JP2004351495A

JP2004351495A - Device for joining solid by pulse energizing

Info

Publication number: JP2004351495A
Application number: JP2003154087A
Authority: JP
Inventors: Masao Hondo; 昌雄本藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid joining device by pulse energizing with which such firm joining as it is recognized to have characteristics equal to the base metal in a impact test, a fatigue test or the like is obtained. SOLUTION: This device is a device for joining a plurality of members A, B made of a solid by pulse energizing and provided with a energizing electrode 2 which is brought into contact with butted joining members A, B and with which pulse current is allowed to flow to the members, a power source device 3 for supplying the pulse current to the energizing electrode 2 and a pressing means 4 for pressing the butted joining members A, B through the energizing electrode 2. As the energizing electrode 2, a pair of electrodes 2A, 2B opposed in the vertical direction are provided and a pair of electrodes 2C, 2D opposed in a direction other than the vertical direction are provided. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス通電による固体接合装置に関し、詳しくは衝撃試験、疲労試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合を得ることのできる、パルス通電による固体接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、溶接や蝋付けなどの接合法に代わり、パルス通電により部材の接合を行う方法が開発されている。
例えば、接合しようとする低放射化フェライト鋼の接合面を、バフ研磨等により、表面粗さを０．２μｍ以下程度に仕上げ、放電プラズマ焼結装置を用い、真空下、加圧力：２００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２、接合温度７６０〜１０００℃、接合保持時間：２０〜７０ｍｉｎ、の条件で接合を行い、放電プラズマ焼結接合の後、接合材を７４０〜８５０℃で２０〜６０ｍｉｎ程度の焼き戻し処理を施すことによる、低放射化フェライト鋼の放電プラズマ焼結低温接合方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この方法によれば、低放射化フェライト鋼接合近傍の金属組織を粗粒化させることなく、母材の持つ機械的強度等の保持が可能であるとされている。
【０００３】
しかし、この方法においては、放電プラズマ焼結接合の後の焼き戻し温度は、歪み取りを目的とした母材の変態点近くの低い温度の「焼き戻し」低温領域であり、成分組織の安定化に寄与はするものの、変態点近くでは接合界面において強固な接合のための相互拡散は充分には行われず、短時間で強固な接合結果は得られない。
【０００４】
この方法では、母材の持つ機械的強度等の保持が可能であるとしているが、該公報には単なる静的引張試験結果が示されているに過ぎず、このような単なる静的引張試験結果のみでは母材と同等の特性と認定することは不可能である。最新の強化接着剤接合法や、接合面が粗面の場合の放電プラズマ焼結のみによる接合法でも、静的引張試験においてはほぼ母材と同等の特性が得られるからである。従って、接合強度試験においては、衝撃試験、疲労試験等が満足されて初めて母材の特性と同等であると言える。そこで、本発明者は、この方法について衝撃引張試験（落錘試験）を行ってみたところ、母材と同等であるものとは到底認められるものではなかった。さらに、接合界面に微小の隙間が認められた。
【０００５】
また、放電プラズマ焼結法は、粉体の焼結のための手法であるため、部材の接合のように固体接合に使用する場合には、接合部材に密着させ、周囲を囲むカーボン型を使用することにより、電流が接合部材とカーボン型の双方に流れるため、電流密度が低下し、接合促進を阻害するばかりでなく、接合部材の形状に大きな制約があるという実用面で最も大きな問題点がある。
さらに、接合部材の温度測定は、接合部材ではなく、接合部材を取り巻くカーボン型を間接的に測定しているため、接合温度数値は実際の接合部材温度と大きく異なり、使用できない。
【０００６】
そこで、接合対象の部材の接合面を相互に突き合わせ、この状態で接合面に所定の押圧力を加えながら当該接合面にパルス電流を流して、接合面を熱処理することにより、強固に接合された接合面を形成する方法、並びに、そのための接合装置として、通電電極と、電源装置と、加圧装置とを備え、互いに接合すべき対の部材をグラファイト製の型を用いずに通電電極の間に挟んで所望の圧力下で電源装置から電流を流して接合する通電接合装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
この方法と装置によれば、固体同士を強固に接合可能であるが、接合後における接合界面には組織の不連続性が残っているなどの改善すべき点があり、依然として、より強固、かつ確実に固体同士を接合しうる新たな接合方法と装置が要望されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１７９４５９号公報
【特許文献２】
特開２００２−５９２７０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これら従来の問題点を解決して、衝撃試験、疲労試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合を得ることのできる、パルス通電による固体接合装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に係る本発明は、パルス通電により固体からなる複数の部材を接合するための装置であって、突合せられた接合部材に接してこれにパルス電流を流す通電電極と、前記通電電極にパルス電流を供給する電源装置と、突合せられた接合部材を前記通電電極を介して押圧する押圧手段と、を備えており、かつ、前記通電電極として、上下方向で対向する一対の電極を備えると共に、上下方向以外で対向する一対の電極を備えたことを特徴とする、パルス通電による固体接合装置を提供するものである。
請求項２に係る本発明は、請求項１記載のパルス通電による固体接合装置において、少なくとも接合部材と通電電極とが真空チャンバー内に収容されている、パルス通電による固体接合装置を提供するものである。
請求項３に係る本発明は、請求項１記載のパルス通電による固体接合装置において、上下方向以外で対向する一対の通電電極が移動可能とされている、パルス通電による固体接合装置を提供するものである。
請求項４に係る本発明は、請求項１記載のパルス通電による固体接合装置において、上下方向で対向する一対の通電電極のうち、少なくとも上方向に備えられた通電電極が、その下面中央部を切り欠いた形状を有する、パルス通電による固体接合装置を提供するものである。
請求項５に係る本発明は、請求項１記載のパルス通電による固体接合装置において、上下方向で対向する一対の通電電極のうち、上方向に備えられた通電電極が、ユニバーサルジョイントを介して押圧手段と接続されている、パルス通電による固体接合装置を提供するものである。
請求項６に係る本発明は、請求項１記載のパルス通電による固体接合装置において、接合部材の周囲を覆う、少なくとも２層構造の反射板及び断熱材を備えた、或いは少なくとも３層構造の反射板１２を備えた、パルス通電による固体接合装置を提供するものである。
請求項７に係る本発明は、請求項１記載のパルス通電による固体接合装置において、接合部材の接合面近傍に外部加熱手段を備えたパルス通電による固体接合装置を提供するものである。
請求項８に係る本発明は、請求項１記載のパルス通電による固体接合装置において、上下方向で対向する一対の電極と上下方向以外で対向する一対の電極が、パルス通電時の波形が重ならないようにパルス位相をずらして交互に通電することのできる、パルス通電による固体接合装置を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明のパルス通電による固体接合装置の一態様を示す説明図である。
本発明のパルス通電による固体接合装置１は、パルス通電により固体からなる複数の部材Ａ、Ｂを接合するための装置であって、突合せられた接合部材Ａ、Ｂに接してこれにパルス電流を流す通電電極２と、前記通電電極２にパルス電流を供給する電源装置３と、突合せられた接合部材Ａ、Ｂを前記通電電極２を介して押圧する押圧手段４と、を備えており、かつ、前記通電電極２として、上下方向で対向する一対の電極２Ａ、２Ｂを備えると共に、上下方向以外で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄを備えている。これらは、いずれも導電性材料で構成されている。
【００１２】
図１において、符号５は断熱材である。また、符号６は、加圧力（押圧力）検出用のロードセル（圧力検出器）である。
このロードセル（圧力検出器）６により加圧力を測定し、得られた情報を圧力制御装置７に送り、押圧手段４による圧力が調整制御される。押圧手段４は細かい制御が可能なように空気圧により作動する空気圧シリンダーで構成されているが、これに限定されるものではない。なお、本発明においては、本発明の目的を損なわない限り、図示或いは記載した態様に限定されるものではない。
このようにロードセル（圧力検出器）６と圧力制御装置７とを併用することで、接合部分の変形が防止される。
また、圧力制御装置７において、接合部材Ａ、Ｂの降伏点応力カーブに合う応力以下の数値範囲に圧力をコントロールするよう予め設定されている。この結果、接合部材Ａ、Ｂに過大な圧力がかかるのを防止することができる。
なお、押圧手段は、接合面に対する加圧力を１〜７００ＭＰａ程度までの範囲で変えられるようになっている。
【００１３】
本発明のパルス通電による固体接合装置１は、請求項２に記載したように、少なくとも接合部材Ａ、Ｂと通電電極２とが真空チャンバー８内に収容されている。この真空チャンバー８は、一般的な最高接合温度に充分耐えるように、１７００℃程度まで使用可能なものとされている。また、その正面には、真空チャンバー８内を見られるように覗き窓が設けられている。
真空チャンバー８内は、ロータリーポンプとメカニカルブースターポンプを組み合わせた真空排気装置（図示しない）などにより真空状態としうるように構成されているが、必要に応じて窒素ガスなどの不活性ガスを用いることも可能なものとしてもよい。勿論、大気に開放したものとすることも可能とされている。この真空チャンバー８には、水冷装置が組み込まれており、接合処理後に接合部材Ａ、Ｂを所定の温度まで冷却することができるようにされているが、水冷装置と共に、或いはその代わりに不活性ガス噴射装置を設け、この不活性ガス噴射装置から接合部材Ａ、Ｂに向けて不活性ガスを噴射し冷却するようにしてもよい。本例では、中空筒型の真空チャンバー８を用い、その中空内に冷却水を供給するように構成したものを用いたが、これに限定されるものではない。
また、真空チャンバー８と押圧手段４との間には機密性が保たれている。
【００１４】
通電電極２には、冷却装置（冷却水流路）が組み込まれており、必要以上に温度が上昇するのを防いでいる。通電電極２の形状は、接合部材Ａ、Ｂの形状に合わせたものとすることができ、円柱状乃至円盤状でも、通電可能なローラー状でも良いし、彫り込んだものであっても良いし、さらには接合部材Ａ、Ｂと接触する面が水平面でないものでも良い。接合部材Ａ、Ｂを挟む通電電極２は、カーボン材でも、モリブデン材でも良い。
【００１５】
本発明のパルス通電による固体接合装置１では、通電電極２として、上下方向で対向する一対の電極２Ａ、２Ｂを備えると共に、上下方向以外で、例えば左右方向や斜め方向で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄを備えている。但し、上下方向以外で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄを常時電極として使用する必要はなく、必要に応じて全く使用しなかったり、或いは接合部材Ａ、Ｂを上下方向以外で押圧する押圧のための手段として利用することもできる。
なお、上下方向で対向する一対の電極２Ａ、２Ｂは、それぞれ冷却温度が別々に制御できるようにされている。これと同様に、上下方向以外で、例えば左右方向や斜め方向で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄも、それぞれ冷却温度が別々に制御できるようにされている。これにより、接合部材Ａ、Ｂが非対称部材である場合に生じる温度差に応じた冷却を施すことができる。
また、上下方向で対向する一対の電極２Ａ、２Ｂのうち、下方向に備えられた通電電極２Ｂは、接合部材Ａ、Ｂを載せる載置台としての役割を果たしていることから、図１では下側の枠体に固定されたものを示したが、これに限定されず、上下動可能なものとしてもよい。
図１では、接合部材Ａ、Ｂを左右方向で押圧する押圧手段４と左右方向で対向する一対の通電電極２Ｃ、２Ｄとを備えたものを示している。この場合には、本発明のパルス通電による固体接合装置１は、突合せられた接合部材Ａ、Ｂを前記通電電極２を介して押圧する押圧手段４が必須であることから、左右方向で対向する一対の通電電極２Ｃ、２Ｄと共に、接合部材Ａ、Ｂを左右方向で押圧する押圧手段４を備えていることになる。
【００１６】
なお、上下方向以外で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄは、請求項３に記載したように、移動可能とすることができる。その位置を上下させることによって移動可能としてもよいが、斜め方向に移動させるように構成することもできる。このように斜め方向に、上下方向以外で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄを配置した場合には、斜めの接合面を有する複数の部材を接合することが可能となる。
上記のように、上下方向以外で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄを斜め方向で対向するものとしたり、或いは移動可能なものとした場合には、真空チャンバー８の左右に挿入口を設け、この挿入口より接合部材Ａ、Ｂを真空チャンバー内外を左右に移動可能なものとすることができる。この場合、接合部材Ａ、Ｂを移動させながら、間欠的に連続した接合を行うことができる。
【００１７】
また、接合部材の質量、材質により異なるが、パルス電流としては、直流パルス電流でも交流パルス電流のどちらでも可能であることから、電源装置３としては、これらを発生させるものを用いることができる。
電源装置３は、周波数が数百Ｈｚ〜２０ｋＨｚ、電流が１００〜１０００００Ａ、好ましくは３００〜８００００Ａの範囲、電圧が１００Ｖ以下から１ｖ程度のパルス電流を供給できるようになっている。
また、本発明のパルス通電による固体接合装置１では、パルスのＯＮ時間：ＯＦＦ時間の比であるデューティー比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）が様々な値のパルス電流を発生できるものとされている。
さらに、タイマーにより、接合時間を設定できるようにされている。
【００１８】
本発明のパルス通電による固体接合装置１では、通電電極２として、上下方向で対向する一対の電極２Ａ、２Ｂを備えると共に、上下方向以外で、例えば左右方向や斜め方向で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄを備えており、これらを同時に使用してもよいが、前記したように、上下方向以外で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄは常時電極として使用する必要はなく、スイッチによる切換え式のものとしてもよい。さらに、間欠式にすることも可能である。このとき、後記請求項８に係る発明の説明中に記載したように、上下方向で対向する一対の電極２Ａ、２Ｂと上下方向以外で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄが、パルス通電時の波形が重ならないようにパルス位相をずらして交互に通電することができるようにしておくことにより、パルス通電時の波形が重ならないようにパルス位相をずらして交互に通電させることもできる。
【００１９】
なお、図２は、上方向に備えられた通電電極２Ａの変形例を示したものである。
即ち、請求項４に記載されており、図２に示すように、上下方向で対向する一対の通電電極２Ａ、２Ｂのうち、少なくとも上方向に備えられた通電電極２Ａを、その下面中央部を切り欠いた形状を有するものとすることができる。この場合には、切り欠いてある中央部付近にはパルス電流が流れないため、これに接している接合部材Ａ、Ｂの中央部付近にもパルス電流が流れにくくなり、この結果、周辺部へのパルス電流が相対的に増すことになる。このため、細かくみると、接合材料によっては、中央部が若干盛り上がった、いわゆる凸状を有しているものがあるが、このような場合であっても、接合部分を正常な平滑な状態とすることができる。
【００２０】
次に、請求項５に記載されており、図３に示すように、上下方向で対向する一対の通電電極２Ａ、２Ｂのうち、上方向に備えられた通電電極２Ａを、ユニバーサルジョイント９を介して押圧手段４と接続したものとすることができる。
なお、図３中、符号１０は押さえナットであり、符号１１はカーボン製部材である。この変形例においては、押圧手段４の先端は図３に示すように、球状とされており、滑りを良くするために、浸硫処理などの表面処理を施されている。この場合、上方向に備えられた通電電極２Ａは、このような押圧手段４の先端のユニバーサルジョイント９の形状に対応したものとされている。
このようなユニバーサルジョイント方式を採用することにより、均等な圧力で接合部材Ａ、Ｂを押圧することが可能となる。
【００２１】
さらに、請求項６に記載されているように、本発明のパルス通電による固体接合装置１では、接合部材Ａ、Ｂの周囲を覆う、少なくとも２層構造の反射板１２及び断熱材５を備えたもの、或いは少なくとも３層構造の反射板１２を備えたもの、とすることができる。このように少なくとも２層構造の反射板１２及び断熱材５を備えたものとすることにより、或いは少なくとも３層構造の反射板１２を備えたものとすることにより、接合部材Ａ、Ｂからの輻射熱の７０〜８０％程度を回収することができる。図４では５層構造の反射板１２を示した。この反射板はステンレス（ＳＵＳ３０４）からなるものであるが、これに限定されるものではない。反射板１２の大きさにもよるが、各層の間隔は０．５〜２．０ｃｍ程度とすればよい。
少なくとも２層構造の反射板１２及び断熱材５、或いは少なくとも３層構造、好ましくは５層構造程度の反射板１２を備えておくことにより、処理温度を有効に保持することができる。これは、真空中では対流が起こらないことから有効である。なお、空気中では、対流が起こることから、次に述べるような外部加熱手段１３や断熱材５が有効である。
【００２２】
また、請求項７に記載されており、図１に示すように、本発明のパルス通電による固体接合装置１では、上記した反射板１２を備えない場合には、接合部材Ａ、Ｂの接合面近傍に外部加熱手段１３を備えておくとよい。
このような外部加熱手段１３としては、マイクロ波誘導加熱、ミリ波誘導加熱、サブミリ波誘導加熱などの誘導加熱方式によるものが最も好ましく、この他に抵抗加熱、高周波加熱等が挙げられ、これらの１種を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、外部加熱手段１３は、電源装置３から通電電極２へのラインから分岐した別ラインにより加熱される。ラインは切換え式で行われるが、切換え式とせずとも、接合部材Ａ、Ｂに通電電極２を接触させないようにしておけば、外部加熱手段１３のみに電流が流れる。
【００２３】
また、請求項８に記載されているように、本発明のパルス通電による固体接合装置１では、上下方向で対向する一対の電極２Ａ、２Ｂと上下方向以外で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄが、パルス通電時の波形が重ならないようにパルス位相をずらして交互に通電することができるようにされている。
【００２４】
本発明のパルス通電による固体接合装置１は、上記した点を特徴とするものである。本発明のパルス通電による固体接合装置１は、このような特徴点を除けば公知の放電プラズマ焼結装置などで用いられているような各種計測装置（電流計、電圧計、真空計、温度計測装置、位置計測装置など）、各種制御装置（電源制御装置、圧力制御装置、自動温度制御装置、冷却水制御装置など）、表示装置（操作表示器、電流・電圧・空気圧表示装置、温度表示装置など）が組み合わせられるようになっており、さらに各種安全装置、警報装置が設けられるようになっている。
【００２５】
以上の如き本発明のパルス通電による固体接合装置１を用いて複数の部材を接合するには、接合部材Ａ、Ｂの接合面を互いに突き合わせ、次に、このようにして互いに突き合わせられた接合面を密着させるように押圧手段４により加圧し、この加圧した状態で、接合部材Ａ、Ｂに通電電極２をあて、接合部材Ａ、Ｂのみに通電させればよい。
【００２６】
接合部材Ａ、Ｂは、通常、図１に示すように上下に配置され、上下方向で対向する一対の通電電極２Ａ、２Ｂによりパルス通電される。
このとき、上下方向以外で対向する一対の通電電極２Ｃ、２Ｄを、例えば左右方向で対向する一対の通電電極２Ｃ、２Ｄとした場合には、左右方向で押圧する押圧手段４と相俟って、接合部材Ａ、Ｂを左右側面から支持するようになるが、上下方向以外で対向する一対の通電電極２Ｃ、２Ｄには通電しなくともよい。
【００２７】
また、接合部材Ａ、Ｂを図５に示すように、水平方向に設置した場合、上記したような左右方向で対向する一対の通電電極２Ｃ、２Ｄとすることにより、この左右方向で対向する一対の通電電極２Ｃ、２Ｄを主に用いて接合を行うことができる。この場合、上下方向で対向する一対の通電電極２Ａ、２Ｂは、接合部材Ａ、Ｂの支持に用いられることになる。
【００２８】
さらに、接合部材Ａ、Ｂを水平方向に設置した場合、上記したような左右方向で対向する一対の通電電極２Ｃ、２Ｄを用いなくとも、図６に示すような絶縁体１４、１５とカーボン型１６、１７を用いることにより、上下方向で対向する一対の通電電極２Ａ、２Ｂにより接合を行うことができる。図７は図６の中央部左断面図であり、図８は図６の中央部右断面図である。なお、図６、７、８では、絶縁体１４、１５とカーボン型１６、１７とは、略円筒形の接合材料Ａ、Ｂの形状に合わせたものを示したが、勿論これに限定されるものではない。
【００２９】
パルス電流は、カーボン型１６、１７と接合材料Ａ、Ｂは通過するが絶縁体１４、１５を通過しないことから、パルス電流は上方向に備えられた通電電極２Ａより、矢印で示したように接合面を横切る形で下方向に備えられた通電電極２Ｂに流れる。この結果、上記したような左右方向で対向する一対の通電電極２Ｃ、２Ｄを用いなくとも水平方向に設置された接合部材Ａ、Ｂを充分に接合することができる。
このことは、上下方向以外で対向する一対の通電電極２Ｃ、２Ｄを必ずしも左右方向に設置する必要がないことを示している。
従って、前記のように、上下方向以外で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄを斜め方向で対向するものとしたり、或いは移動可能なものとすることが可能となり、この場合には、接合部材Ａ、Ｂを真空チャンバー内外を左右に移動可能なものとすることができる。この場合、連続的に接合を行うことができることになる。
【００３０】
ここで接合すべき部材は２本に限られず、３本以上の部材を同時に接合することもできる。棒状の部材の場合には、直列に複数本突き合わせた状態で加圧すれば、同時に複数の接合面を接合することができる。また、このように直列に接合した部材を複数組平行に配列して、これらを同時に加圧・通電すれば、より多数の接合を同時に行うことができる。
【００３１】
接合すべき部材としては、例えば、高速度工具鋼（ハイス鋼）、ダイス鋼（ＳＫＤ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの鉄鋼材料；銅、アルミニウム、亜鉛、非鉄合金などの非鉄金属；ニッケル基耐熱合金、形状記憶合金、耐熱合金、防振合金、防音合金、シールド材などの特殊合金；放電プラズマ焼結体、ホットプレス焼結体などの焼結金属；高温になると導電性を呈するセラミックなどの部材；半導体；単結晶材料などが挙げられる。
【００３２】
本発明のパルス通電による固体接合装置によれば、上記した如き各種接合部材について、２種以上複数の部材を同時に接合することができ、同種部材同士で、或いは異種部材同士を組み合わせて接合することができる。
具体的には、鉄鋼材料同士の接合、鉄鋼材料と非鉄金属や特殊合金との接合、非鉄金属同士（アルミニウム同士、銅同士など）の接合、特殊合金同士の接合等を行うことができる。
また、本発明のパルス通電による固体接合装置は、形状記憶合金、磁性材、非磁性材などの組み合わせのように異なった特性を有する部材同士の接合にも用いることができる。
さらに、本発明のパルス通電による固体接合装置は、接合面の両面又は片面に任意な形状の加工溝を施し、接合によって、直線、曲線を含む流体の通路、細穴、スリット、溜まり場等を形成することができる。
【００３３】
本発明のパルス通電による固体接合装置によれば、熱交換流路内蔵各種金型・液体気体材料の曲線通路内蔵マニホールド、タービンブレード、エンジンバルブ、ピストンヘッド、燃料電池冷却板、燃料噴射ノズル、繊維材料噴射ノズル、半導体発熱部冷却板、油圧部をはじめ、微小細穴スリットを有した極細パンチ型、光ファイバーコネクター及びターミナル部、ロケットエンジン燃焼部等冷却パイプ接合、磁性材非磁性材接合によるセンサー電磁弁等を製造することができる。
【００３４】
接合すべき部材の形状は特に制限はなく、例えばバルク状（固体）でも良いし、１ｍｍ以下程度の薄膜状でも良いし、パイプ状、波板状などであっても良い。本発明のパルス通電による固体接合装置は、これら各種形状の部材について、同一形状のもの同士、或いは異なる形状のもの同士の相互の接合に利用することができる。
なお、接合面は、平坦であっても良いし、両接合面間に隙間が形成されないようにすれば曲面であっても良い。
例えば、接合面が斜めの場合、前記したように、上下方向以外で対向する一対の電極２Ｃ、２Ｄを斜め方向で対向するものとしたり、或いは移動可能なものとしておくことにより、有効に接合することができる。
さらに接合面を、第１の部材の接合面と第２の部材の接合面が相互に密着するように、相補的な接合面形状に加工しておくこともできる。例えば、一方の接合部材の接合面が凸曲面の場合には、これと密着するような凹曲面を他方の接合部材の接合面形状として採用することもできる。
【００３５】
接合面は粗面でも良いが、接合面の平滑度が高いほど良好な結果が得られる。従って、接合面の両面又は片面には、研磨、バフ仕上げ等公知の方法により平滑化処理を施しておくことが好ましい。
【００３６】
さらに強固に接合するために、接合すべき部材の接合面の両面又は片面に、予め薄膜を形成させておくこともできる。薄膜の厚さは、一般的には０．１〜５μｍの範囲内である。薄膜の形成方法としては、スパッタ蒸着法、プラズマ溶射法、メッキ法など特に制限されないが、膜厚制御が容易であり、均一な薄膜を形成することのできるスパッタ蒸着法によることが最も望ましい。
【００３７】
薄膜としては、少なくとも接合過程において接合部材の母材組織内に拡散して消滅する成分であることが必要であり、その成分の少なくとも一部が、当該薄膜が形成される接合面の材質と同一のものであることが望ましい。とりわけ接合面と同一の材質の薄膜を形成させておくことが好ましい。このような薄膜は、接合過程において接合部材の母材組織内に拡散して消滅し、強固で確実に接合された接合面が形成される。なお、薄膜は、還元性のある成分を含むものであっても良い。
【００３８】
なお、上記薄膜の形成の代わりに、接合面の両面又は片面に、スパッタ、洗浄液等による清浄化を施し、接合界面の異物、酸化膜、不動態被膜等を除去して接合を行っても良い。
また、細穴、スリット、溜まり場等を内蔵させる接合部材の接合面や加工溝などに浸硫窒化、窒化処理、コーティング等の表面処理又は表面改質を行った後、接合し、接合部材の硬度、防錆効果を上げても良い。接合の後からの窒化処理では、極細穴、スリットの内部まで硬度を上げることができない。
【００３９】
本発明のパルス通電による固体接合装置１を用いて複数の部材を接合するには、上記のようにして接合面の両面又は片面を処理しておいた後、該接合面を互いに突き合わせる。
次に、このようにして互いに突き合わせられた接合部材Ａ、Ｂの接合面を密着させるように押圧手段４により加圧し、この加圧した状態で、接合部材Ａ、Ｂに通電電極２をあて、接合部材Ａ、Ｂのみに通電させればよい。
【００４０】
接合面に対する加圧力は、ロードセル（圧力検出器）６、圧力制御装置７を用いることで、部材の持つ固有の硬度、耐圧力等により様々にコントロールされるが、一般には１〜７００ＭＰａの範囲内、好ましくは１０〜２００ＭＰａの範囲内とすれば良い。加圧方向は１軸方向のみでなく、直交する方向や斜め方向など、多軸方向から加えることもできる。
【００４１】
この加圧した状態で、接合すべき部材の任意な方向に一対の電極をあて、接合すべき部材のみに通電させる。
電極方向と接合界面加圧方向とは、異なっていても良いし、同じであっても良い。
【００４２】
本発明のパルス通電による固体接合装置１では、放電プラズマ焼結法で一般に用いられている、接合部材Ａ、Ｂを取り囲むカーボン型を使用していないことから、接合部材Ａ、Ｂのみに通電されることになる。
電極間に接合部材以外の接合部材を取り囲む通電可能なカーボン型を使用しないことによって、通電可能なカーボン型を使用することによる電流密度の低下を防ぎ、また、接合部材側帯部の直接温度制御を可能にして効率の良い接合をし、併せて、これまでカーボン型の中で円盤又は円柱状のみしかできなかった接合部材の形状的制約を排除し、任意な形状の接合が可能となり、飛躍的に接合範囲を拡大した。
【００４３】
本発明のパルス通電による固体接合装置１では、特に大型の部材を接合するときには、加熱手段１３を用いて、突き合わせられた接合面近傍を外部から強制的に加熱しながら通電させることが好ましい。これにより大型の部材を短時間に効率良く接合することができる。また、セラミック等の接合は、外部加熱をして一定の温度に達すると導電し、接合が可能である。但し、質量、熱容量の小さな接合材の場合には、外部からの強制加熱は行わなくとも良い。
外部から強制的に加熱する際の加熱時間は、接合部材の熱容量により異なるが、一般的には６０分以下とすれば良い。
【００４４】
本発明においては、上記したように接合部材を取り囲むカーボン型を使用せず、接合すべき部材のみに通電させることにより、電流密度を上げ、接合界面間に様々なデューティー比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）のパルス大電流を流すことによって、通電衝撃による液相での接合界面の原子間微小溶融をさせる。
前記したように、本発明のパルス通電による固体接合装置１では、パルスのＯＮ時間：ＯＦＦ時間の比であるデューティー比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）が様々な値のパルス電流を発生できるものとされている。
【００４５】
例えば、デューティー比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）が３３．３〜３．２％（パルスのＯＮ時間：ＯＦＦ時間の比＝１：２〜１：３０）、好ましくは３３．３〜６．３％（パルスのＯＮ時間：ＯＦＦ時間の比＝１：２〜１：１５）、より好ましくは１６．７〜７．７％（パルスのＯＮ時間：ＯＦＦ時間の比＝１：５〜１：１２）のパルス大電流を流した場合、短時間に通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせることができる。このようなデューティー比のパルス電流はこれまでプラズマ焼結接合において用いられていないものと認められる。
なお、上記のようなデューティー比とした場合には、これを補うために、電流の波高値（ピーク値）を上げることが望ましい。従って、本発明のパルス通電による固体接合装置１では、電流の波高値（ピーク値）を上げられるようになっている。
【００４６】
このようなパルス大電流を流し、必要に応じて外部から強制的に加熱しながら通電させると、温度が速やかに上昇し、接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上（好ましくは溶融点の６０％以上、９０％未満であり、より好ましくは溶融点の６５％以上、９０％未満）からなる固溶化温度帯域まで達する。接合部材の質量、熱容量により異なるが、この固溶化温度帯域に達したときの温度（ピーク温度）、例えば鉄鋼材料などでは８７０℃、特に１０００℃を超えた温度を、０．５〜６０分間程度保持することにより、パルス大電流の通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせ、第一段階での接合を行う。
本発明のパルス通電による固体接合装置１によれば、このような液相状態での原子間微小溶融を行うことが初めて可能となった。なお、この際には真空雰囲気としておくことが望ましいが、接合すべき部材によっては大気中でも可能である。或いは窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス下において行っても良い。
【００４７】
一方、接合部材によっては、デューティー比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）を８６〜９９．９％というパルスのＯＮ時間の比率が高いものとして、全体を緩やかに昇温させて、なるべく部材全体を均一に昇温させる方が良い部材もある。いずれの方法でも、接合界面近くでは微小溶融が行われており、部材の持つ固有の拡散の容易な部材とそうでないものとの差であると考えられる。
従って、特に接合する部材の降伏点応力の比較的高い部材のように、拡散の容易でない部材の場合、拡散し易い領域である微小溶融の層の厚さを拡大するため、デューティー比（ＯＮ／ＯＮ＋ＯＦＦ）を下げ（パルスのＯＮ時間の比率を低いものとし）、その代わりに電流の波高値（ピーク値）を上げることが望ましい。
本発明のパルス通電による固体接合装置１は、デューティー比がどちらであっても対応できるようになっている。
【００４８】
なお、パルス通電接合中に、接合材料Ａ、Ｂが昇温し、降伏点応力が減衰するのに伴い、加圧力（押圧力）検出用のロードセル（圧力検出器）６、圧力制御装置７、押圧手段４などを作動させて、加圧力を徐々に下げることが望ましい。これにより、接合力の低下を防ぎ、加圧力の調節を行わない場合と比べて、接合力をより増大させることができる。
即ち、接合材料が軟化すると、加圧力が分散し、横への変形が起こる。横に膨らむ変形が起こると言うことは、圧力が横方向に分散し、接合方向にかからず、加圧力の応答性が悪くなり、良い結果が得られないことになる。従って、接合材料が昇温し、降伏点応力が減衰するのに伴い、加圧力を徐々に下げることが望ましい。この加圧力の調節は、降伏点応力がより低い部材について、その降伏点応力の４０〜９０％の範囲で行うことが望ましい。
この加圧力の調節は、次に述べる相互拡散接合処理時においても行うことが望ましい。
【００４９】
本発明のパルス通電による固体接合装置１においては、このようにして通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、引き続いて接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて、１乃至複数回にわたる相互拡散接合処理を行う。このような相互拡散接合処理を行うことにより、完全にかつ短時間で接合することができる。特に接合部材の材質によっては、１回の相互拡散接合処理では完全に接合しない場合も考えられることから、１回だけでなく、それ以上の複数回にわたる相互拡散接合処理を行うことが好ましい。
これまでは焼結後にいわゆる焼き戻し処理などを行うことにより、固相状態で接合することは行われてきたが、これと本発明の装置で行う相互拡散接合処理とは全く異なる。本発明の装置で行われるようなパルス通電における相互拡散接合処理はこれまで他に見られない。
【００５０】
このような相互拡散接合処理は、鉄鋼材料においては固溶化温度以上の固溶化温度帯域で行うことができ、それ以外の材料については溶融点の４０％以上、好ましくは溶融点の６０％以上、９０％未満であり、より好ましくは溶融点の６５％以上、９０％未満からなる固溶化温度帯域で行うことができる。接合すべき材料により異なるが、一般的には、８７０℃より高い温度帯域で、好ましくは１０００℃を超えた温度であり、また前記原子間微小溶融時の温度と同程度、或いはこれより若干高い温度である。
【００５１】
なお、この固溶化温度帯域でいう温度とは、あくまで接合面近傍表面、つまり接合面側帯表面を、例えば赤外線パイロスコープ、放射温度計、熱電対等を用いて測ったときの温度を指している。接合界面の温度は、実際には測定できないのが現状である。接合界面は、実際には極めて微小範囲であり、極めて短時間に溶融点以上の温度を繰り返し、微小局部においては材料成分の高温高圧蒸気状態を繰り返して塑性流動を促していると推測される。
固溶化温度帯域でいう温度は、異材質の場合には、いずれか低い方の固溶化温度或いは溶融点を基準としている。
【００５２】
この相互拡散接合処理を行う際には、パルス電流は流さない。また、加圧は特に必要ないが、前工程からの加圧をそのまま引き続いて行っても良い。相互拡散接合処理を行う際には、固溶化温度帯域に達したときの温度（ピーク温度）を３０〜１２０分間程度、好ましくは４５〜９０分間程度保持することが望ましい。これにより極めて強固かつ短時間に接合することができる。
【００５３】
本発明のパルス通電による固体接合装置１を用いて接合を行う場合、上記したように通電衝撃による接合界面の液相での原子間微小溶融をさせた後に、引き続いて接合すべき部材の固溶化温度以上、或いは溶融点の４０％以上からなる固溶化温度帯域にて相互拡散接合処理すること、つまり一旦液相状態として原子間微小溶融をさせた後に、相互拡散接合処理すること、が必要である。
このような液相状態とした後の相互拡散接合処理は、あくまでパルス通電における液相状態とした後の相互拡散接合処理を指しており、従来公知の液相拡散接合とは異なっている。従来公知の液相拡散接合は、接合面間に低融点部材をインサートして行う場合に生ずる現象を指しており、明らかにここでいう液相状態とした後の相互拡散接合処理とは異なっているが、そのような液相状態での拡散がパルス通電においても生ずることが分かった。なお、この「液相状態とした後の相互拡散接合処理」は、溶融させて液相状態とした後に相互拡散させる点で、溶融させてはおらず固相状態で拡散させる「固相拡散」とは明確に異なる。
【００５４】
このようにして本発明のパルス通電による固体接合装置１によれば、極めて強固に接合することができる。なお、接合完成後、所望の公知各種熱処理を施すこともできる。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１に係る本発明によれば、衝撃試験、疲労試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得られる、パルス通電による固体接合装置が提供される。
【００５６】
このように請求項１に係る本発明の装置によれば、衝撃試験、疲労試験等において、母材と同等の特性を有するものと認められるほどの強固な接合が得られることから、各種部材の接合に広く利用することができる。特に、接合面の両面又は片面に任意な形状の加工溝を施しておきさえすれば、本発明の装置による接合によって、直線、曲線を含む流体の通路、細穴、スリット、溜まり場等の複雑な形状を有する機械部品を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパルス通電による固体接合装置の一態様を示す説明図である。
【図２】上方向に備えられた通電電極２Ａの形状の一態様を示す説明図である。
【図３】上方向に備えられた通電電極２Ａの変形例を示したものであって、上方向に備えられた通電電極２Ａをユニバーサルジョイント９を介して押圧手段４と接続した状態を示す説明図である。
【図４】接合部材Ａ、Ｂの周囲を覆う反射板１２の一態様（５層構造のもの）を示す説明図である。
【図５】接合部材Ａ、Ｂを水平方向に設置したときの接合の様子を示す説明図である。
【図６】上下方向で対向する一対の通電電極２Ａ、２Ｂにより、絶縁体１４、１５とカーボン型１６、１７を用いて水平方向に設置された接合部材Ａ、Ｂを接合する様子を示す説明図である。
【図７】図６の中央部左断面図である。
【図８】図６の中央部右断面図である。
【符号の説明】
１固体接合装置
２通電電極
２Ａ、２Ｂ上下方向で対向する一対の電極
２Ｃ、２Ｄ上下方向以外で対向する一対の電極
３電源装置
４押圧手段
５断熱材
６ロードセル（圧力検出器）
７圧力制御装置
８真空チャンバー
９ユニバーサルジョイント
１０押さえナット
１１カーボン製部材
１２反射板
１３外部加熱手段
１４、１５絶縁体
１６、１７カーボン型
Ａ、Ｂ接合部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state joining apparatus using pulsed current, and more particularly to a solid-state joined apparatus using pulsed current, which can obtain a strong joining that can be recognized as having the same characteristics as a base material in an impact test, a fatigue test, and the like. Equipment related.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a method has been developed in which members are joined by pulsed current instead of joining methods such as welding and brazing.
For example, the joining surface of the low activation ferritic steel to be joined is finished to a surface roughness of about 0.2 μm or less by buffing or the like, and the pressure is 200 to 1000 kgf under vacuum using a discharge plasma sintering apparatus. / Cm ² Bonding is performed under the conditions of a bonding temperature of 760 to 1000 ° C. and a bonding holding time of 20 to 70 min. After the discharge plasma sintering bonding, the bonding material is subjected to a tempering treatment at 740 to 850 ° C. for about 20 to 60 min. Discloses a method for spark plasma sintering low-temperature joining of low activation ferritic steel (for example, see Patent Document 1).
According to this method, it is possible to maintain the mechanical strength and the like of the base material without coarsening the metal structure near the low activation ferritic steel joint.
[0003]
However, in this method, the tempering temperature after spark plasma sintering is a low-temperature “tempering” region near the transformation point of the base material for the purpose of removing strain, and the component structure is stabilized. However, near the transformation point, mutual diffusion for strong bonding is not sufficiently performed at the bonding interface, and a strong bonding result cannot be obtained in a short time.
[0004]
According to this method, it is possible to maintain the mechanical strength and the like of the base material. However, this publication merely shows the results of a simple static tensile test, and the results of such a simple static tensile test. It is impossible to certify that the properties are equivalent to those of the base material by using only the material. This is because even in the latest reinforced adhesive bonding method or the bonding method using only discharge plasma sintering when the bonding surface is rough, almost the same properties as the base material can be obtained in the static tensile test. Therefore, in the bonding strength test, it can be said that the properties are equal to those of the base material only when the impact test, the fatigue test, and the like are satisfied. Then, the present inventor performed an impact tensile test (drop weight test) on this method, and found that it was not at all recognized that it was equivalent to the base material. Further, a minute gap was observed at the bonding interface.
[0005]
In addition, since the spark plasma sintering method is a method for sintering powder, when it is used for solid joining such as joining of members, a carbon mold that is closely attached to the joining member and surrounds the periphery is used. By doing so, the current flows through both the joining member and the carbon mold, so that the current density is reduced, which not only hinders the promotion of joining, but also has the greatest problem in practical terms that the shape of the joining member is greatly restricted. is there.
Furthermore, since the temperature of the joining member is measured not indirectly by the joining member but by the carbon mold surrounding the joining member, the joining temperature value differs greatly from the actual joining member temperature and cannot be used.
[0006]
Therefore, the joining surfaces of the members to be joined are abutted to each other, and in this state, a pulse current is applied to the joining surface while applying a predetermined pressing force to the joining surface, and the joining surface is heat-treated, whereby the joints are firmly joined. A method for forming a joining surface, and a joining device therefor, including a current-carrying electrode, a power supply device, and a pressurizing device, wherein a pair of members to be joined to each other are connected between the current-carrying electrodes without using a graphite mold. A current-carrying device has been proposed in which a current is passed from a power supply device under a desired pressure to perform bonding.
[0007]
According to this method and the apparatus, solids can be strongly bonded to each other, but there is a point to be improved such as a discontinuity of the structure remaining at the bonding interface after the bonding. There is a need for a new joining method and apparatus that can surely join solids.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-179449 A
[Patent Document 2]
JP-A-2002-59270
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves these conventional problems, and in a shock test, a fatigue test, and the like, a solid joint by pulsed current that can obtain a strong joint that can be recognized as having the same characteristics as the base material. It is intended to provide a device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention according to claim 1 is an apparatus for joining a plurality of members made of a solid by pulsed electricity, comprising: a current-carrying electrode that contacts a joined butted joint member and supplies a pulse current thereto; A power supply device that supplies a pulse current to the electrodes, and a pressing unit that presses the butted joining members through the energizing electrodes, and, as the energizing electrodes, a pair of electrodes that are vertically opposed to each other. The present invention also provides a solid-state joining device using pulsed current, comprising a pair of electrodes facing each other except in the vertical direction.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a solid-state joining apparatus by pulse current, wherein at least a joining member and a current-carrying electrode are accommodated in a vacuum chamber. is there.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a solid-state bonding apparatus using pulse current, wherein a pair of current-carrying electrodes facing each other in a direction other than the vertical direction is movable. It is.
According to a fourth aspect of the present invention, in the solid-state joining apparatus by pulse energization according to the first aspect, at least an energizing electrode provided in an upper direction among a pair of energizing electrodes opposed in a vertical direction has a lower surface center portion. An object of the present invention is to provide a solid joining device having a cutout shape and using pulsed current.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the solid-state bonding apparatus according to the first aspect, wherein, of the pair of vertically-opposed energizing electrodes, the energizing electrode provided in the upward direction is pressed via the universal joint. Another object of the present invention is to provide a solid-state joining device by pulsed electric current, which is connected to the means.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the solid-state joining apparatus according to the first aspect, wherein the solid-state joining apparatus includes a reflector having at least a two-layer structure and a heat insulating material, or has at least a three-layer structure. The object of the present invention is to provide a solid-state joining device provided with a plate 12 by pulsed electric current.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a solid-state joining apparatus by pulsed electric current provided with an external heating means in the vicinity of a joining surface of a joining member in the solid-state joining apparatus by pulsed electric current according to the first aspect.
According to an eighth aspect of the present invention, in the solid-state bonding apparatus according to the first aspect, the pair of electrodes facing each other in the up-down direction and the pair of electrodes facing each other except in the up-down direction do not overlap in waveform when the pulse is applied. Thus, the present invention provides a solid-state bonding apparatus using pulsed current that can be alternately energized while shifting the pulse phase.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a solid-state joining apparatus by pulse current supply of the present invention.
The solid-state joining device 1 by pulse current application of the present invention is a device for joining a plurality of members A and B made of solid by pulse current application, and contacts a joined joining members A and B to apply a pulse current thereto. An energizing electrode 2 to flow, a power supply device 3 for supplying a pulse current to the energizing electrode 2, and pressing means 4 for pressing the butted joining members A and B via the energizing electrode 2, and And a pair of electrodes 2A and 2B facing each other in the vertical direction, and a pair of electrodes 2C and 2D facing each other except in the vertical direction. These are all made of a conductive material.
[0012]
In FIG. 1, reference numeral 5 denotes a heat insulating material. Reference numeral 6 denotes a load cell (pressure detector) for detecting a pressing force (pressing force).
The pressure is measured by the load cell (pressure detector) 6, and the obtained information is sent to the pressure control device 7, and the pressure by the pressing means 4 is adjusted and controlled. The pressing means 4 is constituted by a pneumatic cylinder operated by pneumatic pressure so as to enable fine control, but is not limited to this. Note that the present invention is not limited to the illustrated or described embodiments as long as the object of the present invention is not impaired.
The joint use of the load cell (pressure detector) 6 and the pressure control device 7 prevents deformation of the joint.
The pressure control device 7 is set in advance so as to control the pressure within a numerical range equal to or less than the stress that matches the yield point stress curve of the joining members A and B. As a result, it is possible to prevent an excessive pressure from being applied to the joining members A and B.
The pressing means can change the pressure applied to the joint surface within a range of about 1 to 700 MPa.
[0013]
As described in claim 2, the solid-state bonding apparatus 1 using pulsed power supply of the present invention has at least the bonding members A and B and the conductive electrode 2 housed in the vacuum chamber 8. The vacuum chamber 8 can be used up to about 1700 ° C. so as to sufficiently withstand a general maximum bonding temperature. In addition, a viewing window is provided at the front so that the inside of the vacuum chamber 8 can be seen.
The inside of the vacuum chamber 8 is configured to be able to be evacuated by a vacuum exhaust device (not shown) combining a rotary pump and a mechanical booster pump, but an inert gas such as a nitrogen gas may be used as necessary. May also be possible. Of course, it is also possible to open to the atmosphere. A water cooling device is incorporated in the vacuum chamber 8 so that the joining members A and B can be cooled to a predetermined temperature after the joining process. However, an inert gas is used together with or instead of the water cooling device. A gas injection device may be provided, and an inert gas may be injected from the inert gas injection device toward the joining members A and B to cool it. In this example, the hollow chamber type vacuum chamber 8 is used and the cooling water is supplied into the hollow. However, the present invention is not limited to this.
Further, confidentiality is maintained between the vacuum chamber 8 and the pressing means 4.
[0014]
A cooling device (cooling water channel) is incorporated in the energizing electrode 2 to prevent the temperature from rising more than necessary. The shape of the current-carrying electrode 2 can be adapted to the shape of the joining members A and B, and may be a columnar or disk-like shape, a current-carrying roller shape, or an engraved shape. Further, the surface in contact with the joining members A and B may not be a horizontal surface. The current-carrying electrode 2 sandwiching the joining members A and B may be a carbon material or a molybdenum material.
[0015]
The solid-state bonding apparatus 1 by pulse current supply according to the present invention includes a pair of electrodes 2A and 2B opposing in the vertical direction as the energizing electrodes 2 and a pair of electrodes 2C opposing in a direction other than the vertical direction, for example, in the horizontal direction or oblique direction. , 2D. However, it is not necessary to always use the pair of electrodes 2C and 2D opposed to each other except in the vertical direction as electrodes, and to not use them at all if necessary, or to press the joining members A and B in directions other than the vertical direction. It can also be used as a means.
The cooling temperature of the pair of electrodes 2A and 2B facing each other in the vertical direction can be controlled separately. Similarly, the cooling temperature of the pair of electrodes 2C and 2D facing each other in the horizontal direction and the oblique direction other than the vertical direction can be controlled separately. Thereby, cooling according to the temperature difference generated when the joining members A and B are asymmetric members can be performed.
In addition, of the pair of electrodes 2A and 2B facing each other in the vertical direction, the current-carrying electrode 2B provided in the lower direction serves as a mounting table on which the joining members A and B are mounted. Although the one fixed to the frame body is shown, it is not limited to this, and may be one that can move up and down.
FIG. 1 shows a device provided with a pressing means 4 for pressing the joining members A and B in the left-right direction and a pair of conducting electrodes 2C and 2D opposed in the left-right direction. In this case, the solid-state joining apparatus 1 by pulse current application of the present invention faces in the left-right direction because the pressing means 4 for pressing the butted joining members A and B via the energizing electrode 2 is essential. The pressing means 4 for pressing the joining members A and B in the left-right direction is provided together with the pair of conducting electrodes 2C and 2D.
[0016]
In addition, the pair of electrodes 2C and 2D facing each other except in the vertical direction can be movable as described in claim 3. It may be movable by raising or lowering the position, but it may be configured to move in an oblique direction. When a pair of electrodes 2C and 2D opposed to each other in an oblique direction other than the vertical direction are arranged in this manner, it is possible to join a plurality of members having oblique joining surfaces.
As described above, when the pair of electrodes 2C and 2D facing each other except in the vertical direction are made to face each other in an oblique direction or are movable, insertion holes are provided on the left and right sides of the vacuum chamber 8, and The joining members A and B can be moved left and right inside and outside the vacuum chamber from the insertion port. In this case, intermittently continuous joining can be performed while moving the joining members A and B.
[0017]
Although the pulse current may be either a DC pulse current or an AC pulse current, although it depends on the mass and material of the joining member, the power supply device 3 that generates these can be used.
The power supply device 3 can supply a pulse current having a frequency of several hundred Hz to 20 kHz, a current of 100 to 100,000 A, preferably 300 to 80,000 A, and a voltage of 100 V or less to about 1 V.
In the solid-state bonding apparatus 1 according to the present invention, a pulse current having various values of a duty ratio (ON / ON + OFF), which is a ratio of a pulse ON time to an OFF time, can be generated.
Further, a joining time can be set by a timer.
[0018]
The solid-state bonding apparatus 1 by pulse current supply according to the present invention includes a pair of electrodes 2A and 2B opposing in the vertical direction as the energizing electrodes 2 and a pair of electrodes 2C opposing in a direction other than the vertical direction, for example, in the horizontal direction or oblique direction. , 2D, which may be used at the same time, but as described above, the pair of electrodes 2C, 2D facing each other except in the vertical direction need not always be used as electrodes, and can be switched by a switch. It may be. Furthermore, it is also possible to use an intermittent type. At this time, as described in the description of the invention according to claim 8, a pair of electrodes 2A and 2B opposed in the up-down direction and a pair of electrodes 2C and 2D opposed in other than the up-down direction have waveforms when a pulse is applied. It is possible to alternately energize by shifting the pulse phase so that the waveforms do not overlap, so that the pulse can be alternately energized by shifting the pulse phase so that the waveforms during pulse energization do not overlap.
[0019]
FIG. 2 shows a modification of the current-carrying electrode 2A provided in the upward direction.
That is, as shown in FIG. 4, as shown in FIG. 2, at least a current-carrying electrode 2 A provided in the upper direction among a pair of current-carrying electrodes 2 A and 2 B opposed in the vertical direction It may have a notched shape. In this case, since the pulse current does not flow in the vicinity of the notched central portion, it becomes difficult for the pulse current to flow also in the vicinity of the central portions of the joining members A and B in contact therewith. Will relatively increase. For this reason, when viewed in detail, depending on the bonding material, there is a material having a so-called convex shape with a slightly raised central portion, but even in such a case, the bonding portion is in a normal smooth state. can do.
[0020]
Next, as shown in FIG. 3, as shown in FIG. 3, of the pair of current-carrying electrodes 2 A and 2 B opposed in the vertical direction, the current-carrying electrode 2 A provided in the upper direction is connected via the universal joint 9. Connected to the pressing means 4.
In FIG. 3, reference numeral 10 denotes a holding nut, and reference numeral 11 denotes a carbon member. In this modification, the tip of the pressing means 4 is spherical as shown in FIG. 3, and is subjected to a surface treatment such as a sulfurizing treatment in order to improve sliding. In this case, the conductive electrode 2A provided in the upward direction corresponds to the shape of the universal joint 9 at the tip of the pressing means 4.
By employing such a universal joint system, the joining members A and B can be pressed with an equal pressure.
[0021]
Further, as described in claim 6, the solid-state joining apparatus 1 by pulse current supply of the present invention includes a reflector 12 having at least a two-layer structure and a heat insulating material 5 covering the periphery of the joining members A and B. Or a device provided with a reflector 12 having at least a three-layer structure. By providing the reflector 12 having at least a two-layer structure and the heat insulating material 5 or by providing the reflector 12 having at least a three-layer structure, the radiant heat from the joining members A and B is provided. About 70 to 80% can be recovered. FIG. 4 shows a reflector 12 having a five-layer structure. This reflector is made of stainless steel (SUS304), but is not limited to this. Although it depends on the size of the reflector 12, the interval between the layers may be about 0.5 to 2.0 cm.
By providing the reflector 12 having at least a two-layer structure and the heat insulating material 5 or the reflector 12 having at least a three-layer structure, preferably about a five-layer structure, the processing temperature can be effectively maintained. This is effective because convection does not occur in a vacuum. Since convection occurs in air, the external heating means 13 and the heat insulating material 5 described below are effective.
[0022]
As shown in FIG. 7, as shown in FIG. 1, in the solid-state joining apparatus 1 by pulse current supply of the present invention, when the above-mentioned reflecting plate 12 is not provided, the joining surfaces of the joining members A and B are provided. External heating means 13 may be provided in the vicinity.
The external heating means 13 is most preferably an induction heating method such as microwave induction heating, millimeter wave induction heating, or submillimeter wave induction heating. In addition, resistance heating, high frequency heating, and the like can be mentioned. One type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
The external heating means 13 is heated by another line branched from a line from the power supply device 3 to the energizing electrode 2. Although the line is switched, the current flows only to the external heating means 13 if the energizing electrode 2 is not brought into contact with the joining members A and B without switching.
[0023]
Further, as described in claim 8, in the solid-state bonding apparatus 1 by pulsed current supply according to the present invention, the pair of electrodes 2A, 2B opposed in the vertical direction and the pair of electrodes 2C, 2D opposed in the vertical direction are different from each other. The current can be alternately energized by shifting the pulse phase so that the waveforms during the energization of the pulse do not overlap.
[0024]
The solid joining apparatus 1 by pulse current supply according to the present invention is characterized by the above points. Except for these features, the solid-state bonding apparatus 1 using pulsed current according to the present invention can use various measuring devices (ammeters, voltmeters, vacuum gauges, temperature measurement devices, etc.) used in known discharge plasma sintering devices and the like. Devices, position measuring devices, etc.), various control devices (power supply control device, pressure control device, automatic temperature control device, cooling water control device, etc.), display devices (operation display device, current / voltage / air pressure display device, temperature display device) ), And various safety devices and alarm devices are provided.
[0025]
In order to join a plurality of members using the solid-state joining device 1 by pulse current supply of the present invention as described above, the joining surfaces of the joining members A and B are butted together, and then the joined surfaces thus joined to each other. Is pressed by the pressing means 4 so as to bring them into close contact with each other. In this pressurized state, the energizing electrode 2 is applied to the joining members A and B, and only the joining members A and B are energized.
[0026]
The joining members A and B are usually arranged up and down as shown in FIG. 1, and pulse electricity is applied by a pair of conducting electrodes 2A and 2B opposed in the up and down direction.
At this time, when the pair of conducting electrodes 2C and 2D opposed to each other except in the vertical direction is, for example, a pair of conducting electrodes 2C and 2D opposed to each other in the left and right direction, the pressing means 4 for pressing in the left and right direction is used. Although the joining members A and B are supported from the left and right side surfaces, the pair of conducting electrodes 2C and 2D facing each other except in the vertical direction need not be energized.
[0027]
When the joining members A and B are installed in a horizontal direction as shown in FIG. 5, a pair of current-carrying electrodes 2C and 2D facing each other in the left-right direction as described above is used. The bonding can be performed mainly using the current-carrying electrodes 2C and 2D. In this case, the pair of current-carrying electrodes 2A, 2B facing each other in the up-down direction is used to support the joining members A, B.
[0028]
Furthermore, when the joining members A and B are installed in the horizontal direction, the insulators 14 and 15 and the carbon mold as shown in FIG. By using the electrodes 16 and 17, the bonding can be performed by the pair of current-carrying electrodes 2A and 2B opposed in the vertical direction. FIG. 7 is a central left sectional view of FIG. 6, and FIG. 8 is a central right sectional view of FIG. In FIGS. 6, 7, and 8, the insulators 14 and 15 and the carbon molds 16 and 17 are shown in accordance with the shapes of the substantially cylindrical joining materials A and B, but are of course limited thereto. Not something.
[0029]
Since the pulse current passes through the carbon molds 16 and 17 and the bonding materials A and B but does not pass through the insulators 14 and 15, the pulse current is supplied from the conducting electrode 2A provided in the upward direction as indicated by the arrow. It flows to the current-carrying electrode 2B provided in the downward direction across the joint surface. As a result, the joining members A and B installed in the horizontal direction can be sufficiently joined without using the pair of current-carrying electrodes 2C and 2D opposed in the left-right direction as described above.
This indicates that it is not always necessary to install the pair of conducting electrodes 2C and 2D facing each other except in the vertical direction in the horizontal direction.
Therefore, as described above, the pair of electrodes 2C and 2D facing each other except in the vertical direction can be opposed in a diagonal direction, or can be movable. In this case, the joining members A and B can be moved left and right inside and outside the vacuum chamber. In this case, joining can be performed continuously.
[0030]
Here, the members to be joined are not limited to two, and three or more members can be joined at the same time. In the case of a rod-shaped member, a plurality of joint surfaces can be joined at the same time by applying pressure in a state where a plurality of joints are abutted in series. Further, by arranging a plurality of sets of members joined in series in parallel and applying pressure and current to them at the same time, a larger number of joints can be performed at the same time.
[0031]
Examples of the members to be joined include steel materials such as high-speed tool steel (high-speed steel), die steel (SKD), and stainless steel (SUS); non-ferrous metals such as copper, aluminum, zinc, and non-ferrous alloys; Special alloys such as alloys, shape memory alloys, heat-resistant alloys, vibration-proof alloys, sound-proof alloys, and shielding materials; sintered metals such as discharge plasma sintered compacts and hot pressed sintered compacts; and ceramics that exhibit conductivity at high temperatures Members; semiconductors; single crystal materials, and the like.
[0032]
According to the solid-state joining device using pulsed current of the present invention, two or more kinds of members can be jointed at the same time for various kinds of joining members as described above, and joints can be made of the same kind of members or a combination of different kinds of members. Can be.
Specifically, joining of steel materials, joining of steel materials with non-ferrous metals or special alloys, joining of non-ferrous metals (such as aluminum or copper), joining of special alloys, and the like can be performed.
Further, the solid-state joining apparatus using pulsed current according to the present invention can be used for joining members having different characteristics such as a combination of a shape memory alloy, a magnetic material, a non-magnetic material, and the like.
Further, the solid joining apparatus by pulse current supply of the present invention forms a machining groove of an arbitrary shape on both sides or one side of the joining surface, and forms a fluid passage including a straight line, a curve, a fine hole, a slit, a pool, etc. by joining. can do.
[0033]
According to the solid-state joining device by pulse current supply of the present invention, a manifold with built-in curved passages for various molds and liquid gas materials with built-in heat exchange flow paths, turbine blades, engine valves, piston heads, fuel cell cooling plates, fuel injection nozzles, fibers Including material injection nozzle, semiconductor heating part cooling plate, hydraulic part, ultra-fine punch type with micro-slit slits, optical fiber connector and terminal part, rocket engine combustion part cooling pipe connection, sensor electromagnetic by magnetic material non-magnetic material bonding Valves and the like can be manufactured.
[0034]
The shape of the members to be joined is not particularly limited, and may be, for example, a bulk (solid), a thin film having a thickness of about 1 mm or less, a pipe, a corrugated plate, or the like. The solid-state joining apparatus using pulsed current according to the present invention can be used for joining members having the same shape or those having different shapes to each other.
The joining surface may be flat or may be a curved surface as long as no gap is formed between both joining surfaces.
For example, when the bonding surface is oblique, as described above, the pair of electrodes 2C and 2D that oppose each other except in the vertical direction is opposed to each other in an oblique direction, or is movable so that the electrodes are effectively joined. be able to.
Further, the joining surface may be processed into a complementary joining surface shape so that the joining surface of the first member and the joining surface of the second member are in close contact with each other. For example, when the joining surface of one joining member is a convex curved surface, a concave curved surface that comes into close contact with the joining surface can be adopted as the joining surface shape of the other joining member.
[0035]
The joining surface may be rough, but the higher the smoothness of the joining surface, the better the result. Therefore, it is preferable that both surfaces or one surface of the joining surface be subjected to a smoothing treatment by a known method such as polishing and buffing.
[0036]
In order to further firmly join, a thin film can be formed in advance on both sides or one side of the joining surface of the members to be joined. The thickness of the thin film is generally in the range of 0.1 to 5 μm. The method for forming the thin film is not particularly limited, such as a sputter deposition method, a plasma spraying method, and a plating method. However, it is most preferable to use a sputter deposition method that can easily control the film thickness and can form a uniform thin film.
[0037]
It is necessary that the thin film be a component that at least diffuses and disappears in the base material structure of the bonding member in the bonding process, and at least a part of the component is the same as the material of the bonding surface on which the thin film is formed. It is desirable that In particular, it is preferable to form a thin film of the same material as the joining surface. Such a thin film diffuses into the base material structure of the joining member and disappears during the joining process, and a strong and surely joined joining surface is formed. Note that the thin film may contain a reducing component.
[0038]
Instead of forming the above-mentioned thin film, bonding may be performed by performing cleaning by sputtering, a cleaning solution, or the like on both surfaces or one surface of the bonding surface to remove foreign substances, oxide films, passive films, and the like at the bonding interface. .
In addition, after performing surface treatment or surface modification such as nitrosulphurizing, nitriding, coating, etc. on the joining surface or processing groove of the joining member that incorporates fine holes, slits, pools, etc., the joining is performed, and the hardness of the joining member is increased. Also, the rust prevention effect may be increased. In the nitriding treatment after the joining, the hardness cannot be increased to the inside of the very fine holes and slits.
[0039]
In order to join a plurality of members using the solid-state joining apparatus 1 by pulse current supply of the present invention, after treating both sides or one side of the joining surface as described above, the joining surfaces are butted against each other.
Next, pressurization is performed by the pressing means 4 so that the bonding surfaces of the bonding members A and B abutted to each other in this manner are brought into close contact with each other. In this pressurized state, the energizing electrode 2 is applied to the bonding members A and B, It is only necessary to energize only the joining members A and B.
[0040]
The pressure applied to the joint surface is variously controlled by using a load cell (pressure detector) 6 and a pressure control device 7, depending on the inherent hardness and pressure resistance of the member, but is generally in the range of 1 to 700 MPa. , Preferably within the range of 10 to 200 MPa. The pressing direction can be applied not only in one axial direction but also in multiple axial directions such as a perpendicular direction and an oblique direction.
[0041]
In this pressurized state, a pair of electrodes is applied in an arbitrary direction of the member to be joined, and electricity is applied only to the member to be joined.
The electrode direction and the bonding interface pressing direction may be different or the same.
[0042]
In the solid-state joining apparatus 1 by pulsed current application of the present invention, since the carbon mold surrounding the joining members A and B, which is generally used in the discharge plasma sintering method, is not used, only the joining members A and B are energized. Will be.
By not using an energizable carbon mold surrounding the joining members other than the joining member between the electrodes, the current density is prevented from lowering due to the use of the energizable carbon mold, and direct temperature control of the joining member side band is prevented. Enables efficient joining, and eliminates the restriction on the shape of joining members that could only be made in the form of a disk or a column in a carbon mold. The joining range was expanded.
[0043]
In the solid-state joining apparatus 1 using pulsed electric current according to the present invention, when joining large-sized members in particular, it is preferable that the heating means 13 is used to energize the vicinity of the joined surfaces while forcibly heating the area from the outside. Thereby, a large member can be efficiently joined in a short time. Further, the joining of ceramics or the like conducts when external heating reaches a certain temperature, and joining is possible. However, in the case of a bonding material having a small mass and a small heat capacity, it is not necessary to perform external forced heating.
The heating time for forcibly heating from the outside varies depending on the heat capacity of the joining member, but is generally set to 60 minutes or less.
[0044]
In the present invention, the current density is increased by energizing only the members to be joined without using the carbon mold surrounding the joining members as described above, so that various duty ratios (ON / ON + OFF) are provided between the joining interfaces. By passing a large pulse current, the interatomic minute melting of the bonding interface in the liquid phase due to the electric shock is caused.
As described above, in the solid-state bonding apparatus 1 by pulse current supply of the present invention, the pulse currents with various values of the duty ratio (ON / ON + OFF), which is the ratio of the ON time to the OFF time of the pulse, can be generated. .
[0045]
For example, the duty ratio (ON / ON + OFF) is 33.3 to 3.2% (pulse ON time: OFF time ratio = 1: 2 to 1:30), preferably 33.3 to 6.3% (pulse Of ON time: OFF time = 1: 2 to 1:15), more preferably 16.7 to 7.7% (pulse ON time: OFF time ratio = 1: 5 to 1:12) When a large current is applied, it is possible to cause minute interatomic fusion in the liquid phase of the bonding interface due to the electric shock in a short time. It is recognized that the pulse current having such a duty ratio has not been used in the plasma sintering bonding.
When the duty ratio is set as described above, it is desirable to increase the peak value of the current to compensate for this. Therefore, in the solid-state joining apparatus 1 by pulse current supply of the present invention, the peak value (peak value) of the current can be increased.
[0046]
When such a pulsed large current is passed and energized while being forcibly heated from the outside as necessary, the temperature quickly rises, and is higher than the solution temperature of the members to be joined or 40% or more of the melting point ( Preferably, it reaches a solution temperature range of 60% or more and less than 90% of the melting point, and more preferably 65% or more and less than 90% of the melting point. Although it depends on the mass and heat capacity of the joining member, the temperature (peak temperature) at which the solution temperature reaches this solution temperature range, for example, 870 ° C. for a steel material or the like, especially 1000 ° C., is raised for about 0.5 to 60 minutes. By holding, the inter-atomic micro-melting in the liquid phase of the bonding interface due to the impact of a large pulsed electric current is applied, and the first-stage bonding is performed.
According to the solid-state joining apparatus 1 by pulse current supply of the present invention, it becomes possible for the first time to perform such inter-atomic fine melting in a liquid phase state. In this case, it is desirable to set a vacuum atmosphere, but depending on the members to be joined, it can be set in the air. Alternatively, it may be performed under an inert gas such as a nitrogen gas and an argon gas.
[0047]
On the other hand, depending on the joining member, the duty ratio (ON / ON + OFF) is set to a high ratio of the pulse ON time of 86 to 99.9%, and the entire member is gradually heated, and the entire member is heated as uniformly as possible. Some members are better served. In any of the methods, the micro-melting is performed near the bonding interface, which is considered to be a difference between a member having a unique easy-to-diffuse member and a member not having such a member.
Accordingly, in the case of a member that is not easily diffused, such as a member having a relatively high yield point stress, particularly a member to be joined, the duty ratio (ON / (ON + OFF) is reduced (the ratio of the pulse ON time is set low), and instead, it is desirable to increase the peak value (peak value) of the current.
The solid-state bonding apparatus 1 using pulsed current according to the present invention can handle any duty ratio.
[0048]
During the pulse current welding, as the joining materials A and B rise in temperature and the yield point stress attenuates, a load cell (pressure detector) 6 for detecting a pressing force (pressing force), a pressure control device 7, It is desirable to operate the pressing means 4 and the like to gradually reduce the pressing force. Thereby, a decrease in the joining force can be prevented, and the joining force can be further increased as compared with a case where the pressing force is not adjusted.
That is, when the bonding material softens, the pressing force is dispersed, and lateral deformation occurs. The fact that the deformation expands laterally means that the pressure is dispersed in the lateral direction and does not act in the joining direction, the response of the pressing force becomes poor, and good results cannot be obtained. Therefore, as the temperature of the joining material rises and the stress at the yield point attenuates, it is desirable to gradually reduce the pressing force. This adjustment of the pressing force is desirably performed on a member having a lower yield point stress in a range of 40 to 90% of the yield point stress.
It is desirable to adjust the pressing force also during the interdiffusion bonding process described below.
[0049]
In the solid-state welding apparatus 1 by pulse current application of the present invention, after the interatomic fine melting in the liquid phase of the bonding interface due to the current-carrying impact in this way, the solid solution temperature of the member to be subsequently bonded is higher than or equal to the melting temperature. The interdiffusion bonding process is performed one or more times in a solution temperature range of 40% or more of the points. By performing such an interdiffusion bonding process, bonding can be completed completely in a short time. In particular, depending on the material of the joining member, it is conceivable that the joining may not be completed completely by one interdiffusion bonding process. Therefore, it is preferable to perform the interdiffusion bonding process not only once but more than once.
Until now, bonding in the solid state has been performed by performing so-called tempering after sintering, but this is completely different from the mutual diffusion bonding performed by the apparatus of the present invention. Until now, the interdiffusion bonding process in the pulse current as performed in the apparatus of the present invention has not been found elsewhere.
[0050]
Such an interdiffusion bonding treatment can be performed in a solution temperature range above the solution temperature for steel materials, and for other materials, 40% or more of the melting point, preferably 60% or more of the melting point, The melting point is less than 90%, more preferably 65% or more of the melting point and less than 90%. Although it differs depending on the material to be joined, it is generally in a temperature range higher than 870 ° C., preferably higher than 1000 ° C., and approximately the same as or slightly higher than the temperature at the time of the interatomic fine melting. Temperature.
[0051]
The temperature in the solution temperature zone is the temperature when the surface near the bonding surface, that is, the side surface of the bonding surface is measured using, for example, an infrared pyroscope, a radiation thermometer, or a thermocouple. At present, the temperature of the bonding interface cannot be actually measured. It is presumed that the bonding interface actually has a very minute range, and repeats the temperature above the melting point in a very short time, and in a small local area, the state of high-temperature and high-pressure steam of the material component is repeated to promote plastic flow.
In the case of dissimilar materials, the temperature in the solution temperature zone is based on the lower solution temperature or melting point.
[0052]
When performing this interdiffusion bonding process, no pulse current is passed. In addition, pressurization is not particularly required, but pressurization from the previous step may be performed continuously. When performing the interdiffusion bonding treatment, it is desirable to maintain the temperature (peak temperature) when the temperature reaches the solution temperature zone for about 30 to 120 minutes, preferably about 45 to 90 minutes. Thereby, the bonding can be made extremely strong and in a short time.
[0053]
When joining is performed using the solid-state joining apparatus 1 by pulse current supply according to the present invention, after the interatomic fine melting in the liquid phase of the joining interface due to the electric current impact as described above, the solid solution of the member to be joined subsequently is dissolved. It is necessary to perform the mutual diffusion bonding in a solution temperature range of not less than the temperature or 40% or more of the melting point, that is, to perform the interdiffusion bonding after the interatomic fine melting in the liquid state. is there.
The mutual diffusion bonding process after the liquid phase state is just the mutual diffusion bonding process after the liquid phase state in the pulse current is applied, and is different from the conventionally known liquid phase diffusion bonding. Conventionally known liquid phase diffusion bonding refers to a phenomenon that occurs when a low-melting point member is inserted between bonding surfaces, and is clearly different from the mutual diffusion bonding process after the liquid phase state described here. However, it has been found that such diffusion in the liquid phase state also occurs in pulsed current. In addition, this “interdiffusion bonding treatment after being in a liquid phase state” is referred to as “solid phase diffusion” in which the solid phase is diffused in a solid state without being melted in that it is melted and then diffused in a liquid state. Are distinctly different.
[0054]
In this way, according to the solid-state joining apparatus 1 of the present invention using pulsed current, extremely strong joining can be achieved. After the joining is completed, various known heat treatments may be performed.
[0055]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, there is provided a solid-state joining apparatus using pulsed current, which can provide a strong joining that is recognized as having the same characteristics as a base material in an impact test, a fatigue test, and the like. .
[0056]
As described above, according to the apparatus of the present invention according to claim 1, in an impact test, a fatigue test, and the like, a strong bond that can be recognized as having the same characteristics as the base material can be obtained. Can be widely used for joining. In particular, as long as machining grooves of an arbitrary shape are provided on both surfaces or one surface of the joining surface, the joining by the apparatus of the present invention makes it possible to form a complicated path such as a fluid passage including a straight line and a curve, a fine hole, a slit, and a pool. A mechanical part having a shape can be easily formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of a solid-state joining apparatus using pulsed current according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing one embodiment of a shape of a current-carrying electrode 2A provided in an upward direction.
FIG. 3 is a view showing a modified example of the current-carrying electrode 2A provided in the upward direction, and showing a state in which the current-carrying electrode 2A provided in the upward direction is connected to the pressing means 4 via the universal joint 9; FIG.
FIG. 4 is an explanatory view showing one embodiment (a five-layer structure) of the reflector 12 covering the periphery of the joining members A and B.
FIG. 5 is an explanatory view showing a state of joining when joining members A and B are installed in a horizontal direction.
FIG. 6 is a view showing a state in which bonding members A and B placed in a horizontal direction are bonded using insulators 14 and 15 and carbon molds 16 and 17 by a pair of current-carrying electrodes 2A and 2B opposed in the vertical direction. FIG.
FIG. 7 is a left sectional view at the center of FIG. 6;
FIG. 8 is a right sectional view of the center in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
1 solid joining equipment
2 Current-carrying electrode
2A, 2B A pair of electrodes facing in the vertical direction
2C, 2D A pair of electrodes facing each other except in the vertical direction
3 power supply
4 pressing means
5 Thermal insulation
6 load cell (pressure detector)
7 Pressure control device
8 vacuum chamber
9 Universal joint
10 Holding nut
11 Carbon members
12 Reflector
13 External heating means
14, 15 insulator
16, 17 carbon type
A, B joining members

Claims

An apparatus for joining a plurality of solid members by pulsed current, a current-carrying electrode that contacts the joined butted members and passes a pulse current thereto, and a power supply device that supplies a pulse current to the current-carrying electrode, Pressing means for pressing the butted joining member via the energizing electrode, and, as the energizing electrode, a pair of electrodes facing in the vertical direction, and a pair of electrodes facing in other than the vertical direction. A solid-state joining apparatus using a pulsed current, comprising electrodes.

The solid-state bonding apparatus according to claim 1, wherein at least a bonding member and a current-carrying electrode are accommodated in a vacuum chamber.

2. The solid-state joining apparatus according to claim 1, wherein a pair of energized electrodes facing each other in a direction other than the vertical direction are movable.

2. The solid-state bonding apparatus according to claim 1, wherein at least an upper one of the pair of vertically-opposed energizing electrodes has a shape in which a central portion of a lower surface thereof is notched. By solid joining equipment.

2. The solid-state joining apparatus according to claim 1, wherein, of the pair of conducting electrodes vertically opposed to each other, the conducting electrode provided in the upward direction is connected to the pressing means via a universal joint. By solid joining equipment.

2. The solid-state bonding apparatus according to claim 1, wherein the solid-state welding apparatus includes a reflector having at least a two-layer structure and a heat insulating material, or a reflector 12 having at least a three-layer structure. Solid joining equipment.

2. The solid-state welding apparatus according to claim 1, further comprising an external heating means provided near a joining surface of the joining member.

2. The solid-state bonding apparatus according to claim 1, wherein the pair of electrodes facing each other in the vertical direction and the pair of electrodes facing each other except in the vertical direction are alternately shifted in pulse phase so that waveforms at the time of the pulse current do not overlap. A solid-state joining device that can be energized by pulsed energization.