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爆発圧着

爆発圧着の原理と製品

これからの金属は爆着です。接合できない高級金属を火薬の力で接合できます。時代にマッチングした接合方法です。

爆発圧着とは?

爆発圧着(ばくはつあっちゃく:explosive welding)とは、 二種類の金属を爆発力によって高速で衝突させ、金属同士を結合させる加工法です。
俗に爆着(ばくちゃく)と呼ばれます。

火薬は点火されたあと、そのときに発生した大きな圧力が、原子レベルでお互いをくっつけます。
結合面は波状になるので、接触面が広くなり、非常に強い結合になります。

爆着のよい点は、何種類もの金属をくっつけることができることです。
これは、液化天然ガスを扱うプラントなどで使われている5層構造の金属の配管です。
爆発圧着は溶接などと違い、材料同士が冷間で接着されるため材料同士が熱で変化しないというメリットがあります。特に物性に大差のある金属間での圧着が可能です。

爆発圧着鋼板は爆薬が爆発する際の瞬間的な高エネルギーを利用して異種金属を冶金的に接合させる方法によって製造されています。
この爆発圧着法では、従来の溶接などで接合不可能な金属をきわめて強固に接合することが出来ます。例えばチタンと鉄や銅とアルミニウムの場合などに適しています。

研究開発的な試作も行えます。ステンレス、ニッケル、チタン、アルミニウムなど多層の圧着が可能です。
爆着後の圧延も可能です。 母材の上に合せ材を,間隔を持たせて重ね、合せ材の上に全面に粉末の爆薬をセットします。
爆薬を一端から起爆させると、爆発のエネルギーにより、合わせ材は母材面に高速駆動され、衝突面から液化されたメタルジェットが発生します。
メタルジェットは合せ材及び母材表面の酸化物等を除去していきます。
爆発圧着はその圧着界面が金属間化合物を呈することが特徴です。

爆発圧着の説明

爆発圧着鋼板は爆薬が爆発する際の瞬間的な高エネルギーを利用して異種金属を冷間で冶金的に接合させる方法によって製造されています。

この爆発圧着法では、鍛造材や熱処理合金等の「圧延圧着」「拡散接合」で接合不可能な金属をきわめて強固に接合することが出来ます。

肉盛・ロールクラッドその他の接合方法に比べて圧着強度が強大です。
小ロット、小サイズのご注文にもフレキシブルに対応でき、研究開発的な試作も低コストで機動的に行えます。
曲げ・絞り等の加工性が優れており、冷間ワンプレス加工も可能です。

各製品とも全数接合状態を検査します。 実用金属の多くが圧着可能です。
特に肉盛不可能なチタンやアルミが圧着でき、またタンタルやジルコニウムなども圧着できます。多層の圧着が可能です。
SF材やS-C材のような鍛造材への圧着も可能です。

爆発圧着は冷間加工のため、素材に熱による影響がないので、素材の物性を変えることがありません。
母材の厚さに制限はありません。

  • 1. セット母材の上に合せ材を間隔を持たせて重ね、合せ材の上に全面に粉末の爆薬をセットします。
  • 2. 起爆爆薬を一端から起爆させると、爆発のエネルギーにより、合わせ材は母材面に高速駆動され、衝突面から液化された金属(メタルジェット)が発生します。
    メタルジェットは合せ材及び母材表面の酸化物、窒化物、吸着ガス等を除去していきます。
  • 3. 圧着爆発圧着は瞬時(2500m/秒)に完了します。
    従って、爆発熱が金属材料に伝わる余裕がないため、純然たる冷間圧着といえます。
    又、爆発圧着はその圧着界面がさざ波状を呈することが特徴です。

爆発圧着でさざ波状になった圧着界面

爆発圧着品の設計・加工・非破壊検査・真空テスト

5層爆発圧着のクリオカッカップジョイント(通称:CCJ)破壊テストの実施

爆着の加工例

加工の組み合わせ材料

加工例1

銅とステンレスの爆着板を製作しました。
サイズは1,800mm*2,500Lの大きさです。爆着面の界面は波状波となって金属間化合物が出来ます。
これは、リニアモーターなどの超電導モーターなどに利用され、従来のモーターの小型化と消費電力の低減につながっています。 水素運搬船などへの適用など爆着はおおきな役目を果たしています。
これは神戸新聞(PDF)に掲載されました!!

加工例2

ステンレスとアルミニウムの2層爆着板を製作しました。
これは従来は接合できない材料といわれておりました。
接合界面及び、せん断強度試験後のSUS側についたアルミニウムです。
真空機器分野、自動車関連、冷凍庫関連などに使用可能です。

加工例3

銅板3とアルミニウム10mmの爆発圧着を行いました。
ブスバーの接続端子に使用されますが、爆着界面が強固に接合していて外れることはありません。
アルミニウムの精錬工場に使われます。

加工例4

チタン1.5mm、SS400 2.5mmの爆発圧着を行いました。
これはいままで、薄い板同士の爆着は割れが生じて行えないのが実情でした。
従来は厚い板同士で爆着し、その後、熱間圧延の方法をとりチタンと鉄を薄くしていましたが、
今回の薄板同士の爆着が成功したことにより、熱間圧延よりも剥離強度が大幅にアップいたしました。

加工例5

内部が銅合金、外部が炭素鋼の爆着を行いました。
今回は試作でしたので、爆薬量の問題、隙間量の問題など多くの課題が残りました。
建築機械のスライド軸受けに利用されると大幅な受注量が期待できます。

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