JPH08155660A - 接合強度の優れた異材継手製造方法 - Google Patents
接合強度の優れた異材継手製造方法Info
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- JPH08155660A JPH08155660A JP30237094A JP30237094A JPH08155660A JP H08155660 A JPH08155660 A JP H08155660A JP 30237094 A JP30237094 A JP 30237094A JP 30237094 A JP30237094 A JP 30237094A JP H08155660 A JPH08155660 A JP H08155660A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 先端に開先４を施したフランジ５を両端に設
けたＨＩＰカプセルの胴部１の一端に、先端に開先４を
施したフランジ５を設けたＨＩＰカプセルの底部２を挿
着して開先部を溶接し、これに被接合部材を装入し、次
いで、先端に開先４を施したフランジ５と脱気管７を設
けたＨＩＰカプセルの蓋部３を前記ＨＩＰカプセルの胴
部１の他端に挿着し、開先部を溶接して被接合部材を封
入し、前記脱気管７から脱気した後、脱気管７を密閉し
てＨＩＰ処理に供する。また、前記、ＨＩＰカプセルの
肉厚を式で求まる肉厚t としたＨＩＰカプセルを用い
て被接合部材をＨＩＰ処理する。 σｙ＜［(1+t/r)2／〔1+（(1+t/r)2-1）×(Ec/E1) 〕］
×Ｐ…………… 【効果】 被接合部材を気密性の信頼性が高いＨＩＰカ
プセルでＨＩＰ処理でき、また最適なＨＩＰ処理圧力で
ＨＩＰ処理できるため、低コストで、かつ正常な接合継
手を有する接合強度の優れた異材継手を得ることができ
る。
けたＨＩＰカプセルの胴部１の一端に、先端に開先４を
施したフランジ５を設けたＨＩＰカプセルの底部２を挿
着して開先部を溶接し、これに被接合部材を装入し、次
いで、先端に開先４を施したフランジ５と脱気管７を設
けたＨＩＰカプセルの蓋部３を前記ＨＩＰカプセルの胴
部１の他端に挿着し、開先部を溶接して被接合部材を封
入し、前記脱気管７から脱気した後、脱気管７を密閉し
てＨＩＰ処理に供する。また、前記、ＨＩＰカプセルの
肉厚を式で求まる肉厚t としたＨＩＰカプセルを用い
て被接合部材をＨＩＰ処理する。 σｙ＜［(1+t/r)2／〔1+（(1+t/r)2-1）×(Ec/E1) 〕］
×Ｐ…………… 【効果】 被接合部材を気密性の信頼性が高いＨＩＰカ
プセルでＨＩＰ処理でき、また最適なＨＩＰ処理圧力で
ＨＩＰ処理できるため、低コストで、かつ正常な接合継
手を有する接合強度の優れた異材継手を得ることができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学プラント等の腐食
環境で使用されるZr、Ti系合金等とステンレス鋼の接合
強度の優れた異材継手製造方法に関するものである。
環境で使用されるZr、Ti系合金等とステンレス鋼の接合
強度の優れた異材継手製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】化学プラント等の腐食環境で使用される
Zr、Ti系合金等とステンレス鋼の異材継手製作にあって
は、接合部の耐食性を向上させるために、図６に示すよ
うに、接合部にインサート材としてTa等を挿入して接合
を行っている。このような３層異材継手の接合には、爆
発圧接法や熱間等方圧加圧法（以下、ＨＩＰ法という）
等が用いられてきた。
Zr、Ti系合金等とステンレス鋼の異材継手製作にあって
は、接合部の耐食性を向上させるために、図６に示すよ
うに、接合部にインサート材としてTa等を挿入して接合
を行っている。このような３層異材継手の接合には、爆
発圧接法や熱間等方圧加圧法（以下、ＨＩＰ法という）
等が用いられてきた。
【０００３】ＨＩＰ法により上記異材継手を製造する場
合、被接合部材をカプセル（以下、ＨＩＰカプセルとい
う）内に封入、脱気した後にＨＩＰ処理に供し、所定の
温度・圧力制御下で固相拡散接合を行う。被接合部材の
ＨＩＰカプセルへの封入、脱気は主に、(1) 被接合部材
に等方的に圧力を伝達することで高い面圧を接合面に負
荷するため、(2) ＨＩＰ処理中接合面が酸化することを
避けるために行われる。
合、被接合部材をカプセル（以下、ＨＩＰカプセルとい
う）内に封入、脱気した後にＨＩＰ処理に供し、所定の
温度・圧力制御下で固相拡散接合を行う。被接合部材の
ＨＩＰカプセルへの封入、脱気は主に、(1) 被接合部材
に等方的に圧力を伝達することで高い面圧を接合面に負
荷するため、(2) ＨＩＰ処理中接合面が酸化することを
避けるために行われる。
【０００４】ＨＩＰカプセルの素材は、ＨＩＰ処理中に
損傷が生じないように適度な高温強度、ＨＩＰカプセル
内の被接合部材の接合面に十分な圧力を伝達できるよう
に適度な延性を持ち、またＨＩＰカプセルの気密性を確
保するために溶接性の優れた材料である必要があり、主
に軟鋼やステンレス鋼等が用いられている。
損傷が生じないように適度な高温強度、ＨＩＰカプセル
内の被接合部材の接合面に十分な圧力を伝達できるよう
に適度な延性を持ち、またＨＩＰカプセルの気密性を確
保するために溶接性の優れた材料である必要があり、主
に軟鋼やステンレス鋼等が用いられている。
【０００５】従来のＨＩＰカプセル内への被接合部材の
封入方法を図７に示す。図７は有底円筒状ＨＩＰカプセ
ル21内に被接合部材22、24およびインサート材23を装入
し、脱気管26を有するＨＩＰカプセル蓋部25を有底円筒
状ＨＩＰカプセル21の開口部に挿着し、ＨＩＰカプセル
21とＨＩＰカプセル蓋部25をＴＩＧ溶接31して被接合部
材22、24およびインサート材23を封入する。封入後は脱
気管26から真空ポンプによりＨＩＰカプセル21内の脱気
を行う。ＨＩＰカプセル21内が所定の真空度に達した時
点で、脱気管26を圧着・溶接してＨＩＰ処理に供する。
封入方法を図７に示す。図７は有底円筒状ＨＩＰカプセ
ル21内に被接合部材22、24およびインサート材23を装入
し、脱気管26を有するＨＩＰカプセル蓋部25を有底円筒
状ＨＩＰカプセル21の開口部に挿着し、ＨＩＰカプセル
21とＨＩＰカプセル蓋部25をＴＩＧ溶接31して被接合部
材22、24およびインサート材23を封入する。封入後は脱
気管26から真空ポンプによりＨＩＰカプセル21内の脱気
を行う。ＨＩＰカプセル21内が所定の真空度に達した時
点で、脱気管26を圧着・溶接してＨＩＰ処理に供する。
【０００６】また、特開昭63-40687号公報には、図８に
示す被接合部材の封入方法が記載されている。図８は被
接合部材であるステンレス鋼27、ZrまたはZr合金28の封
入方法で、ステンレス鋼管29内にステンレス鋼27とZrま
たはZr合金28を装入し、真空チャンバ内でZrまたはZr合
金28側のステンレス鋼管端部にステンレス鋼蓋30で蓋を
し、ステンレス鋼管29端部とステンレス鋼蓋30、および
ステンレス鋼管29の他端とステンレス鋼27を電子ビーム
溶接32し、ステンレス鋼27とZrまたはZr合金28をステン
レス鋼管29内に封入し、接合面を真空に保ってからＨＩ
Ｐ処理に供する。
示す被接合部材の封入方法が記載されている。図８は被
接合部材であるステンレス鋼27、ZrまたはZr合金28の封
入方法で、ステンレス鋼管29内にステンレス鋼27とZrま
たはZr合金28を装入し、真空チャンバ内でZrまたはZr合
金28側のステンレス鋼管端部にステンレス鋼蓋30で蓋を
し、ステンレス鋼管29端部とステンレス鋼蓋30、および
ステンレス鋼管29の他端とステンレス鋼27を電子ビーム
溶接32し、ステンレス鋼27とZrまたはZr合金28をステン
レス鋼管29内に封入し、接合面を真空に保ってからＨＩ
Ｐ処理に供する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来、ＨＩＰカプセル
形状は経験により決められており、ＨＩＰカプセルの溶
接部の形状によっては、ＨＩＰ処理中の圧力が溶接部に
き裂を発生させる方向に作用し、ＨＩＰカプセルの気密
性を損なって接合不良となる恐れがある。図９(a) は、
図７に示すＨＩＰカプセルの有底円筒状ＨＩＰカプセル
21とＨＩＰカプセル蓋部25との突き合わせ溶接部33を示
し、(b) はその拡大図である。(b) に示すように、溶接
部33に溶け込み不良が発生していると、溶け込み不良に
よる切り欠き部にＨＩＰ処理中の圧力が切り欠きを拡大
するように作用し、溶接部を破断することになる。
形状は経験により決められており、ＨＩＰカプセルの溶
接部の形状によっては、ＨＩＰ処理中の圧力が溶接部に
き裂を発生させる方向に作用し、ＨＩＰカプセルの気密
性を損なって接合不良となる恐れがある。図９(a) は、
図７に示すＨＩＰカプセルの有底円筒状ＨＩＰカプセル
21とＨＩＰカプセル蓋部25との突き合わせ溶接部33を示
し、(b) はその拡大図である。(b) に示すように、溶接
部33に溶け込み不良が発生していると、溶け込み不良に
よる切り欠き部にＨＩＰ処理中の圧力が切り欠きを拡大
するように作用し、溶接部を破断することになる。
【０００８】また、ＨＩＰカプセルの肉厚が厚すぎる
と、被接合部材への圧力の伝達が不十分となり接合不良
の原因となるが、これまでそのことを考慮した設計はな
されておらず、正常な接合継手が得られたとしても、こ
の場合は、カプセル肉厚を最適にした時に比べて過度の
圧力でＨＩＰ処理を行った結果であり、コストは高くつ
いている。このように、ＨＩＰカプセル肉厚の決定方法
も未だ具体的な提案はなされていない。
と、被接合部材への圧力の伝達が不十分となり接合不良
の原因となるが、これまでそのことを考慮した設計はな
されておらず、正常な接合継手が得られたとしても、こ
の場合は、カプセル肉厚を最適にした時に比べて過度の
圧力でＨＩＰ処理を行った結果であり、コストは高くつ
いている。このように、ＨＩＰカプセル肉厚の決定方法
も未だ具体的な提案はなされていない。
【０００９】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、ＨＩＰカプセルの胴部、底部および蓋
部にフランジを設け、さらにフランジの先端に開先を施
すことにより、ＨＩＰ処理中の圧力が溶接部にき裂を発
生させることを防止し、また、ＨＩＰ処理条件およびＨ
ＩＰカプセルと被接合部材のＨＩＰ処理時の物性値とか
らＨＩＰカプセルの肉厚を決めることにより、最適なＨ
ＩＰ処理圧力で正常な接合継手が得られる接合強度の優
れた異材継手製造方法を提供することを目的とする。
なされたもので、ＨＩＰカプセルの胴部、底部および蓋
部にフランジを設け、さらにフランジの先端に開先を施
すことにより、ＨＩＰ処理中の圧力が溶接部にき裂を発
生させることを防止し、また、ＨＩＰ処理条件およびＨ
ＩＰカプセルと被接合部材のＨＩＰ処理時の物性値とか
らＨＩＰカプセルの肉厚を決めることにより、最適なＨ
ＩＰ処理圧力で正常な接合継手が得られる接合強度の優
れた異材継手製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、先端に
開先を施したフランジを両端に設けたＨＩＰカプセルの
胴部の一端に、先端に開先を施したフランジを設けたＨ
ＩＰカプセルの底部を挿着して開先部を溶接し、これに
被接合部材を装入し、次いで、先端に開先を施したフラ
ンジと脱気管を設けたＨＩＰカプセルの蓋部を前記ＨＩ
Ｐカプセルの胴部の他端に挿着し、開先部を溶接して被
接合部材を封入し、前記脱気管から脱気した後、脱気管
を密閉してＨＩＰ処理に供する接合強度の優れた異材継
手製造方法である。
開先を施したフランジを両端に設けたＨＩＰカプセルの
胴部の一端に、先端に開先を施したフランジを設けたＨ
ＩＰカプセルの底部を挿着して開先部を溶接し、これに
被接合部材を装入し、次いで、先端に開先を施したフラ
ンジと脱気管を設けたＨＩＰカプセルの蓋部を前記ＨＩ
Ｐカプセルの胴部の他端に挿着し、開先部を溶接して被
接合部材を封入し、前記脱気管から脱気した後、脱気管
を密閉してＨＩＰ処理に供する接合強度の優れた異材継
手製造方法である。
【００１１】さらに、本発明の要旨は、前記のＨＩＰカ
プセルの肉厚を下記式で求まるＨＩＰカプセルの肉厚
t としたＨＩＰカプセルを用いて被接合部材をＨＩＰ処
理して接合する接合強度の優れた異材継手製造方法であ
る。 σｙ＜［(1+t/r)2／〔1+（(1+t/r)2-1）×(Ec/E1) 〕］×Ｐ…………… ここで、Ｐ：ＨＩＰ処理圧力 Ec：ＨＩＰカプセル素材のヤング率 E1：被接合部材のヤング率 r ：ＨＩＰカプセルの半径（被接合部材の半径） t ：ＨＩＰカプセルの肉厚 σｙ：被接合部材の中で最も耐力の低い部材の 0.2％耐
力
プセルの肉厚を下記式で求まるＨＩＰカプセルの肉厚
t としたＨＩＰカプセルを用いて被接合部材をＨＩＰ処
理して接合する接合強度の優れた異材継手製造方法であ
る。 σｙ＜［(1+t/r)2／〔1+（(1+t/r)2-1）×(Ec/E1) 〕］×Ｐ…………… ここで、Ｐ：ＨＩＰ処理圧力 Ec：ＨＩＰカプセル素材のヤング率 E1：被接合部材のヤング率 r ：ＨＩＰカプセルの半径（被接合部材の半径） t ：ＨＩＰカプセルの肉厚 σｙ：被接合部材の中で最も耐力の低い部材の 0.2％耐
力
【００１２】
【作用】本発明のＨＩＰカプセルは、図１に示すよう
に、ＨＩＰカプセルの胴部１、ＨＩＰカプセルの底部
２、ＨＩＰカプセルの蓋部３とから構成され、胴部１に
は先端に開先４を施したフランジ５が両端に、底部２と
蓋部３には先端に開先４を施したフランジ５が、それぞ
れ設けてある。さらに蓋部３には脱気口６があり、脱気
口６には脱気管７が接続される。
に、ＨＩＰカプセルの胴部１、ＨＩＰカプセルの底部
２、ＨＩＰカプセルの蓋部３とから構成され、胴部１に
は先端に開先４を施したフランジ５が両端に、底部２と
蓋部３には先端に開先４を施したフランジ５が、それぞ
れ設けてある。さらに蓋部３には脱気口６があり、脱気
口６には脱気管７が接続される。
【００１３】被接合部材のＨＩＰカプセル内への封入
は、図２に示すように、ＨＩＰカプセルの胴部１の一端
に、ＨＩＰカプセルの底部２を挿着して開先部８を溶接
し、これに被接合部材10、インサート材11、被接合部材
12の順に装入し、次いで、脱気管７を接続した蓋部３を
前記ＨＩＰカプセルの胴部１の他端に挿着し、開先部９
を溶接して被接合部材を封入する。被接合部材を封入
後、脱気管７から真空ポンプによりＨＩＰカプセル内の
脱気を行う。ＨＩＰカプセル内が所定の真空度に達した
時点で、脱気管７を圧着・溶接してＨＩＰ処理に供す
る。
は、図２に示すように、ＨＩＰカプセルの胴部１の一端
に、ＨＩＰカプセルの底部２を挿着して開先部８を溶接
し、これに被接合部材10、インサート材11、被接合部材
12の順に装入し、次いで、脱気管７を接続した蓋部３を
前記ＨＩＰカプセルの胴部１の他端に挿着し、開先部９
を溶接して被接合部材を封入する。被接合部材を封入
後、脱気管７から真空ポンプによりＨＩＰカプセル内の
脱気を行う。ＨＩＰカプセル内が所定の真空度に達した
時点で、脱気管７を圧着・溶接してＨＩＰ処理に供す
る。
【００１４】本発明のＨＩＰカプセルの胴部、底部およ
び蓋部にはフランジを設けているため、ＨＩＰカプセル
の胴部と底部と蓋部で一体のＨＩＰカプセルを構成する
と、ＨＩＰカプセルの両端には、図２に示すように、フ
ランジ５が突き出した形となる。この突き出した形のフ
ランジには、図３に示すように、ＨＩＰ処理時、圧力が
フランジ５の両側から加わり、ＨＩＰカプセル胴部１と
底部２および胴部１と蓋部２との密着が良くなるため、
突き出した形のフランジ５はＨＩＰカプセルの気密性を
向上する方向に働く。また、フランジ５には先端に開先
４が施されているため、溶接時の溶け込みが十分とな
り、溶け込み不良による溶接欠陥を防止することができ
るため、ＨＩＰカプセルの気密性を確保することができ
る。万一溶接部13に溶接欠陥が生じた場合でも、フラン
ジ５が突き出した形であるため、上記のように、ＨＩＰ
処理時の圧力が溶接欠陥を拡大し、き裂を発生させる方
向には働かず、ＨＩＰカプセルの気密性を確保すること
ができる。
び蓋部にはフランジを設けているため、ＨＩＰカプセル
の胴部と底部と蓋部で一体のＨＩＰカプセルを構成する
と、ＨＩＰカプセルの両端には、図２に示すように、フ
ランジ５が突き出した形となる。この突き出した形のフ
ランジには、図３に示すように、ＨＩＰ処理時、圧力が
フランジ５の両側から加わり、ＨＩＰカプセル胴部１と
底部２および胴部１と蓋部２との密着が良くなるため、
突き出した形のフランジ５はＨＩＰカプセルの気密性を
向上する方向に働く。また、フランジ５には先端に開先
４が施されているため、溶接時の溶け込みが十分とな
り、溶け込み不良による溶接欠陥を防止することができ
るため、ＨＩＰカプセルの気密性を確保することができ
る。万一溶接部13に溶接欠陥が生じた場合でも、フラン
ジ５が突き出した形であるため、上記のように、ＨＩＰ
処理時の圧力が溶接欠陥を拡大し、き裂を発生させる方
向には働かず、ＨＩＰカプセルの気密性を確保すること
ができる。
【００１５】異材継手の接合性は被接合部材に加えられ
る軸圧縮力に影響される。しかし、ＨＩＰカプセル素材
のヤング率が被接合部材のヤング率よりも大きいとき
は、ＨＩＰカプセル内部へはＨＩＰ処理圧力Ｐ以下の軸
圧縮力しか作用しない。この実際に作用する軸圧縮力σ
ｚは、弾性力学の理論から式の右辺と等しい値とな
る。一方、接合面における密着性が被接合部材の変形量
で決まることは明らかであるが、特に被接合部材が塑性
変形し始めることで密着性はさらに良くなる。したがっ
て、良好な継手を得るためには、接合面を構成する二つ
の部材のどちらか一方の耐力以上の軸圧縮力σｚを負荷
する必要がある。このために、式から求まるＨＩＰカ
プセルの肉厚 tのＨＩＰカプセルを用いて被接合部材を
ＨＩＰ処理する。ただし、ＨＩＰカプセルの肉厚 tの最
小肉厚は、溶接可能な 0.5mm以上とし、その上限は下記
式を満たすように決定する。 σｙ＜［(1+t/r)2／〔1+（(1+t/r)2-1）×(Ec/E1) 〕］×Ｐ…………… ここで、Ｐ：ＨＩＰ処理圧力 Ec：ＨＩＰカプセル素材のヤング率 E1：被接合部材のヤング率 r ：ＨＩＰカプセルの半径（被接合部材の半径） t ：ＨＩＰカプセルの肉厚 σｙ：被接合部材の中で最も耐力の低い部材の 0.2％耐
力
る軸圧縮力に影響される。しかし、ＨＩＰカプセル素材
のヤング率が被接合部材のヤング率よりも大きいとき
は、ＨＩＰカプセル内部へはＨＩＰ処理圧力Ｐ以下の軸
圧縮力しか作用しない。この実際に作用する軸圧縮力σ
ｚは、弾性力学の理論から式の右辺と等しい値とな
る。一方、接合面における密着性が被接合部材の変形量
で決まることは明らかであるが、特に被接合部材が塑性
変形し始めることで密着性はさらに良くなる。したがっ
て、良好な継手を得るためには、接合面を構成する二つ
の部材のどちらか一方の耐力以上の軸圧縮力σｚを負荷
する必要がある。このために、式から求まるＨＩＰカ
プセルの肉厚 tのＨＩＰカプセルを用いて被接合部材を
ＨＩＰ処理する。ただし、ＨＩＰカプセルの肉厚 tの最
小肉厚は、溶接可能な 0.5mm以上とし、その上限は下記
式を満たすように決定する。 σｙ＜［(1+t/r)2／〔1+（(1+t/r)2-1）×(Ec/E1) 〕］×Ｐ…………… ここで、Ｐ：ＨＩＰ処理圧力 Ec：ＨＩＰカプセル素材のヤング率 E1：被接合部材のヤング率 r ：ＨＩＰカプセルの半径（被接合部材の半径） t ：ＨＩＰカプセルの肉厚 σｙ：被接合部材の中で最も耐力の低い部材の 0.2％耐
力
【００１６】例えば、ＨＩＰカプセルの素材をSUS304L
、被接合部材の組合せをTi-5Ta/Ta/SUS304L 、ＨＩＰ
処理圧力Ｐを98MPa とし、温度 925℃でＨＩＰ処理を行
うとすると、温度 925℃におけるE1=53.9GPa(Ti-5Ta の
ヤング率) 、Ec=123GPa (SUS304Lのヤング率) 、σｙ=6
5MPa(SUS304Lの 0.2％耐力) を上記式に代入し、t/r
を求める。ここで、t/r ＜0.3 となり、求めるＨＩＰカ
プセルの肉厚t は被接合部材の半径r の 0.3倍以下で良
いことになる。また、被接合部材の組合せがZr/Ta/SUS3
04L の場合は、同様にして、t/r ＜0.2 と求まる。ただ
し、被接合部材中のTaはインサート材を示す。
、被接合部材の組合せをTi-5Ta/Ta/SUS304L 、ＨＩＰ
処理圧力Ｐを98MPa とし、温度 925℃でＨＩＰ処理を行
うとすると、温度 925℃におけるE1=53.9GPa(Ti-5Ta の
ヤング率) 、Ec=123GPa (SUS304Lのヤング率) 、σｙ=6
5MPa(SUS304Lの 0.2％耐力) を上記式に代入し、t/r
を求める。ここで、t/r ＜0.3 となり、求めるＨＩＰカ
プセルの肉厚t は被接合部材の半径r の 0.3倍以下で良
いことになる。また、被接合部材の組合せがZr/Ta/SUS3
04L の場合は、同様にして、t/r ＜0.2 と求まる。ただ
し、被接合部材中のTaはインサート材を示す。
【００１７】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 実施例１ 表１には、実施例で使用する素材の 900℃における物性
値を示す。表１に示す素材の組合せによる２種類の異材
継手をＨＩＰ処理によって製造した。ＨＩＰカプセルの
素材をSUS304L 、被接合部材の組合せはTi-5Ta/Ta/SUS3
04L とZr/Ta/SUS304L の２種類、ＨＩＰ処理温度は 900
℃、圧力は98MPa である。ＨＩＰ処理後、機械加工によ
りＨＩＰカプセルを取り除き、蛍光浸透探傷により被接
合部材の接合界面の欠陥の有無を検査した。表２には、
被接合部材の半径r 、ＨＩＰカプセルの肉厚t 、t/r 、
ＨＩＰカプセル形状、ＨＩＰカプセルの溶接部の評価お
よび異材継手部の接合評価を示す。なお、ＨＩＰカプセ
ル形状は、図７に示す従来の突き合わせ溶接によるもの
と本発明のフランジの先端に開先を施したものの２種類
である。
値を示す。表１に示す素材の組合せによる２種類の異材
継手をＨＩＰ処理によって製造した。ＨＩＰカプセルの
素材をSUS304L 、被接合部材の組合せはTi-5Ta/Ta/SUS3
04L とZr/Ta/SUS304L の２種類、ＨＩＰ処理温度は 900
℃、圧力は98MPa である。ＨＩＰ処理後、機械加工によ
りＨＩＰカプセルを取り除き、蛍光浸透探傷により被接
合部材の接合界面の欠陥の有無を検査した。表２には、
被接合部材の半径r 、ＨＩＰカプセルの肉厚t 、t/r 、
ＨＩＰカプセル形状、ＨＩＰカプセルの溶接部の評価お
よび異材継手部の接合評価を示す。なお、ＨＩＰカプセ
ル形状は、図７に示す従来の突き合わせ溶接によるもの
と本発明のフランジの先端に開先を施したものの２種類
である。
【００１８】上記、Ti-5Ta/Ta/SUS304L の組合せの場
合、被接合部材とインサート材の二つの接合面それぞれ
について軸圧縮力σｚが、 σｚ＞Ti-5Taの 0.2％耐力（Ti-5TaとTaの接合面；Taの
耐力＞Ti-5Taの耐力） σｚ＞SUS304L の 0.2％耐力（SUS304L とTaの接合面；
Taの耐力＞SUS304L の耐力） となるとき良好な接合が行える。SUS304L の耐力＞Ti-5
Taの耐力であるから、両接合面の良好な接合を行うため
には、σｚをSUS304L の耐力以上とする必要がある。ま
た、同様にZr/Ta/SUS304L の組合せの場合、両接合面の
良好な接合を行うためには、σｚをSUS304L の耐力以上
とする必要がある。
合、被接合部材とインサート材の二つの接合面それぞれ
について軸圧縮力σｚが、 σｚ＞Ti-5Taの 0.2％耐力（Ti-5TaとTaの接合面；Taの
耐力＞Ti-5Taの耐力） σｚ＞SUS304L の 0.2％耐力（SUS304L とTaの接合面；
Taの耐力＞SUS304L の耐力） となるとき良好な接合が行える。SUS304L の耐力＞Ti-5
Taの耐力であるから、両接合面の良好な接合を行うため
には、σｚをSUS304L の耐力以上とする必要がある。ま
た、同様にZr/Ta/SUS304L の組合せの場合、両接合面の
良好な接合を行うためには、σｚをSUS304L の耐力以上
とする必要がある。
【００１９】このようにして得られた異材継手は、表２
に示すように、従来のＨＩＰカプセルを用いたものは、
溶接部の一部にき裂が発生しており、き裂が発生したＨ
ＩＰカプセルの被接合部材の継手接合部は全て不合格で
あった。一方、本発明のＨＩＰカプセルは全てにおい
て、溶接部に欠陥、異常は認められず、気密性の信頼性
が高いことが分かる。
に示すように、従来のＨＩＰカプセルを用いたものは、
溶接部の一部にき裂が発生しており、き裂が発生したＨ
ＩＰカプセルの被接合部材の継手接合部は全て不合格で
あった。一方、本発明のＨＩＰカプセルは全てにおい
て、溶接部に欠陥、異常は認められず、気密性の信頼性
が高いことが分かる。
【００２０】Ti-5Ta/Ta/SUS304L の組合せの場合、t/r
が0.3 以下で継手接合部は全て合格しており健全な異材
継手が得られているが、t/r が0.3 を超えると、複数の
継手の一部に欠陥が認められ、一部不合格が発生してい
る。また、Zr/Ta/SUS304L の組合せの場合、t/r が0.2
以下で継手接合部は全て合格しており健全な異材継手が
得られているが、t/r が0.2 を超えると、一部不合格が
発生している。
が0.3 以下で継手接合部は全て合格しており健全な異材
継手が得られているが、t/r が0.3 を超えると、複数の
継手の一部に欠陥が認められ、一部不合格が発生してい
る。また、Zr/Ta/SUS304L の組合せの場合、t/r が0.2
以下で継手接合部は全て合格しており健全な異材継手が
得られているが、t/r が0.2 を超えると、一部不合格が
発生している。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】図４および図５は、ＨＩＰカプセルの形状
(t/r)と軸圧縮力との関係を示す図で、図４はTi-5Ta/T
a/SUS304L の組合せの場合を、図５はZr/Ta/SUS304L の
組合せの場合を示している。縦軸の軸圧縮力は 900℃に
おけるSUS304L の 0.2％耐力σｙに対する割合で示され
ている。図中、実線上にプロットされた被接合部材の合
否状態からσｚ／σｙが 1以上になると安定的に合格品
が製造できることが分かる。そして、この時のt/r はTi
-5Ta/Ta/SUS304L の組合せの場合は、0.3 以下、Zr/Ta/
SUS304L の組合せの場合は、0.2 以下であった。
(t/r)と軸圧縮力との関係を示す図で、図４はTi-5Ta/T
a/SUS304L の組合せの場合を、図５はZr/Ta/SUS304L の
組合せの場合を示している。縦軸の軸圧縮力は 900℃に
おけるSUS304L の 0.2％耐力σｙに対する割合で示され
ている。図中、実線上にプロットされた被接合部材の合
否状態からσｚ／σｙが 1以上になると安定的に合格品
が製造できることが分かる。そして、この時のt/r はTi
-5Ta/Ta/SUS304L の組合せの場合は、0.3 以下、Zr/Ta/
SUS304L の組合せの場合は、0.2 以下であった。
【００２４】実施例２ Ti-5Ta/Ta/SUS304L の組合せにおいて、Ti-5Taに替えて
Tiを組み合わせたTi/Ta/SUS304L の組合せの異材継手
を、実施例１と同じ条件でＨＩＰ処理によって製造し
た。また、異材継手部の接合評価も実施例１と同じであ
る。その結果を表３に示す。
Tiを組み合わせたTi/Ta/SUS304L の組合せの異材継手
を、実施例１と同じ条件でＨＩＰ処理によって製造し
た。また、異材継手部の接合評価も実施例１と同じであ
る。その結果を表３に示す。
【００２５】表３に示すように、Ti/Ta/SUS304L の組合
せの場合でも、t/r ＜0.3 を使用して同様な効果が得ら
れている。すなわち、t/r が0.3 以下で継手接合部は全
て合格しており健全な異材継手が得られている。
せの場合でも、t/r ＜0.3 を使用して同様な効果が得ら
れている。すなわち、t/r が0.3 以下で継手接合部は全
て合格しており健全な異材継手が得られている。
【００２６】
【表３】
【００２７】実施例３ Ti-5Ta/Ta/SUS304L 、Zr/Ta/SUS304L 、Ti/Ta/SUS304L
の３種類の組合せによる異材継手をＨＩＰ処理によって
製造した。ＨＩＰ処理温度、ＨＩＰ処理圧力、t/r 、σ
ｚ／σｙおよび異材継手部の接合評価を表４に示す。な
お、異材継手部の接合評価は実施例１と同じである。
の３種類の組合せによる異材継手をＨＩＰ処理によって
製造した。ＨＩＰ処理温度、ＨＩＰ処理圧力、t/r 、σ
ｚ／σｙおよび異材継手部の接合評価を表４に示す。な
お、異材継手部の接合評価は実施例１と同じである。
【００２８】表４に示すように、ＨＩＰ処理温度を 900
〜950 ℃の範囲で変化させても健全な異材継手が得られ
ている。これは、この温度範囲内では各素材の物性値が
接合信頼性に影響を及ぼすほど変化していないためであ
る。
〜950 ℃の範囲で変化させても健全な異材継手が得られ
ている。これは、この温度範囲内では各素材の物性値が
接合信頼性に影響を及ぼすほど変化していないためであ
る。
【００２９】
【表４】
【００３０】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、被接合部材を気密性の信頼性が高いＨ
ＩＰカプセルでＨＩＰ処理でき、また最適なＨＩＰ処理
圧力でＨＩＰ処理できるため、低コストで、かつ正常な
接合継手を有する接合強度の優れた異材継手を得ること
ができる。
本発明によれば、被接合部材を気密性の信頼性が高いＨ
ＩＰカプセルでＨＩＰ処理でき、また最適なＨＩＰ処理
圧力でＨＩＰ処理できるため、低コストで、かつ正常な
接合継手を有する接合強度の優れた異材継手を得ること
ができる。
【図１】本発明のＨＩＰカプセルの構成を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明のＨＩＰカプセルへの被接合部材の封入
順序の説明図である。
順序の説明図である。
【図３】本発明のＨＩＰカプセルに働くＨＩＰ処理時の
圧力方向を示す図である。
圧力方向を示す図である。
【図４】Ti-5Ta/Ta/SUS304L の組合せの場合のＨＩＰカ
プセルの形状 (t/r)と軸圧縮力との関係を示す図であ
る。
プセルの形状 (t/r)と軸圧縮力との関係を示す図であ
る。
【図５】Zr/Ta/SUS304L の組合せの場合のＨＩＰカプセ
ルの形状 (t/r)と軸圧縮力との関係を示す図である。
ルの形状 (t/r)と軸圧縮力との関係を示す図である。
【図６】インサート材を使用した異材継手の説明図であ
る。
る。
【図７】従来のＨＩＰカプセル内への被接合部材の封入
方法を示す図である。
方法を示す図である。
【図８】従来の被接合部材の封入方法の一例を示す図で
ある。
ある。
【図９】図(a) は、図７に示すＨＩＰカプセルの有底円
筒状ＨＩＰカプセル21とＨＩＰカプセル蓋部25との突き
合わせ溶接部を示し、図(b) はその拡大図である。
筒状ＨＩＰカプセル21とＨＩＰカプセル蓋部25との突き
合わせ溶接部を示し、図(b) はその拡大図である。
１…ＨＩＰカプセルの胴部、２…ＨＩＰカプセルの底
部、３…ＨＩＰカプセルの蓋部、４…開先、５…フラン
ジ、６…脱気口、７…脱気管、８…開先部、９…開先
部、10…被接合部材、11…インサート材、12…被接合部
材、13…溶接部、21…有底円筒状ＨＩＰカプセル、22…
被接合部材、23…インサート材、24…被接合部材、25…
ＨＩＰカプセル蓋部、26…脱気管、27…ステンレス鋼、
28…ZrまたはZr合金、29…ステンレス鋼管、30…ステン
レス鋼蓋、31…ＴＩＧ溶接、32…電子ビーム溶接、33…
溶接部。
部、３…ＨＩＰカプセルの蓋部、４…開先、５…フラン
ジ、６…脱気口、７…脱気管、８…開先部、９…開先
部、10…被接合部材、11…インサート材、12…被接合部
材、13…溶接部、21…有底円筒状ＨＩＰカプセル、22…
被接合部材、23…インサート材、24…被接合部材、25…
ＨＩＰカプセル蓋部、26…脱気管、27…ステンレス鋼、
28…ZrまたはZr合金、29…ステンレス鋼管、30…ステン
レス鋼蓋、31…ＴＩＧ溶接、32…電子ビーム溶接、33…
溶接部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２２Ｆ 3/15 (72)発明者 村井 康生 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 先端に開先を施したフランジを両端に設
けたＨＩＰカプセルの胴部の一端に、先端に開先を施し
たフランジを設けたＨＩＰカプセルの底部を挿着して開
先部を溶接し、これに被接合部材を装入し、次いで、先
端に開先を施したフランジと脱気管を設けたＨＩＰカプ
セルの蓋部を前記ＨＩＰカプセルの胴部の他端に挿着
し、開先部を溶接して被接合部材を封入し、前記脱気管
から脱気した後、脱気管を密閉してＨＩＰ処理に供する
ことを特徴とする接合強度の優れた異材継手製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のＨＩＰカプセルの肉厚を
下記式で求まるＨＩＰカプセルの肉厚t としたＨＩＰ
カプセルを用いて被接合部材をＨＩＰ処理して接合する
ことを特徴とする接合強度の優れた異材継手製造方法。 σｙ＜［(1+t/r)2／〔1+（(1+t/r)2-1）×(Ec/E1) 〕］×Ｐ…………… ここで、Ｐ：ＨＩＰ処理圧力 Ec：ＨＩＰカプセル素材のヤング率 E1：被接合部材のヤング率 r ：ＨＩＰカプセルの半径（被接合部材の半径） t ：ＨＩＰカプセルの肉厚 σｙ：被接合部材の中で最も耐力の低い部材の 0.2％耐
力
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30237094A JPH08155660A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 接合強度の優れた異材継手製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30237094A JPH08155660A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 接合強度の優れた異材継手製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08155660A true JPH08155660A (ja) | 1996-06-18 |
Family
ID=17908087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30237094A Withdrawn JPH08155660A (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 接合強度の優れた異材継手製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08155660A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100810436B1 (ko) * | 2007-10-23 | 2008-03-04 | 이명배 | Ｈｉｐ 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법 |
| AT512939B1 (de) * | 2012-06-26 | 2013-12-15 | Karl H Dr Ing Schroeder | Verfahren zur Herstellung einer Verbundwalze und damit hergestellte Verbundwalze |
| KR20160117254A (ko) * | 2015-03-31 | 2016-10-10 | 오엠티 오피신 메카니체 토리노 에스.피.에이. | 내연 기관의 인젝터용 노즐을 제조하기 위한 방법 |
-
1994
- 1994-12-06 JP JP30237094A patent/JPH08155660A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100810436B1 (ko) * | 2007-10-23 | 2008-03-04 | 이명배 | Ｈｉｐ 공법을 이용한 연료 분사 노즐용 소재의 제조방법 |
| AT512939B1 (de) * | 2012-06-26 | 2013-12-15 | Karl H Dr Ing Schroeder | Verfahren zur Herstellung einer Verbundwalze und damit hergestellte Verbundwalze |
| AT512939A4 (de) * | 2012-06-26 | 2013-12-15 | Schroeder | Verfahren zur Herstellung einer Verbundwalze und damit hergestellte Verbundwalze |
| WO2014001024A1 (de) * | 2012-06-26 | 2014-01-03 | Schroeder Karl H | Verfahren zur herstellung einer verbundwalze und damit hergestellte verbundwalze |
| RU2636648C2 (ru) * | 2012-06-26 | 2017-11-24 | Карл Х. ШРЁДЕР | Способ изготовления композитного валка и композитный валок |
| KR20160117254A (ko) * | 2015-03-31 | 2016-10-10 | 오엠티 오피신 메카니체 토리노 에스.피.에이. | 내연 기관의 인젝터용 노즐을 제조하기 위한 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020305 |