(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部の溶接ビード幅Ｗ（mm）と板厚ｔ（mm）の比が６.５＞ｔ／Ｗ≧１／３であることを特徴とするチタン溶接管。
【請求項２】
平板を円筒状にロール成形し、衝合部にレーザービームを照射し、溶接部の溶接ビード幅Ｗ（mm）と板厚ｔ（mm）の比が６.５＞ｔ／Ｗ≧１／３を満たすように突合せ溶接を行なうことを特徴とするチタン溶接管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に自動車用排気系配管、耐食性配管などに使用される加工性が求められる薄肉チタン溶接管およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
チタン（チタン合金）は耐食性に優れ、軽い、金属光沢色が豊富、塑性異方性が大きいなど優れた特徴がある。このため耐蝕用の配管、自動車用排気系管、部品などに用いられる。とくに、部品用としては耐蝕性が求められるだけではなく、軽量化のための薄肉化、あるいは管の加工性が求められる。すなわち、部品として使われるためには薄肉かつ溶接部を含めた管の高い２次加工性が求められる。
【０００３】
従来は溶接部の加工性の問題から、熱間押し出し成形によりパイプに成形する方法が用いられているが、これらの方法では肉厚の薄いものができない、製造コストが非常にかかるなどの問題がある。また、廉価に製造する方法としては、コイルからロール成形して、円周方向に曲げ後、溶接して接合する方法が用いられている。一般的にはＴＩＧ溶接を行うが、製品として溶接部の加工性が劣るため、２次加工時の管の変形能力に問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
その他レーザー溶接に関して、特開平１１−１１４６８４号公報にレーザー溶接により、溶接部靭性に優れたβ型チタン合金溶接管および製造方法が記載されているが、これは靭性が問題となる板厚６.５mmという厚肉管であり、また、シーム部のビード幅（Ｗ）と溶けこみ深さ（ｄ）との関係ｄ／Ｗ≧６.５であることを特徴するβ型チタン合金溶接管の例があるが、溶接加工性に関してはまったく規定されていない。
【０００５】
また、上記公知発明で規定されている関係式を変形すると、
Ｗ≦ｄ／６．５
となり、薄肉材でレーザー溶接を行った場合、例えばｔ＝１.０mmと仮定すると、溶け込み深さｄは板厚ｔと等しくなるので、図１のごとく、ビード幅Ｗ（mm）は１／６.５mm以下が必要とされることになる。しかし、実際そのような狭いビード幅を得ることは、非常に小さい溶接ビーム幅が必要で、アップセットを考慮しても０.２mm以下のビーム径が必要である。この場合、板エッジの成形精度や板エッジの振動に伴うぶれが伴うため、高加工に耐えられる健全な溶接部を得ることは不可能である。
本発明は、溶接による加工性の劣化を防止し、母材だけでなく管の溶接部の加工性に優れたチタン溶接管とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨とするところは次の通りである。
（１）溶接部の溶接ビード幅Ｗ（mm）と板厚ｔ（mm）の比が６.５＞ｔ／Ｗ≧１／３であることを特徴とする薄肉チタン溶接管。
（２）平板を円筒状にロール成形し、衝合部にレーザービームを照射し、溶接部の溶接ビード幅Ｗ（mm）と板厚ｔ（mm）の比が６.５＞ｔ／Ｗ≧１／３を満たすように突合せ溶接を行なうことを特徴とするチタン溶接管の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
一般に、溶接管の加工性は溶接部割れとレーザー溶接の熱影響との関係については明確でない。本発明者は溶接部幅と管加工性の関係を管の管軸方向と管周方向に一定の比率で応力を作用させることにより、管が変形し、ある歪状態で破断するまでの履歴を測定する方法を用いて、以下の知見を得るにいたった。
【０００８】
すなわち、溶接金属が凝固冷却されるまでに結晶粒が粗大化し軟化が起こり、溶接熱影響部で破断する。一般に用いられているＴＩＧ溶接などでは、入熱幅が大きく、溶接速度が遅いために、溶接熱影響幅が大きく、管に内圧をかけて、拡管すると、溶接部で破断し大きな拡管率、高い加工性が得られない。これらは、パイプの端で管径を拡大させる爪拡管やテーパー状の工具を押し込み拡管するコーン拡管などの加工やハイドロフォーミングなどの管の拡管成形加工で問題となる。
【０００９】
そこで、レーザ溶接などの入熱が少なく、溶接熱影響部の幅の狭い溶接方法では、溶接金属も冷却速度が大きくなるため、有利である。ただし、本発明のように管肉厚が小さい場合には、溶接部の照射幅を小さくすると溶接部板端精度による溶接安定性から溶接熱影響幅は小さくなるが、成形限界が大幅に低下することがわかった。図２にＣＯ2レーザーにより溶接した外径Ｄ＝６０．５mm、板厚ｔ＝１．０mmの薄肉管で、溶接ビード幅Ｗと肉厚ｔとの比ｔ／Ｗと、管端を拘束して内圧を負荷して破断するまでの外径Ｄと初期外径Ｄ0の比Ｄ／Ｄ0との関係を示す。
【００１０】
黒塗りは溶接部破断、白抜きは母材破断を示す。ｔ／Ｗが１／３より小さくなると溶接部破断となるが、板端部の形状差や入熱変動の影響により溶接状態が不安定となるためである。一方、ｔ／Ｗが６．５以上になると溶融部に未溶接が管軸方向において発生するため、溶接部破断となる。そこで、溶接部の溶接ビード幅（Ｗ）と板厚（ｔ）の比を６.５＞ｔ／Ｗ≧１／３と規定する。レーザー照射時の板とレーザービームとの関係を図３に示すが、安定溶接を行うためには、ＳＱロール（溶接ロール）手前では衝合部となる板端がほぼ接触する程度あるいは平行に近い状態になるような成形が必要である。溶接部ビード幅は熱影響部も含むものとする。また、溶接に用いるレーザーは炭酸ガスレーザーあるいはＹＡＧ、半導体でもよい。固体素子（ＬＤ）レーザは熱変換効率が高く製造コストを下げることが可能である。
【００１１】
【実施例】
管素材としては、引張強さ３９０MPa、板厚１．０mmの鋼板を多段のＳＱロール（溶接ロール）でほぼ円筒状に成形した後、本発明例として、衝合部にＣＯ2レーザーを照射して、溶接速度３．０ｍ／minでt／Ｗ＝１.０となるように外径６０．５mmの管を溶接した。比較例として、同一の素材、同一の寸法となるようにＴＩＧ溶接を行って、t／Ｗ＝１／６と溶接部の広い管を製造した。両方法ともにアルゴンシールドによる不活性ガス中で溶接を行った。
【００１２】
図４に本発明例と比較例のＴＩＧ溶接管の成形限界線図を示す。図４は種種の条件でハイドロフォーム加工を行った時の成形限界を表すものであり、縦軸に円周方向歪（対数歪）横軸に軸方向歪（対数歪）を示す。本発明例では、単軸応力下での変形を加えた場合にはほぼ管径比（拡管率）で２倍まで拡管でき、比較例にくらべ６０％以上高い加工率を達成できた。一方、比較例では、溶接部加工性ため、最大拡管率で１.４倍であった。
【００１３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明により、母材だけでなく管の溶接部の加工性に優れたチタン溶接管を得ることができ、溶接部加工性を向上させた薄肉管を提供するものとして、工業上有益な効果をもたらし得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例の溶接部の状態を示す模式図。
【図２】本発明の実施形態における溶接方法を示した図。
【図３】本発明の実施の形態にかかわるｔ／Ｗと拡管率Ｄ／Ｄ0の関係を示した図。
【図４】本発明と従来ＴＩＧ管との成形限界を比較した図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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