JP3252149B2 - 高力アルミ合金材を有するクラッド材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ａｌ−Ｃｕ系（ＪＩ
Ｓ２０００系）アルミ合金等の高力アルミ合金材を他種
部材と組み合わせて爆着で接合してクラッド材を製造す
る方法に関し、爆着およびその後の歪取処理において高
力アルミ合金材に割れやクラックが生じるのを防止した
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より高力アルミ合金材と他種部材を
組み合わせたクラッド材が知られている。図２は、高力
アルミ合金材１０とステンレス材１２とを組み合わせた
クラッド材１４を示したものである。高力アルミ合金材
１０は例えばＡｌ−Ｃｕ系アルミ合金で作られ、例えば
Ａ２２１９が用いられている。ステンレス材１２は例え
ばＳＵＳ３０４で作られている。このクラッド材１４
は、ステンレス材１２を母材として、チタン材１６、純
アルミ材（例えばＡ１１００）、高力アルミ合金材１０
を順次爆着で接合して作られる。このようにして作られ
たクラッド材１４は、例えばステンレス配管とアルミ配
管とをつなぐ異材継手の材料として用いられる。

【０００３】図２のクラッド材１４を製造する従来の工
程を図３を参照して説明する。 (1) 母材としてステンレス材１２（ＳＵＳ３０４）を
用意する。 (2) 表面研磨等の前処理をする。 (3) 合せ材としチタン材１６を組合わせる。 (4) 爆着する。 (5) 表面研磨等の前処理をする。 (6) 合せ材として純アルミ材１８（Ａ１１００）を組
合わせる。 (7) 爆着する。 (8) 表面研磨等の前処理をする。 (9) 合せ材として高力アルミ合金材１０（Ａ２２１９
Ｔ８７）を組合わせる。 (10) 爆着する。 (11) プレスやレベルローラ等で歪取りをする。 (12) 製品が完成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】シンクロトロン等の粒
子加速器の真空チャンバーは一般にアルミチャンバーが
用いられているが，部分的にステンレスチャンバーを用
いることがある。この場合アルミチャンバーとステンレ
スチャンバーとを異材継手でつなぐ必要がある。この異
材継手を前記図２のクラッド材を用いてフランジ接合で
実現した例を図４（ａ）に示す。図４の真空チャンバー
２４は一方がステンレスチャンバー２０で構成され、他
方がアルミ合金チャンバー２２で構成されている。ステ
ンレスチャンバー２０の端部にはクラッド材によるフラ
ンジ２６が溶接２８で接合されている。フランジ２６は
前記図２のクラッド材１４を二点鎖線２６で示すように
削り出したものである。アルミ合金チャンバー２４の端
部には、高力アルミ合金材（例えばＡ２２１９）による
フランジ３０が溶接３２で接合されている。フランジ２
６，３０どうしをボルト・ナット３４で連結することに
より、異材のチャンバー２０，２２どうしがフランジ接
合される。

【０００５】粒子加速器等の真空チャンバーは内部を超
高真空に保つ必要があるため、フランジ接合部分をシー
ル性を高める構造にしている。図４（ａ）のシール部分
の拡大図を同図（ｂ）に示す。フランジ２６，３０の突
き合わせ面３５，３６の内周部分には空隙３８が形成さ
れ、エッジ４０，４２がリング状に形成されている。こ
の空隙３８にリング状のメタルガスケット５０を収容し
て、ボルト・ナット３４を所定の締め付けトルクで締め
付けることにより、エッジ４０，４２をメタルガスケッ
ト５０に所定量くい込ませて真空シールしている。

【０００６】図４（ｂ）のようにフランジ２６，３０の
エッジ４０，４２をメタルガスケット５０にくい込ませ
て真空シールする場合、エッジ４０，４２が柔かいとエ
ッジ４０，４２がつぶれてしまい、シール性が悪くな
る。そして、エッジ４０，４２がつぶれた場合再生する
（エッジ４０，４２を加工して再び尖らす）のは困難で
あり、場合によってはフランジ２６，３０全体を交換し
なければならない。そこで、このようなシール構造を用
いる場合、フランジ２６，３０の突き合わせ部分を高力
アルミ合金材のうちでも強度の高いＡ２２１９Ｔ８７等
で作る必要がある。この高力アルミ合金材Ａ２２１９Ｔ
８７はＡ２２１９を溶体化処理後、冷間加工を行なって
から人工時効硬化処理したもので、強度が高く、これを
フランジ２６，３０の突き合わせ部分に使えば、エッジ
４０，４２がつぶれることなくメタルガスケット５０に
くい込ませることができるので、良好な真空シールを行
なうことができる。

【０００７】ところが、Ａ２２１９Ｔ８７等の強度の高
い材料は反面衝撃に対する吸収エネルギーが小さいため
もろく、図２のグラッド材１４の高力アルミ合金材１０
をＡ２２１９Ｔ８７等で構成すると、図３の爆着の工程
（１０）や、プレス等による歪取の工程（１１）での衝
撃により高力アルミ合金材１０に割れやクラックを生じ
る問題があった。超高真空部材においては、微少な割れ
やクラックが原因でリークが起こり真空度が悪くなる可
能性があるので、割れやクラックは確実に排除しなけれ
ばならない。

【０００８】この発明は、前記従来の技術における問題
点を解決して、高強度の高力アルミ合金材を有するクラ
ッド材を割れやクラックを生じることなく製造すること
ができる高力アルミ合金材を有するクラッド材の製造方
法を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、溶体化処理
後、自然時効させた高力アルミ合金材を他種部材と組み
合わせて爆着で接合し、歪取処理後人工時効硬化処理し
て前記高力アルミ合金材の強度を高めることを特徴とす
るものである。

【００１０】

【作用】溶体化処理後、自然時効させた高力アルミ合金
材は、Ａ２２１９Ｔ８７等の溶体化処理後、人工時効硬
化処理した高力アルミ合金材に比べて強度は弱いが衝撃
に対する吸収エネルギが大きいので、爆着や歪取処理に
よる衝撃に強く、割れやクラックが生じるのを防止する
ことができる。また、爆着および歪取処理後に人工時効
硬化処理するようにしたので、高力アルミ合金材の強度
を高めることができる。これにより、強度の高い高力ア
ルミ合金材を有するクラッド材を割れやクラックを生じ
ることなく製造することができ、例えば、前記図４に示
す真空チャンバー２４の異材継手に使用した場合、エッ
ジ４０，４２をつぶすことなく、メタルガスケット５０
にくい込ませることができ、良好なシール性を得ること
ができる。

【００１１】

【実施例】この発明を用いて前記図２のクラッド材を製
造する方法の一実施例を図１に示す。図１の方法は次の
工程からなる。 (1) 母材としてステンレス材１２（ＳＵＳ３０４）を
用意する。 (2) 表面研磨等の前処理をする。 (3) 合せ材としチタン材１６を組合わせる。 (4) 爆着する。 (5) 表面研磨等の前処理をする。 (6) 合せ材として純アルミ材１８（Ａ１１００）を組
合わせる。 (7) 爆着する。 (8) 表面研磨等の前処理をする。 (9) 合せ材として高力アルミ合金材１０（Ａ２２１９
Ｔ４（またはＴ３））を組合わせる。Ａ２２１９Ｔ４は
溶体化処理後、自然時効させたもの（Ａ２２１９Ｔ３は
溶体化処理後、冷間加工し、自然時効させたもの）で、
Ａ２２１９Ｔ８７等に比べて衝撃に対する吸収エネルギ
が高い。 (10) 爆着する。 (11) プレスやレベルローラ等で歪取りをする。図５
は、Ａ２２１９Ｔ４とＡ２２１９Ｔ８７について吸収エ
ネルギを調べたもので、吸収エネルギ約３．５kgf・ｍ
を境にそれよりも小さい場合は割れやクラックを発生す
る。これによれば、Ａ２２１９Ｔ８７の吸収エネルギは
３．５kgf ・ｍより小さいので割れやクラックが発生す
るおそれがあるが、Ａ２２１９Ｔ４の吸収エネルギは
３．５kgf ・ｍより大きいので割れやクラックが発生す
るおそれはない。したがって、工程（１０），（１１）
の爆着や歪取処理で高力アルミ合金材１０に割れやクラ
ックが生じるのを防止することができる。 (12) 例えば温度１８５〜１９０℃で９時間加熱して人
工時効硬化処理を行なう。これにより、高力アルミ合金
材１０の強度が高められ、Ａ２２１９Ｔ６相当の強度が
得られる。 (13) 製品が完成する。 下表は、Ａ２２１９Ｔ８７、Ａ２２１９Ｔ４および人工
時効硬化処理後のＡ２２１９Ｔ４の特性を示したもので
ある。 A2219T87 A2219T4 人工時効硬化処理後のA2219T4 引張強さ( N/mm² ) 400 315 370 耐 力( N/mm² ) 350 195 250 このようにして、強度が高くかつ割れやクラックが生じ
ていない高力アルミ合金材１０を有する図２のクラッド
材１４を製造することができる。したがって、このクラ
ッド材１４で例えば図４のフランジ２６を作れば（フラ
ンジ３０はＡ２２１９Ｔ８７、Ａ２２１９Ｔ６等で作
る）、エッジ４０，４２をつぶすことなく、メタルガス
ケットにくい込ませて、良好なシール性を得ることがで
きる。

【００１２】

【変更例】前記実施例では、高力アルミ合金材とステン
レス材とを組合わせたクラッド材を作る場合について説
明したが、ステンレス材以外とのクラッド材を作る場合
にもこの発明を適用できる。例えば銅材とのクラッド材
を作る場合は、銅（無酸素銅等）を母材として純アルミ
材（例えばＡ１０５０）を爆着した上に高力アルミ合金
材（Ａ２２１９Ｔ４等）を爆着した後、人工時効硬化処
理して高力アルミ合金材の強度を高めることができる。

【００１３】また、この発明は異材継手以外の用途のク
ラッド材にも適用することができる。

【００１４】また、前記実施例では高力アルミ合金材と
してＡ２２１９を用いた場合について説明したが、他の
組成の高力アルミ合金材を用いる場合にもこの発明を適
用することができ、特にＡｌ−Ｃｕ系において効果は顕
著である。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、溶体化処理後、自
然時効させた高力アルミ合金材を用いて爆着および歪取
処理を行なうようにしたので、爆着や歪取処理による割
れやクラックが生じるのを防止することができる。ま
た、爆着および歪取処理後に人工時効硬化処理するの
で、高力アルミ合金材の強度を高めることができる。こ
れにより、強度の高い高力アルミ合金材を有するクラッ
ド材を割れやクラックを生じることなく製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す工程図である。

【図２】高力アルミ合金材を有するクラッド材の一例を
示す断面図である。

【図３】従来方法を示す工程図である。

【図４】図２のクラッド材を用いた真空チャンバーの継
手構造を示す断面図である。

【図５】Ａ２２１９Ｔ４とＡ２２１９Ｔ８７での吸収エ
ネルギの違いを示す線図である。

【符号の説明】

１０ 高力アルミ合金材 １２ ステンレス材（他種部材） １４ クラッド材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−90954（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−19454（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−24864（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−133952（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−89859（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−7545（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 20/00 - 20/233

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶体化処理後、自然時効させた高力アルミ
   合金材を他種部材と組み合わせて爆着で接合し、歪取処
   理後人工時効硬化処理して前記高力アルミ合金材の強度
   を高めることを特徴とする高力アルミ合金材を有するク
   ラッド材の製造方法。