JPS6411397B2 - - Google Patents
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- JPS6411397B2 JPS6411397B2 JP15391880A JP15391880A JPS6411397B2 JP S6411397 B2 JPS6411397 B2 JP S6411397B2 JP 15391880 A JP15391880 A JP 15391880A JP 15391880 A JP15391880 A JP 15391880A JP S6411397 B2 JPS6411397 B2 JP S6411397B2
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属部材の接合方法に係り、特に対向
する二つの同種金属部材の接合面にインサート材
を介して、加圧と加熱とによつて該金属部材を接
合する方法に関する。
する二つの同種金属部材の接合面にインサート材
を介して、加圧と加熱とによつて該金属部材を接
合する方法に関する。
銅は最も熱伝導に優れた金属である。このため
銅部材を溶接する場合、接合部を銅の溶融温度ま
で集中加熱することは因難であり、溶け込み不良
が生じ易い。このような背景から、信頼性のある
銅継手を得るためにろう付が広く採用されてい
る。しかし、ろう付においては、ろう材の液相線
温度以上のかなり高い温度で長時間の加熱をする
のが一般的な方法である。そして、ろう材が接合
面に充分に流れて欠陥のない継手を得ることは因
難なこともある。また、母材自体は結晶粒の粗大
化により、継手部に強度不足を生じる。加えて接
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。
銅部材を溶接する場合、接合部を銅の溶融温度ま
で集中加熱することは因難であり、溶け込み不良
が生じ易い。このような背景から、信頼性のある
銅継手を得るためにろう付が広く採用されてい
る。しかし、ろう付においては、ろう材の液相線
温度以上のかなり高い温度で長時間の加熱をする
のが一般的な方法である。そして、ろう材が接合
面に充分に流れて欠陥のない継手を得ることは因
難なこともある。また、母材自体は結晶粒の粗大
化により、継手部に強度不足を生じる。加えて接
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。
ところで鉄系部材を融点以下で接合する代表的
な方法としてT.L.P法が知られている（米国特許
第3678570号明細書参照）。これは一時的に接合面
に液相を形成させて拡散接合する方法である。し
かしこの方法では、液相中の成分を母材内に拡散
稀釈させるには長時間の加熱が必要である。そし
て加熱時間を短縮するには、接合面を高精度に平
坦化し、接合面に保持される液相量を少なくする
ことが要求される。従つて接合金属の種類や形状
によつては強靭性を有する完全な接合継手を得る
ことは困難である。
な方法としてT.L.P法が知られている（米国特許
第3678570号明細書参照）。これは一時的に接合面
に液相を形成させて拡散接合する方法である。し
かしこの方法では、液相中の成分を母材内に拡散
稀釈させるには長時間の加熱が必要である。そし
て加熱時間を短縮するには、接合面を高精度に平
坦化し、接合面に保持される液相量を少なくする
ことが要求される。従つて接合金属の種類や形状
によつては強靭性を有する完全な接合継手を得る
ことは困難である。
鉄系部材を融点以下で接合する他の方法として
は、鋼線等を突合せて圧接する方法がある（特公
昭45−15857号公報参照）。これは母材の接合部を
通電等により軟化温度以上に加熱し、そこで強圧
力を加えて該軟化部を接合面外にバリとして押し
出し接合する方法である。しかしこの方法では、
バリ除去に余分な工数を要することに加えて、母
材に著しい塑性変形が生じる。
は、鋼線等を突合せて圧接する方法がある（特公
昭45−15857号公報参照）。これは母材の接合部を
通電等により軟化温度以上に加熱し、そこで強圧
力を加えて該軟化部を接合面外にバリとして押し
出し接合する方法である。しかしこの方法では、
バリ除去に余分な工数を要することに加えて、母
材に著しい塑性変形が生じる。
本発明の目的は、母材を過剰に変形させること
なく接合部に強靭性を与える金属部材の接合方法
を提供するにある。
なく接合部に強靭性を与える金属部材の接合方法
を提供するにある。
本発明は、母材の融点よりも低い温度で共晶点
を有してかつ主成分金属の初晶と共晶とが混合し
て亜共晶組織を有する金属をインサート材とし、
接合部を該インサート材の共晶温度乃至前記主成
分金属の液相線以下の温度に加熱し、接合部分を
加圧して融液化した共晶部分を接合面外に押し出
し、かつ初晶を接合部に形成するようにするもの
である。
を有してかつ主成分金属の初晶と共晶とが混合し
て亜共晶組織を有する金属をインサート材とし、
接合部を該インサート材の共晶温度乃至前記主成
分金属の液相線以下の温度に加熱し、接合部分を
加圧して融液化した共晶部分を接合面外に押し出
し、かつ初晶を接合部に形成するようにするもの
である。
亜共晶組織は第１図の模式図で示される。すな
わち亜共晶組織は、主成分金属Ｘに副成分元素Ｙ
（Ｙは２種以上のこともある。）が固溶した初晶相
１と、主成分金属Ｘと副成分元素Ｙとの共晶相２
とから成る。各相の割合は、第２図の状態図から
明らかなように、副成分元素ＹがYi重量％であ
るときに、 ｂ／（ａ＋ｂ）：ａ／（ａ＋ｂ） の関係が成立する。図中Ｌは液相を、αは初晶相
を示す。ここで、Yiなる組織が、主成分金属Ｘ
に対する副成分元素Ｙの固溶限であるYl以下で
あれば合金中に共晶組織が存在しなくなり、また
共晶組成であるYm以上になれば初晶相が存在し
なくなるので、成分Ｙの範囲は固溶限以上乃至共
晶組成未満であることが要求される。
わち亜共晶組織は、主成分金属Ｘに副成分元素Ｙ
（Ｙは２種以上のこともある。）が固溶した初晶相
１と、主成分金属Ｘと副成分元素Ｙとの共晶相２
とから成る。各相の割合は、第２図の状態図から
明らかなように、副成分元素ＹがYi重量％であ
るときに、 ｂ／（ａ＋ｂ）：ａ／（ａ＋ｂ） の関係が成立する。図中Ｌは液相を、αは初晶相
を示す。ここで、Yiなる組織が、主成分金属Ｘ
に対する副成分元素Ｙの固溶限であるYl以下で
あれば合金中に共晶組織が存在しなくなり、また
共晶組成であるYm以上になれば初晶相が存在し
なくなるので、成分Ｙの範囲は固溶限以上乃至共
晶組成未満であることが要求される。
共晶相２は冷却時に共晶温度Teで最終的に凝
固した部分であり、共晶は再加熱すれば共晶温度
Teにおいて最初に溶融する。そして共晶温度Te
を超えてもインサート材の液相線（第２図中の曲
線１で示される。）以下の温度であれば固液混相
状態にあり、固体の初晶が生成する。しかしなが
ら液相線ｉを超える温度に加熱すると、初晶が溶
融して接合部にボイドが発生し、継手としての強
さに欠け、或いは延性が損われるという問題を生
ずる。このことから、加熱条件は共晶温度以上乃
至液相線以下の温度であることが要求される。
固した部分であり、共晶は再加熱すれば共晶温度
Teにおいて最初に溶融する。そして共晶温度Te
を超えてもインサート材の液相線（第２図中の曲
線１で示される。）以下の温度であれば固液混相
状態にあり、固体の初晶が生成する。しかしなが
ら液相線ｉを超える温度に加熱すると、初晶が溶
融して接合部にボイドが発生し、継手としての強
さに欠け、或いは延性が損われるという問題を生
ずる。このことから、加熱条件は共晶温度以上乃
至液相線以下の温度であることが要求される。
また加圧条件は、溶融化した部分を接合面外に
押し出すに充分なものであれば良く、金属部材に
座屈変形を与える程の加圧力はなるべく避けた方
がよい。
押し出すに充分なものであれば良く、金属部材に
座屈変形を与える程の加圧力はなるべく避けた方
がよい。
第３図に示す如く、インサート材３を金属部材
４間に挾んで、上記の加圧条件下で共晶温度Te
に加熱すると、副成分元素Ｙを多量に含む共晶部
分は融液化して接合面外に押し出される。そして
副成分元素Ｙの少ない初晶相１が接合面内の凹部
５を埋めるようにして接合部に残り、その結果と
して第４図に示す如く、接合部はこの初晶相１に
よつて強靭に接合される。
４間に挾んで、上記の加圧条件下で共晶温度Te
に加熱すると、副成分元素Ｙを多量に含む共晶部
分は融液化して接合面外に押し出される。そして
副成分元素Ｙの少ない初晶相１が接合面内の凹部
５を埋めるようにして接合部に残り、その結果と
して第４図に示す如く、接合部はこの初晶相１に
よつて強靭に接合される。
インサート材の主成分金属が強靭性に富むもの
であれば、初晶相１も強靭性に富んでおり、しか
も脆い共晶相２が接合部の外に排除されるので、
強靭性に富んだ接合継手が得られる。
であれば、初晶相１も強靭性に富んでおり、しか
も脆い共晶相２が接合部の外に排除されるので、
強靭性に富んだ接合継手が得られる。
インサート材の副成分元素Ｙが金属部材の酸化
物に対して脱酸作用のある元素であれば、本発明
の効果は一層顕著になる。例えば金属部材が銅で
あるときには、該元素はリンであれば望ましい。
従つてこの場合のインサート材はリン銅合金が適
している。共晶温度Teにおいて融液化した部分
が接合面外に押し出される時に、脱酸作用を有す
る元素を含む融液が、接合面に存在する酸化物を
還元しながら押し出される。こうして該融液は金
属部材表面を清浄化して初晶相と金属部材との圧
着を良好に行わしめるものである。
物に対して脱酸作用のある元素であれば、本発明
の効果は一層顕著になる。例えば金属部材が銅で
あるときには、該元素はリンであれば望ましい。
従つてこの場合のインサート材はリン銅合金が適
している。共晶温度Teにおいて融液化した部分
が接合面外に押し出される時に、脱酸作用を有す
る元素を含む融液が、接合面に存在する酸化物を
還元しながら押し出される。こうして該融液は金
属部材表面を清浄化して初晶相と金属部材との圧
着を良好に行わしめるものである。
本発明によれば、金属部材を変形させることな
く接合部に強靭性を与えるという優れた効果があ
る。しかも接合前に接合面を高精度に平坦化した
り、液相線温度以上に加熱したりすることなし
に、短時間に接合できるという、副次的効果もあ
る。
く接合部に強靭性を与えるという優れた効果があ
る。しかも接合前に接合面を高精度に平坦化した
り、液相線温度以上に加熱したりすることなし
に、短時間に接合できるという、副次的効果もあ
る。
以下に本発明の実施例を挙げる。
実施例 １
インサート材として厚さ0.1mmのリン銅合金を
使用して10mmφ×17mmの無酸素銅棒同士の接合を
行つた。本実施例において、リンの添加量は１乃
至8.4重量％の範囲で６通りに変えた。加圧力は
１Kg／mm2とし、加熱は高周波誘導加熱により大気
中で行つた。720℃まで10秒間で加熱した接合試
料はその後加熱を停止して冷却を行つた。このよ
うにして接合した試料について組織観察と引張試
験とを行つた。
使用して10mmφ×17mmの無酸素銅棒同士の接合を
行つた。本実施例において、リンの添加量は１乃
至8.4重量％の範囲で６通りに変えた。加圧力は
１Kg／mm2とし、加熱は高周波誘導加熱により大気
中で行つた。720℃まで10秒間で加熱した接合試
料はその後加熱を停止して冷却を行つた。このよ
うにして接合した試料について組織観察と引張試
験とを行つた。
組織観察の結果、第４図に示したように共晶部
分は接合面から押し出され、残つた初晶の粒子は
接合面の凹凸を埋めるような形で積み重なり、両
母材を完全に接合していた。
分は接合面から押し出され、残つた初晶の粒子は
接合面の凹凸を埋めるような形で積み重なり、両
母材を完全に接合していた。
第５図に引張試験の結果を示す。この試験は上
記試料の接合部に１mm深さの溝を刻んで行つた。
図中、曲線は引張り強さの結果を、曲線は伸
びの結果を示す。インサート材中のリン量が銅に
対する固溶限（1.75重量％）以上になると急に引
張強さが上昇し、３重量％以上では銅の母材破断
強さである25.5Kg／mm2に達し、破断は接合金属で
ある銅母材中で生じた。リン量が共晶組成である
8.4重量％になると引張強さは母材強さ以上であ
つたがその反面伸びが減少し、結局接合の脆さが
大きくなつた。これはインサート材中の組織が全
て共晶部分となり、初晶が無くなるためである。
初晶が無くなつて共晶部分が接合面に残ると、従
来のろう材の如くこの部分が脆くなる。そこで少
なくとも上記固溶限における伸びを期待するなら
ばリン量は1.75乃至7.5重量％が適しており、多
くとも8.4重量％未満であることが要求されるこ
とを確認した。
記試料の接合部に１mm深さの溝を刻んで行つた。
図中、曲線は引張り強さの結果を、曲線は伸
びの結果を示す。インサート材中のリン量が銅に
対する固溶限（1.75重量％）以上になると急に引
張強さが上昇し、３重量％以上では銅の母材破断
強さである25.5Kg／mm2に達し、破断は接合金属で
ある銅母材中で生じた。リン量が共晶組成である
8.4重量％になると引張強さは母材強さ以上であ
つたがその反面伸びが減少し、結局接合の脆さが
大きくなつた。これはインサート材中の組織が全
て共晶部分となり、初晶が無くなるためである。
初晶が無くなつて共晶部分が接合面に残ると、従
来のろう材の如くこの部分が脆くなる。そこで少
なくとも上記固溶限における伸びを期待するなら
ばリン量は1.75乃至7.5重量％が適しており、多
くとも8.4重量％未満であることが要求されるこ
とを確認した。
実施例 ２
インサート材として厚さ0.1mmの鉄−３％ボロ
ン−２％シリコン合金を使用して10mmφ×17mmの
軟鋼（SS−34）棒同士の接合を行つた。加圧力
は１Kg／mm2とし、加熱は高周波誘導加熱により大
気中で行つた。1130℃まで15秒間で加熱し、その
後直ちに冷却して接合を完了した。このようにし
て得た試料の引張強さは母材と同様の39Kg／mm2で
あつた。また伸びは23％であつて、これは母材の
約80％に匹適することを確認した。
ン−２％シリコン合金を使用して10mmφ×17mmの
軟鋼（SS−34）棒同士の接合を行つた。加圧力
は１Kg／mm2とし、加熱は高周波誘導加熱により大
気中で行つた。1130℃まで15秒間で加熱し、その
後直ちに冷却して接合を完了した。このようにし
て得た試料の引張強さは母材と同様の39Kg／mm2で
あつた。また伸びは23％であつて、これは母材の
約80％に匹適することを確認した。
実施例 ３
インサート材として厚さ50μｍの銅−２％リン
合金及び銅−５％リン合金の２種類を使用して８
mmφ×17mmの無酸素銅棒同士の接合を行つた。加
圧力は１Kg／mm2とし、加熱は高周波誘導加熱によ
り大気中で行つた。昇温は各インサート材につい
て夫々750℃，800℃，850℃まで行い、昇温時間
は750℃まで15秒、800℃まで20秒、850℃まで25
秒をかけた。こうして得られた各試料について引
張試験を行つた結果を第６図に示す。図中、銅−
２％リン合金を使用した結果は，で示し、銅
−５％リン合金を使用した結果は，で示し
た。この結果から明らかなように、加熱温度が高
い程引張強さが低くなる。しかしいずれの試料に
おいても750℃及び800℃の昇温条件で加熱したも
のは引張試験において母材の方が破断した。この
ことから母材と同等以上の引張強さ及び伸びを有
する接合部が得られたことを確認した。
合金及び銅−５％リン合金の２種類を使用して８
mmφ×17mmの無酸素銅棒同士の接合を行つた。加
圧力は１Kg／mm2とし、加熱は高周波誘導加熱によ
り大気中で行つた。昇温は各インサート材につい
て夫々750℃，800℃，850℃まで行い、昇温時間
は750℃まで15秒、800℃まで20秒、850℃まで25
秒をかけた。こうして得られた各試料について引
張試験を行つた結果を第６図に示す。図中、銅−
２％リン合金を使用した結果は，で示し、銅
−５％リン合金を使用した結果は，で示し
た。この結果から明らかなように、加熱温度が高
い程引張強さが低くなる。しかしいずれの試料に
おいても750℃及び800℃の昇温条件で加熱したも
のは引張試験において母材の方が破断した。この
ことから母材と同等以上の引張強さ及び伸びを有
する接合部が得られたことを確認した。
第１図は亜共晶組織の模式図、第２図は共晶及
び亜共晶を説明する状態図、第３図は本発明の実
施例として金属棒材間にインサート材を挾んだ加
圧前の配置図、第４図は第３図の配置にて加圧し
た後の接合部付近の模式図、並びに第５図及び第
６図は本発明の実施例の引張試験の結果を示す特
性図である。 １……初晶相、２……共晶相、３……インサー
ト材、４……金属部材。
び亜共晶を説明する状態図、第３図は本発明の実
施例として金属棒材間にインサート材を挾んだ加
圧前の配置図、第４図は第３図の配置にて加圧し
た後の接合部付近の模式図、並びに第５図及び第
６図は本発明の実施例の引張試験の結果を示す特
性図である。 １……初晶相、２……共晶相、３……インサー
ト材、４……金属部材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 接合すべき二つの同種金属部材間にインサー
ト材を介在させ、加圧と加熱を施して金属部材を
接合する方法において、前記インサート材として
前記金属部材の主成分金属を主成分とし且つ該主
成分金属と共晶反応を起こす元素を固溶限以上共
晶組成未満の量含む亜共晶組織を有する合金を用
い、接合面を該インサート材の共晶温度乃至主成
分金属の液相線以下の温度の固液混相状態に加熱
して前記インサート材の共晶融液を生成させたの
ち接合面を加圧して前記共晶融液のみを接合面外
に押し出し初晶を接合面に残して金属部材を接合
するようにしたことを特徴とする金属部材の接合
方法。 ２ 前記金属部材が銅よりなり、該銅部材間にリ
ンを1.75重量％以上8.4重量％未満含有するリン
銅合金の箔よりなるインサート材を介在させたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の金
属部材の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15391880A JPS5779087A (en) | 1980-11-04 | 1980-11-04 | Method for joining of metallic member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15391880A JPS5779087A (en) | 1980-11-04 | 1980-11-04 | Method for joining of metallic member |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5779087A JPS5779087A (en) | 1982-05-18 |
| JPS6411397B2 true JPS6411397B2 (ja) | 1989-02-23 |
Family
ID=15572936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15391880A Granted JPS5779087A (en) | 1980-11-04 | 1980-11-04 | Method for joining of metallic member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5779087A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6003108B2 (ja) * | 2011-09-22 | 2016-10-05 | 日産自動車株式会社 | 接合方法及び接合部品の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS605390B2 (ja) * | 1975-12-23 | 1985-02-09 | 株式会社荘原製作所 | 鉄鋼部材と銅合金部材との拡散溶接による接合方法 |
| FR2359678A1 (fr) * | 1976-07-30 | 1978-02-24 | Steigerwald Strahltech | Procede et dispositif de soudage de deux pieces au moyen d'un faisceau d'energie |
| JPS5557388A (en) * | 1978-10-20 | 1980-04-28 | Hitachi Ltd | Pressure welding method of aluminum member |
-
1980
- 1980-11-04 JP JP15391880A patent/JPS5779087A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5779087A (en) | 1982-05-18 |
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