JPH1177316A - 抵抗熱による接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中実の被接合部材を接合する場合であっても、
接合部の中心側内部まで確実に接合させて接合品質を向
上させる。 【解決手段】第１被接合部材１と第２被接合部材２との
間にインサート金属３を介装し、第１被接合部材１及び
第２被接合部材２を一対の電極４、４で挟持した状態で
両電極４、４間に電流を流すことにより、インサート金
属３を抵抗熱で溶融させて第１被接合部材１と第２被接
合部材２とを接合する。このインサート金属３は、厚肉
中央部３１と、厚肉中央部３１の外周部に一体的に形成
された薄肉周縁部３２とからなり、通電の初期段階では
厚肉中央部３１のみが第１被接合部材１及び第２被接合
部材２とそれぞれ当接している。厚肉中央部３１に最初
に電流が流れてこの厚肉中央部３１の加熱が優先的に行
われるため、接合部の中心側内部まで確実に接合させて
接合品質を保証することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は抵抗熱による接合方
法に関し、より詳しくは一対の被接合部材間に電流を流
し、両部材間に介装されたインサート金属を抵抗熱を利
用して溶融させることにより、両部材を接合する抵抗熱
を利用した接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】同種又は異種の金属材料を接合する技術
の一種として、高周波誘導加熱を利用した液相拡散接合
方法が従来より知られている。この方法では、図４に示
すように、例えば２個のステンレス鋼管８０、８０の端
部同士を接合する場合、ステンレス鋼管８０、８０の間
にアモルファス合金等よりなるリング状のインサート金
属８１を介装し、ステンレス鋼管８０、８０に軸方向の
圧力を加えながら、接合部位の外周に配設された高周波
コイル８２でインサート金属８１を高周波誘導加熱す
る。そして、インサート金属８１の融点以上でステンレ
ス鋼管８０の融点以下の温度（接合温度）に昇温、保持
することにより、インサート金属８１中の成分元素をス
テンレス鋼管８０、８０中に拡散させて接合する。

【０００３】かかる液相拡散接合方法は、操作が非常に
簡単で作業者の熟練を必要とせず、また装置が非常に軽
量・コンパクトで現場作業に適している、等の利点を有
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の液相拡散接合方法を利用して、中実で大径の被接合
部材を接合しようとすると、以下に示す問題がある。す
なわち、接合部において、インサート金属８１は高周波
コイル８２に近い外周面から加熱され、インサート金属
８１の外周部から接合が開始されることから、外周面の
接合状態が良好であっても、それによって内部の接合状
態が良好と判断することが困難であり、中心側内部では
接合不良を生じている場合がある。そして、接合状態の
良否を確実に判断するには、別に断面カット検査や被破
壊検査を必要とする。

【０００５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、中実の被接合部材を接合する場合であっても、接
合部の中心側内部まで確実に接合させて接合品質を向上
させることを解決すべき技術課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１記載の抵抗熱による接合方法は、第１被
接合部材と第２被接合部材との間にインサート金属を介
装し、該第１被接合部材及び該第２被接合部材を一対の
電極で挟持した状態で該両電極間に電流を流すことによ
り、該インサート金属を抵抗熱で溶融させて該第１被接
合部材と該第２被接合部材とを接合する接合方法であっ
て、上記インサート金属は、厚肉中央部と、該厚肉中央
部の外周部に一体的に形成された薄肉周縁部とからな
り、通電の初期段階では該厚肉中央部のみが上記第１被
接合部材及び上記第２被接合部材とそれぞれ当接してい
ることを特徴とするものである。 （２）請求項２記載の抵抗熱による接合方法は、請求項
１記載の抵抗熱による接合方法において、前記第１被接
合部材及び前記第２被接合部材の外周に筒状の導電枠体
を配設し、前記両電極間に電流を流しながら、該導電枠
体には該両電極間に流す電流とは逆向きの電流を流すこ
とを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】

（１）請求項１記載の抵抗熱による接合方法では、イン
サート金属が介装された第１被接合部材及び第２被接合
部材を挟持する一対の電極間に電流を流し、抵抗熱を利
用してインサート金属を溶融させることにより、第１被
接合部材と第２被接合部材とを接合する。このため、被
接合部材の材質としては、導電性を有するものでなけれ
ばならず、通常は金属とされる。具体的には、炭素鋼、
ステンレス鋼、合金鋼、鋳鋼、鍛鋼等の鋼材や、アルミ
ニウム合金、ジルコニウム合金、銅合金等よりなる被接
合部材を用いることができる。但し、第１被接合部材と
第２被接合部材とは、同種の金属であっても異種の金属
であってもよい。

【０００８】また、本発明の抵抗熱による接合方法は、
中実でしかも大径の被接合部材を接合する場合に好適に
利用することができるが、被接合部材の形状としてはこ
れらのものに限定されない。例えば、管壁の厚い管等の
中空部材であって、外周側からの加熱によっては中心側
まで良好に加熱することが困難なものにも、本発明方法
を適用することが可能である。

【０００９】第１被接合部材と第２被接合部材との間に
はインサート金属が介装される。このインサート金属の
外形状は、第１接合部材及び第２接合部材の接合面と対
応した形状とされる。なお、被接合部材の形状が上述し
たよう管等のリング状である場合は、インサート金属の
外形状もリング状とされる。そして、上記インサート金
属は、厚肉中央部と、この厚肉中央部の外周部に一体的
に形成された薄肉周縁部とからなり、上記両電極間に電
流を流し始める初期段階では、厚肉中央部のみが第１被
接合部材及び第２被接合部材とそれぞれ当接している。
厚肉中央部及び薄肉周縁部の大きさとしては、特に限定
されないが、面積比で、厚肉中央部：薄肉周縁部＝１：
３〜２：１程度とすることができる。また、厚肉中央部
及び薄肉周縁部の厚さも特に限定されないが、厚肉中央
部が３０〜１０００μｍ程度で、厚肉中央部：薄肉周縁
部＝５：４〜２：１程度とすることができる。

【００１０】インサート金属の材質としては、被接合部
材の融点よりも少なくとも低い融点を有する金属であっ
て、第１被接合部材及び第２被接合部材間に電流を流す
ことにより発生する抵抗熱により溶融して両部材を接合
しうるものであれば特に限定されない。ここで、第１被
接合部材及び第２被接合部材とインサート金属との接合
態様としては、溶融したインサート金属中の成分が第１
被接合部材及び第２被接合部材内に拡散して接合後にお
いてインサート金属層が残存しない液相拡散接合の態様
であっても、あるいは溶融したインサート金属と被接合
部材とのぬれ界面における毛細管現象による吸引作用に
よりインサート金属と被接合部材とが接合される、いわ
ゆるろう接による接合態様であってもよい。

【００１１】液相拡散接合の態様の場合、インサート金
属の材質は被接合部材に近い基本成分をもち、この基本
成分に融点を降下させる元素を添加した合金とすること
ができる。この液相拡散接合の態様における接合条件と
しては、接合部材の大きさや材質により変わるが、溶接
電流：５００〜５０００Ａ程度、通電時間：５〜１００
秒程度とすることができる。また、液相拡散接合の態様
の場合、接合品質を接合面全体でより向上させる観点か
ら、第１被接合部材及び第２被接合部材を一対の電極で
加圧、挟持しながら電流を流すことが好ましい。この場
合の加圧力としては、０．５〜５ＭＰａ程度とすること
ができる。

【００１２】ろう接による接合態様の場合、インサート
金属の材質は、銅ろう、黄銅ろう、銀ろう、真鍮ろう等
の硬ろうや、Ｐｂ−Ｓｎはんだを代表とする軟ろう等と
することができる。このろう接の接合態様における接合
条件としては、接合部材の大きさや材質により変わる
が、溶接電流：５００〜５０００Ａ程度、通電時間：１
〜１０秒程度とすることができる。

【００１３】第１被接合部材及び第２被接合部材を挟持
する一対の電極の材質としては、導電性を有するもので
あれば特に限定されないが、熱伝導度及び電気伝導度が
高く、高温変形抵抗及び耐摩耗性の大きい金属を用いる
ことが好ましい。具体的には、クロム銅、タングステン
−銅焼結合金や低ベリリウム銅等の銅合金等を挙げるこ
とができる。

【００１４】このように請求項１記載の接合方法では、
第１被接合部材と第２被接合部材との間にインサート金
属を介装し、この第１被接合部材及び第２被接合部材を
一対の電極で挟持し、必要に応じて加圧した状態で両電
極間に電流を流す。このとき、通電の初期段階では、イ
ンサート金属の厚肉中央部のみが第１被接合部材及び第
２被接合部材とそれぞれ当接していることから、厚肉中
央部に最初に電流が流れてこの厚肉中央部の加熱が優先
的に行われる。このため、インサート金属の厚肉中央部
が抵抗熱により最初に溶融して接合を開始する。そし
て、厚肉中央部から薄肉周縁部に向かって順次溶融、接
合が拡大し、第１被接合部材及び第２被接合部材の接合
面全体で接合が達成される。なお、一対の電極間を加
圧、挟持しながら通電することにより、厚肉中央部から
薄肉周縁部への溶融、接合の拡大がより確実に、かつ、
より速やかになされる。

【００１５】したがって、従来方法に係る高周波誘導加
熱によっては、中心側内部における接合品質を保証する
ことが困難であった中実の被接合部材や管壁の厚い中空
の被接合部材であっても、請求項１記載の接合方法によ
れば、接合部の中心側内部まで確実に接合させて接合品
質を保証することができる。また請求項１記載の方法で
は、接合部において、外周表面部で接合が完了していれ
ば、中心側内部ではそれ以前に接合が完了しているの
で、接合部の外周表面部のみで接合品質を確認すること
により、接合状態の良否を容易に、かつ、確実に判断す
ることができる。

【００１６】また、従来方法に係る高周波誘導加熱では
外周側表面から中心に熱が伝わる時間を必要とするのに
対し、本発明方法ではこのような伝熱時間を必要としな
いため、拡散接合に要する時間を短縮化することもでき
る。 （２）請求項２記載の抵抗熱による接合方法では、請求
項１記載の抵抗熱による接合方法において、第１被接合
部材及び第２被接合部材の外周に筒状の導電枠体を配設
する。

【００１７】この筒状の導電枠体は、第１被接合部材及
び第２被接合部材の外周面形状に対応し、かつ、この外
周面形状よりも若干大きな内周面形状を有するものとす
ることができる。すなわち、第１被接合部材及び第２被
接合部材の外周に配設された導電枠体の内周面と、第１
被接合部材及び第２被接合部材の外周面と間には、若干
の大きさの環状隙間が形成される。なお、この隙間の大
きさは３〜２０ｍｍ程度とすることができる。

【００１８】導電枠体の材質としては、導電性を有する
ものであれば特に限定されず、鉄基合金や銅合金等とす
ることができる。そして、第１被接合部材及び第２被接
合部材を挟持する一対の電極間に電流を流しながら、上
記導電枠体にはこの一対の電極間に流す電流とは逆向き
の電流を流す。ここに、導電枠体に流す電流の大きさは
特に限定されないが、３００〜５０００Ａ程度、すなわ
ち導電枠体に流す電流と一対の電極間に流す電流との割
合において、アンペア比で、一対の電極間に流す電流：
導電枠体に流す電流＝１：３〜３：１程度とすることが
できる。また、一対の電極間と導電枠体とには、一対の
電極と導電枠体とを接続して同一電源から電流を流して
もよいし、あるいは一対の電極と導電枠体とを分離して
それぞれ異なる電源から電流を流してもよい。

【００１９】このように一対の電極間に流す電流とは逆
向きの電流を導電枠体に流すことにより、第１被接合部
材及び第２被接合部材を流れる電流と導電枠体を流れる
電流との間にフレミングの左手の法則に基づく電磁反発
力が発生する。その結果、第１被接合部材及び第２被接
合部材における電流密度は外周表面側よりも中心側で高
くなる。このため、通電の初期段階からインサート金属
の中心側がより優先的に加熱される。したがって、接合
部の中心側内部をより確実に接合させて接合品質をより
向上させることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の抵抗熱による接合方法の実施
例について具体的に説明する。 （実施例１）図１に本実施例方法を模式的に示すよう
に、第１被接合部材１と第２被接合部材２との間にイン
サート金属３を金属３を介装して配置した。

【００２１】第１被接合部材１及び第２被接合部材２は
炭素鋼よりなり、直径２０ｍｍの丸棒形状をなす。イン
サート金属３は鉄基の基本成分にＢｉ、ＳｉやＰ等を融
点降下元素として添加したものよりなり、直径２０ｍｍ
の略円板形状をなす。このインサート金属３は直径１０
ｍｍで厚さ４００μｍの厚肉中央部３１と、この厚肉中
央部３１の外周部に一体的に形成されたリング状で厚さ
２００μｍの薄肉周縁部３２とから構成されている。そ
して、インサート金属３の厚肉中央部３１のみが第１被
接合部材１及び第２被接合部材２と当接している。

【００２２】そして、第１被接合部材１及び第２被接合
部材２を、一対の電極４、４により加圧、挟持した。こ
の電極４、４はクロム銅よりなる。また、第１被接合部
材１及び第２被接合部材２の外周に円筒形状の導電枠体
５を配設した。この導電枠体５は厚さ１０ｍｍのクロム
銅よりなり、第１被接合部材１及び第２被接合部材２の
外周面形状に対応し、かつ、この外周面形状よりも若干
大きな内周面形状を有するもので、第１被接合部材１及
び第２被接合部材２の外周に配設された導電枠体５の内
周面と、第１被接合部材１及び第２被接合部材２の外周
面と間には、５ｍｍ程度の隙間が形成されている。

【００２３】そして、一対の電極４、４と導電枠体５と
を導線６で電気的に接続し、かつ、一方の電極４と導電
枠体５との間に直流電源７を配設した。この状態で、直
流電源７を作動させて、一対の電極４、４間、すなわち
第１被接合部材１及び第２被接合部材２に一方向の電流
を流すとともに、導電枠体５に該一方向と逆向きの電流
を流して、液相拡散接合を行った。なお、接合条件は、
以下のとおりである。

【００２４】 溶接電流：５０００Ａ 通電時間：１０秒 加圧力 ：３ＭＰａ 接合後、断面カット検査を行った結果、外周側表面部か
ら中心側内部に至るまで、第１被接合部材１と第２被接
合部材２とは良好に接合していた。

【００２５】このように本実施例方法では、第１被接合
部材１と第２被接合部材２との間に介装されたインサー
ト金属３が厚肉中央部３１を有し、通電の初期段階では
この厚肉中央部３１のみが第１被接合部材１及び第２被
接合部材２と当接しているため、厚肉中央部３１の加熱
が優先的に行われる。このため、インサート金属３の厚
肉中央部３１が抵抗熱により最初に溶融して接合を開始
する。そして、厚肉中央部３１から薄肉周縁部３２に向
かって順次溶融、接合が拡大し、第１被接合部材１及び
第２被接合部材２の接合面全体で接合が達成される。

【００２６】また、本実施例では、一対の電極４、４間
を加圧、挟持しながら通電しているため、厚肉中央部３
１から薄肉周縁部３２への溶融、接合の拡大がより確実
に、かつ、より速やかになされる。さらに、本実施例で
は、一対の電極４、４間に電流を流しながら、導電枠体
５にはこの一対の電極４、４間に流す電流とは逆向きの
電流を流しているため、図３に示すように、第１被接合
部１材及び第２被接合部材２を流れる電流と導電枠体５
を流れる電流との間にフレミングの左手の法則に基づく
電磁反発力が発生する。その結果、第１被接合部材１及
び第２被接合部材２における電流密度は外周表面側より
も中心側で高くなり、通電の初期段階からインサート金
属３の中心側がより優先的に加熱される。

【００２７】したがって、本実施例方法では、接合部の
中心側内部を確実に接合させて、接合品質をきわめて効
果的に向上させることができる。 （実施例２）インサート金属３の材質を黄銅とし、か
つ、接合条件を溶接電流：４０００Ａ、通電時間：５秒
とすること以外は、実施例１と同様の方法により、第１
被接合部材１と第２被接合部材２とをインサート金属３
を介してろう接により接合した。

【００２８】接合後、断面カット検査を行った結果、外
周側表面部から中心側内部に至るまで、第１被接合部材
１及び第２被接合部材２とインサート金属３とは良好に
接合していた。 （実施例３）導電枠体５を第１被接合部材１及び第２被
接合部材２の外周に配設しないこと以外は、上記実施例
１と同様の方法により、第１被接合部材１と第２被接合
部材２とを液相拡散接合した。

【００２９】接合後、断面カット検査を行った結果、外
周側表面部から中心側内部に至るまで、第１被接合部材
１と第２被接合部材２とは良好に接合していた。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の抵抗熱に
よる接合方法では、インサート金属の形状を改良すると
いうきわめて簡易な手法により、抵抗熱を利用して外周
側表面部から中心側内部に至るまで良好に接合すること
ができる。したがって、従来方法に係る高周波誘導加熱
によっては、中心側内部における接合品質を保証するこ
とが困難であった中実の被接合部材や管壁の厚い中空の
被接合部材であっても、接合部の中心側内部まで確実に
接合させて接合品質を保証することができる。

【００３１】また、外周側表面部における接合品質を確
認することにより、接合部全面における接合状態の良否
を容易に、かつ、確実に判断することができる。さら
に、導電枠体を被接合部材の外周に配設して、被接合部
材に流す電流とは逆向きの電流をこの導電枠体に流した
場合には、電磁反発力を利用して被接合部材の中心側内
部で電流密度が高くなるように制御することができるの
で、接合部の中心側内部をより確実に接合させて接合品
質をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る抵抗熱による接合方法を模式的
に説明する断面図である。

【図２】実施例１に係り、インサート金属の断面図であ
る。

【図３】実施例１に係り、被接合部材及び導電枠体を流
れる電流の向きにより、被接合部材における電流密度が
制御される様子を模式的に説明する断面図である。

【図４】従来の高周波誘導加熱を利用した液相拡散接合
方法を模式的に説明する断面図である。

【符号の説明】

１…第１被接合部材 ２…第２被接合部材 ３
…インサート金属 ４…電極 ５…導電枠体 ３１…厚肉中央部 ３２…薄肉周縁部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１被接合部材と第２被接合部材との間
   にインサート金属を介装し、該第１被接合部材及び該第
   ２被接合部材を一対の電極で挟持した状態で該両電極間
   に電流を流すことにより、該インサート金属を抵抗熱で
   溶融させて該第１被接合部材と該第２被接合部材とを接
   合する接合方法であって、 上記インサート金属は、厚肉中央部と、該厚肉中央部の
   外周部に一体的に形成された薄肉周縁部とからなり、通
   電の初期段階では該厚肉中央部のみが上記第１被接合部
   材及び上記第２被接合部材とそれぞれ当接していること
   を特徴とする抵抗熱による接合方法。
2. 【請求項２】 前記第１被接合部材及び前記第２被接合
   部材の外周に筒状の導電枠体を配設し、前記両電極間に
   電流を流しながら、該導電枠体には該両電極間に流す電
   流とは逆向きの電流を流すことを特徴とする請求項１記
   載の抵抗熱による接合方法。