JP3342329B2 - 異種材料の接合方法 - Google Patents
異種材料の接合方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は異種材料の接合方法
に関し、更に詳細に言えば、高速列車の浮上や医療用磁
気共鳴画像化装置（ＭＲＩ）などに応用可能な超伝導製
品のフランジ部分の接合に好適な異種材料の接合方法に
関する。
に関し、更に詳細に言えば、高速列車の浮上や医療用磁
気共鳴画像化装置（ＭＲＩ）などに応用可能な超伝導製
品のフランジ部分の接合に好適な異種材料の接合方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】異種材料を溶接する場合に、線膨張係数
が大きく相違すると熱の影響で界面に過大な剪断応力が
かかる。そして、剪断応力が母材強度を超えると健全な
接合ができなくなった。母材の接合部を含めて加熱溶融
する溶融接合の場合に、この傾向が顕著である。例え
ば、超伝導製品２０は、図２及び図３に示すようにニオ
ブ製の本体１とステンレス鋼製のフランジ部２を備えて
いる。この場合、ニオブとステンレス鋼の線膨張係数に
大きな差があるために、両者を直接に溶融接合すること
は困難であった。
が大きく相違すると熱の影響で界面に過大な剪断応力が
かかる。そして、剪断応力が母材強度を超えると健全な
接合ができなくなった。母材の接合部を含めて加熱溶融
する溶融接合の場合に、この傾向が顕著である。例え
ば、超伝導製品２０は、図２及び図３に示すようにニオ
ブ製の本体１とステンレス鋼製のフランジ部２を備えて
いる。この場合、ニオブとステンレス鋼の線膨張係数に
大きな差があるために、両者を直接に溶融接合すること
は困難であった。
【０００３】そこで、従来から線膨張係数の小さなニオ
ブ製の本体１と線膨張係数の大きなステンレス鋼製のフ
ランジ部を構成する部材２とを接合するには、例えば図
２に示すような超伝導製品を接合により形成する場合
に、ニオブ製の本体を構成する部材１の底部側に径方向
外方に延びる張出部３を設け、ステンレス鋼製の部材２
に前記の張出部３に係合する凹部４を設けて、張出部３
と凹部４との間隙にろう材５を流し込み、径方向で直接
にろう材５により接合していた。あるいは、図３に示す
ようにニオブ製の管体１に設けた張出部３をステンレス
鋼製の部材２に設けた平坦面６に対接させ、この平坦面
６と張出部３の間隙にろう材５を流し込み、軸方向で直
接ろう付けすることも行われた。
ブ製の本体１と線膨張係数の大きなステンレス鋼製のフ
ランジ部を構成する部材２とを接合するには、例えば図
２に示すような超伝導製品を接合により形成する場合
に、ニオブ製の本体を構成する部材１の底部側に径方向
外方に延びる張出部３を設け、ステンレス鋼製の部材２
に前記の張出部３に係合する凹部４を設けて、張出部３
と凹部４との間隙にろう材５を流し込み、径方向で直接
にろう材５により接合していた。あるいは、図３に示す
ようにニオブ製の管体１に設けた張出部３をステンレス
鋼製の部材２に設けた平坦面６に対接させ、この平坦面
６と張出部３の間隙にろう材５を流し込み、軸方向で直
接ろう付けすることも行われた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述した
従来のこの種の方法では以下のような問題があった。即
ち従来の接合方法では、図２に示す場合では、線膨張係
数の小さなニオブと線膨張係数の大きなステンレス鋼と
をろう付け接合するために、ろう付け温度まで加熱する
と、ニオブ製の部材１とステンレス製の部材２の径方向
の隙間が過大になり、ろう材５が流出し、健全な接合が
不可能になるという問題があった。
従来のこの種の方法では以下のような問題があった。即
ち従来の接合方法では、図２に示す場合では、線膨張係
数の小さなニオブと線膨張係数の大きなステンレス鋼と
をろう付け接合するために、ろう付け温度まで加熱する
と、ニオブ製の部材１とステンレス製の部材２の径方向
の隙間が過大になり、ろう材５が流出し、健全な接合が
不可能になるという問題があった。
【０００５】また、図３に示す場合では、ニオブ製の部
材１とステンレス鋼製の部材２との線膨張係数の差によ
り、加熱後、冷却時にろう付け接合個所であるろう材５
に過大な剪断力が加わる。このために、ろう付け部の剥
離が生じて、健全な接合が得られないという問題があっ
た。
材１とステンレス鋼製の部材２との線膨張係数の差によ
り、加熱後、冷却時にろう付け接合個所であるろう材５
に過大な剪断力が加わる。このために、ろう付け部の剥
離が生じて、健全な接合が得られないという問題があっ
た。
【０００６】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたものであり、線膨張係数の異なる
２部材を、過大な剪断応が発生することがなく、健全な
接合を可能とするような異種材料の接合方法を提供する
ことにある。
決するためになされたものであり、線膨張係数の異なる
２部材を、過大な剪断応が発生することがなく、健全な
接合を可能とするような異種材料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】本発明は異種材料の接合
方法であり、上述の技術的課題を解決するために以下の
ように構成されている。すなわち、本発明の異種材料の
接合方法の基本的な要旨は、線膨張係数の大きな一方の
部材と、前記部材に比して線膨張係数の小さな他方の部
材とを接合する継手において、前記線膨張係数の大きな
一方の部材と略同程度の線膨張係数をもつ部材をインサ
ート材として用い、インサート材の一端縁を前記線膨張
係数の大きな一方の部材にろう付けし、ろう付けの完了
後に前記インサート材の他端縁を線膨張係数が小さな他
方の部材に溶融接合である。
方法であり、上述の技術的課題を解決するために以下の
ように構成されている。すなわち、本発明の異種材料の
接合方法の基本的な要旨は、線膨張係数の大きな一方の
部材と、前記部材に比して線膨張係数の小さな他方の部
材とを接合する継手において、前記線膨張係数の大きな
一方の部材と略同程度の線膨張係数をもつ部材をインサ
ート材として用い、インサート材の一端縁を前記線膨張
係数の大きな一方の部材にろう付けし、ろう付けの完了
後に前記インサート材の他端縁を線膨張係数が小さな他
方の部材に溶融接合である。
【０００８】なお、前記異種材料製の部材の接合には、
ニオブとステンレス鋼の接合をはじめ、炭素鋼とアルミ
ニウム合金との接合、チタン合金とアルミニウム合金と
の接合など、種々の線膨張係数の異なる異種材料の接合
に広く適用することが可能である。また、前記溶融接合
は電子ビーム溶接が好ましいが、その他にレーザビーム
溶接を採用することも可能である。
ニオブとステンレス鋼の接合をはじめ、炭素鋼とアルミ
ニウム合金との接合、チタン合金とアルミニウム合金と
の接合など、種々の線膨張係数の異なる異種材料の接合
に広く適用することが可能である。また、前記溶融接合
は電子ビーム溶接が好ましいが、その他にレーザビーム
溶接を採用することも可能である。
【０００９】前記ろう付けには、ぬれを良くするために
銀ろうを用いることが好ましい。しかし、黄銅ろうやそ
の他の等の種々のろう材のうちから接合材の接合条件に
合致したものを適宜に選択して実施することができる。
また、ろう付けは真空雰囲気や不活性雰囲気内で行うこ
とが好ましい。さらに、酸化皮膜を除去して清浄にする
ために適当なフラックスを選択して用いることができ
る。前記継手、つまり接合の形式は突き合わせ継手、Ｔ
継手、重ね継手等の各種の継手を包含することは言うま
でもない。
銀ろうを用いることが好ましい。しかし、黄銅ろうやそ
の他の等の種々のろう材のうちから接合材の接合条件に
合致したものを適宜に選択して実施することができる。
また、ろう付けは真空雰囲気や不活性雰囲気内で行うこ
とが好ましい。さらに、酸化皮膜を除去して清浄にする
ために適当なフラックスを選択して用いることができ
る。前記継手、つまり接合の形式は突き合わせ継手、Ｔ
継手、重ね継手等の各種の継手を包含することは言うま
でもない。
【００１０】本発明の異種材料の接合方法は、上記のよ
うな基本要旨からなるが、その構成要素が具体的に以下
のような場合に成立する。その具体的構成要素とは、前
記線膨張係数の小さな材料はニオブであり、前記線膨張
係数の大きな材料はステンレス鋼であり、さらにインサ
ート材は銅である。よって、本発明は、線膨張係数の大
きなステンレス鋼製の部材と、前記部材に比して線膨張
係数が小さなニオブ製の部材とを接合する継手におい
て、前記線膨張係数の大きなステンレス鋼製の部材と略
同程度の線膨張係数をもつ銅製の部材をインサート材と
して用い、インサート材の一端をステンレス鋼製の部材
にろう付けし、ろう付けの完了後に前記インサート材の
他端を線膨張係数が小さなニオブ製の部材に電子ビーム
溶接によって溶融接合することを特徴とする。前記ステ
ンレス鋼には、１８Ｃｒで代表されるフェライト系ステ
ンレス鋼、１８Ｃｒ−８Ｎｉで代表されるオーステナイ
ト系ステンレス鋼、あるいは１３Ｃｒ−低Ｃで代表され
るマルテンサイト系ステンレス鋼を含むものとする。
うな基本要旨からなるが、その構成要素が具体的に以下
のような場合に成立する。その具体的構成要素とは、前
記線膨張係数の小さな材料はニオブであり、前記線膨張
係数の大きな材料はステンレス鋼であり、さらにインサ
ート材は銅である。よって、本発明は、線膨張係数の大
きなステンレス鋼製の部材と、前記部材に比して線膨張
係数が小さなニオブ製の部材とを接合する継手におい
て、前記線膨張係数の大きなステンレス鋼製の部材と略
同程度の線膨張係数をもつ銅製の部材をインサート材と
して用い、インサート材の一端をステンレス鋼製の部材
にろう付けし、ろう付けの完了後に前記インサート材の
他端を線膨張係数が小さなニオブ製の部材に電子ビーム
溶接によって溶融接合することを特徴とする。前記ステ
ンレス鋼には、１８Ｃｒで代表されるフェライト系ステ
ンレス鋼、１８Ｃｒ−８Ｎｉで代表されるオーステナイ
ト系ステンレス鋼、あるいは１３Ｃｒ−低Ｃで代表され
るマルテンサイト系ステンレス鋼を含むものとする。
【００１１】本発明の異種材料の接合方法によると、線
膨張係数の大きな一方の部材と略同程度の線膨張係数を
もつ部材をインサート材を介して接合する。このインサ
ート材の一端を線膨張係数の大きな接合材にろう付けす
る。このろう付けが完了したら、インサート材の他端を
線膨張係数の小さな他方の部材に溶融接合する。
膨張係数の大きな一方の部材と略同程度の線膨張係数を
もつ部材をインサート材を介して接合する。このインサ
ート材の一端を線膨張係数の大きな接合材にろう付けす
る。このろう付けが完了したら、インサート材の他端を
線膨張係数の小さな他方の部材に溶融接合する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の異種材料の接合方
法について図１に示される実施形態についてさらにに詳
細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成
部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定
的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定
する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。図１には
本発明にかかる異種材料の接合方法の一実施形態により
接合された物品の一例である超伝導製品が符号２０で示
されている。
法について図１に示される実施形態についてさらにに詳
細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成
部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定
的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定
する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。図１には
本発明にかかる異種材料の接合方法の一実施形態により
接合された物品の一例である超伝導製品が符号２０で示
されている。
【００１３】本発明の異種材料の接合方法により接合さ
れる超伝導製品２０は、本体１は内径Ｌａが３００mmの
ニオブ〔線膨張係数β＝8.0×10-6／℃（27〜950℃平
均）〕製の部材からなり、その下端縁７がインサート材
である銅〔線膨張係数β＝20.2×10-6／℃（27〜950℃
平均）〕製の部材８の上端縁９と接合している。前記の
銅製の部材８は下方に行くに従って外径が末広がり状に
拡大する円錐面１０を経て下端縁１１に向けて肉厚の大
径部１２が形成されている。さらに、ステンレス鋼〔線
膨張係数β＝21.2×10-6／℃（27〜950℃平均）〕製の
フランジ２は内径Ｌｂが３２０mmの周段部１３が設けら
れた部材からなる。そして、この周段部１３に銅製の部
材８の下端縁１１を嵌合した状態で接合している。
れる超伝導製品２０は、本体１は内径Ｌａが３００mmの
ニオブ〔線膨張係数β＝8.0×10-6／℃（27〜950℃平
均）〕製の部材からなり、その下端縁７がインサート材
である銅〔線膨張係数β＝20.2×10-6／℃（27〜950℃
平均）〕製の部材８の上端縁９と接合している。前記の
銅製の部材８は下方に行くに従って外径が末広がり状に
拡大する円錐面１０を経て下端縁１１に向けて肉厚の大
径部１２が形成されている。さらに、ステンレス鋼〔線
膨張係数β＝21.2×10-6／℃（27〜950℃平均）〕製の
フランジ２は内径Ｌｂが３２０mmの周段部１３が設けら
れた部材からなる。そして、この周段部１３に銅製の部
材８の下端縁１１を嵌合した状態で接合している。
【００１４】本発明の異種材料の接合方法によれば、線
膨張係数の小さいニオブ製の部材１と線膨張係数の大き
いステンレス鋼製の部材２との間に線膨張係数がステン
レス鋼と略同程度の銅製の部材８をインサート材として
を介在させる。そして、ステンレス鋼製の部材２と銅製
の部材８とを真空中でろう付け温度まで加熱し、母材で
あるステンレス鋼や銅の間隙に、母材よりも融点の低い
金属からなる溶融した銀ろう（融点が620〜800℃）５を
真空中で溶融し、この溶融したろう材５を母材の間隙に
流し込むことによって母材を接合する。
膨張係数の小さいニオブ製の部材１と線膨張係数の大き
いステンレス鋼製の部材２との間に線膨張係数がステン
レス鋼と略同程度の銅製の部材８をインサート材として
を介在させる。そして、ステンレス鋼製の部材２と銅製
の部材８とを真空中でろう付け温度まで加熱し、母材で
あるステンレス鋼や銅の間隙に、母材よりも融点の低い
金属からなる溶融した銀ろう（融点が620〜800℃）５を
真空中で溶融し、この溶融したろう材５を母材の間隙に
流し込むことによって母材を接合する。
【００１５】ステンレス製の部材２とインサート材であ
る銅製の部材８とのろう付けを完了した後、ニオブ製の
部材１の下端縁７と銅製の部材８の上端縁９とを溶融接
合する。本実施の形態では、溶融接合として高真空（10
-4〜10-5Torr）状態で電子ビーム溶接を行う。電子ビー
ム溶接によって電子ビームが母材へ衝突し、この衝突エ
ネルギーで母材の狭い領域を深く加熱して溶融接合す
る。その結果、溶融接合であるアーク溶接等に比して少
ないエネルギーで精度の高い接合が実現する。
る銅製の部材８とのろう付けを完了した後、ニオブ製の
部材１の下端縁７と銅製の部材８の上端縁９とを溶融接
合する。本実施の形態では、溶融接合として高真空（10
-4〜10-5Torr）状態で電子ビーム溶接を行う。電子ビー
ム溶接によって電子ビームが母材へ衝突し、この衝突エ
ネルギーで母材の狭い領域を深く加熱して溶融接合す
る。その結果、溶融接合であるアーク溶接等に比して少
ないエネルギーで精度の高い接合が実現する。
【００１６】本発明の実施の形態によれば、先ずステン
レス鋼製の部材２と、インサート材としての線膨張係数
が同程度の銅製の部材８とをろう付け接合するので、母
材相互の隙間や剪断応力の発生を防ぐ。またインサート
材としての銅製の部材８とニオブ製の本体１を電子ビー
ム溶接することにより、健全な接合が行われる。ちなみ
に、本発明の実施の形態により接合した図１に示す寸法
の超伝導製品２０を、本発明の方法を用いないで従来の
方法でろう付けした場合には、９５０℃に加熱した時点
で、以下の計算式(１)から明らかなように、ニオブ製の
部材１とステンレス鋼製の部材２との間に１．９５mmの
隙間δが発生し、ろう材２が流出してしまい、健全な接
合ができないことになる。 隙間δ＝〔320mm×923℃×(21.2×10-6/℃−8.0×10-6/℃）〕/２＝1.95mm・ ・・・・・・・・・(1) また、両母材の軸方向の界面にかかる剪断応力は約８５
kgf／mm2となり、過大な応力が母材にかかり、これが母
材強度を超えることとなるために健全な接合ができない
ことが分かる。
レス鋼製の部材２と、インサート材としての線膨張係数
が同程度の銅製の部材８とをろう付け接合するので、母
材相互の隙間や剪断応力の発生を防ぐ。またインサート
材としての銅製の部材８とニオブ製の本体１を電子ビー
ム溶接することにより、健全な接合が行われる。ちなみ
に、本発明の実施の形態により接合した図１に示す寸法
の超伝導製品２０を、本発明の方法を用いないで従来の
方法でろう付けした場合には、９５０℃に加熱した時点
で、以下の計算式(１)から明らかなように、ニオブ製の
部材１とステンレス鋼製の部材２との間に１．９５mmの
隙間δが発生し、ろう材２が流出してしまい、健全な接
合ができないことになる。 隙間δ＝〔320mm×923℃×(21.2×10-6/℃−8.0×10-6/℃）〕/２＝1.95mm・ ・・・・・・・・・(1) また、両母材の軸方向の界面にかかる剪断応力は約８５
kgf／mm2となり、過大な応力が母材にかかり、これが母
材強度を超えることとなるために健全な接合ができない
ことが分かる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の異種材料
の接合方法によれば、線膨張係数の大きな一方の部材
と、前記部材に比して線膨張係数が小さな他方の部材と
を接合する場合に、線膨張係数の大きな一方の部材と略
同程度の線膨張係数をもつ部材をインサート材として用
い、インサート材の一端縁を前記一方の部材にろう付け
し、ろう付けの完了後に前記インサート材の他端縁を線
膨張係数が小さな他方の部材に溶融接合するので、ろう
付け時の温度上昇に伴うろう材の流出を防止することが
できる。又ろう付け接合部に過大な剪断応力が発生する
のを防止し、これに起因するろう付け部の剥離が防止さ
れる。従って健全な接合が可能となる。
の接合方法によれば、線膨張係数の大きな一方の部材
と、前記部材に比して線膨張係数が小さな他方の部材と
を接合する場合に、線膨張係数の大きな一方の部材と略
同程度の線膨張係数をもつ部材をインサート材として用
い、インサート材の一端縁を前記一方の部材にろう付け
し、ろう付けの完了後に前記インサート材の他端縁を線
膨張係数が小さな他方の部材に溶融接合するので、ろう
付け時の温度上昇に伴うろう材の流出を防止することが
できる。又ろう付け接合部に過大な剪断応力が発生する
のを防止し、これに起因するろう付け部の剥離が防止さ
れる。従って健全な接合が可能となる。
【図１】本発明にかかる異種材料の接合方法の一実施形
態により接合された超伝導製品の断面図である。
態により接合された超伝導製品の断面図である。
【図２】従来の異種材料の接合方法により接合された超
伝導製品の断面図である。
伝導製品の断面図である。
【図３】従来の異種材料の接合方法により接合された他
の形式の超伝導製品の断面図である。
の形式の超伝導製品の断面図である。
１ 線膨張係数の小さな部材（ニオブ製の本体） ２ 線膨張係数の大きな部材（ステンレス鋼製のフラ
ンジ部） ５ ろう材 ８ インサート材（銅製の部材） ９ インサート材の上端縁 １１ インサート材の下端縁 ２０ 超伝導製品
ンジ部） ５ ろう材 ８ インサート材（銅製の部材） ９ インサート材の上端縁 １１ インサート材の下端縁 ２０ 超伝導製品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−205686（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−215276（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−51499（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−216080（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 1/00 B23K 1/18 B23K 1/19 B23K 15/00 B23K 103:18
Claims (1)
- 【請求項１】 線膨張係数の大きなステンレス鋼製の部
材と、前記部材に比して線膨張係数の小さなニオブ製の
部材とを接合する継手において、前記線膨張係数の大き
なステンレス鋼製の部材と略同程度の線膨張係数をもつ
銅製の部材をインサート材として用い、インサート材の
一端縁をステンレス鋼製の部材にろう付けし、ろう付け
の完了後に前記インサート材の他端を線膨張係数が小さ
なニオブ製の部材に電子ビーム溶接によって溶融接合す
ることを特徴とする異種材料の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33632396A JP3342329B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 異種材料の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33632396A JP3342329B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 異種材料の接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10156523A JPH10156523A (ja) | 1998-06-16 |
| JP3342329B2 true JP3342329B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=18297938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33632396A Expired - Fee Related JP3342329B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 異種材料の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3342329B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3470664A1 (en) * | 2017-10-13 | 2019-04-17 | Continental Automotive GmbH | Fuel rail assembly for a fuel injection system and method of manufacturing such a fuel rail assembly |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114952196A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-30 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种提高超导腔机械稳定性的方法 |
| CN114833410B (zh) * | 2022-07-05 | 2022-10-14 | 中机智能装备创新研究院(宁波)有限公司 | 一种降低异质钎焊接头残余应力的方法 |
-
1996
- 1996-12-02 JP JP33632396A patent/JP3342329B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3470664A1 (en) * | 2017-10-13 | 2019-04-17 | Continental Automotive GmbH | Fuel rail assembly for a fuel injection system and method of manufacturing such a fuel rail assembly |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10156523A (ja) | 1998-06-16 |
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