JP2500158B2 - 鋼材の接合方法 - Google Patents
鋼材の接合方法Info
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- JP2500158B2 JP2500158B2 JP14287391A JP14287391A JP2500158B2 JP 2500158 B2 JP2500158 B2 JP 2500158B2 JP 14287391 A JP14287391 A JP 14287391A JP 14287391 A JP14287391 A JP 14287391A JP 2500158 B2 JP2500158 B2 JP 2500158B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高能率でしかも高性
能な継手が得られる鋼材の接合方法に関するものであ
る。
能な継手が得られる鋼材の接合方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】鋼材の接合方法として、被接合材（母
材）を突き合わせて、塑性変形をほとんど生じない程度
に加熱・加圧し、接合面間で生じる原子の拡散を利用し
て接合する拡散接合法がある。この拡散接合法には、接
合すべき被接合材を直接接合する固相拡散接合法のほか
に、被接合面間に異種金属のインサート材を挿入して接
合する液相拡散接合法がある。
材）を突き合わせて、塑性変形をほとんど生じない程度
に加熱・加圧し、接合面間で生じる原子の拡散を利用し
て接合する拡散接合法がある。この拡散接合法には、接
合すべき被接合材を直接接合する固相拡散接合法のほか
に、被接合面間に異種金属のインサート材を挿入して接
合する液相拡散接合法がある。
【０００３】液相拡散接合法では、被接合材より低融点
のインサート材を使い、被接合材を軽く加圧密着して通
常真空中または不活性ガス中で加熱接合を行う。インサ
ート材は接合温度まで加熱されて液相となり、接合面間
の空隙を溶融金属で満たし、接合温度に保持している間
にインサート材と母材間で相互拡散が起こり、最終的に
等温凝固し接合する。この液相拡散接合法において、前
記インサート材に低融点のアモルファス金属を用いる方
法およびこの方法を屋内の配管の接合に適用した例が
「配管技術 1989年 ５月号 65〜70頁」に報告されて
いる。
のインサート材を使い、被接合材を軽く加圧密着して通
常真空中または不活性ガス中で加熱接合を行う。インサ
ート材は接合温度まで加熱されて液相となり、接合面間
の空隙を溶融金属で満たし、接合温度に保持している間
にインサート材と母材間で相互拡散が起こり、最終的に
等温凝固し接合する。この液相拡散接合法において、前
記インサート材に低融点のアモルファス金属を用いる方
法およびこの方法を屋内の配管の接合に適用した例が
「配管技術 1989年 ５月号 65〜70頁」に報告されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】液相拡散接合法は、能
率に優れ、母材の外観変形をともなわずに接合ができ、
しかも組織変化のない均一組織の接合部が得られるとい
う優れた特徴を有しているが、この接合法を強度部材の
接合に適用した例はいまのところ見当たらない。
率に優れ、母材の外観変形をともなわずに接合ができ、
しかも組織変化のない均一組織の接合部が得られるとい
う優れた特徴を有しているが、この接合法を強度部材の
接合に適用した例はいまのところ見当たらない。
【０００５】その理由として、1)インサート材に低融点
のアモルファス金属を用いた液相拡散接合法であって
も、接合に際しては母材共々およそ1000℃程度に加熱す
る必要があり、粗粒化による靭性低下が起こること、2)
母材の寸法 (例えば板厚、管径、管厚）は一定ではな
く、必ず公差を有しており、“目違い”の発生による疲
労強度低下が起こること、等が挙げられる。
のアモルファス金属を用いた液相拡散接合法であって
も、接合に際しては母材共々およそ1000℃程度に加熱す
る必要があり、粗粒化による靭性低下が起こること、2)
母材の寸法 (例えば板厚、管径、管厚）は一定ではな
く、必ず公差を有しており、“目違い”の発生による疲
労強度低下が起こること、等が挙げられる。
【０００６】この発明の課題は、液相拡散接合法におけ
る上記のような問題を解消し、靭性および疲労強度に優
れた高性能な継手を高能率で得ることのできる鋼材の接
合方法を提供することにある。
る上記のような問題を解消し、靭性および疲労強度に優
れた高性能な継手を高能率で得ることのできる鋼材の接
合方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明者らは、インサ
ート材に低融点のアモルファス金属を用いた液相拡散接
合法の利点を損なうことなく、強度部材への適用を可能
とすべく検討を重ねた結果、液相拡散接合法とアーク溶
接法との組み合わせにより、靭性および疲労強度が改善
されることを見出し、この発明に至った。
ート材に低融点のアモルファス金属を用いた液相拡散接
合法の利点を損なうことなく、強度部材への適用を可能
とすべく検討を重ねた結果、液相拡散接合法とアーク溶
接法との組み合わせにより、靭性および疲労強度が改善
されることを見出し、この発明に至った。
【０００８】この発明は「被接合面間に被接合材より低
融点のアモルファス金属のインサート材を挿入し、イン
サート材の融点以上で被接合材の融点以下の温度域に加
熱し、加圧して被接合材を液相拡散接合した後、その接
合部にアーク溶接を施すことを特徴とする鋼材の接合方
法」を要旨とする。
融点のアモルファス金属のインサート材を挿入し、イン
サート材の融点以上で被接合材の融点以下の温度域に加
熱し、加圧して被接合材を液相拡散接合した後、その接
合部にアーク溶接を施すことを特徴とする鋼材の接合方
法」を要旨とする。
【０００９】
【作用】以下、添付図面を参照してこの発明を説明す
る。
る。
【００１０】図１(a) 〜(c) は、この発明の接合方法を
示す説明図である。
示す説明図である。
【００１１】図１において、１および２は接合すべき被
接合材（母材）であり、図１では板状の被接合材を示し
た。
接合材（母材）であり、図１では板状の被接合材を示し
た。
【００１２】被接合材１および２を、被接合材より低融
点のアモルファス金属のインサート材３を被接合面間に
挿入して突き合わせる（図１(a))。
点のアモルファス金属のインサート材３を被接合面間に
挿入して突き合わせる（図１(a))。
【００１３】接合面間にインサート材３を挿入して突き
合わせた後は、高周波加熱装置等を使用してその接合す
べき部位を加熱し、加圧して被接合材１および２を液相
拡散接合する（図１(b))。
合わせた後は、高周波加熱装置等を使用してその接合す
べき部位を加熱し、加圧して被接合材１および２を液相
拡散接合する（図１(b))。
【００１４】液相拡散接合における接合条件は特に限定
しなくてもよいが、加熱温度がインサート材３の融点よ
り低い場合にはインサート材３の溶融が起こらず、被接
合材１および２の融点より高い場合には溶融溶接になる
ため、インサート材３の融点以上で被接合材１および２
の融点以下の温度域で行う必要がある。
しなくてもよいが、加熱温度がインサート材３の融点よ
り低い場合にはインサート材３の溶融が起こらず、被接
合材１および２の融点より高い場合には溶融溶接になる
ため、インサート材３の融点以上で被接合材１および２
の融点以下の温度域で行う必要がある。
【００１５】この液相拡散接合では、被接合材１および
２を突き合わせする際の“ずれ”、或いは被接合材１お
よび２との間の肉厚差により、接合後には図１(b) のＡ
に示すような“目違い”が発生する。また、液相拡散接
合時にはアモルファス金属のインサート材３を被接合材
の肉厚方向に均一に加熱し、溶融させる必要があること
から、接合後には接合部の近傍に肉厚方向に加熱温度と
同程度の高温にさらされた靭性の低い熱影響部４が形成
される。
２を突き合わせする際の“ずれ”、或いは被接合材１お
よび２との間の肉厚差により、接合後には図１(b) のＡ
に示すような“目違い”が発生する。また、液相拡散接
合時にはアモルファス金属のインサート材３を被接合材
の肉厚方向に均一に加熱し、溶融させる必要があること
から、接合後には接合部の近傍に肉厚方向に加熱温度と
同程度の高温にさらされた靭性の低い熱影響部４が形成
される。
【００１６】被接合材１および２を液相拡散接合した後
は、その接合部にアーク溶接を施す（図１(c))。アーク
溶接は、手溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接などのいずれ
の方法でもよく、溶接方法は特に限定しなくてもよい。
は、その接合部にアーク溶接を施す（図１(c))。アーク
溶接は、手溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接などのいずれ
の方法でもよく、溶接方法は特に限定しなくてもよい。
【００１７】このように、液相拡散接合後にその接合部
にアーク溶接を施すと、液相拡散接合で低下した接合部
の靭性および疲労強度が改善される。
にアーク溶接を施すと、液相拡散接合で低下した接合部
の靭性および疲労強度が改善される。
【００１８】液相拡散接合では、前記のように“目違
い”が発生する。接合部に“目違い”があると、後述の
実施例に示すように疲労強度は著しく低く、その破断は
全て界面破断となる。この疲労強度は溶接部の止端部
（図１(c）のＢで示す部位）の形状に大きく支配されて
おり、液相拡散接合後の“目違い”のある接合部にアー
ク溶接を施すことにより、“目違い”がなくなりなめら
かな止端形状となるので、疲労強度が向上する。また、
液相拡散接合後の接合部にアーク溶接を施すことによ
り、図１(c）に示すようにその溶接金属５の近傍にアー
ク溶接による熱影響部６が発生し、これによる靭性の低
い箇所が発生するが、一方では液相拡散接合によって形
成された靭性の低い熱影響部４がこのアーク溶接の入熱
によるテンパー効果によって靭性が回復する箇所が生じ
る。即ち、液相拡散のままでは肉厚方向全般にわたって
低靭性であった接合部が、アーク溶接の入熱によるテン
パー効果によって靭性を回復し、肉厚方向でその低靭性
部が分散され、全体として接合部の靭性が向上する。こ
のアーク溶接のテンパー効果による靭性の改善効果は、
図１(c) のＣに示す溶接金属５の溶け込み量が浅すぎる
と顕著ではなく、完全溶け込み溶接では液相拡散接合の
意味がなくなるので、その溶け込み量は完全に溶け込ま
すことなく被接合材の肉厚に対し15％以上とするのが望
ましい。
い”が発生する。接合部に“目違い”があると、後述の
実施例に示すように疲労強度は著しく低く、その破断は
全て界面破断となる。この疲労強度は溶接部の止端部
（図１(c）のＢで示す部位）の形状に大きく支配されて
おり、液相拡散接合後の“目違い”のある接合部にアー
ク溶接を施すことにより、“目違い”がなくなりなめら
かな止端形状となるので、疲労強度が向上する。また、
液相拡散接合後の接合部にアーク溶接を施すことによ
り、図１(c）に示すようにその溶接金属５の近傍にアー
ク溶接による熱影響部６が発生し、これによる靭性の低
い箇所が発生するが、一方では液相拡散接合によって形
成された靭性の低い熱影響部４がこのアーク溶接の入熱
によるテンパー効果によって靭性が回復する箇所が生じ
る。即ち、液相拡散のままでは肉厚方向全般にわたって
低靭性であった接合部が、アーク溶接の入熱によるテン
パー効果によって靭性を回復し、肉厚方向でその低靭性
部が分散され、全体として接合部の靭性が向上する。こ
のアーク溶接のテンパー効果による靭性の改善効果は、
図１(c) のＣに示す溶接金属５の溶け込み量が浅すぎる
と顕著ではなく、完全溶け込み溶接では液相拡散接合の
意味がなくなるので、その溶け込み量は完全に溶け込ま
すことなく被接合材の肉厚に対し15％以上とするのが望
ましい。
【００１９】
【実施例】Ｃ：0.08％、Ｓｉ：0.3 ％、Ｍｎ：1.36％、
Ｐ：0.007 ％、Ｓ：0.001 ％、残りＦｅからなる鋼板
（板厚19mm) 同志を突き合わせ、その接合面間に厚さ25
μmのＮｉ基のアモルファス金属箔を挿入し、加熱1200
℃、面圧１kgf/mm2 、Ｎ2 シールドの接合条件で液相拡
散接合して継手を作製した。この継手には 0.2mmの目違
いが発生していた。
Ｐ：0.007 ％、Ｓ：0.001 ％、残りＦｅからなる鋼板
（板厚19mm) 同志を突き合わせ、その接合面間に厚さ25
μmのＮｉ基のアモルファス金属箔を挿入し、加熱1200
℃、面圧１kgf/mm2 、Ｎ2 シールドの接合条件で液相拡
散接合して継手を作製した。この継手には 0.2mmの目違
いが発生していた。
【００２０】次いで、この継手の接合部に対し、ＣＯ2
溶接にて溶け込み深さが２mm、３mm、5mmおよび７mmとな
るように条件を変更して溶接を施した後、継手の性能を
調べた。また、従来例として、液相拡散接合のままの継
手の性能を調べた。継手の性能としては疲労強度および
靭性を調べた。
溶接にて溶け込み深さが２mm、３mm、5mmおよび７mmとな
るように条件を変更して溶接を施した後、継手の性能を
調べた。また、従来例として、液相拡散接合のままの継
手の性能を調べた。継手の性能としては疲労強度および
靭性を調べた。
【００２１】疲労強度は、ＣＯ2 溶接したものはその余
盛を含む板状試験片を作製し、これを繰り返し速度10Ｈ
ｚ、繰り返し数２×106 の試験条件で荷重制御片振り引
張試験を行って測定した。靭性はそれぞれの継手の肉厚
中央部より10mm×10mm×55mmの試験片を切り出し、液相
拡散接合部にノッチを入れた衝撃試験片を各々３本と、
液相拡散接合部から２mmはなれた位置（ＨＡＺ）にノッ
チを入れた衝撃試験片を各々３本作製し、試験温度０℃
で衝撃試験を行って吸収エネルギーを測定し、それぞれ
の３本の平均値を求めた。表１にこれらの結果を示す。
盛を含む板状試験片を作製し、これを繰り返し速度10Ｈ
ｚ、繰り返し数２×106 の試験条件で荷重制御片振り引
張試験を行って測定した。靭性はそれぞれの継手の肉厚
中央部より10mm×10mm×55mmの試験片を切り出し、液相
拡散接合部にノッチを入れた衝撃試験片を各々３本と、
液相拡散接合部から２mmはなれた位置（ＨＡＺ）にノッ
チを入れた衝撃試験片を各々３本作製し、試験温度０℃
で衝撃試験を行って吸収エネルギーを測定し、それぞれ
の３本の平均値を求めた。表１にこれらの結果を示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１から、この発明方法で接合した継手は
疲労強度が高く、靭性に優れていることがわかる。これ
に対して、液相拡散接合後にアーク溶接を施さなかった
従来例は、疲労強度および靭性が共に低い。
疲労強度が高く、靭性に優れていることがわかる。これ
に対して、液相拡散接合後にアーク溶接を施さなかった
従来例は、疲労強度および靭性が共に低い。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の方法に
よれば液相拡散接合による接合部の疲労強度および靭性
の低下がアーク溶接により改善されるため、高性能の継
手が得られる。このため、液相拡散接合法を強度部材の
接合に採用することが可能となり、液相拡散接合法の適
用範囲が拡大する。
よれば液相拡散接合による接合部の疲労強度および靭性
の低下がアーク溶接により改善されるため、高性能の継
手が得られる。このため、液相拡散接合法を強度部材の
接合に採用することが可能となり、液相拡散接合法の適
用範囲が拡大する。
【図１】図１の（ａ）〜（ｃ）は、この発明の接合方法
を示す説明図である。
を示す説明図である。
１および２は被接合材、 ３はアモルファス金属のイン
サート材、４は液相拡散接合による熱影響部、 ５は溶
接金属、６はアーク溶接による熱影響部、 Ａは目違
い部、Ｂは止端部、 Ｃは溶け込み量、 である。
サート材、４は液相拡散接合による熱影響部、 ５は溶
接金属、６はアーク溶接による熱影響部、 Ａは目違
い部、Ｂは止端部、 Ｃは溶け込み量、 である。
Claims (1)
- 【請求項１】被接合面間に被接合材より低融点のアモル
ファス金属のインサート材を挿入し、インサート材の融
点以上で被接合材の融点以下の温度域に加熱し、加圧し
て被接合材を液相拡散接合した後、その接合部にアーク
溶接を施すことを特徴とする鋼材の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14287391A JP2500158B2 (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | 鋼材の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14287391A JP2500158B2 (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | 鋼材の接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05220585A JPH05220585A (ja) | 1993-08-31 |
| JP2500158B2 true JP2500158B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=15325585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14287391A Expired - Lifetime JP2500158B2 (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | 鋼材の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500158B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3072244B2 (ja) * | 1995-05-02 | 2000-07-31 | 住友金属工業株式会社 | 管の突き合わせ接合方法 |
| WO1997036711A1 (fr) * | 1996-03-29 | 1997-10-09 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Procede de soudage par diffusion de materiaux metalliques |
-
1991
- 1991-06-14 JP JP14287391A patent/JP2500158B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05220585A (ja) | 1993-08-31 |
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