KR20190107073A - 확산 접합체의 용접 방법 - Google Patents

확산 접합체의 용접 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190107073A
KR20190107073A KR1020197023503A KR20197023503A KR20190107073A KR 20190107073 A KR20190107073 A KR 20190107073A KR 1020197023503 A KR1020197023503 A KR 1020197023503A KR 20197023503 A KR20197023503 A KR 20197023503A KR 20190107073 A KR20190107073 A KR 20190107073A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
welding
buffer layer
diffusion bonding
diffusion
bonding body
Prior art date
Application number
KR1020197023503A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102232051B1 (ko
Inventor
구니타카 마사키
리에 하라다
나기사 호소야
다카아키 마쓰오카
유타카 미조
Original Assignee
가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 아이에이치아이 filed Critical 가부시키가이샤 아이에이치아이
Publication of KR20190107073A publication Critical patent/KR20190107073A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102232051B1 publication Critical patent/KR102232051B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/235—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K9/232—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded of different metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
    • B23K20/028—Butt welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

금속 부재(12)끼리를 확산 접합하여 형성한 확산 접합체(10)와, 다른 부재(16)를 용융 용접에 의해 접합하는 확산 접합체의 용접 방법은, 확산 접합체 (10)의 확산 접합부(14)를 포함하는 용접 영역에, 확산 접합부(14)보다 연성이 큰 완충층 (20)을 형성하는 완충층 형성 공정과, 완충층(20)이 형성된 용접 영역과, 다른 부재(16)를 완충층(20)의 위로부터 용융 용접하여 접합하는 용접 공정을 포함한다.

Description

확산 접합체의 용접 방법
본 개시는, 확산 접합체의 용접 방법에 관한 것이며, 특히, 금속 부재끼리를 확산 접합하여 형성한 확산 접합체와, 다른 부재를 용융 용접에 의해 접합하는 확산 접합체의 용접 방법에 관한다.
열교환기, 열교환형 리액터나 마이크로채널 장치 등에서는, 금속 부재끼리를 확산 접합하여 형성한 확산 접합체로 이루어지는 부품이 사용되고 있다. 이와 같은 확산 접합체를, 다른 부재와 조합하여 조립할 때, 용접에 의한 접합이 행해지고 있다(비특허문헌 1 참조).
Fabrication and design aspects of high-temperature compact diffusion bonded heat exchangers, Nuclear Engineering and Design249(2012) 49-56
그런데, 금속 부재끼리를 확산 접합하여 형성한 확산 접합체와, 다른 부재를 용융 용접으로 접합하는 경우에는, 용융 용접 시에, 확산 접합체의 확산 접합부는, 모재인 금속 부재보다 고온에서 연성(延性)이 저하된다. 이에 의해, 확산 접합체의 확산 접합부에서는, 금속 부재보다 균열 감수성(Cracking sensitivity)이 높아지므로, 용융 용접에 수반하는 변형(strain)에 의해, 확산 접합부에 균열이 생길 가능성이 있다.
이에 본 개시의 목적은, 금속 부재끼리를 확산 접합하여 형성한 확산 접합체와, 다른 부재를 용융 용접으로 접합할 때의 확산 접합부의 균열을 억제 가능한 확산 접합체의 용접 방법을 제공하는 것이다.
본 개시에 관한 확산 접합체의 용접 방법은, 금속 부재끼리를 확산 접합하여 형성한 확산 접합체와, 다른 부재를 용융 용접에 의해 접합하는 확산 접합체의 용접 방법으로서, 상기 확산 접합체의 확산 접합부를 포함하는 용접 영역에, 상기 확산 접합부보다 연성이 큰 완충층을 형성하는 완충층 형성 공정과, 상기 완충층이 형성된 용접 영역과, 상기 다른 부재를 상기 완충층의 위로부터 용융 용접하여 접합하는 용접 공정을 포함한다.
본 개시에 관한 확산 접합체의 용접 방법에 있어서, 상기 완충층 형성 공정은, 상기 완충층을 육성 용접(overlay welding)으로 형성하면 된다.
본 개시에 관한 확산 접합체의 용접 방법에 있어서, 상기 완충층 형성 공정은, 상기 완충층을 분말 소결, 초음파 접합, 마찰 압접(壓接), 마찰 육성, 마찰 교반 접합, 마찰 교반 프로세스, 확산 접합, 경납땜(brazing), 전자(電磁) 압접 또는 폭착(爆着) 중 어느 하나의 프로세스에 의해 형성하면 된다.
본 개시에 관한 확산 접합체의 용접 방법에 있어서, 상기 확산 접합체는 상기 다른 부재에 조인트 형식으로 용융 용접되면 된다.
본 개시에 관한 확산 접합체의 용접 방법에 있어서, 상기 조인트 형식의 용융 용접은 패치 용접(patch welding), 맞대기 용접(butt welding), 필릿 용접(fillet welding) 또는 겹침 용접(lap welding)이면 된다.
상기 구성에 의하면, 용융 용접에 수반하는 변형을 완충층으로 흡수하여 완충하므로, 확산 접합체의 확산 접합부의 균열을 억제 가능하게 된다.
[도 1] 본 개시의 실시형태에 있어서, 확산 접합체의 용접 방법의 구성을 나타낸 플로차트다.
[도 2] 본 개시의 실시형태에 있어서, 완충층 형성 공정을 설명하기 위한 도면이다.
[도 3] 본 개시의 실시형태에 있어서, 확산 접합부와, 모재인 금속 부재의 연성을 설명하기 위한 도면이다.
[도 4] 본 개시의 실시형태에 있어서, 확산 접합부와, 모재인 금속 부재와, 완충층의 연성을 설명하기 위한 도면이다.
[도 5] 본 개시의 실시형태에 있어서, 확산 접합부의 연성과, 완충층 형성 시에 발생하는 변형의 관계를 나타낸 도면이다.
[도 6] 본 개시의 실시형태에 있어서, 용접 공정을 설명하기 위한 도면이다.
[도 7] 본 개시의 실시형태에 있어서, 비교예의 용접 방법에 있어서의 아크 용접 후의 광학현미경에 의한 관찰 결과를 나타내는 사진이다.
[도 8] 본 개시의 실시형태에 있어서, 실시예의 용접 방법에 있어서의 아크 용접 후의 광학현미경에 의한 관찰 결과를 나타내는 사진이다.
이하에 본 개시의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은, 확산 접합체의 용접 방법의 구성을 나타낸 플로차트다. 확산 접합체의 용접 방법은 완충층 형성 공정(S10)과, 용접 공정(S12)을 포함하고 있다.
완충층 형성 공정(S10)은, 금속 부재끼리를 확산 접합하여 형성한 확산 접합체의 확산 접합부를 포함하는 용접 영역에, 확산 접합부보다 연성이 큰 완충층을 형성하는 공정이다. 도 2는, 완충층 형성 공정(S10)을 설명하기 위한 도면이고, 도 2의 (a)는 전체 개략도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 A-A 방향의 단면 개략도이다.
먼저, 확산 접합체(10)에 대하여 설명한다. 확산 접합체(10)는 금속 부재(12)끼리를 확산 접합하여 형성되어 있다. 금속 부재(12)는 인코넬(625), 인코넬(617), 헤인즈 합금(Haynes alloy)(230) 등의 Ni 합금이나, 오스테나이트계 스테인레스강 등의 스테인레스강 등으로 형성되어 있다. 확산 접합체(10)는 일반적인 금속 재료의 확산 접합법에 의해 형성되어 있다. 확산 접합체(10)는, 금속 부재(12)끼리가 확산 접합되어 있는 확산 접합부(14)를 가지고 있다.
후술하는 용접 공정(S12)에서, 확산 접합체(10)와, 다른 부재(16)를 용융 용접(이하, 「본용접」이라고 부르는 경우가 있음)에 의해 접합하는 경우에는, 본용접 시에, 확산 접합부(14)는 고온으로 가열된다. 확산 접합부(14)는, 모재인 금속 부재(12)보다 고온에서 연성이 저하되기 쉽다. 본용접 시에는, 확산 접합부(14)는 고온으로 가열되므로, 확산 접합부(14)는 연성이 저하된다. 도 3은, 확산 접합부(14)와, 모재인 금속 부재(12)의 연성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서는, 가로축에 온도를 나타내고, 세로축에 연성을 나타내고, 확산 접합부(14)의 연성 곡선(Edb)을 실선으로 나타내고, 금속 부재(12)의 연성 곡선(Eb)을 2점 쇄선으로 나타내고 있다. 확산 접합부(14)는 고온역에서, 모재인 금속 부재(12)보다 연성이 저하된다. 금속 부재(12)가 Ni 합금이나 스테인레스강으로 형성되어 있는 경우에는, 확산 접합부(14)의 연성이 저하되는 온도 영역은, 일반적으로 1000℃ 근방의 온도 영역이다.
도 3에, 확산 접합체(10)와, 다른 부재(16)를 본용접하여 접합할 때의 본용접에 수반하는 변형의 변형 곡선(Sw)을 파선으로 나타낸다. 확산 접합체(10)와, 다른 부재(16)가 본용접에 의해 접합되면, 변형이 구속되므로, 본용접에 수반하는 변형이 커진다. 변형 곡선(Sw)이, 확산 접합부(14)의 연성 곡선(Edb)과 교차하여, 연성 곡선(Edb)을 초과하는 온도 영역에서는, 확산 접합부(14)에 고온 균열의 일종인 연성 저하 균열이 발생할 가능성이 있다. 확산 접합부(14)의 연성 저하 균열은, 본용접 시의 구속이 커질수록 발생하기 쉬워진다. 이와 같은 구속이 큰 용접에는, 예를 들면 패치 용접 등이 있다.
완충층(20)은, 확산 접합체(10)의 확산 접합부(14)를 포함하는 용접 영역으로서 형성되어 있다. 완충층(20)은 확산 접합부(14)보다 큰 연성을 가지고 있다. 완충층(20)은, 후술하는 용접 공정(S12)에서, 본용접에 수반하는 변형을 흡수하여 완충하는 기능을 가지고 있다.
도 4는, 확산 접합부(14)와, 모재인 금속 부재(12)와, 완충층(20)의 연성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서는, 가로축에 온도를 나타내고, 세로축에 연성을 나타내고, 확산 접합부(14)의 연성 곡선(Edb)을 굵은 실선으로 나타내며, 모재인 금속 부재(12)의 연성 곡선(Eb)을 2점 쇄선으로 나타내고, 완충층(20)의 연성 곡선(E i)을 얇은 실선으로 나타내고 있다. 또한, 도 4에는, 확산 접합체(10)와, 다른 부재(16)를, 본용접하여 접합할 때의 본용접에 수반하는 변형의 변형 곡선(Sw)을 파선으로 나타내고 있다.
완충층(20)은, 확산 접합부(14)보다도 고온에서의 연성이 크다. 이 결과, 완충층(20)의 연성 곡선(Ei)은 변형 곡선(Sw)과 교차하지 않고, 변형 곡선(Sw)보다 상방에 위치한다. 이에 의해, 후술하는 용접 공정(S12)에서, 완충층(20)이 설치된 확산 접합부(14)와, 다른 부재(16)를 본용접에서 접합할 때, 본용접에 수반하는 변형을 완충층(20)으로 흡수하여 완충하므로, 확산 접합부(14)에서의 균열이 억제된다. 완충층(20)의 두께는, 완충층(20)을 형성하는 금속 재료나, 본용접의 구속 조건 등에 의해 상이하지만, 예를 들면 1㎜에서 10㎜ 정도로 하면 된다.
완충층(20)은, 확산 접합체(10)의 확산 접합부(14)를 포함하는 용접 영역에 형성되어 있고, 완충층 형성 시에는 다른 부재(16)와의 구속이 거의 없으므로, 용이하게 변형 가능하다. 이 때문에 완충층 형성 시는, 후술하는 용접 공정(S12)에서의 본용접 시보다 구속이 작은 것으로부터, 완충층 형성에 수반하는 변형을 본용접에 수반하는 변형보다 작게 할 수 있다.
도 5는, 확산 접합부(14)의 연성과, 완충층 형성에 수반하는 변형의 관계를 나타낸 도면이다. 도 5에서는, 가로축에 온도를 나타내고, 세로축에 연성을 나타내고, 확산 접합부(14)의 연성 곡선(Edb)을 굵은 실선으로 나타내며, 모재인 금속 부재(12)의 연성 곡선(Eb)을 2점 쇄선으로 나타내고, 완충층(20)의 연성 곡선(Ei)을 얇은 실선으로 나타내고 있다. 또한, 도 5에는, 완충층 형성에 수반하는 변형의 변형 곡선(Sc)과, 본용접에 수반하는 변형의 변형 곡선(Sw)을 각각 파선으로 나타내고 있다.
완충층 형성 시는, 후술하는 용접 공정(S12)에서의 본용접 시보다 구속이 작은 것으로부터, 변형 곡선(Sc)은 변형 곡선(Sw)보다 하방에 위치한다. 이 결과, 변형 곡선(Sc)은 확산 접합부(14)의 연성 곡선(Edb)과 교차하지 않고, 연성 곡선(Edb)보다 하방에 위치한다. 이에 의해, 완충층 형성 시에 있어서, 확산 접합부(14)의 균열을 억제할 수 있다.
완충층(20)은, 모재인 금속 부재(12)와 동종 재료로 형성하면 된다. 완충층(20)을 금속 부재(12)와 동종 재료로 형성함으로써, 강도 분포에 의한 국소 변형이나, 갈바닉 부식, 이재(異材) 계면으로부터의 오염(이물질 혼입)을 억제할 수 있다. 예를 들면, 금속 부재(12)가 Ni 합금으로 형성되어 있는 경우에는, 완충층(20)을 Ni 합금으로 형성하는 것이 가능하다. 또한, 완충층(20)은, 금속 부재(12)와 동일한 합금 조성의 금속 재료로 형성해도 된다. 예를 들면, 금속 부재(12)가 헤인즈 합금(230)으로 형성되어 있는 경우에는, 완충층(20)을 헤인즈 합금(230)과 동일한 합금 조성의 금속 재료로 형성할 수 있다.
완충층(20)은, 모재인 금속 부재(12)와 이종 재료로 형성해도 된다. 완충층(20)을 금속 부재(12)와 이종 재료로 형성하는 경우에는, 완충층(20)에는, 금속 부재(12)보다 낮은 항복 응력이며 고연성의 연질 재료를 사용하면 된다. 이와 같은 연질 재료를 사용함으로써, 본용접에 수반하는 변형이 완충층(20)에 집중되고, 또한 확산 접합부(14)에 완충층(20)의 항복 응력 이상의 응력이 부하되지 않도록 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 완충층(20)을 금속 부재(12)와 동종 재료로 형성하는 경우보다 완충층(20)의 두께를 작게 해도, 동등 이상의 균열 방지 효과를 얻을 수 있다.
완충층(20)의 형성 방법에는, 완충층 형성에 수반하는 변형을 보다 작게 하기 위해, 구속이 보다 작아지게 되는 형성 방법을 이용하면 된다. 이와 같은 완충층(20)의 형성 방법에는, 육성 용접(버터링)을 이용하면 된다. 육성 용접(버터링)은, 확산 접합부(14)를 포함하는 용접 영역에, 용착(溶着) 금속을 오버레이하는 방법이므로, 구속이 거의 없고, 완충층 형성에 수반하는 변형을 보다 작게 할 수 있다. 육성 용접에 이용되는 프로세스로서, 피복 아크 용접(SMAW), MIG 용접, TIG 용접, 저항 용접, 레이저 용접, 전자빔 용접, 용사(溶射) 등에 의해 행할 수 있다. 용접 재료에는, 금속 부재(12)와 동종 재료를 사용해도 되고, 금속 부재(12)와 이종 재료를 사용해도 된다. 용접 재료에는, 금속 부재(12)와 동일한 합금 조성의 금속 재료를 사용할 수도 있다. 완충층(20)을 육성 용접으로 형성하는 경우에는, 1회의 패스로 용접 비드를 형성하고 1층으로 해도 되고, 2층 이상 형성해도 된다. 또한, 용접 재료를 사용하지 않고, 필러를 사용하지 않고 표면부를 국소적으로 용융·응고시킴으로써도 완충층을 형성시킬 수 있다. 이와 같은 완충층(20)의 형성 방법에는, 육성 용접의 이외에, 박판 금속편의 맞대기 용접이나, 박판 금속편의 겹침 용접 등을 이용하는 것도 가능하다.
완충층(20)의 형성 방법에는, 완충층(20)의 형성에 수반하는 변형을 보다 작게 하기 위하여, 온도 변화에 의한 변형이 작고 용융 응고에 수반하는 변형도 생기지 않는 고상(固相) 접합을 이용하면 된다. 이와 같은 완충층(20)의 형성 방법으로서는, 분말 소결, 초음파 접합, 마찰 압접, 마찰 육성, 마찰 교반 접합, 마찰 교반 프로세스, 확산 접합, 납땜, 전자 압접, 폭착 등을 이용하는 것이 가능하다.
완충층(20)의 형성 방법에는, 구속이 보다 작아지는 형성 방법과, 저변형의 고상 접합을 조합하여 이용해도 된다. 이와 같은 완충층(20)의 형성 방법으로서는, 예를 들면 육성 용접을, 저입열(低入熱)의 마찰 육성로 행하면 된다. 이로써, 완충층 형성에 수반하는 변형이 더욱 작아지므로, 확산 접합부(14)의 균열을 더욱 억제할 수 있다.
용접 공정(S12)은, 확산 접합체(10)에 있어서의 완충층(20)이 형성된 용접 영역과, 다른 부재(16)를 완충층(20)의 위로부터 용융 용접하여 접합하는 공정이다. 도 6은, 용접 공정(S12)을 설명하기 위한 도면이고, 도 6의 (a)는 전체 개략도이며, 도 6의 (b)는 도 6 (a)의 A-A 방향의 단면 개략도이다.
확산 접합체(10)에 있어서의 완충층(20)이 형성된 용접 영역과, 다른 부재(16)를 완충층(20)의 위로부터 본용접하여 접합한다. 이에 의해, 용접층(22)이 형성되고, 확산 접합체(10)와, 다른 부재(16)가 용접 접합된다. 본용접에는, 아크 용접, 피복 아크 용접(SMAW), TIG 용접, MIG 용접 등의 일반적인 용접 방법을 이용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 대입열(大入熱)의 피복 아크 용접(SMAW) 등에 의해, 복수의 용접 비드를 중첩시켜 아크 용접할 수 있다. 용접 재료에는, 금속 부재(12)와 동종 재료를 사용해도 되고, 금속 부재(12)와 이종 재료를 사용해도 된다. 용접 재료에는, 금속 부재(12)와 동일한 합금 조성의 금속 재료를 사용할 수도 있다.
확산 접합체(10)가, 다른 부재(16)에 본용접으로 접합되어 구속되는 경우라도, 본용접에 수반하는 변형이 완충층(20)으로 흡수되어 완충되므로, 확산 접합부(14)의 균열이 억제된다. 보다 상세하게는, 도 4에서 설명한 바와 같이, 본용접에 수반하는 변형의 변형 곡선(Sw)은, 완충층(20)의 연성 곡선(Ei)보다 하방에 위치하고 있다. 이에 의해, 본용접 시에 확산 접합부(14)의 연성이 저하된 경우라도, 본용접에 수반하는 변형이 완충층(20)으로 흡수되어 완충되므로, 확산 접합부(14)의 균열이 방지된다.
상기의 확산 접합체(10)의 용접 방법에 대해서는, 확산 접합체(10)가 다른 부재(16)에, 조인트 형식으로 용융 용접되는 경우에도 이용하는 것이 가능하다. 이와 같은 조인트 형식의 용융 용접은 패치 용접, 맞대기 용접, 필릿 용접 또는 겹침 용접으로 할 수 있다. 또한, 상기의 확산 접합체(10)의 용접 방법에 대해서는, 패치 용접 등의 구속도가 높은 형상으로 용융 용접되는 조인트 형식에 바람직하게 이용할 수 있다. 예를 들면, 열교환형 리액터에 사용되는 반응 용기는, 고온 고압에서 부식성이 높은 유체를 취급하기 위해, 두꺼운 판의 Ni 합금 부재로 형성되어 있는 고강성의 반응 용기이다. 이 반응 용기는, Ni 합금 부재를 확산 접합하여 형성한 확산 접합체로 된다. 이 반응 용기를, 두꺼운 판의 플랜지에 장착할 때는, 반응 용기를 플랜지에 패치 용접한다.
반응 용기와 플랜지의 강성이 각각 높고, 이들의 부품이 패치 용접되기 때문에, 본용접에 수반하는 변형이 보다 커진다. 이와 같은 구속이 커지는 패치 용접의 경우라도, 반응 용기의 확산 접합부를 포함하는 용접 영역에 완충층을 형성한 후에, 완충층의 위로부터 플랜지와 본용접하여 접합함으로써, 반응 용기의 확산 접합부의 균열을 억제할 수 있다.
이상, 상기 구성에 의하면, 금속 부재끼리를 확산 접합하여 형성한 확산 접합체의 확산 접합부를 포함하는 용접 영역에, 확산 접합부보다 연성이 큰 완충층을 형성하는 완충층 형성 공정과, 확산 접합체에 있어서의 완충층이 형성된 용접 영역과, 다른 부재를 완충층의 위로부터 용융 용접하여 접합하는 용접 공정을 포함하는 것부터, 용융 용접에 수반하는 변형을 완충층으로 흡수하여 완충시키므로, 확산 접합부의 균열을 억제할 수 있다.
<실시예>
확산 접합체의 용접 시험을 행하였다.
(비교예)
먼저, 비교예의 용접 방법에 대하여 설명한다. 확산 접합체는, 복수의 Ni 합금 부재를 확산 접합하여 형성하였다. Ni 합금 부재는, 헤인즈 합금(230)으로 형성하였다. 확산 접합체는, Ni 합금 부재끼리의 사이에 확산 접합부를 가지고 있다. 비교예의 용접 방법에서는, 확산 접합체의 확산 접합부를 포함하는 용접 영역과, 금속제 블록을 아크 용접하여 용접층을 형성하고, 확산 접합체와 금속제 블록을 접합하였다. 용접 재료로는 헤인즈 합금(230)과 같은 합금 조성의 재료를 사용하였다.
아크 용접 후에, 용접층의 바로 아래의 확산 접합부를 광학현미경으로 관찰하였다. 도 7은, 비교예의 용접 방법에 있어서의 아크 용접 후의 광학현미경에 의한 관찰 결과를 나타내는 사진이고, 도 7의 (a)는, 용접층의 바로 아래의 확산 접합부의 단면을 나타내는 사진이며, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)에 나타내는 균열의 확대 사진이다. 용접층의 바로 아래의 확산 접합부에서 몇㎜ 이상의 관통한 균열이 발생하였다. 그리고, 모재인 Ni 합금 부재나 용접층에는, 균열이 발생하지 않았다.
(실시예)
다음에, 실시예의 용접 방법에 대하여 설명한다. 확산 접합체에는, 비교예의 용접 방법에서 사용한 확산 접합체와 동일한 것을 사용하였다. 먼저, 확산 접합체의 확산 접합부를 포함하는 용접 영역에, 육성 용접에 의해 완충층을 형성하였다. 육성 용접은 TIG 용접을 이용하였다. 용접 조건은 아크 전압 12V, 용접 전류 80A, 용접 속도 100㎜/min으로 하였다. 육성 용접은 필러 있음으로 하였다. 필러로는, 헤인즈 합금(230)과 동일한 합금 조성의 재료를 사용하였다. 육성 용접은 2패스 행하고, 2층의 육성층으로 이루어지는 완충층을 형성하였다. 완충층의 두께는 2.5㎜로 하였다. 완충층을 형성한 후에, 초음파 탐상 검사 및 침투 탐상 검사를 행하고, 완충층이나, 완충층의 바로 아래의 확산 접합부에 균열이 발생하지 않은 것을 확인하였다.
다음에, 완충층이 형성된 용접 영역과, 금속제 블록을, 완충층의 위로부터 아크 용접하여 용접층을 형성하고, 확산 접합체와 금속제 블록을 접합하였다. 아크 용접은, 비교예의 용접 방법과 동일하게 하였다. 용접 재료로는, 헤인즈 합금(230)과 동일한 합금 조성의 재료를 사용하였다. 아크 용접 후에, 용접층을 제거하고, 완충층과, 완충층의 바로 아래의 확산 접합부를 광학현미경으로 관찰하였다.
도 8은, 실시예의 용접 방법에 있어서의 아크 용접 후의 광학현미경에 의한 관찰 결과를 나타내는 사진이고, 도 8의 (a)는, 완충층의 바로 아래의 확산 접합부를 나타내는 사진이며, 도 8의 (b)는, 도 8 (a)의 확대 사진이다. 완충층과, 완충층의 바로 아래의 확산 접합부에서는, 균열의 발생은 인지되지 않았다. 이들의 결과로부터, 확산 접합부를 포함하는 용접 영역에 완충층을 형성하고, 완충층의 위로부터 아크 용접하는 것에 의해, 아크 용접에 수반하는 변형이 완충층으로 흡수되어 완충되고, 확산 접합부의 균열을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
<산업상 이용 가능성>
본 개시는, 용융 용접에 수반하는 변형을 완충층으로 흡수하여 완충하는 것으로부터, 확산 접합체의 확산 접합부의 균열을 억제 가능해지므로, 열교환형 리액터의 반응 용기 등에 유용한 것이다.

Claims (5)

  1. 금속 부재끼리를 확산 접합하여 형성한 확산 접합체와, 다른 부재를 용융 용접에 의해 접합하는 확산 접합체의 용접 방법으로서,
    상기 확산 접합체의 확산 접합부를 포함하는 용접 영역에, 상기 확산 접합부보다 연성이 큰 완충층을 형성하는 완충층 형성 공정; 및
    상기 완충층이 형성된 용접 영역과, 상기 다른 부재를, 상기 완충층의 위로부터 용융 용접하여 접합하는 용접 공정;
    을 포함하는, 확산 접합체의 용접 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 완충층 형성 공정은, 상기 완충층을 육성 용접(overlay welding)으로 형성하는, 확산 접합체의 용접 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 완충층 형성 공정은, 상기 완충층을 분말 소결, 초음파 접합, 마찰 압접(壓接), 마찰 육성, 마찰 교반 접합, 마찰 교반 프로세스, 확산 접합, 경납땜(brazing), 전자(電磁) 압접 또는 폭착(爆着) 중 어느 하나의 프로세스에 의해 형성하는, 확산 접합체의 용접 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확산 접합체는, 상기 다른 부재에 조인트 형식으로 용융 용접되는, 확산 접합체의 용접 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조인트 형식의 용융 용접은, 패치 용접(patch welding), 맞대기 용접(butt welding), 필릿 용접(fillet welding) 또는 겹침 용접(lap welding)인, 확산 접합체의 용접 방법.
KR1020197023503A 2017-01-24 2018-01-18 확산 접합체의 용접 방법 KR102232051B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2017-010001 2017-01-24
JP2017010001A JP6897110B2 (ja) 2017-01-24 2017-01-24 拡散接合体の溶接方法
PCT/JP2018/001338 WO2018139327A1 (ja) 2017-01-24 2018-01-18 拡散接合体の溶接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190107073A true KR20190107073A (ko) 2019-09-18
KR102232051B1 KR102232051B1 (ko) 2021-03-24

Family

ID=62978900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197023503A KR102232051B1 (ko) 2017-01-24 2018-01-18 확산 접합체의 용접 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11498145B2 (ko)
EP (1) EP3575027B1 (ko)
JP (1) JP6897110B2 (ko)
KR (1) KR102232051B1 (ko)
CN (1) CN110198802B (ko)
CA (1) CA3051048C (ko)
DK (1) DK3575027T3 (ko)
WO (1) WO2018139327A1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6149789A (ja) * 1984-08-15 1986-03-11 Nippon Kokan Kk <Nkk> クラツド鋼管の円周溶接方法
JP2010234419A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Ihi Corp 異材継手構造及びその製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS607591B2 (ja) * 1979-07-31 1985-02-26 三菱重工業株式会社 クラツドパイプ製作方法
SE447804B (sv) * 1983-04-20 1986-12-15 Kuroki Kogyosho Kk Forfarande for framstellning av sammansatta stalror
JPH01103966A (ja) 1987-10-16 1989-04-21 Toshiba Corp セラミックス−金属接合体
JPH01210171A (ja) * 1988-02-15 1989-08-23 Nippon Steel Corp ステンレス鋼或いはニッケル基合金と炭素鋼との溶接方法
JPH0724577A (ja) * 1993-07-13 1995-01-27 Kubota Corp クラッド管の突合せ溶接方法
JP2007050439A (ja) 2005-08-19 2007-03-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 多重管の接合方法及び多重管
US20070221705A1 (en) 2006-03-24 2007-09-27 Arnett Michael D Buttered welding of superalloys
CN101633074A (zh) * 2009-07-16 2010-01-27 西安交通大学 一种内覆薄壁不锈钢复合管的环焊缝焊接方法
WO2011109567A1 (en) 2010-03-02 2011-09-09 Thomas Yuschak Welded, laminated apparatus, methods of making, and methods of using the apparatus
JP6384894B2 (ja) 2013-11-11 2018-09-05 新日鐵住金株式会社 金属ナノ粒子を用いた金属接合構造及び金属接合方法並びに金属接合材料
WO2015068853A1 (ja) 2013-11-11 2015-05-14 新日鐵住金株式会社 金属ナノ粒子を用いた金属接合構造及び金属接合方法並びに金属接合材料
JP6149789B2 (ja) * 2014-04-23 2017-06-21 Ｊｆｅスチール株式会社 鋼の連続鋳造方法
US10260370B2 (en) 2014-12-10 2019-04-16 General Electric Company Nanostructured ferritic alloy components and related articles
CN105127562B (zh) * 2015-09-30 2017-04-12 青岛兰石重型机械设备有限公司 一种不锈钢复合板与奥氏体不锈钢间焊接接头的焊接方法
CN107030359B (zh) * 2017-06-01 2020-01-14 中国石油大学(华东) 双金属机械复合管焊接工艺

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6149789A (ja) * 1984-08-15 1986-03-11 Nippon Kokan Kk <Nkk> クラツド鋼管の円周溶接方法
JP2010234419A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Ihi Corp 異材継手構造及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Fabrication and design aspects of high-temperature compact diffusion bonded heat exchangers, Nuclear Engineering and Design249(2012) 49-56

Also Published As

Publication number Publication date
CN110198802A (zh) 2019-09-03
CN110198802B (zh) 2021-09-24
DK3575027T3 (da) 2022-04-19
KR102232051B1 (ko) 2021-03-24
EP3575027A1 (en) 2019-12-04
CA3051048A1 (en) 2018-08-02
JP2018118261A (ja) 2018-08-02
WO2018139327A1 (ja) 2018-08-02
US20190337078A1 (en) 2019-11-07
CA3051048C (en) 2021-05-11
JP6897110B2 (ja) 2021-06-30
EP3575027B1 (en) 2022-02-23
EP3575027A4 (en) 2020-11-25
US11498145B2 (en) 2022-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008105087A (ja) 鉄部材とアルミニウム部材の接合方法及び鉄−アルミニウム接合体
KR20070030670A (ko) 폭발 용접된 중간 부재를 구비한 재료 복합체
JP2007253238A (ja) 超合金のバタリング溶接
Kumar et al. A review on critical aspects of 316ln austenitic stainless steel weldability
Ventrella et al. Pulsed Nd: YAG laser welding of Ni-alloy Hastelloy C-276 foils
JP4915251B2 (ja) 低合金鋼母材のクラッド溶接構造
Frank Flux-free laser joining of aluminum and galvanized steel
Devendranath Ramkumar et al. Effect of filler metals on the weldability and mechanical properties of multi-pass PCGTA weldments of AISI 316L
Świerczyńska et al. The effect of welding conditions on mechanical properties of superduplex stainless steel welded joints
KR20190107073A (ko) 확산 접합체의 용접 방법
EP3389918A1 (en) Process of butt-welding a laminated item, and an assembly comprising a butt-welded laminated item
Açar et al. Weldability of dissimilar stainless steels by MIG welding with different gas combinations
RU2450197C1 (ru) Узел соединения трубопровода из нержавеющей стали с сосудом из титанового сплава и способ его изготовления
JP4350490B2 (ja) 耐食性薄金属シートによる防食構造
KR101702264B1 (ko) 이종금속간의 용접성을 향상 시킨 바이메탈릭 용접 스터드
JP7085368B2 (ja) 溶接施工方法、及び、放射性物質格納容器
Vollertsen Developments and trends in laser welding of sheet metal
Kalaiselvan et al. Laser beam welding of Ti/Al dissimilar thin sheets—A literature review
Schedewy et al. Multi-pass-narrow-gap-laser-beam-welding of hot crack sensitive thick aluminum plates
JPH0615110B2 (ja) 片面溶接法
JP2009248095A (ja) Ｎｉ基溶接材料を用いた溶接方法
JP3007243B2 (ja) レ形開先多層溶接における裏波溶接ビードの開先斜め側ルート止端部の折れ込み防止方法
Ahola et al. Fatigue performance of GMA-brazed non-load carrying joints made of ultra-high-strength steel
JP2005000989A (ja) 鉄系材料とアルミニウム系材料との接合方法および接合継手
Tiyasri et al. Welding procedure development for welding of high strength carbon steel cladded with austenitic stainless steel 316L by using overmatching filler metal

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant