JP2545048B2 - Solid phase bonding method - Google Patents

Solid phase bonding method

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JP2545048B2
JP2545048B2 JP6219352A JP21935294A JP2545048B2 JP 2545048 B2 JP2545048 B2 JP 2545048B2 JP 6219352 A JP6219352 A JP 6219352A JP 21935294 A JP21935294 A JP 21935294A JP 2545048 B2 JP2545048 B2 JP 2545048B2
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【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は固相接合方法に関する
もので、構造用異材継手(トランジション・ジョイン
ト)及び極低温装置や高真空装置等に用いられる配管用
トランジション・ジョイント等を製造するのに適した固
相接合方法に係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state joining method, and is useful for manufacturing structural dissimilar joints (transition joints) and pipe transition joints used for cryogenic equipment, high vacuum equipment, etc. It relates to a suitable solid phase bonding method.

【0002】[0002]

【従来の技術】トランジション・ジョイントの中でも、
特にアルミニウム(純アルミニウム及びアルミニウム合
金を含む)とステンレス鋼又は銅を接合した複合部材
は、典型的な従来接合法である溶融接合法では製造する
ことが不可能であるため、拡散接合法を適用することが
考えられるが、アルミニウムは表面が酸化されやすく、
かつその酸化物は非常に安定で除去されにくいため、信
頼性を有する接合部を形成することを困難としている。
[Prior Art] Among transition joints,
In particular, a composite member in which aluminum (including pure aluminum and aluminum alloy) and stainless steel or copper is joined cannot be manufactured by the fusion joining method that is a typical conventional joining method, so the diffusion joining method is applied. However, the surface of aluminum is easily oxidized,
In addition, the oxide is very stable and difficult to remove, which makes it difficult to form a reliable joint.

【0003】したがってアルミニウムとステンレス鋼を
拡散接合しようとする場合は、この酸化膜を破壊するた
め、拡散接合温度をアルミニウムの融点直下まで上昇さ
せる方法が考えられる。ところがアルミニウムとステン
レス鋼の異材接合において、接合温度を上記のように融
点直下まで上昇させた場合には、脆い鉄−アルミニウム
系の金属間化合物が形成され、充分な信頼性を有する接
合部を形成することが不可能である。
Therefore, when aluminum and stainless steel are to be diffusion-bonded, a method of raising the diffusion-bonding temperature to just below the melting point of aluminum can be considered in order to destroy the oxide film. However, in dissimilar metal joining of aluminum and stainless steel, when the joining temperature is raised to just below the melting point as described above, a brittle iron-aluminum intermetallic compound is formed, and a joint having sufficient reliability is formed. Impossible to do.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような理由か
ら、トランジション・ジョイントは、拡散接合によれば
形状及び寸法的な自由度が高いにも拘らず、主として爆
発圧接や摩擦圧接によって製造されており、その結果、
材質、形状等に制限を受けたり、高価なものとなってい
るのが現状である。つまり爆発圧接及び摩擦圧接におい
ては、接合できるアルミニウム合金等の種類に制約があ
り、合金成分を含まない純アルミニウム又は限られた種
類のアルミニウム合金にしか適用できず、自由な材質の
組合わせが選択できないという欠点がある。また圧接で
きる接合部材の形状及び寸法に制限があるため、所望の
形状及び寸法を有するトランジション・ジョイントを得
ることができず、製造上の制限も生じてくる。
For the above reasons, the transition joint is mainly manufactured by explosive welding or friction welding, although the diffusion joint has a high degree of freedom in terms of shape and dimensions. And as a result,
The current situation is that the materials and shapes are limited and expensive. In other words, in explosion pressure welding and friction welding, there are restrictions on the types of aluminum alloys that can be joined, and it can be applied only to pure aluminum that does not contain alloy components or limited types of aluminum alloys, and a combination of free materials can be selected. There is a drawback that you cannot do it. Further, since there is a limitation on the shape and size of the joining member that can be pressure-contacted, it is not possible to obtain a transition joint having a desired shape and size, and there is a limitation in manufacturing.

【0005】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、ステンレス鋼等
の第1金属と純アルミニウムやアルミニウム合金等の第
2金属とを接合するに際し、良好な接合強度が得られ、
しかも経済的でかつ合金の種類に制限を受けることな
く、そのためトランジション・ジョイント等の複合部材
を製造するのに適した固相接合方法を提供することにあ
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and an object thereof is to join a first metal such as stainless steel and a second metal such as pure aluminum or aluminum alloy, Good bonding strength is obtained,
Moreover, it is an object of the present invention to provide a solid phase joining method that is economical and is not limited by the type of alloy, and is therefore suitable for producing a composite member such as a transition joint.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段及び作用】そこで請求項1
の固相接合方法は、第1金属の接合面端部のエッジでも
って第2金属の酸化膜等の汚染層を含む表面層を切削除
去することにより新生面を生成させ、第1金属の接合面
と第2金属の新生面を圧接する場合において、第1金属
と第2金属との間に温度差を設けて接合することを特徴
とするものである。つまり第2金属を第1金属より高い
温度とすることにより、施工時において第2金属を軟化
せしめて被切削を容易にする。またこの方法は、常温時
においては、エッジによる切削除去ができないため不可
能であった金属の組合わせ接合を可能とすることを特徴
とするものである。
[Means and Actions for Solving the Problems]
In the solid-phase joining method, a new surface is created by cutting and removing a surface layer containing a contaminated layer such as an oxide film of the second metal at the edge of the end portion of the joining surface of the first metal to form a new surface, When the newly-formed surface of the second metal and the second metal are pressure-welded to each other, a temperature difference is provided between the first metal and the second metal for bonding. That is, by setting the temperature of the second metal to be higher than that of the first metal, the second metal is softened at the time of construction to facilitate cutting. Further, this method is characterized by enabling the combined joining of metals, which is impossible at the time of normal temperature because the cutting and removal by the edge cannot be performed.

【0007】第1金属と第2金属との間の温度差の設定
は、以下の通り選択することが可能である。つまり第2
金属を第1金属より高い温度とすると、軟質金属はさら
に軟質化するため、第1金属のエッジによるさらに軟質
化した第2金属表面層の切削除去は、常温時の場合より
も容易に行うことができ、良好な接合性を得ることが可
能となる。また第2金属を第1金属より高い温度とする
と、常温時において第2金属が第1金属より硬い場合で
も、第1金属のエッジによる第2金属表面層の切削除去
が可能となり、常温時には不可能であった組合わせにお
ける接合が可能となる。例えば無酸素銅(C1020)
とアルミニウム合金(A5083)の組合わせの場合の
ように、常温時においてはアルミニウム合金(A508
3)の方が無酸素銅(C1020)より硬いが、アルミ
ニウム合金(A5083)を無酸素銅(C1020)よ
り高い温度とすることによって、アルミニウム合金(A
5083)を無酸素銅(C1020)より軟質化させて
接合することも可能である。
The setting of the temperature difference between the first metal and the second metal can be selected as follows. That is, the second
When the temperature of the metal is higher than that of the first metal, the soft metal is further softened. Therefore, the removal of the further softened second metal surface layer by the edge of the first metal should be performed more easily than at room temperature. It is possible to obtain good bondability. When the temperature of the second metal is higher than that of the first metal, even if the second metal is harder than the first metal at room temperature, the second metal surface layer can be cut and removed by the edge of the first metal, and the second metal surface layer cannot be removed at room temperature. It is possible to join in a combination that was possible. For example, oxygen-free copper (C1020)
And aluminum alloy (A5083) in combination, the aluminum alloy (A508
3) is harder than oxygen-free copper (C1020), but the aluminum alloy (A5083) is heated to a higher temperature than oxygen-free copper (C1020).
It is also possible to make 5083) softer than oxygen-free copper (C1020) for bonding.

【0008】以上では第1金属と第2金属が異なる異材
接合について述べたが、この発明は第1金属と第2金属
が同じである同材接合の場合にも適用が可能であること
は明白である。
Although the dissimilar material bonding in which the first metal and the second metal are different from each other has been described above, it is obvious that the present invention can be applied to the case of the same material bonding in which the first metal and the second metal are the same. Is.

【0009】また請求項2のように、上記第2金属の温
度を、少なくとも第2金属の構成原子が拡散可能な温度
以上とすれば、切削後に徐冷することで良好な結果を得
ることができ、一度の加熱のみでよく、施工も簡便で経
済的である。上記よりも低い温度においては、第1金属
の接合面と第2金属新生面の圧接面にミクロな欠陥等が
発生して、充分な接合強度をもった接合部が得られない
ことがあり、さらに拡散熱処理が必要である。もちろん
当該金属の構成原子が拡散可能な温度は、融点よりはる
かに低い温度であり、一般にほぼ当該金属融点の1/2
程度の温度となる。
When the temperature of the second metal is at least a temperature at which the constituent atoms of the second metal can diffuse, good results can be obtained by slow cooling after cutting. It is possible, only needs to be heated once, and construction is simple and economical. At a temperature lower than the above, micro defects may occur on the pressure-bonded surface between the first metal bonding surface and the second metal nascent surface, and a bonding portion having sufficient bonding strength may not be obtained. Diffusion heat treatment is required. Of course, the temperature at which the constituent atoms of the metal can diffuse is much lower than the melting point, and is generally about 1/2 of the melting point of the metal.
It will be about the temperature.

【0010】ただし接合時における高すぎる温度の設定
は、接合面における金属間化合物の生成による接合強度
劣化や表面酸化及び材質劣化にもつながり、施工上から
も効率的ではない。
However, setting a temperature that is too high at the time of joining leads to deterioration of the joining strength due to the formation of intermetallic compounds on the joining surface, surface oxidation and deterioration of the material, and is not efficient in terms of construction.

【0011】上記のように接合すべき金属の間に温度差
を設けて接合することにより、トランジション・ジョイ
ントとして充分な性能をもった良好な接合部が得られ、
かつ純アルミニウムだけではなく強度の高いアルミニウ
ム合金にも適用でき、合金の種類や形状及び寸法に制限
を受けることが少ない。
By providing a temperature difference between the metals to be joined as described above, a good joint having sufficient performance as a transition joint can be obtained.
Moreover, it can be applied not only to pure aluminum but also to a high-strength aluminum alloy, and there are few restrictions on the type, shape and size of the alloy.

【0012】請求項3の固相接合方法のように、上記の
接合においてエッジを形成する第1金属の一部もしくは
全体を硬化させて接合に供することで、第1金属のエッ
ジによる第2金属表面層の切削が容易となり、不可能で
あった組合わせにおける接合が可能となる。つまり従来
より知られた硬化法である焼入れ、皮膜コーティング、
浸炭法、窒化法、及びひずみ硬化法等により、第1金属
の一部もしくは全体を硬化させる。第1金属の硬化法は
当該金属に合わせて自由に選択でき、切削除去に関係す
るエッジ付近の表面のみを部分硬化してもよいが、接合
に悪影響を及ぼさない範囲で全体を硬化させてもかまわ
ない。
According to the solid-phase bonding method of claim 3, by curing a part or the whole of the first metal forming the edge in the above-mentioned bonding and using it for bonding, the second metal by the edge of the first metal is formed. Cutting of the surface layer becomes easy, and joining in a combination that has been impossible is possible. In other words, hardening, film coating, which is a conventionally known hardening method,
A part or all of the first metal is hardened by a carburizing method, a nitriding method, a strain hardening method or the like. The hardening method of the first metal can be freely selected according to the metal, and only the surface near the edge related to cutting removal may be partially hardened, but the entire surface may be hardened as long as it does not adversely affect the joining. I don't care.

【0013】さらに請求項4の固相接合方法のように、
上記の接合において第1金属のエッジのみを第2金属よ
り硬い異種材料で置換することで、第1金属のエッジに
よる第2金属表面層の切削が可能となり、不可能であっ
た組合わせにおける接合が可能となる。つまりエッジの
みを本体より硬い異種材料に置換することでエッジの変
形を防止し、第2金属表面層の切削除去を効果的に行う
ことができ、不可能であった組合わせにおける接合が可
能となるのである。そして異種材料の置換方法について
は、従来より知られた接合方法である融接、ろう付け、
接着、機械的接合法等が考えられ、硬質の異種材料とし
ては、金属には制限されず、非金属の硬化材料であるセ
ラミック等も対象となる。
Further, as in the solid phase bonding method of claim 4,
By replacing only the edge of the first metal with a dissimilar material harder than the second metal in the above joining, it becomes possible to cut the second metal surface layer by the edge of the first metal, and joining in a combination that is impossible Is possible. In other words, by replacing only the edge with a different material that is harder than the main body, it is possible to prevent the edge from being deformed, effectively remove the second metal surface layer by cutting, and enable bonding in a combination that was impossible. It will be. And about the replacement method of different materials, fusion welding, brazing, which is a conventionally known joining method,
Adhesion, mechanical joining method, etc. are conceivable, and hard dissimilar materials are not limited to metals, but also non-metal hardened materials such as ceramics are applicable.

【0014】そして施工のままの熱処理状態で使用する
ことも可能であるが、請求項5のように比較的低い温度
で施工を行うことで施工を容易にし、施工後に拡散熱処
理又は安定化熱処理をさらに追加して行うことにより、
接合部の性能を向上させることが可能である。特に比較
的高い拡散温度を必要とするような組合わせの場合にお
いて、施工後に熱処理を行うようにすることで施工温度
を低くすることが可能である。熱処理炉は雰囲気の選定
は必要とせず、安価で生産効率の高い大気炉も使用でき
る。
Although it is possible to use it in the heat treatment state as it is, it is possible to facilitate the construction by performing the construction at a relatively low temperature as claimed in claim 5, and to carry out the diffusion heat treatment or the stabilization heat treatment after the construction. By adding more,
It is possible to improve the performance of the joint. Particularly in the case of a combination that requires a relatively high diffusion temperature, it is possible to lower the construction temperature by performing heat treatment after construction. The heat treatment furnace does not require selection of the atmosphere, and an inexpensive atmospheric furnace with high production efficiency can be used.

【0015】なお本法によれば、施工時において通常
は、真空や還元ガス等の特別な雰囲気は必要とせず、第
2金属は大気中で施工しても加熱によって生じる表面の
酸化膜が第1金属によって除去されるため汚染のない新
生面が生成し、第1金属は大気によって汚染されること
のない常温又は比較的低温状態で施工されるため、充分
な性能をもった接合部を得ることができ、施工上も非常
に経済的である。
According to this method, a special atmosphere such as a vacuum or a reducing gas is not usually required at the time of application, and even if the second metal is applied in the atmosphere, the oxide film on the surface generated by heating is A new surface with no pollution is generated because it is removed by one metal, and the first metal is constructed at room temperature or at a relatively low temperature where it is not polluted by the atmosphere, so that a joint with sufficient performance can be obtained. It is possible and very economical in construction.

【0016】[0016]

【実施例】次にこの発明の固相接合方法の具体的な実施
例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
Next, specific examples of the solid phase bonding method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0017】まず表1に第2金属として用いた純アルミ
ニウム及びアルミニウム合金の代表的な組成を示すが、
非熱処理合金として純アルミニウム(A1050)、及
びマグシウムを含有するアルミニウム合金(A505
2、A5083)を、熱処理合金としてA6061を用
いた。熱処理状態は熱処理型合金であるA6061が熱
処理材T6である以外は、すべて焼鈍材(O材)であ
る。
First, Table 1 shows typical compositions of pure aluminum and aluminum alloy used as the second metal.
Pure aluminum (A1050) as non-heat treatment alloy, and aluminum alloy containing magnesium (A505)
2, A5083) and A6061 as a heat treatment alloy. The heat-treated state is all annealed material (O material) except that the heat-treated alloy A6061 is heat-treated material T6.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】表2は純アルミニウム、アルミニウム合
金、ステンレス鋼(SUS304)、及び無酸素銅(C
1020−O)の常温における硬さ(ビッカース硬さH
v、荷重1kg)を示す。常温においては、アルミニウ
ム合金(A5052及びA5083)は無酸素銅(C1
020)より硬く、ステンレス鋼より軟らかい。
Table 2 shows pure aluminum, aluminum alloy, stainless steel (SUS304), and oxygen-free copper (C
1020-O) hardness at room temperature (Vickers hardness H
v, load 1 kg). At room temperature, aluminum alloys (A5052 and A5083) are oxygen-free copper (C1
020) and harder than stainless steel.

【0020】[0020]

【表2】 [Table 2]

【0021】本法によれば板状の接合部材の製造も可能
であるが、今回の施工試験は主として配管用トランジシ
ョン・ジョイントの製作方法を適用したので、以下それ
に沿って説明する。
According to this method, it is possible to manufacture a plate-shaped joining member, but since the construction test of this time mainly applied the manufacturing method of the transition joint for piping, it will be described below.

【0022】図1は接合作業前の第1金属1及び第2金
属2の代表的な形状を示す。第2金属2は通常リング状
をしており、切削除去される内面3は円筒状曲面で、金
型と接する外面4は抜き勾配のための傾斜角を含む形状
となっている。そして第1金属1のエッジ5を第2金属
2の上面6に接した状態で端面7に荷重を加えて第2金
属2の内面3の切削、除去を行う。すなわち上記第2金
属2の内周部がエッジ5によって切除され、この部分に
新生面が形成され、この新生面に第1金属1のテーパ状
側面9が接触するのであり、そしてこの際、軸方向押圧
力は第1金属1の側面9と新生面とを密接させる方向に
作用し、これにより第1金属1の側面9と新生面とは酸
素接触の防止された状態となされ、この結果、両面が接
合する。なお第1金属1の側面9は、上記のように接合
後には第2金属2との接合界面となる部分で、適当な傾
斜角を含む形状を有して接合前は清浄に保たれる。
FIG. 1 shows typical shapes of the first metal 1 and the second metal 2 before the joining work. The second metal 2 is usually ring-shaped, the inner surface 3 to be cut and removed is a cylindrical curved surface, and the outer surface 4 in contact with the mold has a shape including an inclination angle for draft. Then, with the edge 5 of the first metal 1 in contact with the upper surface 6 of the second metal 2, a load is applied to the end surface 7 to cut and remove the inner surface 3 of the second metal 2. That is, the inner peripheral portion of the second metal 2 is cut off by the edge 5, a new surface is formed in this portion, and the tapered side surface 9 of the first metal 1 comes into contact with this new surface. The pressure acts in a direction to bring the side surface 9 of the first metal 1 and the new surface into close contact with each other, whereby oxygen contact between the side surface 9 and the new surface of the first metal 1 is prevented, and as a result, both surfaces are joined. . The side surface 9 of the first metal 1 is a portion which becomes a joint interface with the second metal 2 after joining as described above, has a shape including an appropriate inclination angle, and is kept clean before joining.

【0023】図2は第2金属2と第1金属1を施工時に
支える金型10の配置を示す。金型10は第2金属2に
対応した傾斜角を含む形状の内面11を有し、底部には
施工作業後に第2金属2と第1金属1から成る接合部材
を金型から抜き出すための穴12を有する。第2金属2
と第1金属1は適当な温度差を設けた上で金型10に配
置されて接合されるが、今回は第2金属2のみを適当な
温度に加熱し、第1金属1は常温のままで加熱すること
なく接合に供した。またこの場合、予め金型10に第2
金属2を配置した上で加熱を行い、第1金属1との間で
施工作業を行うようにしてもよい。予め金型10に第2
金属2を配置した上で加熱を行うと、切削後においても
金型10の残熱によって接合部材は徐冷されて、拡散熱
処理も同時に行われたことになる。
FIG. 2 shows the arrangement of the mold 10 that supports the second metal 2 and the first metal 1 during construction. The mold 10 has an inner surface 11 having a shape including an inclination angle corresponding to the second metal 2, and has a hole at the bottom for extracting a joining member composed of the second metal 2 and the first metal 1 from the mold after the construction work. Have twelve. Second metal 2
The first metal 1 and the first metal 1 are placed in the mold 10 after being provided with an appropriate temperature difference and joined, but this time, only the second metal 2 is heated to an appropriate temperature, and the first metal 1 is kept at room temperature. It was used for bonding without heating. In addition, in this case, the second mold is previously attached to the mold 10.
The metal 2 may be placed and then heated, and the construction work may be performed with the first metal 1. Second to die 10 in advance
When the metal 2 is placed and heated, the joining member is gradually cooled by the residual heat of the die 10 even after cutting, and the diffusion heat treatment is also performed at the same time.

【0024】図3は施工作業後の第2金属2と第1金属
1から成る接合部材断面と、接合部材から機械加工で製
作する円筒状のトランジション・ジョイント20を示
す。トランジション・ジョイント20の軸方向中間部に
は、接合界面21が第1金属1の傾斜角を含む形状に対
応して存在する。第2金属2の底部には、第1金属1の
エッジ5で内面から切削除去されて排出されたバリ22
が突出している。
FIG. 3 shows a cross-section of a joining member composed of the second metal 2 and the first metal 1 after the construction work, and a cylindrical transition joint 20 manufactured by machining from the joining member. At the intermediate portion in the axial direction of the transition joint 20, the bonding interface 21 exists corresponding to the shape including the inclination angle of the first metal 1. At the bottom of the second metal 2, the burrs 22 cut and discharged from the inner surface at the edge 5 of the first metal 1 are discharged.
Is protruding.

【0025】図4は第2金属2と第1金属1から成る接
合部材から機械加工で製作された円筒状のトランジショ
ン・ジョイント20の例を示す。施工例においてはいず
れも機械加工後の寸法は、外径70mm、内径60m
m、長さ120mmとした。トランジション・ジョイン
ト20は外面側の接合界面端23と内面側の接合界面端
24を有し、切断した断面にも傾斜角度10度を有した
接合界面21が存在する。
FIG. 4 shows an example of a cylindrical transition joint 20 manufactured by machining from a joining member composed of a second metal 2 and a first metal 1. In the construction examples, the dimensions after machining are 70 mm outer diameter and 60 m inner diameter.
m and length 120 mm. The transition joint 20 has a joint interface end 23 on the outer surface side and a joint interface end 24 on the inner surface side, and a joint interface 21 having an inclination angle of 10 degrees is present in the cut cross section.

【0026】図5はエッジを形成する第1金属1の表面
を硬化させた例を示す。切削除去を行うエッジ5を含む
一部分8の外表面のみを本体1より硬化させた場合を示
し、トランジション・ジョイントの接合界面となる傾斜
部9は研磨のみで硬化処理を行っていない。
FIG. 5 shows an example in which the surface of the first metal 1 forming the edge is hardened. A case is shown in which only the outer surface of the portion 8 including the edge 5 to be cut and removed is cured from the main body 1, and the inclined portion 9 serving as the joint interface of the transition joint is only polished and not cured.

【0027】図6はエッジを形成する第1金属1の一部
を異種金属30で置換した例を示す。エッジ5を含む一
部分8を硬質の異種金属30に置換した例であり、本体
1と異種金属30の接合位置31における接合方法とし
ては、熱影響の少ない融接法である電子ビーム溶接を採
用した。またトランジション・ジョイントの接合界面と
なる傾斜部9は研磨のみを行う。
FIG. 6 shows an example in which a part of the first metal 1 forming the edge is replaced with the dissimilar metal 30. This is an example in which a portion 8 including the edge 5 is replaced with a hard dissimilar metal 30. As a joining method at the joining position 31 between the main body 1 and the dissimilar metal 30, electron beam welding, which is a fusion welding method with little thermal influence, is adopted. . Further, the slanted portion 9 serving as the joint interface of the transition joint is only polished.

【0028】ところでトランジション・ジョイント接合
部21の健全性を評価する手段として、次の3種類の試
験検査を行った。 1.内外面の接合界面部における浸透深傷検査 2.界面部のHeリークレート測定検査 3.軸方向に採取した引張試験片による常温引張試験
By the way, as means for evaluating the soundness of the transition joint joint 21, the following three types of test inspections were conducted. 1. Penetration deep wound inspection at the joint interface between the inner and outer surfaces 1. He leak rate measurement inspection of interface 3. Room temperature tensile test using tensile test pieces taken in the axial direction

【0029】表3にエッジ形成金属である第1金属1と
被切削金属である第2金属2との材料組合わせにおける
トランジション・ジョイント接合部21の性能を調査し
た3種類の評価試験結果の一覧を示す。
Table 3 shows a list of three types of evaluation test results for investigating the performance of the transition joint joint 21 in the material combination of the first metal 1 which is the edge forming metal and the second metal 2 which is the metal to be cut. Indicates.

【0030】[0030]

【表3】 [Table 3]

【0031】予備試験の結果、施工後に急冷したものは
接合程度が劣り、徐冷又は炉中にて施工温度又はその近
傍温度で保持後徐冷したものの方が良好な結果が得られ
たため、今回の施工については施工後徐冷とした。
As a result of the preliminary test, the one that was rapidly cooled after the construction was inferior in the degree of bonding, and the one that was gradually cooled or held in the furnace at or near the construction temperature and then gradually cooled gave a better result. Regarding the construction of, the construction was gradually cooled.

【0032】表3は各組合わせにおける第2金属2の予
熱温度、浸透深傷試験結果、Heリーク試験結果、及び
室温引張試験結果等を示す。またエッジ5の置換の有無
はエッジ5を形成する第1金属1、ここでは無酸素銅
(C1020)のエッジ5をより硬いステンレス鋼(S
US304)に置換した場合を示し、予熱は軟質化のた
めに被切削金属である第2金属2のみに行い、エッジ5
を形成する第1金属1は室温のままで加熱することなく
接合に供した。
Table 3 shows the preheating temperature of the second metal 2 in each combination, the penetration deep wound test result, the He leak test result, and the room temperature tensile test result. Further, the presence or absence of replacement of the edge 5 depends on whether the first metal 1 forming the edge 5, here the edge 5 of oxygen-free copper (C1020) is made of harder stainless steel (S
US304), the preheating is performed only on the second metal 2 which is the metal to be cut for softening, and the edge 5
The first metal 1 forming the was used for bonding at room temperature without heating.

【0033】浸透深傷試験結果は内面及び外面の界面部
21における欠陥指示の有無を示し、欠陥指示があるも
のについては接合不良として他2種類の評価試験は行わ
なかった。
The results of the penetration deep scratch test indicate the presence or absence of a defect indication at the interface portion 21 between the inner surface and the outer surface. For those having a defect indication, the other two types of evaluation tests were not conducted as a defective joint.

【0034】浸透深傷試験の結果、欠陥指示がないもの
についてのみHeリーク試験を行い、リークレートが2
×10−10torr・l/sec未満のものを合格と
した。Heリーク試験が合格のものは界面部21の気密
性が良好であり、接合部の健全性を示す指標となる。
As a result of the penetration deep scratch test, the He leak test was conducted only for those having no defect indication, and the leak rate was 2
Those less than × 10 −10 torr · l / sec were regarded as acceptable. If the He leak test passes, the airtightness of the interface portion 21 is good, and it is an index showing the soundness of the joint portion.

【0035】そしてHeリーク試験が合格のものについ
て常温における引張試験を実施し、破断位置と破断時の
公称応力を求めた。今回用いた引張試験片は、断面が6
mm×19mmで板状とし、円筒状のトランジション・
ジョイント20の軸方向が引張方向となるように採取し
たため、接合界面21は引張軸に対して10度の傾斜角
を有する。接合部が強度的に母材と同等以上であれば、
破断位置が母材中となり、その場合、母材の引張強さと
ほぼ同等の値を示す。界面部の強度が母材より低い場
合、破断位置は界面部となり、母材の引張強さよりも低
い値となる。
Then, a tensile test was carried out at room temperature for those that passed the He leak test, and the fracture position and the nominal stress at the fracture were determined. The tensile test piece used this time has a cross section of 6
mm x 19 mm, plate-shaped, cylindrical transition
Since the joint 20 was sampled so that the axial direction was the tensile direction, the joint interface 21 had an inclination angle of 10 degrees with respect to the tensile axis. If the strength of the joint is equal to or higher than that of the base metal,
The fracture position is in the base metal, and in that case, the tensile strength of the base metal is almost the same. When the strength of the interface part is lower than that of the base material, the fracture position is the interface part and has a value lower than the tensile strength of the base material.

【0036】表3のNo.1からNo.10は、エッジ
形成金属である第1金属1としてステンレス鋼(SUS
304)と、被切削金属である第2金属2として純アル
ミニウム(A1050)及びアルミニウム合金(A50
52、A5083、A6061)との組合わせを示す。
第2金属2の予熱温度を適当に選択することにより、第
2金属2であるアルミニウム側(純アルミニウム及びア
ルミニウム合金側)で母材破断しており、母材強度と同
等の引張強さを示す。ただしNo.5及びNo.6に示
すように、本発明で取り上げた被切削金属である第2金
属2の内で最も硬いアルミニウム合金(A5083)の
場合、予熱温度が低すぎると界面破断となるが、その場
合でも引張強さは母材強度よりわずかに低いだけであ
る。熱処理型アルミニウム合金(A6061)を被切削
金属である第2金属2としたNo.9及びNo.10の
場合、加熱により母材強度が低下しているが母材破断を
しており、界面部は母材部より強度が高いことを示して
いる。
Table 3 No. 1 to No. 10 is stainless steel (SUS) as the first metal 1 which is an edge forming metal.
304) and pure aluminum (A1050) and aluminum alloy (A50) as the second metal 2 which is the metal to be cut.
52, A5083, A6061).
By appropriately selecting the preheating temperature of the second metal 2, the base metal is fractured on the aluminum side (pure aluminum and aluminum alloy side) which is the second metal 2, and the tensile strength is the same as the base metal strength. . However, No. 5 and No. As shown in FIG. 6, in the case of the hardest aluminum alloy (A5083) of the second metal 2 which is the metal to be cut taken up in the present invention, if the preheating temperature is too low, interface rupture occurs, but even in that case, tensile strength It is only slightly lower than the base metal strength. The heat treatment type aluminum alloy (A6061) was used as the second metal 2 as the metal to be cut. 9 and No. In the case of No. 10, the strength of the base material was lowered by heating, but the base material was fractured, indicating that the interface portion has higher strength than the base material portion.

【0037】No.11からNo.13はエッジ形成金
属である第1金属1として無酸素銅(C1020)と、
被切削金属である第2金属2として純アルミニウム(A
1050)を組合わせた場合を示す。エッジ置換の有無
によらず母材破断となっているが、エッジをより硬いス
テンレス鋼(SUS304)としたNo.13の場合は
引張強さはわずかに高くなり、より健全な接合部を安定
的に得ることができることを示している。
No. 11 to No. 13 is oxygen-free copper (C1020) as the first metal 1 which is an edge forming metal,
As the second metal 2 which is the metal to be cut, pure aluminum (A
1050) is combined. Although the base metal was fractured regardless of whether or not the edge was replaced, the edge was made of harder stainless steel (SUS304). In the case of No. 13, the tensile strength was slightly higher, indicating that a more healthy joint can be stably obtained.

【0038】No.14からNo.21はエッジ形成金
属である第1金属1の無酸素銅(C1020)に比較し
て、被切削金属である第2金属2のアルミニウム合金
(A5052、A5083)の硬さが常温では逆転し、
アルミニウム合金を施工温度まで加熱しても安定した切
削が困難であり、切削に大きな加圧力を要するため界面
部が局部変形する組合わせの場合を示す。No.15と
No.16を比較すると、両者とも界面破断であるが、
エッジを置換することにより引張強さはわずかに高くな
り、より健全な接合部を安定的に得ることができること
を示している。
No. 14 to No. In comparison with the oxygen-free copper (C1020) of the first metal 1 which is the edge forming metal, the hardness of the aluminum alloy (A5052, A5083) of the second metal 2 which is the metal to be cut is reversed at room temperature,
Stable cutting is difficult even when the aluminum alloy is heated to the working temperature, and a large pressing force is required for cutting, so the case where the interface part is locally deformed is shown. No. 15 and No. Comparing No. 16, both are interface fractures,
By replacing the edges, the tensile strength is slightly increased, indicating that a more healthy joint can be stably obtained.

【0039】No.18からNo.21は本発明で取り
上げた被切削金属である第2金属2の内で最も硬いアル
ミニウム合金(A5083)の場合であるが、エッジを
置換することにより界面破断を示してはいるが、エッジ
を置換しない場合には軟化のため450℃まで加熱して
も施工不可能であったものがより低温である400℃加
熱でも施工可能となり、Heリーク試験にて合格する界
面部の品質をもったトランジション・ジョイントを製造
することができる。
No. 18 to No. 21 is the case of the hardest aluminum alloy (A5083) of the second metal 2 which is the metal to be cut taken up in the present invention. Although it shows interface rupture by replacing the edge, it replaces the edge. If it is not, it can be applied even if heated up to 450 ° C due to softening, but it can be applied even at a lower temperature of 400 ° C, and a transition with a quality of the interface that passes the He leak test. Joints can be manufactured.

【0040】No.22からNo.24はステンレス鋼
(SUS304)をエッジ形成金属である第1金属1、
無酸素銅(C1020)を被切削金属である第2金属2
とした組合わせの場合であるが、Heリーク試験は合格
し、施工条件を適当に選ぶことにより、界面破断である
が引張強さ14kgf/mm以上の強度をもつトラン
ジション・ジョイントを比較的低温の施工温度において
得ることができる。
No. 22 to No. 24 is a first metal 1 which is an edge forming metal made of stainless steel (SUS304),
Oxygen-free copper (C1020) is the second metal 2 that is the metal to be cut
In the case of the combination, the He leak test passed, and by appropriately selecting the construction conditions, a transition joint having an interface rupture but a tensile strength of 14 kgf / mm 2 or more can be used at a relatively low temperature. Can be obtained at the construction temperature of.

【0041】表4は表3におけるNo.24について施
工後に熱処理を追加した場合の結果を示す。800℃×
2Hrの熱処理を行い、上記で述べた方法で室温引張試
験を行った結果、母材破断と界面破断が混合した破面を
呈し、引張強さは熱処理前の施工直後より6kgf/m
高くなり、追加の熱処理が強度向上に効果があるこ
とを示している。
Table 4 shows No. 1 in Table 3. 24 shows the results when heat treatment was added after construction. 800 ° C x
As a result of performing a room temperature tensile test by the method described above after performing a heat treatment for 2 hours, a fracture surface in which the base material fracture and the interface fracture are mixed is exhibited, and the tensile strength is 6 kgf / m from immediately after the construction before the heat treatment.
m 2 increased, indicating that the additional heat treatment is effective in improving strength.

【0042】[0042]

【表4】 [Table 4]

【0043】このように被切削金属である第2金属2と
エッジ形成金属である第1金属1との間に温度差を設け
て、被切削金属である第2金属2をエッジ形成金属であ
る第1金属1より高い温度とすることにより、気密性が
高く、充分な強度をもった接合部を有するトランジショ
ン・ジョイントを得ることができる。
In this way, a temperature difference is provided between the second metal 2 being the metal to be cut and the first metal 1 being the metal forming the edge, and the second metal 2 being the metal being cut is the metal forming the edge. By setting the temperature higher than that of the first metal 1, a transition joint having high airtightness and a joint having sufficient strength can be obtained.

【0044】[0044]

【発明の効果】この発明の固相接合方法は上記のように
構成されたものであり、したがってこの発明によれば、
健全な接合部をもつトランジション・ジョイントが得ら
れ、しかも経済的でかつ形状や寸法に制限の少ない固相
接合方法を提供することができる。
The solid phase bonding method of the present invention is constructed as described above. Therefore, according to the present invention,
A transition joint having a sound joint can be obtained, and it is possible to provide a solid-phase joining method that is economical and has few restrictions in shape and size.

【0045】また拡散層が小さい接合法であるため、ア
ルミニウム(純アルミニウム及びアルミニウム合金)の
ように第2金属と脆い金属間化合物を生成しやすい金属
の接合に好適であるが、通常は各種の拡散接合によって
接合されている例示のステンレス鋼と銅を始めとして広
く各種材質の組合わせに適用可能であり、例示の組合わ
せに留まらない。
Further, since the bonding method is a method in which the diffusion layer is small, it is suitable for bonding a metal such as aluminum (pure aluminum and aluminum alloy) which easily forms a brittle intermetallic compound, but usually various kinds of metals are used. It can be widely applied to various combinations of materials including the exemplified stainless steel and copper joined by diffusion bonding, and is not limited to the exemplified combinations.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1金属及び第2金属の形状の一例を示す部分
断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an example of the shapes of a first metal and a second metal.

【図2】第1金属及び第2金属を施工時に支える金型の
一例を示す部分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an example of a mold that supports a first metal and a second metal during construction.

【図3】第1金属及び第2金属から成る施工作業後の接
合部材断面の一例を示す中央縦断面図である。
FIG. 3 is a central vertical cross-sectional view showing an example of a cross-section of a joining member made of a first metal and a second metal after a construction work.

【図4】接合部材から機械加工で製作された円筒状のト
ランジション・ジョイントの一例を示す部分断面図であ
る。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing an example of a cylindrical transition joint manufactured from a joining member by machining.

【図5】エッジを形成する第1金属の表面を硬化した状
態を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the surface of the first metal forming the edge is cured.

【図6】エッジを形成する第1金属の一部を異種材料で
置換した状態を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which a part of the first metal forming the edge is replaced with a different material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1金属 2 第2金属 5 エッジ 8 エッジを含む部分 1 First metal 2 Second metal 5 Edge 8 Edge-containing part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳田 裕二 福岡県北九州市小倉南区湯川新町3丁目 18−21 (72)発明者 大久保 一宏 福岡県宗像市日の里2丁目9−2 (72)発明者 松井 繁朋 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番 1号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (72)発明者 山田 猛 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番 1号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (56)参考文献 実開 昭56−50581(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yuji Yanagida, 3-18-21 Yukawashinmachi, Kokuraminami-ku, Kitakyushu, Kitakyushu, Fukuoka Prefecture (72) Kazuhiro Okubo, 2-9-2, Hinosato, Munakata-shi, Fukuoka (72) ) Inventor Shigetomo Matsui 3-1-1 Higashikawasaki-cho, Chuo-ku, Hyogo Prefecture Kawasaki Heavy Industries Ltd.Kobe factory (72) Inventor Takeshi Yamada 3-1-1 Higashikawasaki-cho, Chuo-ku, Kobe City Hyogo Kobe Factory Co., Ltd. (56) Bibliographic references Sho 56-50581 (JP, U)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1金属と第2金属とを固相状態で接合
する固相接合方法において、第1金属の接合面端部のエ
ッジでもって第2金属の表面層を切削除去することによ
り新生面を生成させ、第1金属の接合面と第2金属の新
生面を圧接する場合において、第1金属と第2金属との
間に温度差を設けて、第2金属を第1金属より高い温度
とすることにより施工時において第2金属を軟化せしめ
ることを特徴とする固相接合方法。
1. A solid-phase joining method for joining a first metal and a second metal in a solid-phase state, by cutting and removing a surface layer of the second metal with an edge of an end portion of a joining surface of the first metal. When a new surface is generated and the joining surface of the first metal and the new surface of the second metal are pressure-welded, a temperature difference is provided between the first metal and the second metal so that the second metal has a higher temperature than the first metal. By so doing, the second metal is softened at the time of construction.
【請求項2】 上記接合時における第2金属の温度は、
少なくとも第2金属の構成原子が拡散可能な温度以上と
することを特徴とする請求項1の固相接合方法。
2. The temperature of the second metal at the time of joining is
The solid phase bonding method according to claim 1, wherein the temperature is at least a temperature at which the constituent atoms of the second metal can diffuse.
【請求項3】 上記第1金属のエッジを含む一部分もし
くはその全体を硬化することを特徴とする請求項1又は
請求項2の固相接合方法。
3. The solid phase bonding method according to claim 1 or 2, wherein a part of the first metal including the edge or the whole thereof is hardened.
【請求項4】 上記第1金属のエッジを含む一部分を異
種材料で置換することを特徴とする請求項1又は請求項
2の固相接合方法。
4. The solid phase bonding method according to claim 1, wherein a portion including the edge of the first metal is replaced with a different material.
【請求項5】 さらに拡散熱処理又は安定化熱処理を追
加して行うことを特徴とする請求項1〜請求項4のいず
れかの固相接合方法。
5. The solid phase bonding method according to claim 1, further comprising a diffusion heat treatment or a stabilizing heat treatment.
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