JPH06658A - ステンレス鋼材と異種金属材との継手形成方法 - Google Patents
ステンレス鋼材と異種金属材との継手形成方法Info
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- JPH06658A JPH06658A JP4157012A JP15701292A JPH06658A JP H06658 A JPH06658 A JP H06658A JP 4157012 A JP4157012 A JP 4157012A JP 15701292 A JP15701292 A JP 15701292A JP H06658 A JPH06658 A JP H06658A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ステンレス鋼材とステンレス鋼材よりも軟質
の異種金属材とを摩擦圧接して継手を形成する場合に、
接合強度が良好であり、接合部をきれいに仕上げる。 【構成】 アルミニウム合金材等の異種金属材１の接合
面を円錐形状に突出形成するとともに、ステンレス鋼材
３の接合面を前記円錐形状と嵌合する凹形状に形成して
おき、これらの接合面を相互に嵌合状態として摩擦圧接
する。また、異種金属材１がアルミニウム合金材である
場合は、ステンレス鋼材３の凹形状の接合面にニッケル
メッキ５を施した後、摩擦圧接する。
の異種金属材とを摩擦圧接して継手を形成する場合に、
接合強度が良好であり、接合部をきれいに仕上げる。 【構成】 アルミニウム合金材等の異種金属材１の接合
面を円錐形状に突出形成するとともに、ステンレス鋼材
３の接合面を前記円錐形状と嵌合する凹形状に形成して
おき、これらの接合面を相互に嵌合状態として摩擦圧接
する。また、異種金属材１がアルミニウム合金材である
場合は、ステンレス鋼材３の凹形状の接合面にニッケル
メッキ５を施した後、摩擦圧接する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ステンレス鋼材とステ
ンレス鋼材よりも軟質の異種金属材との継手を形成する
方法に関するものである。
ンレス鋼材よりも軟質の異種金属材との継手を形成する
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】宇宙関連プラント、原子力発電関連プラ
ント、化学関連プラント等においては、その配管路形成
に最適な材料からなる金属管が使用されている。
ント、化学関連プラント等においては、その配管路形成
に最適な材料からなる金属管が使用されている。
【０００３】複数種類の挿通流体が分岐あるいは合流す
ること等に基づいて、同一配管系統の途中で配管構成材
の金属材料を使い分ける必要があり、かつ、配管の途中
に金属材料の相違する継手を設置することが要求される
場合には、各構成材料からなる金属管の継手部分にフラ
ンジ継手構造やニップル継手構造のように機械的な接続
を採用することが有力である。
ること等に基づいて、同一配管系統の途中で配管構成材
の金属材料を使い分ける必要があり、かつ、配管の途中
に金属材料の相違する継手を設置することが要求される
場合には、各構成材料からなる金属管の継手部分にフラ
ンジ継手構造やニップル継手構造のように機械的な接続
を採用することが有力である。
【０００４】しかし、流体の気密性を重要視する配管路
では、機械的に接続する継手構造では流体が漏れてしま
うことがある。例えば、宇宙機器部品でステンレス鋼管
とアルミニウム合金管との配管の組合せがあり、現在、
これらの配管はニップル継手構造により接続されている
が、ニップル継手構造では振動や熱応力により漏れが発
生しやすい。そのため、このような配管では金属同士を
直接突き合せ溶接した継手構造とした方が望ましいが、
この溶接継手は、異種金属間溶接となるために、その実
施に技術的な困難性を伴うものとなる。例えばステンレ
ス鋼材とアルミニウム合金材とを摩擦圧接した場合、ア
ルミニウム合金材はステンレス鋼材よりも軟質であるた
め、アルミニウム合金材の接合面付近が摩擦圧接により
つぶされて接合部の周囲にはみ出して接合部が肥大する
現象が生じる。
では、機械的に接続する継手構造では流体が漏れてしま
うことがある。例えば、宇宙機器部品でステンレス鋼管
とアルミニウム合金管との配管の組合せがあり、現在、
これらの配管はニップル継手構造により接続されている
が、ニップル継手構造では振動や熱応力により漏れが発
生しやすい。そのため、このような配管では金属同士を
直接突き合せ溶接した継手構造とした方が望ましいが、
この溶接継手は、異種金属間溶接となるために、その実
施に技術的な困難性を伴うものとなる。例えばステンレ
ス鋼材とアルミニウム合金材とを摩擦圧接した場合、ア
ルミニウム合金材はステンレス鋼材よりも軟質であるた
め、アルミニウム合金材の接合面付近が摩擦圧接により
つぶされて接合部の周囲にはみ出して接合部が肥大する
現象が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ステンレス
鋼材とステンレス鋼材よりも軟質の異種金属材とを摩擦
圧接して継手を形成する方法であり、接合強度が良好で
あり、接合部がきれいに仕上がるステンレス鋼材と異種
金属材との継手形成方法を提供することを目的とする。
鋼材とステンレス鋼材よりも軟質の異種金属材とを摩擦
圧接して継手を形成する方法であり、接合強度が良好で
あり、接合部がきれいに仕上がるステンレス鋼材と異種
金属材との継手形成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めの本発明のステンレス鋼材と異種金属材との継手形成
方法は、ステンレス鋼材とステンレス鋼材よりも軟質の
異種金属材とを摩擦圧接して継手を形成する方法であっ
て、前記異種金属材の接合面を円錐形状に突出形成する
とともに、ステンレス鋼材の接合面を前記円錐形状と嵌
合する凹形状に形成しておき、これらの接合面を相互に
嵌合状態として摩擦圧接する。また、前記異種金属材が
アルミニウム合金材である場合は、ステンレス鋼材の凹
形状の接合面にニッケルメッキを施した後、摩擦圧接す
る。
めの本発明のステンレス鋼材と異種金属材との継手形成
方法は、ステンレス鋼材とステンレス鋼材よりも軟質の
異種金属材とを摩擦圧接して継手を形成する方法であっ
て、前記異種金属材の接合面を円錐形状に突出形成する
とともに、ステンレス鋼材の接合面を前記円錐形状と嵌
合する凹形状に形成しておき、これらの接合面を相互に
嵌合状態として摩擦圧接する。また、前記異種金属材が
アルミニウム合金材である場合は、ステンレス鋼材の凹
形状の接合面にニッケルメッキを施した後、摩擦圧接す
る。
【０００７】
【作用】前記のステンレス鋼材と異種金属材との継手形
成方法は、円錐形状の異種金属材の接合面と、それと嵌
合する凹形状のステンレス鋼材の接合面とが摩擦圧接し
て接合されるため、ステンレス鋼材の凹形状の接合面の
内奥部へ異種金属材の円錐形状の先端部が入り込む。従
って、ステンレス鋼材に比べて柔らかい異種金属材が摩
擦圧接される際に接合部の周囲に移動することを防ぐこ
とができる。また、異種金属材がアルミニウム合金材の
場合は、ステンレス鋼材とアルミニウム合金材とは接合
しにくい金属同士であるが、ニッケルはステンレス鋼材
にもアルミニウム合金材にも接合しやすいため、ステン
レス鋼材の凹形状の接合面にニッケルメッキを施すこと
により継手の接合強度が向上する。
成方法は、円錐形状の異種金属材の接合面と、それと嵌
合する凹形状のステンレス鋼材の接合面とが摩擦圧接し
て接合されるため、ステンレス鋼材の凹形状の接合面の
内奥部へ異種金属材の円錐形状の先端部が入り込む。従
って、ステンレス鋼材に比べて柔らかい異種金属材が摩
擦圧接される際に接合部の周囲に移動することを防ぐこ
とができる。また、異種金属材がアルミニウム合金材の
場合は、ステンレス鋼材とアルミニウム合金材とは接合
しにくい金属同士であるが、ニッケルはステンレス鋼材
にもアルミニウム合金材にも接合しやすいため、ステン
レス鋼材の凹形状の接合面にニッケルメッキを施すこと
により継手の接合強度が向上する。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を適用するステンレス鋼材と異
種金属材との継手形成方法の実施例を図面により説明す
る。配管異種金属継手の例として、ＳＵＳ３０４Ｌ等の
ステンレス鋼材と、Ａ６０６１−Ｔ４等のアルミニウム
合金材の管継手を作成する方法について説明する。
種金属材との継手形成方法の実施例を図面により説明す
る。配管異種金属継手の例として、ＳＵＳ３０４Ｌ等の
ステンレス鋼材と、Ａ６０６１−Ｔ４等のアルミニウム
合金材の管継手を作成する方法について説明する。
【０００９】ステンレス鋼材とアルミニウム合金材の管
継手を作成するには、棒状のステンレス鋼材と棒状のア
ルミニウム合金材とを摩擦圧接して軸継手を形成した
後、中心部分に穴を明けて管継手とする。ステンレス鋼
材とアルミニウム合金材とを摩擦圧接する前に、両金属
棒の接合面を図１に示すように形成する。アルミニウム
合金材１の接合面は円錐形の突出部２に形成し、ステン
レス鋼材３の接合面はアルミニウム合金材１の円錐形の
突出部２と嵌合する凹部４に形成する。そして、ステン
レス鋼材３の凹部４の表面にはニッケルメッキ５を施し
ておく。
継手を作成するには、棒状のステンレス鋼材と棒状のア
ルミニウム合金材とを摩擦圧接して軸継手を形成した
後、中心部分に穴を明けて管継手とする。ステンレス鋼
材とアルミニウム合金材とを摩擦圧接する前に、両金属
棒の接合面を図１に示すように形成する。アルミニウム
合金材１の接合面は円錐形の突出部２に形成し、ステン
レス鋼材３の接合面はアルミニウム合金材１の円錐形の
突出部２と嵌合する凹部４に形成する。そして、ステン
レス鋼材３の凹部４の表面にはニッケルメッキ５を施し
ておく。
【００１０】前記のように両金属棒の接合面を形成した
後、図１に示すように接合面を対向させて棒状のステン
レス鋼材３と棒状のアルミニウム合金材１とを摩擦圧接
する。同図で、スピンドル６にアルミニウム合金材１の
丸棒を、クランプ７にステンレス鋼材３の丸棒をセット
し、スピンドル６側のアルミニウム合金材１を矢印のよ
うに回転させた状態で、ステンレス鋼材３を矢印で示す
ように直線的に移動させて圧接し、摩擦接合を行う。
後、図１に示すように接合面を対向させて棒状のステン
レス鋼材３と棒状のアルミニウム合金材１とを摩擦圧接
する。同図で、スピンドル６にアルミニウム合金材１の
丸棒を、クランプ７にステンレス鋼材３の丸棒をセット
し、スピンドル６側のアルミニウム合金材１を矢印のよ
うに回転させた状態で、ステンレス鋼材３を矢印で示す
ように直線的に移動させて圧接し、摩擦接合を行う。
【００１１】摩擦圧接の工程は図２に示すように、加熱
工程とアプセット工程とからなり、加熱工程では低温、
低圧での加熱である余熱工程終了後、本格的な加熱工程
に入る。アプセット工程の時間は摩擦圧接が終了するま
での時間である。
工程とアプセット工程とからなり、加熱工程では低温、
低圧での加熱である余熱工程終了後、本格的な加熱工程
に入る。アプセット工程の時間は摩擦圧接が終了するま
での時間である。
【００１２】前記の継手形成方法に基づいて、表１に示
すようにステンレス鋼材とアルミニウム合金材との軸継
手を９個作成した。アルミニウム合金材１は直径が１９
ｍｍの丸棒を使用し、継手の接合面を形成するために、
丸棒の接合側の端部は周囲を削ってD1が１６ｍｍの直径
とし、さらにその先端部は断面角度θが９０度の円錐形
の突出部２に形成した。ステンレス鋼材３は直径が１９
ｍｍの丸棒を使用し、継手の接合面を形成するために丸
棒の接合側の端部は周囲を削ってD2が１４ｍｍの直径と
し、さらにその端部をアルミニウム合金材１の円錐形の
突出部２が嵌合できるように、断面角度θが９０度で直
径D3が１３ｍｍの円錐形を削り取って凹部４とした。そ
して、ステンレス鋼材３の凹部４の表面とその周辺にニ
ッケルメッキ５を約１０μｍの厚さに施した。
すようにステンレス鋼材とアルミニウム合金材との軸継
手を９個作成した。アルミニウム合金材１は直径が１９
ｍｍの丸棒を使用し、継手の接合面を形成するために、
丸棒の接合側の端部は周囲を削ってD1が１６ｍｍの直径
とし、さらにその先端部は断面角度θが９０度の円錐形
の突出部２に形成した。ステンレス鋼材３は直径が１９
ｍｍの丸棒を使用し、継手の接合面を形成するために丸
棒の接合側の端部は周囲を削ってD2が１４ｍｍの直径と
し、さらにその端部をアルミニウム合金材１の円錐形の
突出部２が嵌合できるように、断面角度θが９０度で直
径D3が１３ｍｍの円錐形を削り取って凹部４とした。そ
して、ステンレス鋼材３の凹部４の表面とその周辺にニ
ッケルメッキ５を約１０μｍの厚さに施した。
【００１３】表１には、各継手について図２中の摩擦圧
接の各工程の圧力P1、P2、P3、時間T2、T3とともに、圧
接前のステンレス鋼材３の丸棒とアルミニウム合金材１
の丸棒との合計の長さ、圧接後の継手の長さ、圧接前の
長さから圧接後の長さを引いた縮み代を記した。摩擦圧
接において、余熱工程で時間T3の間に圧力をP3にまで上
昇させて、その後の加熱工程で時間T2の間に圧接圧力を
P1にまで上昇させ、アプセット工程で圧接圧力をP2にま
で上昇させる。摩擦圧接のアルミニウム合金材１の回転
数は全て２７６８回／分とした。
接の各工程の圧力P1、P2、P3、時間T2、T3とともに、圧
接前のステンレス鋼材３の丸棒とアルミニウム合金材１
の丸棒との合計の長さ、圧接後の継手の長さ、圧接前の
長さから圧接後の長さを引いた縮み代を記した。摩擦圧
接において、余熱工程で時間T3の間に圧力をP3にまで上
昇させて、その後の加熱工程で時間T2の間に圧接圧力を
P1にまで上昇させ、アプセット工程で圧接圧力をP2にま
で上昇させる。摩擦圧接のアルミニウム合金材１の回転
数は全て２７６８回／分とした。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１の軸継手のうち１、２、４、５、７、
８の軸継手は、中心部分に穴を明けて管継手とした。こ
の管継手について引張り強さ、及び破断伸びの試験を行
い、表２に各継手の条件及び結果を示した。引張り強さ
はどの継手も同程度であり、継手として十分な強さであ
った。破断位置については、１、２、７の継手では母材
のアルミニウム合金の部分が破断され、他の継手につい
ては接合部が破断された。このように母材が破断された
継手と接合部が破断された継手とは同程度の引張り強さ
を示しているので、この継手の接合部が母材と同じ引張
り強さをもつことがわかる。
８の軸継手は、中心部分に穴を明けて管継手とした。こ
の管継手について引張り強さ、及び破断伸びの試験を行
い、表２に各継手の条件及び結果を示した。引張り強さ
はどの継手も同程度であり、継手として十分な強さであ
った。破断位置については、１、２、７の継手では母材
のアルミニウム合金の部分が破断され、他の継手につい
ては接合部が破断された。このように母材が破断された
継手と接合部が破断された継手とは同程度の引張り強さ
を示しているので、この継手の接合部が母材と同じ引張
り強さをもつことがわかる。
【００１６】
【表２】
【００１７】次に、表１の軸継手のうち３、６、９の軸
継手は、接合部の断面の顕微鏡観察を行い、接合部の硬
さを測定した。
継手は、接合部の断面の顕微鏡観察を行い、接合部の硬
さを測定した。
【００１８】顕微鏡観察を行った結果、各継手とも接合
面全域にニッケルメッキ層が見られ、接合部のステンレ
ス鋼材側には塑性変形の組織が見られたが、アルミニウ
ム合金材側には顕著な変形組織は見られなかった。図３
に３の継手の接合部断面の１００倍の顕微鏡写真を示し
たが、（ア）は接合部における円錐形の先端付近の断面
であり、（イ）は接合部における円錐形の斜面付近の断
面である。１はアルミニウム合金材、３はステンレス鋼
材、５はニッケルメッキ層である。
面全域にニッケルメッキ層が見られ、接合部のステンレ
ス鋼材側には塑性変形の組織が見られたが、アルミニウ
ム合金材側には顕著な変形組織は見られなかった。図３
に３の継手の接合部断面の１００倍の顕微鏡写真を示し
たが、（ア）は接合部における円錐形の先端付近の断面
であり、（イ）は接合部における円錐形の斜面付近の断
面である。１はアルミニウム合金材、３はステンレス鋼
材、５はニッケルメッキ層である。
【００１９】接合部の硬さは、３、６、９のすべての継
手について同様な結果であった。図４に３の継手の測定
結果を示すように、アルミニウム合金材側では接合部に
近づくと硬さが低下し、接合界面から約２ｍｍの位置で
硬さが極小値を示し、ステンレス鋼材側では接合部に近
づくと硬さが上昇していた。
手について同様な結果であった。図４に３の継手の測定
結果を示すように、アルミニウム合金材側では接合部に
近づくと硬さが低下し、接合界面から約２ｍｍの位置で
硬さが極小値を示し、ステンレス鋼材側では接合部に近
づくと硬さが上昇していた。
【００２０】
【発明の効果】本発明のステンレス鋼材と異種金属材と
の継手形成方法により継手を作成すれば、異種金属材の
円錐形状の接合面がステンレス鋼材の凹形状の接合面の
内奥部へ楔のように入っていく。従って、ステンレス鋼
材より軟質の異種金属材の大部分がステンレス鋼材の接
合面の凹部に入り込んで周囲にはみ出すことが少なくな
り、接合部表面がきれいに仕上がる。また、異種金属材
としてアルミニウム合金材を使用する場合は、ニッケル
メッキを介在させることにより継手としての十分な接合
強度が得られる。
の継手形成方法により継手を作成すれば、異種金属材の
円錐形状の接合面がステンレス鋼材の凹形状の接合面の
内奥部へ楔のように入っていく。従って、ステンレス鋼
材より軟質の異種金属材の大部分がステンレス鋼材の接
合面の凹部に入り込んで周囲にはみ出すことが少なくな
り、接合部表面がきれいに仕上がる。また、異種金属材
としてアルミニウム合金材を使用する場合は、ニッケル
メッキを介在させることにより継手としての十分な接合
強度が得られる。
【図１】本発明の実施例に係るステンレス鋼材とアルミ
ニウム合金とを接合して継手を形成しているところの断
面図である。
ニウム合金とを接合して継手を形成しているところの断
面図である。
【図２】本発明の実施例において行われた摩擦圧接の各
工程における圧力及び時間の関係を表した図である。
工程における圧力及び時間の関係を表した図である。
【図３】本発明の実施例の継手３の接合部断面の顕微鏡
写真図であり、（ア）が円錐形の先端付近の断面、
（イ）が円錐形の斜面付近の断面である。
写真図であり、（ア）が円錐形の先端付近の断面、
（イ）が円錐形の斜面付近の断面である。
【図４】本発明の実施例の継手３の硬さを測定した結果
を表す図である。
を表す図である。
１ アルミニウム合金材 ２ 円錐形の突出部 ３ ステンレス鋼材 ４ 凹部 ５ ニッケルメッキ ６ スピンドル ７ クランプ
Claims (2)
- 【請求項１】 ステンレス鋼材とステンレス鋼材よりも
軟質の異種金属材とを摩擦圧接して継手を形成する方法
であって、前記異種金属材の接合面を円錐形状に突出形
成するとともに、ステンレス鋼材の接合面を前記円錐形
状と嵌合する凹形状に形成しておき、これらの接合面を
相互に嵌合状態として摩擦圧接することを特徴とするス
テンレス鋼材と異種金属材との継手形成方法。 - 【請求項２】 前記異種金属材がアルミニウム合金材で
あり、ステンレス鋼材の凹形状の接合面にニッケルメッ
キを施した後、摩擦圧接することを特徴とする請求項１
記載のステンレス鋼材と異種金属材との継手形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4157012A JPH06658A (ja) | 1992-06-16 | 1992-06-16 | ステンレス鋼材と異種金属材との継手形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4157012A JPH06658A (ja) | 1992-06-16 | 1992-06-16 | ステンレス鋼材と異種金属材との継手形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06658A true JPH06658A (ja) | 1994-01-11 |
Family
ID=15640254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4157012A Withdrawn JPH06658A (ja) | 1992-06-16 | 1992-06-16 | ステンレス鋼材と異種金属材との継手形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06658A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003039183A (ja) * | 2001-07-25 | 2003-02-12 | Hitachi Ltd | 摩擦攪拌接合方法及び接合体 |
| JP2003048079A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-02-18 | Honda Motor Co Ltd | アルミニウム合金部材と鉄鋼部材との摩擦圧接方法 |
| JP2007311300A (ja) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Ushio Inc | 放電ランプ |
| JP2016215244A (ja) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | 株式会社ジェイテクト | 摩擦接合方法 |
| KR20170125099A (ko) * | 2015-04-15 | 2017-11-13 | 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 | 금속 부재의 제조 방법 |
| WO2018029812A1 (ja) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 日鍛バルブ株式会社 | 摩擦圧接方法及び摩擦圧接装置 |
-
1992
- 1992-06-16 JP JP4157012A patent/JPH06658A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003039183A (ja) * | 2001-07-25 | 2003-02-12 | Hitachi Ltd | 摩擦攪拌接合方法及び接合体 |
| JP2003048079A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-02-18 | Honda Motor Co Ltd | アルミニウム合金部材と鉄鋼部材との摩擦圧接方法 |
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| CN107530821A (zh) * | 2015-04-15 | 2018-01-02 | 株式会社小松制作所 | 金属部件的制造方法 |
| CN107530821B (zh) * | 2015-04-15 | 2019-12-31 | 株式会社小松制作所 | 金属部件的制造方法 |
| US10583518B2 (en) | 2015-04-15 | 2020-03-10 | Komatsu Ltd. | Method for producing metal member |
| JP2016215244A (ja) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | 株式会社ジェイテクト | 摩擦接合方法 |
| WO2018029812A1 (ja) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 日鍛バルブ株式会社 | 摩擦圧接方法及び摩擦圧接装置 |
| TWI644748B (zh) * | 2016-08-10 | 2018-12-21 | 日鍛閥門股份有限公司 | 摩擦壓接方法及摩擦壓接裝置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |