JP2004082151A - 異種金属材同士のろう付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気抵抗値の異な異種金属材同士をほぼ均等に加熱し、大きな接合強度が得られるようにする。
【解決手段】電気抵抗値の異なる２個の異種金属材１、２の端面同士を、両端面間にろう材３を挟入して突合わせ、両金属材１、２に取付けた電極５間に通電することにより、それらの対向端部を抵抗加熱し、かつろう材３を溶融させて両金属材１、２の端部同士を接合するろう付け方法において、電気抵抗値の大きい一方の金属材２における接合面から電極までの寸法Ｌ２を、電気抵抗値の小さい他方の金属材１の接合面から電極５までの寸法Ｌ１よりも小として、両電極５間に通電し、両金属材１、２の端面同士を接合する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鉄系材料とチタン等の異種金属材同士を、電気抵抗により加熱してろう付けする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械等の可動部品、特に、往復運動する部分に用いられる軸状部品は、運動時の慣性質量を低減するために、軽量であることが望ましい。
【０００３】
そのため、上記のような可動部品には、例えば鉄材と、チタン材等の低比重非鉄金属材料とを接合した軽量な軸状部品が用いられることがある。
このような鉄材とチタン材との接合には、一般にろう付けが用いられる。
【０００４】
図２は、従来のろう付け方法を略示するもので、同径をなす鉄材（１）とチタン材（２）との端面同士を、ろう材（３）を挟入して突合わせるとともに、それらの材料（１）（２）における端面からほぼ等しい位置に、トランス（４）に接続された電極（５）（５）を取付けたのち、両材料（１）（２）のいずれか一方を加圧しながら、両電極（５）間に通電する。
すると、鉄材（１）とチタン材（２）との対向端部が、それらの電気抵抗により発熱し、ろう材（３）が融解することにより、両材料（１）（２）の端面同士が接合される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような異種金属材同士を、電気抵抗により加熱してろう付けする際において、両材料（１）（２）を、その端面（接合面）からほぼ等しい位置に取付けた電極（５）により通電して加熱すると、両材料（１）（２）とでは、電気抵抗値（固有抵抗）に違いがあるため、加熱温度や昇温時間に差が生じ、接合強度が低下したり、接合面の剪断荷重にばらつきが発生したりすることがある。
【０００６】
これは、チタン材（２）の電気抵抗値の方が、鉄材（１）のそれよりも大であるため、チタン材（２）の方が早く発熱し、抵抗値の小さい鉄材（１）の発熱量が不足して、これに接触しているろう材（３）の融解が十分に行われないためである。
【０００７】
この問題に対処するためには、通電時間を長くしたり、通電電流や電圧を大とするなどして、鉄材（２）の発熱量を増大することも考えられるが、このようにすると、接合時間が長くなって生産性を低下させたり、両材料の接合部の加熱温度が高くなり過ぎて、図２の２点鎖線で示すように、ろう付け後において接合部が膨らみ、素材の全長が短かくなるとともに、膨出部を機械加工等により切削する際の仕上げ作業が面倒となるなどの新たな問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、電気抵抗値の異なる異種金属材同士を、ほぼ均等にかつ短時間で加熱しうるようにすることにより、大きな接合強度が得られ、かつ接合面の剪断荷重にばらつきの生じるのを防止しうるようにした、異種金属材同士のろう付け方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１）電気抵抗値の異なる２個の異種金属材の端面同士を、両端面間にろう材を挟入して突合わせ、両金属材に取付けた電極間に通電することにより、それらの対向端部を抵抗加熱し、かつ前記ろう材を溶融させて両金属材の端面同士を接合するろう付け方法において、電気抵抗値の大きい一方の金属材における接合面から電極までの寸法を、電気抵抗値の小さい他方の金属材の接合面から電極までの寸法よりも小として、両電極間に通電し、両金属材の端面同士を接合する。
【００１０】
（２）上記（１）項において、接合面から両金属材の電極までの寸法比を、両金属材の電気抵抗値の比とほぼ等しい逆比率となるようにする。
【００１１】
（３）上記（１）項において、両金属材が、鉄材とチタン材であるものにおいて、それらの接合面から電極までの寸法比を、５：１〜３とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の方法により、鉄材（１）とチタン材（２）とを接合する要領を示すもので、上述した従来例と同様、鉄材（１）とチタン材（２）との端面同士を、ろう材（３）を挟入して突き合わせるとともに、両材（１）（２）に電極（５）（５）を取付けて通電加熱する。
【００１３】
この際、両電極（５）を、それと両材（１）（２）の接合面までの寸法（Ｌ１）（Ｌ２）が異なるように取付ける。すなわち、電気抵抗値の大きいチタン材（２）側の電極（５）から接合面までの寸法（Ｌ２）を、チタン材（２）よりも電気抵抗値の小さい鉄材（２）側の電極（５）から接合面までの寸法（Ｌ１）よりも小さくなるように取付ける。
【００１４】
上記（Ｌ１）（Ｌ２）の寸法比は、鉄材（１）とチタン材（２）の電気抵抗値の比によって決められ、鉄材（１）の電気抵抗値が、９．７μΩ・ｃｍ（２０℃）、チタン材（２）の電気抵抗値が、４７．０〜５５．０μΩ・ｃｍ（２０℃）であることから、それらの抵抗値の比と逆の比率となるように、Ｌ１：Ｌ２＝５：１〜３、好ましくは上記抵抗値の比とほぼ等しい逆比率、すなわちＬ１：Ｌ２＝５：１とするのがよい。
【００１５】
次に、上記Ｌ１：Ｌ２を変数とした具体的実施例及びその接合結果について説明する。
なお、使用した材料及び接合条件は、次のとおりである。
鉄　材　　：　５．１５φ×２５（ｍｍ）　電気抵抗値９．７μΩ・ｃｍ（２０℃）
チタン材　：　５．１５φ×２５（ｍｍ）　電気抵抗値４８．５μΩ・ｃｍ（２０℃
）
ろ　う　材　：　Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ系合金（厚さ０．０４ｍｍ）
加　圧　力　：　９．８ＭＰａ
通電時間　：　０．５Ｓｅｃ．
【００１６】
（実施例１）
Ｌ１：Ｌ２＝５：１（寸法比はｍｍ、以下も全て同様）として接合した結果、接合強度及び接合面の剪断荷重は共に良で、かつ接合部の変形（膨らみ）も殆どなく、良好な接合結果が得られた。
【００１７】
（実施例２）
Ｌ１：Ｌ２＝５：２として接合した結果、接合強度及び接合面の剪断荷重は良で、接合部の変形は小であった。
【００１８】
（実施例３）
Ｌ１：Ｌ２＝５：３として接合した結果、接合強度及び接合面の剪断荷重は良であったが、接合部の変形が若干大となった。
【００１９】
（比較例１）
Ｌ１：Ｌ２＝５：５として接合した結果、チタン材が先に溶融してしまい、接合不可であった。
【００２０】
（比較例２）
Ｌ１：Ｌ２＝５：０．５として接合した結果、チタン材の温度上昇が遅く、ろう材の溶け込み不良により、接合不可であった。
【００２１】
以上の結果から明かなように、鉄材（１）及びチタン材（２）における接合面から電極（５）までの寸法比、Ｌ１：Ｌ２は、５：１〜３とするのがよく、かつ５：１とすると、両材（１）（２）の電気抵抗値の差による加熱温度の不均衡が解消されて、最も好ましい接合結果が得られることが実証された。
【００２２】
本発明は、上記鉄材（１）とチタン材（２）よりなる異種金属材同士の接合に限定されるものではなく、耐熱鋼とチタン又はその合金、もしくはＴｉ−Ａｌの金属間化合物、耐熱鋼とアルミニウム又はその合金、チタン合金とアルミニウム合金等の接合にも適用しうることは勿論である。
【００２３】
この際にも、それら両材料の電気抵抗値の比率に対応して、接合面から電極（５）までの寸法比、Ｌ１：Ｌ２を適宜に設定すればよい。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、電気抵抗値の大きな一方の金属材が、抵抗値の小さな他方の金属材よりも早く発熱するのが防止されるので、両金属材同士は確実にろう付けされる。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、両金属材の電気抵抗値の差による加熱温度の不均衡がほぼ解消されるので、両金属材同士が強固に接合され、かつ剪断荷重にばらつきの生じるのが防止される。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、電気抵抗値が大きく異なる鉄材とチタン材とをほぼ均等に加熱し、それらを強固にろう付けすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のろう付け方法の概略正面図である。
【図２】従来のろう付け方法の概略正面図である。
【符号の説明】
（１）鉄材
（２）チタン材
（３）ろう材
（４）トランス
（５）電極

Claims (2)

1. 接合面から両金属材の電極までの寸法比を、両金属材の電気抵抗値の比とほぼ等しい逆比率となるようにした請求項１記載の異種金属材同士のろう付け方法。
2. 両金属材が、鉄材とチタン材であるものにおいて、それらの接合面から電極までの寸法比を、５：１〜３としてなる請求項１記載の異種金属材同士のろう付け方法。

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