JPS6329630B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は品質が良好で、しかも生産性の優れた
液相拡散溶接方法に関する。

液相拡散溶接法は、接合材間にインサート材を
挿入し、インサート材を溶融させた後、接合材と
拡散させ、等温凝固してインサート材が消滅し、
接合材と同質継手を得る接合法である。

この接合材において、インサート材は、接合材
より低融点か、接合材との反応で接合材より低融
点のものを生成するものとし、また接合温度は、
このインサート材の溶融温度より高く、接合材の
溶融温度より低い温度とする。なお、接合雰囲気
は、通常、真空、不活性ガス等の保護雰囲気が採
用される。

第１図は上記液相拡散法の接合サイクルを示す
図表である。

第１図において、横軸は時間、縦軸は温度、実
線αは接合温度を示し、横軸中の〜は ……昇温過程（ステツプ） ……インサート材溶融点（ステツプ） ……インサート材中溶質原子の接合材中への
拡散（溶融インサート材の減少）過程
（ステツプ） ……溶融インサート材消滅点（ステツプ） ……インサート材消滅均質化過程（ステツプ
） であり、また縦軸中の〜は ……インサート材溶融温度 ……接合材溶融温度 である。

また、上記〜における接合材とインサート
材との接合状態を模式的に第２図〜に示す。

第２図〜は上記第１図の〜に対応し、
第２図中１は接合材、２はインサート材である。

第１，２図において、ステツプでインサート
材２は固相状態にあり、ステツプでインサート
材２が溶融し、ステツプでは接合温度α下で溶
融したインサート材２中の溶質原子が接合材１中
へ拡散して行き、溶融インサート材２が減少し、
ステツプで溶融インサート材が消滅し、ステツ
プでインサート材中の溶質原子が濃度高い継手
部から接合材１に向つて拡散し、継手部が接合材
と同一組成に均質化する。

上記液相拡散溶接法では、インサート材は、前
記したように基本的には接合材との共晶組成のも
のか、接合温度直下で共晶組成を生成するものか
が選ばれるが、第１図に示すステツプで昇温速
度が緩やかな時は、共晶組成インサート材ではイ
ンサート材中の溶質原子が昇温中に接合材中に拡
散して行き、接合温度αに至つた時点には本来の
共晶組成から逸脱してしまい、また接合温度直下
で共晶組成を生成するインサート材でも同様に昇
温中にインサート材原子が接合材中に拡散して行
き、接合温度αに至つた時点には本来の共晶組成
濃度が得られない。すなわち、インサート材は、
低融点（共晶組成が最も低融点）とならず、接合
温度αで溶融しなくなり、液相拡散溶接は成就し
ない（ボイド等の継手欠陥が発生する）。これは
上記液相拡散溶接法の本質的な第１の欠点といえ
る。更に、ステツプでは均質化に長時間（数時
間〜数十時間）を必要とし、生産性が極わて悪い
のが第２の欠点である。

本発明は、上記の欠点を解消するためになされ
たもので、昇温過程（ステツプ）を高周波誘導
加熱、抵抗加熱、電子ビーム加熱、レーザ加熱等
による集中高温加熱で急速加熱し、確実かつ多量
にインサート材の容融を得、引続き加熱保持をイ
ンサート材の溶融が完全に行われるまでの時間
（ステツプ）から溶融インサート材が消滅まる
までの時間（ステツプ）の任意のところまで行
ない、最後の組成均質化過程（ステツプ）の加
熱は通常の炉加熱で行なうことを特徴とする液相
拡散溶接方法に関するものである。

なお、従来は、全工程（ステツプ〜ステツプ
）を炉加熱または高周波誘導加熱で行つてお
り、前者の場合は品質、生産性に、後者の場合は
生産性に問題があつた。

以下、本発明方法を詳細に説明する。

第３図Ａ，Ｂ，Ｃは本発明方法の集中高温加熱
による急速加熱法を説明するための図である。

第３図Ａは高周波誘導加熱によるもので、図中
１は接合材、２はインサート材、３は高周波誘導
加熱源を示し、該加熱源３によりインサート材２
周辺部を急速加熱する。

第３図Ｂは電気抵抗加熱によるもので、図中４
が電気回路を省略した抵抗加熱チツプを示す。

第３図Ｃは電子ビーム、レーザービーム加熱に
よるもので、図中５がビームオシレーシヨンした
電子ビーム、レーザビームを示し、該オシレーシ
ヨンされたビーム５によりインサート材２周辺を
急速加熱する。

上記第３図Ａ〜Ｃのいずれかの急速加熱法で昇
温過程（ステツプ）を経過後、引続いてインサ
ート材の完全溶融（ステツプ）から該完全溶融
インサート材の消滅（ステツプ）までの間の任
意のところまで加熱保持する。この加熱保持が終
了したら、一旦冷却し、改めて炉で加熱保持し、
接合材１の組成均質化過程（ステツプ）を行な
う。

なお、本発明方法は、真空雰囲気、不活性ガス
等の保護雰囲気下で行なわれる。

本発明方法は、従来の全工程炉加熱による溶接
法に比べ、次のような効果を有する。

(1) 従来の炉加熱で昇温（ステツプ）すると、
接合材の質量にもよるが、インサート材溶融ま
で数時間も要していたのに対し、本発明の昇温
では、いずれの場合も、数秒から30分程度でイ
ンサート材の溶融に到達する。

この急速加熱により、共晶組成インサート材
では、インサート材中の溶質原子が接合材中に
拡散する時間がなくなり、インサート材の組成
変化は微少となる。その結果、インサート材の
溶融は確実に生じ、かつ溶融量は所期通りのも
のが得られ、継手品質は極めて安定する（溶融
量が減少すると、継手間隙への充填が不充分と
なり、ボイド発生等継手欠陥を生成することに
なる）。

また、接合温度直下で共晶組成を生成するイ
ンサート材でも同様に、インサート材原子が接
合材中に拡散する時間がなくなり、その結果、
接合温度でインサート材の溶融は確実に生じ、
かつ溶融量も所期通りのものが得られ、継手品
質は極めて安定する。

(2) 従来は同一炉を極めて長時間にわたつて占拠
するため生産効率が悪かつたのに対し、本発明
では液相拡散溶接のポイントとなる昇温過程と
インサート材の溶融から消滅までの任意のとこ
ろまでとを集中高温加熱による急速加熱と引続
いての加熱保持で行なつており、これらの過程
を短時間で行なうことができ、しかも長時間を
要する均質化過程を多量に一度に一つの炉内で
処理できるため、生産効率を著しく向上でき
る。

また、本発明方法は従来の全工程高周波誘導
加熱による溶接法に比べ、次のような効果を有
する。

(3) 高周波誘導加熱で昇温すると数秒から30分で
インサート材の溶融に到達し、上記の(1)で述べ
たように優れた継手品質を得ることができる
が、従来のように全工程を高周波誘導加熱で行
なうと極めて長時間にわたつて装置を占拠しな
ければならず生産効率が悪いのに対し、本発明
では長時間を要する均質化過程を炉加熱で行な
うため、生産効率を大幅に向上させることがで
きる。

以上のように、本発明方法によれば品質向上お
よび生産性向上の面から極めて有益である。

実施例 １ 接合材としてS45C（10φ×50）を、インサー
ト材として炭素（厚さ200μ）を用い、第３図Ａ
の態様で真空雰囲気下の高周波誘導加熱を行な
い、室温から溶接温度1250℃まで10分で昇温し、
引続き1250℃で30分保持し、冷却した。

次いで、上記のようにして得られた複数個の継
手片を真空雰囲気下の炉に搬入し、1250℃で9.5
時間保持し、冷却した。

得られた継手は、いずれも欠陥なく、成分の均
質化も充分行なわれていた。

実施例 ２ 実施例１と同じ接合材とインサート材を用い、
第３図Ｂの態様で真空雰囲気下の電気抵抗加熱
（電流600A）を行ない、室温から1250℃まで１分
で昇温し、引続き1250℃で３分保持し、冷却し
た。

次いで、上記のようにして得られた複数個の継
手片を真空雰囲気下の炉に搬入し、1250℃で10時
間保持し、冷却した。

得られた継手は、いずれも欠陥なく、成分の均
質化も充分であつた。

実施例 ３ 接合材としてインコネル713C（10φ×50）を、
インサート材としてNi―15％Cr―3.5％Ｂ（厚さ
200μ）を用い、第３図Ｃの態様で真空雰囲気下
の電子ビーム加熱（出力０〜30KW、ビームオシ
レーシヨン10mm、継手片は回転させた）を行な
い、室温から溶接温度1200℃まで５分で昇温し、
引続き1200℃で５分保持し、冷却した。

次いで、上記のようにして得られた複数個の継
手片を真空雰囲気下の炉に搬入し、1200℃で20時
間保持し、冷却した。

得られた継手は、いずれも欠陥なく、成分の均
質化も充分であつた。

実施例 ４ 実施例１と同じ接合材とインサート材を用い、
第３図Ｃの態様でAr雰囲気下のレーザビーム加
熱（出力０〜3KW、ビームオシレーシヨン10mm、
継手片は回転させた）を行ない、室温から1250℃
まで５分で昇温し、引続き1250℃で５分保持し、
冷却した。

次いで、上記のようにして得られた複数個の継
手片を真空雰囲気下の炉に搬入し、1250℃で10時
間保持し、冷却した。

得られた継手は、いずれも欠陥なく、成分の均
質化も充分であつた。

比較例 １ 実施例１と同じ接合材とインサート材を用い、
真空雰囲気下の炉加熱で溶接した。

室温から1250℃までの昇温には５時間を要し
た。引続いて1250℃で10時間保持し、冷却した。

得られた継手は、ボイドが残存し、品質が不良
であつた。

比較例 ２ 実施例３と同じ接合材とインサート材を用い、
第３図Ａの態様で真空雰囲気下の高周波誘導加熱
を行なつて溶接した。

室温から1200℃までの昇温には10分を要し、引
続き1200℃で20時間保持し、冷却した。

得られた継手は、欠陥なく、成分の均質化も充
分であつたが、高周波誘導加熱装置を20時間もの
長時間にわたつて使用しなければならず、効率の
点に問題がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は液相拡散溶接法の接合サイクルを示す
図表、第２図〜は第１図に示す接合サイクル
の各ステツプ〜における接合材とインサート
材の接合状態を模式的に示す図、第３図Ａ〜Ｃは
本発明方法における集中高温加熱による急速加熱
法を説明するための図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 接合材間にインサート材を挿入して行なう液
   相拡散溶接方法において、溶接温度までの昇温を
   高周波誘導加熱、電気抵抗加熱、電子ビーム加
   熱、レーザビーム加熱等により急速加熱し、引続
   き該溶接温度に溶融した前記インサート材が消滅
   するまで保持し、しかる後炉加熱を行ない継手部
   の組成を均質化させることを特徴とする液相拡散
   溶接方法。