異質(zhì)材料接頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于將不同種金屬材料通過焊接進行接合的不同種金屬接頭材 料（以下，也簡稱"異質(zhì)材料接頭"）。
【背景技術(shù)】
[0002] 因為工業(yè)用設(shè)備?裝置中使用了各種各樣種類的金屬材料，所以存在多種不同種 金屬間的接合部。在將這些不同種金屬材料進行接合的情況下，如果是無法焊接的金屬材 料，則主要是使用法蘭來進行通過螺栓緊固而產(chǎn)生的機械接合，但是在法蘭緊固的情況下， 器械裝配時需要使用大量的螺栓，除了需要許多時間之外，加固等定期保養(yǎng)也需要時間。此 外，存有諸如在容易產(chǎn)生泄漏等性能方面上的可靠性低的問題。
[0003] 另一方面，如果是可焊接的不同種金屬，則因僅是進行焊接，所以可非常簡便且制 作成本低廉，但是因為是將特性不同的金屬進行焊接，所以焊接工的能力或焊接條件的設(shè) 定及管理困難，存在容易發(fā)生焊接不良等問題或因形成于焊接部的兩種金屬的合金而導致 性能降低等問題。 因此，在嚴苛的環(huán)境下使用的情況下或需要非常高接合特性的情況下，為了可以在同 種金屬間焊接，較多采用使用預(yù)先已經(jīng)使異種材料間冶金接合的不同種金屬接頭材料的方 法。
[0004] 作為制造由這些不同種金屬材料構(gòu)成的不同種金屬接頭材料的方法，有爆炸壓 接、HIP、硬釬焊等。接頭材料的兩端是形成同種焊接的材料，但同時為使兩端的金屬材料易 于接合或使性能提高，也可以是插入有其他材料的構(gòu)成。
[0005] 近年來，在世界各地增設(shè)了液化天然氣（LNG)或頁巖氣的液化?汽化工廠設(shè)備或 空氣分離裝置等，這些設(shè)備、裝置中，存在處于極低溫環(huán)境下的許多不同種金屬之間的接合 部。這些氣體相關(guān)設(shè)備需要即使處于極低溫環(huán)境下也具有高可靠性的接頭材料。這些氣體 相關(guān)設(shè)備，即使處于極低溫環(huán)境下，也要求高接合性能。接頭材料的接合界面的接合狀態(tài)不 好的情況，有可能會發(fā)生泄漏、接合界面的機械特性下降，而引發(fā)重大事故。
[0006] 此外，在輸送這些氣體的運輸船中，因為將氣體冷卻至極低溫液化，縮小體積進行 運輸，所以需要接合儲存被液化后的氣體的極低溫用容器和船體的接頭。特別是，Moss型 運輸船需要接合鋁制球罐和鋼制船體的接頭，該接頭材料的接合界面的接合狀態(tài)不好的情 況，有可能會發(fā)生剝離、接合界面的機械特性下降，而引發(fā)將近1，〇〇〇噸的球罐脫落等的重 大事故。
[0007] 以下專利文獻1中，公開了通過爆炸壓接制得的由2層或3層構(gòu)成的鋁和鋼的異 質(zhì)材料接頭，并記載了如下方法：其通過加大鋁和鋼的接合界面的波形（波的高度、長度）， 使焊接施工該異質(zhì)材料接頭時的、界面中相對于焊接熱的接合強度提高。然而，專利文獻1 中，雖然記載了界面中的相對于焊接熱的接合強度，但并未提及作為極低溫器械等的異質(zhì) 材料接頭，在裝置中使用的情況下的泄漏或接合界面的可靠性。
[0008] 以下專利文獻2中，記載了接合材料各自的接合面中進行凹凸加工，通過在使該 凹凸嚙合的狀態(tài)下使之接合，而使接合界面中相對焊接熱的接合強度提高的方法，但是并 未提及作為異質(zhì)材料接頭使用的情況下各接合界面的特性。
[0009] 以下專利文獻3中，通過在鋁或鋁合金和不銹鋼之間設(shè)置鈦、鎳層，而使極低溫下 的性能提尚，但并未提及各層的波尚、制造方法。
[0010] 以下專利文獻4中，記載了：作為鋁+鈦+鎳+鋼的多層包層材料制造方法，在爆 炸壓接含鈦層時，通過使用氬氣減少接合界面的合金的方法。專利文獻4中，出示了通過使 用氬氣，而沖擊值或硬度良好的情況，但并未記載除鈦以外的金屬材料組合的包層材料制 造方法、波高、特性。
[0011] 以下專利文獻5中，記載了使Ag或Ag合金層介于鋁合金和鋼之間的方法。專利 文獻5中，記載了由該包層材料制作異質(zhì)材料接頭，在焊接接合鋁合金和鋼的情況下未發(fā) 現(xiàn)復(fù)合焊接界面存在異常，但是并未具體地記載關(guān)于波高、滲透探傷等的爆炸壓接界面的 調(diào)査。
[0012] 以下專利文獻6中，記載了在鋁合金+Ag+不銹鋼中，將純鋁層介于鋁合金和Ag之 間的情況。專利文獻6中，通過插入純鋁和規(guī)定銀的厚度，相比于以往技術(shù)可以提高沖擊吸 收能，但是并未提及作為異質(zhì)材料接頭的泄漏難題和接合界面的波高。
[0013] 以下專利文獻7中，出于將碳素鋼或不銹鋼和鋁的管、棒以及板的焊接結(jié)合變得 容易的目的，選定鈦作為能耐焊接時的高溫環(huán)境的材料，提供了界面的氣密性優(yōu)異的接頭。 專利文獻7中，作為材料構(gòu)成，記載了如碳素鋼-不銹鋼-鈦-純鋁-耐腐蝕鋁的多層包層， 但以所記載的接頭能耐焊接時的高溫環(huán)境為目的，并未記載作為異質(zhì)材料接頭使用的情況 的極低溫下的泄漏量或決定泄漏量的接合界面的波高。
[0014] 以下專利文獻8中，在含鋁合金的異質(zhì)材料接頭中，考慮到焊接性，而規(guī)定了鋁合 金的成分。專利文獻8中，雖然記載了進行了MIG焊接處的滲透探傷試驗，焊接性良好，但 并未見關(guān)于通過爆炸壓接包層化后的各接合界面的可靠性的記載。
[0015] 以下專利文獻9中，公開了經(jīng)爆炸壓接接合的由鋼和銅-鎳合金、鈦、鋁、鋁合金構(gòu) 成的接頭。作為應(yīng)用例，設(shè)想為船舶用接頭。然而，專利文獻9中，主要記載了材料的構(gòu)成， 并未公開著眼于接合界面的性能評價結(jié)果。
[0016] 以下專利文獻10中，公開了通過爆炸壓接制造鋁合金、鈦、鋼的接合體的方法、鋁 合金和鋼的使用、以及界面呈現(xiàn)波狀，但缺少接合界面的波高和產(chǎn)生該性能的制造方法的 記載。
[0017] 以下專利文獻11中，記載了通過爆炸壓接將鋁+鈦+鎳+不銹鋼進行接合，作為 適用于LNG運輸船的不同種金屬接頭材料使用的情況，公開了該接頭的形狀和板厚。此外， 在實施例中公開了關(guān)于該接頭的機械性質(zhì)的要求性能和性能測定結(jié)果。然而，并未提及接 合界面的可靠性，也未見波高的測量或滲透探傷試驗的記載。 如上所述，任一上述文獻完全未提及能在嚴苛的環(huán)境下使用的不同種金屬接頭材料的 特征或制造方法，也沒有教導或啟示。 現(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻
[0018] 專利文獻1 :日本專利特許第3821966號公報 專利文獻2 :日本專利特開2000-135574號公報 專利文獻3 :日本專利特許第0980251號公報 專利文獻4 :日本專利特許第3323311號公報 專利文獻5 :日本專利特許第0881656號公報 專利文獻6 :日本專利特許第3431358號公報 專利文獻7 :日本專利特許第0752320號公報 專利文獻8 :日本專利特開2012-200744號公報 專利文獻9 :美國專利第5, 213, 904號說明書 專利文獻10 :英國專利第2210307號說明書 專利文獻11 :中國實用新型發(fā)明說明書（CN202878791(U))

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的問題
[0019] 本發(fā)明所要解決的問題是提供一種接頭材料及該接頭材料的制造方法，該接頭材 料是在一側(cè)最外端配置有鋁合金而在另一側(cè)最外端配置有不銹鋼或鋼的不同種金屬接頭 材料，其即使處于極低溫環(huán)境下也具有不泄漏且高接合特性。 解決問題的手段
[0020] 本發(fā)明人為解決上述問題深入研宄并反復(fù)實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)即使是在接頭材料中的 任一接合界面中，如果波高為Imm以下，優(yōu)選滲透探傷試驗中的缺陷顯示痕跡的長度的合 計值為Imm個以下，則可變成無泄漏且具有高接合特性的接頭材料，直至完成本發(fā)明。
[0021] 即，本發(fā)明如下所述。
[1] 一種異質(zhì)材料接頭，其為4層以上的多層包層材料構(gòu)成的異質(zhì)材料接頭：一側(cè)最 外端是鋁合金，另一側(cè)最外端是不銹鋼或鋼，該鋁合金和該不銹鋼或鋼之間的中間材料包 含選自由純錯、鎳、鎳合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金以及銀形成的組中的2種以上；其特征在 于，該各層間的各接合界面均是波高Imm以下的波狀的接合界面。
[0022] [2]根據(jù)[1]所述的異質(zhì)材料接頭，其中，其為4層以上的多層包層材料構(gòu)成的異 質(zhì)材料接頭：一側(cè)最外端是鋁合金，另一側(cè)最外端是不銹鋼或鋼，該鋁合金由純鋁包層化， 該純鋁和該不銹鋼或鋼之間的中間材料包含選自由鎳、鎳合金、鈦、鈦合金、銅、銅合金以及 銀形成的組中的1種以上；該各層間的各接合界面均是波高Imm以下的波狀的接合界面。
[0023] [3]根據(jù)[1]或[2]所述的異質(zhì)材料接頭，其中，上述各接合界面中，通過JISZ 2343-1-IICd-2滲透探傷試驗檢測定的顯示痕跡的長度均為Imm以下。
[0024] [4]根據(jù)上述[2]或[3]所述的異質(zhì)材料接頭，其中，上述異質(zhì)材料接頭為具有規(guī) 定周長的配管形狀；上述各接合界面中，通過上述