鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法及焊接接口技術

在將Ni基超合金制的渦輪機葉輪（4）和鋼鐵材料制的轉子軸（2）在各自的邊界部處借助焊接而相互熔合而接合時，控制電子束（EB）的照射位置，令在形成渦輪機葉輪（4）的Ni基超合金和形成轉子軸（2）的鋼鐵材料的邊界部處相互熔合而形成的焊接金屬（6）的混合比為0.5～0.8。由此，能夠得到在焊接金屬（6）和Ni基超合金的邊界沒有裂紋的健全的焊接接口。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種借助焊接而相對于Ni基超合金接合作為異種金屬的低合金鋼等的鋼鐵材料時使用的鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法及由該焊接方法所制作的焊接接口。本申請基于2010年9月16日在日本提出申請的特愿2010-207977號主張優先權，在此援引其內容。
技術介紹
以往，例如在汽車的增壓器的領域中，對于葉輪采用鉻鎳鐵合金(注冊商標)713C，對于心軸采用低合金鋼，并將它們借助電子束焊接來接合。該焊接并不是另外使用焊接金屬的焊接，而是將作為葉輪的鉻鎳鐵合金713C和作為心軸的低合金鋼相互熔合的焊接。近年來，與考慮到環境而實現排氣的高溫化相對應，對于葉輪采用了熔點更高(耐熱性優良)的Mar-M (注冊商標)材料這樣的Ni基超合金(例如參照非專利文獻I)。非專利文獻1:日本燃氣輪機學會雜志Vol.33 N0.4 (2005) pp3_10 但是，在借助電子束焊接將上述的由耐熱性優良的Ni基超合金形成的葉輪和由低合金鋼形成的心軸接合時，有可能在將兩者熔合而成的金屬與Ni基超合金的邊界處產生因熔點顯著不同而導致的高溫裂紋(邊界裂紋)，解決該問題成為以往以來的課題。
技術實現思路
本專利技術著眼于上述的以往的課題而提出，其目的在于提供一種鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法及焊接接口，在借助焊接將作為異種金屬的鋼鐵材料與Mar-M材料這樣的Ni基超合金接合時，在將兩者熔合而成的金屬與Ni基超合金的邊界處能夠得到沒有裂紋的健全的焊接接口。本專利技術的第一專利技術是一種鋼鐵材料相對于Ni基超合金的的焊接方法，構成為，在將至少含有IN100、Mar-M246、Mar-M247的任意的Ni基超合金和作為與該Ni基超合金不同的異種金屬的低合金鋼等的鋼鐵材料在各自的邊界部處借助焊接而相互熔合接合時，令在上述Ni基超合金和上述鋼鐵材料的邊界部處相互熔合而成的焊接金屬的混合比為0.5 0.8。此外，使Ni基超合金和鋼鐵材料熔合而成的焊接金屬的混合比是指在該焊接金屬中Ni基超合金所占的比例，是重量比。S卩，混合比=Ni基超合金/ (Ni基超合金+鋼鐵材料)。在此，如果將焊接束的對準位置設定為Ni基超合金和鋼鐵材料的邊界，則當然，使Ni基超合金和鋼鐵材料熔合而成的焊接金屬的混合比大致為0.5。能夠根據焊接的各個條件而改變焊接束的對準位置或焊接深度從而控制該混合比。如上所述，若將Ni基超合金和鋼鐵材料熔合而成的焊接金屬的混合比控制在0.5左右，則能夠提高焊接接口的強度的Ni基超合金的種類很大程度地受到限定。此時，若將上述混合比控制在O. 6左右，則能夠提高焊接接口的強度的Ni基超合金的種類增加，所以是優選的，若將上述混合比控制在O. 7左右，則大半部分的Ni基超合金都能夠提高焊接接口的強度，所以是更加優選的。因此，在本專利技術的第二專利技術的鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法中，構成為，令在上述Ni基超合金和上述鋼鐵材料的邊界部處相互熔合而成的焊接金屬的混合比為O. 6 O. 8。并且，在本專利技術的第三專利技術的鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法中，構成為，令在上述Ni基超合金和上述鋼鐵材料的邊界部處相互熔合而成的焊接金屬的混合比為O. 7 O. 8。并且，在本專利技術的第四專利技術的鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法中，使上述Ni基超合金和上述鋼鐵材料在各自的邊界部處借助電子束焊接或激光焊接而相互熔合而接合。在這種情況下，在電子束焊接及激光焊接中的任意的焊接中，優選焊接束直徑為O.1 O. 8mm。另一方面，本專利技術的第五專利技術的焊接接口是借助上述任意一項的鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法而形成的。在本專利技術的鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法中，在Ni基超合金和鋼鐵材料的邊界部，通過例如改變焊接束的對準位置而能夠適當地控制將Ni基超合金和作為異種金屬的鋼鐵材料熔合而成的焊接金屬的成分。因此，能夠將該熔合而成的金屬的熔點和Ni基超合金的熔點的差抑制得小，其結果，在將作為異種金屬的鋼鐵材料相對于IN100這樣的添加元素多的Ni基超合金借助焊接而接合時，能夠得到沒有邊界裂紋的健全的焊接接口。專利技術效果 在本專利技術的鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法中，在借助焊接將作為異種金屬的鋼鐵材料相對于Ni基超合金接合時，能夠防止在將Ni基超合金和作為異種金屬的鋼鐵材料雙方熔合而成的焊接金屬與Ni基超合金的邊界處產生裂紋。其結果，能夠實現可得到沒有邊界裂紋的健全的焊接接口的非常優異的效果。附圖說明圖1是表示具有本專利技術的一實施例的焊接接口的渦輪增壓器的概略結構說明圖。圖2是表示圖1的渦輪增壓器的焊接接口的焊接前的狀態的局部放大剖面說明圖。圖3是表示圖1的渦輪增壓器的焊接接口的焊接后的狀態的局部放大剖面說明圖。圖4是表示本專利技術的鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法的效果的圖表。圖5是圖1的渦輪增壓器中的焊接接口的制作所使用的激光焊接裝置的概略結構說明圖。附圖標記說明 2轉子軸(鋼鐵材料) 4渦輪機葉輪(Ni基超合金) 5焊接接口 6焊接金屬。具體實施例方式以下根據附圖說明本專利技術。圖1表示本專利技術的焊接接口的一個實施例，在該實施例中，舉例說明了將本專利技術的焊接接口應用于渦輪增壓器的焊接部分的情況。如圖1所示，該渦輪增壓器I具備由作為鋼鐵材料的低合金鋼(例如CrMo鋼)形成的轉子軸2、及固定在該轉子軸2的一端部且由比低合金鋼耐熱性高的Ni基超合金(例如IN100)形成的渦輪機葉輪4。此外，在該渦輪增壓器I的轉子軸2的另一端部，具備未圖示的壓縮機葉輪。這樣的結構的渦輪增壓器I被搭載在車輛的內燃機中，設置為使得渦輪機葉輪4位于排氣通路、且壓縮機葉輪位于吸氣通路。通過這樣地進行設置，渦輪機葉輪4借助排氣流而旋轉，該渦輪機葉輪4的旋轉經由轉子軸2被傳遞至壓縮機葉輪，由此，壓縮機葉輪旋轉而對吸入空氣進行壓縮。在轉子軸2的渦輪機葉輪4側的端面中央，形成有圓形狀的凸部2a。另一方面，在渦輪機葉輪4的端面中央，形成有圓形狀的凹部4a。這些轉子軸2的凸部2a及渦輪機葉輪4的凹部4a相互嵌合而形成凹窩式接口，通過將該凹窩式接口的相互卡合的部分即轉子軸2及渦輪機葉輪4的各端面彼此借助焊接而接合，形成焊接接口 5，由此，形成渦輪增壓器I。該渦輪增壓器I的焊接接口 5如下地形成將一體化了的低合金鋼制的轉子軸2及Ni基超合金制的渦輪機葉輪4以令凸部2a和凹部4a相互嵌合而定心的狀態設置，然后令其繞轉子軸2的軸心旋轉，同時在上述卡合部分在全周范圍內照射電子束而進行焊接。接著，說明為了得到上述的渦輪增壓器I的焊接接口 5的焊接方法、即本專利技術的鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法。如圖2所示，在焊接前，包圍轉子軸2的凸部2a的環狀的端面和包圍渦輪機葉輪4的凹部4a的環狀的端面相互卡合，形成與轉子軸2的軸心垂直的邊界面F。然后，使一體化了的轉子軸2及渦輪機葉輪4繞轉子軸2的軸心旋轉，同時通過用未圖示的電子槍向上述卡合部分照射電子束EB，從而將卡合部分的全周焊接。該焊接結束時，如圖3所示，包含邊界面F地形成有轉子軸2及渦輪機葉輪4的熔融后的焊接金屬6。該焊接金屬6是轉子軸2及渦輪機葉輪4熔融而成的，即為將低合金鋼和Ni基超合金熔合而成的金屬。在上述焊接中，若將束照射位置(電子束的對準位置)Wl設定本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.09.16 JP 2010-2079771.一種鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法，在借助焊接將Ni基超合金和作為與該Ni基超合金不同的異種金屬的鋼鐵材料在各自的邊界部處相互熔合而接合時，令在上述Ni基超合金和上述鋼鐵材料的邊界部處相互熔合而成的焊接金屬的混合比為0.5 0.8。2.如權利要求1所述的鋼鐵材料相對于Ni基超合金的焊接方法，其特征在于， 令在上述Ni基超合金和上述鋼鐵材料的邊界部處相互...

【專利技術屬性】
技術研發人員：大巖直貴，渡邊康介，根崎孝二，
申請(專利權)人：株式會社IHI，
類型：
國別省市：