JPH0364230B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0364230B2 JPH0364230B2 JP59151290A JP15129084A JPH0364230B2 JP H0364230 B2 JPH0364230 B2 JP H0364230B2 JP 59151290 A JP59151290 A JP 59151290A JP 15129084 A JP15129084 A JP 15129084A JP H0364230 B2 JPH0364230 B2 JP H0364230B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bonding
- objects
- joined
- diffusion bonding
- hip
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
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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
- 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)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
この発明は金属等の熱間等方圧プレスによる拡
散接合法の改良に関するものである。 （従来技術とその課題） 従来より、熱間等方圧プレスによる拡散接合法
が知られており、この方法では、被接合物の接合
面間を真空とし、被接合物を熱間等方圧プレス
（以下HIPと記載する）することを特徴としてい
るが、一方、この方法においては、接合時に雰囲
気ガスが接合面間に侵入すると接合強度の向上が
著しく困難となるため、この侵入を防ぐことが必
要となつている。 このため、従来のHIPによる拡散接合法では、
ガスが接合面間に侵入するのを防ぐために、(1)被
接合物の外周を真空中で電子ビーム溶接する方法
や、(2)接合しようとする部材の周縁部を押え板に
より押圧して周縁部を塑性変形によつて接合する
方法（特開昭53−37562）、あるいは(3)被接合物を
真空に排気した密封容器に封じ込める方法がとら
れてきている。 しかしながら、前記(1)の従来方法では、異種材
料の溶接時に溶接部に割れが生じやすく、接合部
を気密にすることが困難な場合が多い。また前記
(2)や(3)の方法では、複雑な封入技術を必要とする
のみならず、中空部品や複雑な形状部品の接合が
困難であり、また前記(3)の方法では、さらに被接
合物と密封容器の材料間での相互拡散に伴う問題
から、HIPの処理温度が制約されるなどの欠点が
ある。 この発明は以上のような従来法の欠点を解消す
べくなされたもので、被接合物の外周溶接や押え
板使用による周縁部接合を施すことなく、あるい
は密封容器を使用することなく、接合工程を簡略
化し、しかも高強度の接合を実現することのでき
るHIPによる拡散接合法を提供することを目的と
している。 （課題を解決するための手段） この発明は、被接合物を接触させ、真空中で被
接合物が溶融しない程度に加熱し、機械的方法で
被接合物の加圧方向の長さの変化割合あるいは接
合部での断面積の変化割合を0.05％以上となるよ
うに加圧して予備的に拡散接合し、次いで、これ
をHIP装置内で一定時間、高温高圧を加えて拡散
接合することを特徴としている。 すなわち、この発明の方法では、HIPによる被
接合物の接合面間へのガスの侵入を防ぐ方法とし
て、従来方法のようにめんどうな手段や工程を採
用することなく、真空中で機械的加圧によつて予
備的な拡散接合を行う点に特徴を有している。 この方法は、この発明の発明者によつて見出さ
れた拡散接合に関する次のような新しい科学的知
見に基づいている。 この点について説明すると、被接合物の接合面
を平坦に加工したとしても、その接合面には微小
な凹凸があり、第１図Ａはこのような面を突合せ
た時の断面の拡大図を示しているが、これを機械
的方法で加圧し、溶融しない程度に加熱すると、
凸部が変形して密着し、密着部での原子の拡散に
より接合する。接合面には凹凸があるので、第１
図Ｂに示すように、凹部から形成される空隙部が
散在する。拡散接合部での接合面積割合がおよそ
25％以上になると、この拡散接合部の空隙は外部
と遮断される。 このため、拡散接合部での接合面積割合を25％
以上とするには、接合面の粗さにも関係するが、
被接合物の長さの変化割合あるいは断面積の変化
割合（増加割合）が0.05％以上となるように、加
熱下で機械的に加圧すればよい。その変化割合が
60％を越えると空隙は変形で消失する。 たとえば、表面粗さが0.1μｍのステンレス鋼棒
材の場合には0.05％の変形割合で、接合面積割合
が25％に達するとすると、表面粗さが25μｍの場
合には、この25％の接合面積割合とするためには
0.5％の変形割合とすればよい。 このような表面粗さと変形割合との関係は、対
象とする接合品の種類によつても相違し、たとえ
ば棒材と薄板との場合でも異なる。薄板の場合に
は変形割合が大きくなる。 いずれにしても、最大60％の変形割合で、接合
割合はほぼ100％となる。 従つて、真空中で機械的方法で加熱加圧して
0.05〜60％の範囲に被接合物の長さ、またはその
断面積の変化割合を与えれば、拡散接合部の空隙
内は真空で、その空隙は外部から遮断されること
になる。次いで、これをHIP処理すると接合部の
空隙は消失し、完全な接合を行うことができる。
被接合物としては、金属、合金、セラミツクが挙
げられ、これらは同様に接合し得られ、その形状
は円柱、角柱、板状、薄板等のほか、中空品でも
適用可能である。特にこの発明においては、中空
品の拡散接合も可能であるという優れた効果も実
現される。 従来の外周溶接、あるいは周縁部の接合という
予備的手段によつてはこれは実現できなかつた。 この場合の機械的方法による加圧は、ダイスを
介して加圧する方法また、ロールにより加圧して
もよい。 この発明の方法における真空中での予備的に拡
散接合とHIP処理とは、各々別個な装置で行つて
もよいし、あるいは排気装置および機械的に加圧
する機構を併せ持つたHIP装置では連続的に接合
してもよい。 また、真空に排気できるHIP装置では、治具で
固定した被接合物を真空下で加熱し予備拡散接合
し、引き続きHIPとして拡散接合することもでき
る。 この発明の方法における予備拡散接合のための
機械的加圧装置の例を示したものが、第２図であ
る。図中の１は被接合物、２は真空容器、３は加
圧用ダイス、４は加熱用ヒータ、を示している。
この装置の作用は次の実施例において説明する。 実施例１〜５ 接合金属としてSUS304ステンレス鋼を使用し
た。接合試験片として、直径12mm、長さ30mmの棒
を、接合面はせん盤加工し、その表面粗さ2μｍ
のものを使用し、予備的に拡散接合した。 この予備拡散接合では、第２図に示した装置を
用い、被接合物１を真空容器２内に加圧用ダイス
３を介して対向して取り付け、加熱用ヒータ４で
加熱して油圧装置で加圧した。 次いで、この接合した試験片をHIP処理した。
HIP処理は1100℃、1000気圧のアルゴンガス中
で、２時間保持することによつて行つた。次の第
１表は、接合条件、引張試験結果等を示したもの
である。
散接合法の改良に関するものである。 （従来技術とその課題） 従来より、熱間等方圧プレスによる拡散接合法
が知られており、この方法では、被接合物の接合
面間を真空とし、被接合物を熱間等方圧プレス
（以下HIPと記載する）することを特徴としてい
るが、一方、この方法においては、接合時に雰囲
気ガスが接合面間に侵入すると接合強度の向上が
著しく困難となるため、この侵入を防ぐことが必
要となつている。 このため、従来のHIPによる拡散接合法では、
ガスが接合面間に侵入するのを防ぐために、(1)被
接合物の外周を真空中で電子ビーム溶接する方法
や、(2)接合しようとする部材の周縁部を押え板に
より押圧して周縁部を塑性変形によつて接合する
方法（特開昭53−37562）、あるいは(3)被接合物を
真空に排気した密封容器に封じ込める方法がとら
れてきている。 しかしながら、前記(1)の従来方法では、異種材
料の溶接時に溶接部に割れが生じやすく、接合部
を気密にすることが困難な場合が多い。また前記
(2)や(3)の方法では、複雑な封入技術を必要とする
のみならず、中空部品や複雑な形状部品の接合が
困難であり、また前記(3)の方法では、さらに被接
合物と密封容器の材料間での相互拡散に伴う問題
から、HIPの処理温度が制約されるなどの欠点が
ある。 この発明は以上のような従来法の欠点を解消す
べくなされたもので、被接合物の外周溶接や押え
板使用による周縁部接合を施すことなく、あるい
は密封容器を使用することなく、接合工程を簡略
化し、しかも高強度の接合を実現することのでき
るHIPによる拡散接合法を提供することを目的と
している。 （課題を解決するための手段） この発明は、被接合物を接触させ、真空中で被
接合物が溶融しない程度に加熱し、機械的方法で
被接合物の加圧方向の長さの変化割合あるいは接
合部での断面積の変化割合を0.05％以上となるよ
うに加圧して予備的に拡散接合し、次いで、これ
をHIP装置内で一定時間、高温高圧を加えて拡散
接合することを特徴としている。 すなわち、この発明の方法では、HIPによる被
接合物の接合面間へのガスの侵入を防ぐ方法とし
て、従来方法のようにめんどうな手段や工程を採
用することなく、真空中で機械的加圧によつて予
備的な拡散接合を行う点に特徴を有している。 この方法は、この発明の発明者によつて見出さ
れた拡散接合に関する次のような新しい科学的知
見に基づいている。 この点について説明すると、被接合物の接合面
を平坦に加工したとしても、その接合面には微小
な凹凸があり、第１図Ａはこのような面を突合せ
た時の断面の拡大図を示しているが、これを機械
的方法で加圧し、溶融しない程度に加熱すると、
凸部が変形して密着し、密着部での原子の拡散に
より接合する。接合面には凹凸があるので、第１
図Ｂに示すように、凹部から形成される空隙部が
散在する。拡散接合部での接合面積割合がおよそ
25％以上になると、この拡散接合部の空隙は外部
と遮断される。 このため、拡散接合部での接合面積割合を25％
以上とするには、接合面の粗さにも関係するが、
被接合物の長さの変化割合あるいは断面積の変化
割合（増加割合）が0.05％以上となるように、加
熱下で機械的に加圧すればよい。その変化割合が
60％を越えると空隙は変形で消失する。 たとえば、表面粗さが0.1μｍのステンレス鋼棒
材の場合には0.05％の変形割合で、接合面積割合
が25％に達するとすると、表面粗さが25μｍの場
合には、この25％の接合面積割合とするためには
0.5％の変形割合とすればよい。 このような表面粗さと変形割合との関係は、対
象とする接合品の種類によつても相違し、たとえ
ば棒材と薄板との場合でも異なる。薄板の場合に
は変形割合が大きくなる。 いずれにしても、最大60％の変形割合で、接合
割合はほぼ100％となる。 従つて、真空中で機械的方法で加熱加圧して
0.05〜60％の範囲に被接合物の長さ、またはその
断面積の変化割合を与えれば、拡散接合部の空隙
内は真空で、その空隙は外部から遮断されること
になる。次いで、これをHIP処理すると接合部の
空隙は消失し、完全な接合を行うことができる。
被接合物としては、金属、合金、セラミツクが挙
げられ、これらは同様に接合し得られ、その形状
は円柱、角柱、板状、薄板等のほか、中空品でも
適用可能である。特にこの発明においては、中空
品の拡散接合も可能であるという優れた効果も実
現される。 従来の外周溶接、あるいは周縁部の接合という
予備的手段によつてはこれは実現できなかつた。 この場合の機械的方法による加圧は、ダイスを
介して加圧する方法また、ロールにより加圧して
もよい。 この発明の方法における真空中での予備的に拡
散接合とHIP処理とは、各々別個な装置で行つて
もよいし、あるいは排気装置および機械的に加圧
する機構を併せ持つたHIP装置では連続的に接合
してもよい。 また、真空に排気できるHIP装置では、治具で
固定した被接合物を真空下で加熱し予備拡散接合
し、引き続きHIPとして拡散接合することもでき
る。 この発明の方法における予備拡散接合のための
機械的加圧装置の例を示したものが、第２図であ
る。図中の１は被接合物、２は真空容器、３は加
圧用ダイス、４は加熱用ヒータ、を示している。
この装置の作用は次の実施例において説明する。 実施例１〜５ 接合金属としてSUS304ステンレス鋼を使用し
た。接合試験片として、直径12mm、長さ30mmの棒
を、接合面はせん盤加工し、その表面粗さ2μｍ
のものを使用し、予備的に拡散接合した。 この予備拡散接合では、第２図に示した装置を
用い、被接合物１を真空容器２内に加圧用ダイス
３を介して対向して取り付け、加熱用ヒータ４で
加熱して油圧装置で加圧した。 次いで、この接合した試験片をHIP処理した。
HIP処理は1100℃、1000気圧のアルゴンガス中
で、２時間保持することによつて行つた。次の第
１表は、接合条件、引張試験結果等を示したもの
である。
【表】
なお、接合面積割合は、実施例１と同一条件で
予備的拡散接合した継手の引張破面の観察から求
めたものである。 この結果が示すように、予備的な拡散接合での
接合面積割合が25％以上となる試験片では、いず
れもHIP処理後の引張試験において母材で破断
し、強固に接合していることがわかる。上記の結
果はこの試験片の接合面の粗さが2μｍの場合で、
その接合面の粗さが0.1μｍと細かくなると、予備
的な拡散接合部の接合面積割合25％は、断面積ま
たは長さの変化割合を0.05％にすることによつて
得られる。 表面粗さを、2μｍ、6μｍ、25μｍ、および80μ
ｍ、とした場合の長さの変化割合と接合面積との
関係を示したものが第７図である。 80μｍの粗さの場合には、接合面積を100％と
するには過剰と思えるほど変形しなければならず
実際的ではない。この棒材の場合には、表面粗さ
をより小さくして予備接合することが有効とな
る。 薄板の場合には、およそ60％程度の変形割合
で、100％の接合面積を得ることも実際的となる。 なお、真空排気できるHIP装置では、第３図に
示したように、治具５に固定した被接合物を真空
下で加熱し、予備接合し、引き続いてHIP処理し
て拡散接合することもできる。 実施例 ６〜７ パイプの突合せ接合 長さ100mm、外形22mm、内径16mmのステンレス
鋼パイプについて接合を行つた。 その結果を第２表に示した。なお、予備的な接
合後のHIP処理条件は、アルゴンガス、1100℃、
1000気圧、２時間とした。第２表に示したように
接合面積割合が40％以上の試料は母材で破断し
た。 実施例 ８〜９ 中空品の接合 第４図に示したような長さ100mm、外径25mmで、
深さおよび幅各々５mmの切込みのあるステンレス
鋼棒について接合を行つた。 その結果を第３表に示した。なお、予備的な接
合後のHIP処理条件は、アルゴンガス、1100℃、
1000気圧、２時間とした。第３表に示したように
接合面積割合が35％以上の試料は母材で破断し
た。 実施例 10〜11 空冷タービン翼の接合 冷却性能を向上させる目的で、ステンレス鋼の
薄板の積層接合による空冷タービン翼の製作を行
つた。 第５図に、フオトエツチングして作製した厚さ
0.3mmステンレス鋼の空冷タービン翼製造用素材
の一例を示した。タービン翼の冷却性能を高める
ため、翼片を冷却しながら流れるように、第６図
のように、パターンが異なる翼素材400枚積層し
て予備的な拡散接合を行つた。なお、第５図の薄
板は、第６図Ｂに相当している。 その結果を第４表に示した。なお、予備的な接
合後のHIP処理条件は、アルゴンガス、1100℃、
1000気圧、２時間とした。第４表に示したように
接合面積割合が48％の試料は、引張試験で母材で
破断した。
予備的拡散接合した継手の引張破面の観察から求
めたものである。 この結果が示すように、予備的な拡散接合での
接合面積割合が25％以上となる試験片では、いず
れもHIP処理後の引張試験において母材で破断
し、強固に接合していることがわかる。上記の結
果はこの試験片の接合面の粗さが2μｍの場合で、
その接合面の粗さが0.1μｍと細かくなると、予備
的な拡散接合部の接合面積割合25％は、断面積ま
たは長さの変化割合を0.05％にすることによつて
得られる。 表面粗さを、2μｍ、6μｍ、25μｍ、および80μ
ｍ、とした場合の長さの変化割合と接合面積との
関係を示したものが第７図である。 80μｍの粗さの場合には、接合面積を100％と
するには過剰と思えるほど変形しなければならず
実際的ではない。この棒材の場合には、表面粗さ
をより小さくして予備接合することが有効とな
る。 薄板の場合には、およそ60％程度の変形割合
で、100％の接合面積を得ることも実際的となる。 なお、真空排気できるHIP装置では、第３図に
示したように、治具５に固定した被接合物を真空
下で加熱し、予備接合し、引き続いてHIP処理し
て拡散接合することもできる。 実施例 ６〜７ パイプの突合せ接合 長さ100mm、外形22mm、内径16mmのステンレス
鋼パイプについて接合を行つた。 その結果を第２表に示した。なお、予備的な接
合後のHIP処理条件は、アルゴンガス、1100℃、
1000気圧、２時間とした。第２表に示したように
接合面積割合が40％以上の試料は母材で破断し
た。 実施例 ８〜９ 中空品の接合 第４図に示したような長さ100mm、外径25mmで、
深さおよび幅各々５mmの切込みのあるステンレス
鋼棒について接合を行つた。 その結果を第３表に示した。なお、予備的な接
合後のHIP処理条件は、アルゴンガス、1100℃、
1000気圧、２時間とした。第３表に示したように
接合面積割合が35％以上の試料は母材で破断し
た。 実施例 10〜11 空冷タービン翼の接合 冷却性能を向上させる目的で、ステンレス鋼の
薄板の積層接合による空冷タービン翼の製作を行
つた。 第５図に、フオトエツチングして作製した厚さ
0.3mmステンレス鋼の空冷タービン翼製造用素材
の一例を示した。タービン翼の冷却性能を高める
ため、翼片を冷却しながら流れるように、第６図
のように、パターンが異なる翼素材400枚積層し
て予備的な拡散接合を行つた。なお、第５図の薄
板は、第６図Ｂに相当している。 その結果を第４表に示した。なお、予備的な接
合後のHIP処理条件は、アルゴンガス、1100℃、
1000気圧、２時間とした。第４表に示したように
接合面積割合が48％の試料は、引張試験で母材で
破断した。
【表】
【表】
【表】
（発明の効果）
この発明によると、従来法のHIPプレスによる
拡散接合における密封容器に封じ込むことによる
欠点を解消し得られ、また被接合物の外周溶接や
周縁部の予備接合を必要とせず、拡散接合が容易
である等の優れた効果を奏し得られる。
拡散接合における密封容器に封じ込むことによる
欠点を解消し得られ、また被接合物の外周溶接や
周縁部の予備接合を必要とせず、拡散接合が容易
である等の優れた効果を奏し得られる。
第１図はこの発明の方法における被接合物の接
合状態を示した拡大断面図である。第２図は、こ
の発明の方法における予備的に機械的加圧する装
置の一実施例を示した断面図である。第３図は、
HIP装置を利用して被接合物を予備拡散接合する
一例を示した断面図である。第４図は中空品の接
合前の形状を示した斜視図である。第４図は、空
冷エンジン翼製造用の薄板を例示した平面図であ
る。第５図は、空冷エンジン翼素材としての薄板
の積層について示した平面図である。第６図は、
この翼素材薄板の積層体の分解平面図である。第
７図は、長さの変化割合と接合面積との関係を示
した長さ変化割合と接合面積の相関図である。 １……被接合物、２……真空容器、３……加圧
用ダイス、４……加熱用ヒータ、５……固定治
具。
合状態を示した拡大断面図である。第２図は、こ
の発明の方法における予備的に機械的加圧する装
置の一実施例を示した断面図である。第３図は、
HIP装置を利用して被接合物を予備拡散接合する
一例を示した断面図である。第４図は中空品の接
合前の形状を示した斜視図である。第４図は、空
冷エンジン翼製造用の薄板を例示した平面図であ
る。第５図は、空冷エンジン翼素材としての薄板
の積層について示した平面図である。第６図は、
この翼素材薄板の積層体の分解平面図である。第
７図は、長さの変化割合と接合面積との関係を示
した長さ変化割合と接合面積の相関図である。 １……被接合物、２……真空容器、３……加圧
用ダイス、４……加熱用ヒータ、５……固定治
具。
Claims (1)
- １ 被接合物を接触させ、真空中で被接合物が溶
融しない程度に加熱し、機械的方法で被接合物の
加圧方向の長さの変化割合あるいは接合部での断
面積の変化割合を0.05〜60％の範囲で加圧して予
備的な拡散接合を行つた後に、これを熱間等方圧
プレス装置で、高温、等方圧を加えて拡散接合す
ることを特徴とする熱間等方圧プレスによる拡散
接合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15129084A JPS6130292A (ja) | 1984-07-23 | 1984-07-23 | 熱間等方圧プレスによる拡散接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15129084A JPS6130292A (ja) | 1984-07-23 | 1984-07-23 | 熱間等方圧プレスによる拡散接合法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6130292A JPS6130292A (ja) | 1986-02-12 |
| JPH0364230B2 true JPH0364230B2 (ja) | 1991-10-04 |
Family
ID=15515447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15129084A Granted JPS6130292A (ja) | 1984-07-23 | 1984-07-23 | 熱間等方圧プレスによる拡散接合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6130292A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63130280A (ja) * | 1986-11-20 | 1988-06-02 | Toshiba Corp | 接合方法 |
| US4899923A (en) * | 1988-01-14 | 1990-02-13 | Electric Power Research Institute, Inc. | High pressure bonding process |
| JPH01205889A (ja) * | 1988-02-10 | 1989-08-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 接合方法 |
| JP2521343B2 (ja) * | 1989-02-07 | 1996-08-07 | 三菱重工業株式会社 | 大型シリンダ―ライナ―およびその製法 |
| JP2862256B2 (ja) * | 1989-02-07 | 1999-03-03 | 三菱重工業株式会社 | 複合シリンダーライナーの製法 |
| JP2782630B2 (ja) * | 1989-10-17 | 1998-08-06 | 石川島播磨重工業株式会社 | 常温固相接合法 |
| JPH1157084A (ja) * | 1997-08-21 | 1999-03-02 | Japan Energy Corp | ゴルフクラブヘッド用拡散接合材料 |
| FR2949699B1 (fr) * | 2009-09-07 | 2011-09-30 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'un module a zone creuse, de preference pour la circulation de fluide |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5828036B2 (ja) * | 1976-09-20 | 1983-06-13 | ダイジヱツト工業株式会社 | 超硬合金の接合法 |
-
1984
- 1984-07-23 JP JP15129084A patent/JPS6130292A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6130292A (ja) | 1986-02-12 |
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