CN101910651A - 金属被接合部件的接合方法和接合结构 - Google Patents

金属被接合部件的接合方法和接合结构 Download PDF

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Abstract

通过粘接剂(6)，按照获得大于金属被接合部件(3)的母材强度的方式接合金属被接合部件(3)。金属制插入接头具有形成供金属被接合部件(3)的端部插入的插入孔(2a)的接收口部(4)。另外，从该开口端，到其里侧的接收口部(4)的外面为锥状面。接收口部(4)的最里方位置的插入孔中心线方向拉伸强度大于等于金属被接合部件(3)的中心线方向拉伸强度。以金属制插入接头中的插入孔(2a)的宽度为与金属被接合部件(3)的端部相比较，在0.2～0.6mm的范围内的尺寸，较大地形成上述插入孔(2a)的宽度。对金属被接合部件(3)的端部进行淬火或冷轧加工，将金属被接合部件(3)的端部压入上述插入孔(2a)的内部，并且在金属被接合部件(3)的端部和上述插入孔(2a)的内面之间，使粘接剂紧密地存在，与金属被接合部件(3)接合。

Description

金属被接合部件的接合方法和接合结构
技术领域
本发明涉及不通过焊接，而通过粘接剂强力地接合金属管(钢管、铁管、不锈钢管等)或钢板等的金属被接合部件的金属被接合部件的接合方法，以及在该方法的实施中所采用的金属制插入接头。
背景技术
作为非金属材料的被接合部件通过指定形状的接头与粘接剂而接合的类型，包括在专利文献1或专利文献2中公开的类型。
在专利文献1中，公开将硬质氯乙烯管的端部嵌插而粘接于由同一材料形成的管接头的接收口部的插入孔内，实现接合的技术。
在本技术中，按照下述方式形成，该方式为：接收口部的插入孔的内周面为从接收口部开口侧朝向其里侧直径逐渐减小的锥状面，另外，接收口部的外周部的外表面为锥状面，该锥状面从接收口里侧朝向开口侧直径逐渐减小。在本技术中，按照下述方式实施，该方式为：在将硬质氯乙烯管的端部接合于接收口部时，在硬质氯乙烯管的端部的外周面，与接收口部的插入孔的内周面上涂敷粘接剂之后，将硬质氯乙烯管的端部压入插入孔的内方。
按照该方案，由于硬质氯乙烯管、管接头为硬质氯乙烯材料，故在涂敷有粘接剂的表面上，形成0.1mm厚度程度的膨润层，在接收口部的插入孔内，压入硬质氯乙烯管的端部，由此，这些膨润层呈压实状而接触，获得必要的粘接强度。
另外，由于接收口部的外周面为从接收口部里侧朝向其开口侧直径逐渐减小的锥状面，故在硬质氯乙烯管和接收口部接合的状态下，在接收口部的插入孔的开口端面，避免这些接合结构的急剧的形状变化，由此，获得下述这样的两个作用。
即，其中一个作用指在该开口端面附近的硬质氯乙烯管部位，抑制因上述不连续形状而造成的应力集中，防止硬质氯乙烯管的上述开口端面附近部位的折损。
此外，另一个作用在于在硬质氯乙烯管的端部和接收口部的插入孔内涂敷粘接剂，将硬质氯乙烯管压入插入孔内时，粘接剂泄漏到作为接收口部的开口端面附近的硬质氯乙烯管的外周面上，但是，由于接收口部的开口端面处的形状变化小，故可完全地擦去而去除泄漏的粘接剂，由此，避免因泄漏的粘接剂的溶剂造成的硬质氯乙烯管所特有的弊病。
还有，在专利文献2中公开了将玻璃钢(GFRP-glass fiberreinforced plastics)管的端部嵌插而粘接于由同一材料形成的管接头的接收口部的插入孔内，进行接合的技术。
在该技术中，在管接头中，接收口部的插入孔的内周面形成朝向接收口部开口侧的里侧直径逐渐变小的锥状面，并且接收口部的外周部的外表面呈直状的均匀的截面形状，另一方面，玻璃钢管的端部的外周面呈朝向端面直径逐渐变小的锥状面。此外，在玻璃钢管的端部与接收口部接合时，按照下述方式实施，该方式为：在玻璃钢管的端部的外周面与接收口部的插入孔的内周面上涂敷粘接剂后，将玻璃钢管的端部压入接收口部的内方。
按照该方案，由于接收口部呈从其开口侧朝向里侧直径逐渐变小的锥状面，故在于玻璃钢管和接收口部接合的状态下，在接收口部的开口侧端面，避免急剧的形状变化的方面，与专利文献1相同，其结果是，预计在外力的作用时，在玻璃钢管的接收口部开口侧端面附近部位，难以产生急剧的形状变化造成的应力集中，避免接收口部开口侧端面附近部位的应力集中造成的玻璃钢管的折损。
学会中有下述报告，针对金属制粘接，象非专利文献1所示的那样，在过去对锥形轴接头进行了探讨，通过形成锥形而提高拉伸强度。
专利文献1：日本特开平9-217883号文献
专利文献2：日本特开平5-346187号文献
非专利文献1：金属製接着中空轴継手の强度に及ぼすカツプリング形状の影
Figure BPA00001165799400031
日本機械学会論文集(A編)52卷477号(昭61-5)PP1252-1256
发明内容
可在不熔接金属被接合部件的情况下，以该被接合部件的中心线方向的拉伸强度的同等以上的强度接合，这一点使管结构、一般结构物的构筑的方法在增宽范围的方面是有用的。
特别是，针对钢管的熔接，在对火进行处理的关系方面，必须要求确认完全灭火的状态。
另一方面，在上述专利文献1和专利文献2中公开的技术经由接头、粘接剂而接合硬质氯乙烯管或玻璃钢管，但是，具有作为金属管、金属杆的代表性的材料的钢材等与该硬质氯乙烯管或玻璃钢管等的材料相比较，比重大、强度的变形、粘性均不同的性质。另外，粘接剂的化学上的整合性差，不能同一而论。
另外，非专利文献1的报告中，与在先的专利文献1和专利文献2不同，是针对金属管的报告，该报告提到通过形成锥形，在接头接收口的端面部，难以产生形状变化造成的应力集中。但是，在本负荷试验中，针对作为拉力(180MPa)和扭转合力(180MPa)的合力的，小于普通的轧制钢材的拉伸强度400MPa的负荷，接头产生断裂。在该论文中，人们认为进行负荷试验时的接头的断裂的原因在于在接头的外侧的金属管侧产生塑性变形，在接头端部的粘接层和界面产生初期破损，破损加剧并断裂。这表明，象这样，仅仅为锥形，粘接强度无法超过金属管的强度。
另外，在非专利文献1中，提出了粘接层的厚度为0.05mm的报告，但是，在接头的接收口部的内周径和插入其内的金属管的外周径的差为0.1mm这样的场合，在将金属管插入接收口中时，由于在金属管和接收口之间涂敷的粘接剂消失，故该差值极难在粘接面整个区域范围内达到0.05mm。
关于金属管的连接，目前实现的是熔接，比如，在JIS规格中，规定对应于所连接的钢管而应使用的接头的厚度。具体来说，要求接头的壁厚在拉伸试验中，为与接头连接的钢管的母材一侧被切断的壁厚。另外，同样对于熔接的连接，必须要求切断钢管的母材的熔接强度，象图3所示的那样，确定相对接头200的侧面d，在金属管的外周上使支脚长度延伸。另外，接头的接收口的内周面和金属管外周仅仅为接触，未形成获得连接强度的指标。
如果适用要求切断这样的钢管的母材的强度的JIS规格，则在非专利文献1的粘接连接方法的场合，接头侧的粘接部产生破损，无法有助于钢管的连接的实际使用。
本发明的目的在于通过粘接剂，按照获得的拉伸强度大于等于该被接合部件的母材拉伸强度的方式，接合金属被接合部件。
为了实现上述目的，本发明的金属被接合部件的接合方法是这样的，形成金属制插入接头，其形成接收口部，在该接收口部中，形成有插入金属部件的端部并通过粘接剂粘接的插入孔，而且形成锥状面，该锥状面从上述接收口部开口端到其里侧的接收口部外面从接收口部开口端朝向接收口部里侧逐渐增加，并且接收口部最里位置的插入孔中心线方向拉伸强度大于等于上述被接合部件的中心线方向拉伸强度，另一方面，以上述被接合部件的端部和上述插入孔的缝隙为在0.2～0.6mm的范围内的尺寸而较大地形成上述插入孔，对上述金属被接合部件的端部进行淬火，或冷轧加工，处于将上述被接合部件的端部压入到上述插入孔内，并且在上述被接合部件的端部和上述插入孔之间，密集地存在粘接剂的状态。
本发明的金属被接合部件的接合方法的另一方面在于在金属被接合部件和上述插入孔的内面之间，球部件呈单层状并且呈散点状定位。
又，本发明的金属管和接头的接合结构的特征在于在接头的接收口部中，插入上述金属管的插入孔的内周面为直状圆筒面，该直状圆筒面和与该内周面相对应的上述接收口部基本同心，并且为从上述接收口部开口端到其里侧的接收口部外周面形成从接收口部里侧朝向接收口部开口端逐渐缩径的锥状面，而且接收口部最里位置的接头主体的插入孔中心线方向拉伸强度大于等于上述被接合部件的中心线方向拉伸强度，另一方面，上述金属管的端部的外周面呈与上述直状圆筒面平行的形状，并且其外径和上述直状圆筒部的内径的关系为按照在0.2～0.6mm的范围内的尺寸而使上述直状圆筒面增大，上述金属管被接合部件的端部经过淬火或冷轧加工，在上述金属管的端部的外周面和上述插入孔的内周面之间粘接剂紧密地存在。
按照本发明，由于金属被接合部件的端部通过淬火或冷轧加工而固化，故阻止金属被接合部件的端部的变形，该变形在该端部和金属制插入接头的接合结构上作用金属被接合部件的中心线方向的拉力时的产生，则适当地进行锥效果的应力分散，粘接剂所具有的粘接力象说明那样而发挥。于是，如果将粘接面积设置在金属被接合部件的母材的强度以上，则在施加过大的拉力的场合，将母材切断。
附图说明
图1为表示金属制插入接头的剖视图；
图2为表示接合剂层的厚度和粘接剂层的粘接强度的关系的图；
图3为表示JIS规格的插入接头的剖视图；
图4为表示将金属管嵌插于金属制插入接头的接合结构的剖视图；
图5为粘接剂的注入方法的图；
图6为表示另一接合结构的剖视图；
图7为表示还一接合结构的剖视图；
图8为表示又一接合结构的剖视图；
图9为表示再一接合结构的剖视图；
图10为表示实验的结果的图；
图11为表示另一接合结构的剖视图；
图12为表示还一接合结构的剖视图；
图13为表示再一接合结构的剖视图。
标号的说明：
标号1表示接头主体；
标号2a表示插入孔；
标号3表示金属被接合部件(金属管、金属杆)；
标号3a表示端部；
标号4表示接收口部；
标号5表示球部件；
标号6表示粘接剂；
标号100表示金属制插入接头；
标号E表示形状基准点；
标号L1表示强度计算上粘接长度。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的实施例进行说明。
首先，对本实施例中使用的管用的金属制插入接头进行说明。
图1为表示金属制插入接头的剖视图。
在图1中，金属制插入接头1a为金属件，呈单体筒状，在其中心位置形成直状孔2。金属件多采用比如作为JIS规格的FC、SS、SF、SC等，但是并不限于此，显然可为适应于通过接头1a接合的金属管(金属被接合部件，金属管)3的材料的任意的部件也没有关系。
金属制插入接头1a以长度方向中间部位p1为最大直径，并且呈现以长度方向中间部位p1为边界的左右对称形状。直状孔2通过具有同样截面的直状圆筒面形成，在接头1a的长度方向上的左方向和右方向的各自的端部Q(左半部位，右半部位)具有开口。在端部Q，朝向其里侧的长度(接头主体1的一半长度)的范围嵌插有相应的金属管3的端部3a的插入孔2a。另外，以p1为边界，金属制插入接头1a的左右半部分别构成左右的接收口部4。各接收口部4的外周面的形状构成其直径从接收口部4里侧朝向接收口部4开口侧逐渐缩小的锥状面。
接收口部4的开口端部位的截面形状呈刀口状。但是，由于容易而确实地进行金属管3和金属制插入接头1a的接合处理，故也可象图1右侧所示的那样，通过与接收口部4的中心线CL相垂直的面切断，进行切除也可。在图1的右侧所示的例子中，接收口部4的开口端位置为相对左侧开口端数mm中间点p1靠近的位置Q点。在Q点位置，形成具有径方宽度的开口端面10。在距图中P1的E点之间的距离L1为后述的最低必要长度，距离L2为开口端面10和E点之间的距离。另外，在切断而切除的部位在E点的外侧。
下面按照下述的顺序，对本实施例的接合结构进行说明。
(A)......金属管的材料、直径的确定
(B)......接头主体的材料和壁厚
(C)......接头主体的形状和粘接面积
(D)......粘接剂的厚度
(E)......管的粘接部位的处理
(A)金属管的材料、直径的确定
首先，根据使用条件等，确定金属管3的材料、直径。由此，确定金属制插入接头1a的插入孔2a的内周面的直径。即，该插入孔2a为比嵌插的金属管3的端部3a的外径，大致大出0.2～0.6mm的范围内的任意的值的尺寸。
在这里，以0.2mm为下限边界的意义在于如果小于该值，则该插入孔2a和嵌插于其内的金属管3的端部3a的间隙小于0.1mm，将金属管3的端部3a插入插入孔2a的内部的作业困难，并且介设于插入孔2a的内周面和金属管3的端部3a之间的粘接剂层的层厚的均匀化处理困难，另外，以0.6mm为上限边界的意义在于如果大于该值，则该插入孔2a和嵌插于其内的金属管3的端部3a的间隙大于0.3mm，上述粘接剂层的粘接强度大大降低。
图2为表示接合剂层的厚度和粘接剂层的粘接强度的关系的图，横轴表示粘接剂层的厚度t，纵轴表示粘接剂层的断裂时的剪切应力(粘接剂层的断裂强度)τ。象该图2而理解的那样，粘接剂层的厚度t在大于约0.17mm的范围，与小于其值的范围相比较，断裂时的剪切应力τ的值伴随粘接剂层的厚度的增加侧的变化，按照较大的比例而降低。于是，为了有效地发现粘接剂层的强度，粘接剂层的厚度t可在约0.3mm以下。另外，严格地说，可在约0.17mm以下。
(B)接头主体的材料和壁厚
图3为表示过去存在的JIS规格(JIS B 2316-1986)的管用的插入接头200的剖视图。该插入接头200已用于各种管，针对每种口径，确定满足必要强度等的接收口部壁厚(JIS厚度)T等。
JIS规格(JIS B 2316-1986)针对材料为FC的金属制插入接头200的sch80和sch 160的场合而规定，在接合管壁厚小于sch80的管壁厚的金属管3时，以sch80的JIS接收口部壁厚T为基准，另外，接合其管壁厚大于sch80，而小于sch160的管壁厚的金属管3时，以sch160的JIS接收口部壁厚T为基准，金属制插入接头1a的接收口部最里方位置(p1点)的壁厚在JIS接收口部壁厚T以上。
(C)接头主体的形状和粘接面积
必须要求粘接剂层的粘接面的面积(粘接面积)通过将嵌插于插入孔2a中的金属管3的外周面的直径和粘接剂层的接收口部4的长度(中心线CL方向的长度)L1与圆周率π相乘的方式计算。长度L1为粘接剂层的接收口部4的中心线方向的最低必要长度(强度计算上的粘接长度)。该粘接面积为即使作用于作为金属被接合部件3的金属管的拉伸断裂荷载相同的值的力的情况下，在粘接剂层中仍不发生其断裂时的应力(粘接剂层的断裂时的剪切应力)以上的应力的尺寸。
现根据下述的计算式(1)而计算如果金属管的拉伸断裂荷载的值为F1，则上述最低必要长度L1的值。
L1＝F1/πrτ                   ......(1)式
在这里，τ表示粘接剂的接合强度(粘接剂层的断裂时的单位面积的剪切应力)，r表示金属管的外径。
象这样，确定最低必要长度L1，从作为左右的各接收口部4的最里位置的p1点，到按照最低必要长度(强度计算上的粘接长度)L1，离开接收口部4的开口侧的位置(E点)涂敷粘接剂。
接着，确定开口端位置。开口端位置设定在等于E点，离开p1的位置(Q点)。另外，构成接收口部4的外周面的锥状面1b呈包括将在接收口部最里位置(p1点)的壁厚T以上的外周面位置Z点，与Q点连接的直线SL1的形状。由此，确定作为接收口部4的外周面的锥状面1b。在这里，锥的角度适当在3～12度的范围内，角度越小，应力的形变越小。如果角度小，则接头的开口端壁厚薄，强度小，另一方面，如果角度大，则接收口部4的最里位置的壁厚增加，材料成本增加。于是，作为实际的制品，最好在5～7度的范围内。
从分散应力的方面来说，锥形状是优良的，但是，对于接收部的开口部的部分的应力形变，无论哪种锥角，均呈现大于其它的粘接部分的倾向，在施加与金属管的母材强度相匹敌的拉力时产生的开口部的应力形变应不超过粘接剂的粘接强度。另外，为了分散应力，在锥的部分的范围较长的场合良好，倾斜连续直至至少金属管的前端到达的接收口的里部的正上的位置。
在该金属制插入接头1a中，在各接收口部4处，从E点到相应的开口端Q的插入孔2a的内周面也按照通过粘接剂与金属管3的端部3a粘接的方式使用，有助于金属制插入接头1a的强度具有富裕。在此场合，也可形成下述结构，其中，从E点到相应的开口端Q的插入孔2a的内周面和金属管3的端部3a之间的任意部位嵌接环状的密封件，限制水分侵入插入孔2a和金属管3的端部3a之间的里侧的情况的结构。
(D)粘接剂的厚度和其均匀性
接着，在采用上述那样形成的金属制插入接头1a，将金属管3之间接合的场合，象下述这样进行。在这里，图4为表示将金属管嵌插于金属制插入接头1a的接合结构100的剖视图。
准备具有比金属管3的外径大出0.2～0.6mm的插入孔2a的金属制插入接头1a。
然后，象图4所示的那样，将金属管3的端部3a嵌插于金属制插入接头1a的接收口部4的插入孔2a的内部，并且在端部2a的外周面和插入孔2a的内周面之间，多个球部件5呈单层状，并且呈散点状而定位，而且粘接剂6密集地存在。
之后，在金属管3的端部3a的外周面和/或金属制接头的接收口部4的插入孔2a的内周面的全面上，涂敷粘接剂6(也可与先涂敷于球部件5上的粘接剂相同)，然后，使金属管3的端部3a处于插入到插入孔2a内的预定位置(最里部位置)的p1点的状态，持续该状态，直至粘接剂6在通过作为本身的粘接力而维持金属管3和接收口部4的相对位置的状态固化。
另外，在将金属管3的端部3a压入插入孔2a的内部时，在固化前将从插入孔2a的内部，通过其开口而溢出的粘接剂6擦去。
然后，进行等待，直至粘接剂6呈现预定的强度。
此时，作为粘接剂6，可采用单组分加热固化型的环氧树脂类结构用粘接剂(比如，住友スリ-エム社生产的商品“Scotch-WeldXA7416”等)。粘接面进行脱脂处理，如果涂敷等离子体，则增强粘接力。
球部件5可通过金属、陶瓷或玻璃等的适合的材料形成，比如，如果采用珠，则可容易得到任意直径的制品。但是，在采用陶瓷或玻璃的场合，由于具有因插入金属管3时的冲击而开裂的可能性，故必须谨慎地作业。球部件5的直径为粘接剂6层的预定最小厚度和预定最大厚度之间的值，比如，在粘接剂6为单组分加热固化型的环氧树脂类结构用粘接剂的场合，其一般的直径大概为0.1mm～0.25mm的范围内的值。
如果将这样的球部件5预先设定在粘接面上，由于可维持金属管3和插入孔2a的内周面之间的间隙，故在金属制插入接头1a的中间附近的外周面与内部的接合面之间，事先开设通孔，在插入金属管3后，将粘接剂压入通孔中，通过这样的方法，也可将粘接剂供给到接合面。比如，在图5中，在球部件5预先设置于粘接面的状态，通过块部件9将开口端面10密封。接着，从开设于金属制插入接头1a中的通孔8将接头的内部的空气排成真空。然后，从通孔8注入粘接剂6。
另外，也可不采用球部件5，而通过器具而精密地固定金属管3和金属制插入接头1a，在粘接面全周范围内，维持0.1～0.3mm的间隙。但是，在此场合，现场的作业困难，实际上，可仅仅通过研究所、工厂等的屋内机材而实施。也考虑在粘接剂中预先混入球部件5，而设置球部件5，但是，必须要求按照单层而设置球部件5的控制。
(E)管的粘接部位的处理
在粘接之前，对金属管3的端部3a进行固化处理。金属管3的端部3a在加热到奥氏体区域后，进行在适合的冷却剂中急速地冷却，作为马氏体组织而固化的所谓淬火处理。另外，此时，由于钢的表面层的碳素量增加，故也可在浸碳剂中进行过热处理后，进行淬火处理。其目的在于增加强度，使该端部3a难以变形。另外，作为固化的方法，也可采用再结晶温度以下，产生塑性变形的冷轧加工。在钢管中，必须要求JIS规格上的程度的延伸度，但是，通过上述处理，抑制金属管的端部3a的延伸度。进行固化处理的端部3a是指涂敷有粘接剂的范围，即L1，但是将进行固化处理的范围严格地仅仅限制在L1的范围这一点从技术上是不可能的。另外，反之，即使在稍稍大于L1的范围内进行固化处理的情况下，仍没有障碍，进行固化处理的范围至少在L1的范围，可大于它(比如，L1的1.5倍)。另外，在进行淬火处理时，仅仅必要部分可为可通过瞬间的加热和急冷，进行可淬火的高频淬火。
也可代替进行金属管3的端部3a周边的淬火，通过冷轧加工，使该端部3a周边固化。
另外，由于作为JIS规格品的碳素钢钢管(SGP、STPG、STS等)的外周面不必为纯圆，故在这些钢管用作应接合的金属管3的场合，在测定其端部3a，该端部3a不为纯圆的纯圆筒面时，作为使金属管3为圆形的方法，通过车削而进行切削。
(金属制插入接头的变形例1)
图6为表示变形例的接合结构101的剖视图。各接收口部4的最里位置p2不与作为金属制插入接头1b的中间部位的p1点一致，相对p1点，按照适当距离L3朝向接收口部4的开口侧变形。金属制插入接头1b的左右各侧的接收口部4的最里位置p2点和相应的一侧的E点之间的距离为与图1所示的场合相同的长度L 1。于是，在该变形例的接合结构101中，金属制插入接头1b的左半范围内的E点、右半范围内的E点之间的距离比图1的场合大距离L3的2倍的长度。
另外，在金属制插入接头1b的左半范围内的接收口部4的最里位置p2，与右半范围内的接收口部4的最里方位置p2的各自位置，形成半径面部7，形成于这些半径面部7、7之间的直状孔部2b小于插入孔2a的内周面的直径，并且在嵌插于插入孔2a中的金属管3的内孔的直径以上。
此外，从E点，到开口端面10的距离L2为L1的0.2倍的长度。从处理上的方便性来说，开口端面10中的从插入孔2a的内周面到外周面的径向长度RL1为数mm(比如，0.5～3mm)。另外，将开口端面10的外周面位置E2和Z点连接的直线SL1指定构成相应的接收口部4的外周面的锥状面。另外，在图中，与金属制插入接头1a相对应的部位采用同一标号。
按照该变形例，在金属管3的端部3a嵌插于与其相应的接收口部4的插入孔2a内部时，金属管3的端部3a的前端与其接收口部4的半径面部7碰撞，由此，仅仅通过将端部3a压入到限制其进一步的进入的位置，金属管3便处于正确地位于预定位置的状态，即使在没有通过测量工具而测定金属管3相对接收口部4的压入量等的情况下，仍可使金属管3和接收口部4定位于正确的相对位置。其它的方面按照与图1的场合相同的方式构成。另外，L3的尺寸在接头强度方面，是任意的，没有关系。
(金属制插入接头的变形例2)
图7表示变形例的接合结构102。用于该接合结构102的金属制插入接头1c中的不同的4个方向的各端部的相应端部构成接收口部4，其用于呈十字状而接合四根金属管3。另外，图8表示另一变形例的接合结构103。该接合结构103用于采用沿不同的三个方向分别具有接收口部4的金属制插入接头1d，呈Y状接合三根金属管3。另外，2个接收口部4也可按照采用其中心线以90度交叉的金属制插入接头，使两根金属管3呈L状接合的方式变形。
(金属制插入接头的变形例3)
图9为再一接合结构104的剖视图。
在图9中，与图1的场合相同，金属制插入接头1e的长度方向中间部位p1为左右两侧的接收口部4的最里位置。另外，金属制插入接头1e的p2点的壁厚T2的拉伸强度为等于大于金属管3的拉伸强度。比如，按照大于金属管3的壁厚的方式确定。开口端Q和E点一致，另外，左右的p1点之间处于壁厚T2的状态。
(实验例)
本发明人等采用图6所示的金属制插入接头1b，通过住友スリ-エム社生产的商品“Scotch-WeldXA7416”，接合两根金属管(SGP20A)3、3，形成端部3a的强度计算上的粘接长度L 1为38mm(L2＝0mm)的接合结构，进行张拉试验。按照与金属管的强度(400MPa)相同的强度的方式，根据粘接剂的单位面积的强度，计算粘接面积，获得强度计算上粘接长度L1(38mm)。锥的角度为7度。另外，在本实验中，不采用球部件5，按照间隙0.1mm间距的方式，通过器具而固定而粘接金属管和接头。
(1)金属管3的端部3a在不进行淬火或冷轧加工的状态，通过金属制插入接头1b而接合，施加中心线CL方向的拉力，使其增加。在拉力超过50kN后，嵌插于插入孔2a中的金属管3的端部3a延伸，直径缩小，插入孔2a的内周面和金属管3的端部3a的外周面的粘接剂的接合破坏，实现分离。
(2)对金属管3的端部3a周边(嵌插于插入孔内的端部3a长度的1.5倍的长度范围)进行淬火处理。在如果施加中心线CL方向的拉力，使其增加，则拉力达到85kN的阶段，金属制插入接头1b和金属管3的接合结构不断裂，金属管3的母材部位断裂。
(3)本发明人为了测定接合结构的接合强度，以其强度高于SGP20A的同径钢管(STPT410 SCH160)与在先实验相同的粘接面积(L1＝38mm)，调查粘接面断裂的张力。其结果是，在超过150kN时，本次，粘接面断裂。另外，针对粘接剂的厚度，也包括在先的实验，按照0.1mm而控制，进行粘接，但是，在本断裂试验后，针对粘接面，通过测微计测定其厚度，此时，厚度约为0.15mm。
作为该实验的结果，粘接剂的接合强度τ为采用金属管(STPT410，SCH160)3时的粘接面的断裂荷载的150kN除以作为粘接面积的3246mm2而得到的值46.2MPa。
对应接合的任意的金属管的强度计算上粘接长度L1通过下述方式计算，该方式为：该金属管的断裂强度F1除以通过实验计算的粘接剂的接合强度τ的46.2MPa和金属管3的内周(πr：r表示金属管的外径)。
淬火时的金属制插入接头1b的接合结构101可作为针对拉力的强度部件而没有妨碍地使用。作为对经淬火处理的金属管(SGP20A)进行85kN拉伸试验的结果，图10表示不通过接头而金属管侧断裂的样子。
(金属板的适用例)
同样对于金属板，通过附加拉力，会产生粘接部6的变形。图11表示接合金属板的接合结构105。象图中虚线S所示的那样，在金属板30的左右施加拉力，由此，产生使沿板厚变薄的方向变形的应力。
在接头的接收口部上下设置锥形状，使应力分散，但是，特别是在接收口4的端部处所观察到的形变大，力沿剥离粘接面的方向作用。
在本实施例中，与金属制插入接头1a相对应的部位采用同一标号。象图11所示的那样，在金属制插入接头1f中，各接收口部4的最里位置p2不与作为金属制插入接头1f的中间部位的p1点一致，相对p1点，朝向接收口部4的开口侧，仅仅以适当距离L3而发生位移。金属制插入接头1f的左右两侧的接收口部4的最里位置p2点和相对应一侧的E点之间的距离为与图1所示的场合相同的长度L1。
另外，在接头1f的左半范围内的接收口部4的最里位置p2，与右半范围内的接收口部4的最里位置p2之间，形成连接部70，上下的锥状面在p1点处连接。
同样在本实施例中，对金属板的端部进行淬火或冷轧加工，抑制粘接部的变形。其结果是，如果按照超过金属板的拉伸强度地确保粘接面积的方式确定L1，则在施加拉力时，造成金属板的母材断裂的结果，确保作为接头的性能。
插入金属板30的插入孔2a可具有面对的至少2个平面。对于金属板30的厚度和接收口部4的插入孔2a的宽度(面对的平面的间距，图11中的插入孔2a的上下的平面)之间的关系，增加0.2～0.6mm开口宽度，在此方面与其它的接合结构相同。
图12表示这样的接头的变形例。金属制插入接头1f也可应用于呈图12A所示的T字状而具有接收口的接头1g，呈图12B所示的那样的十字状而具有接收口的接头1h。在T字状或十字状的接头中，在连接锥的倾斜的部分F处，可通过曲面而连续地连接。其原因在于：如果形成具有角度的部分，则应力集中。
(变形的阻止的其它的方法)
作为在附加拉力时，难以使金属管变形的方法，给出了实施淬火(包含浸碳)，冷轧加工的方式，但是即使在象图13所示的那样，通过将金属制的圆柱部件11插入金属管内的情况下，仍可抑制变形。
即，金属管3通过拉伸力伸长，产生缩径，但是，由于在管内具有圆柱部件11，故可抵抗缩径。在图中，与上述实施方式相对应的部位采用同一标号。该接头1i、1j在两端处具有插入金属管3的内部的圆柱部件11，与从在先给出的金属管或金属板的外侧粘接的接头不同，不具有锥状的形状。圆柱部件11的根p2不与作为接头1i、1j的中间部位的点p1点一致，相对p1点，按照仅仅距离L3而发生位移。接头1i、1j的左右两侧的p2点和圆柱部前端E点之间的距离为与图1所示的场合相同的长度L1。
另外，在构成左右的圆柱部件11的底面位置的左右p2点之间，形成具有更大直径的凸缘部12，这些凸缘部12的直径大于金属管3的内孔的直径。
圆柱部件11的外径相对金属管3的内径小0.2～0.6mm，可将粘接的间隙控制在0.1～0.3mm的范围内。按照这样的接头，即使在对金属管3进行淬火、冷轧加工的情况下，仍可抑制拉伸造成的接合部分的变形，由此，可确保粘接面的强度。
圆柱部件11和凸缘部12可采用呈图13A所示的那样的中空状的类型，与图13B所示的那样的钢的实心的类型。
对于图1～图12中的相应的部位，采用同一标号，省略对其的说明。

Claims (9)

1.一种金属被接合部件的接合方法，其特征在于该方法按照下述方式实施，该方式为：形成金属制插入接头，其形成接收口部，在该接收口部中，形成有插入金属部件的端部并通过粘接剂粘接的插入孔，从上述接收口部开口端到其里侧的接收口部外面构成从接收口部开口端朝向接收口部里侧逐渐增加的锥状面，并且接收口部最里部位的插入孔中心线方向拉伸强度大于等于上述被接合部件的中心线方向拉伸强度，另一方面，以上述被接合部件的端部和上述插入孔的缝隙为在0.2～0.6mm的范围内的任意一定尺寸而较大地形成上述插入孔的宽度，对上述金属被接合部件的端部进行淬火或冷轧加工，处于将上述被接合部件的端部压入到上述插入孔内，并且在上述被接合部件的端部和上述插入孔的内面之间，密集地存在粘接剂的状态。
2.根据权利要求1所述的金属被接合部件的接合方法，其特征在于按照上述粘接剂的断裂时的单位面积的剪切应力，与在上述被接合部件的端部和上述插入孔的内面之间存在粘接剂的面积相乘而得到的值为在上述被接合部件的中心线方向拉伸强度以上的值的方式确定上述面积。
3.根据权利要求1所述的金属被接合部件的接合方法，其特征在于上述金属部件为金属管。
4.根据权利要求1所述的金属被接合部件的接合方法，其特征在于在上述金属被接合部件的端部的外面和上述插入孔的内面之间，将球部件呈单层状且呈散点状定位，该球部件的直径小于上述任意一定的尺寸的一半。
5.根据权利要求1所述的金属被接合部件的接合方法，其特征在于上述金属被接合部件的端部的外面或上述插入孔的内面上，多个球部件经由粘接剂呈单层状而粘接之后，在上述端部的外周面及/或上述插入孔的内面的基本整面上涂敷粘接剂，然后，上述被接合部件的端部压入而接合于上述接收口部的内部。
6.根据权利要求4或5所述的金属被接合部件的接合方法，其特征在于球部件通过金属、玻璃或陶瓷形成。
7.一种金属管的接合结构，其为金属管和接头的接合结构，其特征在于：
在接头的接收口部中，插入上述金属管的插入孔的内周面为直状圆筒面，该直状圆筒面和与该内周面相对应的上述接收口部基本同心，并且从上述接收口部开口端到其里侧的接收口部外周面，形成从接收口部里侧朝向接收口部开口端逐渐缩径的锥状面，而且接收口部最里位置的插入孔中心线方向拉伸强度大于等于上述被接合部件的中心线方向拉伸强度；
另一方面，上述金属管的端部的外周面呈与上述直状圆筒面平行的形状，并且其外径和上述直状圆筒部的内径的关系为按照在0.2～0.6mm的范围内的任意的一定尺寸而使上述直状圆筒面增大；
上述金属管的端部经过淬火或冷轧加工；
在上述金属管的端部的外周面和上述插入孔的内周面之间，粘接剂密集地存在。
8.根据权利要求6所述的金属管的接合结构，其特征在于在上述金属管的端部的外周面和上述插入孔的内周面之间，球部件呈单层状，并且呈散点状而定位，该球部件的直径小于上述任意的一定值的一半。
9.一种金属管的接合方法，其特征在于该方法按照下述方式实施，该方式为：形成金属接头，该金属接头具有外周面为直状圆筒面的圆柱部件和凸缘部，该凸缘部的外径大于与圆柱部件的底面连接的上述金属管的内径，金属管的端部的内周面呈与上述直状圆筒面平行的形状，并且其外径和上述直状圆筒面的内径的关系为在0.2～0.6mm的范围内的任意的一定尺寸而使上述直状圆筒面的内径减小，处于将上述圆柱部件压入到上述被接合部件的端部内，并且在上述被接合部件的端部的内周面和上述圆柱部件的外周面之间密集地存在粘接剂的状态。
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