JPS58179584A - 熱間静水圧プレスによる溶接 - 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】 本発明は部品を熱間静水圧プレスにょシ複合機械要素に
溶接する方法に関する。非常に良好な結合は結合が接触
面の材料の拡散にょシ得られるような高温度で相互に部
品を加圧することによって２つの固体部品間に得ること
ができることが知られている。この結合を得るため熱間
静水圧プレスを用いることは、ニス、ジェー、パブロッ
チ（ｓ、Ｊ、ＰａｐｒＯｃｈｉ　）、イー、ニス、ホッ
ジ（ｉｓ。

Ｈｏｄｇｅ　）およびピー、アイ、グリップショパー（
Ｐ、工、　Ｇｒｉｐｓｈｏｖｅｒ　）　Ｋよる題名「ガ
ス加圧結合」ディ、エム、アイ、シー、し−一ト１５９
、昭和６６年９月２５日発行から知られる。発行者はバ
ツテル、メモリアル、インスチチュートのデフェンス、
メタル、インフォメーション、センターである。この刊
行物は普通の溶接方法により互いに結合できない、ある
いは非常に高い原価でのみできる、材料の部品の例を与
える。気密の薄板金鋳造が用いられ、複雑な充填装置が
最終製品の異なる部品間に間隙を生じるため必要である
。記載された方法は複雑な構成部分の工業的製造のため
に特に良く適用されるものではない。

本発明は異なる構成部分を熱間静水圧プレスにより溶接
することによって、複合機械要素を製造する工業的に適
用可能な方法を提供することを目的とするものである。

この方法は、例えば羽根をリングに？！接することによ
る案内羽根リングの製造、羽根をディスクに溶接するこ
とによるタービンホイールの製造のためと、数個の基本
的な構成部分の弁ハウジングの組立品、相互にあるいは
純粋な金属材料あるいは弁座におけるステライトの摩耗
リング、等に対する僚維複合材料の要素の付属装置のた
めに用いられる。

本発明によると、部品は相互に結合される表面が完全に
または部分的に互いに接触するように形成される。案内
羽根またはローター羽根のためのリングあるいはディス
クの凹部は、締シばめが得られるような寸法を適宜与え
られる。羽根は挿入の間、間隙が取υ付けの間あるよう
な低い温度まで冷却され、周囲の表面が所望の接触圧力
を有する締シばめがリングまたはディスクと同様な温度
まで加熱された後得られる。羽根は液体窒素にょシ冷却
される。部品間の接合個所を横切って押し離されること
のできる溶剤または軟化剤からなるスラリーまたはペー
ストおよびともに結合されるべき部品の１つの合金と同
じ組成を有する微細粒の金属粉末が用いられる。もしも
部品が異なった組成を有すると、互いに結合されるべき
構成部分の合金と同じ組成を有する２つの粉末からなる
粉末混合を用いることも可能である。接合個所はある温
度でガス不滲透性層を形成する多孔質が２ス層によシ覆
われ、その後複合本体は部品間の境界層で拡散結合が得
られるような非常に高い温度で全面ガス圧力を受け、部
品はガラス粉末層によシ完全に囲まれることができる。

多孔質ガラス層は流体、例えば水またはアルコールまた
は軟化剤と混合された中で懸架状態でも用いられる。金
属粉末層に最も近くに高い融点を有するガラスの層、こ
の層の外側に低い融点を有するガラスの層が用いられる
。加熱の間、外側の層は緊密なガス不滲透性層を先づ形
成する。ガラスが揮発性になシ、本体から流出するよう
になるとき、高い融点を有するガラス粉末は圧力ガスが
結合個所に滲透することを防ぐガス不滲透性層を形成す
る。結合個所に最も近い金属粉末層はともに結合される
べき表面間にガラスが滲透することを防ぐ。ガラスの滲
透は企図した結合を不可能にする。ガラス層および粉末
体の静水圧プレスの応用は日本出願の昭和５２年第８１
９８号および昭和５４年第１６２８７０号に記載されて
いる。

不純物は結合を悪くしあるいは不可能にする。

それ故結合されるべき表面は汚れのないことが重要であ
る。もし部品が正しく形成され、準備されると、接合個
所は部品の材料と同様に強い。粒度成長、偏析および気
孔の形成のような慣例の溶接において生じる接合個所内
および周シの材料の悪化は、Ｈ工Ｐ＠接の間で避けられ
る。違った方法でともに溶接できない異なる金属は結合
することができる。結合されるべき表面は結合される前
に清められる。ある金属に対しては表面が、脱脂される
ことで十分であシ、他の金属に対しては、注意深い清浄
例えば酸洗いあるいは、有効な方法で例えば酸化物のよ
うな表面の被覆を除去することができるように高い温度
で窒素ガス雰囲気の還元が要求される。窒素ガスによる
還元は複合構成部分にも行なわれ、その結合個所はガラ
ス粉末の融点温度以下の温度で圧力炉内に準備される。

もし結合個所に最も近い金属層は４５μｍよシ小さい粒
度を有する粉末からなシ、この層内へガラスによる滲透
は十分の−または十分の数闘の大きさのオーダーである
。普通、この滲透は言及する価値のある範囲まで複合材
料の強度を悪くしない。ガラス層の除去を容易にするた
め、かんらん石、１７００℃から１８００℃までの融点
を有するマグネシウム　アルミニウム珪酸塩、石英ある
いは他の材料のような困難な溶融材料の粉末層が金属粉
末層に加えて用いられる。かんらん石は、鋼および興味
ある他の材料例えばこの方法が用いられる超合金と同じ
膨張係数を有するので優れた適切な材料である。加熱す
るとき、同じ膨張は加熱するとき層内に亀裂を形成しな
いことを意味する。ある粉末層は、加熱する間有害なか
つ強度を減する不純物を吸収するブラタ−材料を有する
。

加圧後のガラス層を除去する容易な他の方法は、金属粉
末層およびガラス金属表面に粘着することを防ぐボロン
窒化物の層で他の表面を被覆することである。

相互に結合されるべき表面の清浄に対する要求は良好な
結合が得られることができるため大きいので、用いられ
る懸架作用物、溶剤または軟化剤は完全に押し離される
ことが可能であり、表面上に被覆を残してはならない。

アルコールを用いることができる。パラメータの圧力、
温度および時間は材料による。準備された機械要素は１
〜０．０１ミリバールの真空内で約０．５時間室温で先
づ脱ガスされる。脱ガスは圧力炉内で行なわれる。もし
脱酸が要求されると、炉は脱ガス後大気圧力まで窒素ガ
スで満され、温度が脱酸のため適宜なレベルまで増加さ
れる。圧力が温度によるレベルまで上昇し、１から２時
間の間維持される。銅合金に対して、約６００℃の温度
が適当な温度であシ、鉄基合金に対しては約８００℃の
温度が適当である。温度は濃いガス層が形成されるレベ
ルまで増加され、その後圧力ガス例えば窒素、アルイン
またはヘリウムが供給され、温度は拡散結合に必要とさ
れるレベルまで増加される。完成されたサイクルの後、
炉は適当な取シ出し温度に冷却でき、装入物は移され、
仕上げされた機械要素は例えばシラストによシ清掃され
る。

もし窒素ガスによる脱酸が必要でないと、準備された本
体は４００℃でまたは高真空の下で均一な高温度で脱ガ
スされる。適切な圧力は１０　”ｉｎＨｇ（トル）以下
である。

本発明による結合方法の非常に重要な効果は、材料の融
点よシ相当低い温度で結合が行なわれることである。こ
れは、相互に結合することが粒度成長が少さく、他の好
ましくない変化が遅く進行することを意味する。この結
合は追加の材料を供給することなく、材料に影響を与え
るガスまたは他の物質を用いることなく完全に実施され
る。

本発明を添付図面によシ詳細に説明する。図において、
１は機械要素であシ、２つの部品２および３よシなる。

部品２は部品３の凹部内に挿入される。第１図の実施例
においては、接合個所４は部品２および／または３の材
料の組成と同じ組成を有する金属粉末からなる第１の粉
末層５にょシ徨われる。この粉末層５に加えて、かんら
ん石の粉末層６が置かれる。機械要素１はガラス粉末８
を有するるつぼ７内に置かれる。ガラス粉末の上方の高
さは接合個所４を覆う層５および６の上にある。窒素ガ
ス雰囲気の脱ガスおよび脱酸の間ガラス粉末はガスを入
れることができる。加圧前の温度の増加のためガラス粉
末は後の加圧の間接合個所で圧力ガスの滲透を防止する
ガス不滲透性層を形成する。

第２図の実施例において、金属粉末およびかんらん石粉
末をそれぞれ有する粉末層５および６は、高融点を有す
るガラスの第１のガラス粉末層１０と、低い融点を有す
るガラスの第２のガラス粉末層１１によυ榎われる。脱
ガス後の加熱の間、ガラス粉末層１１が先づ溶融してが
ス不滲透性層を形成する。温度がさらに上昇し、層１１
内のガラスが揮発性になシ流出するとき、層１１の粉末
は浴融して加圧の間ガスの滲透を防止するガス不滲透性
層を形成する。

例 ０．１　５％ｃ　　、０．４％、Ｍｎ　　４　１　１．
８％Ｏｒ　　。

０．６１Ｍ０　、　Ｄ、３＊Ｖ　、残部Ｆａを有するＯ
ｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼の２部品２および３が第１図に示される
方法で相互に結合される。部品２は円錐形に切削され、
部品３内に円錐形穴が切削された。部品は組立前に脱脂
された。接合個所４は４４μｍ以下の粒度を有する粉末
の金属粉末層５によシ覆われ、層の厚さは２ｗｘであっ
た。部品２および３で形成された機械要素は、低い融点
を有するガラス粉末で充たされたるつぼ７内に置かれ、
ガラス粉末は重量パーセントで次の組成を有する。８０
．３　ｃｌｂ　５ｔｏ２゜１２−２　％　Ｂ２Ｏ５、２
，８％　ＡｌＢ１２　、４．０　＊　Ｎａ２Ｏ。

０．４　％　Ｋ２Ｏ、０，３％　ＯａＯである。脱ガス
は４００℃の温度および圧力１０”−”　ｍＨｇ　（）
ル）で１時間実施された。炉は１ｍＨｇ（）ル）の圧力
まで２回排気され、排気の間および後に１７々−ルの圧
力を有する純粋な窒素ガスが流された。温度は１１５０
℃まで上昇され、ガラス粉末は溶融し、ガス不滲透性層
を形成した。圧力はアルインがスによシ１１８４．３　
ｋ４１／ｃｍ”　（１２０メが７ｆスカル）まで上昇せ
られ、圧力１　１８４．３　ｋｌｌ／ｃｍ”　（１２０
メガノそスカル）および温度１１５０℃で２時間保持さ
れ、完全な結合個所が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は準備された構成部分がるつぼ内でガラス粉末に
よシ囲まれた実施例を示し、第２図は圧力炉内で処理さ
れる前の多数の粉末層で覆われた接合個所のみの実施例
を示す図である。 １：機械要素、２，３：部品、４：接合個所、５：第１
の粉末層、６：かんらん石の粉末層、Ｔ：るつぼ、８ニ
ガラス粉末、１０：第１のガラス粉末層、１１：第２の
ガラス粉末層。 代理人　浅　　村　　　皓 外４名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）固体材料の部品（２，３）を熱間静水圧プレス（
   Ｈ工Ｐ）により複合機械要素（１）に相互に結合する方
   法において、前記部品（２，３）は、相互に結合される
   表面の組立の間、前記部品が完全にまたは部分的に相互
   に接触し、前記接合個所（４）の上に前記部品の１つの
   材料とほぼ同一の組成を有する粉末、または含有される
   前記部品（２，３）の材料とほぼ同一の組成を含有する
   粉末の混合粉末の第１の層（５）が用いられ、かつ前記
   第１の粉末層（５）の上にガラス粉末の第２の粉末層（
   ８，１０）が用いられるように形成され、前記複合構成
   部分はガラス粉末がガス不滲透性層を形成するような普
   通の方法で加熱され、前記部品（２，３）は拡散結合が
   前記部品（２、３）の間の前記接触面で得られるような
   高温度で全面ガス圧力を受けさせることを特徴とする熱
   間靜水圧プレスによる溶接方法。 （２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、固体
   金属部品（２，３）が相互に結合されることを特徴とす
   る熱間静水圧プレスによる溶接方法。 （３）　　％許請求の範囲第１項または第２項記載の方
   法において、第１の粉末層（５）の上に２つのガラス粉
   末層（１０、１−１’）が用いられ、かつ前記外側のガ
   ラス粉末層（１１）のガラス材料が前記下にあるガラス
   粉末層（１０）のガラス材料よシ低い融点を有すること
   を特徴とする熱間静水圧プレスによる溶接方法。 （４）特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法に
   おいて、第１の粉末層（５）と第２の粉末層（１０）と
   の間に、かんらん石のような、加圧温度よシ高い融点を
   有する材料の第３の粉末層（６）が用いられることを特
   徴とする熱間静水圧プレスによる溶接方法。 （５）特許請求の範囲第１項から第４項までのいづれか
   の項記載の方法において、粉末層（５，６゜１０．１’
   ｌ）は押し離されることのできる浴剤または軟化剤よシ
   なるスラリーまたはペーストの形で用いられることを％
   黴とする熱間静水圧プレスによるＩＷ接方法。 （６）特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法に
   おいて、接合個所（４）の上に用いられた金属粉末層（
   ５）を有する複合部品（２，３）はるつげ（７）内に置
   かれ、かつ第２の層を形成するガラス粉末（８）が接合
   個所を覆うように前記るつぼ内に充填されることを特徴
   とする熱間静水圧プレスによる溶接方法。