JPS6024751B2 - 拡散溶接における改良法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は拡散接合の改良法に関する。

拡散接合は接合材料を再結晶温度以上、溶融点以下に加
熱し、真空、不活性ガスなどの雰囲気中で加圧し、原子
の拡散によって接合を行なうものである。

拡散接合の接合メカニズムは第１図及び第２図の如く考
られており、図中１，２，３に示す過程に沿って接合が
進行する。すなわち第１図の１の過程では接合界面とな
る部分の表面凹凸が温度上昇、加圧の効果を受けて降伏
クリープ現象を起こし、これにより部分的に金属綾舷が
生じ、第１図の２の過程ではこの金属接触した部分が平
面状粒界（Ｐ１ａＭｒＧｒａｉｎＢｏ肌ｄａび）となり
、主に第２図に示す原子拡散すなわち粒界拡散（第２図
中矢印Ａ）および粒内拡散（第２図中矢印Ｂ）により空
隙ｂが減少し、第１図の３の過程では前記２の過程の拡
散が更に進行して空隙ｂが消失すると同時に粒界移動（
第２図中矢印Ｃ）が生じ、前記１の過程での接触界面が
消えて接合が完了する。なお図中、ａは接合金属、ｂは
空隙である。従釆の拡散接合は第３図に示す如く、接合
材料を、その再結晶温度以上に加熱し、その加熱温度保
持期間中、加圧を行なって接合を遂行するもので、大気
、不活性ガス、真空等の雰囲気下で接合を行なう。この
方法では第１図の１，２，３の全過程が、同一温度、同
一加圧力下で進行しており、２，３の過程を完全に進行
させるべく接合温度を上げると、変形が著しくなって接
合体の原形が保ち得なくなる。この問題があるため、従
来接合法には接合性の上昇に本質的な限度が存在してい
た。本発明者等は先に、第１図の１，２，３に示す過程
に着目して拡散接合の改良につき研究した結果、第１図
の１の過程での金属接続は全接合面に亘つて完全に生ず
るのでなく、金属接合表面に存．在する凹凸に依存する
ことを知り、その金属接触面の改善につき、袴頭昭５０
一１２１２７８号「超塑性材料を用いる金属の拡散法」
および袴鰯昭５１一私７９号「金属粉挿入拡散溶接法」
を提案した。

本発明者等は上記の接合メカニズムについて、更に検討
した結果、加圧を必要とするのは１の過程であり、２，
３の過程は加熱温度に依存する原子拡散の過程で、必要
とするのは高温の加熱であることが判った。

即ち、原子拡散の度合いを示すパラメータとして拡散係
数があるが、これは次の温度依存式、ＤニＤのＸｐ−Ｑ
／ＲＴ Ｄ＝拡散係数（地／ｓｅｃ） Ｄｏ＝拡散の振動数項（地／ｓｅｃ） Ｑ＝拡散の活性化エネルギー（ｃａ〆／ｍｏｌ）Ｒ＝気
体定数（ｃａＺ／ｄｅｇ／ｍｏｌ）Ｔ＝絶対温度 で示され、温度の高低で決まる。

接合界面より空隙の残存をなくし、完全な接合を得るに
は、このように高温に加熱することが最も有効であり、
この段階では加圧の効果はないことが判った。本発明方
法は上記知見に基いて為されたものであり、第４図に示
すように接合材料の再結晶温度（異材継手では低い方の
再結晶温度）以上に加熱し、その温度下で加圧を行った
のち、引続き〔第４図、１〕又は一旦降溢したあと〔第
４図、２〕、再度これより高温に加熱昇温し、加圧を行
なわないでその温度に一定時間保持して接合を遂行する
ものである。本発明方法では加圧を解放したのち高温（
融点以下）に再加熱するため接合体の変形は起こらず、
上記接合メカニズムの２，３の過程を十分に進行させて
完全な接合を成就しうる。本発明方法のうち、Ｔｉ，Ｔ
ａ，Ａそ等、高温で酸化、窒化を起こすものは第４図１
のサイクルとして、加熱雰囲気■を一貫して真空して真
空、不活性ガスのもとで行なう。一方、高温での変化を
受けにくい材料の場合には、第１図の１のうち密な冶金
的金属接触を得るために、接合初期の金属表面を清浄保
護し、最初の加熱サイクル雰囲気を真空、不活性ガスの
高級図気■とし、接合面内部に存在する空隙を加熱によ
る原子拡散で消失させていく第１図の２以降の加熱サイ
クル雰囲気■は大気等で行う第４図の２のサイクルを用
いることができ、溶接費の節減にも役立つ。以上のよう
に、本発明方法では接合性を助長するインサート材等を
全く使用せず直接接合で、変形を起こすことなく極めて
すぐれた接合結果を得ることができる。

実施例 １ １父て鋼と１＊ｒ鋼の溶接を、第１加熱を真空下（Ｖ）
で１０５０ｑｏ×１時間とし、その間の加圧を２ｋ９／
柵としたのち、加圧を解放し、一旦降溢して続いて第２
加熱を大気下（Ａ）で１２００ｑ０×１時間とした本発
明法（１）と、真空下（Ｖ），１０５０ｑ０に１時間加
熱、その間の加圧を２ｋ９／磯とした従釆法（０）とに
ついて、その接合サイクルと接合結果を示す写真とを第
５図１，２及び１′，２′に示す。

写真から明らかなように従来法に比べ本発明方法では、
接合境界（Ｃ）が全く判別できないほどの良好な接合結
果が得られている。実施例 ２Ｎｉ−Ｃて一Ｍｏ鋼とＮ
ｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接について接合サイクル並びに接
合結果の写真を実施例１と同様に第６図１，２及び１′
，２′に示す。

実施例 ３ＴｉとＴｉの溶接について実施例１と同様に
第７図１，２及び１′，２′に示す。

実施例 ４ ステンレス（ＳＵＳ３０４）とステンレス（ＳＵＳ３０
４）の溶接について実施例１と同様に第６図１，２及び
１′，２′に示す。

実施例 ５ Ｃｕとｕの溶接について実施例１と同様に、第９図１，
２及び１′，２′に示す。

実施例 ６ Ｃｕと鋼の溶接について実施例１と同様に第１０図１，
２及び１′，２′に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は拡散接合のメカニズムを示す図で
あり、第３図は従釆の拡散接合法のサイクルを、第４図
は本発明方法のサイクルを示すものであり、第５，６，
７，８，９および１０図は本発明方法および従釆法によ
る接合サイクルおよび接合結果を示す金属組織の顕微鏡
写真である。 なお第５〜１０図において、１，２は本発明方法及び従
来法の接合サイクル、１′，２′はそれに対応する上記
顕微鏡写真である。オー図 矛２図 矛３図 オム図 矛５図 氷６図 矛７図 オ８図 オ９図 オー０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 拡散溶接法において、接合材を同材継手ではその再
   結晶温度以上、異材継手では低い方の再結晶温度以上に
   加熱し、その温度下で加圧を行なつた後、引続きこれよ
   り高く、かつ融点以下に加熱昇温し、加圧を行なわない
   でその温度に一定時間保持することからなる拡散溶接法
   。 ２ 拡散溶接法において、接合材を同材継手ではその再
   結晶温度以上、異材継手では低い方の再結晶温度以上に
   加熱し、その温度下で加圧を行なつた後、一旦降温し、
   再度、先の加熱温度より高くかつ融点以下に加熱昇温し
   、加圧を行なわないでその温度に一定時間保持すること
   からなる拡散溶接法。