CN102131611A - 液相扩散接合管接头及其制造方法 - Google Patents

液相扩散接合管接头及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种液相扩散接合管接头及其制造方法，将金属管彼此或者金属管与接头管液相扩散接合而成，其特征在于，由金属接头和金属管构成；上述金属接头具有尖细倾斜部和接合面部；该尖细倾斜部相对于金属管的端部，通过管轴方向的推压在使该金属管的内径扩径的同时压入，而与该端部紧密卡合；该接合面部与该尖细倾斜部连续并通过液相扩散接合来接合金属管的端面；上述金属管为，在端部被扩径了的状态下与上述尖细倾斜部紧密卡合，且端面通过液相扩散接合与上述接合面部接合。

Description

液相扩散接合管接头及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种将金属管彼此或者金属管与接头管进行液相扩散接合而成的液相扩散接合管接头及其制造方法。在将接头管的一端与金属管进行液相扩散接合的情况下，还能够将接头管的另一端与金属管以外的部件例如壁等进行接合。
背景技术
液相扩散接合是如下的接合方法：将熔点低于被接合材料的嵌入材料、例如非晶态金属或非晶态合金隔设在接合面上，加热到比嵌入材料的液相线温度高且比被接合材料的熔点低的温度，使接合部熔融并等温凝固。非晶态金属或非晶态合金等嵌入材料，例如以箔、粉末、电镀等方式来使用。
该液相扩散接合应用于不锈钢、高镍基合金、耐热钢合金钢等通过现有焊接法难以进行焊接的钢种的接合。并且，通过液相扩散接合，能够同时对多处进行接合，并且在对接合部的截面积较大的部件进行接合时，所需时间不会大幅增加。因此，以削减施工成本为目的，一直以来对于能够进行基于焊接的接合的钢材也应用液相扩散接合。
在将液相扩散接合应用于金属管的接合时，一般在相对的金属管的端面上作为嵌入材料而隔设非晶态金属或非晶态合金的箔，并且在对金属管负载轴向推力的同时将接合面及其附近加热到液相线温度以上。
但是，在实际的作业时，尤其是在施工现场的接合中，有时所负载的表面压力变得不稳定，或者根据接合面的部位的不同而表面压力变低，不能得到充分的接合强度。
并且，当金属管的形状为椭圆或存在厚度不均时，有时实际的接合面比被接合管的截面积减小、接合强度降低。
对于这种问题，提出了如下的接头：经由耦合器、螺纹接头来大幅增加与进行了圆锥加工的金属管的接合面，由此提高强度(例如参照专利文献1)。此外，还提出了对金属管实施圆锥加工并通过液相扩散接合来接合该金属管彼此的接头(例如参照专利文献2、3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-85954号公报
专利文献2：日本特开2001-340974号公报
专利文献3：日本特开2001-330594号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在现有的接头中存在的问题为，当不高精度地进行金属管、耦合器、螺纹接头的车削加工时，接合强度降低。本发明的技术课题是，改善液相扩散接合管接头的接合强度，该液相扩散接合管接头通过液相扩散接合对金属管及金属部件的金属接头与一端或两端的外面进行了圆锥加工的接头管或者厚壁金属管进行接合。
用于解决课题的手段
本发明为，在设置了前端圆锥部及台阶部的金属部件、接头管或厚壁金属管上，以使金属管的端面的截面积成为管体的截面积以上的方式将金属管扩径而嵌合，使台阶部和金属管的端部之间夹设嵌入材料而抵接，进行加热而进行液相扩散接合，由此成功地提高了液相扩散接合管接头的接合强度。
本发明能够采用下面所示的形式。
(1)一种液相扩散接合管接头，其特征在于，由金属接头和金属管构成；上述金属接头具有尖细倾斜部和接合面部，该尖细倾斜部相对于金属管的端部，通过管轴方向的推压在使该金属管的内径扩径的同时压入，而与该端部紧密卡合，该接合面部与该尖细倾斜部连续并通过液相扩散接合来接合金属管的端面；上述金属管为，在端部被扩径了的状态下与上述尖细倾斜部紧密卡合，且端面通过液相扩散接合与上述接合面部接合。
(2)上述(1)的液相扩散接合管接头，其特征在于，在上述被扩径了的状态下，与上述尖细倾斜部紧密卡合的金属管的端部的厚度为金属管主体的厚度以上。
(3)上述(1)或(2)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述金属接头形成在金属结构体上。
(4)上述(3)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述金属结构体在内部具备管路，并且上述金属接头具备使该管路与金属管连通的管路。
(5)上述(1)或(2)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述金属接头形成在与金属管接合的另外的金属管的端部。
(6)上述(1)或(2)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述金属接头是在中央具备接合面部，并与该接合面部连续而在两侧具备尖细倾斜部的金属接头管。
(7)上述(7)的液相扩散接合管接头，其特征在于，在设上述金属接头管的一个尖细倾斜部的倾斜角为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2，端部与倾斜角S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个面接合的金属管的截面积为A1，端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的另一个面接合的金属管的截面积为A2时，S1、S2、A1以及A2满足下述公式(1)：
0.8≤(S1×A1)/(S2×A2)≤1.2   ...(1)。
(8)上述(7)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述截面积A1的金属管的壁厚与上述截面积A2的金属管的厚度不同。
(9)上述(1)～(8)任一项的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述尖细倾斜部和接合面部所成的角度为70～110°。。
(10)一种制造上述(1)～(9)任一项的液相扩散接合管接头的方法，其特征在于，
(i)将具有尖细倾斜部和接合面部的金属接头的尖细倾斜部，通过管轴方向的推压相对于金属管的端部在使该金属管的内径扩径的同时压入，并且使被扩径了的金属管的端面与金属接头的接合面部隔着嵌入材料抵接；该尖细倾斜部相对于金属管的端部在使该金属管的内径扩径的同时压入而与该端部紧密卡合，该接合面部与该尖细倾斜部连续并通过液相扩散接合来接合金属管的端面；
(ii)通过管轴方向的推压在包括上述嵌入材料的抵接部上维持表面压力的同时，将该抵接部加热到嵌入材料熔融的温度，通过液相扩散接合将金属管的端面与上述接合面部进行接合。
(11)上述(10)的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，上述金属管是内径比上述尖细倾斜部的最小外径大、比最大外径小的金属管。
(12)上述(10)或(11)的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，作为上述金属接头，使用在中央具备接合面部、并与该接合面部连续在两侧具备尖细倾斜部的金属接头管，在通过液相扩散接合在该金属接头管的两侧接合金属管的情况下，在设上述金属接头管的一个尖细倾斜部的倾斜角为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2，端部与倾斜角S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个面接合的金属管的截面积为A1，端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的另一个面接合的金属管的截面积为A2时，S1、S2、A1以及A2满足下述公式(1)：
0.8≤(S1×A1)/(S2×A2)≤1.2  ...(1)。
(13)上述(12)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述截面积A1的金属管的厚度与上述截面积A2的金属管的厚度不同。
(14)上述(10)～(13)任一项的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，上述表面压力为5～20MPa。
此外，在本发明中，所谓金属接头是指用于接合金属管零件或部件，不限定于用于连接两个金属管的零件或部件。此外，所谓金属接头管是指金属接头中用于连接两个金属管的零件或部件。此外，所谓液相扩散接合管接头是指将上述金属接头或金属接头管与1个以上的金属管通过液相扩散接合进行了接合的零件以及部件。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种液相扩散接合管接头，通过控制加热时的表面压力，能够避免接合面上的断裂，并且能够在不使接合成本大幅上升的情况下，通过液相扩散接合来对金属材料、对一端或两端的外面进行了圆锥加工的金属部件与接头管或厚壁金属管进行结合，且接合强度优良。并且，根据本发明，还能够提供连接不同壁厚的金属管的液相扩散接合管接头以及连接不同外径的金属管的液相扩散接合管接头等。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的液相扩散接合管接头的一例的图。
图2是本发明第二实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是表示金属接头形成在金属结构体上的方式的图。
图3是本发明第三实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是表示金属接头形成在进行接合的一个金属管的端部上的方式的图。
图4是本发明第四实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是表示使用在两侧具有尖细倾斜部的金属接头管接合了两根金属管的方式的图。
图5是本发明第五实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是表示使用金属接头管接合了相同直径、不同厚度的金属管的方式的图。
图6是本发明第六实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是表示使用金属接头管接合了不同直径、不同厚度的金属管的方式的图。
图7是本发明第七实施方式的液相扩散接合管接头的例子，是表示使用金属接头管接合了不同直径、相同厚度的金属管的方式的图。
图8是表示本发明的金属接头的接合面部与尖细倾斜部所成的角度的图。(a)表示液相扩散接合管接头的一例，(b)表示接合部的角度。
图9是表示与金属接头的接合面部抵接的金属管的端部被较大地扩径的状态的图。
图10是表示与金属接头的接合面部抵接的金属管的端部压曲了的状态的图。
图11是表示本发明第一实施方式的液相扩散接合管接头的嵌合开始时的状态的图。
图12是表示本发明第二实施方式的液相扩散接合管接头的嵌合开始时的状态的图。
图13是表示本发明第三实施方式的液相扩散接合管接头的接合前的状态的图。
图14是表示本发明第三实施方式的液相扩散接合管接头的嵌合开始时的状态的图。
图15是表示本发明第三实施方式的液相扩散接合管接头的加热的方式的图。
图16是表示本发明第四实施方式的液相扩散接合管接头的接合前的状态的图。
图17是表示本发明第四实施方式的液相扩散接合管接头的嵌合开始时的状态的图。
图18是表示本发明第四实施方式的液相扩散接合管接头的加热的方式的图。
图19是表示向金属管轴向的位移与管轴方向的推压之间的关系、以及金属管的端面与金属接头的接合面部之间的表面压力的大小的图。
图20是通过与扩径率之间的关系来表示液相扩散接合管接头的拉伸试验时的最大负荷的图。
图21A是表示用于试验的液相扩散接合管接头的接合方式的图。
图21B是表示用于试验的液相扩散接合管接头的接合方式的图。
图21C是表示用于试验的液相扩散接合管接头的接合方式的图。
图22是在接头之间比较了液相扩散接合管接头的拉伸试验时的最大负荷的图。
图23是表示本发明第五实施方式的液相扩散接合管接头的接合前的状态的图。
图24是表示本发明第五实施方式的液相扩散接合管接头的接合后的状态的图。
图25是表示本发明第六实施方式的液相扩散接合管接头的接合前的状态的图。
图26是表示本发明第六实施方式的液相扩散接合管接头的接合后的状态的图。
图27是表示液相扩散接合管接头的压曲产生以及拉伸试验的结果与接合时的金属管的端面和金属接头的接合面部的表面压力之间的关系的图。
图28是表示作为本发明第一实施方式的液相扩散接合管接头的变形例的实施例2的液相扩散接合管接头的嵌合开始时的状态的图。
图29是表示作为本发明第一实施方式的液相扩散接合管接头的变形例的实施例2的液相扩散接合管接头的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在本说明书及附图中，对具有实质上相同功能的构成要素赋予相同符号并省略说明。
图1是本发明第一实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是对金属接头2压入了金属管3的液相扩散接合管接头1。金属接头2以及金属管3是将旋转对称轴4作为轴的旋转对称体(以下，在绘有旋转对称轴4的图中相同)。
金属接头2具有：环状的接合面部5，外面与金属管3的端面8抵接；和从该接合面部5向端面方向在缩径的同时延伸的尖细倾斜部6。图1所示的液相扩散接合管接头1中的液相扩散接合部(以下还称作接合部)，是接合面部5和金属管3的端面8之间的部分。
此外，在液相扩散接合管接头1中，接合部的附近由尖细倾斜部6的外面(以下称为倾斜面)7从内面支持。因此，在接合部的附近，在负载有拉伸应力时，在内径方向上进行收缩的变形通过来自内面的支持力来限制。结果，在液相扩散接合管接头1的接合部的附近，在轴向以及圆周方向上产生拉伸应力，与单轴应力状态相比较变得难以屈服。
另一方面，在金属接头2的外面没有尖细倾斜部6的情况下，成为在接合面部5与金属管3的端面8之间的接合部上作用与管体同样的接近单轴拉伸的应力的状态。在该情况下，在接合面的附近残留了成为接合状态的形状不规则，所以在管体的抗拉强度以下容易发生接头断裂。
并且，在液相扩散接合管接头1中，金属管3的端部的厚度为金属管3主体的厚度以上，对于接合强度的改善是优选的。即，优选被压入尖细倾斜部6的金属管3的管端的厚度比该金属管3的管体(未被扩径的部分)的厚度的平均值大。
这是因为，通过在被加热的状态下付与推压，由此金属管3的端部增厚，结果金属管3的端面8和接合面部5之间的接合面积增大，而接合强度提高。通过如以上那样的变形的限制效果和增厚效果，液相扩散接合管接头1即使在接合的状态下也具有金属管3的管体强度以上的接合强度。
图2表示本发明第二实施方式的将金属接头形成在金属结构体上的一例。在图2所示的例子中，在作为金属结构体的壁21的壁面22上形成有接合面部5、尖细倾斜部6以及具有倾斜面7的金属接头2。
在接合面部5上粘贴嵌入材料9，将金属管3扩径并压入尖细倾斜部6之后，通过加热将接合面部5和金属管3的端面8进行液相扩散接合。
此外，如图2所示，还能够在金属结构体21的内部形成管路23，并在金属接头2中形成连通该管路23和金属管3的管路24。在图2中，管路23相对于旋转对称轴4成为旋转对称，但是管路23不限定于此。
图3表示本发明第三实施方式的将金属接头形成在金属管的端部上的例子。在图3所示的例子中，在与金属管3a接合的金属管3b的端部上形成有金属接头2，该金属接头2具有接合面部5b以及尖细倾斜部6b。
液相扩散接合管接头1如下地得到：在接合面部5b上粘贴嵌入材料9，将金属管3a扩径并压入尖细倾斜部6b之后，通过加热将接合面部5b和金属管3a的端面8a进行液相扩散接合。
图4表示本发明第四实施方式的金属接头是在中央具备接合面部、在两侧具备尖细倾斜部的金属接头管的例子。
在图4所示的例中，金属接头是在中央具备接合面部5，并与接合面部5连续在两侧具备尖细倾斜部6的金属接头管2a。
并且，从金属接头管2a的两侧向尖细倾斜部6压入端部被扩径了的金属管3，金属管3的端面8隔着嵌入材料9与金属接头管2a的接合面部5抵接，并通过加热来将接合面部5与金属管3的端面8进行液相扩散接合，由此得到液相扩散接合管接头1。
在此，本发明的发明人，对为了得到金属管的接合所需要的表面压力的、金属接头管的倾斜部的倾斜角和金属管的截面积的适当条件进行了研究。结果得知，在设金属接头管的一个尖细倾斜部为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2，端部与倾斜角S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个接合的金属管的截面积为A1，端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个接合的金属管的截面积为A2时，如果S1、S2、A1以及A2满足下述公式(1)，则能够得到金属管的接合所需要的表面压力，能够防止金属管的压曲以及接合部的接合强度的降低。在此，所谓金属管的截面积是指金属管的截面中金属所占的面积，不包含中空部的面积。
0.8 ≤ S 1 × A 1 S 2 × A 2 ≤ 1.2 . . . ( 1 )
上述公式(1)的关系，在A1与A2不同时，即在对不同厚度的金属管进行结合的液相扩散管接头中也能够应用。
图5表示本发明第五实施方式的接合了相同直径、不同厚度的金属管的液相扩散接合管接头的一例。
图5表示将薄壁金属管3a和厚壁金属管3b从两侧压入到金属接头管2a的液相扩散接合管接头1。
如图5所示，在金属接头管2a的薄壁金属管3a侧的端部外面上，形成有朝向端部缩径的尖细倾斜部6a，在该尖细倾斜部6a的扩径的方向上形成有与薄壁金属管3a的端面8a抵接的接合面部5a。
此外，在金属接头管2a的厚壁金属管3b侧的端部外面上，形成有朝向端部缩径的尖细倾斜部6b，在该尖细倾斜部6b的扩径的方向上形成有与厚壁金属管3b的端面8b抵接的接合面部5b。
在将不同壁厚的金属管3a、3b经由金属接头管2a同时进行液相扩散接合时，在薄壁金属管3a及厚壁金属管3b上产生同等的管轴方向的推压。
在该情况下，薄壁金属管3a侧的压曲阻力较小，所以在适合于相同厚度的薄壁金属管3a彼此的接合的管轴方向的推压中，有时厚壁金属管3b未对接或者即使对接也得不到足够的表面压力。
另一方面，当施加对相同厚度的厚壁金属管3b彼此的接合足够的管轴方向的推压时，薄壁金属管3a压曲并得不到适合的接头。
但是，如果上述公式(1)的关系成立，即如果使薄壁金属管3a侧的尖细倾斜部6a的倾斜角比厚壁金属管3b侧的尖细倾斜部6b的倾斜角大，则伴随薄壁金属管3a的扩径的变形阻力变大，能够得到厚壁金属管3b的接合所需要的表面压力，能够在不使薄壁金属管3a压曲的情况下防止厚壁金属管3b侧的接合部的接合强度的降低。
此外，在薄壁金属管3a的端部，在被加热的状态下付与管轴方向的推压，壁厚增加，所以薄壁金属管3a的管端的厚度变得比该薄壁金属管3a的管体的厚度的平均值大。结果，薄壁金属管3a的端面8a与金属接头管2a的接合面部5a之间的接合面积增大，接合强度提高，即使在薄壁金属管3a与金属接头管2a之间的液相扩散接合部，也能够得到薄壁金属管3a的管体强度以上的接头强度。
在上述公式(1)的值超过上限值1.2的情况下，在厚壁金属管3b上产生压曲的倾向增强。并且，即使在不产生压曲的情况下，在拉伸试验中厚壁金属管3b的接合部也断裂。相对于此，在上述公式(1)的值小于下限值0.8的情况下，在薄壁金属管3a上产生压曲的傾向增强。并且，即使在不产生压曲的情况下，在拉伸试验中薄壁金属管3a的接合部也断裂。
图6表示本发明第六实施方式的接合不同直径、不同厚度的金属管的液相扩散接合管接头的一例。
图6表示将由大直径的薄壁金属管构成的小截面金属管3a和由小直径的厚壁金属管构成的大截面金属管3b从金属接头管2a的两侧压入的液相扩散接合管接头1。
通常，在这种情况下，小截面金属管3a的截面积A1也变得比大截面积金属管3b的截面积A2小。因此，与图5所示的对相同直径、不同厚度的金属管彼此进行接合的液相扩散接合管接头同样，为了防止小截面金属管3a的压曲以及大截面金属管3b侧的接合部的接合强度的降低，优选满足上述公式(1)。
此外，在图7所示的本发明第七实施方式的接合了不同直径、相同厚度的金属管的液相扩散接合管接头的情况下，满足上述公式(1)，在防止小直径的金属管的压曲以及大直径的金属管侧的接合部的接合强度的降低方面是优选的。
在本发明的液相扩散接合管接头中，尖细倾斜部与接合面部所成的角度优选为70～110°。图8(a)以及(b)表示尖细倾斜部6与接合面部5所成的角度θ为70～110°的液相扩散接合管接头1的一例。尖细倾斜部6与接合面部5所成的角度θ，是在液相扩散接合管接头1的管轴方向截面中，接合面部5的接合面与尖细倾斜部6的倾斜面7所成的角度。
如此，当将尖细倾斜部6与接合面部5所成的角度θ设定为70～110°时，在接合时能够在管轴方向上负载较大的按压。在θ大于110°的情况下，如图9所示，金属管3的端部被扩径为比接合面部5大。并且，在θ小于70°的情况下，如图10所示，金属管3的端部压曲。
接着，对本发明的液相扩散接合管接头的制造方法进行说明。
图1所示的液相扩散接合管接头1例如如下地制造：如图11所示，预先在接合面部5上粘贴嵌入材料9，通过管轴方向的推压将金属管3压入金属接头2，将接合部加热到比嵌入材料9的熔点高、比金属管2的熔点低的温度，使嵌入材料9熔融而进行液相扩散接合。
在将金属管3压入金属接头2时，金属管3的端部的内面沿着金属接头2的尖细倾斜部6的倾斜面7被扩径。另外，嵌入材料9也可以粘贴在金属管3的端面8上，但在金属管3的端部被扩径时，由于嵌入材料9有可能被剥离，所以优选粘贴在接合面部5上。
金属管3的内径优选具有比尖细倾斜部6的最小外径大、比最大外径小的内径。如果构成为，在将金属管3的端部压入金属接头2的尖细倾斜部6时，沿着倾斜面7扩径，则不需要在金属管3的端部的内面上通过车削加工来形成倾斜面。结果，能够防止由对金属管进行倾斜加工时的加工精度误差引起的接合强度的降低。
此外，即使压入尖细倾斜部6之前的金属管3的截面形状不是正圆、而例如是椭圆，金属管3的端部通过尖细倾斜部6而被扩径，所以椭圆形状也能够被矫正，而将接合面部5与金属管3的端面8可靠地对接。
在金属接头2形成于金属结构体21上的情况下也同样，如图12所示，预先在接合面部5上粘贴嵌入材料9，通过管轴方向的推压将金属管3压入金属接头2，将接合部加热到比嵌入材料9的熔点高、比金属管2的熔点低的温度，使嵌入材料9熔融而进行液相扩散接合，由此能够制造图2所示的液相扩散接合管接头1。
使用图13～图15对本发明的液相扩散接合管接头的制造方法的第二实施方式、即将金属管与在端部形成有金属接头的金属管进行接合的例子进行说明。
图13图示由薄壁金属管3a和厚壁金属管3b构成的液相接合管接头的制造方法。在厚壁金属管3b的接合侧的端部外面上设置接合面部5b和尖细倾斜部6b，在该厚壁金属管3b的尖细倾斜部6b上压入薄壁金属管3a。在此，薄壁金属管3a的内径比厚壁金属管3b的尖细圆锥部6b的最小外径大、比最大外径小。在图13中，嵌入材料9粘贴在接合面部5b上，但也可以粘贴在薄壁金属管3a的端部。
图14表示接合方法，薄壁金属管3a的端部的内面与厚壁金属管3b的倾斜部6b的倾斜面7b接触。当进一步负载管轴方向的推压时，薄壁金属管3a的端面8a沿着倾斜面7b被扩径，隔着嵌入材料9与厚壁金属管3b的接合面部5b抵接。
并且，如图15所示，例如通过感应加热器41将薄壁金属管3a的端面8a与接合面部5b之间的接合面加热到嵌入材料9的熔点以上，并在经过一定时间之后进行冷却。
接合部的冷却可以采用空气冷却、风扇冷却等强制空气冷却、水冷或喷雾冷却等控制冷却中的任意一种。为了确保冷却后的接头的强度，优选冷却速度较快，但是由于水冷或喷雾冷却需要控制冷却装置，所以优选强制空气冷却。
使用图16～图18说明本发明的液相扩散接合管接头的制造方法的第三实施方式。图16表示要从两侧向金属接头管2a压入金属管3的状态。金属接头管2a具有朝向端部缩径的尖细倾斜部6，在尖细倾斜部6(以下也称作倾斜部。)扩径的方向上，具有与金属管3的端面8抵接的接合面部5。
在图16所示的例子中，为了使用金属接头管2a来接合2根金属管3，在金属接头管2a的管轴方向两侧的外面上，分别设置有接合面部5以及从该接合面部5向端面方向延伸的尖细倾斜部6。在金属接头管2a的中央部的外面上突出形成有凸缘状的环状体，该环状体的两侧面成为从各个尖细倾斜部6突出的接合面部5。
即，接合面部5是在金属接头管2a的外周面上沿着圆周方向形成的环状的接合面部，具有朝向金属接头管2a的各端面方向的环状的接合面。该接合面部5的接合面成为从与金属接头管2a的管轴方向垂直的面向端面侧倾斜的面。例如，在图16等所示的截面图中，接合面部5的接合面与尖细倾斜部6的倾斜面7大致垂直。由此，被压入尖细倾斜部6的金属管3的端面8与接合面部5能够隔着嵌入材料9无间隙、良好地抵接。
此外，在图16中，预先在接合面部5上粘贴嵌入材料9，但是也可以将嵌入材料9粘贴在金属管3的端面8上。但是，当将嵌入材料9粘贴到金属管3的端面8上时，在金属管3的端部被扩径时，嵌入材料9有可能被剥离，所以优选粘贴在接合面部5上。
图17表示从图16所示的状态、通过管轴方向的推压将金属管3压入金属接头管2a的状态。在图17中，金属接头管2a的尖细倾斜部6的倾斜面7与金属管3的端部的内面接触。当进一步付与推压时，金属管3的端面8沿着倾斜面7被扩径，金属管3的端面8隔着嵌入材料9与金属接头管2a的接合面部5抵接。
并且，如图18所示，例如通过感应加热器41等加热机构，将接合面加热到比嵌入材料9的熔点高、比金属管3的熔点低的温度，以使嵌入材料9熔融，之后冷却接合部。接合部的冷却，也可以采用空气冷却、风扇冷却等强制空气冷却、水冷以及喷雾冷却等控制冷却中任意一种。为了确保冷却后的接头的强度，优选冷却速度较快的一种，但是水冷以及喷雾冷却需要控制冷却装置，所以优选强制空气冷却。
图19表示对金属管3付与管轴方向的推压而向金属接头管2a的尖细倾斜部6压入时的推压力与金属管3向管轴方向的位移之间的关系。管轴方向的位移的增加意味着金属管3的端面8朝向金属接头管2a的接合面部5移动。
如图19所示，当管轴方向的位移增加时，首先金属管3的端部的内面接触尖细倾斜部6的外面。之后，由于产生摩擦力，所以与向轴向的位移相对的管轴方向的推压力的增加变大，直线的倾斜变大。
当管轴方向的位移进一步增加时，金属管3的端面8隔着嵌入材料9与金属接头管2a的接合面部5抵接。当管轴方向的位移进一步增加时，在金属管3的端面8与金属接头管2a的接合面部5之间的抵接部上产生表面压力。
在接合面部5与金属管3的端面8抵接之后，当解除管轴方向的推压时，虽然接合面部5与金属管3的端面8之间的抵接部的表面压力降低若干，但是通过倾斜面7与金属管3的内面之间的摩擦来维持。
但是，根据加热条件的不同，有时难以维持接合面部5与金属管3的端面8之间的抵接部的表面压力。为了得到牢固的接合强度，在加热时优选进一步负载管轴方向的推压而维持表面压力。此外，在加热时限制管轴方向的位移、通过热应力来产生推压并维持表面压力，也是有效的。
用于使嵌入材料9熔融的接合面的加热，例如除了感应加热方式之外，还可以采用炉加热、电阻加热以及通电加热。
此外，在经由金属接头接合2根金属管的情况下，在设金属接头管的一个尖细倾斜部为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2，端部与倾斜角S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一方接合的金属管的截面积为A1，端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一方接合的金属管的截面积为A2时，使S1、S2、A1以及A2满足公式(1)的关系而制造液相扩散接合管接头，对于得到接合所需要的表面压力是优选的。
即使在2根金属管的厚度不同的情况下，同样，满足公式(1)的关系而制造液相扩散接合管接头，对于得到接合所需要的表面压力是优选的。
在此，关于金属管的端部的扩径以及增厚的效果，利用具体的例子来进行说明。
将由外径76.3mm、壁厚4mm、材质STKM13的钢管构成的金属管，从金属接头的两端以扩径率2.5～10％、截面积比1.05～1.19而压入到金属接头，制造液相扩散接合管接头，并提供到拉伸试验。将结果的最大强度(接头强度)与金属管的端部的扩径率之间的关系在图20中表示。图20中的比较例是不使钢管扩径以及增厚而进行了液相扩散接合的接头。
在本实施方式的液相扩散接合管接头中，从金属管的管体开始断裂，但是在比较例的未扩径以及增厚的接头中，都是从钢管的端面与接合面部之间的接合部断裂。
此外，能够确认如下情况：在本实施方式的接头中管体断裂时，与在比较例的接头中接合部断裂时相比，最大负荷较大、接头强度较高。
并且，作为其他具体例，使用外径76.3mm、壁厚4mm、材质STKM13A的钢管，制造图21A、图21B以及图21C所示的形状的液相扩散接合管接头(以下分别称为接头A、接头B、接头C)，并进行了拉伸试验。嵌入材料使用了以原子％含有Si：3.5％、B：3.0％的Ni系非晶态合金。
另外，对钢管的端面负载管轴方向的推压以使表面压力成为5、10MPa，在解除推压之后，加热到1200℃并保持10分钟，之后进行冷却。加热温度的1200℃是用于使接合部熔融的温度，即是比嵌入材料的液相线高、比作为被接合材料的金属管的熔点低的温度的一例。
接头A(本发明的实施方式)为，金属接头管的材质为SS400，金属接头管的尖细倾斜部的最大外径为82.3mm，最小外径为71.7mm，倾斜角(倾斜面与旋转对称轴之间的角度)为7°，尖细倾斜部的轴向的长度为30mm。
接头B(比较例)的材质以及外径的最大值与接头A相同，但是在金属接头管的两端未设置尖细倾斜部而成为圆筒状，使抵接部的金属接头管的外径与钢管的内径大致相同。
接头C(比较例)是不使用金属接头管，而在钢管彼此的对接部夹设嵌入材料的例之。
将接头A～C以5、10MPa的表面压力进行接合，在接头或管体断裂之前施加拉伸负荷，并测定最大负荷。将结果在图22中表示。任一个的接合强度都超过了标准屈服强度，但是在接头B和接头C中，未达到标准抗拉强度。此外，接头B和接头C均从接合界面断裂。相对于此，在本发明的实施方式的液相扩散接合管接头即接头A中，最大负荷超过标准强度，断裂从管体部产生。
如以上所示，能够证实如下情况：即使接合表面压力、温度履历相同，本发明的实施方式的液相扩散接合管接头也具有较高的接合强度。
本发明的实施方式的液相扩散接合管接头为，能够避免管端面上的不均匀的接合表面压力，在对接头负载了拉伸应力时，在屈服后接合面的附近难以收缩，而能够减轻应力集中，所以能够避免在接合界面的断裂。此外，作为实际作业上的优点，能够列举出，通过将金属管的内面例如钢管的内面沿着金属接头管的倾斜表面压入，由此能够容易进行调心。
在本发明中，在使金属管的端部扩径的同时压入金属接头很重要，在从金属接头管的两侧压入的金属管的壁厚不同的情况下，例如，如图23及图24所示的实施方式那样，即使在金属接头管2a的两侧分别具有不同形状的接合面部5a、5b和尖细倾斜部6a、6b，只要在压入时金属管3a、3b被扩管，则包含于本发明的技术范围之内。
并且，在从两侧压入的金属管的外径不同的情况下，例如，如图25及图26所示那样，即使接合面部5a、5b上的外径不同，只要在压入时金属管3a、3b被扩管，则包含于本发明的技术范围之内。
此外，如图23～图26所示，通过使金属接头管2a的接合面部5a、5b的高度与所接合的金属管3a、3b的壁厚大致相同，由此能够以在接合后金属管3a、3b的端部或接合面部5a、5b的任一个都不突出的方式，将两者良好地接合。
在本发明的液相扩散接合管接头的实施方式中，在通过液相扩散接合来接合金属接头的接合面部和金属管的端面时，优选使接合面部与端面之间的抵接部的表面压力为5～20MPa的范围。
如图19所示，表面压力如下地求出：用相对于在金属接头的接合面部和金属管的端面抵接时的管轴方向的推压、进一步负载了的管轴方向的推压的增加量，除以抵接部的面积。
图27表示液相扩散接合管接头的金属管，在加热时产生了管轴方向的推压导致的压曲的表面压力，对未产生压曲的液相扩散接合管接头负载了拉伸应力时在接合面断裂了的表面压力，以及在管体部断裂了的表面压力。
当使表面压力为22Mpa时，在接合温度达到1200℃之前，负荷开始降低，在管端部产生压曲。当使表面压力为5～20Mpa时，在拉伸试验中都从管体部开始断裂，在表面压力为4MPa以下时，拉伸试验的结果为从接合面开始断裂。根据该结果可知表面压力优选为5～20MPa的范围。
此外，抵接部的加热开始的定时不特别限定，可以在加热开始后在管轴方向上付与推压，也可以通过在使金属接头的接合面部与金属管的端面抵接之后开始加热，由此能够使接触面上的氧化为最小限。
并且，加热温度不特别限定，但是优选为1150～1250℃。
在本发明的各实施方式中，嵌入材料由非晶态金属或非晶态合金等形成，并优选非晶态金属、非晶态合金的箔。在本实施方式中，重要的是使非晶态金属或非晶态合金隔设在接合面上，并在维持表面压力的同时进行加热，除了箔以外还能够使用粉末、薄片、电镀等。嵌入材料的厚度不特别限定，但是在为箔的情况下优选为10～50μm，也可以重叠多张箔使用。
嵌入材料不特别限定，但是在金属接头以及金属管为钢管的情况下，优选Ni基或Fe基的非晶态合金。作为Ni基或Fe基的非晶态合金的例子，能够举出以原子％含有2～10％的Si、2～10％的B、2～10％的V、2～5％的P、2～5％的C的1种或2种以上，剩余部分由Ni或Fe构成，通过急冷凝固法制造的箔。
此外，嵌入材料即使仅夹设在抵接部，就能够得到接合强度足够良好的液相扩散接合管接头，但是也可以夹设在倾斜面和金属管的内面之间。在倾斜面和金属管的内面之间夹设嵌入材料的情况下，嵌入材料优选为电镀，以使其不会由于滑动而剥落。
以上，对本发明优选实施方式进行了说明，但上述实施方式为例示，本发明不限定解释为上述实施方式及以下所示的实施例。具有本发明所属技术领域的通常知识的人员当然能够在本发明的技术思想的范围内想到各种变更例、修正例，可知对于这些也当然属于本发明的技术范围内。
实施例1
对于图11所示的金属接头2的尖细倾斜部6，在使金属管3扩径的同时压入，使用嵌入材料9进行液相扩散接合，得到图1所示的液相扩散接合管接头1。
在金属接头2的接合面部5上，作为嵌入材料9而粘贴保持了Ni基非晶态金属(Si：3.5原子％，B：3.0原子％，剩余部分：Ni以及不可避免的杂质。以下称为Ni基1。在表中相同。)。
将金属管3压入尖细倾斜部时的扩径率设为2或5％。在将金属管3的端面8与相当于接合面部5的壁面抵接并付与5～20MPa的表面压力之后，通过感应加热将接合面附近加热到1100℃或1200℃，制造了液相扩散接合管接头1。
表1表示金属管3以及金属接头2的特性以及液相扩散接合管接头1的制造条件。
在将制造的液相扩散接合管接头中的试验体A1～A3进行拉伸试验时，均在金属管3的管体上发生了断裂。此外，在将试验体A4～A6进行弯曲试验时，均是金属管3的管体发生了压曲。
为了进行比较，不使金属管3扩径地压入到尖细倾斜部6，使用嵌入材料9而制造了液相扩散接合管接头1。结果由表1的试验体B1～B6表示。
表1中的试验体B1、B2以及B4是如下的例子：金属管3的端部被预先压入到尖细倾斜部6，但是使金属管3的端部的内径比金属接头2的尖细倾斜部6的外径稍大，以便金属管3的端部的内径在压入尖细倾斜部6时不会被扩径。
表1中的试验体B3、B5以及B6是如下的例子：不使金属管3扩径，使金属管3的端面8隔着嵌入材料9与相当于接合部面5的壁面直接抵接。之后，在固定管轴方向的位置并付与了5～20MPa的表面压力之后，通过感应加热将接合面附近加热到1100℃或1200℃。
试验体11在加热中金属管3产生压曲，不能够制造液相扩散接合管接头1。
在将试验体7～9进行拉伸试验时，任一个试验体均从接合面断裂。此外，在将试验体10、12进行弯曲试验时，两个试验体都从接合面开始断裂。
Figure BDA0000047975040000191
实施例2
如图28所示，在金属接头2上设置实心的尖细倾斜部6，将金属管3在扩径的同时压入该尖细倾斜部6，使用嵌入材料9进行液相扩散接合，得到图29所示的液相扩散接合管接头1。
在金属接头2的接合面部5上，作为嵌入材料9而粘贴保持了Ni基非晶态金属(Si：3.0原子％，B：3.0原子％，V：2.5原子％，剩余部分：Ni以及不可避免的杂质。以下称为Ni基2。在表中相同。)。
将金属管3压入尖细倾斜部时的扩径率设为2.5或5％。在将金属管3的端面8与相当于接合面部5的壁面抵接并付与了5～20MPa的表面压力之后，通过感应加热将接合面附近加热到1200℃，制造了液相扩散接合管接头1。
表2表示金属管3及金属接头2的特性以及液相扩散接合管接头1的制造条件。
对制造的液相扩散接合管接头中的试验体C1～C3的金属管3的管端部进行螺纹加工，安装用于拉伸试验的夹具，进行拉伸试验。结果，所有的试验体从螺纹部开始断裂。
为了进行比较，不使金属管3扩径地压入尖细倾斜部6，并使用嵌入材料9来制造液相扩散接合管接头1。将结果由表2的试验体D1～D3表示。
试验体D1是具有尖细倾斜部6、但即使压入金属管3、金属管3也不被扩径的例子，试验体D2以及D3是将金属管3的端面8隔着嵌入材料9与相当于接合部面5的壁面直接抵接的例子。
之后，在固定管轴方向的位置并付与了5～20MPa的表面压力之后，利用感应加热将接合面附近加热到1100℃或1200℃，制造了液相扩散接合管接头1。
对试验体D1～D3施加用于拉伸试验的螺纹加工，在进行了拉伸试验时，所有的试验体都从接合面开始断裂。
Figure BDA0000047975040000211
实施例3
如图12所示，使尖细倾斜部6内置于作为金属结构体的壁21，将金属管3在扩径的同时压入该尖细倾斜部6，使用嵌入材料9进行液相扩散接合，得到图2所示的液相扩散接合管接头1。
在金属接头2的接合面部5上，作为嵌入材料9而粘贴保持了Ni基1。将金属管3压入尖细倾斜部时的扩径率设为2％或5％。
在将金属管3的端面8与相当于接合面部5的壁面抵接并付与了15MPa或20MPa的表面压力之后，通过感应加热将接合面附近加热到1150℃或1200℃，制造了液相扩散接合管接头1。
表3表示金属管3、金属结构体11的特性以及液相扩散接合管接头1的制造条件。
对制造的液相扩散接合管接头中的试验体E1以及E2的金属管3的管端部进行螺纹加工，安装用于拉伸试验的夹具，并进行拉伸试验。结果，在每个试验体中都从螺纹部开始断裂。
为了进行比较，不使金属管3扩径地压入尖细倾斜部6，使用嵌入材料9而制造了液相扩散接合管接头1。结果由表3的试验体F1、F2表示。
试验体F1是具有尖细倾斜部6、但是即使压入金属管3、金属管3也不被扩径的例子。试验体F2是将金属管3的端面8隔着嵌入材料9与相当于接合部面5的壁面直接抵接的例子。
之后，在固定管轴方向的位置并付与了15MPa或20MPa的表面压力之后，通过感应加热将接合面附近加热到1150℃或1200℃，制造了液相扩散接合管接头1。
对试验体F1以及F2施加用于拉伸试验的螺纹加工，在进行拉伸试验时，在所有试验体中均从接合面开始断裂。
Figure BDA0000047975040000231
实施例4
使相同的2根金属管3的端部分别压入金属接头管2的两侧而使其扩径，制造了液相扩散接合管接头1。
表4及表6表示金属管3、金属接头管2的特性及液相扩散接合管接头1的制造条件。表4的试验体G1～G29及表6的试验体I1～I12是本发明的实施例，相当于图21A所示的接头A。
金属管3是外径76.3～318.5mm、材质为STKM13A、S45C、SCM4、SM490、SUS304中任一种的钢管。金属接头管2的尖细倾斜部6的圆锥形状为1/16～1/4，在金属接头管2的外面设置了具有与金属管3的壁厚相同或其以上的宽度的接合面部5。
将金属管3压入金属接头管2的尖细倾斜部6时的扩径率设为2～10％。在此，扩径率能够以下述公式(2)所示的最大扩径位置上的内径增量率来表示。此外，壁厚比是相对于平均壁厚的管端壁厚之比，意味着扩径产生的管端的壁厚的增量。
扩径率(％)＝{(扩径后的最大内径-初始内径)/初始内径}×100 ...(2)
扩径率以及壁厚比是在扩散接合后根据管外径和由超声波厚度计等测量的壁厚而算出。壁厚比根据扩散接合时的温度和对接合面付与表面压力时的管轴方向的推压而变化。
通过将金属管3压入金属接头管2的尖细倾斜部6，并付与管轴方向的推压而在扩径的同时压入，由此形成液相扩散接合管接头1。
在金属接头管2的接合面部5上，作为嵌入材料9而粘贴保持了Ni基1、Ni基2、Fe基非晶态金属(Si：2.5原子％，B：3.5原子％，剩余部分：Fe以及不可避免的杂质。以下称为Fe基。在表中相同。)中的任意一种。
之后，将金属管3的端面8与金属接头管2的接合面部5抵接，通过感应加热将接合面附近加热到1050℃～1300℃，制造了液相扩散接合管接头1。
在将制造的液相扩散接合管接头中的试验体G1～G29进行拉伸试验时，均在金属管3的管体上发生了断裂。此外，在将按表6所示的条件制造的试验体I1～I12进行4点弯曲试验时，所有的试验体均在金属管3的管体上发生了压曲。
作为比较例，制造了与图21B所示的接头B以及图21C所示的接头C相当的液相扩散接合管接头1。表5中的试验体H4～H9以及表6中的试验体J4～J6为接头B，表5中的试验体H10～H12为接头C。
这些接头不使金属管3扩径地将金属管3的端面8与金属接头管2的接合面部5或金属管3的端面8抵接。之后，固定轴向的位置，通过感应加热将接合面附近加热到1200℃或1250℃，制造了液相扩散接合管接头1。
此外，表5的试验体H1～H3、表6的试验体J1～J3为，作为比较例的其他方式，形状为接头A的形状，将金属管3的端部预先喇叭加工为与金属接头管2的尖细倾斜部大致相同形状，制造了接合后的液相扩散接合管接头1。
这些液相扩散接合管接头1为，使金属管3的端部的内径比金属接头管2的尖细倾斜部6的外径稍大，不使金属管3扩径地压入金属接头管2的尖细圆锥部6，使用嵌入材料9进行接合。
将作为比较例制造的液相扩散接合管接头1中的试验体H1～H12进行拉伸试验，将试验体J1～J6进行4点弯曲试验。在拉伸试验以及4点弯曲弯曲试验中，任意一个试验体均从接合面开始断裂。
通过以上的试验结果验证了如下情况：在本发明实施例的试验体G1～G29、I1～I12中，使金属管3的端部压入尖细倾斜部6而使其扩径，使金属管3的管端的壁厚比管体的平均壁厚增加，所以即使负载在拉伸负荷或弯曲负荷时，也能够使液相扩散接合部的接合强度成为金属管3的管体的强度以上。
相对于此，比较例的试验体H1～H12及J1～J6为，不使金属管3的端部扩径，而金属管3的管端的壁厚也几乎未增加，所以与本发明的实施例相比，液相扩散接合部的强度大幅降低。
Figure BDA0000047975040000271
Figure BDA0000047975040000281
实施例5
将壁厚或外径不同的薄壁金属管3a以及厚壁金属管3b不经由金属接头管地直接接合，制造了图3所示的液相扩散接合管接头1。表7表示薄壁金属管3a及厚壁金属管3b的特性以及液相扩散接合管接头1的制造条件。
在加热时的表面压力维持中，负载管轴方向的推压，在将薄壁金属管3b的端面8b与厚壁金属管3b的接合面部5抵接之后，限制轴向的变形，利用基于加热的热膨胀。
如表7所示，本发明实施例的试验体K1～K10是如下的例子：在厚壁金属管3b的端部设置尖细倾斜部6以及接合面部5，向该尖细倾斜部6压入薄壁金属管3a，而制造了液相扩散接合管接头1。通过厚壁金属管3b的尖细倾斜部6，薄壁金属管3a的端部被扩径，并且薄壁金属管3a的管端的壁厚比管体的平均壁厚增加。
将薄壁金属管3a的端面8a与厚壁金属管3b的接合面部5抵接，通过感应加热将接合面附近加热到1200～1250℃。将得到的液相扩散接合管接头1进行拉伸试验时，所有试验体K1～K10从薄壁金属管3a管体开始断裂。
作为比较例，将薄壁金属管3a的端面8a与在外面未形成尖细倾斜部的厚壁金属管3b的端面8b接合，使用嵌入材料9并通过感应加热将接合面附近加热到1200℃或1250℃，制造了在倾斜面7上薄壁金属管3a的端部未被扩径的液相扩散接合管接头1。将制造的液相扩散接合管接头1在表7中表示为试验体L1～L6。将该液相扩散接合管接头1的试验体L1～L6进行拉伸试验的结果，从薄壁金属管3a与厚壁金属管3b的接合面开始断裂。
通过以上的试验结果验证了如下情况：在本发明实施例的试验体K1～K10中，将薄壁金属管3a的端部压入厚壁金属管3b的尖细倾斜部6而使其扩径，使薄壁金属管3a的管端的壁厚比管体的平均壁厚增加，所以在负载拉伸负荷时，能够使液相扩散接合部的接合强度成为薄壁金属管3a的管体的强度以上。
比较例的试验体L1～L6为，不使薄壁金属管3a的端部扩径，薄壁金属管3a的管端的壁厚也几乎不增加，所以与实施例相比可以说液相扩散接合部的接头强度大幅降低。
Figure BDA0000047975040000301
实施例6
将2根相同的金属管3的端部分别压入改变了接合面部5与尖细倾斜部6所成的角度θ的金属接头管2的两侧而使其扩径，制造了图4所示的液相扩散接合管接头1。表8表示金属管、金属接头管的特性以及液相扩散接合管接头的制造条件。
表8中的试验体M1～M9是本发明的实施例，是将外径76.3mm或177.8mm、壁厚4mm或10.3mm、材质为SCM4或STKM13A的金属管3使用金属接头管2进行接合的例子。
在加热时的表面压力维持中，负载管轴方向的推压，在使金属管3的端面8与金属接头管2的接合面部5分别抵接之后，限制轴向的变形，并利用了基于加热的热膨胀。
在金属接头管2上通过加工设置各种尖细倾斜部6，并在接合面部5上粘贴了嵌入材料9。在此，接合面部5和尖细倾斜部6所成的角度θ设为70～110°。
金属管3使扩径率为5％而压入尖细倾斜部6，将金属管3的端面8与接合面部5抵接而固定管轴方向的位置，通过感应过热将接合面附近加热到1050～1250℃。壁厚比根据扩散接合时的温度和对接合面5付与表面压力时的管轴方向的推压而改变。
对于所得到的所有的液相扩散接合管接头1的试验体，测定壁厚比并进行拉伸试验。拉伸试验的结果，在所有的试验体M1～M9中，在金属管3的管体上发生了断裂。
作为比较例，将如下制造的液相扩散接合管接头1在表8中示为试验体N1～N7：使用接合面部5与先细倾斜部6所成的角度θ为60°、65°及115°的金属接头管2，将金属管3压入先细倾斜部6而进行扩径，使用嵌入材料9，通过感应加热将接合面附近加热到1050～1250℃。
在使用了θ为115°的金属接头管2的例子中，在施加液相扩散接合管接头1制造时的管轴方向的推压的阶段，金属管3的端部变形为图9所示那样的喇叭形的形状，不能够进行适当的液相扩散接合管接头1的成形。
在θ为65°以下的情况下，能够进行液相扩散接合管接头1的成形，但是在接合面部5上发生显著变形，将试验体进行拉伸试验的结果，从接合面开始断裂。
通过以上的试验结果验证了如下情况：在本发明实施例的试验体M1～M9中，由于接合面部5与尖细倾斜部6所成的角度θ被调整为适当范围内，所以在负载拉伸负荷时，能够使液相扩散接合部的接合强度成为金属管3的管体的强度以上。
在比较例的试验体N1～N7中，接合面部5与尖细倾斜部6所成的角度θ超出适当范围，所以在接合时在金属管3的管端以及金属接头管2的接合面部发生不适当的变形，因此与实施例相比液相扩散接合部的接合强度降低，或者不能够形成适当的液相扩散接合接头1。
Figure BDA0000047975040000331
实施例7
将外径及材质相同、但壁厚不同的薄壁金属管3a和厚壁金属管3b经由金属接头管2a接合，制造了图5所示的液相扩散接合接头1。表9表示薄壁金属管3a、厚壁金属管3b、金属接头管2a的特性以及液相扩散接合管接头1的制造条件。
在加热时的表面压力维持中，负载管轴方向的推压，在将薄壁金属管3a的端面8a、厚壁金属管3b的端面8b与金属接头管2a的接合面部5分别抵接之后，限制轴向的变形，利用基于加热的热膨胀。
薄壁金属管3a及厚壁金属管3b的管端通过尖细倾斜部6而被扩径，且薄壁金属管3a的管端的壁厚增厚。并且，本发明实施例的试验体O1～O10的任意的组合，关于金属接头管2a的尖细倾斜部6的倾斜角S1、S2以及薄壁金属管的截面积A1、厚壁金属管的截面积A2，都满足上述公式(1)。
将如上所述地得到的液相扩散接合管接头1的试验体O1～O10进行拉伸试验时，在所有的试验体中都从薄壁金属管的管体开始断裂。
作为比较例的试验体P1～P7是不满足上述公式(1)的例子。关于试验体P1～P3、P5，通过液相扩散接合管接头1制造时的管轴方向的推压，薄壁金属管3a或厚壁金属管3b的管端压曲。
关于试验体P4、P6、P7，虽然薄壁金属管3a或厚壁金属管3b的管端未压曲，但进行拉伸试验的结果，从薄壁金属管3a或厚壁金属管3b的接合面开始断裂。
通过以上的试验结果验证了如下情况：在本发明实施例的试验体O1～O10中，如果金属接头管2a的尖细倾斜部6的倾斜角S1、S2、薄壁金属管的截面积A1、厚壁金属管的截面积A2满足上述公式(1)的关系，则能够不使薄壁金属管3a以及厚壁金属管3b的管端压曲，且能够防止薄壁金属管3a以及厚壁金属管3b的接合部的接合强度降低。
比较例的试验体P1～P7不满足上述公式(1)的关系，而产生了薄壁金属管3a或厚壁金属管3b的管端的压曲，或者薄壁金属管3a或厚壁金属管3b的接合部的断裂。
实施例8
将由于壁厚或外径的一方或双方不同而截面积不同的小截面积金属管3a、大截面积金属管3b经由金属接头管2a接合，制造了图6所示的液相扩散接合管接头1。表10表示小截面积金属管3a、大截面积金属管3b、金属接头管2a的特性以及液相扩散接合管接头1的制造条件。
在加热时的表面压力维持中，负载管轴方向的推压，在将小截面积金属管3a的端面8a、大截面积金属管3b的端面8b与金属接头管2a的接合面部5分别抵接之后，限制轴向的变形，利用了基于加热的热膨胀。
小截面金属管3a及大截面金属管3b的管端通过金属接头管2的尖细倾斜部6而被扩径，并且小截面金属管3a的管端的壁厚增厚。并且，本发明的实施例的Q1～Q10的任意的组合，关于金属接头管的尖细倾斜部的倾斜角S1、S2、小截面积金属管的截面积A1、大截面积金属管的截面积A2，都满足上述公式(1)。
在将液相扩散接合管接头1的试验体Q1～Q10进行拉伸试验时，在所有的试验体中从小截面金属管3a的管体开始断裂。
比较例的试验体R1～R9是不满足上述公式(1)的例子。关于试验体R1、R5、R7及R8，由于液相扩散接合管接头1制造时的管轴方向的推压，小截面金属管3a或大截面金属管3b的管端压曲。
关于试验体R2～R4、R6及R9，虽然小截面金属管3a或大截面金属管3b的管端未压曲，但是进行拉伸试验的结果，从小截面金属管3a或大截面金属管3b的接合面开始断裂。
通过以上试验结果验证了如下情况：在本发明实施例的试验体Q1～Q10中，如果关于金属接头管2a的尖细倾斜部6的倾斜角S1、S2、小截面积金属管的截面积A1及大截面积金属管的截面积A2满足上述公式(1)，则能够不使小截面金属管3a以及大截面金属管3b的管端压曲，而能够防止小截面金属管3a以及大截面金属管3b与金属接头管2a之间的接合强度降低。
比较例的R1～R9不满足式(1)的关系，而产生小截面金属管3a或大截面金属管3b的管端的压曲，或者小截面金属管3a或大截面金属管3b的接合部的断裂。
Figure BDA0000047975040000371
工业实用性
根据本发明，提供一种液相扩散接合管接头，通过控制加热时的表面压力，能够避免接合面上的断裂，且不使接合成本大幅提高，而通过液相扩散接合将金属材、对一端或两端的外面进行了圆锥加工的金属部件、接头管或厚壁金属管进行接合，且接合强度优良。并且，根据本发明，还能够提供使不同壁厚的金属管对接的液相扩散接合管接头、以及使不同外径的金属管对接的液相扩散接合管接头等。
因此，本发明能够用于工业的可能性很高。
附图标记说明
1液相扩散接合管接头
2金属接头
2a金属接头管
3，3a、3b金属管
4旋转对称轴
5，5a、5b接合部面
6，6a，6b尖细倾斜部
7，7a，7b倾斜面
8，8a，8b端面
9嵌入材料
21壁(金属结构体)
22壁面
23金属结构体内部的管路
24连通金属结构体内部的管路和金属管的管路
41感应加热器
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种液相扩散接合管接头，其特征在于，
由金属接头和金属管构成；
上述金属接头具有尖细倾斜部和接合面部；该尖细倾斜部相对于金属管的端部，通过管轴方向的推压在使该金属管的内径扩径的同时压入，而与该端部紧密卡合；该接合面部与该尖细倾斜部连续并通过液相扩散接合来接合金属管的端面；
上述金属管为，在端部被扩径了的状态下与上述尖细倾斜部紧密卡合，且端面通过液相扩散接合与上述接合面部接合。
2.根据权利要求1所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
在上述被扩径了的状态下，与上述尖细倾斜部紧密卡合的金属管的端部的厚度为金属管主体的厚度以上。
3.根据权利要求1或2所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述金属接头形成在金属结构体上。
4.根据权利要求3所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述金属结构体在内部具备管路，并且上述金属接头具备使该管路与金属管连通的管路。
5.根据权利要求1或2所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述金属接头形成在与金属管接合的另外的金属管的端部。
6.根据权利要求1或2所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述金属接头是在中央具备接合面部，并与该接合面部连续而在两侧具备尖细倾斜部的金属接头管。
7.根据权利要求6所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
在设上述金属接头管的一个尖细倾斜部的倾斜角为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2，端部与倾斜角S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个面接合的金属管的截面积为A1，端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的另一个面接合的金属管的截面积为A2时，S1、S2、A1以及A2满足下述公式(1)：
0.8≤(S1×A1)/(S2×A2)≤1.2  ...(1)。
8.根据权利要求7所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述截面积A1的金属管的厚度与上述截面积A2的金属管的厚度不同。
9.根据权利要求1～8任一项所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述尖细倾斜部和接合面部所成的角度为70～110°。
10.一种制造权利要求1～9任一项所述的液相扩散接合管接头的方法，其特征在于，
(i)将具有尖细倾斜部和接合面部的金属接头的尖细倾斜部，通过管轴方向的推压相对于金属管的端部在使该金属管的内径扩径的同时压入，并且使被扩径了的金属管的端面与金属接头的接合面部隔着嵌入材料抵接；该尖细倾斜部相对于金属管的端部在使该金属管的内径扩径的同时压入而与该端部紧密卡合，该接合面部与该尖细倾斜部连续并通过液相扩散接合来接合金属管的端面；
(ii)通过管轴方向的推压在包括上述嵌入材料的抵接部上维持表面压力的同时，将该抵接部加热到嵌入材料熔融的温度，通过液相扩散接合将金属管的端面与上述接合面部进行接合。
11.根据权利要求10所述的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，
上述金属管是内径比上述尖细倾斜部的最小外径大、比最大外径小的金属管。
12.根据权利要求10或11所述的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，
作为上述金属接头，使用在中央具备接合面部、并与该接合面部连续在两侧具备尖细倾斜部的金属接头管，在通过液相扩散接合在该金属接头管的两侧接合金属管的情况下，在设上述金属接头管的一个尖细倾斜部的倾斜角为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2，端部与倾斜角S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个面接合的金属管的截面积为A1，端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的另一个面接合的金属管的截面积为A2时，S1、S2、A1以及A2满足下述公式(1)：
0.8≤(S1×A1)/(S2×A2)≤1.2  ...(1)。
13.根据权利要求12所述的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，
上述截面积A1的金属管的厚度与上述截面积A2的金属管的厚度不同。
14.根据权利要求10～13任一项所述的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，
上述表面压力为5～20MPa。

Claims (14)

1.一种液相扩散接合管接头，其特征在于，
由金属接头和金属管构成；
上述金属接头具有尖细倾斜部和接合面部；该尖细倾斜部相对于金属管的端部，通过管轴方向的推压在使该金属管的内径扩径的同时压入，而与该端部紧密卡合；该接合面部与该尖细倾斜部连续并通过液相扩散接合来接合金属管的端面；
上述金属管为，在端部被扩径了的状态下与上述尖细倾斜部紧密卡合，且端面通过液相扩散接合与上述接合面部接合。
2.根据权利要求1所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
在上述被扩径了的状态下，与上述尖细倾斜部紧密卡合的金属管的端部的厚度为金属管主体的厚度以上。
3.根据权利要求1或2所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述金属接头形成在金属结构体上。
4.根据权利要求3所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述金属结构体在内部具备管路，并且上述金属接头具备使该管路与金属管连通的管路。
5.根据权利要求1或2所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述金属接头形成在与金属管接合的另外的金属管的端部。
6.根据权利要求1或2所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述金属接头是在中央具备接合面部，并与该接合面部连续而在两侧具备尖细倾斜部的金属接头管。
7.根据权利要求7所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
在设上述金属接头管的一个尖细倾斜部的倾斜角为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2，端部与倾斜角S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个面接合的金属管的截面积为A1，端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的另一个面接合的金属管的截面积为A2时，S1、S2、A1以及A2满足下述公式(1)：
0.8≤(S1×A1)/(S2×A2)≤1.2  ...(1)。
8.根据权利要求7所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述截面积A1的金属管的厚度与上述截面积A2的金属管的厚度不同。
9.根据权利要求1～8任一项所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述尖细倾斜部和接合面部所成的角度为70～110°。
10.一种制造权利要求1～9任一项所述的液相扩散接合管接头的方法，其特征在于，
(i)将具有尖细倾斜部和接合面部的金属接头的尖细倾斜部，通过管轴方向的推压相对于金属管的端部在使该金属管的内径扩径的同时压入，并且使被扩径了的金属管的端面与金属接头的接合面部隔着嵌入材料抵接；该尖细倾斜部相对于金属管的端部在使该金属管的内径扩径的同时压入而与该端部紧密卡合，该接合面部与该尖细倾斜部连续并通过液相扩散接合来接合金属管的端面；
(ii)通过管轴方向的推压在包括上述嵌入材料的抵接部上维持表面压力的同时，将该抵接部加热到嵌入材料熔融的温度，通过液相扩散接合将金属管的端面与上述接合面部进行接合。
11.根据权利要求10所述的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，
上述金属管是内径比上述尖细倾斜部的最小外径大、比最大外径小的金属管。
12.根据权利要求10或11所述的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，
作为上述金属接头，使用在中央具备接合面部、并与该接合面部连续在两侧具备尖细倾斜部的金属接头管，在通过液相扩散接合在该金属接头管的两侧接合金属管的情况下，在设上述金属接头管的一个尖细倾斜部的倾斜角为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2，端部与倾斜角S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个面接合的金属管的截面积为A1，端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的另一个面接合的金属管的截面积为A2时，S1、S2、A1以及A2满足下述公式(1)：
0.8≤(S1×A1)/(S2×A2)≤1.2  ...(1)。
13.根据权利要求12所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，
上述截面积A1的金属管的厚度与上述截面积A2的金属管的厚度不同。
14.根据权利要求10～13任一项所述的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，
上述表面压力为5～20MPa。
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