JPS6054144B2 - 高温高圧ガス圧接合法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高温高圧ガス圧接合、特に高温静水圧雰囲気
下において２個の物体を拡散接合する方法に関するもの
である。

（従来の技術） 高温静水圧雰囲気処理（以下、ＨＩＰという）は一般
に高温高圧ガスを用いて金属、セラミックス等の粉末成
型焼結を行ない、又、鋳造品の欠陥の除去を行なう処理
法として知られ、種々の分野で工業的にその利用が企て
られている。

この処理法は元来異種金属等の接合を目的とし て端
を発し、（例えば先行技術文献 ＴＨＥＲＯＬＥＯＦＣ
ＲＥＥＰＩＮＧＡＳ−ＰＲＥＳＳＵＲＥ一ＢＯＮＤＩＮ
ＧＰＲＯＣＥＳＳ参照）金属とセラミックス等との複合
材料の製造とか、２つの物体間の拡散接合にも一部利用
されているが、総体的には必ずしも未だ広く利用される
に至つていない。

この理由としては種々の要因があるとしても、被処理
体の調整法に困難があることがその原因の一つであるこ
とは事実である。

例えば、従来行なわれていたこれら接合技術は第１図に
図示する如く金属材料又は非金属材料からなる接合物体
Ａ、Ｂを通常、真空に脱気された金属のカプセルの中に
希望する接合面を接触させた状態で封じ込むことによつ
てなされていた。そして、この場合には一般にカプセル
は圧縮され２つの物体Ａ、Ｂの接触面は強く圧接される
。そのため、このような状態で高温に保持していると暫
くの間に物体Ａ、Ｂを構成する物質は相互に相手方の物
体に拡散し合つて強固に接合がなされることになる。こ
こで力・プセルの役割は極めて重要であり、両物体接触
面に高圧ガス体の侵入を防ぎ、従つて両物体夫々の接触
を汚染することなく、しかも、高圧雰囲気の持つ圧力を
そのまま接触面に伝えることが出来るかどうかはカプセ
ルに負うところが大きい。・（発明が解決しようとする
問題点） ところが、一般に複雑な構造物を接合して作
るような場合には、これに適合して適切なりプセルを使
用することは殆んど不可能であり、殊に正確な位置決め
を行なう必要がある場合においては尚更であつて、これ
に適したＨＩＰによる接合法を見出すことは１つの問題
であつた。

かくて、本発明は上記の問題に対処し、接合しようとす
る両物体の接合面における形態に着目し、カプセル使用
を不要ならしめることにより複雑な構造物といえども容
易にＨＩＰによる接合を行なわしめんとするものである
。

（問題を解決するための手段） 即ち、本発明の特徴とするところは、２個以上の金属接
合部材を高温高圧ガス雰囲気下て拡散接合するにあたり
、それら接合部材を接合面の周囲にあらかじめ除去可能
な余肉部を設けた部材として構成し、その接合面を互い
に接触させ、接合面周囲の余肉部を封鎖し、接合面を密
閉状として２個以上の接合部材を一体に組み上げ、接合
面と外部のガス体との連絡を遮断した後、これを高温高
圧ガス雰囲気下で接合面を拡散接合し、しかる後、余肉
部封鎖の影響を受けて組織変化した部分を余肉部と共に
機械加工により除去する点にある。

こ）て、接合面周囲の余肉部の封鎖はロー付、溶接が最
も一般的であるが、ガラス質材料等によるガス通路の閉
塞など、ガス通路の閉塞の目的を達するすべての場合が
包含される。

以下、更に上記本発明方法の詳細を添付図面に従つて具
体的に説明する。

先ず、第２図イは２個の接合部材を接合する場合の最も
基本的な態様（但し、本発明の方法では．ない）であり
、金属材料からなる２つの柱状体Ａ，Ｂを同軸に接合す
る場合を示す。

この場合、２つの柱状体Ａ，Ｂの接合面の円周は溶接１
により仮接合され、かつその接合面２は外部とガスの連
絡通路が遮断されている、このような状態で！ＨＩＰ処
理を行なうと、先に述べた第１図の場合のようなりプセ
ルを使用することなく全く同様の機能を果たすことがで
ある。しかし、一般に接合しようとする部材は必ずしも
全てが溶接容易であるということはできない。例えば、
高級鋼は溶接す・ることによつて溶接部の近傍に著しく
大きなひずみを生じ、又、溶接時の溶解部分は配合材料
の偏析を生じ、結晶成長により強度及び疲労寿命に問題
を生じる。従つて、このような場合には、それに対応し
た手段を講する必要がある。第２図叫まかかる場合の手
段を講じた本発明方法の１例であり、２つの接合部材Ａ
，Ｂを夫々凸起部からなる余肉部３を有する状態に成型
して接合を図つており、前記接合部材Ａ，Ｂの接合面を
接触させ、接合部の周囲の前記余肉部３を溶接して両接
合部材Ａ，Ｂを一体となし、接合面と外部ガスとの連絡
を遮断して、ＨｌＰ処理により接合し、その後、溶接に
より生じた結晶組織に異常のｌある部分を研磨その他公
知の機械加工によつて適宜除去する。

かくして、前記第２図イと同等の形状のものでしかも溶
接部の影響のない接合がなされる。

なお、前記本発明の実施例に係る第２図口のような場合
、本来接触面の清浄度を高めることが屡々必要である。
そして溶接時に接合面に生じる酸素による酸化物を防ぐ
ためにも、又、内部に気泡を残さなないためにも真空溶
接をすることは極めて望ましいことである。これは不活
性ガス雰囲気で溶接することによつて一部の目的を達成
することも可能である。第３図は前記第２図の場合に比
し、より大型又は複雑な構造体の接合面を拡散接合する
方法の一例を示す。

この場合、第２図口における如く凸起部よりなる余肉部
３を接合面周囲に有するように加工した後、その余肉部
溶接部の一端に１個又は複数個の排気管４を溶接するこ
とにより設置する。従つて、接合面２はこの排気管４の
みを通じて外部と連通している。このような状態に加工
した後、適宜吸気手段を用いて接合面２を脱気し、脱気
し終つた後、排気管４をあらためて封止することによつ
て容易に真空状態に保持することができる。勿論。取扱
う材料の種類にもよるが、真空にする時に接触部の温度
を摂氏数百度まで高め、表面の吸着ガスを除く等の配慮
を行なうことは当然である。又、接合面２を含む接合部
材接触部の表面酸化物等を除くために排気管４とは別に
金属管を異なる位置に１個又は数個取り付け、還元性ガ
スを流して脱酸素処理を行なつて真空封入するなどの処
理も場合により当然行なわれることである。

なお、接合する部材が溶接困難なものである場合は溶接
を容易にするため接合する部材Ａ，Ｂの接合面３以外の
所要部分に任意の溶接容易な金属被膜５を、例えば蒸着
等によつてコーティングし、このコーティング被膜５を
媒体として溶接することが必要である。第３図下部はか
かる処理の一例を示している。第４図は本発明接合法の
更に他の応用例として２つの接合部材Ａ，Ｂを互いにＴ
字型に接合する場合である。

この場合、前記第２図イの場合と同様にして接合面の周
囲を溶接することによつて仮接合を行なうこともできる
が、溶接部が凹み部分にあるためＨＩＰ処理後における
溶接部の欠陥等の除去が困難となる。

そこで、このような場合の策として、第４図図示のよう
に金属板６を加工し、２つの部材Ａ，Ｂに夫々凸起から
なる余肉部６ａ，６ｂを形成し金属板６を接触面２と離
れた位置で互いに余肉部凸起６ａ，６ｂに溶接し、ＨＩ
Ｐ接合後の加工処理を容易に行なうことができる。以上
の記述から明らかなように、本発明接合法は従来金属製
のカプセルを用いて処理されていたＨＩＰによる拡散接
合をカプセルを特に必要とすることなく、接触接合面の
周辺溶接をもつて行うようにしたもので、複雑形状物の
接合に対し、極めて有効な接合法である。

なお、以上の説明においては溶接の場合について説明し
て来たが、ロー付その他、ガラス質材料等によるガス通
路の閉塞の場合も同様に有効である。

一般に金属の拡散接合温度は、その融点に対し若干低く
通常５〜７割程度であるから、適当なロー付材料を選ぶ
ことによりロー材料の融点以下で充分接合の目的を達成
することがである。

そしてこのようなロー付けによる場合には、接合しよう
とする両部材Ａ，Ｂを溶接のように一部融解することが
なく、従つて先に第２図の場合において説明した凸起部
からなる余肉部３は、研磨シロさえあれば十分にロー付
部を除去することができる。又ロー付の軟化温度以上で
接合する必要のある時は、予め加圧をした後除々にロー
の軟化温度近傍で温度を高めることにより、接合目的を
達成することが可能である。しかし、このような接合を
行なうに際しては、融解したロー付材が流出しないよう
、又、接合面の周辺部が高圧ガス中で、ガス圧より遥か
に高い圧力で接触し、不活性ガスが接触面へ進入しない
ように配慮すりことが望ましい。第５図はかかる場合の
例を示しており、１つの接合部材Ａの他の接合部材Ｂと
の接合面２端部に凸起の余肉部７が形成されて、その余
肉部７の内方でロー付け１″がなされたいる。

勿論、接合後、不要の部分は、例えば点線の如く除去す
る。なお、上記拡散接合法において、その接合を安易に
するためインサート材を接触面に用いる等、適宜本発明
の効果を助長する手段を付加することも当然本発明の意
図するところである。（実施例） 次に本発明方法の実施例を掲ける。

実施例１ 第２図口の方式による高速度鋼の柱状物をその接合面を
接触させ、先ず余肉部の溶接を行つた。

この場合接触接合部の酸化物を除去するための脱酸処理
は特に行わなかつた。次いで上記部材を高温高圧炉中に
おいて１１０００Ｃ，７０ｋ９／ｄの雰囲気下でＨＩＰ
処理を行つた。得られた試料について切断した結果を顕
微鏡写真で観察したところ酸化物は粒状になつて接合面
に分布していた。又、２つの部材の相互にまたがつて結
晶粒が存在しており、明らかに拡散接合が進行している
ことが認められた、しかも、溶接に伴なう高速度鋼部材
の組織変化域は溶接面から約４藺程度であつた。実施例
２ 前記実施例１と同種の材料を用い第３図の方式で、その
要領に従つて脱酸処理を行なつた後、通気管を真空封入
して同様にＨＩＰ処理を行なつた。

゛この試料について組織の顕微鏡観察を行なつたところ
、各鋼部材と接合面との区別は認められなかつた。又、
この試料の余肉部を除去した部分の接合面の抗析力を測
定したが、接合部材の測定値と有意差はなかつた。・実
施例３ 実施例１と同様、高速度鋼部材を用い、第５図の要領で
平板に穴をあけて円柱を立て、接触接合面端部周囲をロ
ー付けした。

その際、通気管をも併せて溶接し、接合面を真空脱気し
た。その後、ノこれに１３００ｋ９／ｃ！ｔの圧力をか
けてから１０５０゜Ｃに昇温しＨＩＰ処理を行なつた、
処理後の部材について観察したところ、当初嵌合の隙間
は直径２０Ｗ＄Ｌに対して０．０３Ｔｎであつたが、処
理後の切断面には全く間隙はなく、その上、組織観察の
結果ロー付近の僅かな拡散層を除いて各部材と接合面と
の間の区別は認められなかつた。（発明の効果） 以上のように本発明接合法によれば、接合部材に余肉部
を形成し、この余肉部を溶接することにより種々の複雑
な形状の物体の接合においても、各物体の接合面を強固
に保持し、その正確な位置決めを行なうことが可能であ
り、又、接合面に高圧ガス体の進入を防ぎ、夫々の接合
面を汚染することもなく、従つて、高圧雰囲気のもつ圧
力をそのまま接合面に伝えることができ、安定した拡散
接合を行なうことができる顕著な効果を有している。

しかも、本発明方法においては従来のＨＩＰによる拡散
接合に必須とされていた金属製カプセルを用いる必要も
なく操作工程が簡単で、操業時間も短縮され、作業効率
の増進、コストの低減等種々の効用を有し、工業的接合
法として極めて有用、かつ効果的方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法による接合の態様を示す略示説明図、第
２図イは２個の接合部材の基本的態様を示す概要図、同
第２図口は本発明方法の基本的態様の例を示す概要図、
第３図は本発明方法の他の実施例を示す概要図で、上半
分及び下半分は夫々別の例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２個以上の金属部材を高温高圧ガス雰囲気下で拡散
   接合するに際し、接合面の周囲にあらかじめ除去可能な
   余肉部を設けた接合部材を作成し、該接合部材の接合面
   を互いに接触させ、接合面の周囲余肉部を封鎖し接合面
   を密閉状として前記２個以上の接合部材を一体に組み上
   げ、接合面と外部のガス体との連絡を断つた後、これを
   高温高圧ガス雰囲気下で接合面を拡散接合し、しかる後
   、前記余肉部の封鎖の影響を受けて組織変化した部分を
   余肉部と共に機械加工により除去することを特徴とする
   高温高圧ガス圧接合法。 ２ 余肉部の封鎖がロー付又は溶接によつて行なわる特
   許請求の範囲第１項記載の高温高圧ガス圧接合法。