(57)【要約】【課題】異なる種類のチタンを溶接するための方法および異なる種類のチタンを接合する溶接部などを提供する。【解決手段】異なる種類のチタンを溶接するための方法が提供される。この方法は、溶接されるチタンの種類とは異なる種類の溶加材を使用する。この方法によれば、チタンを溶接する従来の方法によって形成された溶接部と比較して、引張強度を失うことなく、室温および高温で改善された疲労寿命を有する溶接部を形成することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種のチタンを溶接する方法であって、
第１の種類のチタンを含む第１の加工物（３０１，４１０）を準備するステップであって、第１の種類のチタンは、アルファ型チタンまたはベータ型チタンのうちの１つである、ステップと、
第２の種類のチタンを含む第２の加工物（３０２，４２０）を準備するステップであって、第２の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンのうちの１つであり、第２の種類のチタンは第１の種類のチタンとは異なる、ステップと、
溶加材（３０５）を選択するステップであって、溶加材（３０５）がアルファ−ベータ型チタンを含む、ステップと、
第１の加工物（３０１，４１０）および第２の加工物（３０２，４２０）を接合する溶接部（４３０）を形成するために溶加材（３０５）を溶融するステップとを含む方法。
【請求項２】
アルファ型チタンが、約５．８から約８．０重量パーセントのアルミニウム当量（Ａｌｅｑ）および約１．３から約２．０重量パーセントのモリブデン当量（Ｍｏｅｑ）を含み、
ベータ型チタンが、約３．０重量％以下のＡｌｅｑおよび約１０．０重量％以上のＭｏｅｑを含み、
アルファ−ベータ型チタンが、約３．０から約７．０重量％のＡｌｅｑおよび約２．１から約１０．０重量％のＭｅｑを含み、
Ａｌｅｑが次の式によって決まり、
Ａｌｅｑ＝Ａｌ＋（Ｚｒ／６）＋（Ｓｎ／３）＋（Ｏ×１０）
ここで、Ａｌはアルミニウムの重量％、Ｚｒはジルコニウムの重量％、Ｓｎはスズの重量％、Ｏは酸素の重量％であり、
Ｍｏｅｑが次の式によって決まり、
Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋（Ｔａ／５）＋（Ｎｂ／３．６）＋（Ｗ／２．５）＋（Ｖ／１．５）＋（Ｃｒ×１．２５）＋（Ｎｉ×１．２５）＋（Ｍｎ×１．７）＋（Ｃｏ×１．７）＋（Ｆｅ×２．５）
ここで、Ｍｏはモリブデンの重量％、Ｔａはタンタルの重量％、Ｎｂはニオブの重量％、Ｗはタングステンの重量％、Ｖはバナジウムの重量％、Ｃｒはクロムの重量％、Ｎｉはニッケルの重量％、Ｍｎはマンガンの重量％、Ｃｏはコバルトの重量％、Ｆｅは鉄の重量％である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アルファ型チタンが、約９０％を超えるアルファ型チタンを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
アルファ型チタンが、チタン、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−３Ｌｉ、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ、Ｔｉ−２．５Ｃｕ、Ｔｉ−６２４２、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ−０．８Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ極低侵入型、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２．７５Ｓｎ−４Ｚｒ−０．４Ｍｏ−０．４５ＳｉまたはＴｉ−５．８Ａｌ−４Ｓｎ−３．５Ｚｒ−０．７Ｎｂ−０．５Ｍｏ−０．３５Ｓｉを含む、請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
ベータ型チタンが、少なくとも５０％のベータ型チタンを含む、請求項１から４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
ベータ型チタンが、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３ＡｌおよびＴｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ａｌ−２．７Ｎｂ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−５Ｖ−５Ｍｏ−５Ａｌ−３Ｃｒ、Ｔｉ−１．５Ａｌ−５．５Ｆｅ−６．８ＭｏまたはＴｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌを含む、請求項１から５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
選択されるアルファ−ベータ型チタンがモリブデンを含まない、請求項１から６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
アルファ−ベータ型チタンが、Ｔｉ−６ＡＬ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ超低侵入型、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−７Ａｌ−４Ｍｏ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｍｏ−２Ｆｅ、Ｔｉ−６Ａｌ−１．７Ｆｅ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ−２Ｃｒ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−５Ｍｏ−１．５Ｃｒ、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．０７５Ｍｏ−０．５Ｆｅ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−１ＦｅまたはＴｉ−３．５Ａｌ−２．０Ｖ−１．２Ｆｅを含む、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
溶加材（３０５）を溶融するステップが、線形摩擦溶接、摩擦攪拌溶接、ガスタングステンアーク溶接、プラズマアーク溶接、レーザービーム溶接、ガスタングステンアーク溶接、ガスメタルアーク溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接またはサブマージアーク溶接の１つ以上を用いるステップを含む、請求項１から８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
２つの異種チタンを接合する溶接部であって、
第１の溶接縁部（３０３，４１２）を含む第１の加工物（３０１，４１０）であって、第１の種類のチタンを含み、第１の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンである、第１の加工物（３０１，４１０）と、
第２の溶接縁部（３０４，４２２）を含む第２の加工物（３０２，４２０）であって、第２の種類のチタンを含み、第２の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンであり、第２の種類のチタンは第１の種類のチタンとは異なる、第２の加工物（３０２，４２０）と、
第１の溶接縁部および第２の溶接縁部の間に配置された溶接部分（４３０）であって、アルファ−ベータ型チタンを含む溶加材（３０５）を含む、溶接部分（４３０）と、
を含む溶接部。
【請求項１１】
アルファ型チタンが、約５．８から約８．０重量パーセントのアルミニウム当量（Ａｌｅｑ）および約１．３から約２．０重量パーセントのモリブデン当量（Ｍｏｅｑ）を含み、
ベータ型チタンが、約３．０重量％以下のＡｌｅｑおよび約１０．０重量％以上のＭｏｅｑを含み、
アルファ−ベータ型チタンが、約３．０から約７．０重量％のＡｌｅｑおよび約２．１−約１０．０重量％のＭｅｑを含み、
Ａｌｅｑが次の式によって決まり、
Ａｌｅｑ＝Ａｌ＋（Ｚｒ／６）＋（Ｓｎ／３）＋（Ｏ×１０）
ここで、Ａｌはアルミニウムの重量％、Ｚｒはジルコニウムの重量％、Ｓｎはスズの重量％、Ｏは酸素の重量％であり、
Ｍｏｅｑが次の式によって決まり、
Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋（Ｔａ／５）＋（Ｎｂ／３．６）＋（Ｗ／２．５）＋（Ｖ／１．５）＋（Ｃｒ×１．２５）＋（Ｎｉ×１．２５）＋（Ｍｎ×１．７）＋（Ｃｏ×１．７）＋（Ｆｅ×２．５）
ここで、Ｍｏはモリブデンの重量％、Ｔａはタンタルの重量％、Ｎｂはニオブの重量％、Ｗはタングステンの重量％、Ｖはバナジウムの重量％、Ｃｒはクロムの重量％、Ｎｉはニッケルの重量％、Ｍｎはマンガンの重量％、Ｃｏはコバルトの重量％、Ｆｅは鉄の重量％である、
請求項１０に記載の溶接部。
【請求項１２】
アルファ型チタンが、約９０％を超えるアルファ型チタンを含む、請求項１０または１１に記載の溶接部。
【請求項１３】
アルファ型チタンが、チタン、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−３Ｌｉ、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ、Ｔｉ−２．５Ｃｕ、Ｔｉ−６２４２、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ−０．８Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ極低侵入型、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２．７５Ｓｎ−４Ｚｒ−０．４Ｍｏ−０．４５ＳｉまたはＴｉ−５．８Ａｌ−４Ｓｎ−３．５Ｚｒ−０．７Ｎｂ−０．５Ｍｏ−０．３５Ｓｉを含む、請求項１０から１２の何れか一項に記載の溶接部。
【請求項１４】
ベータ型チタンが、少なくとも５０％のベータ型チタンを含む、請求項１０から１３の何れか一項に記載の溶接部。
【請求項１５】
ベータ型チタンが、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３ＡｌおよびＴｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ａｌ−２．７Ｎｂ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−５Ｖ−５Ｍｏ−５Ａｌ−３Ｃｒ、Ｔｉ−１．５Ａｌ−５．５Ｆｅ−６．８ＭｏまたはＴｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌを含む、請求項１０から１４の何れか一項に記載の溶接部。
【請求項１６】
アルファ−ベータ型チタンが、Ｔｉ−６ＡＬ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ超低侵入型、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−７Ａｌ−４Ｍｏ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｍｏ−２Ｆｅ、Ｔｉ−６Ａｌ−１．７Ｆｅ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ−２Ｃｒ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−５Ｍｏ−１．５Ｃｒ、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．０７５Ｍｏ−０．５Ｆｅ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−１ＦｅまたはＴｉ−３．５Ａｌ−２．０Ｖ−１．２Ｆｅを含む、請求項１０から１５の何れか一項に記載の溶接部。
【請求項１７】
第１の種類のチタンが、約６重量％以下のモリブデン含有量を含み、第２の種類のチタンが、約１０重量％から約２０重量％のモリブデン含有量を含み、アルファ−ベータ型チタンを含む溶加材（３０５）が、モリブデンを含まない、請求項１０から１６の何れか一項に記載の溶接部。
【請求項１８】
２つの異種チタンを接合する溶接部であって、
Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏチタン合金を含む第１の加工物（３０１、４１０）と、
ベータ型チタンを含む第２の加工物（３０２、４２０）と、
第１の加工物（３０１、４１０）と第２の加工物（３０２、４２０）とを接合する溶接部分（４３０）であって、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを含む溶加材（３０５）を含む溶接部分（４３０）とを含む、溶接部。
【請求項１９】
溶接されたチタン部品であって、
Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏチタン合金を含む第１の加工物（３０１、４１０）と、
ベータ型チタンを含む第２の加工物（３０２、４２０）と、
第１の加工物（３０１、４１０）と第２の加工物（３０２、４２０）とを接合する溶接部であって、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを含む溶加材を含む溶接部と、
を含む溶接されたチタン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概してチタンの溶接に関し、特に、チタンの異種合金の溶接に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空宇宙、自動車、医療、およびスポーツ用品を含む多くの産業がチタンおよびチタン合金を利用している。これらのおよび他の産業は、製造中に異なる種類のチタン合金を互いに溶接することが多い。チタン合金は、その化学物質の含有量と結晶構造に基づいて、アルファ、ベータ、アルファ−ベータの３種類に分類できる。アルファ型チタン合金は主に六方最密充填結晶構造を有する。アルファ型チタン合金は一般に、高い耐食性、低から中程度の強度、極低温および高温での良好な機械的性質、および最小の熱処理性を示す。それらはアルファ相安定剤としてアルミニウム、酸素、窒素または炭素などの合金元素を含むことができる。アルファ型チタン合金の例には、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ（Ｔｉ６２４２）およびＴｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖがある。ベータ型チタン合金は、主に体心立方結晶構造を有し、概して、高い強度、高い成形性、および熱処理性を有する。これらの合金は、ベータ相安定剤として、バナジウム、モリブデン、鉄、ニオブ、およびクロムなどの元素を含むことができる。ベータ型チタン合金の例には、Ｔｉ−１０Ｖ２Ｆｅ３ＡｌおよびＴｉ−１５Ｍｏ−３Ａｌ−２．７Ｎｂ−０．２５Ｓｉ（ベータ２１Ｓ）がある。アルファ−ベータ型チタン合金は、アルファ型とベータ型の両方のチタンの混合物を含む。最も一般的に使用されているアルファ−ベータ型チタン合金の１つはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖである。
【０００３】
異種のチタンを溶接する場合、溶加材の選択は、接合される合金の１つと同様の種類の合金に限られてきた。Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｓｏｃｉｅｔｙ（ＡＷＳ）溶接ハンドブック第５巻、第９版では、第６章の４０７−４０８頁において、溶加材が接合されるチタンの種類の１つと一致すべきであることが教示されている。例えば、アルファ型チタン加工物をベータ型チタン加工物に接合するためには、アルファ型チタン溶加材またはベータ型チタン溶加材を使用すべきである。これは溶接継手が、より弱い引張強度を有するチタン型と同じ程度に強いことを確実にする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｓｏｃｉｅｔｙ（ＡＷＳ）溶接ハンドブック第５巻、第９版
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本教示によれば、異なる種類のチタンを溶接するための方法が提供される。該方法は、第１の種類のチタンを含む第１の加工物を準備するステップを含み、第１の種類のチタンは、アルファ型チタンまたはベータ型チタンのうちの１つである。第２の種類のチタンを含む第２の加工物が準備され、第２の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンのうちの１つであり、第２の種類のチタンは第１の種類のチタンとは異なる。溶加材が選択され、溶加材はアルファ−ベータ型チタンを含み、選択された溶加材は溶融されて第１および第２の加工物を接合する溶接部を形成する。
【０００６】
本教示によれば、２つの異なる種類のチタンを接合する溶接部が提供される。溶接部は、第１の溶接縁部を含む第１の加工物を含み、第１の加工物は第１の種類のチタンを含み、第１の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンである。溶接部は、第２の溶接縁部を含む第２の加工物をさらに含み、第２の加工物は第２の種類のチタンを含み、第２の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンであり、第２の種類のチタンは第１の種類のチタンとは異なる。溶接部分が第１および第２の溶接縁部の間に配置され、溶接部分はアルファ−ベータ型チタンを含む溶加材を含む。
【０００７】
本教示によれば、異なる種類のチタンを溶接するための別の方法が提供される。該方法は、第１の種類のチタンを含む第１の加工物を準備するステップを含み、第１の種類のチタンは、アルファ型チタン、ベータ型チタンまたはアルファ−ベータ型チタンのうちの１つである。第２の種類のチタンを含む第２の加工物が準備され、第２の種類のチタンは、アルファ型チタン、ベータ型チタンまたはアルファ−ベータ型チタンのうちの１つであり、第２の種類のチタンは第１の種類のチタンとは異なる。溶加材が選択され、溶加材は、アルファ型チタン、ベータ型チタンおよびアルファ−ベータ型チタンのうちの１つであり、溶加材は、第１の種類のチタンおよび第２の種類のチタンとは異なる。次いで、溶加材を溶かして第１および第２の加工物を接合する溶接部を形成する。
【０００８】
本教示によれば、２つの異なる種類のチタンを接合する別の溶接部が提供される。溶接部は、第１の溶接縁部を含む第１の加工物を含み、第１の加工物は、第１の種類のチタンを含み、第１の種類のチタンは、アルファ型チタン、ベータ型チタンまたはアルファ−ベータ型チタンである。溶接部は、第２の溶接縁部を含む第２の加工物をさらに含み、第２の加工物は第２の種類のチタンを含み、第２の種類のチタンはアルファ型チタン、ベータ型チタンまたはアルファ−ベータ型チタンであり、チタンの第２の種類はチタンの第１の種類とは異なる。溶接部分が第１および第２の溶接縁部の間に配置され、溶接部分はアルファ型チタン、ベータ型チタンまたはアルファ−ベータ型チタンを含む溶加材を含み、溶加材は第１の種類のチタンおよび第２の種類のチタンとは異なる。
【０００９】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、例示的および説明的なものにすぎず、特許請求の範囲に記載のように本開示を限定するものではないことを理解されたい。
【００１０】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、本開示を例示し、その説明と共に本開示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】特定のチタンおよびチタン合金の六方最密充填単位格子を概略的に示す。
【図２】特定のチタン合金の体心立方単位格子を概略的に示す。
【図３Ａ】本教示による異種のチタン合金の溶接方法を示す。
【図３Ｂ】本教示による異種のチタン合金の溶接方法を示す。
【図３Ｃ】本教示による異種のチタン合金の溶接方法を示す。
【図４】本教示による異種のチタン合金を接合する溶接部を示す。
【図５】従来の溶接部および本教示による溶接部の最大引張強度を示したグラフである。
【図６】従来の溶接部および本教示による溶接部の室温での疲労強度を示すグラフである。
【図７】華氏７００℃で１０００時間曝露した後の従来の溶接部および本教示による溶接部の疲労強度を示すグラフである。
【図８】華氏１２００℃で１０時間曝露した後の従来の溶接部および本教示による溶接部の高温疲労強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、本開示の例示的な実施態様を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、同じまたは類似の部分を指すために、図面全体を通して同じ参照番号が使用される。以下の説明では、その一部を形成する添付の図面を参照し、それらの図面において、本開示を実施することができる特定の例示的な実施態様を例として示す。これらの実施態様は、当業者が本開示を実施することを可能にするために十分に詳細に説明され、他の実施形態が利用され得、本開示の範囲から逸脱することなく変更がなされ得ることが理解されるべきである。したがって、以下の説明は単なる例示である。
【００１３】
異種のチタンを溶接するには、接合されている加工物間の隙間を埋めるための溶加材の使用が必要とされる。異種のチタンとは、例えば、アルファ型チタンをベータ型チタンに溶接すること、アルファ型チタンをアルファ−ベータ型チタンに溶接すること、またはベータ型チタンをアルファ−ベータ型チタンに溶接することであってよい。上述のように、溶加材は、溶接されるチタンの種類のうちの１つと一致するように従来から選択されてきた。例えば、アルファ型チタン加工物をベータ型チタン加工物に溶接するとき、溶加材は、加工物の１つと一致するようにアルファ型またはベータ型チタンのいずれかでなければならない。これは溶接継手において適切な強度を確実にする。例示的な実施態様では、溶接されている異種のチタンとは異なる種類のチタンのチタン溶加材の使用が開示されている。本発明の方法によって形成された溶接部は、一致する溶加材を使用して形成された従来の溶接部と同等の引張強度を有する。しかしながら、意外にも、接合される加工物とは異なる種類のチタンの溶加材を使用する本発明の溶接継手は、向上した疲労寿命を示した。これにより、溶接されたチタン部品の寿命を延ばし、部品の重量と交換コストを削減することができる。疲労寿命の向上は高温でも明らかであり、高温環境にさらされる可能性がある異種のチタンを接合するために溶接を使用するためのさらなる機会を提供する。
【００１４】
本明細書で使用されるとき、用語「種類」および「相」は、チタンおよびその合金の３つの分類、アルファ、ベータ、およびアルファ−ベータを指すために互換的に使用される。本明細書で使用されるように、他に記載がなければ、用語「チタン」は、純チタンおよびチタン合金を指す。
【００１５】
本明細書で使用するとき、用語「アルファ」型チタンまたは「アルファ」相チタンは、約５．８から約８．０重量パーセントのアルミニウム当量（Ａｌｅｑ）および約１．３から約２．０重量パーセントのモリブデン当量（Ｍｏｅｑ）を有するチタン合金を指す。チタン合金のアルミニウム当量は、次の式によって決まる。
Ａｌｅｑ＝Ａｌ＋（Ｚｒ／６）＋（Ｓｎ／３）＋（Ｏ×１０）    式１
ここで、チタン合金中、Ａｌはアルミニウムの重量％、Ｚｒはジルコニウムの重量％、Ｓｎはスズの重量％、そしてＯは酸素の重量％である。特に指定しない限り、重量パーセントは、チタン合金の総重量に対する合金元素の重量を示す。チタン合金のモリブデン当量は、次の式によって決まる。
Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋（Ｔａ／５）＋（Ｎｂ／３．６）＋（Ｗ／２．５）＋（Ｖ／１．５）＋（Ｃｒ×１．２５）＋（Ｎｉ×１．２５）＋（Ｍｎ×１．７）＋（Ｃｏ×１．７）＋（Ｆｅ×２．５）         式２
【００１６】
式２において、チタン合金中、Ｍｏはモリブデンの重量％、Ｔａはタンタルの重量％、Ｎｂはニオブの重量％、Ｗはタングステンの重量％、Ｖはバナジウムの重量％、Ｃｒはクロムの重量％、Ｎｉはニッケルの重量％、Ｍｎはマンガンの重量％、Ｃｏはコバルトの重量％、Ｆｅは鉄の重量％である。アルファ型チタンは、一般に、図１に示されるような六方最密充填結晶構造を有する。アルファ型チタン合金は９０％以上のアルファ型チタンを含み、これは、例えば顕微鏡画像分析および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）後方散乱電子（ＢＳＥ）法などの定量的金属組織学的方法によって決定することができる。
【００１７】
本明細書で使用されるとき、用語「ベータ」型チタン合金またはベータ相チタン合金は、約３．０重量パーセント未満のＡｌｅｑおよび約１０．０重量パーセントを超えるＭｏｅｑを有するチタン合金を指す。ＡｌｅｑとＭｏｅｑは、それぞれ式１および式２によって決定できる。ベータ型チタンは、一般に、図２に示されるような体心立方結晶構造を有する。ベータ型チタン合金は、約５０％以上のベータ型チタンの体積分率を含み、これは例えば顕微鏡画像分析および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）後方散乱電子（ＢＳＥ）法などの定量的金属組織学方法によって決定することができる。
【００１８】
本明細書で使用されるとき、用語「アルファ−ベータ」型チタンは、約３．０−約７．０重量パーセントのＡｌｅｑおよび約２．１−約１０．０重量パーセントのＭｏｅｑを有するチタン合金を示す。ＡｌｅｑおよびＭｏｅｑは、それぞれ式１および式２によって決定することができる。微構造的には、アルファ−ベータ型チタンはアルファ型とベータ型の両方の混合物を含む。ベータ型チタンの量は、約１０％から約５０％の体積分率を構成する。各種類の量は、例えば、顕微鏡画像分析および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）後方散乱電子（ＢＳＥ）法などの定量的金属組織学的方法によって決定することができる。
【００１９】
図３Ａ−図３Ｃは、本開示による２つの異なる種類のチタンを溶接するための例示的な方法３００を示す。図３Ａにおいて、アルファ、ベータ、またはアルファ−ベータのいずれかの第１の種類のチタンで形成された第１の加工物３０１が準備される。第１の加工物３０１は、第１の溶接縁部３０３を有する。第１の溶接縁部３０３は、第１の加工物３０１が他の加工物に接合される表面または点である。第１の加工物とは異なる第２の種類のチタンで形成された第２の加工物３０２が準備される。例えば、第１の加工物３０１はアルファ型チタンから形成することができ、第２の加工物３０２はベータ型チタンから形成することができる。第２の加工物３０２は、第２の溶接縁部３０４を含むことができる。第２の溶接縁部３０４は、第２の加工物３０２が第１の加工物３０１に接合される表面または点である。
【００２０】
図３Ｂにおいて、溶加材３０５が選択されている。溶加材３０５は、アルファ型、ベータ型またはアルファ−ベータ型のチタンであり得るが、第１の種類および第２の種類とは異なる種類である。例えば、第１の加工物３０１は、アルファ型チタンから形成することができる。アルファ型チタンの例には、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−３Ｌｉ、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ、Ｔｉ−２．５Ｃｕ、Ｔｉ−６２４２、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ−０．８Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ極低侵入型、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２．７５Ｓｎ−４Ｚｒ−０．４Ｍｏ−０．４５ＳｉおよびＴｉ−５．８Ａｌ−４Ｓｎ−３．５Ｚｒ−０．７Ｎｂ−０．５Ｍｏ−０．３５Ｓｉがあるが、これらに限定されない。第２の加工物３０２は、ベータ型チタンで形成することができる。ベータ型チタンの例には、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３ＡｌおよびＴｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ａｌ−２．７Ｎｂ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−５Ｖ−５Ｍｏ−５Ａｌ−３Ｃｒ、Ｔｉ−１．５Ａｌ−５．５Ｆｅ−６．８ＭｏおよびＴｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌがあるが、これらに限定されない。この場合、溶加材３０５は、アルファ−ベータ型チタンであるように選択される。アルファ−ベータ型チタンの例には、Ｔｉ−６ＡＬ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ超低侵入型、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−７Ａｌ−４Ｍｏ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｍｏ−２Ｆｅ、Ｔｉ−６Ａｌ−１．７Ｆｅ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ−２Ｃｒ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−５Ｍｏ−１．５Ｃｒ、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．０７５Ｍｏ−０．５Ｆｅ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−１ＦｅおよびＴｉ−３．５Ａｌ−２．０Ｖ−１．２Ｆｅがあるが、これらに限定されない。結果として、選択された溶加材３０５は、アルファ型チタンから形成された第１の加工物３０１およびベータ型チタンから形成された第２の加工物３０２とは異なる種類のチタンから形成されたアルファ−ベータ型チタン合金である。当業者は、加工物の１つがアルファ−ベータ型チタンで形成されている場合、溶加材もアルファ型またはベータ型チタンであり得ることを理解するであろう。
【００２１】
図３Ｃにおいて、溶加材３０５（図３Ｂに示す）は溶融され接合領域３０９を形成する。溶接法の種類および関連する装置に応じて、溶加材３０５は溶融して、毛細管現象により第１の溶接縁部３０３と第２の溶接縁部３０４との間の接合領域３０９に流れる。適切な溶接法としては、線形摩擦溶接、摩擦攪拌溶接、ガスタングステンアーク溶接、プラズマアーク溶接、レーザービーム溶接、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）、プラズマアーク溶接（ＰＡＷ）、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）およびサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２２】
再び図３Ｃを参照すると、接合領域３０９は、第１の加工物３０１と第２の加工物３０２とを接合する。２つの加工物が描かれているが、当業者は、３つ以上の加工物を開示された方法によって接合することができることを理解するであろう。突合せ継手が描かれているが、当業者は、非制限的にラップ、コーナー、エッジおよびＴ継手を含む他の継手を形成できることをさらに理解するであろう。本教示は、溶接される加工物とは異なる種類でもある溶加材を選択することによって、異なる種類のチタンを溶接する方法を提供する。本明細書に開示される方法の利点は、従来の溶接によって製造されたチタン溶接部と比較して、室温および高温で匹敵する引張強度および向上した疲労寿命を有するチタン溶接部の製造を含む。
【００２３】
図４は、本教示に従って形成された異なる種類のチタンを接合する例示的な溶接領域４００を概略的に示す。溶接部分４３０は、第１の加工物４１０と第２の加工物４２０とを接合する。第１の加工物４１０は、アルファ型チタン、ベータ型チタンまたはアルファ−ベータ型チタンのいずれかの第１の種類のチタンを含む。第２の加工物４２０は、アルファ型チタン、ベータ型チタンまたはアルファ−ベータ型チタンのいずれかであるが、第１の加工物４１０の第１の種類のチタンとは異なる第２の種類のチタンを含む。例えば、第１加工物４１０を形成する第１の種類のチタンはアルファ型チタンとすることができ、第２加工物４２０を形成する第２の種類のチタンはベータ型チタンまたはアルファ−ベータ型チタンとすることができる。
【００２４】
第１の加工物４１０は第１の溶接縁部４１２をさらに含み、第２の加工物４２０は第２の溶接縁部４２２を含む。溶接部分４３０は第１の加工物４１０と第２の加工物４２０とを接合するために第１の溶接縁部４１２と第２の溶接縁部４２２の間に配置される。溶接部分４３０は、異種の第１および第２の加工物とは異なる種類のチタンである選択された溶加材から形成される。例えば、第１の加工物４１０を形成する第１の種類のチタンがアルファ型チタンであり、第２の加工物４２０を形成する第２の種類のチタンがベータ型チタンである場合、溶接部分４３０は、アルファ−ベータ型溶加材の使用によりもたらされるアルファ−ベータ型チタンで形成される。当業者であれば、第２の加工物がアルファ−ベータ型チタンから形成されるとき、溶接部分がベータ型チタン合金から形成されるようにベータ型溶加材が選択されることを理解するであろう。突き合わせ継手が図４に描かれているが、当業者であれば、ラップ、コーナー、エッジおよびＴ継手を含むがこれらに限定されない他の継手を形成できることを理解するであろう。当業者はまた、溶接領域４００が３つ以上の加工物を含み得ることを理解するであろう。
【００２５】
図３Ａ−図３Ｃに概略的に示された方法によって形成された別の例示的な溶接部では、溶加材はモリブデン（Ｍｏ）を含まないように選択することができる。例えば、第１の加工物３０１は、Ｔｉ６２４２などのアルファ型チタン合金とすることができ、第２の加工物３０２は、Ｂｅｔａ２１Ｓなどのベータ型チタン合金とすることができる。溶加材３０５は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖなどのアルファ−ベータ型チタン合金とすることができる。図４を参照すると、溶加材がモリブデンをほとんどまたは全く含まない場合、溶接部分４３０はモリブデン含有量を低くすることができ、有害な冶金反応を回避することができる。さらなる例は、約６重量％以下のＭｏ含有量を有するアルファチタン合金である第１の加工物３０１と、約１０重量％−約２０重量％のＭｏ含有量を有するベータ型チタン合金である第２の加工物３０２とを含む。合金元素としてＭｏを含まないアルファ−ベータ溶加材を選択することによって、溶接継手は、低いモリブデン含有量を有することができ、有害な冶金反応を回避することができる。本教示に従って形成された溶接部の向上した疲労寿命を実証するために、試験溶接部および対照溶接部を製造した。試験溶接部および対照溶接部を製造するために、それぞれ厚さ０．０２７インチ、幅９インチ、および長さ１２インチの寸法を有する第１および第２の加工物を一緒に溶接した。手動ガスタングステンアーク溶接を使用して、正極性直流およびアルゴンバックパージを使用して形成された四角溝溶接継手によって加工物を接合した。溶接された加工物は約１２×１８インチのパネルを形成した。次に試験用クーポンを切断する前に、パネルを華氏１２００度で８時間加熱した。試験溶接部は、アルファベータ溶加材を用いて溶接されたパネルから切り取られたクーポンであり、対照溶接部は、アルファまたはベータ溶加材を用いて溶接されたパネルから切り取られたクーポンであった。
【００２６】
試験溶接部は、アルファ−ベータ型チタン溶加材、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを使用して、ベータ型チタン合金から形成された第１の加工物Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉを、アルファ型チタン合金、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−Ｓｉから形成された第２の加工物に接合した。したがって、試験溶接部は、アルファ−ベータ型チタン溶加材を使用してアルファ型チタンをベータ型チタンに接合した。
【００２７】
対照溶接部１は、ベータ型Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉを溶加材として用いて、ベータ型Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉ加工物を、アルファ型Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−Ｓｉ加工物と接合することによって形成された。対照溶接部２は、溶加材としてアルファ型Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−Ｓｉを用いて、ベータ型Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉ加工物を、アルファ型Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−Ｓｉ加工物と接合することによって形成された。したがって、対照溶接部１は、ベータ型チタン溶加材を用いてアルファ型チタンをベータ型チタンに接合し、対照溶接部２は、アルファ型チタン溶加材を用いてベータ型チタンをアルファ型チタンに接合した。
【００２８】
試験溶接部および対照溶接部の最大引張強度は、１条件につき３つの試験片を用いてＡＳＴＭ  Ｅ−８の図１０に示す引張試験片構成を用いてＡＳＴＭ  Ｅ−８に従って決定した。溶接部は試験片のゲージ部の中央に配置した。図５に示すグラフ５００は、試験溶接部（５１０）、対照溶接部１（５３０）および対照溶接部２（５５０）の平均最大引張強度を示す。試験溶接部は、アルファ−ベータ溶加材（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）を使用して、異種のアルファ型チタン（Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−Ｓｉ）加工物をベータ型チタン（Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉ）加工物に接合するが、約１３８ｋｓｉの平均最大引張強度を有していた。対照溶接部２は、異種のアルファ型チタン（Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−Ｓｉ）加工物をベータ型チタン（Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉ）加工物に接合するが、アルファ型チタン加工物と同様のアルファ型チタン溶加材（Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−Ｓｉ）を使用し、１３８ｋｓｉの平均最大引張強度を有していた。対照溶接部１は、異種のアルファ型チタン（Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−Ｓｉ）加工物をベータ型チタン（Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉ）加工物に接合するが、ベータ型チタン加工物と同様のベータ型チタン溶加材（Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉ）を使用し、約１３６ｋｓｉの平均最大引張強度を有していた。溶接されるチタンの種類のうちの１つと同様の溶加材によって接合されている従来の異種チタンの溶接部と比較したとき、これらの結果は、接合されるチタンの種類とは異なる溶加材によって異種チタンを接合する溶接部について引張強度の損失を示さなかった。
【００２９】
試験溶接部および対照溶接部についての室温での疲労寿命は、ＡＳＴＭ  Ｅ−４６６に従って、＋０．０６のｒ比および毎秒１０サイクルの頻度を用いて決定された。Ｋｔ（応力拡大係数）が１．０の試験片を使用した。溶接部は試験片ゲージ部の中央に配置した。図６は、試験溶接部および対照溶接部についての室温での疲労寿命のグラフ６００を示す。グラフ６００は、破壊までの平均サイクル数対最大応力をｋｓｉで示したものである。対照溶接部１（６３０）および対照溶接部２（６５０）の破壊までの平均サイクル数は、最大応力約５５から約６０ｋｓｉで１０，０００から１００，０００サイクルの間であった。対照的に、試験溶接部（６１０）は、より高い最大応力において破壊するまでのサイクル数が多いことを示した。例えば、試験溶接部の破壊までの平均サイクル数は、最大応力が約６０ｋｓｉおよび約６５ｋｓｉに増加したときに１，０００，０００サイクルを超えた。最大応力を約７０ｋｓｉに増加させると、１０，０００から１００，０００サイクルの間の破壊までの平均サイクル数がもたらされた。これらの結果は、溶接されたチタン合金の１つと同様の溶加材を使用する従来の溶接部と比較して、溶接されたチタン合金とは異なる溶加材によって接合された異種のチタン合金の溶接部について室温での疲労寿命の有意な改善を実証する。
【００３０】
試験溶接部および対照溶接部の高温疲労寿命は、室温疲労試験片と同じ試験パラメータおよび試験片構成でＡＳＴＭ  Ｅ−４６６に従って試験された。図７は、華氏１２００度で１０時間熱曝露した後の高温疲労寿命のグラフ７００を示す。グラフ７００は、破壊までの平均サイクル数対最大応力をｋｓｉで示す。約６０ｋｓｉの最大応力で、対照溶接部１（７３０）の破損までの平均サイクル数は約８，０００であった。同じ最大応力約６０ｋｓｉにおいて、対照溶接部２（７５０）の破損までの平均サイクル数は約１３，０００であった。対照的に、同じ６０ｋｓｉの最大応力で、試験溶接部（７１０）は破壊まで平均４９，０００サイクルを超えた。これらの結果は、溶接されたチタン合金の１つと同様の溶加材を使用する従来の溶接部と比較して、溶接されるチタンの種類とは異なる溶加材を用いて接合された異種のチタンについて高温での疲労寿命の劇的な改善を示す。
【００３１】
図８は、華氏７００度に１０００時間熱曝露した後の高温疲労寿命のグラフ８００を示す。グラフ８００は、破壊までの平均サイクル数対最大応力をｋｓｉで示したものである。最大応力約６０ｋｓｉにおいて、対照溶接部１（８３０）の破壊までの平均サイクル数は約６７，０００であった。同じ最大応力約６０ｋｓｉにおいて、対照溶接部２（８５０）の破壊までの平均サイクル数は約１００，０００であった。しかしながら、同じ６０ｋｓｉの最大応力での試験溶接部（８１０）は、破壊までに平均４１０，０００サイクルを超えた。前述のように、これらの結果は、溶接されたチタン合金の一つと同様の溶加材を使用する従来の溶接部と比較して、溶接されたチタンの種類とは異なる溶加材を使用して接合された異種のチタンについて、高温での疲労寿命の劇的な改善を示す。
【００３２】
さらに、本開示は、以下の条項による実施例を含む。
【００３３】
項１．
異種のチタンを溶接する方法であって、
第１の種類のチタンを含む第１の加工物を準備するステップであって、第１の種類のチタンは、アルファ型チタンまたはベータ型チタンのうちの１つである、ステップと、
第２の種類のチタンを含む第２の加工物を準備するステップであって、第２の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンのうちの１つであり、第２の種類のチタンは第１の種類のチタンとは異なる、ステップと、
溶加材を選択するステップであって、溶加材がアルファ−ベータ型チタンを含む、ステップと、
第１および第２の加工物を接合する溶接部を形成するために溶加材を溶融するステップとを含む方法。
【００３４】
項２．
アルファ型チタンが、約５．８から約８．０重量パーセントのアルミニウム当量（Ａｌｅｑ）および約１．３から約２．０重量パーセントのモリブデン当量（Ｍｏｅｑ）を含み、
ベータ型チタンが、約３．０重量％以下のＡｌｅｑおよび約１０．０重量％以上のＭｏｅｑを含み、
アルファ−ベータ型チタンが、約３．０から約７．０重量％のＡｌｅｑおよび約２．１から約１０．０重量％のＭｅｑを含み、
Ａｌｅｑが次の式によって決まり、
Ａｌｅｑ＝Ａｌ＋（Ｚｒ／６）＋（Ｓｎ／３）＋（Ｏ×１０）
ここで、チタン合金中、Ａｌはアルミニウムの重量％、Ｚｒはジルコニウムの重量％、Ｓｎはスズの重量％、Ｏは酸素の重量％であり、
Ｍｏｅｑが次の式によって決まり、
Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋（Ｔａ／５）＋（Ｎｂ／３．６）＋（Ｗ／２．５）＋（Ｖ／１．５）＋（Ｃｒ×１．２５）＋（Ｎｉ×１．２５）＋（Ｍｎ×１．７）＋（Ｃｏ×１．７）＋（Ｆｅ×２．５）
ここで、チタン合金中、Ｍｏはモリブデンの重量％、Ｔａはタンタルの重量％、Ｎｂはニオブの重量％、Ｗはタングステンの重量％、Ｖはバナジウムの重量％、Ｃｒはクロムの重量％、Ｎｉはニッケルの重量％、Ｍｎはマンガンの重量％、Ｃｏはコバルトの重量％、Ｆｅは鉄の重量％である、
項１に記載の方法。
【００３５】
項３．
アルファ型チタンが、約９０％を超えるアルファ型チタンを含む、項１または２に記載の方法。
【００３６】
項４．
アルファ型チタンが、チタン、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−３Ｌｉ、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ、Ｔｉ−２．５Ｃｕ、Ｔｉ−６２４２、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ−０．８Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ極低侵入型、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２．７５Ｓｎ−４Ｚｒ−０．４Ｍｏ−０．４５ＳｉまたはＴｉ−５．８Ａｌ−４Ｓｎ−３．５Ｚｒ−０．７Ｎｂ−０．５Ｍｏ−０．３５Ｓｉを含む、項１から３の何れか一項に記載の方法。
【００３７】
項５．
ベータ型チタンが、少なくとも５０％のベータ型チタンを含む、項１から４の何れか一項に記載の方法。
【００３８】
項６．
ベータ型チタンが、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３ＡｌおよびＴｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ａｌ−２．７Ｎｂ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−５Ｖ−５Ｍｏ−５Ａｌ−３Ｃｒ、Ｔｉ−１．５Ａｌ−５．５Ｆｅ−６．８ＭｏまたはＴｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌを含む、項１から５の何れか一項に記載の方法。
【００３９】
項７．
選択されるアルファ−ベータ型チタンがモリブデンを含まない、項１から６の何れか一項に記載の方法。
【００４０】
項８．
アルファ−ベータ型チタンが、Ｔｉ−６ＡＬ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ超低侵入型、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−７Ａｌ−４Ｍｏ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｍｏ−２Ｆｅ、Ｔｉ−６Ａｌ−１．７Ｆｅ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ−２Ｃｒ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−５Ｍｏ−１．５Ｃｒ、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．０７５Ｍｏ−０．５Ｆｅ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−１ＦｅまたはＴｉ−３．５Ａｌ−２．０Ｖ−１．２Ｆｅを含む、項１から７の何れか一項に記載の方法。
【００４１】
項９．
溶加材を溶融するステップが、線形摩擦溶接、摩擦攪拌溶接、ガスタングステンアーク溶接、プラズマアーク溶接、レーザービーム溶接、ガスタングステンアーク溶接、ガスメタルアーク溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接またはサブマージアーク溶接の１つ以上を用いるステップを含む、項１から８の何れか一項に記載の方法。
【００４２】
項１０．
２つの異種チタンを接合する溶接部であって、
第１の溶接縁部を含む第１の加工物であって、第１の種類のチタンを含み、第１の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンである、第１の加工物と、
第２の溶接縁部を含む第２の加工物であって、第２の種類のチタンを含み、第２の種類のチタンはアルファ型チタンまたはベータ型チタンであり、第２の種類のチタンは第１の種類のチタンとは異なる、第２の加工物と、
第１の溶接縁部および第２の溶接縁部の間に配置された溶接部分であって、アルファ−ベータ型チタンを含む溶加材を含む、溶接部分と、
を含む溶接部。
【００４３】
項１１．
アルファ型チタンが、約５．８から約８．０重量パーセントのアルミニウム当量（Ａｌｅｑ）および約１．３から約２．０重量パーセントのモリブデン当量（Ｍｏｅｑ）を含み、
ベータ型チタンが、約３．０重量％以下のＡｌｅｑおよび約１０．０重量％以上のＭｏｅｑを含み、
アルファ−ベータ型チタンが、約３．０から約７．０重量％のＡｌｅｑおよび約２．１から約１０．０重量％のＭｅｑを含み、
Ａｌｅｑが次の式によって決まり、
Ａｌｅｑ＝Ａｌ＋（Ｚｒ／６）＋（Ｓｎ／３）＋（Ｏ×１０）
ここで、Ａｌはアルミニウムの重量％、Ｚｒはジルコニウムの重量％、Ｓｎはスズの重量％、Ｏは酸素の重量％であり、
Ｍｏｅｑが次の式によって決まり、
Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ＋（Ｔａ／５）＋（Ｎｂ／３．６）＋（Ｗ／２．５）＋（Ｖ／１．５）＋（Ｃｒ×１．２５）＋（Ｎｉ×１．２５）＋（Ｍｎ×１．７）＋（Ｃｏ×１．７）＋（Ｆｅ×２．５）
ここで、Ｍｏはモリブデンの重量％、Ｔａはタンタルの重量％、Ｎｂはニオブの重量％、Ｗはタングステンの重量％、Ｖはバナジウムの重量％、Ｃｒはクロムの重量％、Ｎｉはニッケルの重量％、Ｍｎはマンガンの重量％、Ｃｏはコバルトの重量％、Ｆｅは鉄の重量％である、
項１０に記載の溶接部。
【００４４】
項１２．
アルファ型チタンが、約９０％を超えるアルファ型チタンを含む、項１０または１１に記載の溶接部。
【００４５】
項１３．
アルファ型チタンが、チタン、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−３Ｌｉ、Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｍｏ−１Ｖ、Ｔｉ−２．５Ｃｕ、Ｔｉ−６２４２、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｎｂ−１Ｔａ−０．８Ｍｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ極低侵入型、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２．７５Ｓｎ−４Ｚｒ−０．４Ｍｏ−０．４５ＳｉまたはＴｉ−５．８Ａｌ−４Ｓｎ−３．５Ｚｒ−０．７Ｎｂ−０．５Ｍｏ−０．３５Ｓｉを含む、項１０から１２の何れか一項に記載の溶接部。
【００４６】
項１４．
ベータ型チタンが、少なくとも５０％のベータ型チタンを含む、項１０から１３の何れか一項に記載の溶接部。
【００４７】
項１５．
ベータ型チタンが、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３ＡｌおよびＴｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ａｌ−２．７Ｎｂ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−５Ｖ−５Ｍｏ−５Ａｌ−３Ｃｒ、Ｔｉ−１．５Ａｌ−５．５Ｆｅ−６．８ＭｏまたはＴｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌを含む、項１０から１４の何れか一項に記載の溶接部。
【００４８】
項１６．
アルファ−ベータ型チタンが、Ｔｉ−６ＡＬ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ超低侵入型、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−７Ａｌ−４Ｍｏ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｍｏ−２Ｆｅ、Ｔｉ−６Ａｌ−１．７Ｆｅ−０．１Ｓｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−２Ｍｏ−２Ｃｒ−０．２５Ｓｉ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−５Ｍｏ−１．５Ｃｒ、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｖ−０．０７５Ｍｏ−０．５Ｆｅ、Ｔｉ−５Ａｌ−５Ｖ−１ＦｅまたはＴｉ−３．５Ａｌ−２．０Ｖ−１．２Ｆｅを含む、項１０から１５の何れか一項に記載の溶接部。
【００４９】
項１７．
第１の種類のチタンが、約６重量％以下のモリブデン含有量を含み、第２の種類のチタンが、約１０重量％から約２０重量％のモリブデン含有量を含み、アルファ−ベータ型チタンを含む溶加材が、モリブデンを含まない、項１０から１６の何れか一項に記載の溶接部。
【００５０】
項１８．
２つの異種チタンを接合する溶接部であって、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏチタン合金を含む第１の加工物と、ベータ型チタンを含む第２の加工物と、第１の加工物と第２の加工物とを接合する溶接部分であって、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを含む溶加材を含む溶接部分とを含む、溶接部。
【００５１】
項１９．
溶接されたチタン部品であって、
Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏチタン合金を含む第１の加工物と、
ベータ型チタンを含む第２の加工物と、
第１の加工物と第２の加工物とを接合する溶接部であって、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを含む溶加材を含む溶接部と、
を含む溶接されたチタン部品。
【００５２】
本教示は１つまたは複数の実施態様に関して例示されているが、添付の特許請求の範囲の主旨および範囲から逸脱することなく、例示された例に対して変更および／または修正を加えることができる。例えば、方法は一連の行為または事象として説明されているが、本教示はそのような行為または事象の順序によって限定されないことが理解されるだろう。いくつかの行為は、異なる順序で、および／または本明細書に記載されたものとは別の他の行為または事象と同時に起こり得る。例えば、方法のステップは、第１、第２、第３などとして記載されている。本明細書で使用されるとき、これらの用語は、互いに対する相対的な順序のみを指す。例えば、第１は第２の前に起こる。また、本教示の１つまたは複数の態様または実装に従って方法論を実施するためにすべての方法段階が必要とされるとは限らない。構造的構成要素および／または処理段階を追加することができ、あるいは既存の構造的構成要素および／または処理段階を削除または修正することができることは理解されるだろう。さらに、本明細書に示されている１つまたは複数の行為は、１つまたは複数の別々の行為および／または段階で実行することができる。さらに、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｗｉｔｈ）」、またはそれらの変形が、詳細な説明および特許請求の範囲のいずれかにおいて使用される限りにおいて、そのような用語は、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に、包括的であると意図される。「少なくとも１つの」という用語は、列挙された項目のうちの１つまたは複数を選択することができることを意味するのに使用される。本明細書で使用されるように、例えばＡおよびＢのような項目の列挙に関して用語「１つまたは複数」は、Ａ単独、Ｂ単独、またはＡおよびＢを意味する。用語「少なくとも１つ」は、列挙された項目のうちの１つ以上を選択できることを意味するために使用される。さらに、本明細書の説明および特許請求の範囲において、一方が他方の「上」にある２つの材料に関して使用される「上（ｏｎ）」という用語は、材料間の少なくともいくらかの接触を意味し、一方で「上（ｏｖｅｒ）」は材料が近接しているが、場合により接触は可能であるが必須ではないような１つまたは複数の追加の介在材料を有し得ることを意味する。「上（ｏｎ）」および「上（ｏｖｅｒ）」のどちらも、本明細書で使用されるどのような方向性も意味しない。用語「共形（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）」は、その下にある材料の角度が共形材料によって保存されているコーティング材料を表す。「約」という用語は、変更が例示された実施態様に対する方法または構造の不適合をもたらさない限り、列挙された値がいくらか変更され得ることを示す。最後に、「例示的」は、それが理想であることを意味するのではなく、説明が例として使用されることを示す。本教示の他の実施態様は、本明細書の考察および本明細書の開示の実施から当業者には明らかであろう。明細書および実施例は例示としてのみ考慮されることを意図しており、本教示の真の範囲および主旨は添付の特許請求の範囲によって示される。
【符号の説明】
【００５３】
３０１  第１の加工物
３０２  第２の加工物
３０３  第１の溶接縁部
３０４  第２の溶接縁部
３０５  溶加材
３０９  接合領域
４００  溶接領域
４１０  第１の加工物
４１２  第１の溶接縁部
４２０  第２の加工物
４２２  第２の溶接縁部
４３０  溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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