JPH03291179A

JPH03291179A - 拡散接合方法およびその接合治具

Info

Publication number: JPH03291179A
Application number: JP8920990A
Authority: JP
Inventors: Sumiichi Shibuya; 純市澁谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1990-04-05
Publication date: 1991-12-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はアルゴンガス等の不活性ガスや錫等の溶融させ
た金属溶液を媒体とした熱間等方圧加圧装置を使用して
、金属同士を拡散接合する拡散接合方法およびその接合
治具に関する。

（従来の技術）従来、被接合体を拡散接合する場合には、予め内部に加
熱ヒータや加圧板等を設置した真空チャンバー内に被接
合体を収納し、真空チャンバー内を真空排気して上記加
熱ヒータおよび加圧板等から構成されるプレスで加熱・
加圧していた。

他方、被接合体を真空パックし熱間等方圧加圧（Ｈｏｔ
　Ｉ＠ｏｓｌｓ目ｃ　　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ：ＨＩ　Ｐ）
装置により加熱・加圧する方法や、特公昭５７−４４３
３号公報に開示されているように被接合体の接合部分を
局部的に真空にして加熱・加圧する方法もあった。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記前者の従来例では被接合体が大型で
あって接合面の形状が複雑である場合、加熱ヒータと加
圧板等から構成される加圧部も、大型で複雑な接合面に
対応した加圧部が必要となる。特に、接合面が大型にな
ると、接合面を加圧する加圧板の平行度を±０．５ｍ１
Ｉ１１の設計通りに設計・加工することが困難である。

例え、室温で平坦度が得られても接合時の高温、高圧の
条件下でその精度を維持することが難しい。

また、接合面の形状が複雑になると、後者の従来例のよ
うに熱間等方圧加圧（ＨＩ　Ｐ）のガス圧を媒体とする
拡散接合法が有効であるが、中空体のような形状になる
と、接合面以外も加圧されるために加圧変形し、所定の
形状が得られないという問題点があった。

そこで、本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、熱間等方圧加圧（ＨＩ　Ｐ）
装置を用いて拡散接合を行い、高精度且つ変形が極めて
小さい高品質の拡散接合方法およびその接合治具を提供
することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明に係る拡散接合方
法にあっては、熱間等方圧加圧装置内のガス等を媒体と
して被接合体を加圧する拡散接合方法において、上記被
接合体の特定方向のみに加圧可能な接合治具を使用して
被接合体の拡散接合を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る拡散接合治具は、熱間等方圧加圧装
置内に収納する拡散接合治具であって、被接合体を収納
する収納部と、この収納部内において被接合体を特定方
向のみに加圧する加圧板と、上記収納部を封止するシー
ル板とを備えたことを特徴とする。

（作用）上記の構成を有する本発明においては、被接合体を拡散
接合治具内に収納し、被接合体およびその接合面より排
気して真空封止し、次いで熱間等方圧加圧（ＨＩ　Ｐ）
装置内のガス圧と特定方向のみに加圧する加圧板を備え
た拡散接合治具とを用いて被接合体を拡散接合するよう
にしたので、被接合体が大型或いは接合面が複雑であっ
ても、必要とする接合面全体に圧力が加わり、さらには
接合面が均等に加熱されることで、健全な接合が得られ
ることになる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による拡散接合方法およびその接合治具
を説明するための一般的な熱間等方圧加圧（ＨＩ　Ｐ）
装置を示す。この熱間等方圧加圧（ＨＩ　Ｐ）装置は、
圧力容器１内にヒータ２．断熱層３を収容する一方、上
記圧力容器１内のチャンバにアルゴンガス等の不活性ガ
スを封入するガス流入口・排気口４が形成されている。

このＨＩＰ装置の内部に拡散接合治具としての試験体５
を収納し、ガス流入口・排気口４よりその内部を排気し
て真空にし、その後アルゴンガスを封入する。

試験体５およびアルゴンガスがある〜定圧に達した後に
ヒータ２に通電しＨＩＰ装置内部を加熱する。

そして、ＨＩＰ装置内部が加熱されると、アルゴンガス
は彫版し高圧ガス６となり、試験体５に等方圧が加わる
。このような熱間等方圧加圧方法で試験体５を加熱・加
圧することで拡散接合が可能となる。

第２図は本発明の第１実施例に係る試験体５の詳細を示
し、試験体５は被接合体７．８の組合せと、試験体５の
シール板１１と、被接合体７，８を特定方向のみに加圧
する加圧板１２と、被接合体７．８を収納する収納部と
してのボックス状拘束板１３とから構成されている。す
なわち、第１図および第２図に示すように、試験体５は
例えば接合条件（温度９００℃、圧力５００Ｋｇ１／ａ
（、保持時間０．５８）の−例において、変形しない加
圧板１２、拘束板１３と変形可能なシール板１１とから
構成されている。このシール板１１は拘束板１３上面に
溶接されてシール溶接部１４とし、拘束板１３を封止し
ている。また、加圧板１２および被接合体７．８と拘束
板１３との間には狭小の隙間が設けられている。被接合
体７．８は溝を有する鋼材からなり、接合面９を拡散接
合することで、冷却口１０を有する冷却管となる。

なお、本実施例におけるシール板１１．加圧板工２およ
び拘束板１３は全て比較的高温強度の高いステンレス鋼
材である５ＵＳ３１６材からなっている。

次に、本実施例の作用を説明する。

被接合体７，８を収納した拘束板１３．加圧板１２およ
びシール板１１より構成された試験体５の内部において
、第１図に示す熱間等方圧加圧（ＨＩ　Ｐ）装置のヒー
タ２の熱および高圧ガス６の圧力により、第２図に示す
シール板１１が若干変形を伴うとともに、その圧力が加
圧板１２を介して加わる。すると、そのガス圧は加圧板
１２を通して被接合体７，８の接合面９に加わる。した
がって、接合面９は加熱・加圧され相互拡散により拡散
接合されることとなる。

このようにして本実施例では、接合に必要な加圧力（本
実施例では垂直方向）に等方圧のガスを利用しているの
で、被接合体７，８を加圧する加圧板１２の面精度がホ
ットプレス等のように拡散接合に必要な平行度±０．　
５ｍｍ等の高精度な加工精度である必要はない。その結
果、被接合体７゜８に接する加圧板１２の片面のみの平
面度を管理するだけで、高品質な拡散接合が可能となる
。

第３図および第４図は本発明の第２実施例を示し、前記
第１実施例と同一の部材には同一の符号を付して説明す
る。第４図に示すように被接合体７．８が例えば２ｍの
長さを有した場合、２ｍの長さを有する１枚の加圧板１
２のみで均等に加圧することは困難である。そこで、本
実施例では加圧板１２を所定の長さに分割することで、
平面度を高め均等の圧力が被接合体７．８に加わるよう
にしている。つまり、本実施例では加圧板１２を４分割
することで、加圧板１２の平面度、表面粗度等の加工精
度を高めている。

次に、本実施例の作用を説明する。

加圧板１２を４分割にすることで、加圧板１２の加工精
度が高まり、被接合体７．８の接合面にはアルゴンガス
等の熱間等方圧がシール板１１および加圧板１２を通し
て均等に圧力が加わる。これにより、信頼性の高い接合
部が得られる。なぜなら、一体物の加圧板では加圧板の
加工精度或いは加圧板の残留応力、熱を加えた時の変形
等に起因して平面度或いは平行度に優れた加圧板を得る
ことが難しい。これらの問題点の解決策としては残留応
力が小さく、加工精度が高めらる小型の加圧板を複数組
合せることが考えられる。その結果、被接合体７，８に
は均等な加圧力が加わるようになる。

このように本実施例によれば、分割構造とした加圧板１
２を用いることで、長尺或いは薄板の被接合体でも健全
な接合部が得られるようになる。

その他の構成および作用は前記第１実施例と同一である
のでその説明を省略する。

第５図は本発明の第３実施例を示し、前記第１実施例と
同一の部材には同一の符号を付して説明する。本実施例
では第５図に示すように、被接合体２１．２２および２
３の材料がステンレス鋼のように比較的高強度の場合に
おいて、アルゴンガス等の不活性ガスのガス圧をシール
板１１および加圧板１２を通し、さらに局部加圧板１５
ａ、１５ｂ、１５ｃおよび１５ｄを介在させることで、
被接合体２１．２２および２３の接合に必要な加圧力を
得るようにしたもめである。すなわち、等方圧の加圧に
局部加圧板１５ａ、１５ｂ、１５ｃおよび１５ｄを用い
ることで、集中荷重が加わるようにしたものである。

このように本実施例によれば、シール板１１および加圧
板１２の形状よりも接合に必要な加圧およびその加圧面
が必要最小限の形状とすることで、全体のガス圧を低く
させることができる。したがって、シール板１１の厚さ
を薄くしたり、またはシール溶接部１４の品質管理等の
施工管理を単純化することなど、コスト面と品質管理面
での作業性が大きく改善される。また、接合に必要な加
圧面のみを加圧するので、被接合体２１．２２および２
３の変形を極めて小さくすることができる。

その他の構成および作用１ま前記第１実施例と同一であ
るのでその説明を省略する。

また、第６図は上記第３実施例の変形例を示し、第５図
で示した加圧板１２および局部加圧板１５ｃ、１５ｄを
一体化させて略逆Ｕ字形に局部加圧板１６を形成するこ
とで、第３実施例と同様の作用、効果が得られる。

第７図および第８図は本発明の第４実施例を示し、前記
第３実施例と同一の部材には同一の符号を付して説明す
る。本実施例ではステンレス鋼からなるリング形状の被
接合体２１．２３と、銅からなる円筒状の被接合体２２
と、ステンレス鋼からなりアールを有するリング形状の
被接合体２４とが拘束板１３に収納されており、このよ
うに接合面が複数で、且つ加圧方向および加圧面を複数
有する試験体５の接合方法について説明する。

このように複数の加圧方向および加圧面が必要な場合、
基本的な構成であるシール板、加圧板の組合せにより、
加圧することは第２図から第６図に示す構成と同様であ
る。但し、本実施例ではその加圧面が上部加圧板１６お
よび下部加圧板１７より加圧される面と、この面に対し
て垂直に加圧される周方向加圧板１８より加圧される面
との２方向を同時に加圧し、接合しようとする構成であ
る。特に、周方向加圧板１８による加圧力を受けるため
に被接合体２２．２３の内面に加圧受治具１９を配設し
ている。

なお、シール板１１ａ、ｌｌｂは拘束板１３にそれぞれ
溶接されてシール溶接部１４ａ、１４ｂとしている。

このように本実施例によれば、上記のように接合面およ
び加圧面を複数有する形状の接合においてもシール板、
加圧板の構成或いは形状を考慮することで、複数の接合
面を有する形状を同時に拡散接合することができる。こ
れはステップろう付けあるいはステップ接合に比較して
熱劣化を最小限に抑えるとともに、接合部の品質向上が
図れる。

また、コスト面においても短時間に複数の接合を行うこ
とができるため、低価格の製品を提供できる。その他の
構成および作用は前記第３実施例と同一であるのでその
説明を省略する。

なお、第２図から第７図に示す実施例では、被接合体と
加圧板が接合しないように、ＢＮ等の粉末を加圧板等の
接合治具の表面に塗布することを接合前に施している。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、熱間等方圧加圧
装置を用いてアルゴンガス等不活性ガスのガス圧を加熱
源にするため、接合治具および接合面には均等な加圧力
が加わり、信頼性の高い拡散接合が得られる。また、ガ
ス圧による加工方向を接合治具を用いて任意な方向に制
御できるため、必要最小限のみを加圧できる。したがっ
て、被接合体の変形が極めて小さく、高精度で変形が極
めて７Ｍい高品質の中空体等の拡散接合が容易に得られ
る等の効果を奏する。

す斜視図、第５図は本発明の第３実施例による拡散接合
治具の構成を示す断面図、第６図は本発明の第３実施例
の変形例を示す断面図、第７図は本発明の第４実施例に
よる拡散接合治具の構成を示す断面図、第８図は本発明
の第４実施例において被接合体の接合後の外観を示す斜
視図である。

１・・・圧力容器、２・・・ヒータ、３・・・断熱層、
４・・・ガス流入口・排気口、５・・・試験体（拡散接
合治具）、６・・・高圧ガス、７，８・・・被接合体、
９・・・接合面、１０・・・冷却口、１１・・・シール
板、１２・・・加圧板、１３・・・拘束板（収納部）、
１４・・・シール溶接部。

【図面の簡単な説明】

Claims

【特許請求の範囲】１、熱間等方圧加圧装置内のガス等を媒体として被接合
体を加圧する拡散接合方法において、上記被接合体の特
定方向のみに加圧可能な接合治具を使用して被接合体の
拡散接合を行うことを特徴とする拡散接合方法。２、熱間等方圧加圧装置内に収納する拡散接合治具であ
って、被接合体を収納する収納部と、この収納部内にお
いて被接合体を特定方向のみに加圧する加圧板と、上記
収納部を封止するシール板とを備えたことを特徴とする
拡散接合治具。