(57)【要約】【課題】溶接部内部にアルミニウムの表面酸化皮膜が残存することに起因する溶接部内部の隙間の発生を解消し、優れた気密性と充分な耐久性を示す高品質のアルミニウム溶接ベローズを得ること。【解決手段】溶接の前処理工程として、アルカリ溶解処理工程１１０、酸洗いの中和処理工程１２０、フッ素溶解処理工程１３０を順に行い、アルミニウムの表面酸化皮膜を除去する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム板材製の複数枚の環状プレートの各々について、環状プレートの環状内周縁部を、軸線方向の一方の側で隣り合う他の環状プレートの環状内周縁部に全周溶接し、環状プレートの環状外周縁部を、軸線方向の他方の側で隣り合う他の環状プレートの環状外周縁部に全周溶接してなるアルミニウム溶接ベローズの製造方法において、
前記環状内周縁部及び前記環状外周縁部同士の溶接工程の前処理工程として、
前記環状プレートの表面層をアルカリ性化合物によって化学的に溶解するアルカリ溶解処理工程と、
前記アルカリ溶解処理工程後に前記環状プレートを酸洗いする中和処理工程と、
を含むアルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【請求項２】
アルカリ溶解処理工程は水酸化ナトリウムにより行うことを特徴とする請求項１記載のアルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【請求項３】
前記中和処理工程は硝酸によって酸洗いすることを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【請求項４】
前記前処理工程として、更に、前記中和処理工程後に前記環状プレートの表面層をフッ素化合物によって化学的に溶解するフッ素溶解処理工程を含んでいることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のアルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【請求項５】
前記環状内周縁部同士及び前記環状外周縁部同士の溶接工程はレーザ溶接によって隣り合う環状プレートの環状内周縁部同士あるいは環状外周縁部同士を溶接することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のアルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【請求項６】
前記環状内周縁部同士及び前記環状外周縁部同士の溶接を、アルゴンと水素の混合ガスをアシストガスとして溶接部に噴射しながらレーザ溶接により行うことを特徴とする請求項５記載のアルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム溶接ベローズの製造方法に関し、特に、半導体製造装置、バルブ・配管継手、カプラ等において使用されるアルミニウム溶接ベローズの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム溶接ベローズは、複数枚のアルミニウム板材製の環状プレートによる溶接構造体であり、複数枚のアルミニウム板材製の環状プレート（ベローズ板）の各々について、環状内周縁部を、軸線方向の一方の側で隣り合う他の環状プレートの環状内周縁部に全周溶接され、環状外周縁部を、軸線方向の他方の側で隣り合う他の環状プレートの環状外周縁部に全周溶接されて軸線方向に伸縮可能なベローズ構造をなしている。なお、ここで云うアルミニウム板材とは、アルミニウム合金による板材を含むものである。
【０００３】
アルミニウム板材製の環状プレートの溶接方法としては、薄板溶接に適した固体レーザによるＹＡＧレーザ溶接法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
溶接ベローズは、複数枚のベローズ板を溶接することにより、完成状態のベローズにおいてベローズ内外の気密を保ち、繰り返しの伸縮に対して溶接部の耐久性が高いことが重要なポイントになる。
【０００５】
このことに対して、アルミニウム板材製の環状プレートをＹＡＧレーザによって溶接すると、図４に模式的に示されているように、溶接部Ｗの内部に環状プレートＰの合わせ方向（境界面）の延長上に蛇行した割れのような隙間Ｓの発生が見られる。
【０００６】
この隙間Ｓの発生要因としては、アルミニウム板材の場合、板材表面に自然酸化膜および圧延加工による酸化膜が形成されており、溶接の際に、溶接面のアルミニウム酸化物による表面酸化皮膜が溶接熱では溶解せず、溶接部内部に表面酸化皮膜がそのまま残存することが考えられる。
【０００７】
溶接部内部に発生している隙間Ｓは、表面上は気密性を保っても、伸縮が繰り返されると、隙間を起点とした亀裂の発生を誘起し、ベローズの耐久性を低下する。
【０００８】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、溶接部内部にアルミニウム酸化物による表面酸化皮膜が残存することに起因する溶接部内部の隙間の発生を解消し、優れた気密性と充分な耐久性を示す高品質のアルミニウム溶接ベローズの製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法は、アルミニウム板材製の複数枚の環状プレートの各々について、環状プレートの環状内周縁部を、軸線方向の一方の側で隣り合う他の環状プレートの環状内周縁部に全周溶接し、環状プレートの環状外周縁部を、軸線方向の他方の側で隣り合う他の環状プレートの環状外周縁部に全周溶接してなるアルミニウム溶接ベローズの製造方法において、前記環状内周縁部及び前記環状外周縁部同士の溶接工程の前処理工程として、前記環状プレートの表面層をアルカリ性化合物によって化学的に溶解するアルカリ溶解処理工程と、前記アルカリ溶解処理工程後に前記環状プレートを酸洗いする中和処理工程とを含む。
【００１０】
この製造方法によれば、溶接工程の前処理工程として、まず、アルカリ溶解処理工程によってアルミニウム板材製の環状プレートの表面層が溶解し、環状プレートの表面に形成されているアルミニウム酸化皮膜（酸化物）を下地層より除去する。
【００１１】
このアルカリ溶解処理工程によって生成された高粘性のアルカリイオン物が環状プレートの表面に付着するが、その後の中和処理工程による酸洗いによって環状プレートの表面に付着しているアルカリイオン物が除去される。更には、この中和処理工程で環状プレートを構成するアルミニウム合金の添加元素分が酸によって少し溶け出し、環状プレート表面のアルミニウム濃度が上がり、環状プレート表面が溶接に適した状態になる。これにより、その後の溶接がアルミニウム酸化物による表面酸化皮膜に阻害されることなく良好に行われ得るようになる。
【００１２】
この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法におけるアルカリ溶解処理工程は、アルカリ性化合物として水酸化ナトリウムを用いることができ、また、中和処理工程は、硝酸を用いて酸洗いすることができる。
【００１３】
また、この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法は、前記前処理工程として、更に、前記中和処理工程後に前記環状プレートの表面層をフッ素化合物によって化学的に溶解するフッ素溶解処理工程を含んでいる。
【００１４】
このフッ素溶解処理工程により、アルミニウム酸化物と合金添加物や汚れとして付着した金属物、金属酸化物が金属イオンとなって環状プレートの表面より除去され、更に溶接に適した表面が得られ、その後の溶接がアルミニウム酸化物による表面酸化皮膜やその他の汚染に阻害されることなく良好に行われ得るようになる。
【００１５】
また、この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法では、前記環状内周縁部同士及び前記環状外周縁部同士の溶接工程はＹＡＧレーザ等によるレーザ溶接によって隣り合う環状プレートの環状内周縁部同士あるいは環状外周縁部同士を溶接することができる。このレーザ溶接では、溶接時の溶融部が溶接熱によって周囲の酸素と反応して酸化物を生成しないよう、アルゴンと水素の混合ガスをアシストガスとして溶接部に噴射しながらレーザ溶接を行うことが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１はこの発明による製造方法によって製造されるアルミニウム溶接ベローズの一つの実施形態を示している。
【００１７】
アルミニウム溶接ベローズは、軸線方向に積層された複数枚のアルミニウム板材製の円環状プレート１０と、両端のアルミニウム製エンド部材２０とにより構成されている。
【００１８】
円環状プレート１０は、板厚が０．１〜０．３ｍｍ程度のアルミニウム板あるいはアルミニウムに少量の銅，マグネシウム，マンガンを含むアルミニウム合金板により構成され、同心波形にプレス成形されたプレス成形品としてすべて同一形状をなしており、軸線方向に隣り合うもの同士の環状内周縁部１１の全周と環状外周縁部１２の全周を交互に溶接によって接合され、全体として略円筒状のベローズ構造をなしている。
【００１９】
つまり、図２によく示されているように、円環状プレート１０の各々について、円環状プレート１０の環状内周縁部１１が、軸線方向の一方の側で隣り合う他の円環状プレート１０の環状内周縁部１１に全周溶接され、円環状プレート１０の環状外周縁部１２が、軸線方向の他方の側で隣り合う他の円環状プレート１０の環状外周縁部１２に全周溶接され、軸線方向に伸縮可能なベローズ構造をなしている。環状内周縁部１１の溶接部は符号Ｗｉにより示され、環状外周縁部１２の溶接部は符号Ｗｏにより示されている。
【００２０】
なお、複数枚の円環状プレート１０のうち、図１にて最上位のものは、環状外周縁部１２にて上側のアルミニウム製エンド部材２０の円環状接続部２１と全周溶接され、また、図１にて最下位のものは、環状外周縁部１２にて下側のアルミニウム製エンド部材２０の円環状接続部２１と全周溶接されている。
【００２１】
円環状プレート１０の環状内周縁部１１、環状外周縁部１２の溶接に適した溶接法には、高密度のエネルギを集中できることで、短時間対応が可能な固体レーザであるＹＡＧレーザ溶接法がある。
【００２２】
この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法では、円環状プレート１００の表面に生成されたアルミニウム酸化皮膜を除去するための前処理工程として、環状内周縁部１１および環状外周縁部１２の溶接を行う溶接工程１４０の直前に、図３に示されているように、アルカリ溶解処理工程１１０と、中和処理工程１２０と、フッ素溶解処理工程１３０を順に実行する。
【００２３】
アルカリ溶解処理工程１１０は、円環状プレート１０の表面層をアルカリ性化合物によって化学的に溶解する処理工程である。アルカリ溶解処理工程１１０で使用するアルカリ性化合物としては、水酸化ナトリウムがあり、水酸化ナトリウムの水溶液中に溶接前の円環状プレート１０を所定時間、漬けることによって溶解処理を行うことができる。
【００２４】
この溶解処理の化学反応式（参考式）は、以下のようになる。
ＮａＯＨ＋Ｈ２　Ｏ＋Ａｌ→Ａｌ（ＯＨ）３　＋Ｈ２　↑
上記反応式のように、このアルカリ溶解処理では、アルミニウムは水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）３　となり、溶液中に溶け出し、水素Ｈ２　がガスになる反応を起こす。なお、この反応が全てではなく、他に、アルミニウム合金の添加物等も溶け出す反応を起こす。このアルカリ溶解処理により、アルミニウム表面（円環状プレート１０の表面）形成されているアルミニウム酸化物（酸化膜）が下地層から除去される。
【００２５】
アルカリ溶解処理工程１１０が完了すれば、流水洗浄工程１１１を実行し、アルカリ溶解処理後の円環状プレート１０を工業用水等によって流水洗浄する。
【００２６】
流水洗浄工程１１１が完了すれば、次に、中和処理工程１２０を行う。中和処理工程１２０は、円環状プレート１０を酸洗いする処理工程であり、酸洗い液として、希硝酸液を用いる。
【００２７】
アルカリ溶解処理工程１１０で円環状プレート１０の表面に付着したナトリウムイオンは粘性が高く、流水洗浄では充分に洗い流すことができない。このため、酸を使用して中和処理を行い、円環状プレート１０の表面からナトリウムイオンの除去を行う。これにより、円環状プレート表面が溶接に適した状態になる。
【００２８】
また、この中和処理工程１２０では、円環状プレート１０を構成するアルミニウム合金の添加元素分が酸によって少し溶け出す。これにより円環状プレート表面のアルミニウム濃度が上がり、このことによっても、円環状プレート表面が溶接に適した状態になる。
【００２９】
中和処理工程１２０が完了すれば、流水洗浄工程１２１を実行し、中和処理工程後の円環状プレート１０を工業用水等によって流水洗浄する。
【００３０】
流水洗浄工程１１１が完了すれば、次に、フッ素溶解処理工程１３０を行う。フッ素溶解処理工程１３０は、円環状プレート１０の表面層をフッ素化合物、たとえば、ＨＦの水溶液によって化学的に溶解する処理工程であり、溶接前の円環状プレート１０をＨＦの水溶液中に所定時間、漬けることによって溶解処理を行うことができる。
【００３１】
この溶解処理の化学反応式（参考式）は、以下のようになる。
ＨＦ・Ｈ２　Ｏ＋Ａｌ＋Ａｌ２　Ｏ３　＋Ｍ＋Ｍｘ　Ｏｙ
→Ａｌ＋　＋Ｍ＋　＋Ｏ２　↑＋Ｈ２　↑
上記反応式のように、アルミニウムＡｌ、アルミニウム酸化物Ａｌ２　Ｏ３　と合金点添加物や汚れとして付着している金属物Ｍや金属物酸化物Ｍｘ　Ｏｙ　は、全て金属イオンとなり、溶液中に溶け出す。これにより、より一層綺麗なアルミニウムの表面層が得られ、円環状プレート表面が更に溶接に適した状態になる。
【００３２】
フッ素溶解処理工程１３０が完了すれば、流水洗浄工程１３１を実行し、フッ素溶解処理後の円環状プレート１０を工業用水等によって流水洗浄する。
【００３３】
流水洗浄工程１３１が完了すれば、溶接工程１４１として、アルゴンガス、窒素ガス、アルゴンと水素の混合ガス等をアシストガスとして溶接部に噴射しながら、円環状プレート１０の環状内周縁部１１、環状外周縁部１２をＹＡＧレーザ溶接し、図１に示されているようなアルミニウム溶接ベローズを完成する。
【００３４】
アシストガスとしてアルゴンと水素の混合ガスが使用されることにより、溶接時の溶融部が溶接熱によって周囲の酸素と反応することが回避され、溶接時に溶接部に新たな酸化物が生成されることがない。
【００３５】
上述した前処理工程が溶接工程１４０の直前に行われることにより、アルミニウム酸化皮膜が溶接部内部に残存することが解消され、アルミニウム酸化皮膜が溶接部内部に割れ状として残らない結果となる。このことにより、環状内周縁部１１の溶接部Ｗｉや環状外周縁部１２の溶接部Ｗｏの溶接部内部にアルミニウムの表面酸化皮膜が残存することに起因する溶接部内部の隙間の発生が解消され、溶接強度が高く、アルミニウム溶接ベローズとして、優れた気密性と充分な耐久性が得られる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法では、円環状プレートの表面に生成されたアルミニウム酸化皮膜を前処理工程によって除去した後に溶接を行うから、アルミニウム酸化皮膜が溶接部内部に残存することが解消され、優れた気密性と充分な耐久性を示す高品質のアルミニウム溶接ベローズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による製造方法が適用されるアルミニウム溶接ベローズの一つの実施形態の全体構成を示す断面図である。
【図２】この発明による製造方法が適用されるアルミニウム溶接ベローズの環状内周縁部および環状外周縁部の溶接部の一つの実施形態を示す拡大図である。
【図３】この発明によるアルミニウム溶接ベローズの製造方法の一つの実施形態を示す工程フロー図である。
【図４】溶接部内部に発生する隙間を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０　円環状プレート
１１　環状内周縁部
１１Ａ　溶接面
１２　環状外周縁部
１１０　アルカリ溶解処理工程
１２０　中和処理工程
１３０　フッ素溶解処理工程
１４０　溶接工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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