JPH05318143A - 鋼材の疲労強度特性に優れた接合方法 - Google Patents
鋼材の疲労強度特性に優れた接合方法Info
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- JPH05318143A JPH05318143A JP13230992A JP13230992A JPH05318143A JP H05318143 A JPH05318143 A JP H05318143A JP 13230992 A JP13230992 A JP 13230992A JP 13230992 A JP13230992 A JP 13230992A JP H05318143 A JPH05318143 A JP H05318143A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】疲労強度を改善できる鋼材の接合方法を提供す
る。 【構成】被接合材間に、被接合材の固相線温度以下の融
点を有し、かつＢを４％以下で含有するインサート材を
挿入し、接合部をこのインサート材の液相線温度＋50℃
から液相線温度＋250 ℃ (但し、被接合材の固相線温度
以下) の間に加熱保持し、その温度で、下記 (1)式で示
す加圧力（Ｆ）で加圧しながら、下記(2)式で示す時間
（Ｘ）を保持して液相拡散接合を完了させることを特徴
とする鋼材の疲労強度特性に優れた接合方法。 （ｔ／30) ≦Ｆ≦（ｔ／５）・・・・・・・・・・・・
・・・・・(1) ［(50 ×t)／Ｔ］≦Ｘ≦［（250 ×t)／Ｔ］・・・・・
・・・・・(2) 但し、Ｆ：加圧力(kgf／mm2)、ｔ：インサート材の厚さ
（μm) Ｘ：保持時間（分）、 Ｔ：加熱保持温度（℃） 【効果】本発明の液相拡散接合方法を適用することによ
り、摩擦圧接法による継手に比較し、接合部の疲労強度
特性を向上させることが可能である。
る。 【構成】被接合材間に、被接合材の固相線温度以下の融
点を有し、かつＢを４％以下で含有するインサート材を
挿入し、接合部をこのインサート材の液相線温度＋50℃
から液相線温度＋250 ℃ (但し、被接合材の固相線温度
以下) の間に加熱保持し、その温度で、下記 (1)式で示
す加圧力（Ｆ）で加圧しながら、下記(2)式で示す時間
（Ｘ）を保持して液相拡散接合を完了させることを特徴
とする鋼材の疲労強度特性に優れた接合方法。 （ｔ／30) ≦Ｆ≦（ｔ／５）・・・・・・・・・・・・
・・・・・(1) ［(50 ×t)／Ｔ］≦Ｘ≦［（250 ×t)／Ｔ］・・・・・
・・・・・(2) 但し、Ｆ：加圧力(kgf／mm2)、ｔ：インサート材の厚さ
（μm) Ｘ：保持時間（分）、 Ｔ：加熱保持温度（℃） 【効果】本発明の液相拡散接合方法を適用することによ
り、摩擦圧接法による継手に比較し、接合部の疲労強度
特性を向上させることが可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用部品などに用
いられる鋼材の接合方法に関する。
いられる鋼材の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、鋼材の圧接については、
広範囲な分野において、摩擦圧接法を用いる接合方法が
適用されている。これは、摩擦圧接法が短時間に接合が
完了するとともに、信頼性の高い継手強度及び精度が得
られるためである。
広範囲な分野において、摩擦圧接法を用いる接合方法が
適用されている。これは、摩擦圧接法が短時間に接合が
完了するとともに、信頼性の高い継手強度及び精度が得
られるためである。
【０００３】また、高能率な鋼管の突合わせ接合法とし
て、本発明者らの一人が提案した特開昭62-97784号公報
に開示されているような、加圧力をさほど厳密に規定し
ない液相拡散接合法で接合強度の向上をはかるという技
術がある。
て、本発明者らの一人が提案した特開昭62-97784号公報
に開示されているような、加圧力をさほど厳密に規定し
ない液相拡散接合法で接合強度の向上をはかるという技
術がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】摩擦圧接法は、上記の
ように優れた方法ではあるが、周知のように接合面の周
囲に、いわゆるバリが発生する。特に管の場合、管の
内、外面側にそれぞれバリが形成され、小径管の場合、
外面のバリは除去可能であるが、内面のバリは除去でき
ない場合がある。その際には切欠きが形成されているの
と同様に、このバリ部が応力集中部となって、接合部の
疲労強度が低下する危険性がある。
ように優れた方法ではあるが、周知のように接合面の周
囲に、いわゆるバリが発生する。特に管の場合、管の
内、外面側にそれぞれバリが形成され、小径管の場合、
外面のバリは除去可能であるが、内面のバリは除去でき
ない場合がある。その際には切欠きが形成されているの
と同様に、このバリ部が応力集中部となって、接合部の
疲労強度が低下する危険性がある。
【０００５】本発明の目的は、このような問題を解消し
て、疲労強度を改善できる接合方法を提供することにあ
る。
て、疲労強度を改善できる接合方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】適切な加圧条件および液
相拡散接合条件のもとでは、接合後バリの発生がなく、
しかも接合部の疲労強度が向上することが期待できるた
め、その接合条件を検討し、本発明に至った。
相拡散接合条件のもとでは、接合後バリの発生がなく、
しかも接合部の疲労強度が向上することが期待できるた
め、その接合条件を検討し、本発明に至った。
【０００７】本発明の要旨は、次の接合方法にある。
【０００８】被接合材間に、被接合材の固相線温度以下
の融点を有し、かつＢ（硼素）を４％以下で含有するイ
ンサート材を挿入し、接合部をこのインサート材の液相
線温度＋50℃から液相線温度＋250 ℃ (但し、被接合材
の固相線温度以下) の間に加熱保持し、その温度で、下
記 (1)式で示す加圧力（Ｆ）で加圧しながら、下記 (2)
式で示す時間（Ｘ）を保持して液相拡散接合を完了させ
ることを特徴とする鋼材の疲労強度特性に優れた接合方
法。
の融点を有し、かつＢ（硼素）を４％以下で含有するイ
ンサート材を挿入し、接合部をこのインサート材の液相
線温度＋50℃から液相線温度＋250 ℃ (但し、被接合材
の固相線温度以下) の間に加熱保持し、その温度で、下
記 (1)式で示す加圧力（Ｆ）で加圧しながら、下記 (2)
式で示す時間（Ｘ）を保持して液相拡散接合を完了させ
ることを特徴とする鋼材の疲労強度特性に優れた接合方
法。
【０００９】（ｔ／30) ≦Ｆ≦（ｔ／５）・・・・・・
・・・・・・・・・・・(1) ［(50 ×t)／Ｔ］≦Ｘ≦［（250 ×t)／Ｔ］・・・・・
・・・・・(2) 但し、Ｆ：加圧力(kgf／mm2)、ｔ：インサート材の厚さ
（μm) Ｘ：保持時間（分）、 Ｔ：加熱保持温度（℃） 本発明の方法に用いるインサート材は、JIS Ｚ 3265 の
ニッケルろうのような、Ｂを含有するものである。
・・・・・・・・・・・(1) ［(50 ×t)／Ｔ］≦Ｘ≦［（250 ×t)／Ｔ］・・・・・
・・・・・(2) 但し、Ｆ：加圧力(kgf／mm2)、ｔ：インサート材の厚さ
（μm) Ｘ：保持時間（分）、 Ｔ：加熱保持温度（℃） 本発明の方法に用いるインサート材は、JIS Ｚ 3265 の
ニッケルろうのような、Ｂを含有するものである。
【００１０】
【作用】接合に用いるインーサート材中には、通常Si、
Ｂ等の元素を含有させて、その融点を降下させており、
これらの元素がインーサート材中で溶融状態となるよう
に加熱し、保持時間中に被接合材中に拡散させる。その
後、凝固するときの等温凝固により液相拡散接合部が得
られる。特にインサート材中のＢはその融点を降下させ
るのに有効な元素であるが、本発明者らは、このＢの被
接合材中への拡散を十分におこなえば、疲労強度が顕著
に向上するという新しい知見を得た。
Ｂ等の元素を含有させて、その融点を降下させており、
これらの元素がインーサート材中で溶融状態となるよう
に加熱し、保持時間中に被接合材中に拡散させる。その
後、凝固するときの等温凝固により液相拡散接合部が得
られる。特にインサート材中のＢはその融点を降下させ
るのに有効な元素であるが、本発明者らは、このＢの被
接合材中への拡散を十分におこなえば、疲労強度が顕著
に向上するという新しい知見を得た。
【００１１】本発明の方法では、Ｂを４％以下で含有す
るインサート材を用いる。Ｂは、融点を低下させるのに
有効な元素であるとともに、軽元素であるため拡散速度
が速く、液相拡散接合に有効な元素でもあり、４％以下
で含有するものがよい。４％を超えると均一な組成にす
るための拡散時間が長くなり、不経済であるとともに、
接合部が脆くなる。
るインサート材を用いる。Ｂは、融点を低下させるのに
有効な元素であるとともに、軽元素であるため拡散速度
が速く、液相拡散接合に有効な元素でもあり、４％以下
で含有するものがよい。４％を超えると均一な組成にす
るための拡散時間が長くなり、不経済であるとともに、
接合部が脆くなる。
【００１２】液相拡散接合する上で、インーサート材を
十分溶融状態にする必要があるため、その加熱保持温度
を液相線温度＋50℃以上とした。この温度未満の低温加
熱保持においてＢを均一に拡散させるためには、長時間
を要し、不経済である。さらに、Ｂの拡散が不十分な場
合には、Ｂ濃度の高い脆化層が接合部近傍に形成され、
疲労強度が著しく低下する原因となることもわかった。
十分溶融状態にする必要があるため、その加熱保持温度
を液相線温度＋50℃以上とした。この温度未満の低温加
熱保持においてＢを均一に拡散させるためには、長時間
を要し、不経済である。さらに、Ｂの拡散が不十分な場
合には、Ｂ濃度の高い脆化層が接合部近傍に形成され、
疲労強度が著しく低下する原因となることもわかった。
【００１３】一方、加熱保持温度がインーサート材の液
相線温度を極端に超えて高くなった場合について、図１
により説明する。図１は、インーサート材中の融点降下
元素濃度と温度との関係を示す状態図の例である。図１
に示すように、融点降下元素濃度がＡのとき、加熱温度
Ｃ点をとると、Ｃ点より低い温度Ｂ点の場合よりも凝固
するための元素の濃度低下量が大きくなる（Ｂ−Ｂ′に
対し、Ｃ−Ｃ′の濃度差が大）ため、融点降下元素の拡
散時間が長くなる。したがって、必要な保持時間も長く
なり不経済であるとともに、被接合材が必要以上に加熱
されるため、その性能の劣化が懸念される。そこで、適
切な加熱保持温度の上限を試験、調査した結果、インサ
ート材の液相線温度＋250 ℃以下であれば短時間で接合
が完了でき、継手性能が劣化しないことがわかった。
相線温度を極端に超えて高くなった場合について、図１
により説明する。図１は、インーサート材中の融点降下
元素濃度と温度との関係を示す状態図の例である。図１
に示すように、融点降下元素濃度がＡのとき、加熱温度
Ｃ点をとると、Ｃ点より低い温度Ｂ点の場合よりも凝固
するための元素の濃度低下量が大きくなる（Ｂ−Ｂ′に
対し、Ｃ−Ｃ′の濃度差が大）ため、融点降下元素の拡
散時間が長くなる。したがって、必要な保持時間も長く
なり不経済であるとともに、被接合材が必要以上に加熱
されるため、その性能の劣化が懸念される。そこで、適
切な加熱保持温度の上限を試験、調査した結果、インサ
ート材の液相線温度＋250 ℃以下であれば短時間で接合
が完了でき、継手性能が劣化しないことがわかった。
【００１４】加圧力Ｆは、インサート材の厚さｔと融点
降下元素の拡散とを考慮して定めなければならない。
ｔ／30 (kgf／mm2)未満で小さすぎると元素の拡散不足
による脆化層を形成する。一方、 ｔ／５ (kgf／mm2)
を超えて大きすぎると変形が大となり、ノッチを形成
し、共に疲労強度を低下させるため ｔ／30 (kgf／mm
2)以上、 ｔ／５ (kgf／mm2)以下とした。
降下元素の拡散とを考慮して定めなければならない。
ｔ／30 (kgf／mm2)未満で小さすぎると元素の拡散不足
による脆化層を形成する。一方、 ｔ／５ (kgf／mm2)
を超えて大きすぎると変形が大となり、ノッチを形成
し、共に疲労強度を低下させるため ｔ／30 (kgf／mm
2)以上、 ｔ／５ (kgf／mm2)以下とした。
【００１５】保持時間Ｘは、インサート材の厚さと加熱
保持温度に関係しており、短かすぎると、同様に元素の
拡散が不十分となり、脆化層を形成するため、疲労強度
を低下させる原因となる。よって、 (50×t)／Ｔ (分)
以上が必要である。一方、長時間の加熱はインサート材
中の融点降下元素の拡散による接合部近傍の組成の均一
化を計る点からは望ましいが、接合工程の能率が低下す
ること、及び熱伝導により被接合材が広範囲に加熱さ
れ、この熱による影響で疲労強度も低下すること等を考
慮して (250 ×t)／Ｔ (分) 以下とした。
保持温度に関係しており、短かすぎると、同様に元素の
拡散が不十分となり、脆化層を形成するため、疲労強度
を低下させる原因となる。よって、 (50×t)／Ｔ (分)
以上が必要である。一方、長時間の加熱はインサート材
中の融点降下元素の拡散による接合部近傍の組成の均一
化を計る点からは望ましいが、接合工程の能率が低下す
ること、及び熱伝導により被接合材が広範囲に加熱さ
れ、この熱による影響で疲労強度も低下すること等を考
慮して (250 ×t)／Ｔ (分) 以下とした。
【００１６】なお、加熱、接合には、被接合材およびイ
ンサート材の酸化を防止するために、不活性ガス（Ar、
Ｎ2 等）等で、大気から遮断して行うのがよい。
ンサート材の酸化を防止するために、不活性ガス（Ar、
Ｎ2 等）等で、大気から遮断して行うのがよい。
【００１７】
【実施例】表１に示す化学成分と機械的特性をもつ自動
車の推進軸用鋼管を対象として、表２に示す３種類のイ
ンサート材を用いて接合を行い、その後、引張試験及び
捩り疲労試験を行った。図２は、この鋼管１の供試体の
形状と接合部３を示す図である。この図中の接続部２の
材質は、表１に示すＳ４５Ｃである。その両端には、ス
プライン４が設けられている。
車の推進軸用鋼管を対象として、表２に示す３種類のイ
ンサート材を用いて接合を行い、その後、引張試験及び
捩り疲労試験を行った。図２は、この鋼管１の供試体の
形状と接合部３を示す図である。この図中の接続部２の
材質は、表１に示すＳ４５Ｃである。その両端には、ス
プライン４が設けられている。
【００１８】表３に、本発明の方法による試験Ａ、Ｈ、
Ｉ、Ｊ、Ｌ、およびいずれかの条件が本発明の範囲から
外れる試験Ｂ〜Ｇ、Ｋの接合条件と接合後の引張試験結
果（継手強度及び破断位置）を示す。
Ｉ、Ｊ、Ｌ、およびいずれかの条件が本発明の範囲から
外れる試験Ｂ〜Ｇ、Ｋの接合条件と接合後の引張試験結
果（継手強度及び破断位置）を示す。
【００１９】捩り疲労試験は、次の条件で行った。
【００２０】トルク振幅： 140kgf-m 、応力比：−１、
繰返し速度：３Ｈz 試験環境 ： 大気 別の比較例として、同じ供試材を用いて摩擦圧接法によ
り４例の接合を行い、同様の捩り疲労試験を実施した。
但し、外面のバリは機械加工により除去したが、内面の
バリはそのまま残っている状態で試験した。この継手の
場合の接合条件は次のとおりである。
繰返し速度：３Ｈz 試験環境 ： 大気 別の比較例として、同じ供試材を用いて摩擦圧接法によ
り４例の接合を行い、同様の捩り疲労試験を実施した。
但し、外面のバリは機械加工により除去したが、内面の
バリはそのまま残っている状態で試験した。この継手の
場合の接合条件は次のとおりである。
【００２１】継手作製：自動式摩擦溶接機を使用、回転
数：1800rpm 摩擦時間：５秒、アップセット時間： 3.5秒 図３は、これらの捩り疲労試験結果を破断寿命（Cycle)
と捩りトルク振幅(Kgf-m) との関係で示したものであ
る。この図中、符号は表３の符号、黒丸印は、上記の摩
擦圧接法による比較例である。
数：1800rpm 摩擦時間：５秒、アップセット時間： 3.5秒 図３は、これらの捩り疲労試験結果を破断寿命（Cycle)
と捩りトルク振幅(Kgf-m) との関係で示したものであ
る。この図中、符号は表３の符号、黒丸印は、上記の摩
擦圧接法による比較例である。
【００２２】表３および図３から明らかなように、接合
条件が本発明で定める範囲のものは、いずれも優れた継
手強度と疲労強度を示している。試験Ｂ、Ｄ、Ｆは、い
ずれも接合条件の一つが本発明で定める範囲の下限に達
していないので、継手強度が低く、接合界面で破断が発
生した。さらに図３の矢印で示すように、疲労強度も著
しく劣る。接合条件の一つが本発明で定める範囲の上限
を超える試験Ｃ、Ｅ、Ｇ、Ｋでは、継手強度は十分高い
ものの、過剰加熱または過剰加圧により被接合材が悪影
響を受けているため、疲労強度の改善は認められず、従
来の摩擦圧接と同程度の値を示すにすぎない。
条件が本発明で定める範囲のものは、いずれも優れた継
手強度と疲労強度を示している。試験Ｂ、Ｄ、Ｆは、い
ずれも接合条件の一つが本発明で定める範囲の下限に達
していないので、継手強度が低く、接合界面で破断が発
生した。さらに図３の矢印で示すように、疲労強度も著
しく劣る。接合条件の一つが本発明で定める範囲の上限
を超える試験Ｃ、Ｅ、Ｇ、Ｋでは、継手強度は十分高い
ものの、過剰加熱または過剰加圧により被接合材が悪影
響を受けているため、疲労強度の改善は認められず、従
来の摩擦圧接と同程度の値を示すにすぎない。
【００２３】図４は、本発明の方法による表１の試験Ａ
の場合の、接合部近傍の断面におけるインサート材中の
元素の拡散状況を分析した例を示す図である。Ｂ（硼
素）は均一に拡散し、かつ、Siもその濃化は著しくな
く、表３に示すように高い継手強度が得られ、破断位置
が母材となったことが裏付けられている。
の場合の、接合部近傍の断面におけるインサート材中の
元素の拡散状況を分析した例を示す図である。Ｂ（硼
素）は均一に拡散し、かつ、Siもその濃化は著しくな
く、表３に示すように高い継手強度が得られ、破断位置
が母材となったことが裏付けられている。
【００２４】図５は、加熱温度が本発明で定める範囲の
下限に達しない、表１の試験Ｂの条件であるので、接合
部近傍にＢ（硼素）およびSiが濃化した結果、表３に示
すように低値の継手強度しか得られず、接合界面で破断
したことがわかる。
下限に達しない、表１の試験Ｂの条件であるので、接合
部近傍にＢ（硼素）およびSiが濃化した結果、表３に示
すように低値の継手強度しか得られず、接合界面で破断
したことがわかる。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
【表３】
【００２８】
【発明の効果】本発明の液相拡散接合方法を適用するこ
とにより、摩擦圧接法による継手に比較し、接合部の疲
労強度特性を向上させることが可能である。
とにより、摩擦圧接法による継手に比較し、接合部の疲
労強度特性を向上させることが可能である。
【図１】インサート材が凝固するときの、融点降下元素
の濃度変化挙動を説明する図である。
の濃度変化挙動を説明する図である。
【図２】引張り及び疲労試験に供した試験体の形状を示
す図である。
す図である。
【図３】接合後の捩り疲労試験結果を、破断寿命（Cycl
e)と捩りトルク振幅(Kgf-m) との関係で示す図である。
e)と捩りトルク振幅(Kgf-m) との関係で示す図である。
【図４】本発明の接合条件（試験Ａ）の場合の、接合部
近傍における、インサート材中の元素の拡散状況の例を
示す図である。
近傍における、インサート材中の元素の拡散状況の例を
示す図である。
【図５】比較例の接合条件（試験Ｂ）の場合の、接合部
近傍における、インサート材中の元素の拡散状況の例を
示す図である。
近傍における、インサート材中の元素の拡散状況の例を
示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】被接合材間に、被接合材の固相線温度以下
の融点を有し、かつＢを４％以下で含有するインサート
材を挿入し、接合部をこのインサート材の液相線温度＋
50℃から液相線温度＋250 ℃ (但し、被接合材の固相線
温度以下) の間に加熱し、その温度で、下記 (1)式で示
す加圧力（Ｆ）で加圧しながら、下記 (2)式で示す時間
（Ｘ）を保持して液相拡散接合を完了させることを特徴
とする鋼材の疲労強度特性に優れた接合方法。 （ｔ／30) ≦Ｆ≦（ｔ／５）・・・・・・・・・・・・
・・・・・(1) ［(50 ×t)／Ｔ］≦Ｘ≦［（250 ×t)／Ｔ］・・・・・
・・・・・(2) 但し、Ｆ：加圧力(kgf／mm2)、ｔ：インサート材の厚さ
(μm) Ｘ：保持時間（分）、 Ｔ：保持温度（℃）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13230992A JPH05318143A (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 鋼材の疲労強度特性に優れた接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13230992A JPH05318143A (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 鋼材の疲労強度特性に優れた接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05318143A true JPH05318143A (ja) | 1993-12-03 |
Family
ID=15078302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13230992A Pending JPH05318143A (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 鋼材の疲労強度特性に優れた接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05318143A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0386367A (ja) * | 1989-08-29 | 1991-04-11 | Sumitomo Metal Ind Ltd | クラッド鋼管の接合方法 |
-
1992
- 1992-05-25 JP JP13230992A patent/JPH05318143A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0386367A (ja) * | 1989-08-29 | 1991-04-11 | Sumitomo Metal Ind Ltd | クラッド鋼管の接合方法 |
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