CN107014548A - 压力传感器的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种制造压力传感器的方法，该压力传感器具备金属制的接头(10)和传感器模块用金属部件(20)，接头形成有供被测定流体流通的导入孔(11A)，传感器模块用金属部件具有设于接头(10)的筒状部(21)及膜片部(22)，且形成有被通过导入孔(11A)导入被测定流体的凹部(20A)，将接头(10)和传感器模块用金属部件(20)焊接，之后，对接头(10)和传感器模块用金属部件(20)进行加热处理。

Description

压力传感器的制造方法

技术领域

本发明涉及压力传感器的制造方法。

背景技术

已知具有安装于被安装部件的接头、以及设于接头的压力检测元件的压力传感器。

构成压力传感器的接头和压力检测元件通过焊接而相互接合(文献1：日本特许3556165号公报)。

压力检测元件是称为传感器模块的元件，在文献1中，使压力检测元件为金属制膜片一体于析出硬化类不锈钢制的筒状支撑台的上表面的构成，并将筒状支撑台和金属制的接头射束焊接。

一直以来，为了制造传感器模块，有时进行加热处理。

例如，存在使用既定的合金通过冷加工对金属制膜片的本体进行成形，并将该本体加热到400℃以上且利用化学蒸镀法形成绝缘膜的压力传感器(文献2：日本特许3084304号公报)。

而且，存在在析出硬化型不锈钢的未硬化状态下进行锻造加工等以对中间成形体进行成形，并对该中间成形体进行加热处理而形成的压力传感器用膜片(文献3：日本特许3688063号公报)。文献3的加热处理由用于释放在锻造加工等中产生的加工应变的再固溶化处理、和在再固溶化处理后的冷却后实施以用于消除加工应变的析出硬化处理构成。

在将进行了热处理的两个金属部件焊接的情况下，焊接部及其周围的热处理的效果被初始化，与其他母材部位相比强度、硬度低。因此，若大的压力施加于焊接的金属部件，则在强度、硬度低的焊接部及其周围产生裂纹、破坏。

在文献1的现有例中，由于将析出硬化类不锈钢制的筒状支撑台和金属制的接头射束焊接，故筒状支撑台和接头的焊接部为脆弱部。即使压力施加于焊接部，由于与使用的压力范围对应地选定材料、钻研焊接方法，故在通常的压力范围下是没有问题的。但是，最近，市场所要求的压力范围变得极高，若将文献1所示的压力传感器用在高耐压范围下，则存在焊接部及其周围裂开的风险。

在文献2中，仅公开了对金属制膜片的本体进行成形，并将该本体加热至400℃以上的构成，对本体和接头的接合没有公开。根据引用文献2，虽然能够设想将加热的金属制膜片的本体焊接于接头，但与文献1同样，在用在高耐压范围下的情况下，存在焊接部及其周围裂开的风险。

在文献3中，仅公开了对中间成形体进行由再固溶化处理和析出硬化处理构成的加热处理的构成，未公开将进行了该加热处理的压力传感器用膜片接合于接头的构成。根据引用文献3，虽然能够设想将加热处理的压力传感器用膜片焊接于接头，但与文献1同样，在用在高耐压范围下的情况下，存在焊接部及其周围裂开的风险。

发明内容

本发明的目的是提供即使施加较高的压力，也能够防止焊接部及其周围裂开的压力传感器的制造方法。

本发明的压力传感器的制造方法是制造如下压力传感器的方法，所述压力传感器具备金属制的接头和传感器模块用金属部件，所述接头安装于被安装部件且形成有供被测定流体流通的导入孔，所述传感器模块用金属部件具有设于所述接头的筒状部及在所述筒状部的一端部一体形成的膜片部，且形成有被通过所述导入孔导入被测定流体的凹部，其特征在于，将所述接头和所述传感器模块用金属部件焊接，之后，对所述接头和所述传感器模块用金属部件进行加热处理。

在本发明中，由于在将接头和传感器模块用金属部件焊接之后进行加热，故焊接部及其周围的强度提高。焊接部及其周围的硬度通过加热而变高，接近其他部位的硬度。因此，即使被导入传感器模块用金属部件的被测定流体的压力高，也能够防止从传感器模块用金属部件和接头的焊接部及其周围开裂的情况。

在本发明中，优选为在对所述接头和所述传感器模块用金属部件进行加热处理之后，对所述传感器模块用金属部件的膜片部粘贴具有应变计的检测部的构成。

在该构成中，在对传感器模块用金属部件进行加热处理之后，在膜片部粘贴具有应变计的检测部，因而能够避免应变计自身被加热所伴随的测定误差。

在本发明中，优选为所述加热处理为在将所述接头和所述传感器模块用金属部件焊接之后加热冷却以使其析出硬化的析出硬化处理的构成。

在该构成中，焊接后的加热处理只有析出硬化处理，因而制造工序得到简化。

在本发明中，优选为所述加热处理具备用于使因焊接而粗大化的组织均等化的再固溶化处理、以及在所述再固溶化处理之后加热冷却以析出硬化，从而提高焊接部及其周围的强度的析出硬化处理的构成。

在该构成中，通过连续进行再固溶化处理和析出硬化处理，焊接部及其周围的硬度变得与其他部位的硬度大致相同。

附图说明

图1是在本发明的一个实施方式中制造的压力传感器的侧视图。

图2A～2D是示出所述实施方式的制造方法的概要图。

图3A是示出在实验例中使用的试验片的正视图。

图3B是示出在实验例中使用的试验片的正视图。

图4是示出热处理后的尺寸变化的图表。

图5A是实验例1的显微镜照片的复制，是整体照片。

图5B是实验例1的显微镜照片的复制，是用图5A的B示出的位置的放大照片。

图5C是实验例1的显微镜照片的复制，是用图5A的C示出的位置的放大照片。

图5D是实验例1的显微镜照片的复制，是用图5A的D示出的位置的放大照片。

图6A是实验例2的显微镜照片的复制，是整体照片。

图6B是实验例2的显微镜照片的复制，是用图6A的B示出的位置的放大照片。

图6C是实验例2的显微镜照片的复制，是用图6A的C示出的位置的放大照片。

图6D是实验例2的显微镜照片的复制，是用图6A的D示出的位置的放大照片。

图7A是参考例1的显微镜照片的复制，是整体照片。

图7B是参考例1的显微镜照片的复制，是用图7A的B示出的位置的放大照片。

图7C是参考例1的显微镜照片的复制，是用图7A的C示出的位置的放大照片。

图7D是参考例1的显微镜照片的复制，是用图7A的D示出的位置的放大照片。

图8A是比较例的显微镜照片的复制，是整体照片。

图8B是比较例的显微镜照片的复制，是用图8A的B示出的位置的放大照片。

图8C是比较例的显微镜照片的复制，是用图8A的C示出的位置的放大照片。

图8D是比较例的显微镜照片的复制，是用图8A的D示出的位置的放大照片。

图9是示出实验例1中的焊接部附近的硬度分布的图表。

图10是示出实验例2中的焊接部附近的硬度分布的图表。

图11是示出参考例1中的焊接部附近的硬度分布的图表。

图12是示出比较例中的焊接部附近的硬度分布的图表。

具体实施方式

基于附图说明本发明的一个实施方式。

和图1所示的一样，压力传感器1具有：安装于未图示的被安装部件的接头10、设于接头10的传感器模块用金属部件20、以及设于传感器模块用金属部件20的检测部30。

接头10由SUS630、其他金属材料形成，是轴部11和设于轴部11的凸缘部12一体地形成的构造。

在轴部11的外周部形成有公螺纹部13。在轴部11，供被测定流体流通的导入孔11A沿轴方向形成。

传感器模块用金属部件20由SUS630、其他金属部件形成，具有设于接头10的筒状部21和在筒状部21的一端部一体形成的膜片部22。

在传感器模块用金属部件20形成有被通过导入孔11A导入被测定流体的凹部20A。

接头10和筒状部21经由焊接部40而相互接合。

在接头10的导入孔11A和传感器模块用金属部件20的凹部20A，在与焊接部40对应的位置设有焊接用管50。焊接用管50由SUS304、其他金属材料形成。

检测部30具有粘贴于膜片部22的平面的应变计31。应变计31对膜片部22的粘贴例如利用玻璃粘结剂。此在，在图1中，为了使应变计31的构成易懂，较厚地图示应变计31。

在图2A～2D中示出压力传感器1的制造方法。此外，虽然在图2中示出的接头10的导入孔11A形成有对焊接用管50进行保持的阶梯部，但如图1所示，也可以没有阶梯部。

图2A示出将接头10和传感器模块用金属部件20组装的状态。在图2A中，准备分别未被热处理的接头10及传感器模块用金属部件20、以及焊接用管50。在该状态下，焊接前的接头10及传感器模块用金属部件20被进行了在JIS等中规定的固溶化处理。

将焊接用管50的一端部插入接头10的导入孔11A，将焊接用管50的另一端部插入传感器模块用金属部件20的凹部20A，并将接头10和传感器模块用金属部件20抵接。此时，使焊接用管50的位置与接头10和传感器模块用金属部件20抵接的位置对应即可。

图2B示出将接头10和传感器模块用金属部件20焊接的状态。

从接头10和传感器模块用金属部件20的抵接部分的外周进行电子射束焊接。电子射束焊接沿着接头10和传感器模块用金属部件20的抵接部分的外周进行。在接头10和传感器模块用金属部件20之间通过电子射束焊接形成焊接部40。

图2C示出焊接的接头10和传感器模块用金属部件20被加热处理的状态。

在图2C中，示出具备加热器H的加热炉2，在加热炉2的内部，容纳有通过焊接部40而接合的接头10及传感器模块用金属部件20。

在加热炉2中，实施第一加热模式和第二加热模式，第一加热模式包括在将接头10和传感器模块用金属部件20焊接之后加热冷却以使其析出硬化的析出硬化处理，第二加热模式具有用于使因焊接而粗大化的组织均等化的再固溶化处理、以及在再固溶化处理之后加热冷却以使其析出硬化的析出硬化处理。

在第一加热模式中进行的析出硬化处理是在JIS中规定的H900的热处理。例如，在接头10及传感器模块用金属部件20由SUS630形成的情况下，在470℃以上490℃以下的条件下保持于加热炉2两个小时。

在第二加热模式中进行的析出硬化处理与在第一加热模式中进行的析出硬化处理相同。

在第二加热模式中进行的再固溶化处理是在JIS中规定的S的热处理，也称为溶体化处理。再固溶化处理是加热、保持为适当温度，以使金属材料的合金成分溶入固体中，以不产生析出物的方式骤冷的处理。例如，在接头10及传感器模块用金属部件20由SUS630形成的情况下，在1020℃以上1060℃以下的条件下加热、保持于加热炉2，并骤冷。

图2D示出将检测部30粘贴于传感器模块用金属部件20的状态。

在图2D中，在加热处理之后的传感器模块用金属部件20的膜片部22的平面，利用玻璃粘结剂粘结固定包括应变计31的检测部30。

实施例

接着，说明用于确认本实施方式效果的实施例。

[试验片]

在图3A、图3B中示出试验片。

在图3A中示出焊接型测试条3A。

焊接型测试条3A是在小径部4A的两侧一体地形成有大径部5A的部件。在小径部4A的轴方向中心埋入与焊接用管相当的部件6A，且沿着外周电子射束焊接。在焊接型测试条3A的大径部5A形成有螺纹部。

焊接型测试条3A的材料为SUS630。在焊接前，准备小径部的一半和大径部一体形成的两个条，并使这两个条的小径部彼此对顶并电子射束焊接。

在图3B中示出一体型测试条3B。

一体型测试条3B是用于与焊接型测试条3A的实验结果进行比较的部件，其外形形状、材料与焊接型测试条3A相同。一体型测试条3B在小径部4B的两侧一体地形成有大径部5B。

[实验1]

实验1是利用数字式游标卡尺求前述试验片的沿着轴方向的基准尺寸为72mm的情况下的热处理前后的轴方向上的尺寸变化的实验。

关于焊接型测试条3A，作为实验例1示出实施了第一加热模式的实验，作为实验例2示出实施了第二加热模式的实验，作为比较例示出进行了现有例的加热的实验。虽然在第二加热模式中热处理为两次，但作为参考例1示出了在第二加热模式中仅进行了再固溶化处理的实验。

关于一体型测试条3B，作为参考例2示出进行了“H900”的析出硬化的实验，作为参考例3示出进行了“H1025”的析出硬化的实验。参考例3的加热条件H1025是在540℃以上560℃以下加热SUS630的试验片的条件。

比较例是在焊接前进行了由H900示出的“H900”的析出硬化处理的例子。在求尺寸变化时，使构成焊接型测试条3A的两个条对顶。

在图4中，在实验例1、2、比较例及参考例1～3中，示出分别进行多次实验的情况下的热处理之后的尺寸变化的最大值(Max)、最小值(Min)及平均值(Ave)。

和图4所示的一样，实施例1与使用一体型测试条3B的参考2、3尺寸变化相同。相对于此，实验例2及参考例1由于进行了再固溶化处理，故热处理之后的变化尺寸与参考例2、3相比大。因此，在实施第二加热模式的情况下，需要考虑变化尺寸来设计压力传感器。

[实验2]

在实验2中，将实验例1、2、参考例1及比较例的样品分别准备各一个。样品是图3A所示的焊接型测试条3A。和图3A所示的一样，在距离焊接型测试条3A的小径部4A的对顶部分(焊接部L0)在轴方向上±7mm的位置L1处分别切断，并沿轴方向的位置L2切断包括切断的小径部4A之中对顶部分的样品。将切断的样品埋入未图示的树脂部件，并研磨样品。在实验2中，利用Marble试剂对样品进行表面处理，并利用金属显微镜进行观察。Marble试剂的比例为硫酸铜4g、盐酸20cc、水20cc。金属显微镜使用欧姆龙公司产的型号“VC3500”，名称“数字精密指示器(digital fine scope)”。

在图5A～图5D中示出实验例1的显微镜照片的复制，在图6A～图6D中示出实验例2的显微镜照片的复制，在图7A～图7D中示出参考例1的显微镜照片的复制，在图8A～图8D中示出比较例的显微镜照片的复制。

在图５A～5D中示出实验例1的显微镜照片的复制。在图5A中，焊接部示于中央，焊接部的周边示于左右。图5A中由箭头B示出的部分为焊接部的位置，其放大照片示于图5B。箭头C是从焊接部稍微远离且受到热影响的位置，其放大照片示于图5C。箭头D是从焊接部远离的位置且是不受焊接影响的位置，其放大照片示于图5D。

和图5A所示的一样，在由箭头B示出的焊接部、和由箭头C示出的热影响部，虽然淡，但分别残留有焊接线。

图5B所示的焊接部的金属组织和图5C所示的热影响部的金属组织虽与图5D所示的金属组织稍微不同，但可见到析出物。

在图6A～图6D示出实验例2的显微镜照片的复制。图6A中由箭头B示出的部分为焊接部的位置，其放大照片示于图6B。箭头C是从焊接部稍微远离且的热影响部的位置，其放大照片示于图6C。箭头D是不受焊接影响的位置，其放大照片示于图6D。

和图6A所示的一样，在由箭头B示出的焊接部、和由箭头C示出的热影响部，看不到焊接线。

图6B所示的焊接部的金属组织和图6C所示的热影响部的金属组织看起来和图6D所示的金属组织一样。这是因为认为，通过再固溶化处理，金属组织均匀地腐蚀，恢复至接近对SUS630进行了固溶化热处理的通常组织的组织。此外，和在实验1中说明的一样，在实验例2中，虽然尺寸变化大，但认为这是由组织的恢复引起的。

在图7A～图7D示出参考例1的显微镜照片的复制。在图7A中，焊接部示于中央，焊接部的周边示于左右。图7A中由箭头B示出的部分为焊接部的位置，其放大照片示于图7B。箭头C是从焊接部稍微远离且的热影响部的位置，其放大照片示于图7C。箭头D是从焊接部远离的位置且是不受焊接影响的位置，其放大照片示于图7D。

和图7A所示的一样，在由箭头B示出的焊接部和由箭头C示出的热影响部，看不到焊接线。

在图7B所示的焊接部的金属组织、和图7C所示的热影响部的金属组织，未确认到黑色的析出物。认为这是因为，在参考例1中，未进行析出硬化处理。

在图8A～图8D示出比较例的显微镜照片的复制。在图8A中，焊接部示于中央，焊接部的周边示于左右。图8A中由箭头B示出的部分为焊接部的位置，其放大照片示于图8B。箭头C是热影响部的位置，其放大照片示于图8C。箭头D是从焊接部远离的位置且是不受焊接影响的位置，其放大照片示于图8D。

和图8A所示的一样，在由箭头B示出的焊接部、和由箭头C示出的热影响部，看到明确的焊接线。

可知图8B所示的焊接部的金属组织和图8C所示的热影响部的金属组织与图8D所示的金属组织显然不同。

可知和从图5A到图8D所示的一样，在实验例1中，虽然组织不恢复，但在接近焊接部的热影响部的组织析出了析出物。可知实验例2与对应于现有例的比较例相比，焊接部和热影响部的金属组织接近对SUS630进行固溶化热处理的通常组织，因而在实施例2中，焊接的影响小。

[实验3]

实验3是利用在实验2中使用的样品来实施的HRC(洛式)硬度试验。

硬度试验机使用Akashi公司产的型号“MVK-H1”的装置。

对图5A所示的实验例1的样品、图6A所示的实验例2的样品、图7A所示的参考例1的样品、和图8A所示的比较例的样品，沿图中左右方向进行测定。

焊道的宽度为1.5mm，因而设左右方向的测定间距为0.1mm。硬度试验与焊接的深度对应地在图中上下以三列进行。中央部位于穿过以箭头B示出的部分的中心位置的线上，上部位于中央部的上侧(焊接浅的一侧)，下部位于中央部的下侧(焊接深的一侧)。在这些上部、中央部及下部中，分别将焊接部中央设为0，设右侧为正的位置，设左侧为负的位置。此外，以相邻压痕的中心间的距离不为0.02mm以下的方式设定载荷。

图9是实验例1中的图表。在图9及后述图10至图12中，从焊接部中央远离-2mm左右的位置、远离+2mm左右的位置都是由箭头D示出的位置。

在图9中，HRC硬度在上部、中央部及下部中的各个中，在-2mm、焊接部中央及+2mm的范围中为大致相同的值，这些值全部高于下限值(40.0)。

图10是实验例2中的图表。

在图10中，HRC硬度在上部、中央部及下部中的各个中，在-2mm、焊接部中央及+2mm的范围中为大致相同的值，这些值全部高于下限值(40.0)。实验例2与实验例1相比，上部、中央部及下部的HRC硬度中的偏差少。

图11是参考例1中的图表。

在图11中，HRC硬度在上部、中央部及下部中的各个中，在-2mm、焊接部中央及+2mm的范围中为大致相同的数值，但都低于实验例2的HRC硬度的值。

图12是比较例中的图表。

在图12中，HRC硬度在上部、中央部及下部中的各个中，虽然在-2mm的附近及+2mm的附近高于下限值(40.0)，但在焊接部中央处低于下限值。

从而，在本实施方式中，能够实现以下效果。

(1) 在将接头10和传感器模块用金属部件20焊接之后进行加热，因而焊接部及其周围的强度提高。即，根据实验2可知，在焊接后进行析出硬化处理的实施例1与在焊接前进行析出硬化处理的比较例(现有例)相比，虽然焊接部及其周边的热影响部的金属组织与其他金属组织没有大的差异，但通过在焊接后进行析出硬化处理，焊接部及其周围的热影响部的金属组织呈现析出硬化，生成了析出物。即，根据实验3，在实验例1中，在焊接部及其两侧的范围中，HRC硬度高于下限值，但在比较例中，以焊接部为中心，HRC硬度低于下限值。这是因为，比较例的硬度因焊接而变低，与此相对，实验例1通过焊接后的加热，呈现析出硬化的效果，硬度满足下限值。

从而，即使被导入传感器模块用金属部件20的被测定流体的压力高，也能够防止从传感器模块用金属部件20和接头10的焊接部及其周围开裂的情况。

(2) 若使加热处理为在将接头10和传感器模块用金属部件20焊接之后加热冷却以使其析出硬化的析出硬化处理的第一加热模式，则虽然无法获得像实施第二加热模式的情况那样稳定的强度，但焊接后的加热处理仅为析出硬化处理，制造工序得到简化。

(3) 若使加热处理为具备用于使因焊接而粗大化的组织均等化的再固溶化处理、以及在再固溶化处理之后加热冷却以使其析出硬化的析出硬化处理的第二加热模式，则通过连续地进行再固溶化处理和析出硬化处理，能够获得更为稳定的强度。即，若比较实验例1和实验例2，则在实验例2中，硬度的测定值几乎平稳，与此相对，实验例1与实验例2相比，硬度的测定值的偏差大。而且，在实验2中，实验例1看不到组织的恢复，但实验例2可看到组织的恢复。因此可知，与实验例1相比，实验例2能够获得更为稳定的强度。

(4) 在对接头10和传感器模块用金属部件20进行加热处理之后，在传感器模块用金属部件20的膜片部22粘贴具有应变计的检测部30，因而能够避免应变计自身被加热所伴随的测定误差。

此外，本发明不限于前述实施方式，在能够实现本发明目的的范围内的变形、改良等包含在本发明内。

Claims (4)

1.一种压力传感器的制造方法，

所述压力传感器具备金属制的接头和传感器模块用金属部件，所述接头安装于被安装部件且形成有供被测定流体流通的导入孔，所述传感器模块用金属部件具有设于所述接头的筒状部及在所述筒状部的一端部一体形成的膜片部，且形成有被通过所述导入孔导入被测定流体的凹部，其特征在于，

将所述接头和所述传感器模块用金属部件焊接，之后，对所述接头和所述传感器模块用金属部件进行加热处理。

2.根据权利要求1所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，

在对所述接头和所述传感器模块用金属部件进行加热处理之后，在所述传感器模块用金属部件的膜片部粘贴具有应变计的检测部。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，

所述加热处理是在将所述接头和所述传感器模块用金属部件焊接之后加热冷却以使其析出硬化的析出硬化处理。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的压力传感器的制造方法，其特征在于，

所述加热处理具备再固溶化处理、以及在所述再固溶化处理之后加热冷却以使其析出硬化的析出硬化处理。