JP2003001407A

JP2003001407A - ロウ付け方法及びロウ付け装置

Info

Publication number: JP2003001407A
Application number: JP2001188282A
Authority: JP
Inventors: Takao Hiyamizu; 孝夫冷水; Koji Horio; 浩次堀尾; Ryuzo Yamada; 龍三山田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ロウ付け工程時に発生した欠陥の有無を効率
的に検出することができ、しかも、ロウ付け工程時にお
ける不良品の発生頻度を低減し、不良品の再処理工程を
不要化することが可能なロウ付け方法及びロウ付け装置
を提供する。【解決手段】一対の母材１０，１２をロウ付けするロ
ウ付け工程と、ロウ付けが行われている際に、超音波探
触子１６を用いて母材に超音波を入射させ、ロウ付け面
からの反射エコー及び／又は前記ロウ付け面を透過する
透過エコーを測定する超音波検査工程とを備えている。
この場合、反射エコー及び／又は透過エコーと、あらか
じめ定められたしきい値との大小関係を判別する判別工
程と、反射エコーがしきい値を超えた場合及び／又は透
過エコーが前記しきい値を下回った場合に、ロウ付け条
件を変更させる条件変更工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロウ付け方法及び
ロウ付け装置に関し、更に詳しくは、鉄鋼、非鉄金属等
の金属材料間、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジ
ルコニア等の非金属材料間、あるいは、金属材料／非金
属材料間をロウ付けするための方法及びこれに用いられ
る装置として好適なロウ付け方法及びロウ付け装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】接合法は、一つの部材に他の部材を付加
する加工方法であり、局部的にエネルギーを与えて別個
の物体を原子間結合させる化学的接合法と、鋲接、ボル
ト接合などの機械的接合法に大別される。また、化学的
接合法は、さらに、溶接法、圧接法、拡散接合法、ロウ
付け法等に分類される。

【０００３】これらの内、ロウ付け法は、母材より低い
融点を有し、かつ、母材の融点より低い温度で溶融させ
たロウ材を母材の接合部の隙間に充填し、ロウ材を冷却
・凝固させることにより接合する方法である。ロウ付け
法は、母材を溶融させる必要がなく、加熱温度も相対的
に低いので、母材への熱影響が少ないという特徴があ
る。そのため、ロウ付け法は、薄肉物、小物、複雑形状
物等の各種機械部品を製造する方法として利用されてい
る。

【０００４】ところで、ロウ付け法等の化学的接合法
は、機械的接合法に比して、材料の節約と工数の削減が
可能であり、接合強度、気密性、耐圧性等に優れた接合
継手が得られるという利点がある。その反面、接合作業
は一般に非可逆的であり、接合後に分離して再接合する
ことは困難である。また、ロウ付け法のように再接合が
可能な場合であっても、再接合するためには、得られた
接合継手を加熱・分離した後、機械加工等で再度接合面
を出す必要があり、工数がかかるという問題がある。さ
らに、接合界面に発生する種々の欠陥により強度、靭性
等の接合特性が大きく変動し、しかも、欠陥の発生要因
は多岐に渡るという欠点がある。

【０００５】この時、同種の接合継手が大量生産される
場合には、生産された接合継手の中から一部を抜き取
り、破壊検査により接合界面における欠陥の有無を統計
的に推定することも可能である。しかしながら、少量生
産が行われる場合には、接合継手に対する破壊検査は、
実質的に不可能である。従って、このような場合には、
生産された接合継手の全部又は一部について、非破壊検
査を行うのが一般的である。

【０００６】非破壊検査法としては、放射線透過法、超
音波探傷法、磁粉探傷法、浸透探傷法等、種々の方法が
知られているが、接合面の内部に発生した欠陥の検査に
は、超音波探傷法が適している。そのため、超音波探傷
法を用いて、接合界面における欠陥の有無を効率よく、
かつ、高い精度で検査するために、従来から種々の提案
がなされている。

【０００７】例えば、特開平８−６２１９４号公報に
は、２つの被接合材を接合して得られる被検査品の端部
及び超音波探触子を液体中に浸漬し、超音波探触子から
送信される縦波超音波を被検査品の端部から接合面に垂
直に入射させ、接合面からの反射エコー高さと、予め求
められている反射エコー高さに対する接合部強度の相関
データとを比較する接合部の検査方法が、本願出願人に
より提案されている。

【０００８】また、例えば、特開２０００−２２１７２
号公報には、液相拡散接合するに際して、その接合面に
超音波を入射させ、接合面からの反射エコー又は接合面
の透過エコーを計測し、その計測値により接合過程の進
行状況をモニタリングする金属材料の接合品質管理方法
が、本願出願人により提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ロウ付け法を用いて一
対の母材を接合する場合において、ロウ付け面が平面状
等の単純な形状である場合には、ロウ付け面に箔状、粉
末状等の固体のロウ材を介挿し、ロウ材を溶融させるこ
とも可能である。一方、ロウ付け面が複雑な形状を有し
ている場合には、ロウ付け面に直接ロウ材を介挿するの
が困難な場合が多い。このような場合には、通常、ロウ
付け面近傍にロウ材を配置し、溶融したロウ材と母材と
のぬれ性を利用して、溶融したロウ材をロウ付け面間の
間隙に流入させる方法が用いられる。

【００１０】しかしながら、ロウ付け条件の選定が十分
でない場合、あるいは、ロウ付け条件の管理が不十分で
あり、ロウ付け中にロウ付け条件の変動が生じた場合に
は、溶融したロウ材がロウ付け面全面に行き渡らず、所
望のロウ付け強度等の特性が確保できないことがある。
特に、ロウ付け面が複雑な形状を有している場合には、
ロウ材の回り込み不良が生じやすいという問題がある。

【００１１】この問題を解決するために、ロウ付けされ
た接合継手の全部又は一部について、接合後に非破壊検
査を行うことも考えられる。しかしながら、ロウ付け後
に接合継手の全部に対して非破壊検査を行い、不良品を
選別する方法では、効率が悪く、製造コストの高騰を招
来する。また、抜き取り検査では、不良品を流出させて
しまう懸念があり、その対策が強く望まれている。

【００１２】さらに、ロウ付け後の検査において選別さ
れた不良品を良品化するためには、室温まで冷却された
不良品を再度ロウ付け温度まで加熱する等の再処理を行
う必要がある。しかしながら、このような方法では、効
率が悪く、製造コストの高騰を招来するという問題があ
る。

【００１３】本発明が解決しようとする課題は、ロウ付
け工程時に発生した欠陥の有無を効率的に検出すること
が可能なロウ付け方法及びロウ付け装置を提供すること
にある。また、本発明が解決しようとする他の課題は、
ロウ付け工程時における不良品の発生頻度を低減し、こ
れによって不良品の再処理工程を不要化することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るロウ付け方法は、一対の母材をロウ付け
するロウ付け工程と、前記ロウ付けが行われている際
に、超音波探触子を用いて前記母材に超音波を入射さ
せ、ロウ付け面からの反射エコー及び／又は前記ロウ付
け面を透過する透過エコーを測定する超音波検査工程と
を備えていることを要旨とするものである。

【００１５】この場合、前記反射エコー及び／又は前記
透過エコーと、あらかじめ定められたしきい値との大小
関係を判別する判別工程と、前記反射エコーが前記しき
い値を超えた場合及び／又は前記透過エコーが前記しき
い値を下回った場合に、ロウ付け条件を変更させる条件
変更工程とをさらに備えていることが望ましい。

【００１６】また、本発明に係るロウ付け装置は、一対
の母材をロウ付けするロウ付け手段と、前記ロウ付けが
行われている際に、超音波探触子を用いて前記母材に超
音波を入射させ、ロウ付け面からの反射エコー及び／又
は前記ロウ付け面を透過する透過エコーを測定する超音
波検査手段とを備えていることを要旨とするものであ
る。

【００１７】この場合、前記超音波検査手段は、前記反
射エコー及び／又は前記透過エコーと、あらかじめ定め
られたしきい値との大小関係を判別する判別手段と、前
記反射エコーが前記しきい値を超えた場合及び／又は前
記透過エコーが前記しきい値を下回った場合に、ロウ付
け条件を変更させる条件変更手段とをさらに備えている
ことが望ましい。

【００１８】ロウ付けを行うと同時にロウ付け面の超音
波検査を行うと、従来、ロウ付け工程終了後に別個に行
われていた非破壊検査工程が不要となり、工数を削減で
きる。また、接合継手の全部について、ロウ付け面にお
ける欠陥の有無を効率よく、かつ、リアルタイムで検出
することができる。

【００１９】さらに、ロウ付け工程の途中において反射
エコー及び／又は透過エコーの大きさを判別し、これに
基づいてロウ付け条件の変更を行うと、ロウ材の回り込
み不良やロウ付け条件の偶発的な変動に起因する不良品
の発生頻度を大幅に低減できる。また、これによって、
不良品の再処理工程も不要となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。本発明に係
るロウ付け方法は、ロウ付け工程と、超音波検査工程
と、判別工程と、条件変更工程とを備えている。

【００２１】初めにロウ付け工程について説明する。ロ
ウ付け工程は、ロウ材を用いて、一対の母材をロウ付け
する工程である。本発明は、種々の材料をロウ付けする
場合に適用可能であり、ロウ付けされる母材の材質は、
特に限定されるものではない。母材としては、具体的に
は、炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄系金属材料、銅合金、
アルミニウム合金等の非鉄金属材料、アルミナ、炭化ケ
イ素、窒化ケイ素、ジルコニア等の非金属材料等が好適
な一例として挙げられる。また、本発明は、同種又は異
種の金属材料間又は非金属材料間のロウ付けに適用でき
るだけでなく、金属材料／非金属材料間のロウ付けに対
しても適用できる。

【００２２】また、本発明において使用されるロウ材の
種類は、特に限定されるものではなく、ロウ付けされる
母材の材質に応じて、最適な組成を有するものを用いれ
ばよい。ロウ材としては、具体的には、銀ロウ（ＪＩＳ
Ｚ３２６１）、銅及び黄銅ロウ（ＪＩＳＺ３２６２）、
リン銅ロウ（ＪＩＳＺ３２６４）、ニッケルロウ（ＪＩ
ＳＺ３２６５）、金ロウ（ＪＩＳＺ３２６６）、パラジ
ウムロウ（ＪＩＳＺ３２６７）等が好適な一例として挙
げられる。また、ロウ材の形状は、特に限定されるもの
ではなく、線、粉末、箔等、ロウ付け面の形状に応じ
て、適宜選択すればよい。

【００２３】ロウ材は、ロウ付け面の間隙に直接介挿す
るか、あるいは、ロウ付け面の間隙近傍に配置される。
このような状態から、ロウ付け面近傍をロウ材の融点よ
りも高く、かつ、母材の融点より低い温度に加熱する
と、溶融したロウ材がロウ付け面の間隙に流れ込む。特
に、ロウ材をロウ付け面の間隙近傍に配置する方法を用
いる場合、ロウ材の回り込み不良が発生しやすくなる
が、本発明に係る方法を用いると、回り込み不良が発生
したか否かを容易に検出することができる。また、後述
する判別工程及び条件変更工程を伴う場合には、回り込
み不良の発生頻度を大幅に抑制することができる。

【００２４】また、ロウ付け面近傍の加熱方法は、特に
限定されるものではなく、種々の方法を用いることがで
きる。加熱方法としては、具体的には、ガス炎による加
熱、高周波誘導加熱、抵抗加熱等が好適な一例として挙
げられる。加熱時間は、溶融したロウ材がロウ付け面の
間隙に十分に行き渡るように、ロウ付け温度、母材とロ
ウ材のぬれ性等に応じて、最適な加熱時間を選択すれば
良い。

【００２５】また、ロウ付けは、無加圧条件下で行って
も良く、あるいは、加圧条件下で行っても良い。ロウ付
け時にロウ付け面に加圧を行うと、ロウ材の回り込みを
促進できるという利点がある。ロウ付け時に加圧を行う
場合、加圧力は、ロウ付け面の間隙にある気泡が効率よ
く排出され又は消滅するように、ロウ付け温度、母材と
ロウ材のぬれ性等に応じて、最適な値を選択すればよ
い。但し、必要以上の加圧は、母材を変形させるので好
ましくない。ロウ付け面に対する加圧力は、１５ＭＰａ
以下が好ましく、さらに好ましくは、５ＭＰａ以下であ
る。

【００２６】次に、超音波検査工程について説明する。
超音波検査工程は、ロウ付けが行われている際に、超音
波探触子を用いて母材に超音波を入射させ、ロウ付け面
からの反射エコー及び／又はロウ付け面を透過する透過
エコーを測定する工程である。

【００２７】ここで、超音波検査工程において使用する
超音波は、縦波超音波又は横波超音波のいずれであって
も良い。但し、母材と超音波探触子とを直接密着させ
ず、両者の間に液体を介在させる場合には、検査用の超
音波として、縦波超音波を用いるのが好ましい。また、
使用する超音波の周波数は、母材の材質、検査の目的、
検査に要求される精度等に応じて、最適な周波数を選択
すれば良く、特に限定されるものではない。

【００２８】母材への超音波の入射角度及び入射部位
は、母材の形状、ロウ付け面の形状、加熱方法等に応じ
て、最適なものを選択するのが好ましい。すなわち、超
音波は、検査面に対して垂直に入射させても良く、ある
いは、斜め方向から入射させても良い。また、超音波の
入射部位は、母材の側面であっても良く、あるいは、端
面であっても良い。

【００２９】例えば、母材の端面とロウ付け面の検査部
位が平行である場合には、接合される一対の母材の内、
一方の端面から垂直に超音波を入射させるのが好まし
い。また、例えば、長さの極めて長い棒材、管材、板材
等の長尺材を端面において突き合わせてロウ付けする場
合には、長尺材の側面から斜め方向に超音波を入射させ
るのが好ましい。

【００３０】また、ロウ付け面の検査部位の面積が相対
的に小さい場合には、母材及び超音波探触子の双方を固
定した状態で検査を行うことも可能である。一方、検査
部位の面積が相対的に大きい場合には、母材と超音波探
触子とを相対移動させることが好ましい。この場合、母
材又は超音波探触子のいずれか一方を移動させても良
く、あるいは、双方を移動させても良い。このような相
対移動によって、検査部位の全面に渡って欠陥の有無の
検査を行うことができる。

【００３１】さらに、ロウ付け面から超音波探触子が設
置される位置までの距離が相対的に長い場合には、超音
波探触子は、大気中に曝された母材の表面に直接固定し
ても良い。一方、ロウ付け面から超音波探触子が設置さ
れる位置までの距離が相対的に短い場合には、ロウ付け
される一対の母材の内、一方の一部分を液体中に浸漬
し、浸漬部分から超音波が入射されるように、超音波探
触子を配置するのが好ましい。

【００３２】本発明においては、ロウ付けを行うと同時
に超音波検査が行われるので、ロウ付け面から超音波探
触子までの距離が短いと、ロウ付け時の加熱に起因する
輻射熱や熱伝導によって超音波探触子が加熱される場合
がある。超音波探触子が加熱されると、検出感度の低下
や、超音波探触子の損傷の原因となる。しかしながら、
浸漬部分から超音波が入射されるように超音波探触子を
配置すると、液体によって超音波探触子が冷却されるの
で、検出感度の低下や超音波探触子の損傷を回避するこ
とができる。

【００３３】母材の一部を液体に浸漬する方法として
は、種々の方法がある。具体的には、水槽に満たされた
液体中にロウ付けされる母材の一方の端部を浸漬する方
法が好適な一例として挙げられる。この場合、超音波探
触子は、液体中に浸漬されている母材の表面に密着させ
るか、あるいは、水槽の内底面又は外底面に設置すれば
よい。

【００３４】また、母材表面の内、超音波を入射させる
部分に、「コ」の字型の断面を有するジャケットの開口
部を密着させ、ジャケット内に液体を入れても良い。こ
の場合、超音波探触子は、ジャケットで覆われている母
材の表面に密着させるか、あるいは、ジャケットの内底
面又は外底面にに設置すればよい。

【００３５】水槽又はジャケット内に入れる液体は、超
音波を効率よく伝達可能なものであれば良く、特に限定
されるものではない。使用する液体としては、水、油、
グリセリン等が好適な一例として挙げられる。中でも、
水は、取扱が容易で安価であるので、水槽又はジャケッ
ト内に入れる液体として特に好適である。

【００３６】次に、判別工程について説明する。判別工
程は、測定された反射エコー及び／又は透過エコーと、
あらかじめ定められたしきい値との大小関係を判別する
工程である。

【００３７】母材に対して超音波を入射させた場合にお
いて、ロウ付け面に欠陥がない時には、入射した超音波
の大部分はロウ付け面を透過し、ロウ付け面からの反射
エコーは、ほとんど検出されない。一方、ロウ付け面に
欠陥がある場合には、欠陥において超音波が反射され、
反射エコーの増大又は透過エコーの減少として観測され
る。

【００３８】従って、製造しようとする接合継手と同等
の標準試料について、あらかじめ欠陥の大きさと、反射
エコーの大きさ又は透過エコーの大きさ（例えば、ピー
ク高さ、ピーク面積等）との関係を求めておき、観測さ
れた反射エコー及び／又は透過エコーとしきい値との大
小関係を判別すれば、ロウ付け面に許容範囲を超える欠
陥が発生したか否かを容易に判定することができる。

【００３９】次に、条件変更工程について説明する。条
件変更工程は、反射エコーがしきい値を超えた場合及び
／又は透過エコーがしきい値を下回った場合に、ロウ付
け条件を変更させる工程である。

【００４０】ロウ付け面近傍を所定の温度で所定時間加
熱したにもかかわらず、ロウ材の回り込みが不十分であ
ると、反射エコー及び／又は透過エコーが許容範囲を超
え、判別工程において、「欠陥有り」と判定される。従
って、このような場合には、ロウ付け条件を変更し、ロ
ウ付け面近傍の加熱を続行する。

【００４１】この場合、変更するロウ付け条件として
は、具体的には、ロウ付け温度又は加圧力を用いるのが
好ましい。ロウ付け温度の上昇は、ロウ材の粘度を下
げ、ロウ付け面の間隙へのロウ材の回り込みを促進させ
る効果がある。また、加圧力の増加は、ロウ付け面に存
在する気泡を機械的に排出又は消滅させる効果がある。
なお、ロウ付け条件を変更するに際しては、ロウ付け温
度又は加圧力のいずれか一方を変更しても良く、あるい
は、双方を同時に変更しても良い。

【００４２】次に、本発明に係るロウ付け方法の作用に
ついて説明する。図１は、ロウ付けが進行する過程で検
出される反射エコー強度の変化を表す模式図である。図
１（ａ）に示すように、円柱状の第１母材１０を、第１
母材１０より大きな外径を有する円柱状の第２母材１２
の上端に設けられた凹部１２ａに挿入し、凹部１２ａの
側面及び底面においてロウ付けする場合、ロウ付け面の
間隙にロウ材を挿入するのは困難である。そのため、こ
のような場合には、通常、ロウ付け面近傍にロウ材１４
を配置し、ロウ材１４を溶融させて第１母材１０と凹部
１２ａの隙間に流し込む方法が用いられる。

【００４３】ロウ付け前において、第２母材１２の下端
に超音波探触子１６を密着させ、ロウ付け面の検査部位
（凹部１２ａの底面）に向かって垂直に超音波を入射さ
せると、図１（ｄ）に示すように、第２母材１２の下端
面からの反射エコー（以下、これを「Ｓエコー」とい
う。）と、凹部１２ａの底面からの反射エコー（以下、
これを「Ｆエコー」という。）のみが検出される。

【００４４】この状態からロウ付け面近傍を所定の温度
に加熱すると、まず、ロウ材１４が溶融し、第１母材１
０と凹部１２ａの間隙に流れ込む。ロウ材１４が間隙に
流れ込むに伴い、間隙部分と第２母材１２との間の音響
インピーダンスの差が小さくなるので、超音波探触子１
６から入射させた超音波の一部は、間隙を透過して第１
母材１０側に伝搬するようになる。その結果、第１母材
１０の上端面からの反射エコー（以下、これを「Ｂエコ
ー」という。）が検出され始める。

【００４５】ロウ材１４の流れ込みが進行するに伴い、
Ｆエコーは、徐々に小さくなり、Ｂエコーは、徐々に大
きくなる。そして、図１（ｂ）に示すように、第１母材
１０と凹部１２ａの間隙がロウ材１４によって完全に充
填された時には、図１（ｅ）に示すように、Ｂエコー
は、最大となる。一方、Ｆエコーは、極めて小さくなる
か、あるいは、ほとんど検出されなくなる。

【００４６】これに対し、図１（ｃ）に示すように、ロ
ウ付け温度に所定時間保持したにもかかわらず、ロウ材
１４の回り込みが不十分である場合には、凹部１２ａの
底面に気泡（欠陥）１８が残留する。このような場合に
は、超音波探触子１６から入射させた超音波が、気泡１
８で反射されるので、図１（ｆ）に示すように、大きな
Ｆエコーが検出される。

【００４７】従って、標準試料を用いて欠陥の大きさと
Ｆエコーとの関係を求めておき、あらかじめ定められた
しきい値と実測されたＦエコーとの大小関係を判別すれ
ば、凹部１２ａの底面に許容範囲を超える気泡１８が残
留しているか否かを、ロウ付け工程途中において容易に
判別することができる。そのため、工程を流れる製品の
中から不良品を排除するのが容易化する。また、従来、
別個に行っていたロウ付け後の非破壊検査工程が不要と
なるので、工数を大幅に削減できる。

【００４８】また、ロウ付け面近傍が加熱されている間
に欠陥の有無を判別することができるので、その場でロ
ウ付け温度、加圧力等のロウ付け条件を直ちに変更する
こともできる。そのため、ロウ材の回り込み不良やロウ
付け条件の偶発的な変動に起因する不良品の発生頻度を
大幅に低減することができる。また、これによって、不
良品を良品化するための再処理工程も不要となり、製造
コストを大幅に削減することができる。

【００４９】次に、本発明に係るロウ付け装置について
説明する。図２に、本発明の一実施の形態に係るロウ付
け装置の概略構成図を示す。図２において、ロウ付け装
置２０は、ロウ付け部（ロウ付け手段）３０と、検査部
（超音波検査手段）４０とを備えている。

【００５０】ロウ付け部３０は、高周波コイル（加熱手
段）３２と、油圧シリンダ（加圧手段）３４と、クラン
プ（把持手段）３６と、制御装置３８とを備えている。
高周波コイル３２は、第１母材１０及び第２母材１２の
ロウ付け面を加熱するためのものである。図２において
は、ロウ付け面は、第２母材１２の上端面に形成された
凹部１２ａの底面及び側面であるので、高周波コイル３
２は、凹部１２ａの近傍に配置される。

【００５１】油圧シリンダ３４は、ロウ付け面に加圧力
を付与するためのものである。図２においては、油圧シ
リンダ３４は、第２母材１２上端の凹部１２ａに挿入さ
れた第１母材１０の上端面を、所定の加圧力で押圧する
ようになっている。

【００５２】クランプ３６は、ロウ付け中に第２母材１
２を把持するためのものである。また、本実施の形態に
おいて、クランプ３６は、第２母材１２を把持する機能
に加えて、第２母材１２の軸を中心として、第２母材１
２を回転させる機能（移動手段）をも備えている。

【００５３】制御装置３８は、高周波コイル３２、油圧
シリンダ３４及びクランプ３６の動作を制御するための
ものである。制御装置３８は、通常、あらかじめ定めら
れた制御パターンに従って、高周波コイル３２に印加さ
れる高周波電流の大きさ、油圧シリンダ３４により付与
される加圧力、クランプ３６の開平動作及び回転動作等
を制御するようになっている。また、制御装置３８は、
検査部４０に接続されており、検査部４０がロウ付け面
の異常を検出した場合には、検査部４０からの指令に基
づき、ロウ付け部３０の動作を制御するようになってい
る。

【００５４】また、検査部４０は、水槽（液浸手段）４
２と、超音波探触子４４と、演算装置４６とを備えてい
る。水槽４２には、水４２ａが満たされており、第２母
材１２の下端側の一部を水中に浸漬させるようになって
いる。また、水槽４２の底部には、超音波探触子４４が
配置され、第２母材１２の下端面に向かって垂直に超音
波を入射させるようになっている。また、超音波探触子
４４は、図示しない移動手段によって、ｘ方向及びｙ方
向に移動できるようになっている。

【００５５】演算装置４６は、超音波探触子４４による
超音波の送受信の制御と、計測された反射エコーのデー
タ処理を行うためのものであり、判別部（判別手段）４
６ａと、条件変更部（条件変更手段）４６ｂとを備えて
いる。

【００５６】判別部４６ａには、あらかじめ標準試料に
ついて計測された欠陥の大きさと反射エコーの大きさと
の関係を示すデータが記憶されており、実測された反射
エコーの大きさとあらかじめ定められたしきい値との判
別を行う機能を備えている。また、条件変更部４６ｂ
は、実測された反射エコーがしきい値を超えた場合に、
ロウ付け条件を変更する指令をロウ付け部３０の制御装
置３８に出力する機能を備えている。

【００５７】次に、本実施の形態に係るロウ付け装置の
作用について説明する。まず、第２母材１２の上端面に
形成された凹部１２ａに第１母材１０の下端を挿入し、
さらに、凹部１２ａの周囲にロウ材１４を配置した後、
クランプ３６で第２母材１２を把持する。この時、第２
母材１２の下端が水槽４２内に満たされた水４２ａ中に
埋没するように、クランプ３６の高さを調節する。

【００５８】次に、水槽４２の底面に設置された超音波
探触子４４から第２母材１２の凹部１２ａの底面に向け
て超音波を入射させ、反射エコーを検出する。この時、
クランプ３６を一定の速度で回転させると同時に、超音
波探触子４４をｘ方向又はｙ方向に移動させると、ロウ
付け面全面からの反射エコーを計測することができる。
この状態で、必要に応じて油圧シリンダ３４を用いてロ
ウ付け面に所定の加圧力を付与し、さらに、高周波コイ
ル３２に所定の高周波電流を印加する。

【００５９】ロウ付け面が所定のロウ付け温度に達し、
所定時間が経過すると、ロウ材１４が溶融し、ロウ付け
面の間隙に流れ込む。この時、ロウ材１４の回り込みが
十分であると、反射エコーがあらかじめ定められたしき
い値を下回るので、良好な接合継手が得られたことを直
ちに知ることができる。

【００６０】一方、ロウ材１４の回り込みが不十分であ
る場合には、反射エコーがしきい値を超えたままである
ので、ロウ付け面に欠陥が発生していることを直ちに知
ることができる。判別部４６ａにおいて、ロウ付け面に
欠陥が発生したと判断されると、その旨の信号が条件変
更部４６ｂに出力される。条件変更部４６ｂでは、反射
エコーに基づいて、欠陥を消滅させるために最も適した
ロウ付け条件を選択し、制御装置３８に対し、ロウ付け
条件を変更するよう指令を出力する。

【００６１】ロウ付け条件が変更された後、反射エコー
を監視しながら、ロウ付け面の加熱を続行する。変更さ
れた条件が適切である場合には、所定時間経過後には反
射エコーがしきい値を下回り、判別部４６ａにおいて
「良品」と判定される。従って、この場合は、ロウ付け
工程を終了させ、次の接合継手の接合作業に入る。

【００６２】一方、ロウ付け条件の変更が不十分である
と、所定時間の再加熱を行った後も、反射エコーがしき
い値を超えたままとなる。従って、このような場合に
は、ロウ付け工程を強制終了させて、得られた接合継手
を「不良品」として排除するか、あるいは、反射エコー
がしきい値を下回るまで、上述したロウ付け条件変更、
加熱続行、及び判別を繰り返せば良い。

【００６３】以上のように、本実施の形態に係るロウ付
け装置によれば、ロウ付け工程時に発生した欠陥の有無
を効率よく検出することができる。また、欠陥の有無を
判別し、欠陥有りと判定された場合には、ロウ付け条件
を変更してさらに加熱が続行されるので、不良品の発生
頻度を大幅に低減することができる。

【００６４】

【実施例】（実施例１）直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍ
の機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳＧ４０５１）丸棒
を、直径５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの機械構造用炭素鋼
Ｓ４５Ｃ丸棒の端面に形成された直径２１ｍｍ、深さ１
５ｍｍの穴に挿入した。また、ロウ材には、直径４ｍｍ
の銀ロウ材（ＢＡｇ−８：ＪＩＳＺ３２６１）リングを
用い、ロウ付け面近傍に装着した。

【００６５】次に、検査部を備えたロウ付け装置を用い
て、超音波検査を伴う丸棒のロウ付けを行った。なお、
作製した接合継手の数は、合計５個とした。また、ロウ
付け面近傍の加熱には、高周波誘導加熱法（周波数：２
５ｋＨｚ、出力：５０ｋＷ）を用いた。また、ロウ付け
は、ロウ付け雰囲気：Ａｒガス雰囲気、ロウ付け温度：
９００℃一定、加熱時間：５秒、加圧力：０ＭＰａの条
件下で行った。さらに、この時、直径５０ｍｍの丸棒の
他端面に超音波探触子（直径：１２．７ｍｍ、周波数：
５ＭＨｚ）を固定し、ロウ付け中にロウ付け面からの反
射エコーを測定した。

【００６６】ロウ付け終了後、確認のためにロウ付けさ
れた接合継手の全数について、超音波探傷試験を行った
後、アムスラー型万能試験機（４９０×１０^３Ｎ）を用
いて、ロウ付け状態のまま接合継手の引張試験を行っ
た。さらに、引張試験後、接合継手の破面観察を行い、
ロウ付け不良の有無を調べた。

【００６７】（実施例２）反射エコー強度のしきい値を
３０％に設定し、ロウ付け中の超音波検査において、反
射エコー強度がしきい値を超えた場合には、ロウ付け温
度を９００℃から９５０℃に上昇させ、さらに５秒間の
加熱を続行した後、冷却するように、ロウ付け装置の設
定を変更した以外は、実施例１と同一の手順に従い、超
音波検査を伴う丸棒のロウ付け及び評価を行った。

【００６８】（実施例３）ロウ付け中の超音波検査にお
いて、反射エコー強度がしきい値を超えた場合には、ロ
ウ付け面に１ＭＰａの加圧力を付与し、さらに１０秒間
の加熱を続行した後、冷却するように、ロウ付け装置の
設定を変更した点、及び、ロウ付け後の超音波検査を省
略した点以外は、実施例２と同一の手順に従い、超音波
検査を伴う丸棒のロウ付け及び評価を行った。

【００６９】実施例１〜３で得られた結果を表１に示
す。

【００７０】

【表１】

【００７１】実施例１の場合、作製した５個の試料中、
試料Ｎｏ．４のみがロウ付け時の超音波検査及び確認の
ために行ったろう付け後の超音波検査において、大きな
反射エコー強度が観測された。また、引張試験におい
て、試料Ｎｏ．４のみが他の試料に比して小さな引張破
断荷重で破断した。破面観察の結果、試料Ｎｏ．４の破
面にのみ、ロウ付け不良が確認された。実施例１より、
ロウ付け時に超音波検査を行うことにより、ロウ付け不
良を確実に検出できることがわかる。

【００７２】また、実施例２及び実施例３の場合、作製
した５個の試料中、それぞれ、試料Ｎｏ．３及び試料Ｎ
ｏ．２のみが、ロウ付け時の１回目の超音波検査におい
て反射エコー強度がしきい値を超えた。しかしながら、
ロウ付け条件を変更して加熱を続行したので、ロウ付け
時の２回目の超音波検査においては、反射エコー強度は
しきい値以下となった。また、実施例２の場合、確認の
ために行ったロウ付け後の検査において、反射エコー強
度がしきい値を超えたものはなかった。さらに、引張破
断荷重が極端に低い試料はなく、破面観察において、ロ
ウ付け不良が確認された試料はなかった。

【００７３】（実施例４）直径３２ｍｍ、長さ１００ｍ
ｍの機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳＧ４０５１）丸
棒を、直径５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの機械構造用炭素
鋼Ｓ４５Ｃ丸棒の端面に形成された直径３３ｍｍ、深さ
１５ｍｍの穴に挿入した。また、ロウ材には、直径４ｍ
ｍの銀ロウ材（ＢＡｇ−８：ＪＩＳＺ３２６１）リング
を用い、ロウ付け面近傍に装着した。

【００７４】次に、検査部を備えたロウ付け装置を用い
て、超音波検査を伴う丸棒のロウ付けを行った。なお、
ロウ付け条件は、ロウ付け時に超音波探触子を直径１０
ｍｍの軌道に沿って移動させた以外は、実施例３と同一
とした。また、作成した試料個数は、５個とした。

【００７５】作製した５個の試料中、１個が、ロウ付け
時の１回目の超音波検査において反射エコー強度がしき
い値を超えた。しかしながら、ロウ付け条件を変更して
加熱を続行したので、ロウ付け時の２回目の超音波検査
においては、反射エコー強度は、いずれもしきい値以下
となった。また、引張破断荷重は、いずれも８２×１０
^３Ｎ以上であり、破面観察においてロウ付け不良が確認
された試料はなかった。

【００７６】（比較例１）ロウ付け時の超音波検査にお
いて、超音波探触子を移動させなかった以外は、実施例
４と同一の条件下で、超音波検査を伴うロウ付けを行っ
た。

【００７７】ロウ付け時の超音波検査において、反射エ
コー強度がしきい値を超える試料はなかった。しかしな
がら、作製した５個の試料中、３個は、引張破断荷重が
８２×１０^３Ｎを超えたが、残りの２個は、引張破断荷
重が８２×１０^３Ｎ以下であった。低い引張破断荷重で
破断した試料について破面観察を行ったところ、ロウ付
け不良が確認された。これは、超音波探触子で探傷可能
な検査領域に比して、ロウ付け面積が広いにもかかわら
ず、超音波探触子を固定しているために、ロウ付け時の
検査において不良を検出できなかったためである。

【００７８】（実施例５）直径２０ｍｍ、長さ１００ｍ
ｍの機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳＧ４０５１）丸
棒を、直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの機械構造用炭素
鋼Ｓ４５Ｃ丸棒の端面に形成された直径２１ｍｍ、深さ
１５ｍｍの穴に挿入した。また、ロウ材には、直径４ｍ
ｍの銀ロウ材（ＢＡｇ−８：ＪＩＳＺ３２６１）リング
を用い、ロウ付け面近傍に装着した。

【００７９】次に、検査部を備えたロウ付け装置を用い
て、超音波検査を伴う丸棒のロウ付けを行った。なお、
ロウ付け条件は、直径５０ｍｍの丸棒の下端３０ｍｍを
水浸させた以外は、実施例３と同一とした。また、作成
した試料個数は、５個とした。

【００８０】作製した５個の試料中、１個が、ロウ付け
時の１回目の超音波検査において反射エコー強度がしき
い値を超えた。しかしながら、ロウ付け条件を変更して
加熱を続行したので、ロウ付け時の２回目の超音波検査
においては、反射エコー強度は、いずれもしきい値以下
となった。また、引張破断荷重は、いずれも３２×１０
^３Ｎ以上であり、破面観察においてロウ付け不良が確認
された試料はなかった。

【００８１】（比較例２）ロウ付け時の超音波検査にお
いて、直径５０ｍｍの丸棒の下端を水浸させなかった以
外は、実施例５と同一の条件下で、超音波検査を伴うロ
ウ付けを行った。

【００８２】ロウ付け時の超音波検査において、反射エ
コー強度がしきい値を超える試料はなかった。しかしな
がら、作製した５個の試料中、３個は、引張破断荷重が
３２×１０^３Ｎを超えたが、残りの２個は、引張破断荷
重が３２×１０^３Ｎ以下であった。低い引張破断荷重で
破断した試料について破面観察を行ったところ、ロウ付
け不良が確認された。これは、ロウ付け中に超音波探触
子が加熱され、検出感度が低下したためである。

【００８３】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の改変が可能である。

【００８４】例えば、図１において、１個の超音波探触
子１６を用いて超音波の送受信を行っているが、第１母
材１０の上端面に受信用超音波探触子を設け、受信用超
音波探触子で透過エコーを検出するようにしても良い。
また、第１母材１０の上端面に超音波探触子を設け、第
１母材１０の上端面において反射エコーの検出を行って
も良い。さらに、第１母材１０の上端面及び第２母材１
２の下端面に、それぞれ、送信用超音波探触子及び受信
用超音波探触子を設け、第２母材１２の下端面側で透過
エコーを検出するようにしても良い。

【００８５】また、図２に示すロウ付け装置において、
超音波探触子４４と母材１０、１２とを相対移動させる
ための移動手段は、ロウ付け部３０（クランプ３６）及
び検査部４０の双方に備えられているが、移動手段は、
いずれか一方にのみ備えられていても良い。例えば、ク
ランプ３６を用いて母材を回転させることなく、超音波
探触子４４のみをｘ方向及び／又はｙ方向に移動させる
だけでも、ロウ付け面全面の検査を行うことができる。

【００８６】さらに、図２に示すロウ付け装置において
は、ロウ付け面の加熱手段として、高周波誘導加熱法が
用いられているが、ロウ付け面の加熱手段は、これに限
定されるものではなく、ガス炎による加熱手段、抵抗加
熱手段等、他の手段を用いても良い。

【００８７】

【発明の効果】本発明に係るロウ付け方法及びロウ付け
装置は、ロウ付けを行うと同時に、ロウ付け面の超音波
検査が行われるので、工数を削減できるという効果があ
る。また、ロウ付け面における欠陥の有無を効率よく、
かつ、リアルタイムで検出できるという効果がある。

【００８８】また、ロウ付け中に検査を行うに際して、
超音波探触子と母材とを相対移動させると、ロウ付け面
全面の検査を効率よく行うことができるという効果があ
る。また、検査の際に母材の一端を液体中に浸漬し、浸
漬部分において超音波の送受信を行うと、検出感度の低
下や超音波探触子の損傷を回避できるという効果があ
る。

【００８９】さらに、ロウ付け中に計測された反射エコ
ー及び／又は透過エコーが、あらかじめ定められた範囲
を超えた時にロウ付け条件を変更する場合には、ロウ付
け不良の発生頻度を大幅に低減できるという効果があ
る。また、これによって、従来行われていた不良品の再
処理工程が不要になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロウ付け方法の概念図である。

【図２】本発明の一実施の形態に係るロウ付け装置の
概略構成図である。

【符号の説明】

１０第１母材１２第２母材１４ロウ材１６超音波探触子２０ロウ付け装置３０ロウ付け部（ロウ付け手段）３２高周波コイル（加熱手段）３４油圧シリンダ（加圧手段）３６クランプ（把持手段）４０検査部（超音波検査手段）４２水槽（液浸手段）４４超音波探触子４６ａ判別部（判別手段）４６ｂ変更部（条件変更手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田龍三愛知県名古屋市南区大同町二丁目30番地大同特殊鋼株式会社技術開発研究所内Ｆターム(参考） 2G047 AA06 AA08 AB07 BA01 BA03 BB01 BB04 BB05 BC03 BC07 CA01 DB16 EA10 EA11 GE01 GG06 GG28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の母材をロウ付けするロウ付け工程
と、前記ロウ付けが行われている際に、超音波探触子を用い
て前記母材に超音波を入射させ、ロウ付け面からの反射
エコー及び／又は前記ロウ付け面を透過する透過エコー
を測定する超音波検査工程とを備えたロウ付け方法。
【請求項２】前記超音波検査工程は、前記母材と前記
超音波探触子とを相対的に移動させながら、前記反射エ
コー及び／又は前記透過エコーを測定するものである請
求項１に記載のロウ付け方法。
【請求項３】前記超音波検査工程は、前記一対の母材
の内、一方の一部分を液体中に浸漬し、前記超音波探触
子を用いて、前記液体中に浸漬された前記一部分から超
音波を入射させるものである請求項１又は２に記載のロ
ウ付け方法。
【請求項４】前記反射エコー及び／又は前記透過エコ
ーと、あらかじめ定められたしきい値との大小関係を判
別する判別工程と、前記反射エコーが前記しきい値を超えた場合及び／又は
前記透過エコーが前記しきい値を下回った場合に、ロウ
付け条件を変更させる条件変更工程とをさらに備えた請
求項１、２又は３に記載のロウ付け方法。
【請求項５】前記ロウ付け条件は、ロウ付け温度及び
／又は加圧力である請求項４に記載のロウ付け方法。
【請求項６】一対の母材をロウ付けするロウ付け手段
と、前記ロウ付けが行われている際に、超音波探触子を用い
て前記母材に超音波を入射させ、ロウ付け面からの反射
エコー及び／又は前記ロウ付け面を透過する透過エコー
を測定する超音波検査手段とを備えたロウ付け装置。
【請求項７】前記ロウ付け手段は、前記ロウ付け面を
加熱する加熱手段と、前記ロウ付け面に加圧力を付与する加圧手段と、前記一対の母材の内、少なくとも一方を把持する把持手
段とを備えたものである請求項６に記載のロウ付け装
置。
【請求項８】前記母材と前記超音波探触子とを相対的
に移動させる移動手段をさらに備えた請求項６又は７に
記載のロウ付け装置。
【請求項９】前記超音波検査手段は、前記一対の母材
の内、一方の一部分を液体中に浸漬させる液浸手段をさ
らに備え、前記液体中に浸漬された前記一部分から超音波を入射さ
せるように、前記超音波探触子が配置されている請求項
６、７又は８に記載のロウ付け装置。
【請求項１０】前記超音波検査手段は、前記反射エコ
ー及び／又は前記透過エコーと、あらかじめ定められた
しきい値との大小関係を判別する判別手段と、前記反射エコーが前記しきい値を超えた場合及び／又は
前記透過エコーが前記しきい値を下回った場合に、ロウ
付け条件を変更させる条件変更手段とをさらに備えた請
求項６から９までのいずれかに記載のロウ付け装置。