JPS5944148B2 - 拡散溶接法 - Google Patents

拡散溶接法

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JPS5944148B2
JPS5944148B2 JP51006479A JP647976A JPS5944148B2 JP S5944148 B2 JPS5944148 B2 JP S5944148B2 JP 51006479 A JP51006479 A JP 51006479A JP 647976 A JP647976 A JP 647976A JP S5944148 B2 JPS5944148 B2 JP S5944148B2
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JP
Japan
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joint
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bonding
alloy
diffusion
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JP51006479A
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尭 大前
保博 深谷
正純 流田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は拡散溶接法の改良に関する。
従来の拡散溶接法は溶接される一対の接合材の被接合面
を夫々平滑に仕上げた後、これに表面清浄化処理を行な
い、ついで接合材を重ね合せて両者間を加圧した状態で
、不活性ガス中、真空中又は大気中で再結晶温度以上に
加熱して両者を溶接するようになつている。
この拡散溶接法の接合過程を概略すれば、まず、(1)
被接合面のミクロ的な突部が加熱、加圧されることによ
り降伏クリープ現象を起こし、接合部材が部分的に接合
される。
ついで(2)部分的に接合した個所を結晶粒界として、
被接合面において全面的に接合が進んでいくとともに、
金属原子が粒界拡散、粒内拡散することにより接合部に
形成された空孔が収縮される。さらに(3)金属原子の
拡散が更に進み、空孔が消滅するとともに粒界移動によ
り元の接触界面が消失して接合が完了する。このように
拡散溶接法は上述した過程により両接合材の被接合面を
接続するものであるから、上記被接合面の接合前の表面
状態すなわち表面粗さ又は表面清浄度が悪いと、接合時
に形成される空孔の数が大きく、又その容積も大きくな
るため、拡散溶接が完了した時点においても接合不良部
が多く残存し、溶接不良となつてしまラ。このため従来
においては被接合面の表面の研摩及び表面清浄処理に手
間がかかり、作業性が悪い不都合がるる。さらに従来の
拡散溶接法においては接合材のミクロ的な突部を降伏、
クリープさせるために加圧するが、この加圧力は直接接
合材自体に働くため接合材が変形しやすく、特に表面の
平滑度が悪い場合には加圧力を増加しなければならない
また、従来法に訃いて、接合部を加熱することにより接
合部のミクロ的突部の降伏、クリーブを容易に行なえる
ようになし、接合界面の密着化を促進させ、さらに金属
原子の拡散を活発にして結晶粒界の移動を容易とし接合
性を高めているが、このような作用を高めるために、接
合材を再結晶温度より高い温度で長時間加熱しなければ
ならず、再結晶による結晶粒粗大化が起り、材質が劣化
してしまう欠点がある。本発明は被接合面の表面が充分
平滑でない場合に訃いても、加圧された接合部を比較的
低い温度で加熱することにより材質劣化を起すことなく
確実に接合できる拡散容接法を得んとするもので、溶接
される接合?の被接合面間に該接合材と親和力に富む金
属粉末を第1表に示す組合せにより介在せしめて接合部
を形成した後、該接合部を加圧しつつ前記粉末の金属固
型化温度で加熱し、ついで該接合部を前記接合材の溶融
点以下の温度で拡散焼鈍することを特徴とする拡散溶接
法である。
以下本発明方法を図面を参照して説明する。まず第1図
に示すように接合材1,2の被接合面1a,2a間を、
該接合材1,2と親和力に富む金属粉末4を介して接合
する。この接合板1,2はたとえば同図イに示すような
平板継手、同図口のくさび型継手、同図ハの一方の接合
材2が凹状の被接合面2aを有している継手、同図二の
一方の接合材2に複数の溝2b・・・を設けた継手若し
くは同図ホの曲面継手又は同図への3つの接合材1,2
,3を溶接するV型継手など任意の接合材等に適用でき
る。上記接合材1,2の被接合面1a,2a間に介在す
る金属粉末4としては該接合材1,2に夫々に固溶でき
、さらにこれら接合材1,2と脆弱な金属間化合物を生
成しないいわゆる親和力に富む粉末を用いる。この金属
粉末4は接合材1,2の材質により異なる種類の粉末を
用いるが、その組合せの一例を示せば第1表の示す通り
である。また上記金属粉末4の粒径は特に限定されるも
のではないが、100メツシユ以上の細かい粒径のもの
が好適である。
また上記金属粉末4は通常接合完了時で数μ〜1mm程
度の厚みとなるように介在する。ついで第2図イ,口に
示すように上記金属粉末4を介在した接合材1,2を不
活性ガス中、真空中又は空気中で加圧しつつa−b時間
加熱して該粉末4を固型化する。この場合固型化温度は
金属粉末4の種類によつてそれぞれ異なり、たとえば第
1表に併記する如くである。さらに加熱時に加える圧力
は特に限定されるものではないが0.1〜10k9/m
!Lが好適でめり、また加熱時間a−bは通常は1分〜
2時間が好適である。このような加圧、加熱操作により
、第3図イに示す如き初期状態の金属粉末4は同図口に
示すよ5に流動して被接合面の凹凸部を埋めていき金属
粉末4の粉粒密度が上昇していく。この状態では金属粉
末4間に無数の空孔5・・・が形成される。ついで同図
ハに示すように金属粉末4が焼結固型化し、金属粉末層
の密度が上昇するとともに前記多数の空孔5・・・がほ
とんど消滅していく。このように空孔5・・・がほとん
ど消滅した時点で接合材1,2を第2図に示すc−d時
間において接合材1,2の材質の溶融温度より低い温度
で再度加熱することにより上記接合材1,2の接合部を
拡散焼鈍せしめる。この場合金属粉末4の拡散速度は圧
力に依存せず温度にのみ依存するので、この拡散焼鈍時
には特に接合材1,2の接合部を加圧する必要がなく、
通常は加圧を解いた状態で行なうが、加圧した状態で拡
散焼鈍せしめてもよい。また拡散焼鈍に際して各接合材
の材質が異なる場合には低い方の溶融点を基準とし、こ
れより低い温度で加熱する。なおこの拡散消鈍温度は第
2図イに示すように接合材1,2及び金属粉末4の種類
に応じて固型化温度より高い場合又は固型化温度より低
い場合がろる。またこの拡散焼鈍における加熱時間c−
dは特に限定されるものではないが、通常30分〜1時
間行なう。このように拡散焼鈍することにより第3図二
に示すように金属粉末層に残存した空孔5・・・が更に
消失し、上記金属粉末層と接合材1,2の被接合面1a
,2aとの間の境界で活発な金属原子の拡散が行なわれ
、結晶粒の粒界移動がなされることにより接合界面が強
固に接合される。
ノ 次に本発明の実施例を説明する。
実施例 1 Ni−Cr−MO鋼からなる一対の接合材の被接合面間
を150メツシユのFe−1.9Ni−0.5M0−0
.2Mn粉末を介在して重ねた後,両接合材を10−5
t0rrの真空中で2kg/Mdで加圧しつつ900℃
で1時間加熱して上記金属粉一末を固型化し、ついで接
合部間の加圧を解いた状態でこれを950℃で1時間加
熱して拡散焼鈍した。
このようにして拡散溶接した両接合材の接合部分を長手
方向に沿つて切断し、その断面の金属組織を観察した結
果、第4図イの顕微鏡写真に示すように接合部分の金属
組織が緻密で空孔が全くなく、また結晶粒が細かく均一
で粗大化した結晶粒が認められなかつた。実施例 2 13Cr鋼からなる一対の接合材の被接合面間を、15
0メツシユのFe−13Cr粉末を介在して重ねた後、
両接合材を10−4t0rrの真空中で2kg/Mdで
加圧しつつ950℃で1時間加熱して上記金属粉末を固
型化し、ついで接合面間の加圧を解いた状態で1050
℃で1時間加熱して拡散焼鈍した。
このようにして拡散后接した両接合材の接合部分を長手
方向に沿・つて切断し、その断面の金属組織を観察した
結果、第4図口の顕微鏡写真に示すように接合部分の金
属組織が緻密で空孔が全くなく、また結晶粒が細かく均
一で粗大化した結晶粒が認められなかつた。
実施例 3 At材からなる一対の接合材の被接合面間を150メツ
シユのAt粉末を介在して重ねた後、両接合材を10−
5t0rrの真空中で0.2kg/Mdで加圧しつつ5
30℃で30分加熱して上記金属粉末を固型化し、つい
で接合面間の加圧を解いた状態で500℃で30分加熱
して拡散焼鈍した。
このようにして拡散溶接した両接合材の接合部分を切断
し、その断面の金属組織を観察した結果、第4図ハの顕
微鏡写真に示すように接合部分の金属組織が緻密で空孔
が全くなく、また結晶粒が細かく均一で、粗大化した結
晶粒が認められなかつた。実施例 4 SUS304からなる一対の接合材の被接合面面を20
0メツシユのFe−18Cr−13Ni−2M0−0.
9Si粉末を介在して重ねた後、両接合材を10−5t
0rrの真空中で3kg/Mdで加圧しつつ、1000
℃で1時間加熱して上記金属粉末を固型化し、ついで接
合材間の加圧を解いた状態でこれを1100℃で1時間
加熱して拡散焼鈍した。
この様にして拡散溶接した両接合材の接合部分を長手方
向に沿つて切断し、その断面の金属組織を観察した。
その結果、接合部分の金属組織が緻密で空孔がなく、結
晶粒も細かく均一で、粗大化した結晶粒は認められなか
つた。実施例 5 60/40黄銅とSS4lからなる一対の接合材の被接
合面間を100メツシユのCu−45Zn粉末を介在し
て重ねた後、両接合材をAr中で2kg/Mdで加圧し
つつ、700℃で30分加熱して、上記金属粉末を固型
化、ついで接合部間の加圧を解いた状態でこれを750
℃で1時間加熱して拡散焼鈍した。
この様にして拡散溶接した両接合材の接合部分を長手方
向に沿つて切断しその断面の金属組織を観察した結果、
接合部分の金属組織がち密で空孔がなく、結晶粒も細か
く均一で、粗大化した結晶粒は認められなかつた。実施
例 6 純TiとSS4lからなる一対の接合材の被接合面間を
150メツシユのAt粉末を介在して重ねた後、両接合
材を1『5t0rrの真空中で10k9/m!tで加圧
しつつ、550℃で1時間加熱して上記金属粉末を固型
化し、ついで接合部間の加圧を解いた状態で、これを6
30℃で1時間加熱して拡散焼鈍した。
この様にして拡散溶接した両接合材の接合部分を長手方
向に沿つて切断し、その断面の金属組織を観察した結果
、接合部分の金属組織がち密で空孔がなく、結晶粒も細
かく均一で、粗大化した結晶粒は認められなかつた。以
上の結果から明らかなように、本発明方法によれば、従
来方法では良好,に接合できないような場合すなわち接
合材の接合面の平坦度又は平滑度が悪く、単に両者を接
合しただけでは接合面間に空隙ができるような場合にお
いても、接合面間に介在した金属粉末が上記空隙部を埋
め接合面間を密着せしめることができる。
また上記接合材を加圧しても、この圧力により金属粉末
がその密度を上昇しながら変形していくので接合材自体
の変形は少なくなる。さらに上記金属粉末が固型、焼結
することにより両接合材の接合を促進させるようになつ
ているので、従来のように高温で長時間加熱する必要が
なく、よつて接合材の材質が劣化しないなど顕著な効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第4図は本発明の一実施例を示[2,、第
1図イ〜へは金属粉末を介在したそれぞれ異なる接合材
の正面図、第2図イは接合材の加熱曲線を示したグラフ
、同図口は接合材の加圧曲線を示したグラフ、第3図イ
〜二は金属粉末の拡散状態を接合過程順序で示す説明図
、第4図イ〜ハは接合した各接合材の接合部の顕微鏡写
真である。 1,2・・・接合材、1a,2a・・・被接合面、4・
・・金属粉末。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 溶接される一対の接合材の被接合面間に該接合材と
    親和力に富む金属粉末を中間金属として介在せしめて接
    合部を形成した後、該接合部を溶融することなく加熱、
    加圧し、次いで後熱処理を施こして接合する際、一対の
    接合材がフェライト系鋼とフェライト系鋼、オーステナ
    イト系鋼、Ni、Ni合金、Cu、Cu合金又はTi、
    Ti合金の場合、中間金属としてFe−1.9%Ni−
    0.5%Mo−0.2%Mn、又はFe−13%Crの
    粉末を用い、一対の接合材がオーステナイト系鋼とオー
    ステナイナ系鋼の場合、Fe−18%Cr−13%Ni
    −2%Mo−0.9%Siを用い、一対の接合材がCu
    、Cu合金とCu、Cu合金、フェライト系鋼、オース
    テナイト系鋼の場合、中間金属としてCu−45%Zn
    の粉末を用い、一対の接合材がAl、Al合金とAl、
    Al合金フェライト系鋼又はTi、Ti合金の場合、中
    間金属としてAlの粉末を用い、一対の接合材がTi、
    Ti合金とフェライト系鋼又はオーステナイト系鋼の場
    合、中間金属としてAl粉末を使用することを特徴とす
    る拡散溶接法。
JP51006479A 1976-01-23 1976-01-23 拡散溶接法 Expired JPS5944148B2 (ja)

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