JPH0255155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は部品を熱間静水圧プレスにより複合機
械要素に溶接する方法に関する。非常に良好な結
合は結合が接触面の材料の拡散により得られるよ
うな高温度で相互に部品を加圧することによつて
２つの固体部品間に得ることができることが知ら
れている。この結合を得るため熱間静水圧プレス
を用いることは、エス・ジエー・パプロツチ（S.
J.Paprochi）、イー・エス・ホツジ（E.S.Hodge）
およびピー・アイ・グリツプシヨバー（P.I.
Gripshover）による題名「ガス加圧結合」デ
イ・エム・アイ・シー・レポート159、昭和36年
９月25日発行から知られる。発行者はバツテル・
メモリアル・インスチチユートのデフエンス・メ
タル・インフオメーシヨン・センターである。こ
の刊行物は普通の溶接方法により互いに結合でき
ない、あるいは非常に高い原価でのみできる、材
料の部品の例を与える。気密の薄板金鋳造が用い
られ、複雑な充填装置が最終製品の異なる部品に
間隙を生じるため必要である。記載された方法は
複雑な構成部分の工業的製造のために特に良く適
用されるものではない。

本発明は異なる構成部分を熱間静水圧プレスに
より溶接することによつて、複合機械要素を製造
する工業的に適用可能な方法を提供することを目
的とするものである。この方法は、例えば羽根を
リングに溶接することによる案内羽根リングの製
造、羽根をデイスクに溶接することによるタービ
ンホイールの製造のためと、数個の基本的な構成
部分の弁ハウジングの組立品、相互にあるいは純
粋な金属材料あるいは弁座におけるステライトの
摩耗リング、等に対する繊維複合材料の要素の付
属装置のために用いられる。

本発明によると、部品は相互に結合される表面
が完全にまたは部分的に互いに接触するように形
成される。案内羽根またはローター羽根のための
リングあるいはデイスクの凹部は、締りばめが得
られらるような寸法を適宜与えられる。羽根は挿
入の間、間隙が取り付けの間あるような低い温度
まで冷却され、周囲の表面が所望の接触圧力を有
する締りばめがリングまたはデイスクと同様な温
度まで加熱された後得られる。羽根は液体窒素に
より冷却される。部品間の接合個所を横切つて押
し離されることのできる溶剤または軟化剤からな
るスラリーまたはペーストおよびともに結合され
るべき部品の１つの合金と同じ組成を有する微細
粒の金属粉末が用いられる。もしも部品が異なつ
た組成を有すると、互いに結合されるべき構成部
分の合金と同じ組成を有する２つの粉末からなる
粉末混合を用いることも可能である。接合個所は
ある温度でガス不滲透性層を形成する多孔質ガラ
ス層により覆われ、その後複合本体は部品間の境
界層で拡散結合が得られるような非常に高い温度
で全面ガス圧力を受け、部品はガラス粉末層によ
り完全に囲まれることができる。多孔質ガラス層
は流体、例えば水またはアルコールまたは軟化剤
と混合された中で懸架状態でも用いられる。金属
粉末層に最も近くに高い融点を有するガラスの
層、この層の外側に低い融点を有するガラスの層
が用いられる。加熱の間、外側の層は緊密なガス
不滲透性層を先づ形成する。ガラス揮発性にな
り、本体から流出するようになるとき、高い融点
を有するガラス粉末は圧力ガスが結合個所に滲透
することを防ぐガス不滲透性層を形成する。結合
個所に最も近い金属粉末層はともに結合されるべ
き表面間にガラスが滲透することを防ぐ。ガラス
の滲透は企図した結合を不可能にする。ガラス層
および粉末体の静水圧プレスの応用は日本出願の
昭和52年第8198号および昭和54年第162870号に記
載されている。

不純物は結合を悪くしあるいは不可能にする。
それ故結合されるべき表面は汚れのないことが重
要である。もし部品が正しく形成され、準備され
ると、接合個所は部品の材料と同様に強い。粒度
成長、偏折および気孔の形成のような慣例の溶接
において生じる接合個所内および周りの材料の悪
化は、HIP溶接の間で避けられる。違つた方法で
ともに溶接できない異なる金属は結合することが
できる。結合されるべき表面は結合される前に清
められる。ある金属に対しては表面が、脱脂され
ることで十分であり、他の金属に対しては、注意
深い清浄例えば酸洗いあるいは、有効な方法で例
えば酸化物のような表面の被覆を除去することが
できるように高い温度で窒素ガス雰囲気の還元が
要求される。窒素ガスによる還元は複合構成部分
にも行なわれ、その結合個所はガラス粉末の融点
温度以下の温度で圧力炉内に準備される。

もし結合個所に最も近い金属層は45μｍより小
さい粒度を有する粉末からなり、この層内へガラ
スによる滲透は十分の一または十分の数mmの大き
さのオーダーである。普通、この滲透は言及す価
値のある範囲まで複合材料の強度を悪くしない。
ガラス層の除去を容易にするため、かんらん石、
1700℃から1800℃までの融点を有するマグネシウ
ム アルミニウム珪酸塩、石英あるいは他の材料
のような困難な溶融材料の粉末層が金属粉末層に
加えて用いられる。かんらん石は、鋼および興味
ある他の材料例えばこの方法が用いられる超合金
と同じ膨脹係数を有するので優れた適切な材料で
ある。加熱するとき、同じ膨脹は加熱するとき層
内に亀裂を形成しないことを意味する。ある粉末
層は、加熱する間有害なかつ強度を減ずる不純物
を吸収するゲツター材料を有する。加圧後のガラ
ス層を除去する容易な他の方法は、金属粉末層お
よびガラス金属表面に粘着することを防ぐボロン
窒化物の層で他の表面を被覆することである。

相互に結合されるべき表面の清浄に対する要求
は良好な結合が得られることができるため大きい
ので、用いられる懸架作用物、溶剤または軟化剤
は完全に押し離されることが可能であり、表面上
に被覆を残してはならない。アルコールを用いる
ことができる。パラメータの圧力、温度および時
間は材料による。準備された機械要素は１〜０・
01ミリバールの真空内で約0.5時間室温で先づ脱
ガスされる。脱ガスは圧力炉内で行なわれる。も
し脱酸が要求されると、炉は脱ガス後大気圧力ま
で窒素ガスで満され、温度が脱酸のため適宜なレ
ベルまで増加される。圧力が温度によるレベルま
で上昇し、１から２時間の間維持される。銅合金
に対して、約300℃の温度が適当な温度であり、
鉄基合金に対しては約800℃の温度が適当である。
温度は濃いガス層が形成されるレベルまで増加さ
れ、その後圧力ガス例えば窒素、アルゴンまたは
ヘリウムが供給され、温度は拡散結合に必要とさ
れるレベルまで増加される。完成されたサイクル
の後、炉は適当な取り出し温度に冷却でき、装入
物は移され、仕上げされた機械要素は例えばブラ
ストにより清掃される。

もし窒素ガスによる脱酸が必要でないと、準備
された本体は400℃でまたは高真空の下で均一な
高温度で脱ガスされる。適切な圧力は10^-2mmHg
（トル）以下である。

本発明による結合方法の非常に重要な効果は、
材料の融点より相当低い温度で結合が行なわれる
ことである。これは、相互に結合することが粒度
成長が少さく、他の好ましくない変化が遅く進行
することを意味する。この結合は追加の材料を供
給することなく、材料に影響を与えるガスまたは
他の物質を用いることがなく完全に実施される。

本発明を添付図面により詳細に説明する。図に
おいて、１は機械要素であり、２つの部品２およ
び３よりなる。部品２は部品３の凹部内に挿入さ
れる。第１図の実施例においては、接合個所４は
部品２および／または３の材料の組成と同じ組成
を有する金属粉末からなる第１の粉末層５により
覆われる。この粉末層５に加えて、かんらん石の
粉末層６が置かれる。機械要素１はガラス粉末８
を有するるつぼ７内に置かれる。ガラス粉末の上
方の高さは接合個所４を覆う層５および６の上に
ある。窒素ガス雰囲気の脱ガスおよび脱酸の間ガ
ラス粉末はガスを入れることができる。加圧前の
温度の増加のためガラス粉末は後の加圧の間接合
個所で圧力ガスの滲透を防止するガス不滲透性層
を形成する。

第２図の実施例において、金属粉末およびかん
らん石粉末をそれぞれ有する粉末層５および６
は、高融点を有するガラスの第１のガラス粉末層
１０と、低い融点を有するガラスの第２のガラス
粉末層１１により覆われる。脱ガス後の加熱の
間、ガラス粉末層１１が先づ溶融してガス不滲透
性層を形成する。温度がさらに上昇し、層１１内
のガラスが揮発性になり流出するとき、層１１の
粉末は溶融して加圧の間ガスの滲透を防止するガ
ス不滲透性層を形成する。

例 0.15％Ｃ、0.4％Mn、11.8％Cr、0.6％Mo、0.3
％Ｖ、残部Feを有するCr‐Mo‐Ｖ鋼の２部品２
および３が第１図に示される方法で相互に結合さ
れる。部品２は円錐形に切削され、部品３内に円
錐形穴が切削された。部品は組立前に脱脂され
た。接合個所４は44μｍ以下の粒度を有する粉末
の金属粉末層５により覆われ、層の厚さは２mmで
あつた。部品２および３で形成された機械要素
は、低い融点を有するガラス粉末で充たされたる
つぼ７内に置かれ、ガラス粉末は重量パーセント
で次の組成を有する。80.3％Sio₂、12.2％B₂O₃、
2.8％Al₂O₃、4.0％Na₂O、0.4％K₂O、0.3％CaO
である。脱ガスは400℃の温度および圧力10^-2mm
Hg（トル）で１時間実施された。炉は１mmHg（ト
ル）の圧力まで２回排気され、排気の間および後
に１バールの圧力を有する純粋な窒素ガスが流さ
れた。温度は1150℃まで上昇され、ガラス粉末は
溶融し、ガス不滲透性層を形成した。圧力はアル
ゴンガスにより1184.3Kg／cm²（120メガパスカル）
まで上昇せられ、圧力1184.3Kg／cm²（120メガパ
スカル）および温度1150℃で２時間保持され、完
全な結合個所が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は準備された構成部分がるつぼ内でガラ
ス粉末により囲まれた実施例を示し、第２図は圧
力炉内で処理される前の多数の粉末層で覆われた
接合個所のみの実施例を示す図である。 １：機械要素、２，３：部品、４：接合個所、
５：第１の粉末層、６：かんらん石の粉末層、
７：るつぼ、８：ガラス粉末、１０：第１のガラ
ス粉末層、１１：第２のガラス粉末層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固体材料の部品２，３を複合機械要素１に成
   るように結合するため熱間静水圧プレスによつて
   溶接する方法であつて、前記部品２，３がそれら
   を組立てることによつてそれらの互いに接合さる
   べき表面が完全にまたは部分的に相互に接触する
   ように形成されるものにおいて、 部品２，３の接合後、接合箇所４の上に前記部
   品２，３の一つの材料と実質的に同一の組成を有
   する粉末、または異なる粉末のおのおのが結合さ
   るべき部品２，３の一つの材料と実質的に同一の
   組成を有する混合粉末から成る第１の層５が設け
   られることと、 前記粉末の第１の層５の上にガラス粉末から成
   る第２の層８，１０が設けられることと、 その後、前記複合構成部分が前記ガラス粉末が
   ガス不滲透性層に変わるような温度まで在来的方
   法で加熱されることと、 その後、拡散結合が前記部品２，３間の接触面
   において生じるような高温度で前記部品２，３が
   全面ガス圧力を受けさせられることとを特徴とす
   る熱間静水圧プレスによる溶接方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   固体金属部品２，３が相互に結合されることを特
   徴とする熱間静水圧プレスによる溶接方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の方
   法において、第１の粉末層５の上に二つのガラス
   粉末層１０，１１が設けられ、外側のガラス粉末
   層１１のガラス材料は、下層のガラス粉末層１０
   のガラス材料よりも低い融点を有していることを
   特徴とする熱間静水圧プレスによる溶接方法。 ４ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の方
   法において、第１の粉末層５と第２の粉末層１０
   との間に、加圧温度より高い融点を有する例えば
   かんらん石のような材料から成る第３の粉末層６
   が設けられることを特徴とする熱間静水圧プレス
   による溶接方法。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項の何れか一
   つの項に記載された方法において、粉末層５，
   ６，１０，１１が押し離され得る溶剤または軟化
   剤から成るスラリーまたはペーストの形式で設け
   られることを特徴とする熱間静水圧プレスによる
   溶接方法。 ６ 特許請求の範囲第１項、第２項または第４項
   の何れか一つの項に記載された方法において、複
   合部品２，３がそれらの接合箇所４上に設けられ
   た金属粉末層５及び多分設けられるであろう第２
   の粉末層６と一緒にるつぼ７内に配置されること
   と、第２または第３の層を形成するガラス粉末８
   が、それぞれ、接合箇所４及びその下に在る諸層
   が覆われるように前記るつぼ７内に充填されるこ
   ととを特徴とする熱間静水圧プレスによる溶接方
   法。