JPH04135081A - Ｆｅ系鋳物の接合方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｆｅ系鋳物の接合方法、少なくとも一方の被
接合材がＦｅ系鋳物で他方がＦｅ系鋳物、炭素鋼、ステ
ンレス鋼等のＦｅ系材料の接合方法に関し、一方の被接
合材が例えば片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄等の棒、管等
を接合する接合方法に関する。ここにいうＦｅ系鋳物は
鋳鉄または鋳鋼をいう。

（従来の技術） 従来のＦｅ系鋳物の棒、管等の接合方法としてアーク溶
接、ろう付などが知られている。アーク溶接は、電極の
間に火花が出てアークが発生するとき生じる熱を利用し
て溶接をおこなう。ろう付は、母材より融点の低い金属
を用いて、母材を溶融しないで接合する方法である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、■従来のアーク溶接法は、片状黒鉛鋳鉄
や球状黒鉛鋳鉄を接合する場合、接合部の組織中でマト
リックス（フェライト、パーライトおよび両者の混合組
織をいう。以下同じ。）中に片状や球状の黒鉛が分解拡
散しやすいため、マルテンサイトなどの硬化組織になり
やすいので、熱影響部割れを生じやすい。■また、従来
のろう付によると、接合温度を比較的自由に選択でき精
密接合が可能であるが、しかし、接合部の引張強度、破
断強度が充分に高められないという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、熱影響部割れを起こしにくく、高強度が得られ
るＦｅ系鋳物の接合方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） そのために、本発明の第１発明によるＦｅ系鋳物の接合
方法は、Ｆｅ系鋳物からなる第１の被接合材と、Ｆｅ系
鋳物等のＦｅ系材料からなる第２の被接合材とを接合す
る接合方法において前記第１の被接合材の融点と前記第
２の被接合材の融点のいずれか低い融点よりも低い融点
をもつ金属接合材を前記第１の被接合材と前記第２の被
接合材の間に挿入し、前記第１の被接合材の融点と前記
第２の被接合材の融点との中間温度に等温加熱しかつ加
圧することで、前記金属接合材を溶融拡散させて前記第
１の被接合材と前記第２の被接合材を接合することを特
徴とする。

第２発明によるＦｅ系鋳物の接合方法は、前記等温加熱
を、高周波誘導コイルによる誘導加熱により行うことを
特徴とする。

第３発明によるＦｅ系鋳物の接合方法は、前記加熱にお
ける接合部の雰囲気が、大気または不活性ガス雰囲気で
あることを特徴とする。

第４発明によるＦｅ系鋳物の接合方法は、前記加圧を、
３．０ｋｇｆ／ｍｍ２以下の圧力に設定することを特徴
とする。

第５発明によるＦｅ系鋳物の接合方法は、前記高周波誘
導コイルの周波数を、３ＭＨｚ以下にすることを特徴と
する。

第６発明によるＦｅ系鋳物の接合方法は、前記第１の被
接合材および前記第２の被接合材の接合面の粗さＲｍａ
ｘを、Ｒｍａｘ≦５０４ｚｍに設定したことを特徴とす
る。

（作用） 本発明のＦｅ系鋳物の接合方法によれば、周知のアーク
溶接に比べ、接合温度が比較的低温でかつ静的な加熱に
より、母材への黒鉛分解によるＣの拡散を抑制するため
、接合部でのマルテンサイトなどの組織による硬化が抑
制され熱影響部割れを防止し、かつ接合部で充分に高強
度が得られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

Ｆｅ系鋳物の一種である球状黒鉛鋳鉄の接合方法は、例
えば第１図に示すような接合装置により実施される。棒
状の被接合材ｌと棒状の被接合材２の間に金属接合材３
を挿入し、被接合材１．２の軸方向に図示矢印方向に加
圧する。被接合材１．２および金属接合材３は、炉体４
の内周壁に取り付けられる高周波誘導コイル５の内部に
配置されている。被接合材は、棒状の被接合材１．２の
ほか、第７図に示すような中空バイブ１１．１２を接合
することができる。

金属接合材３は、被接合材の融点よりも低い融点をもつ
接合材料であればよく、例えばＦｅ系合金シート、Ｎｉ
系合金シートがある。この金属接合材３の形態は、粉末
、箔、シート等があるが、その形態については限定され
ない。例えば、アモルファス合金を含む超急冷（≧１０
“℃／秒）凝固合金を用いることができる。中空パイプ
１１．１２を接合する場合、環状の金属接合材１３を用
いることができる。

そして第２図に示すヒートスケジュールにより被接合材
１．２および金属接合材３を加熱する。

すなわち、昇温後、一定時間等温に保持し、その後除冷
する。等温加熱温度は、金属接合材３の融点よりも高く
かつ被接合材１．２の融点のうち低い方の融点よりも低
い温度に設定する。これは、金属接合材３を溶融するの
に充分に高い温度にすると共に、球状黒鉛鋳鉄からなる
被接合材の融点よりも低い温度に設定することにより、
球状黒鉛のマトリックス（パーライト地）中への分解拡
散を抑制し、硬化するのを低減するためである。炉内雰
囲気はＡｒガスあるいは空気にするのが良い。

等温加熱の保持時間は、例えば１分である。

次に、■加圧力と破断強度、■高周波誘導コイルの周波
数と昇温速度、■高周波誘導コイルの周波数と破断強度
、■被接合材の接合面の粗さと破断強度、の関係を調査
するために、下記の試験した。以下にその試験の手法と
結果を示す。

■　加圧力と破断強度 被接合材１．２の加圧力と接合継手の破断強度の関係を
試験した。被接合材２はＦＣＤ７０／ＦＣＤ７０を用い
た。被接合材の形状は丸棒で外径が２０ｍｍ、接合温度
１１００’Ｃ１等温加熱保持時間：２分、加圧力０．５
ｋｇｆ／ｍｍ”　、加熱方法：高周波誘導加熱（１０ｋ
ＨｚＸ　１０ｋＷ）に設定した。

その結果を第３図に示す。試験の結果、破断強度カフ　
０　ｋ　ｇ　ｆ／ｍｍ２以上のものは、加圧力が３ｋｇ
ｆ／ｍｍ”以下であった。

■　高周波誘導コイルの周波数と昇温速度高周波誘導コ
イルの周波数が及ぼす昇温速度への影響について試験し
た。被接合材は丸棒で外径２５ｍｍのＦＣＤ４０を用い
た。

その結果を第４図に示す。第４図に示されるように周波
数の値が大きいほど昇温時間ば短いことが判明した。好
ましくは周波数が０．５ＭＨｚ以上が良い。

■　高周波誘導コイルの周波数と破断強度高周波誘導コ
イルの周波数が接合継手の破断強度に与える影響を試験
した。被接合材はバイブ状の外径が２５ｍｍ、肉厚５ｍ
ｍのＦＣＤ４０からなる被接合材を用いた。

その結果を第５図に示す。第５図から解るように、周波
数が小さいほど破断強度が高くなることが判明した。好
ましくは周波数の値は３　Ｍ　Ｈｚ以下が良い。

■　被接合材の接合面の粗さと破断強度被接合材の接合
面の粗さが接合継手の破断強度に与える影響を試験した
。被接合材はＦＣＤ６０および５３５Ｃを用い、金属接
合材３はＮｉ系合金シートを用いた。

その結果を第６図に示す。第６図から解るように、接合
面の粗さＲｍａｘは、 Ｒｍａｘ≦５０μｍ に設定するのが望ましい。破断強度が６０ｋｇｆ／　ｍ
　ｍ　２以上になるからである。

次に、各種の接合法により実施例１〜６と比較例１〜５
を対比した。その試験条件および結果を第１表に示す。

（以下、余白。） 他の試験条件は次のとおりである。

被接合材（試験片）：外径２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、
金属接合材：外径２０ｍｍ、厚さ４０〜５０μｍである
。実施例１〜６における接合条件は、第１表に示す被接
合材および金属接合材を用い、接合温度：１１００℃、
雰囲気：Ａｒガス、加圧カニ　１．５ｋｇｆ／ｍｍ２．
等温保持時間＝１分であった。なお、第１表中、被接合
材の融点は、第１の被接合材と第２の被接合材の低い方
の融点を表示した。

得られた接合継手の引張試験、割れテストおよび硬度の
測定を行った。

第１表に示されるように、実施例１〜６は、弓張強度が
かなり高い値が得られ、破断位置は界面でなく母材であ
った。このことから接合部での引張強度は高いことが判
明した。また割れは生じなかった。硬度は第１表に示す
ようにかなり高い硬度が得られている。

これに対し、比較例１は、アーク溶接時割れが発生した
。比較例２は割れは生じなかったものの引張強度が相対
的に低くかつ破断位置は接合部としての界面であった。

比較例３は摩擦圧接時、割れが発生した。比較例４およ
び比較例５は、いずれも金属接合材の融点よりも低い温
度である１１００℃に接合温度を設定したため、接合が
不十分となり、引張時接合部の界面で破断した。しかも
引張強度は相対的にかなり低かった。

第１表中の評価は、接合継手の総合評価を示し、Ｘ印は
不良を示し、○印は良好を示す。

次に、被接合材の形状が炉の昇温速度にどのような影響
を与えるかについて試験した。その結果を第２表に示す
。

（以下、余白。） 第２表中、実施例７．９．１１ならびに比較例６は丸棒
であり、実施例８．１０．１２ならびに比較例７は中空
パイプである。比較例６および７はＡｒガス雰囲気のエ
レマ炉で炉中接合した。実施例７〜１２は、高周波発振
器を用いて周波数１０ｋＨｚＸ２０ｋＷにより誘導加熱
した。接合温度は１１００℃であった。

第２表から明らかなように、実施例７〜１２は、比較例
６．７に比べ、加熱するための昇温時間がかなり短い。

そのため接合の作業効率が向上される。第２表に示す評
価Δ印は、総合評価として普通（昇温時間が相対的に長
い）、○印は良好（昇温時間が相対的に短い）を示す。

実施例７〜１２ならびに比較例６．７はいずれも割れを
発生しなかった。

なお、本発明の前記実施例では、被接合材として中実棒
および中空パイプの組み合わせのものを示したが、被接
合材は、同種形状のものでもよいし、異種形状のもので
もよい。また形状は中実棒および中空棒に限らず、板状
その他の形状でも良い。被接合材の一方のＦｅ系鋳物材
質は、片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、可鍛鋳鉄、ノジュ
ラー鋳鉄など各種Ｆｅ系鋳鉄に適用することができる。

被接合材の他方のＦｅ系材料は、前記Ｆｅ系鋳鉄のほか
、一般的な炭素鋼、各種の特殊鋼並びにステンレス鋼に
も適用することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のＦｅ系鋳物の接合方法に
よれば、加熱時短時間に昇温できかつ母材を溶融させな
い比較的低温で接合するため、接合時間および接合エネ
ルギの面から接合製品の生産効率を向上し、かつ溶接熱
影響部などによる割れなどの欠陥の発生を防止すること
ができ、また引張強度および破断強度を高強度に保持す
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で用いた接合装置を表わす模式
図、第２図は本発明の実施例によるヒートスケジュール
を表わす熱処理工程図、第３図は接合時の加圧力と接合
継手の破断強度の関係を示す特性図、第４図は高周波誘
導コイルの周波数と昇温時間の関係を示す特性図、第５
図は高周波誘導コイルの周波数と接合継手の破断強度の
関係を示す特性図、第６図は被接合材の接合面の粗さと
接合継手の破断強度の関係を示す特性図、第７図は本発
明の他の実施例によるバイブ同士を接合する接合装置を
表わす模式図である。 ・・・第１の被接合材、 ・・・第２の被接合材、 ・・・金属接合材、 ・・・高周波誘導コイル、 ・・・半径方向温度計。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ系鋳物からなる第１の被接合材と、Ｆｅ系鋳
   物等のＦｅ系材料からなる第２の被接合材とを接合する
   接合方法において、 前記第１の被接合材の融点と前記第２の被接合材の融点
   のいずれか低い融点よりも低い融点をもつ金属接合材を
   前記第１の被接合材と前記第２の被接合材の間に挿入し
   、前記第１の被接合材の融点と前記第２の被接合材の融
   点との中間温度に加熱しかつ加圧することで、前記金属
   接合材を溶融拡散させて前記第１の被接合材と前記第２
   の被接合材を接合することを特徴とするＦｅ系鋳物の接
   合方法。
2. （２）前記加熱は、高周波誘導コイルによる誘導加熱に
   より行うことを特徴とする請求項１に記載のＦｅ系鋳物
   の接合方法。
3. （３）前記加熱における接合部の雰囲気は、大気または
   不活性ガス雰囲気である請求項１に記載のＦｅ系鋳物の
   接合方法。
4. （４）前記加圧は、３．０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以下の圧力
   に設定することを特徴とする請求項１または２のいずれ
   か一項に記載のＦｅ系鋳物の接合方法。
5. （５）前記高周波誘導コイルの周波数は、３ＭＨｚ以下
   にすることを特徴とする請求項２、３のいずれか一項に
   記載のＦｅ系鋳物の接合方法。
6. （６）前記第１の被接合材および前記第２の被接合材の
   接合面の粗さＲｍａｘは、Ｒｍａｘ≦５０μｍに設定し
   たことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載
   のＦｅ系鋳物の接合方法。