JPH05220584A - 金属部材の接合方法およびその接合用部材 - Google Patents

金属部材の接合方法およびその接合用部材

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JPH05220584A
JPH05220584A JP6142592A JP6142592A JPH05220584A JP H05220584 A JPH05220584 A JP H05220584A JP 6142592 A JP6142592 A JP 6142592A JP 6142592 A JP6142592 A JP 6142592A JP H05220584 A JPH05220584 A JP H05220584A
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孝夫 冷水
Noboru Yamamoto
登 山本
Shigeyuki Inagaki
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 拡散接合作業の作業能率が得られ、しかも安
定した接合品質が得られる接合方法、および接合部材を
提供することにある。 【構成】 一対の金属部材20および22による挟圧に
先立って、それら一対の金属部材20および22のうち
の少なくとも一方の接合面にインサート金属28が固着
されることから、インサート金属28を一対の接合面間
に正しく位置させた状態で一対の金属部材20および2
2に挟持させるという面倒な作業が不要となるので、接
合作業の能率が好適に改善される。しかも、一対の金属
部材20および22の接合面の少なくとも一方の上にイ
ンサート金属28を固着することによってインサート金
属28の位置のばらつきが殆ど解消されるので、安定し
た接合品質が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固相状態の金属部材に
挟圧されたインサート金属を溶融させた後に等温凝固さ
せることによりそれら金属部材を接合する接合方法、お
よびその接合方法に用いられる接合部材に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】溶融することなく、固相状態で、著しい
変形を伴わないで一対の金属部材を接合する拡散溶接が
知られている。このような拡散溶接では、形状変形を伴
わないで接合ができることから、所望の寸法精度を有す
る構造物を精密に制作できる特徴がある。このような拡
散溶接の一種に、一対の金属部材の間に、それらの金属
部材より低融点のインサート金属を挟圧した状態でその
インサート金属を加熱して溶融させた後、そのインサー
ト金属を等温凝固させることにより一対の金属部材を接
合する接合方法がある。TLP(transient liquid pha
se bonding)法と称される接合方法がそれである。
【0003】
【発明が解決すべき課題】ところで、上記インサート金
属の等温凝固を利用した接合方法を適用した接合作業で
は、数十ミクロン程度の極めて軽薄なインサート金属片
を一方の金属部材の接合面の上に載置する一方、他方の
金属部材の接合面をその一方の金属部材の接合面に当接
させてインサート金属片を挟圧する作業を必要とするの
であるが、そのインサート金属片を一対の接合面間に正
しく位置させた状態で挟持させる作業が極めて面倒であ
るために作業能率が得られないだけでなく、インサート
金属片の位置のばらつきによって接合品質もばらつくと
いう欠点があった。
【0004】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その第1の目的とするところは、拡散接合
作業の作業能率が得られ、しかも安定した接合品質が得
られる接合方法を提供することにある。また、第2の目
的とするところは、拡散接合作業の作業能率が得られ、
しかも安定した接合品質が得られる接合部材を提供する
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための第1の手段】かかる目的を達成
するための本発明の要旨とするところは、一対の金属部
材の間に、それらの金属部材より低融点のインサート金
属を挟圧した状態でそのインサート金属を加熱して溶融
させた後、そのインサート金属を等温凝固させることに
より該一対の金属部材を接合する接合方法であって、前
記一対の金属部材による挟圧に先立って、それら一対の
金属部材のうちの少なくとも一方の接合面に前記インサ
ート金属を固着することにある。
【0006】
【課題を解決するための第2の手段】また、本発明の他
の態様の要旨とするところは、インサート金属を等温凝
固させることによりそのインサート金属を挟む一対の金
属部材を接合する接合方法に用いられる接合用部材であ
って、接合面を有する金属部材と、該接合面に固着され
たインサート金属とを有することにある。
【0007】
【作用および第1発明、第2発明の効果】このようにす
れば、一対の金属部材による挟圧に先立って、それら一
対の金属部材のうちの少なくとも一方の接合面にインサ
ート金属が固着されるので、インサート金属片を一対の
接合面間に正しく位置させた状態で一対の金属部材に挟
持させるという面倒な作業が不要となり、作業能率が好
適に改善される。しかも、接合面上における固着によっ
てインサート金属片の位置のばらつきが殆ど解消される
ので、安定した接合品質が得られるのである。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一適用例を図面に基づいて詳
細に説明する。
【0009】図1は、TLP(transient liquid phase
bonding)法と称される接合方法を適用した拡散接合装
置を示している。図において、基台10には、ガイドレ
ール12が垂直方向に設けられたガイドポスト14が立
設されており、そのガイドレール12により可動部材1
6が基台10に対して垂直方向に案内されるようになっ
ている。
【0010】上記基台10および可動部材16の互いに
対向する面には、接合されるべき一対の金属部材20お
よび22をそれぞれ保持するための一対のチャック装置
24および26が固設されている。本実施例の金属部材
20および22は、丸状、角状、或いは管状など断面形
状を備えた長手状部材であって、上記チャック装置24
および26に保持されることにより互いの軸心が一致さ
せられて、接合面が互いに平行な状態で対向させられる
ようになっている。
【0011】前記可動部材16はガイドポスト14の背
面側に固定された油圧シリンダ18により垂直方向に駆
動されるようになっており、可動部材16は、金属部材
20および22のチャック装置24および26への装着
が容易とするために非接合時には上昇位置に位置させら
れるが、接合時にはインサート金属28を金属部材20
および22の接合面間に挟圧させるために所定の推力で
基台10に向かって駆動される。
【0012】そして、高周波誘導加熱コイル30を外部
に備えた容器32が、ガイドポスト14に着脱可能に固
定されている。この容器32は、硬質ガラス、石英のよ
うな無機材料から構成されており、金属部材20および
22の接合側端部を嵌め入れた状態で収容するようにな
っている。
【0013】上記のように構成された拡散接合装置を用
いて接合する場合には、可動部材16が上昇位置に位置
させた状態で、金属部材20をチャック装置24に固定
する。この金属部材20の接合面にはシート状のインサ
ート金属28が接着剤34を用いて予め固着されてい
る。次いで、金属部材22をチャック装置26に固定し
た後、或いはそれに先立って容器32内に金属部材20
の上端部を嵌め入れてその容器32をガイドポスト14
に固定する。図2の(a) はこの状態を示している。
【0014】その後、可動部材16を下降させることに
より、金属部材22の下端部を容器32内に嵌め入れる
とともに、その金属部材22の下端部を金属部材20の
上端部に突き当て、所定の荷重の押圧状態を持続させる
ことにより、インサート金属28が金属部材20および
22の接合面間で挟圧されるようにする。図2の(b)は
この状態を示している。
【0015】そして、図示しないガス供給循環装置を用
いて容器32内にアルゴン、窒素などの不活性ガスを充
満させることにより金属部材20および22の接合面付
近を不活性雰囲気とした後、高周波誘導加熱コイル30
を駆動して金属部材20および22の接合面付近および
シート状のインサート金属28を加熱し、所定の温度に
1乃至数分間保持する。上記金属部材20および22は
たとえばS45C鋼やSTKM13A機械構造用鋼管の
ような鉄系金属である一方、上記インサート金属28は
たとえばJIS Z 3265により規定されているニッケルろう
(Nickel Brazing Filer Metals )のB Ni-1乃至B Ni-5
のいずれかのような、金属部材20および22よりも低
融点の金属が選択されており、上記高周波誘導加熱コイ
ル30の加熱は、金属部材20および22の融点より低
く且つインサート金属28の融点より高い温度となるよ
うに制御される。
【0016】上記の加熱によってインサート金属28が
溶融させられると、その中に含有されている硼素B或い
は燐Pが金属部材20および22内へ拡散することか
ら、インサート金属28自体の融点が高くなって等温凝
固するので、金属部材20および22が相互に接合され
る。図2の(c) はこの状態を示している。インサート金
属28は、硼素Bが添加されることにより融点が下げら
れている50μmm程度の非晶質のシート状ニッケル合金
であるが、その硼素Bの濃度が拡散によって低下するこ
とにより、たとえば図3のB−Niろうの状態図に示す
ように、a点に示す液相からb点に示す固相へ変化して
凝固するのである。なお、インサート金属28を接合面
に固着した接着剤34は、上記の加熱により分解してガ
ス化するので、本発明者等による分析によれば残渣は認
められなかった。
【0017】次に、本発明者等による実験例を具体的に
説明する。
【0018】実験例1 (接合条件) 被接合材料:S45C鋼(50mmφ) インサート金属の材質:BNi−3(JIS Z 3265) インサート金属の形状:厚み50μmmのシート状薄膜 接合温度:1150℃ 接合時間:3min 接合面圧:0.5kgf /mm2 雰囲気:アルゴンガス (接合結果)インサート金属を固着した接着剤の種類、
その使用量、接着面の数の異なる各試料について、上記
の接合条件下で接合し、それらの試料の破断位置および
評価結果を、表1に示す。すなわち、試料No.1はインサ
ート金属を予め接合面に固着しないで接合した比較例で
あり、試料No.2、試料No.3、試料No.4はアクリル系接着
剤を用いてインサート金属を接合面に予め接着したもの
であり、試料No.3、試料No.4は相対向する一対の接合面
に対してインサート金属をそれぞれ接着したものであ
る。接合された試料に引張荷重をかけて破断させたとき
の破断位置はいずれも母材であるため、各試料の接合強
度はいずれも満足すべきものであったが、インサート金
属のセット時間が長くかかるために試料No.1の総合的な
評価は三角印となっている。
【0019】
【表1】
【0020】実験例2 (接合条件) 被接合材料:STKM13A機械構造用鋼管(50.8mm
φ,3.2mm t ) インサート金属の材質:BNi−5(JIS Z 3265) インサート金属の形状:厚み40μmmのシート状薄膜 接合温度:1200℃ 接合時間:1min 接合面圧:0.3kgf /mm2 雰囲気: 窒素ガス (接合結果)インサート金属の固着法、インサート金属
を固着した接着面の数の異なる各試料について、上記の
接合条件下で接合し、それらの試料の破断位置および評
価結果を、表2に示す。すなわち、試料No.11 はインサ
ート金属を予め接合面に固着しないで接合した比較例で
あり、試料No.12 はインサート金属を接着材を用いて予
め一方の接合面に固着したもの、試料No.13 はインサー
ト金属をアークスポット溶接を用いて予め一方の接合面
に固着したもの、試料No.14 はインサート金属を抵抗ス
ポット溶接を用いて予め双方の接合面に固着したもの、
試料No.15 はインサート金属をレーザ溶接を用いて予め
一方の接合面に固着したもの、試料No.16 はインサート
金属を電子ビーム溶接を用いて予め一方の接合面に固着
したものである。接合された試料に引張荷重をかけて破
断させたときの破断位置はいずれも母材であることか
ら、各試料の接合強度はいずれも満足すべきものであっ
たが、インサート金属のセット時間が長くかかるために
試料No.11 の総合的な評価は三角印となっている。
【0021】
【表2】
【0022】前記の拡散接合装置に適用された接合方
法、或いはインサート金属28が予め接合面に固着され
た金属部材20、22によれば、一対の金属部材20お
よび22による挟圧に先立って、それら一対の金属部材
20および22のうちの少なくとも一方の接合面にイン
サート金属28が固着されることから、インサート金属
28を一対の接合面間に正しく位置させた状態で一対の
金属部材20および22に挟持させるという面倒な作業
が不要となるので、接合作業の能率が好適に改善され
る。しかも、一対の金属部材20および22の接合面の
少なくとも一方の上にインサート金属28を固着するこ
とによってインサート金属28の位置のばらつきが殆ど
解消されるので、安定した接合品質が得られる。
【0023】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。
【0024】たとえば、前述の実施例において、金属部
材20の接合面にはシート状のインサート金属28が接
着剤34を用いて予め固着されているが、金属部材22
の接合面であってもよく、また、チャック装置24に固
定された後、或いは容器32へ挿入後に固着されてもよ
い。
【0025】また、前述の実施例において、シート状の
インサート金属28が接着剤34を用いて金属部材20
の接合面に予め固着されているが、アークスポット溶
接、抵抗スポット溶接、レーザビーム溶接、電子ビーム
溶接、鍍金、蒸着などの他の固着手段により、インサー
ト金属28が接合面に固着されていてもよいのである。
【0026】また、前述の図1に示す接合装置では、高
周波誘導加熱コイル30を外部に備えた容器が用いられ
ているが、内部に備えた容器であってもよく、また、内
部の雰囲気が真空にされる容器であってもよい。
【0027】また、前述の拡散接合装置では、非接合材
料である金属部材20および22としてS45C鋼やS
TKM13A機械構造用鋼管が用いられていたが、他の
金属材料であってもよい。要するに、インサート金属2
8よりも融点が高い金属であればよいのである。また、
前述の拡散接合装置では、インサート金属28としてニ
ッケルろうが用いられていたが、他の金属であってもよ
い。要するに、金属部材20および22よりも融点が低
く且つそれに含まれる物質の拡散により等温凝固する性
質を備えた金属であればよいのである。
【0028】なお、上述したのはあくまでも本発明の一
実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法が適用される拡散接合装置の一例の
構成を説明する図である。
【図2】図1に拡散接合装置を用いて接合する工程を説
明する図である。
【図3】図1および図2の拡散接合において用いられる
インサート金属であるB−Niろうの状態図である。
【符号の説明】
20,22 金属部材(接合部材) 28 インサート金属

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の金属部材の間に、該金属部材より
    低融点のインサート金属を挟圧した状態で該インサート
    金属を加熱して溶融させた後、該インサート金属を等温
    凝固させることにより該一対の金属部材を接合する接合
    方法であって、 前記一対の金属部材による挟圧に先立って、該一対の金
    属部材のうちの少なくとも一方の接合面に前記インサー
    ト金属を固着することを特徴とする金属部材の接合方
    法。
  2. 【請求項2】 インサート金属を等温凝固させることに
    より該インサート金属を挟む一対の金属部材を接合する
    接合方法に用いられる接合用部材であって、 接合面を有する金属部材と、該接合面に固着されたイン
    サート金属とを有することを特徴とする接合用部材。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008078042A (ja) * 2006-09-22 2008-04-03 Toshiba Corp イオン源電極及びその製造方法
JP2009241111A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Nippon Steel Corp 液相拡散接合用金属部材
CN117019530A (zh) * 2023-07-24 2023-11-10 苏州鼎佳精密科技股份有限公司 新能源硅胶密封垫自动化点胶热压设备

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