JPS6311118B2 - - Google Patents
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- JPS6311118B2 JPS6311118B2 JP53128482A JP12848278A JPS6311118B2 JP S6311118 B2 JPS6311118 B2 JP S6311118B2 JP 53128482 A JP53128482 A JP 53128482A JP 12848278 A JP12848278 A JP 12848278A JP S6311118 B2 JPS6311118 B2 JP S6311118B2
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、アルミニウム部材の圧接法に関し、
さらに詳しくは、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金からなる部材をアルミニウム共晶液を介し
て圧接する前記方法に関する。
さらに詳しくは、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金からなる部材をアルミニウム共晶液を介し
て圧接する前記方法に関する。
アルミニウム（Al）を融点以下で接合する場
合、接合面の清浄状態が最も重要な要件になる。
特にAlの表面酸化被膜が接合に悪影響を及ぼす
ので、酸化被膜をいかにして破壊除去するかが接
合の成否を決定するといつても過言ではない。
合、接合面の清浄状態が最も重要な要件になる。
特にAlの表面酸化被膜が接合に悪影響を及ぼす
ので、酸化被膜をいかにして破壊除去するかが接
合の成否を決定するといつても過言ではない。
Alの接合においては、上記課題を解決するた
めの方法の一つは、接合面を加圧接触させ、Al
の母材に塑性変形を与えることである。これによ
つて接合面の酸化被膜を機械的に破壊し、新生面
同士の圧接を行なうことができる。しかし、この
方法によつて酸化被膜を破壊し、良好な接合状態
を得るためには、Alの母材に大きな塑性変形を
与える必要があり、また破壊した酸化被膜、その
他の表面汚染物質は接合面内に残存するので、接
合部には本質的に不完全さが存在し、得られる継
手の信頼性が欠けるという欠点があつた。
めの方法の一つは、接合面を加圧接触させ、Al
の母材に塑性変形を与えることである。これによ
つて接合面の酸化被膜を機械的に破壊し、新生面
同士の圧接を行なうことができる。しかし、この
方法によつて酸化被膜を破壊し、良好な接合状態
を得るためには、Alの母材に大きな塑性変形を
与える必要があり、また破壊した酸化被膜、その
他の表面汚染物質は接合面内に残存するので、接
合部には本質的に不完全さが存在し、得られる継
手の信頼性が欠けるという欠点があつた。
Al部材の他の接合方法としては、ろう接が知
られている。この方法においては、Alの強固な
酸化被膜を除去するために、一般的に腐食性の強
いフラツクスを用いるので、ろう接後、継手の腐
食に対する問題が残る。また接合面には、硬くて
延性に乏しいろう材が残存するので、母材と同等
な強靭性を有する継手は本質的に得られないとい
う欠点を有する。
られている。この方法においては、Alの強固な
酸化被膜を除去するために、一般的に腐食性の強
いフラツクスを用いるので、ろう接後、継手の腐
食に対する問題が残る。また接合面には、硬くて
延性に乏しいろう材が残存するので、母材と同等
な強靭性を有する継手は本質的に得られないとい
う欠点を有する。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き信
頼性が高く、かつ強靭なアルミニウム部材の接合
方法を提供することにある。
頼性が高く、かつ強靭なアルミニウム部材の接合
方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明はアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金からなる部材同士を
加圧により接合するアルミニウム部材の圧接法に
おいて、当該アルミニウム部材をチヤツクで支持
し、該部材間にアルミニウムとケイ素よりなる過
共晶合金の介在物質を介在させて加圧接触させる
とともに加圧状態を維持させ、該接触面を当該ア
ルミニウム部材の融点以下かつ前記介在物質の共
晶温度以上に加熱して、該アルミニウム部材の接
合面に前記介在物質の共晶融液及び前記母材と前
記介在物質との共晶融液を生成させ、前記チヤツ
クの変位を測定して当該部材間の寄りしろを検出
したのち加熱を停止し、次いで、当該アルミニウ
ム部材の接合面を加圧して前記融液を接合面から
排除して圧着することを特徴とするアルミニウム
部材の圧接法である。
ウムまたはアルミニウム合金からなる部材同士を
加圧により接合するアルミニウム部材の圧接法に
おいて、当該アルミニウム部材をチヤツクで支持
し、該部材間にアルミニウムとケイ素よりなる過
共晶合金の介在物質を介在させて加圧接触させる
とともに加圧状態を維持させ、該接触面を当該ア
ルミニウム部材の融点以下かつ前記介在物質の共
晶温度以上に加熱して、該アルミニウム部材の接
合面に前記介在物質の共晶融液及び前記母材と前
記介在物質との共晶融液を生成させ、前記チヤツ
クの変位を測定して当該部材間の寄りしろを検出
したのち加熱を停止し、次いで、当該アルミニウ
ム部材の接合面を加圧して前記融液を接合面から
排除して圧着することを特徴とするアルミニウム
部材の圧接法である。
本発明において、接合面にアルミニウムとケイ
素よりなる過共晶合金を介在させる理由は、Al
母材と介在物質との共晶反応による液相を形成さ
せて、介在物質の共晶融液によつて接合面を被
い、該接合物を酸化から保護すると共に、接合面
界面に残留するSi粒子によつて母材接合面の表面
酸化被膜を破壊して、アルミニウムとケイ素とを
速やかに共晶反応させるためである。
素よりなる過共晶合金を介在させる理由は、Al
母材と介在物質との共晶反応による液相を形成さ
せて、介在物質の共晶融液によつて接合面を被
い、該接合物を酸化から保護すると共に、接合面
界面に残留するSi粒子によつて母材接合面の表面
酸化被膜を破壊して、アルミニウムとケイ素とを
速やかに共晶反応させるためである。
前記介在物質の厚さは0.1〜１mm（好ましくは
0.5mm前後）が適当である。
0.5mm前後）が適当である。
本発明における接合部の加熱温度は、介在物質
の共晶温度以上で、かつAl母材の溶融しない温
度範囲である。
の共晶温度以上で、かつAl母材の溶融しない温
度範囲である。
Al部材の接合面に上記Al−Siからなる過共晶
合金を介在させ、共晶点以上に加熱すると、介在
物質が溶融し接合面を被うようになる。介在物質
の融液が接合面から外部へ流れ出るときに、融液
中のSi粒子が接合面界面に残留し、母材の表面酸
化被膜を破壊して母材と共晶反応を起こし、該反
応に伴う融液を生成する。その結果、接合面近傍
の母材が溶融させる。介在物質は、それ自身が接
合温度で溶融し、被接合部材の接合面を被うの
で、接合面の酸化を防止できる。
合金を介在させ、共晶点以上に加熱すると、介在
物質が溶融し接合面を被うようになる。介在物質
の融液が接合面から外部へ流れ出るときに、融液
中のSi粒子が接合面界面に残留し、母材の表面酸
化被膜を破壊して母材と共晶反応を起こし、該反
応に伴う融液を生成する。その結果、接合面近傍
の母材が溶融させる。介在物質は、それ自身が接
合温度で溶融し、被接合部材の接合面を被うの
で、接合面の酸化を防止できる。
更に、上記接合面界面に残留する初晶Si粒子は
融液中より残留したものなので酸化物層の全くな
い活性の高いものであり、かつ硬く、接合界面の
前面にわたつて分散している。このSi粒子は被接
合材の加圧によつて被接合材全面にわたつて母材
の酸化物層を破壊して被接合材とすみやかに共晶
反応を起こすので、少量の共晶反応で被接合材前
面にわたつて酸化物層を効果的に除去できるの
で、寸法精度が高く、健全な接合材が得られる。
融液中より残留したものなので酸化物層の全くな
い活性の高いものであり、かつ硬く、接合界面の
前面にわたつて分散している。このSi粒子は被接
合材の加圧によつて被接合材全面にわたつて母材
の酸化物層を破壊して被接合材とすみやかに共晶
反応を起こすので、少量の共晶反応で被接合材前
面にわたつて酸化物層を効果的に除去できるの
で、寸法精度が高く、健全な接合材が得られる。
上記本発明では、さらに共晶融液による密着効
果により、その後の反応が急速に進行し、ほとん
ど瞬時に接合面全体が共晶融液で満たされ、酸化
被膜が破壊され融液中に浮遊混入する。
果により、その後の反応が急速に進行し、ほとん
ど瞬時に接合面全体が共晶融液で満たされ、酸化
被膜が破壊され融液中に浮遊混入する。
介在物質として過共晶合金を用いているため、
共晶点以上に加熱されると、溶融可能な組成範囲
が拡大する。さらに共晶融液中に固体のSi粒子を
有する過共晶合金であるので、母材表面の酸化被
膜が破壊される。
共晶点以上に加熱されると、溶融可能な組成範囲
が拡大する。さらに共晶融液中に固体のSi粒子を
有する過共晶合金であるので、母材表面の酸化被
膜が破壊される。
接合面に形成される母材と介在物質との共晶融
液は、Al表面を覆つていた酸化物、その他の表
面汚染物質が混入したものである。この共晶融液
は、次に接合面を圧接させることにより、接合面
外に排除される。接合面の加圧の方法は特に限定
されないが、要するに、共晶融液が凝固する前に
接合面から実質的に完全に排除されるようにすれ
ばよい。
液は、Al表面を覆つていた酸化物、その他の表
面汚染物質が混入したものである。この共晶融液
は、次に接合面を圧接させることにより、接合面
外に排除される。接合面の加圧の方法は特に限定
されないが、要するに、共晶融液が凝固する前に
接合面から実質的に完全に排除されるようにすれ
ばよい。
本発明では、介在物質として過共晶合金を用い
ているため、共晶温度以上に加熱すると介在物質
がほぼ完全に溶融し、加圧によつてすべて接合面
外に排出される。したがつて、接合介面に介在物
質が残ることがない。
ているため、共晶温度以上に加熱すると介在物質
がほぼ完全に溶融し、加圧によつてすべて接合面
外に排出される。したがつて、接合介面に介在物
質が残ることがない。
このようにして圧接された継手は、接合面に共
晶相、化合物相、酸化物、気泡等が残留せず、強
靭性、気密性および信頼性に極めて優れている。
晶相、化合物相、酸化物、気泡等が残留せず、強
靭性、気密性および信頼性に極めて優れている。
以下、本発明を図面によりさらに詳細に説明す
る。
る。
第１図は、本発明の接合方法の実施例を示す断
面図である。接合部材１Ａおよび１Ｂは、それぞ
れチヤツク２Ａおよび２Ｂに支持され、その接合
間にアルミニウムと共晶反応を起こす前記介在物
質３が挿入されている。接合部の周囲には、加熱
手段として高周波誘導加熱コイル４が設けられて
いる。上記装置において、接合部材として、径10
mm、長さ50mmの工業用純Al棒を用い、また接合
面への介在物質として、Al−18％Si合金からな
る厚さ0.5mmの円板を用い、Arガス又は大気中で
前記Al棒の接合を行なつた。なお、一方のAl棒
１Ａの接合面１Ｃは、共晶融液が排除され易いよ
うに中心が0.5mm高い円錐状となつている。
面図である。接合部材１Ａおよび１Ｂは、それぞ
れチヤツク２Ａおよび２Ｂに支持され、その接合
間にアルミニウムと共晶反応を起こす前記介在物
質３が挿入されている。接合部の周囲には、加熱
手段として高周波誘導加熱コイル４が設けられて
いる。上記装置において、接合部材として、径10
mm、長さ50mmの工業用純Al棒を用い、また接合
面への介在物質として、Al−18％Si合金からな
る厚さ0.5mmの円板を用い、Arガス又は大気中で
前記Al棒の接合を行なつた。なお、一方のAl棒
１Ａの接合面１Ｃは、共晶融液が排除され易いよ
うに中心が0.5mm高い円錐状となつている。
このように配備された接合部材に図示されてい
ない加圧手段により初期圧力１Kg／mmを加え、高
周波誘導コイル４によつて100℃／秒の速度で加
熱した。加熱停止時点は、チヤツクの延長ロツド
上に設けた変位検出器により、介在物質が溶融
し、接合面外に大部分排出されることによる一定
の寄りしろ（接合部材間の相対距離）を検出し、
この検出時点で高周波発振機の出力を停止し、加
熱を停止した。
ない加圧手段により初期圧力１Kg／mmを加え、高
周波誘導コイル４によつて100℃／秒の速度で加
熱した。加熱停止時点は、チヤツクの延長ロツド
上に設けた変位検出器により、介在物質が溶融
し、接合面外に大部分排出されることによる一定
の寄りしろ（接合部材間の相対距離）を検出し、
この検出時点で高周波発振機の出力を停止し、加
熱を停止した。
また、加熱停止とほぼ同時にアプセツト圧力を
負荷し、接合面に残留する共晶融液を完全に排除
するとともに、Al母材同士の圧着を行なつた。
圧着時間は通常、数秒ないし数10秒で充分であ
る。
負荷し、接合面に残留する共晶融液を完全に排除
するとともに、Al母材同士の圧着を行なつた。
圧着時間は通常、数秒ないし数10秒で充分であ
る。
以上の圧接工程を図示すれば、第２図のように
なる。図中、T1は共晶（溶融）温度、T2は加熱
停止温度、P1は初期圧力、P2はアツプセツト圧
力である。P1は通常、１Kg／mm2程度、アツプセ
ツト圧力波２〜７Kg／mm2程度である。実施例にお
いて、満足すべき継手が得られるアツプセツト圧
力は介在物質がAl−18％Si合金の場合５Kg／mm2
以上であつた。
なる。図中、T1は共晶（溶融）温度、T2は加熱
停止温度、P1は初期圧力、P2はアツプセツト圧
力である。P1は通常、１Kg／mm2程度、アツプセ
ツト圧力波２〜７Kg／mm2程度である。実施例にお
いて、満足すべき継手が得られるアツプセツト圧
力は介在物質がAl−18％Si合金の場合５Kg／mm2
以上であつた。
第３図は、介在物質がAl−18％Si過共晶合金
であり、圧接されたAl丸棒の接合部の状態を示
したものである。図中、５は接合面６外に排出さ
れた共晶相であり、顕微鏡写真で調べた結果、接
合面６には共晶相が観察されず、完全な圧着状態
が得られたことが確認できた。
であり、圧接されたAl丸棒の接合部の状態を示
したものである。図中、５は接合面６外に排出さ
れた共晶相であり、顕微鏡写真で調べた結果、接
合面６には共晶相が観察されず、完全な圧着状態
が得られたことが確認できた。
第４図にこの接合面の結晶構造の顕微鏡写真を
示す。
示す。
以上のようにして得られた継手は、接合部の変
形バリを取除いた後、引張試験片を採取し、継手
の強靭性試験に供された。その結果、8.7Kg／mm2
の引張り強さを示し、破断は接合部外のAl母材
中で生じ、完全に接合されていることが確認され
た。また、変形バリを取除いた継手に６mm径の穴
を開けたパイプ状の試験片を用い、50Kg／mm2のヘ
リウムガスによる洩れ試験を実施した結果、いず
れの介在物質を用いた場合においても、洩れは検
出されず、気密性の高い接合が行なわれているこ
とが確認された。
形バリを取除いた後、引張試験片を採取し、継手
の強靭性試験に供された。その結果、8.7Kg／mm2
の引張り強さを示し、破断は接合部外のAl母材
中で生じ、完全に接合されていることが確認され
た。また、変形バリを取除いた継手に６mm径の穴
を開けたパイプ状の試験片を用い、50Kg／mm2のヘ
リウムガスによる洩れ試験を実施した結果、いず
れの介在物質を用いた場合においても、洩れは検
出されず、気密性の高い接合が行なわれているこ
とが確認された。
一方、Al−Siの合金円板の代りに厚0.1mmの銅
薄を介在させて550℃に加熱し、Al部材の加圧を
２Kgｆ／mm2で行い、AlとCuの共晶反応を利用し
て接合を行つた。顕微鏡写真で調べた結果、接合
面に未反応のCu及び共晶相が残存していること
が観察された。第５図に銅薄を用いて接合した場
合の接合面の結晶構造の顕微鏡写真を示す。第６
図は第５図の説明図である。
薄を介在させて550℃に加熱し、Al部材の加圧を
２Kgｆ／mm2で行い、AlとCuの共晶反応を利用し
て接合を行つた。顕微鏡写真で調べた結果、接合
面に未反応のCu及び共晶相が残存していること
が観察された。第５図に銅薄を用いて接合した場
合の接合面の結晶構造の顕微鏡写真を示す。第６
図は第５図の説明図である。
以上、本発明によれば、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金部材から表面酸化被膜を除去する
と同時にこれらを完全に接合させることができ、
信頼性が高く、かつ強靭な継手を得ることができ
る。
ルミニウム合金部材から表面酸化被膜を除去する
と同時にこれらを完全に接合させることができ、
信頼性が高く、かつ強靭な継手を得ることができ
る。
第１図は、本発明の実施例を示すアルミニウム
部材の接合部付近の断面図、第２図は、本発明の
方法における圧接温度、加圧力、および寄りしろ
と時間との関係を示す図、第３図は、本発明実施
例において接合を完了した接合部の状態を示す断
面図、第４図は、Al−Si過共晶合金を用いてア
ルミニウム部材を接合した場合の接合面の結晶構
造を示す顕微鏡写真、第５図は銅薄を用いて接合
した場合の接合面の結晶構造の顕微鏡写真、第６
図は第５図の説明図である。 １Ａ，１Ｂ……接合部材、２Ａ，２Ｂ……チヤ
ツク、３……介在物質、４……高周波誘導加熱コ
イル。
部材の接合部付近の断面図、第２図は、本発明の
方法における圧接温度、加圧力、および寄りしろ
と時間との関係を示す図、第３図は、本発明実施
例において接合を完了した接合部の状態を示す断
面図、第４図は、Al−Si過共晶合金を用いてア
ルミニウム部材を接合した場合の接合面の結晶構
造を示す顕微鏡写真、第５図は銅薄を用いて接合
した場合の接合面の結晶構造の顕微鏡写真、第６
図は第５図の説明図である。 １Ａ，１Ｂ……接合部材、２Ａ，２Ｂ……チヤ
ツク、３……介在物質、４……高周波誘導加熱コ
イル。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アルミニウムまたはアルミニウム合金からな
る部材同士を加圧により接合するアルミニウム部
材の圧接法において、 当該アルミニウム部材をチヤツクで支持し、該
部材間にアルミニウムとケイ素よりなる過共晶合
金の介在物質を介在させて加圧接触させるととも
に加圧状態を維持させ、該接触面を当該アルミニ
ウム部材の融点以下かつ前記介在物質の共晶温度
以上に加熱して、該アルミニウム部材の接合面に
前記介在物質の共晶融液及び前記母材と前記介在
物質との共晶融液を生成させ、前記チヤツクの変
位を測定して当該部材間の寄りしろを検出したの
ち加熱を停止し、 次いで、当該アルミニウム部材の接合面を加圧
して前記融液を接合面から排除して圧着すること
を特徴とするアルミニウム部材の圧接法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12848278A JPS5557388A (en) | 1978-10-20 | 1978-10-20 | Pressure welding method of aluminum member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12848278A JPS5557388A (en) | 1978-10-20 | 1978-10-20 | Pressure welding method of aluminum member |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5557388A JPS5557388A (en) | 1980-04-28 |
| JPS6311118B2 true JPS6311118B2 (ja) | 1988-03-11 |
Family
ID=14985825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12848278A Granted JPS5557388A (en) | 1978-10-20 | 1978-10-20 | Pressure welding method of aluminum member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5557388A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS57159282A (en) * | 1981-03-28 | 1982-10-01 | Topy Ind Ltd | Joining method for metal |
| JPS5964161A (ja) * | 1982-10-06 | 1984-04-12 | Mitsubishi Metal Corp | ＡｌまたはＡｌ合金焼結部材の接合方法 |
| CA2222288A1 (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-09 | Masakatsu Ueda | Method for joining metallic materials by diffusion bonding and joined structure thereby |
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| CN107107259B (zh) | 2014-12-26 | 2022-04-01 | 国立大学法人群马大学 | 金属构件的接合方法 |
-
1978
- 1978-10-20 JP JP12848278A patent/JPS5557388A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5557388A (en) | 1980-04-28 |
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