(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】円環状プレート１０の環状内周縁部１１同士及び環状外周縁部１２同士の溶接を、アルゴンと窒素の少なくとも何れか一方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い、水素の還元作用によって溶接部の表面酸化皮膜を無くす。【選択図】　　　図２
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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、
前記環状内周縁部同士及び前記環状外周縁部同士の溶接を、アルゴンと窒素の少なくとも何れか一方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アルミニウム溶接ベローズの製造方法。
【請求項２】
水素混合比率が３〜２０％の混合ガスを用いる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】
前記環状内周縁部同士及び前記環状外周縁部同士の溶接をＹＡＧレーザ溶接によって行う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。
【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。
【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、前記環状内周縁部同士及び前記環状外周縁部同士の溶接を、アルゴンと窒素の少なくとも何れか一方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ＹＡＧレーザ等のレーザ溶接により行う。
【００１０】
この製造方法によれば、アルゴンと窒素の少なくとも何れか一方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が行われることにより、溶接熱と水素の還元作用によって溶接部のアルミニウム酸化皮膜が還元され、溶接部における環状プレート表面のアルミニウム酸化皮膜（酸化物）が消滅する。また、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が生じることも回避される。これにより、環状内周縁部同士及び環状外周縁部同士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るようになる。
【００１１】
アシストガスとして用いられる混合ガスは、水素混合比率が３〜２０％の混合ガスであればよい。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、図３に示されているように、レーザビーム射出口３１にアシストガスを供給するアシストガス供給口３２を有するレーザ溶接用ノズル３０を用い、アルゴンと水素の混合ガスをアシストガスとしてレーザビーム射出口３１より溶接部に噴射しながらＹＡＧレーザ溶接により、円環状プレート１０の環状内周縁部１１同士および環状外周縁部１２同士の溶接を行う。
【００１９】
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環状内周縁部１１同士および環状外周縁部１２同士の溶接が行われることにより、溶接熱と水素の還元作用によって溶接部のアルミニウム酸化皮膜が還元され、溶接部における環状プレート表面のアルミニウム酸化皮膜（酸化物）が消滅する。
【００２０】
これにより、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。
【００２１】
また、アルゴンと水素の混合ガスによるアシストガスの溶接部への噴き付けにより、溶接時の溶融部が溶接熱によって周囲の酸素と反応して溶接部に新たな酸化物が生じることも回避される。
【００２２】
アシストガスとして用いられるアルゴンと水素の混合ガスは、水素混合比率が３〜２０％のアルゴン・水素混合ガスであればよい。水素混合比率が３％以下であると、充分な還元作用をえることができず、２０％以上とすると、アルミニウムの酸化皮膜が消滅する反面、溶け込みが深くなりアルミニウムに孔が空くようになってしまう。
【００２３】
なお、アルゴンに代えて窒素と水素との混合ガス、あるいはアルゴンと窒素と水素との混合ガスでもよく、これらの混合ガスでも、同様の効果が得られる。
【００２４】
【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、アルゴンと窒素の少なくとも何れか一方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が行われることにより、溶接熱と水素の還元作用によって溶接部のアルミニウム酸化皮膜が還元され、溶接部における環状プレート表面のアルミニウム酸化皮膜（酸化物）が消滅し、また、溶接時の溶融部が周囲の酸素と反応して溶接に新たな酸化物が生じることも回避されるから、環状内周縁部同士及び前記環状外周縁部同士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るようになる。
【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実施に使用されるレーザ溶接用ノズルの一例を示す断面図である。
【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
３０　レーザ溶接用ノズル
３１　レーザビーム射出口
３２　アシストガス供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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