JPH0593254A - 金属接合方法 - Google Patents
金属接合方法Info
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- JPH0593254A JPH0593254A JP28057791A JP28057791A JPH0593254A JP H0593254 A JPH0593254 A JP H0593254A JP 28057791 A JP28057791 A JP 28057791A JP 28057791 A JP28057791 A JP 28057791A JP H0593254 A JPH0593254 A JP H0593254A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 異種金属を能率よく強固に直接接合する。
【構成】 接合すべき異種金属部材１ａ，１ｂの突き合
わせ部に開先２を設ける。開先２内に粉末３を溶射によ
り肉盛する。粉末３は、異種金属部材１ａ，１ｂの各成
分と実質同一成分の粉末を混合したものとする。開先２
内の肉盛層５により、異種金属部材１ａ，１ｂが直接接
合される。
わせ部に開先２を設ける。開先２内に粉末３を溶射によ
り肉盛する。粉末３は、異種金属部材１ａ，１ｂの各成
分と実質同一成分の粉末を混合したものとする。開先２
内の肉盛層５により、異種金属部材１ａ，１ｂが直接接
合される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶射を用いて、鉄系材
料とアルミニウムのような異種金属を冶金的に強固に接
合し得る金属接合方法に関する。
料とアルミニウムのような異種金属を冶金的に強固に接
合し得る金属接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄系材料とアルミニウム、鉄系材料とチ
タニウムのような異種金属をアーク溶接等の溶接で接合
すると、良く知られているように、接合部に脆弱な金属
間化合物が形成され、満足な継手強度は得られない。そ
のため、このような金属材料の組合せに対しては、通常
は、リベット等による機械的な接合が用いられる。しか
し、機械的な接合は、工数、仕上がり等の点で問題が大
きい。そこで、最近は、異種金属に対する冶金的な接合
方法の開発が活発に進められている。
タニウムのような異種金属をアーク溶接等の溶接で接合
すると、良く知られているように、接合部に脆弱な金属
間化合物が形成され、満足な継手強度は得られない。そ
のため、このような金属材料の組合せに対しては、通常
は、リベット等による機械的な接合が用いられる。しか
し、機械的な接合は、工数、仕上がり等の点で問題が大
きい。そこで、最近は、異種金属に対する冶金的な接合
方法の開発が活発に進められている。
【０００３】現在、異種金属に対する冶金的な接合方法
としては、次の２つが開発されている。１つは、拡散接
合であり、例えば、溶接学会全国講演大会概要集，第４
７巻（１９９０）３４６，「異種金属の短時間拡散接合
に関する研究」によれば、拡散接合により異種金属が比
較的短時間で接合できるとされている。
としては、次の２つが開発されている。１つは、拡散接
合であり、例えば、溶接学会全国講演大会概要集，第４
７巻（１９９０）３４６，「異種金属の短時間拡散接合
に関する研究」によれば、拡散接合により異種金属が比
較的短時間で接合できるとされている。
【０００４】今１つの異種金属接合方法は、クラッド材
を用いるものである。この方法で例えば、鉄系材料とア
ルミニウムを接合する場合は、図４に示すように、鉄系
材料とアルミニウムのクラッド材６を用い、その鉄系材
料側に鉄系部材７ａを、又、アルミニウム側にアルミニ
ウム部材７ｂをそれぞれ溶接することにより、両部材を
相互に接合する（軽金属溶接Ｖｏｌ．２７（１９８９）
No. １０，「鉄道車両のハイブリッド構体の構体結合構
造」）。クラッド材６における鉄系材料とアルミニウム
の界面は、予め爆着、圧延等により接合されていて、脆
化層の厚みが極めて薄く、継手強度上は全く問題のない
ことが確認されている。
を用いるものである。この方法で例えば、鉄系材料とア
ルミニウムを接合する場合は、図４に示すように、鉄系
材料とアルミニウムのクラッド材６を用い、その鉄系材
料側に鉄系部材７ａを、又、アルミニウム側にアルミニ
ウム部材７ｂをそれぞれ溶接することにより、両部材を
相互に接合する（軽金属溶接Ｖｏｌ．２７（１９８９）
No. １０，「鉄道車両のハイブリッド構体の構体結合構
造」）。クラッド材６における鉄系材料とアルミニウム
の界面は、予め爆着、圧延等により接合されていて、脆
化層の厚みが極めて薄く、継手強度上は全く問題のない
ことが確認されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これらの冶金的な異種
金属接合方法のうち、拡散接合によるものでは、接合界
面が溶融金属の影響を受けない固相接合が良いと考えら
れる。ところが、単純な固相接合では、鉄系材料とアル
ミニウムのように融点の極端に異なる材料の接合が難し
い。このような材料を接合しようとすると、前記文献に
説明されているような接合前の前処理や、接合を高真空
中で行うことが必要となる。そうなると、接合時間その
ものは短くなっても、トータルな所要時間はかなり長く
なり、実際は能率面で大きな問題がある。
金属接合方法のうち、拡散接合によるものでは、接合界
面が溶融金属の影響を受けない固相接合が良いと考えら
れる。ところが、単純な固相接合では、鉄系材料とアル
ミニウムのように融点の極端に異なる材料の接合が難し
い。このような材料を接合しようとすると、前記文献に
説明されているような接合前の前処理や、接合を高真空
中で行うことが必要となる。そうなると、接合時間その
ものは短くなっても、トータルな所要時間はかなり長く
なり、実際は能率面で大きな問題がある。
【０００６】一方、クラッド材を用いた接合方法では、
溶接時の入熱によるクラッド界面の脆化が問題となる。
即ち、クラッド材を構成する各材料の厚みが大きい場合
は、問題はないが、その厚みが小さい場合は、溶接時の
入熱でクラッド界面が脆化して破壊に至ることがある。
その点、入熱の少ないスボット溶接では、クラッド材を
かなり薄くできるが、それでも1.０〜1.２ｍｍより薄く
することはできず、これより薄いクラッド材による接合
は、出願人の知る限り存在しない。このように、クラッ
ド材による接合では、厚いクラッド材が必要となり、異
種材料を直接接合する場合に比べて種々の制約を受ける
ことになる。
溶接時の入熱によるクラッド界面の脆化が問題となる。
即ち、クラッド材を構成する各材料の厚みが大きい場合
は、問題はないが、その厚みが小さい場合は、溶接時の
入熱でクラッド界面が脆化して破壊に至ることがある。
その点、入熱の少ないスボット溶接では、クラッド材を
かなり薄くできるが、それでも1.０〜1.２ｍｍより薄く
することはできず、これより薄いクラッド材による接合
は、出願人の知る限り存在しない。このように、クラッ
ド材による接合では、厚いクラッド材が必要となり、異
種材料を直接接合する場合に比べて種々の制約を受ける
ことになる。
【０００７】本発明の目的は、異種材料を充分な強度で
能率よく直接接合できる金属接合方法を提供することに
ある。
能率よく直接接合できる金属接合方法を提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】ところで、溶接法の一つ
として、開先内に溶接ビードを肉盛する方法は、各方面
で多用されている。この溶接法では、肉盛に伴う界面の
溶融を避け得ないので、異種金属は接合できない。一
方、溶射は、現状では被覆法として用いられているが、
その条件によっては粉末を半溶融状態で肉盛でき、しか
も、２種以上の粉末を混合して肉盛できる。本発明者
は、粉末溶射のかかる特性に注目して、溶射肉盛による
異種金属接合を企画し、種々実験を行ったところ、粉末
溶射による肉盛で異種金属を強固に接合できることを知
見した。
として、開先内に溶接ビードを肉盛する方法は、各方面
で多用されている。この溶接法では、肉盛に伴う界面の
溶融を避け得ないので、異種金属は接合できない。一
方、溶射は、現状では被覆法として用いられているが、
その条件によっては粉末を半溶融状態で肉盛でき、しか
も、２種以上の粉末を混合して肉盛できる。本発明者
は、粉末溶射のかかる特性に注目して、溶射肉盛による
異種金属接合を企画し、種々実験を行ったところ、粉末
溶射による肉盛で異種金属を強固に接合できることを知
見した。
【０００９】本発明は上記知見に基づきなされたもの
で、接合すべき一対の金属部材の突き合わせ面に開先を
設け、その開先内に粉末を溶射肉盛することにより、一
対の金属部材を接合することを特徴とする金属接合方法
を要旨とする。
で、接合すべき一対の金属部材の突き合わせ面に開先を
設け、その開先内に粉末を溶射肉盛することにより、一
対の金属部材を接合することを特徴とする金属接合方法
を要旨とする。
【００１０】本発明の金属接合方法で異種金属を接合す
る場合は、接合すべき一対の異種金属部材の突き合わせ
面に開先を設け、前記異種金属部材の各材質と実質同一
材質の粉末を１：１／３〜３の重量比で混合して、これ
を半溶融状態で前記開先内に溶射肉盛するのがよい。
る場合は、接合すべき一対の異種金属部材の突き合わせ
面に開先を設け、前記異種金属部材の各材質と実質同一
材質の粉末を１：１／３〜３の重量比で混合して、これ
を半溶融状態で前記開先内に溶射肉盛するのがよい。
【００１１】図１は本発明の実施態様を示す模式図で、
異種金属接合の場合を示している。
異種金属接合の場合を示している。
【００１２】接合すべき異種金属部材１ａ，１ｂは、例
えば鉄系材料、アルミニウムの組み合わせからなる。こ
の異種金属部材１ａ，１ｂは、その突き合わせ部に、全
厚にわたって設けたＶ状の開先２を有する。接合の際に
は、異種金属部材１ａ，１ｂを突き合わせ、その開先２
内に粉末をプラズマ溶射により半溶融状態で肉盛する。
開先２を除いた異種金属部材１ａ，１ｂの各表面は、マ
スキング部材４ａ，４ｂで覆われている。粉末３は、異
種金属部材１ａ，１ｂが鉄系材料、アルミニウムの場
合、鉄系材料粉とアルミニウム粉の混合粉末とする。粉
末３の溶射により、開先２内に肉盛層５が形成され、そ
の肉盛層５によって異種金属部材１ａ，１ｂが相互に接
合される。
えば鉄系材料、アルミニウムの組み合わせからなる。こ
の異種金属部材１ａ，１ｂは、その突き合わせ部に、全
厚にわたって設けたＶ状の開先２を有する。接合の際に
は、異種金属部材１ａ，１ｂを突き合わせ、その開先２
内に粉末をプラズマ溶射により半溶融状態で肉盛する。
開先２を除いた異種金属部材１ａ，１ｂの各表面は、マ
スキング部材４ａ，４ｂで覆われている。粉末３は、異
種金属部材１ａ，１ｂが鉄系材料、アルミニウムの場
合、鉄系材料粉とアルミニウム粉の混合粉末とする。粉
末３の溶射により、開先２内に肉盛層５が形成され、そ
の肉盛層５によって異種金属部材１ａ，１ｂが相互に接
合される。
【００１３】このような金属接合方法では、粉末３を、
接合すべき異種金属部材１ａ，１ｂとそれぞれ同成分の
粉末の混合、もしくは異種金属部材１ａ，１ｂに対して
充分な接合強度が確保されるこれらと類似の成分の粉末
の混合とすることにより、肉盛層５が異種金属部材１
ａ，１ｂのそれぞれに接合され、その結果、異種金属部
材１ａ，１ｂが充分な強度で相互に接合される。ただ
し、粉末３が溶融状態で開先２内に肉盛されると、接合
界面に脆弱な金属化合物が生じ、接合強度を低下させる
ので、半溶融状態での肉盛として、肉盛層５を異種金属
部材１ａ，１ｂのそれぞれに固相接合させるのがよい。
接合すべき異種金属部材１ａ，１ｂとそれぞれ同成分の
粉末の混合、もしくは異種金属部材１ａ，１ｂに対して
充分な接合強度が確保されるこれらと類似の成分の粉末
の混合とすることにより、肉盛層５が異種金属部材１
ａ，１ｂのそれぞれに接合され、その結果、異種金属部
材１ａ，１ｂが充分な強度で相互に接合される。ただ
し、粉末３が溶融状態で開先２内に肉盛されると、接合
界面に脆弱な金属化合物が生じ、接合強度を低下させる
ので、半溶融状態での肉盛として、肉盛層５を異種金属
部材１ａ，１ｂのそれぞれに固相接合させるのがよい。
【００１４】
【作用】本発明の金属接合方法は、開先内に粉末を溶射
肉盛することにより、同種金属は勿論のこと、溶接では
脆化相を形成して満足な接合を行えない異種金属を、相
互に能率よく直接接合することができる。そのような異
種金属の組み合わせとしては、例えば、鉄系材料とＡｌ
（Ａｌ合金），Ｔｉ（Ｔｉ合金），Ｚｒ（Ｚｒ合金）、
Ｎｂ（Ｎｂ合金），Ｔａ（Ｔａ合金）との組み合わせ、
また、Ｎｉ（Ｎｉ合金）とＡｌ（Ａｌ合金），Ｔｉ（Ｔ
ｉ合金），Ｚｒ（Ｚｒ合金），Ｎｂ（Ｎｂ合金），Ｔａ
（Ｔａ合金）との組み合わせなどを挙げることができ
る。
肉盛することにより、同種金属は勿論のこと、溶接では
脆化相を形成して満足な接合を行えない異種金属を、相
互に能率よく直接接合することができる。そのような異
種金属の組み合わせとしては、例えば、鉄系材料とＡｌ
（Ａｌ合金），Ｔｉ（Ｔｉ合金），Ｚｒ（Ｚｒ合金）、
Ｎｂ（Ｎｂ合金），Ｔａ（Ｔａ合金）との組み合わせ、
また、Ｎｉ（Ｎｉ合金）とＡｌ（Ａｌ合金），Ｔｉ（Ｔ
ｉ合金），Ｚｒ（Ｚｒ合金），Ｎｂ（Ｎｂ合金），Ｔａ
（Ｔａ合金）との組み合わせなどを挙げることができ
る。
【００１５】本発明の金属接合方法において、開先は、
Ｖ型あるはＸ型が望ましい。Ｘ型開先の場合は、片方の
開先内に溶射を行った後、もう片方の開先内に溶射を行
う。開先角度は、大きい方が望ましい。Ｖ型開先におけ
る開先角度と継手破断限界値（Ｍｐａ：メガパスカル）
との関係を、アルミニウム溶射によりＦｅを相互に接合
した場合について図２に示す。開先角度が大きくなるほ
ど、接合強度が高くなる。
Ｖ型あるはＸ型が望ましい。Ｘ型開先の場合は、片方の
開先内に溶射を行った後、もう片方の開先内に溶射を行
う。開先角度は、大きい方が望ましい。Ｖ型開先におけ
る開先角度と継手破断限界値（Ｍｐａ：メガパスカル）
との関係を、アルミニウム溶射によりＦｅを相互に接合
した場合について図２に示す。開先角度が大きくなるほ
ど、接合強度が高くなる。
【００１６】粉末は、接合すべき部材と実質同一、即ち
同成分もしくは接合可能な類似成分の粉末とする。異種
金属接合の場合は、各部材と実質同一の粉末の混合と
し、粉末が一方に片寄ると、他方の部材との接合が困難
になるので、その混合比は１：１／３〜３とするのがよ
い。粉末の粒径は、特に限定しないが、溶射時の粉末供
給安定性等の観点から２００μｍ以下が望ましい。
同成分もしくは接合可能な類似成分の粉末とする。異種
金属接合の場合は、各部材と実質同一の粉末の混合と
し、粉末が一方に片寄ると、他方の部材との接合が困難
になるので、その混合比は１：１／３〜３とするのがよ
い。粉末の粒径は、特に限定しないが、溶射時の粉末供
給安定性等の観点から２００μｍ以下が望ましい。
【００１７】溶射条件は、異種金属の接合では、固相接
合を行うために、粉末が半溶融状態で肉盛されるような
条件を選ぶことが望ましい。
合を行うために、粉末が半溶融状態で肉盛されるような
条件を選ぶことが望ましい。
【００１８】溶射による肉盛を終えた後は、熱処理を行
うのがよい。被接合材が鉄とＡｌの場合、例えばＴ６処
理（溶体化処理，人工時効硬化処理）により、溶射接合
部を母材と同一レベルの強度まで強化できる。
うのがよい。被接合材が鉄とＡｌの場合、例えばＴ６処
理（溶体化処理，人工時効硬化処理）により、溶射接合
部を母材と同一レベルの強度まで強化できる。
【００１９】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。
【００２０】全長１００ｍｍ、板幅２０ｍｍ、板厚0.８
ｍｍの鉄板とＡｌ板とを突き合わせ接合するにあたり、
その突き合わせ部に１３０度のＶ型開先を設け、その開
先内に粉末をプラズマ溶射により肉盛した。粉末は、粒
径２０〜４０μｍの鉄粉とアルミニウム粉とをボールミ
ルにより種々の比率で混合したものを用いた。溶射は、
電流５００Ａ、電圧３０Ｖ、溶射距離１００ｍｍ、溶射
ガン移動速度１５ｍ／分で主に行い、溶射時間は約１分
であった。同様に、鉄板とチタニウム板、ニッケル板と
アルミニウム板とを接合した。接合を終えた板材を引張
試験に供した結果を表１に示す。破断モードＡは図３
（Ａ）に示す界面破壊、Ｂは図３（Ｂ）に示すボンド混
合破壊、Ｃは図３（Ｃ）に示す界面、ボンド混合破壊を
それぞれ表わしている。そして、安定的にモードＢが得
られる接合を○、モードＣの懸念がある接合を△、モー
ドＡを×として評価した。
ｍｍの鉄板とＡｌ板とを突き合わせ接合するにあたり、
その突き合わせ部に１３０度のＶ型開先を設け、その開
先内に粉末をプラズマ溶射により肉盛した。粉末は、粒
径２０〜４０μｍの鉄粉とアルミニウム粉とをボールミ
ルにより種々の比率で混合したものを用いた。溶射は、
電流５００Ａ、電圧３０Ｖ、溶射距離１００ｍｍ、溶射
ガン移動速度１５ｍ／分で主に行い、溶射時間は約１分
であった。同様に、鉄板とチタニウム板、ニッケル板と
アルミニウム板とを接合した。接合を終えた板材を引張
試験に供した結果を表１に示す。破断モードＡは図３
（Ａ）に示す界面破壊、Ｂは図３（Ｂ）に示すボンド混
合破壊、Ｃは図３（Ｃ）に示す界面、ボンド混合破壊を
それぞれ表わしている。そして、安定的にモードＢが得
られる接合を○、モードＣの懸念がある接合を△、モー
ドＡを×として評価した。
【００２１】表１に示すように、鉄板とアルミニウム板
との接合において、鉄粉とアルミニウム粉とを１：１で
混合させたものを溶射肉盛することにより、ボンド破壊
に至らせることができる。ボンド破壊したものは、後で
熱処理（例えばＴ６処理）を行うことにより、母材破断
することを確認している。また、鉄板とチタニウム板、
ニッケル板とアルミニウム板との接合においても、同様
の結果を得ている。なお、No. １０は粉末の混合比は適
正であるも、溶射電流が高すぎて粉末が溶融状態で溶射
されたために、界面破壊を伴う結果になった。
との接合において、鉄粉とアルミニウム粉とを１：１で
混合させたものを溶射肉盛することにより、ボンド破壊
に至らせることができる。ボンド破壊したものは、後で
熱処理（例えばＴ６処理）を行うことにより、母材破断
することを確認している。また、鉄板とチタニウム板、
ニッケル板とアルミニウム板との接合においても、同様
の結果を得ている。なお、No. １０は粉末の混合比は適
正であるも、溶射電流が高すぎて粉末が溶融状態で溶射
されたために、界面破壊を伴う結果になった。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の金属接合方法は、溶接では脆化相を生じて満足な接合
を行い得なかった異種金属を、粉末溶射によって高品質
かつ高能率に直接接合することができる。従って、自動
車産業、家電産業等の組み立てや、複合材料の作成等に
おいて、品質向上および能率向上を達成できる。
の金属接合方法は、溶接では脆化相を生じて満足な接合
を行い得なかった異種金属を、粉末溶射によって高品質
かつ高能率に直接接合することができる。従って、自動
車産業、家電産業等の組み立てや、複合材料の作成等に
おいて、品質向上および能率向上を達成できる。
【図１】本発明の実施態様を示す模式図である。
【図２】開先角度と接合強度との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図３】引張試験における破壊モードを示す模式図であ
る。
る。
【図４】従来の異種金属接合方法を示す模式図である。
１ａ，１ｂ 異種金属部材 ２ 開先 ３ 粉末 ５ 肉盛層
Claims (2)
- 【請求項１】 接合すべき一対の金属部材の突き合わせ
面に開先を設け、その開先内に粉末を溶射肉盛すること
により、一対の金属部材を接合することを特徴とする金
属接合方法 - 【請求項２】 接合すべき一対の異種金属部材の突き合
わせ面に開先を設け、前記異種金属部材の各材質と実質
同一材質の粉末を１：１／３〜３の重量比で混合して、
これを半溶融状態で前記開先内に溶射肉盛することによ
り、前記異種金属部材を接合することを特徴とする金属
接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28057791A JPH0593254A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 金属接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28057791A JPH0593254A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 金属接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0593254A true JPH0593254A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17626976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28057791A Pending JPH0593254A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 金属接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0593254A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08152065A (ja) * | 1994-11-29 | 1996-06-11 | Tonen Corp | ボイラー又は圧力容器等の機器容器への支持金具の接合方法 |
| JPWO2004111303A1 (ja) * | 2003-06-11 | 2006-07-20 | 石川島播磨重工業株式会社 | 金属製品の製造方法、金属製品、金属部品の接続方法、及び接続構造体 |
| JP2010513712A (ja) * | 2006-12-13 | 2010-04-30 | ハー ツェー シュタルク インコーポレイテッド | タンタル被覆鋼構造体を接合する方法 |
| JP2012144759A (ja) * | 2011-01-07 | 2012-08-02 | Nhk Spring Co Ltd | 導電部材 |
| KR20180026398A (ko) * | 2015-07-03 | 2018-03-12 | 플란제 에스이 | 내화 금속제 용기 |
| WO2023106131A1 (ja) * | 2021-12-10 | 2023-06-15 | 日本発條株式会社 | メタルマスク |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP28057791A patent/JPH0593254A/ja active Pending
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| US9070487B2 (en) | 2011-01-07 | 2015-06-30 | Nhk Spring Co., Ltd. | Conductive member |
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