチタン溶接物を製造するチタン溶接物の製造方法であって、
前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールドガス供給工程と、
前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、
前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程
とを備え、
前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する
溶接方法を提案する。
【0035】
本発明は、
チタン材を溶接するチタン溶接装置であって、
溶接トーチと、
前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するシールドガス供給装置
とを備え、
前記シールドガス供給装置は、さらに、前記チタン材の溶接部の裏側表面と、前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面との少なくとも一方に、酸素が所定量混入された前記シールドガスを供給する
溶接装置を提案する。
チタン材を溶接するチタン溶接装置であって、
溶接トーチと、
前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するシールドガス供給装置
とを備え、
前記シールドガス供給装置は、さらに、前記チタン材の溶接部の裏側表面と、前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面との少なくとも一方に、酸素が所定量混入された前記シールドガスを供給する
溶接装置を提案する。
【0036】
本発明は、
チタン材を溶接するチタン溶接装置であって、
溶接トーチと、
前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールド部と、
前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールド部と、
前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールド部と、
前記トーチシールド部、前記バックシールド部及び前記アフターシールド部に前記シールドガスを供給するシールドガス供給装置であって、前記バックシールド部に供給する前記シールドガスと前記アフターシールド部に供給する前記シールドガスとの少なくとも一方に酸素を混入するシールドガス供給装置
とを備える溶接装置を提案する。
チタン材を溶接するチタン溶接装置であって、
溶接トーチと、
前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールド部と、
前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールド部と、
前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールド部と、
前記トーチシールド部、前記バックシールド部及び前記アフターシールド部に前記シールドガスを供給するシールドガス供給装置であって、前記バックシールド部に供給する前記シールドガスと前記アフターシールド部に供給する前記シールドガスとの少なくとも一方に酸素を混入するシールドガス供給装置
とを備える溶接装置を提案する。
【発明の効果】
【0037】
チタン材溶接部の脆化が防止されると共にチタン材溶接部の耐食性が優れている。溶接部は機械的特性に優れると共に耐食性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の実施の形態に係る溶接装置の概略図
【図2】トーチシールド、バックシールド及びアフターシールドの模式図
【図3】ビッカース硬さ評価試験の結果を示すグラフ
【図4】引張強度評価試験の説明図
【図5】ビッカース硬さ評価試験の結果を示すグラフ
【図6】引張強度評価試験の結果を示すグラフ
【図7】ビッカース硬さ評価試験の結果を示すグラフ
【図8】引張強度評価試験の結果を示すグラフ
【図9】引張強度評価試験の結果を示す説明図
【図10】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図11】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図12】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図13】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図14】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図15】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図16】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図17】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図18】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図19】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図20】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図21】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図22】耐食性試験の結果を示すグラフ
【図23】耐食性試験の結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【0039】
第１の発明は材である。
前記材は、金属Ａ材と金属Ｂ材とが溶接された材である。溶接は、例えば母材（例えば、前記金属Ａ，Ｂ材）の溶融による。前記金属Ａはチタン及びチタン合金の群の中から選ばれた金属である。前記金属Ｂは、前記金属Ａと異種であっても良い。例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ等の構造材料金属（合金）であっても良い。しかしながら、前記金属Ａと前記金属Ｂとが異種金属の場合、溶接部では脆い金属間化合物が形成され易い。従って、前記金属Ｂは、好ましくは、チタン及びチタン合金の群の中から選ばれた金属である。前記金属Ａ材と前記Ｂ材とは同じ金属材であることが好ましい。
前記材は、金属Ａ材と金属Ｂ材とが溶接された材である。溶接は、例えば母材（例えば、前記金属Ａ，Ｂ材）の溶融による。前記金属Ａはチタン及びチタン合金の群の中から選ばれた金属である。前記金属Ｂは、前記金属Ａと異種であっても良い。例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ等の構造材料金属（合金）であっても良い。しかしながら、前記金属Ａと前記金属Ｂとが異種金属の場合、溶接部では脆い金属間化合物が形成され易い。従って、前記金属Ｂは、好ましくは、チタン及びチタン合金の群の中から選ばれた金属である。前記金属Ａ材と前記Ｂ材とは同じ金属材であることが好ましい。
【0040】
前記材における溶接部（前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材との溶接部）の少なくとも一面側の表層に、侵入型元素が、存在する。前記表層における侵入型元素は、例えばＴｉＭｘ（ＭはＯ，Ｎ，Ｃの群の中から選ばれる一種または二種以上の元素。ＭがＯの場合には、ｘは１．８～２の数。ＭがＮ，Ｃの場合には、ｘは０．９～１の数）の形態で存在する。例えば、ＴｉＯｘ（ｘ＝１．８～２）である。例えば、ＴｉＮｘ（ｘ＝０．９～１）である。例えば、ＴｉＣｘ（ｘ＝０．９～１）である。ＴｉＯｘの場合には、最表面にあっては、酸素が十分であろうから、ＴｉＯ２が形成されるであろう。しかし、下方に行くにつれて、酸素が不十分であろうから、ＴｉＯ２が形成されると言うよりも、ＴｉＯｘ（ｘ＜２）が形成されるであろう。深い個所では、ＴｉＯｘすら形成されないであろう。すなわち、前記侵入型元素は殆ど存在しないであろう。ＴｉＮｘ，ＴｉＣｘにあっても、同様であろう。
【0041】
前記溶接部の表層や内層に存在する侵入型元素の量は、例えば下記要件を満たす量である。
ここで、表層と内層とに分けて記載しているが、結局は、全体における量であろう。但し、最表面に形成されているのは、例えばＴｉＯ２，ＴｉＮ，ＴｉＣ等であろう。これ等の化合物による膜は耐食性に優れている。深い位置に進むにつれて、Ｏ，Ｎ，Ｃ量は減少するであろう。Ｏ，Ｎ，Ｃ量を少なくする事によって、脆化の問題が解決されるであろう。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部のアノード分極曲線における電流密度が４．０×１０－６Ａ／ｃｍ２以下となる量であった。好ましくは、３．０×１０－６Ａ／ｃｍ２以下となる量であった。更に好ましくは、２．０×１０－６Ａ／ｃｍ２以下となる量であった。前記溶接部のアノード分極曲線における電流密度は低ければ低い方が良い。例えば、１．０×１０－９Ａ／ｃｍ２であっても良い。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部のビッカース硬度が１１７ＨＶ以上で１８０ＨＶ以下となる量であった。好ましくは、１７５ＨＶ以下となる量であった。更に好ましくは、１５０ＨＶ以下となる量であった。好ましくは、１４０ＨＶ以上となる量であった。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部の引張強度試験での最大応力σが０．３ＧＰａ以上で０．５ＧＰａ以下となる量であった。好ましくは、０．４５ＧＰａ以下となる量であった。更に好ましくは、０．４ＧＰａ以下となる量であった。
前記アノード分極曲線における電流密度はＪＩＳ Ｔ ０３０２より腐食性の高い濃度３０％の塩酸溶液中で６ｘ１０ｍｍの試験片にて求められた。
前記ビッカース硬度はＪＩＳ Ｚ ２２４４に準じて求められた。
前記引張強度試験における応力σはＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて求められた。
ここで、表層と内層とに分けて記載しているが、結局は、全体における量であろう。但し、最表面に形成されているのは、例えばＴｉＯ２，ＴｉＮ，ＴｉＣ等であろう。これ等の化合物による膜は耐食性に優れている。深い位置に進むにつれて、Ｏ，Ｎ，Ｃ量は減少するであろう。Ｏ，Ｎ，Ｃ量を少なくする事によって、脆化の問題が解決されるであろう。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部のアノード分極曲線における電流密度が４．０×１０－６Ａ／ｃｍ２以下となる量であった。好ましくは、３．０×１０－６Ａ／ｃｍ２以下となる量であった。更に好ましくは、２．０×１０－６Ａ／ｃｍ２以下となる量であった。前記溶接部のアノード分極曲線における電流密度は低ければ低い方が良い。例えば、１．０×１０－９Ａ／ｃｍ２であっても良い。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部のビッカース硬度が１１７ＨＶ以上で１８０ＨＶ以下となる量であった。好ましくは、１７５ＨＶ以下となる量であった。更に好ましくは、１５０ＨＶ以下となる量であった。好ましくは、１４０ＨＶ以上となる量であった。
前記侵入型元素の量は、前記溶接部の引張強度試験での最大応力σが０．３ＧＰａ以上で０．５ＧＰａ以下となる量であった。好ましくは、０．４５ＧＰａ以下となる量であった。更に好ましくは、０．４ＧＰａ以下となる量であった。
前記アノード分極曲線における電流密度はＪＩＳ Ｔ ０３０２より腐食性の高い濃度３０％の塩酸溶液中で６ｘ１０ｍｍの試験片にて求められた。
前記ビッカース硬度はＪＩＳ Ｚ ２２４４に準じて求められた。
前記引張強度試験における応力σはＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて求められた。
【0042】
前記溶接部の表面からの深さが１μｍ迄の位置（ここでは、これを表層と言う。）や前記溶接部の表面からの深さが１００μｍより深い位置（ここでは、これを内層と言う。）における侵入型元素の量は、例えば下記要件を満たす量であった。
前記材の少なくとも一面側の前記表層には侵入型元素が下記要件を満たす範囲内で存在する。
前記内層には、侵入型元素が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であった。
前記表層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の９０～１００％であった。
例えば、ＴｉＯ２の場合（侵入型元素がＯの場合）には、ＴｉＯｘ（ｘ＝１．８～２）である。前記９０％はＴｉＯ１．８を意味する。前記１００％はＴｉＯ２を意味する。例えば、ＴｉＮの場合（侵入型元素がＮの場合）には、ＴｉＮｘ（ｘ＝０．９～１）である。前記９０％はＴｉＮ０．９を意味する。前記１００％はＴｉＮを意味する。例えば、ＴｉＣの場合（侵入型元素がＣの場合）には、ＴｉＣｘ（ｘ＝０．９～１）である。前記９０％はＴｉＣ０．９を意味する。前記１００％はＴｉＣを意味する。
最表面に形成されているのは、例えばＴｉＯ２，ＴｉＮ，ＴｉＣ等であろう。これ等の化合物による膜は耐食性に優れている。深い（下方）位置に進むにつれて、Ｏ，Ｎ，Ｃ量は減少するであろう。すなわち、ＴｉＯ１．８，ＴｉＮ０．９，ＴｉＣ０．９と言った如く、Ｏ等の量が減少する。
前記内層における前記侵入型元素の量は、好ましくは、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の５％以下であった。更に好ましくは１％以下であった。もっと好ましくは０．１％以下であった。勿論、０％であっても良い。
例えば、ＴｉＯ２の場合（侵入型元素がＯの場合）には、ＴｉＯｘ（ｘ＝０～０．０５）である。前記０％はＯが０を意味する。前記５％はＴｉＯ０．１を意味する。例えば、ＴｉＮの場合（侵入型元素がＮの場合）には、ＴｉＮｘ（ｘ＝０～０．０５）である。前記０％はＮが０を意味する。前記５％はＴｉＮ０．０５を意味する。例えば、ＴｉＣの場合（侵入型元素がＣの場合）には、ＴｉＣｘ（ｘ＝０～０．０５）である。前記０％はＣが０を意味する。前記５％はＴｉＣ０．０５を意味する。
前記溶接部の厚みは０．４ｍｍ以上である。勿論、これより厚くても良い。例えば、０．７ｍｍ以上でも良い。１ｍｍ以上でも良い。２～４ｍｍであっても良い。１ｃｍであっても良い。上限値に格別な制限はない。前記溶接部の厚さが薄過ぎると、溶接強度が弱い。
前記材の少なくとも一面側の前記表層には侵入型元素が下記要件を満たす範囲内で存在する。
前記内層には、侵入型元素が存在しないか、存在しても、その量は下記要件を満たす範囲内であった。
前記表層における前記侵入型元素の量は、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の９０～１００％であった。
例えば、ＴｉＯ２の場合（侵入型元素がＯの場合）には、ＴｉＯｘ（ｘ＝１．８～２）である。前記９０％はＴｉＯ１．８を意味する。前記１００％はＴｉＯ２を意味する。例えば、ＴｉＮの場合（侵入型元素がＮの場合）には、ＴｉＮｘ（ｘ＝０．９～１）である。前記９０％はＴｉＮ０．９を意味する。前記１００％はＴｉＮを意味する。例えば、ＴｉＣの場合（侵入型元素がＣの場合）には、ＴｉＣｘ（ｘ＝０．９～１）である。前記９０％はＴｉＣ０．９を意味する。前記１００％はＴｉＣを意味する。
最表面に形成されているのは、例えばＴｉＯ２，ＴｉＮ，ＴｉＣ等であろう。これ等の化合物による膜は耐食性に優れている。深い（下方）位置に進むにつれて、Ｏ，Ｎ，Ｃ量は減少するであろう。すなわち、ＴｉＯ１．８，ＴｉＮ０．９，ＴｉＣ０．９と言った如く、Ｏ等の量が減少する。
前記内層における前記侵入型元素の量は、好ましくは、前記元素による化合物の理論的な化学量論的組成比を１００％とした場合の５％以下であった。更に好ましくは１％以下であった。もっと好ましくは０．１％以下であった。勿論、０％であっても良い。
例えば、ＴｉＯ２の場合（侵入型元素がＯの場合）には、ＴｉＯｘ（ｘ＝０～０．０５）である。前記０％はＯが０を意味する。前記５％はＴｉＯ０．１を意味する。例えば、ＴｉＮの場合（侵入型元素がＮの場合）には、ＴｉＮｘ（ｘ＝０～０．０５）である。前記０％はＮが０を意味する。前記５％はＴｉＮ０．０５を意味する。例えば、ＴｉＣの場合（侵入型元素がＣの場合）には、ＴｉＣｘ（ｘ＝０～０．０５）である。前記０％はＣが０を意味する。前記５％はＴｉＣ０．０５を意味する。
前記溶接部の厚みは０．４ｍｍ以上である。勿論、これより厚くても良い。例えば、０．７ｍｍ以上でも良い。１ｍｍ以上でも良い。２～４ｍｍであっても良い。１ｃｍであっても良い。上限値に格別な制限はない。前記溶接部の厚さが薄過ぎると、溶接強度が弱い。
【0043】
本発明者は、前記侵入型元素の量が、どの程度の深さにおいて、どの程度であれば、耐食性が確保され、かつ、機械的特性（脆化）に問題が起きないかを検討した。その結果が次の通りであった。表面から深さが１μｍまでの位置において、前記侵入型元素が化学量論的組成比の９０％以上存在しておれば、溶接部における耐食性が良かった。表面から深さが１００μｍ以上深い位置において、前記侵入型元素が化学量論的組成比の５％以下（更には１％以下、更には０．４％以下、更には０．１％以下）の場合に、溶接部における酷い脆化の問題が解決されていた。
【0044】
前記深さにおける前記侵入型元素の量はＪＩＳ Ｚ ２６１３に準じて求められた。
【0045】
第２の発明は溶接方法である。
前記方法は、前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材とを溶接装置を用いて溶接する方法である。
前記方法の一つの例は次の通りである。不活性ガスが前記溶接装置の溶接具の先端側に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される。前記方法は、例えば、不活性ガスが前記溶接装置の溶接具の先端側に供給される工程と、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される工程とを具備する。
前記方法は、前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材とを溶接装置を用いて溶接する方法である。
前記方法の一つの例は次の通りである。不活性ガスが前記溶接装置の溶接具の先端側に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される。前記方法は、例えば、不活性ガスが前記溶接装置の溶接具の先端側に供給される工程と、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される工程とを具備する。
【0046】
前記方法の他の例は次の通りである。不活性ガスが前記溶接装置の溶接具の先端側に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。前記方法は、例えば、不活性ガスが前記溶接装置の溶接具の先端側に供給される工程と、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される工程とを具備する。
【0047】
前記方法の他の例は次の通りである。不活性ガスが前記溶接装置の溶接具の先端側に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。前記方法は、例えば、不活性ガスが前記溶接装置の溶接具の先端側に供給される工程と、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給される工程と、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される工程とを具備する。
【0048】
前記方法は次の表現も可能である。不活性ガスが前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給される。前記方法は、例えば、不活性ガスが前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給される工程と、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給される工程とを具備する。
【0049】
前記方法は次の表現も可能である。不活性ガスが前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。前記方法は、例えば、不活性ガスが前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給される工程と、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される工程とを具備する。
【0050】
前記方法は次の表現も可能である。不活性ガスが前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給され、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される。前記方法は、例えば、不活性ガスが前記溶接装置の溶接具側の溶融池表面に供給される工程と、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給される工程と、不活性ガスと侵入型元素のガスとが前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に供給される工程とを具備する。
【0051】
前記方法は次の表現も可能である。チタン材を溶接トーチにより溶接するチタン溶接方法であって、前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールドガス供給工程と、前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、前記溶接トーチの後方の溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程とを具備してなり、前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成するチタン溶接方法である。
【0052】
前記方法は次の表現も可能である。チタン材を溶融溶接するチタン溶接方法であって、前記チタン材の溶接部の表側の溶融池表面にシールドガスを供給する溶融池シールドガス供給工程と、前記チタン材の前記溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、前記溶融池の後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程とを具備してなり、前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成するチタン溶接方法である。
【0053】
前記方法において、前記不活性ガスと前記侵入型元素のガス（例えば、Ｏ２，Ｏ３，Ｎ２，ＮＯ２，ＣＯ２等）とは混合ガスの形態で供給されても良い。
各々のガスが独立して（別々に）供給され、供給（吐出：噴射）された後で混ざる形態であっても良い。
前記侵入型元素のガスの雰囲気下に前記不活性ガスが供給され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置に進む前に、前記不活性ガスによって前記侵入型元素のガスが溶接部から排除される形態であっても良い。
初期段階では前記侵入型元素のガスの供給量を抑えた状態で行い、或る時間経過以降では前記侵入型元素のガスの供給を停止すると共に、不活性ガスを供給する形態であっても良い。
不活性ガスの雰囲気下に前記侵入型元素のガスが供給され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置にまで進まない形態であっても良い。
不活性ガスの供給と侵入型元素のガスの供給とが時間差で以って制御され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置にまで進まない形態であっても良い。
しかし、不活性ガスと侵入型元素のガスとの混合ガスの形態で供給するのが最も簡単である。
各々のガスが独立して（別々に）供給され、供給（吐出：噴射）された後で混ざる形態であっても良い。
前記侵入型元素のガスの雰囲気下に前記不活性ガスが供給され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置に進む前に、前記不活性ガスによって前記侵入型元素のガスが溶接部から排除される形態であっても良い。
初期段階では前記侵入型元素のガスの供給量を抑えた状態で行い、或る時間経過以降では前記侵入型元素のガスの供給を停止すると共に、不活性ガスを供給する形態であっても良い。
不活性ガスの雰囲気下に前記侵入型元素のガスが供給され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置にまで進まない形態であっても良い。
不活性ガスの供給と侵入型元素のガスの供給とが時間差で以って制御され、前記侵入型元素のガスによる溶接部の変性が内部の深い位置にまで進まない形態であっても良い。
しかし、不活性ガスと侵入型元素のガスとの混合ガスの形態で供給するのが最も簡単である。
【0054】
前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に供給される侵入型元素のガスの量は、好ましくは、０．０１体積％以上であった。更に好ましくは、０．０５体積％以上であった。もっと好ましくは、０．１体積％以上であった。好ましくは、７体積％以下であった。更に好ましくは、５体積％以下であった。もっと好ましくは、１体積％以下であった。
【0055】
前記溶接具が存在しない側に供給される侵入型元素のガスの量は、好ましくは、０．０１体積％以上であった。更に好ましくは、０．０５体積％以上であった。もっと好ましくは、０．１体積％以上であった。好ましくは、３体積％以下であった。更に好ましくは、１体積％以下であった。もっと好ましくは、０．５体積％以下であった。
【0056】
前記方法において、侵入型元素のガスは、好ましくは、温度が３５０℃以上の個所に向けて供給される。更に好ましくは、４００℃以上の個所であった。もっと好ましくは、４５０℃以上の個所であった。例えば、１０００℃以下の個所であった。
【0057】
前記侵入型元素のガスは、例えばＯ２，Ｏ３，Ｎ２，ＮＯ２，ＣＯ２等の群の中から選ばれる一種または二種以上である。空気であっても良い。
前記不活性ガスは、例えばＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ等である。特にＡｒである。
前記不活性ガスは、例えばＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ等である。特にＡｒである。
【0058】
前記方法は、好ましくは、前記材を得る方法である。
【0059】
第３の発明は製造方法である。
前記製造方法は前記溶接方法が実施される方法である。すなわち、前記溶接方法が実施される事による製造方法である。
前記方法は、例えばチタン材を溶接トーチにより溶接してチタン溶接物を製造するチタン溶接物の製造方法である。前記方法は、例えば前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールドガス供給工程と、前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程とを具備してなり、前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する方法である。
前記製造方法は前記溶接方法が実施される方法である。すなわち、前記溶接方法が実施される事による製造方法である。
前記方法は、例えばチタン材を溶接トーチにより溶接してチタン溶接物を製造するチタン溶接物の製造方法である。前記方法は、例えば前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールドガス供給工程と、前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールドガス供給工程と、前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールドガス供給工程とを具備してなり、前記バックシールドガス供給工程と前記アフターシールドガス供給工程との少なくとも何れか一方で供給される前記シールドガスに酸素を混入することで前記溶接部の表面に酸化皮膜を形成する方法である。
【0060】
第４の発明は溶接装置である。
前記装置は、前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材とを溶接する装置である。
前記装置の一つの例は次の通りである。
前記装置は溶接具を具備する。前記装置は、不活性ガスが前記溶接具の先端側に供給される手段を具備する。前記装置は、不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される手段を具備する。
前記装置は、前記金属Ａ材と前記金属Ｂ材とを溶接する装置である。
前記装置の一つの例は次の通りである。
前記装置は溶接具を具備する。前記装置は、不活性ガスが前記溶接具の先端側に供給される手段を具備する。前記装置は、不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される手段を具備する。
【0061】
前記装置の他の例は次の通りである。
前記装置は溶接具を具備する。前記装置は、不活性ガスが前記溶接具の先端側に供給される手段を具備する。前記装置は、不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される手段を具備する。
前記装置は溶接具を具備する。前記装置は、不活性ガスが前記溶接具の先端側に供給される手段を具備する。前記装置は、不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される手段を具備する。
【0062】
前記装置の他の例は次の通りである。
前記装置は溶接具を具備する。前記装置は、不活性ガスが前記溶接具の先端側に供給される手段を具備する。前記装置は、不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される手段を具備する。前記装置は、不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される手段を具備する。
前記装置は溶接具を具備する。前記装置は、不活性ガスが前記溶接具の先端側に供給される手段を具備する。前記装置は、不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在する側で、かつ、前記溶接具による溶接済個所に、供給される手段を具備する。前記装置は、不活性ガスと侵入型元素のガスとが、前記材を挟んで前記溶接具が存在しない側に、供給される手段を具備する。
【0063】
前記装置は、好ましくは、分散手段を具備する。前記分散手段は、供給された侵入型元素ガスを分散させる機能を有する。前記分散とは散乱の意味合いであっても良い。様々な方向に進行する意味合いであっても良い。レーザー光の如きの収束の意味合いに対抗する意味合いである。要するに、供給された侵入型元素ガスが一点に集中・照射されず、広い範囲に亘って照射されるものであれば良い。侵入型元素ガスと共に不活性ガスが供給される場合にあっては、前記分散手段は前記侵入型元素ガスを分散させるのみではなく、不活性ガスを分散させるものであっても良い。前記分散手段は、例えば前記供給手段と前記材との間に設けられる。前記分散手段は、例えばスチールウール状部材である。例えば、多孔質材である。例えば、積層網材である。例えば、ガス供給パイプに沿って前記分散手段が設けられていると、前記ガス供給パイプを介して供給されて来た侵入型元素ガスが前記パイプの周壁に設けられている孔から外に噴射され、前記噴射されたガスが前記分散手段によって四方八方に飛散（発散）する。この結果、前記侵入型元素ガスが前記材の目標位置に万遍なく照射され、溶接部表面にＴｉと侵入型元素との化合物層が形成される。
【0064】
前記装置は次の表現も可能である。
前記装置は、チタン材を溶接するチタン溶接装置であって、溶接トーチと、前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するシールドガス供給装置とを具備してなり、前記シールドガス供給装置は、更に、前記チタン材の溶接部の裏側表面と、前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面との少なくとも一方に、酸素が所定量混入された前記シールドガスを供給する。
前記装置は、チタン材を溶接するチタン溶接装置であって、溶接トーチと、前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するシールドガス供給装置とを具備してなり、前記シールドガス供給装置は、更に、前記チタン材の溶接部の裏側表面と、前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面との少なくとも一方に、酸素が所定量混入された前記シールドガスを供給する。
【0065】
前記装置は次の表現も可能である。
前記装置は、チタン材を溶接するチタン溶接装置であって、溶接トーチと、前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールド部と、前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールド部と、前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールド部と、前記トーチシールド部、前記バックシールド部及び前記アフターシールド部に前記シールドガスを供給するシールドガス供給装置であって、前記バックシールド部に供給する前記シールドガスと前記アフターシールド部に供給する前記シールドガスとの少なくとも一方に酸素を混入するシールドガス供給装置とを具備する。
前記装置は、チタン材を溶接するチタン溶接装置であって、溶接トーチと、前記溶接トーチの先端部にシールドガスを供給するトーチシールド部と、前記チタン材の溶接部の裏側表面にシールドガスを供給するバックシールド部と、前記溶接トーチの後方の前記溶接部（溶接済個所）の表側表面にシールドガスを供給するアフターシールド部と、前記トーチシールド部、前記バックシールド部及び前記アフターシールド部に前記シールドガスを供給するシールドガス供給装置であって、前記バックシールド部に供給する前記シールドガスと前記アフターシールド部に供給する前記シールドガスとの少なくとも一方に酸素を混入するシールドガス供給装置とを具備する。
【0066】
前記装置は、好ましくは、シールド手段を更に具備する。
前記シールド手段が無い場合に比べて、前記シールド手段の存在によって、供給された不活性ガスの滞留時間が、長くなる。これによって、不活性ガスの無駄遣いが少なくなる。
前記シールド手段が無い場合に比べて、前記シールド手段の存在によって、供給された不活性ガスの滞留時間が、長くなる。これによって、不活性ガスの無駄遣いが少なくなる。
【0067】
前記溶接装置は、例えば前記材を得る装置である。
【0068】
前記溶接の技術は、好ましくは、ティグ溶接（ＴＩＧ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術である。しかし、ミグ溶接（ＭＩＧ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、イナートガスアーク溶接を用いた技術、プラズマ溶接（Ｐｌａｓｍａ
ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、電子ビーム溶接（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、レーザビーム溶接（Ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、抵抗溶接（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術であっても良い。
ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、電子ビーム溶接（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、レーザビーム溶接（Ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術、抵抗溶接（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｗｅｌｄｉｎｇ）を用いた技術であっても良い。
【0069】
以下、具体的な実施例が挙げられる。例えば、以下の実施例では、ＴＩＧ溶接による場合で説明される。又、チタン金属板とチタン金属板との溶接の場合で説明される。不活性ガスとしてＡｒガスが、侵入型元素のガスとして大気が用いられた例で説明される。しかし、本発明は以下の実施例にのみ限定されない。本発明の特長が大きく損なわれない限り、各種の変形例や応用例も本発明に含まれる。
【0070】
【0071】
１はチタン溶接装置（ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接装置）である。１０は溶接トーチである。１１はガス（シールドガス：不活性ガス：Ａｒ）の流路である。１２はタングステン電極である。１５はチタン金属製の溶加棒である。これ等の構成は知られているから、詳細な説明は省略される。
【0072】
２０はガス供給装置である。ガス供給装置２０は、トーチシールド部２１と、バックシールド部３１と、アフターシールド部４１とを具備する。トーチシールド部２１等の構成は知られているから、詳細な説明は省略される。前記装置は、Ａｒガスボンベ５０と、大気混入Ａｒガスボンベ５１とを具備する。大気混入Ａｒガスボンベ５１は一つの特徴である。
【0073】
前記トーチシールド部２１は、タングステン電極１２の先端側（チタン金属板５における溶接部（溶融池６））に向けて、ガスライン２３を介して、Ａｒガスボンベ５０内のＡｒを、供給（照射：噴射）した。トーチシールド部２１は、前記溶接部の表側（溶接トーチ１０が存在する側）の溶融池６表面に、Ａｒガスを供給した。この供給された不活性ガスＡｒは、前記溶融池６の表面を覆う。従って、溶接部（溶融池６）におけるＴｉと大気中のＯ２，Ｎ２，Ｈ２等との反応が防止された。すなわち、脆化が防止された。
【0074】
前記バックシールド部３１は、チタン板５の溶接部（溶融地６）の裏側（前記表側とは反対側：溶接トーチ１０が存在しない側）の表面に、ガスを供給した。特に、前記溶融地６に対向した裏側の表面（尤も、当該個所を囲む周辺部の表面）に、ガスを供給した。前記ガスは、不活性ガス（Ａｒガス）であったり、混合ガス（不活性ガスＡｒと侵入型元素ガスＯ２（或いは、空気）との混合ガス）であったりする。前記バックシールド部３１は、バックカバー３２と、ガスライン３５とを具備する。前記バックカバー３２は、前記溶接トーチ１０による前記溶接部の前記裏側の表面付近（周辺）を覆う。ガスライン３５は切替バルブ３６を具備する。前記Ａｒガスボンベ５０からのＡｒガス（又は、大気混入Ａｒガスボンベ５１からの大気混入Ａｒガス）は、前記ガスライン３５を介して、バックカバー３２内に導入された。前記導入ガスがバックカバー３２内に充満した。前記ガスライン３５は、切換バルブ３６を介して、Ａｒガスボンベ５０と大気混入Ａｒガスボンベ５１との双方に接続されている。前記切換バルブ３６を切り換えることで、バックカバー３２内にＡｒガスか大気混入Ａｒガスかのどちらか一方が供給された。前記供給されたガスが前記バックカバー３２内に充満した。前記溶接部の前記裏側の表面付近（周辺）が前記ガスで覆われた。
【0075】
前記アフターシールド部４１は、チタン板５の溶接部の後方側（溶接トーチ１０による溶接済の側：図１中、溶接の進行に伴って溶接トーチ１０が左側に移動する場合、溶融池６の右側。当該個所は溶融温度より低い温度に低下している。）の表面に、ガスを供給した。前記ガスは、不活性ガス（Ａｒガス）であったり、混合ガス（不活性ガスＡｒと侵入型元素ガスＯ２（或いは、空気）との混合ガス）であったりする。前記アフターシールド部４１は、アフターカバー４２と、ガスライン４５とを具備する。前記アフターカバー４２は、前記溶接トーチ１０による前記溶接済部の表面付近を覆う。温度が３５０～１０００℃の個所である。前記温度より低い個所が覆われていても、その意味合いは低いからであった。ガスライン４５は切替バルブ４６を具備する。前記Ａｒガスボンベ５０からのＡｒガス（又は、大気混入Ａｒガスボンベ５１からの大気混入Ａｒガス）は、前記ガスライン４５を介して、アフターカバー４２内に導入された。前記導入ガスがアフターカバー４２内に充満した。前記ガスライン４５は、切換バルブ４６を介して、Ａｒガスボンベ５０と大気混入Ａｒガスボンベ５１の双方に接続されている。前記切換バルブ４６を切り換えることで、アフターカバー４２にＡｒガスか大気混入Ａｒガスのどちらか一方が供給された。前記溶接部の前記後方側の表面付近（周辺）が前記ガスで覆われた。
【0076】
チタン材は、非常に活性な金属である。チタン材は、チタン溶接時に、大気中のＯ２，Ｎ２，Ｈ２等と反応する。この為、溶接部の脆化が問題になっていた。この問題を解決する為、溶接部を不活性ガスにより覆っていた（シールドしていた）。しかしながら、これによって、溶接部は耐食性の問題が起きるに至った。
【0077】
そこで、本実施例は、バックシールド部３１及び／又はアフターシールド部４１に、少量のＯ２ガス（侵入型元素のガス）を供給するようにした。溶接部の内層部にはＯ元素（侵入型元素）が殆ど侵入し無い。しかしながら、溶接部の表層にはＴｉＯ２膜（Ｔｉと侵入型元素との化合物の膜）が形成された。この結果、溶接部の耐食性が確保されると共に、溶接部には大きな脆化が起きなかった。バックシールド部３１やアフターシールド部４１では、溶接部の温度が低下している。この為、反応性が多少は低下している。従って、大量のＯ２で無ければ（少量のＯ２に曝される程度では）、Ｏ２は溶接部表層の酸化で消費されてしまい、内部までの酸化が進行しない。よって、大きな脆化は起きず、かつ、耐食性が良好になった。
【0078】
バックシールド部３１とアフターシールド部４１との何れに大気混入Ａｒガスを供給するかは、チタン板の表側の表面と裏側の表面の何れに酸化皮膜を形成するかに応じて適宜選択すれば良い。前記の中の一方のみに酸化被膜が形成されても良く、両方に酸化被膜が形成されても良い。チタン板の表側の表面のみに酸化皮膜を形成したい場合には、バックシールド部３１にＡｒガスを供給すると共に、アフターシールド部４１には大気混入Ａｒガスを供給すれば良い。チタン板の裏側の表面のみに酸化皮膜を形成したい場合には、バックシールド部３１には大気混入Ａｒガスを供給すると共に、アフターシールド部４１にＡｒガスを供給すれば良い。チタン板の表側及び裏側の両側表面に酸化皮膜を形成したい場合は、バックシールド部３１及びアフターシールド部４１の双方に大気混入Ａｒガスを供給すれば良い。
【0079】
バックカバー３２内及びアフターカバー４２内に所定量の大気を混入した場合の特性評価試験が説明される。チタン溶接部の耐食性は、表面に酸化皮膜が形成されている事が好ましい。しかし、溶接部の内部まで酸化が進行していると、脆化が進む。機械的特性が悪くなった。
【0080】
本評価試験（試験方法は前述の通り。）では、バックカバー３２内及びアフターカバー４２内に大気が導入（大気導入量は適宜変更）された。内層部の酸化度はビッカース硬さ及び引張強度によって評価された。表層部の酸化度は耐食性評価試験によって評価された。比較の為、トーチシールドに所定量の大気が混入された場合の機械的特性試験が行われた。
【0081】
前記ビッカース硬さ試験及び引張試験が説明される。ＴＩＧ溶接（ビードオンプレート溶接）条件は、電流１５０Ａ（板厚３ｍｍ。図９に示す試験では２００Ａ）、溶接速度２０ｃｍ／ｍｉｎである。
【0082】
図３、図５及び図７は、ビッカース硬さ評価試験結果である。図４、図６、図８及び図９は、引張強度評価試験結果である。図３及び図４は、トーチシールドガスに大気が混入された場合、図５、図６及び図９は、バックシールドガスに大気が混入された場合、図７及び図８は、アフターシールドガスに大気が混入された場合の試験結果である。
【0083】
Ａｒガスへの大気混入量は、体積比で、０％（純Ａｒ），０．１％，０．５％，２．０％，５．０％である。比較の為、溶接が行われていない母材（チタン材）についても評価試験が行われた。
【0084】
図６の引張強度評価試験結果は、大気混入量が、体積比で、０％（純Ａｒ），０．１％，０．５％，５．０％の場合である。図９の引張強度評価試験結果は、大気混入量が、体積比で、０％（純Ａｒ），０．５％，１．０％，２．２％，３．５％，４．８％の場合である。
【0085】
比較の為、トーチシールドガスに大気が混入された場合の機械的特性評価が説明される（図３、図４参照）。溶融池６では、チタン材の流動性が高い為、Ｏが内部に溶け込んでいると考えられる。大気の混入量が０．５％超となると、ビッカース硬さ及び引張強度の何れかの評価試験において、機械的特性が低下していた。
【0086】
【0087】
引張強度特性は、混入量が０～１％の場合、良好な引張強度が得られていた（図６、図９参照）。２．４％以上では、引張強度特性が低下していた。機械的特性を考慮すれば、バックシールドガスへの大気混入量は、体積比で０～１％が好ましかった。
【0088】
アフターシールドガスに大気が混入された場合の機械的特性評価が説明される（図７、図８参照）。図７から、何れの試料についても、良好な機械的特性が得られている事が判る。図８から、何れの試料についても、良好な機械的特性が得られている事が判る。
【0089】
溶接部の耐食性評価試験が説明される。ＴＩＧ溶接（ビードオンプレート溶接）条件は、電流１１５～１２５Ａ、溶接速度２０ｃｍ／ｍｉｎである。耐食試験は三電極系アノード分極測定により行われた。試料は純チタン、電解液は３０％ＨＣｌ、作用電極は試料、参照電極は銀－塩化銀電極、補助電極は白金である。
【0090】
図１０～図１７は、バックシールドガスに大気が混入された場合の耐食性試験結果である。図１０は大気混入量０％（体積比、以下同様）、図１１は大気混入量０．０７％、図１２は大気混入量０．２０％、図１３は大気混入量０．２７％、図１４は大気混入量０．４０％、図１５は大気混入量０．６７％、図１６は大気混入量１．３３％、図１７は大気混入量２．００％の場合である。
【0091】
各試験の試料数はｎ＝５である。図１１の大気混入量０．０７％の場合は、試料数ｎ＝１０（図１１（ａ）と図１１（ｂ）に分けて示す）である。図１２の大気混入量０．２０％の場合は、試料数ｎ＝９（図１２（ａ）と図１２（ｂ）に分けて示す）である。
【0092】
図１８～図２３は、アフターシールドガスに大気が混入された場合の耐食性試験結果である。図１８は大気混入量０％、図１９は大気混入量０．２７％、図２０は大気混入量０．４０％、図２１は大気混入量０．６７％、図２２は大気混入量１．３３％、図２３は大気混入量２．６０％の場合である。
【0093】
【0094】
バックシールドガスに大気が混入された場合の耐食性評価が説明される（図１０～図１７参照）。耐食性が良好な場合は、アノード分極曲線において、不動態化皮膜形成に伴う電流値のピークが観察されない。不動態保持電流密度については、低いほど耐食性が良好である。４×１０-6Ａ／ｃｍ２より低い場合は、耐食性は或る程度良好であった。２×１０-6Ａ／ｃｍ２よりも低い場合は、耐食性が非常に良好であった。
【0095】
電流値のピークの観察については、大気混入量が０％以外の０．０７％，０．２０％，０．２７％，０．４０％，０．６７％，１．３３％，２．００％の場合、耐食性は或る程度良好であった。大気混入量が０．４０％，０．６７％，１．３３％の場合は、耐食性が非常に良好であった。
【0096】
不動態保持電流密度に関しては、全ての大気混入量０％，０．０７％，０．２０％，０．２７％，０．４０％，０．６７％，１．３３％，２．００％の場合に、耐食性は或る程度良好であった。大気混入量０．４０％，０．６７％，１．３３％，２．００％の場合は、耐食性が非常に良好であった。
【0097】
以上の結果から、耐食性を考慮すれば、バックシールドガスへの大気混入量は、体積比で、０．０７～２％であることが好ましかった。更に好ましくは、０．４～１．３３％であった。
【0098】
アフターシールドガスに大気が混入された場合の耐食性評価が説明される（図１８～図２３参照）。電流値のピークの観察によれば、大気混入量が０％以外の０．２７％，０．４０％，０．６７％，１．３３％，２．６０％の場合は、耐食性は或る程度良好であった。大気混入量が０．４０％，０．６７％，１．３３％，２．６０％の場合は、耐食性が非常に良好であった。
【0099】
不動態保持電流密度に拠れば、全ての大気混入量において、耐食性は或る程度良好であった。大気混入量が０．４０％，０．６７％，１．３３％，２．６０％の場合は、耐食性が非常に良好であった。
【0100】
以上の結果から、耐食性を考慮すれば、アフターシールドガスへの大気混入量は、体積比で、０．２７％以上が好ましかった。更に好ましくは、０．４０～２．６％であった。
【0101】
以上より、機械的特性及び耐食性の双方を考慮すれば、バックシールドガスへの大気の混入量は、好ましくは、体積比で、０．０７～１％であった。更に好ましくは、０．４～１％であった。アフターシールドガスへの大気の混入量は、好ましくは、体積比で、０．２７％以上であった。更に好ましくは、０．４～２．６％であった。
【0102】
シールドガスに所定量の大気が混入された場合について説明された。大気の代わりに酸素と他のガスとの混合ガスでも良い。酸素であっても良い。シールドガスへの混入量が酸素の体積比で表される、空気の組成は酸素が体積比で約２０％であるから、次のようになる。バックシールドガスへの酸素の混入量は、好ましくは、体積比で、０．０１４～０．２％であった。更に好ましくは、０．０８～０．２％であった。アフターシールドガスへの酸素の混入量は、好ましくは、体積比で０．０５４％以上であった。更に好ましくは、０．０８～０．５２％であった。
【0103】
以上、本実施例が詳細に説明された。チタン溶接時のバックシールドガスやアフターシールドガスに敢えて少量の酸素が混入されて供給されたことで、チタン溶接部の内部の酸化が抑えられ、溶接部の表面には酸化皮膜が形成された。チタン溶接部の耐食性が向上し、かつ、脆化が防止された。
【0104】
バックシールドガスやアフターシールドガスに混入する酸素の混入量が調整された事で、チタン溶接部の機械的特性の劣化が防止され、かつ、耐食性が向上した。
【0105】
上記実施例では、予め大気が混入された大気混入Ａｒガスボンベが用いられた。しかし、純粋不活性ガスのボンベが用いられ、シールドガスラインに設けられた混合バルブによって、シールドガスライン上で所定量の大気（酸素等）が混合されても良い。
【0106】
上記実施例では、平板状のチタン板が溶接される場合であった。しかし、チタン製パイプ等の如く、種々の形状のチタン材の溶接に適用できる。チタン製のパイプを外側から溶接する際には、バックシールドガスラインからパイプ内部にバックシールドガスを流せば良い。従って、このような場合には、バックカバーは不要である。
【0107】
この出願は、２０１９年２月１３日に出願された日本出願特願２０１９－２３５３６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【0108】
１ チタン溶接装置
５ チタン金属板（被溶接物）
６ 溶融池
１０ 溶接トーチ
１１ ガス流路
１２ タングステン電極（溶接具）
１５ チタン金属製溶加棒
２０ ガス供給装置
２１ トーチシールド部
２３ ガスライン
３１ バックシールド部
３２ バックカバー
３５ ガスライン
３６ 切替バルブ
４１ アフターシールド部
４２ アフターカバー
４５ ガスライン
４６ 切替バルブ
５０ Ａｒガスボンベ
５１ 大気混入Ａｒガスボンベ
５ チタン金属板（被溶接物）
６ 溶融池
１０ 溶接トーチ
１１ ガス流路
１２ タングステン電極（溶接具）
１５ チタン金属製溶加棒
２０ ガス供給装置
２１ トーチシールド部
２３ ガスライン
３１ バックシールド部
３２ バックカバー
３５ ガスライン
３６ 切替バルブ
４１ アフターシールド部
４２ アフターカバー
４５ ガスライン
４６ 切替バルブ
５０ Ａｒガスボンベ
５１ 大気混入Ａｒガスボンベ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】