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JPH0510193B2 - - Google Patents
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JPH0510193B2 - - Google Patents

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JPH0510193B2
JPH0510193B2 JP58241677A JP24167783A JPH0510193B2 JP H0510193 B2 JPH0510193 B2 JP H0510193B2 JP 58241677 A JP58241677 A JP 58241677A JP 24167783 A JP24167783 A JP 24167783A JP H0510193 B2 JPH0510193 B2 JP H0510193B2
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new surface
joining
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aluminum
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Toshio Atsuta
Takeshi Yamada
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/24Preliminary treatment

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は異材接合法に関するもので、特に
LNG船に用いられるトランジシヨンインサート
材を製造するのに好適な異材接合法に係る。
[Detailed Description of the Invention] This invention relates to a method for joining dissimilar materials, and in particular,
This invention relates to a dissimilar material joining method suitable for manufacturing transition insert materials used in LNG carriers.

トランジシヨンインサート材としては、通常ア
ルミニウム合金とステンレス鋼とを接合した複合
部材が用いられている。このような複合部材は溶
融溶接法では製造することが不可能であるため、
拡散溶接法を適用することが考えられる訳である
が、アルミニウムは、その表面酸化物が非常に強
固であるため、アルミニウムと鋼とを拡散溶接し
ようとする場合はもちろん、アルミニウム同士の
拡散溶接においても、拡散溶接温度をアルミニウ
ム母材の融点直下まで上昇させる必要がある。と
ころでアルミニウムと鋼との異材接合において、
溶接温度を上記のように上昇させた場合には、接
合部にAl−Fe系の脆い金属間化合物が生成し、
充分な信頼性を有する継手を形成することが不可
能である。第1図に従来の拡散溶接によつて得ら
れた接合部の引張試験結果を示すが、図のように
拡散溶接温度が低い場合には、接合強度はほとん
ど零に等しく、また溶接温度を上昇させた場合に
は、接合強度は広範囲にわたつてばらついている
ことが明らかである。なお第2図には、上記引張
試験用に用いた試片を示しており、この場合の各
部寸法は、d1=15mm、d2=10mm、r=15mm、l
=25mmを採用している。
A composite member made by bonding aluminum alloy and stainless steel is usually used as the transition insert material. Since such composite parts cannot be manufactured by fusion welding,
Diffusion welding may be applied, but since the surface oxide of aluminum is very strong, it is difficult to weld not only aluminum and steel, but also diffusion welding between aluminum. Also, it is necessary to raise the diffusion welding temperature to just below the melting point of the aluminum base material. By the way, in joining dissimilar materials between aluminum and steel,
When the welding temperature is increased as described above, a brittle Al-Fe intermetallic compound is generated at the joint.
It is not possible to form a joint with sufficient reliability. Figure 1 shows the tensile test results of a joint obtained by conventional diffusion welding.As shown in the figure, when the diffusion welding temperature is low, the joint strength is almost equal to zero, and when the welding temperature is increased. It is clear that the bonding strength varies over a wide range. In addition, Fig. 2 shows the specimen used for the above-mentioned tensile test, and the dimensions of each part in this case are d1 = 15 mm, d2 = 10 mm, r = 15 mm, l
=25mm is used.

上記のような理由から、トランジシヨンインサ
ート材は、拡散溶接が経済的に優れているにも拘
わらず、主として爆発圧接によつて製造されてお
り、その結果、非常に高価なものとなつているの
が実情である。しかも爆発圧接においては、使用
し得るアルミニウム合金等の種類に制約があり、
自由な材質を採用し得ないという欠点がある。ま
た圧接し得る板厚に制限がある関係上、所望の板
厚を有するトランジシヨンインサート材を製造す
ることができず、その結果、接合面への熱伝導を
配慮しつつ現場での組立溶接作業を行わなければ
ならないという、作業上の問題も生じている。
For the reasons mentioned above, transition insert materials are mainly manufactured by explosive welding, and as a result, they are very expensive, despite the economical advantages of diffusion welding. That is the reality. Moreover, in explosive welding, there are restrictions on the types of aluminum alloys etc. that can be used.
The disadvantage is that it is not possible to use any material of choice. Furthermore, due to the limitations on the thickness of plates that can be pressure-welded, it is not possible to manufacture transition insert materials with the desired thickness, and as a result, assembly and welding work is required on-site while taking heat conduction to the joint surfaces into consideration. There are also work-related problems in having to do this.

この発明は上記に鑑みなされたもので、その目
的は、アルミニウムやアルミニウム合金より成る
軟質金属と、ステンレス鋼等の硬質金属とを接合
するに際し、良好な継手強度が得られ、しかも経
済的で、かつ合金の種類やその板厚に制限を受け
ることがなく、そのためトランジシヨンインサー
ト材等の複合材料を製造するのに適した異材接合
法を提供することにある。
This invention was made in view of the above, and its purpose is to provide a good joint strength when joining a soft metal made of aluminum or an aluminum alloy to a hard metal such as stainless steel, and to be economical. Another object of the present invention is to provide a method for joining dissimilar materials, which is not limited by the type of alloy or its thickness, and is therefore suitable for manufacturing composite materials such as transition insert materials.

上記目的に沿うこの発明の異材接合法は、硬質
金属とアルミニウム又はその合金から成る軟質金
属との両者を固体状態で接合する異材接合法にお
いて、硬質金属の接合面端部のエツジでもつて軟
質金属側の表面層を切削、除去することにより軟
質金属に新生面を形成すると共に、この新生面に
は、上記切削、除去作業中においても、またその
作業終了後も継続して上記硬質金属の接合面を圧
接させ、これにより接合の終了に至るまで上記新
生面への酸素接触を防止しながら、上記硬質金属
の接合面と軟質金属の新生面とを500℃未満の温
度条件下において圧接することを特徴とするもの
となる。
The dissimilar metal joining method of the present invention, which meets the above object, is a dissimilar metal joining method in which both a hard metal and a soft metal made of aluminum or its alloy are joined in a solid state. By cutting and removing the side surface layer, a new surface is formed on the soft metal, and this new surface is continuously coated with the bonding surface of the hard metal during the cutting and removal work and even after the work is finished. The joining surface of the hard metal and the new surface of the soft metal are pressure-welded under a temperature condition of less than 500° C., thereby preventing oxygen contact with the new surface until the end of the joining. Become something.

上記のように、その除去が困難なアルミニウム
表面酸化膜を硬質金属のエツジでもつて削除して
新生面を形成し、この新生面が一度も空気に触れ
ることのない状態で両者を圧接する構成を採用し
ているので、従来の拡散接合よりも低温度での接
合が可能となり、また金属間化合物の生成も防止
し得るので良好な継手強度が得られる。しかも硬
質金属のエツジによる新生面の創成作業と、その
後の接合面の圧接作業とを、継続した一連の作業
として行う構成であることから、高能率な接合作
業が行える。
As mentioned above, the oxide film on the aluminum surface, which is difficult to remove, is removed by using a hard metal edge to form a new surface, and the two are pressed together without the new surface ever coming into contact with air. This makes it possible to bond at a lower temperature than conventional diffusion bonding, and also prevents the formation of intermetallic compounds, resulting in good joint strength. Furthermore, since the construction is such that the work of creating a new surface using a hard metal edge and the subsequent press-welding work of the joint surfaces are performed as a continuous series of work, highly efficient joining work can be performed.

次にこの発明の異材接合法の具体的な実施例に
ついて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
Next, specific embodiments of the dissimilar material joining method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず第3図a,b,cに硬質金属ブロツク1を
示すが、この硬質金属ブロツク1は概略直方体形
状のもので、その材質としては、例えばステンレ
ス鋼(SUS304)が用いられている。そしてこの
ブロツク1の長手方向両側部には、下方ほど内側
へと傾斜したテーパ部2,3が形成されており、
また底部には、上方へと弧状に湾曲した切除部4
が形成されている。この結果、上記各テーパ部
2,3の下端部にはそれぞれ鋭角のエツジ5,6
が形成されることになる。なお上記各テーパ部
2,3は後記するように、軟質金属との接合面と
なる部分であつて、滑らかに表面仕上げされてい
る。上記ブロツク1の具体的な寸法は、この場合
には、長さL1=38、厚さH1=25、上側の幅W1
=30、エツジ5,6間距離w1=26、切除部4の
深さP1=5(いずれも単位mm)としている。
First, FIGS. 3a, 3b, and 3c show a hard metal block 1, which has a generally rectangular parallelepiped shape and is made of, for example, stainless steel (SUS304). Tapered portions 2 and 3 are formed on both sides of the block 1 in the longitudinal direction, and are inclined inward toward the bottom.
Also, on the bottom part, there is a cutout part 4 that curves upward in an arc shape.
is formed. As a result, the lower ends of each of the tapered parts 2 and 3 have acute-angled edges 5 and 6, respectively.
will be formed. As will be described later, each of the tapered portions 2 and 3 serves as a bonding surface with a soft metal, and has a smooth surface finish. In this case, the specific dimensions of block 1 are length L1 = 38, thickness H1 = 25, and upper width W1.
= 30, the distance between the edges 5 and 6 w1 = 26, and the depth P1 of the cut portion 4 = 5 (all in mm).

一方、第4図a,b,cに軟質金属ブロツク7
を示すが、この軟質金属ブロツク7は略直方体形
状のもので、その材質としてはアルミニウム合金
(A5083)が用いられている。そして一方の側部
には、下方ほど外側へと傾斜したテーパ部8が形
成されており、またその上面におけるテーパ部8
の近傍には長手方向に延びる断面逆三角形の凹溝
9が形成されている。なおこのブロツク7の具体
的な寸法は、長さL2=40、厚さH2=40、上側で
の幅W2=42、下側での幅w2=45.2、凹溝幅w3=
2、凹溝の深さP2=2、凹溝中心とテーパ部上
縁間の距離L3=2(いずれも単位mm)としてい
る。
On the other hand, soft metal block 7 is shown in Fig. 4 a, b, and c.
The soft metal block 7 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and is made of aluminum alloy (A5083). A tapered portion 8 is formed on one side, and the tapered portion 8 slopes outward toward the bottom.
A concave groove 9 having an inverted triangular cross section and extending in the longitudinal direction is formed near the . The specific dimensions of this block 7 are: length L2 = 40, thickness H2 = 40, upper width W2 = 42, lower width W2 = 45.2, groove width W3 =
2. The depth of the groove P2 is 2, and the distance L3 between the center of the groove and the upper edge of the tapered portion is 2 (all in mm).

第5図には上記各ブロツク1,7を接合するの
に用いる治具の一例を示している。この治具10
は、適数本のボルト11によつて取外し可能に組
み立てられた四側壁12,12,13,13を有
しており、この側壁によつて形成される直方体状
の空間内に、1つの硬質金属ブロツク1と、2つ
の軟質金属ブロツク7,7とが配置される。すな
わち同図に示すように、各軟質金属ブロツク7,
7のテーパ部8を相対向して配置すると共に、硬
質金属ブロツク1をその上方に載置し、硬質金属
ブロツク1のエツジ5,6を軟質金属ブロツク
7,7の各凹溝9,9内に嵌入させておく訳であ
る。
FIG. 5 shows an example of a jig used to join the blocks 1 and 7 described above. This jig 10
has four side walls 12, 12, 13, 13 removably assembled with an appropriate number of bolts 11, and one rigid A metal block 1 and two soft metal blocks 7, 7 are arranged. That is, as shown in the figure, each soft metal block 7,
The tapered portions 8 of 7 are arranged to face each other, and the hard metal block 1 is placed above them, and the edges 5 and 6 of the hard metal block 1 are inserted into the respective grooves 9 and 9 of the soft metal blocks 7 and 7. I'm going to put it in there.

上記のような状態で接合を行うが以下にその工
程を説明する。
Bonding is performed in the above state, and the process will be explained below.

まず上記のような状態に各ブロツク1,7,7
をセツトした治具10をチヤンバー(図示せず)
内に導入して、雰囲気を10-4Torr程度の真空に
保持する。
First, set each block 1, 7, 7 to the state shown above.
Place the jig 10 set in the chamber (not shown).
The atmosphere is maintained at a vacuum of about 10 -4 Torr.

次いで各ブロツクを加熱するが、加熱温度は
500℃未満、特に250℃〜450℃の範囲内とするの
が好ましい。そして加熱状態において、硬質金属
ブロツク1を加圧し、このブロツク1を押し下げ
る訳であるが、この際、ブロツク1の下降と共
に、このブロツク1のエツジ5,6が軟質金属ブ
ロツク7,7のテーパ部8,8近傍の表面層を削
除し、その結果、軟質金属ブロツク7,7には新
生面が形成されると共に、この新生面が硬質金属
ブロツク1のテーパ部2,3表面と密接すること
になる。なお上記において必要な加圧力Pは、加
熱温度300℃の場合にはP=21.5ton、350℃の場
合にはP=20.3ton、400℃の場合にはP=
15.6ton、450℃の場合にはP=12.6tonというよ
うに、加熱温度の上昇と共に次第に小さくなつて
いく。
Next, each block is heated, but the heating temperature is
It is preferably less than 500°C, particularly within the range of 250°C to 450°C. Then, in the heated state, pressure is applied to the hard metal block 1 to push it down. At this time, as the block 1 descends, the edges 5 and 6 of the block 1 move into the tapered portions of the soft metal blocks 7 and 7. As a result, a new surface is formed on the soft metal blocks 7, 7, and this new surface comes into close contact with the surfaces of the tapered portions 2, 3 of the hard metal block 1. In addition, the required pressure P in the above is P = 21.5 tons when the heating temperature is 300°C, P = 20.3 tons when the heating temperature is 350°C, and P = when the heating temperature is 400°C.
In the case of 15.6 tons and 450 degrees Celsius, P=12.6 tons, which gradually decreases as the heating temperature increases.

上記のようにして軟質金属ブロツク7に新生面
を形成し、この新生面と硬質金属ブロツク1の接
合面となるテーパ部2,3とが接触するに至つた
状態において加圧力を低下させ、この状態で保持
する。この場合に必要な保持力は、上記加圧力P
の約1/6程度である。そしてこの状態での保持を
30分〜1時間程度行い、その後冷却することによ
つて、両者の拡散溶接を完了する。
A new surface is formed on the soft metal block 7 as described above, and when this new surface comes into contact with the tapered parts 2 and 3 that will become the joint surfaces of the hard metal block 1, the pressing force is reduced, and in this state, Hold. In this case, the required holding force is the above-mentioned pressing force P
It is about 1/6 of that. and hold it in this state
Diffusion welding between the two is completed by performing the process for about 30 minutes to 1 hour and then cooling.

上記両ブロツクの接合前の状態の金属組織を第
6図aに、両ブロツクを接合した後の金属組織を
同図bにそれぞれ示す。また上記によつて得られ
た継手の引張試験結果を第7図及び第8図に示
す。なお第7図には、アルミニウムの表面酸化物
を破壊すると共に、ステンレス鋼とアルミニウム
との接触面積を増加させる目的で、ステンレス鋼
の先端部に三角状の波形を形成し、この波形をア
ルミニウム内に押入した状態で加熱した場合の継
手の引張強度を対比して示している。また上記実
施例における引張試験は、次の要領にて行つた。
すなわち中央部がステンレス鋼(SUS304)、両
端部がアルミニウム合金(A5083)で形成された
引張試験片で引張試験を行うと、アルミニウム合
金とステンレス鋼との一方の接合面が破断する
が、その後、他方の接合面についてもさらに引張
試験を実施し、2つの接合面についての引張強度
を求めているのである。したがつて第7図におけ
る低強度側のデータは最初に破断した一方の接合
面の引張強度を、また高強度側のデータは後で破
断した残りの接合面の引張強度をそれぞれ示すも
のである。第7図及び第8図から明らかなよう
に、上記拡散溶接方法によれば、従来の方法及び
上記した改善された方法と比較して、大幅に継手
強度の改善されるていることが明らかである。ち
なみにステンレス鋼(SUS304)に対し、チタン
(Ti)をインサート材としてアルミニウム合金
(A3003)を爆発圧接した爆着クラツド材の常温
引張強さは、約19Kgf/mm2(A3003母材破断)で
あり、またステンレス鋼(SUS304)に対し、ニ
ツケル(Ni)、チタン(Ti)をインサート材とし
てアルミニウム合金(A1050)を、さらにその上
にアルミニウム合金(A5083)をそれぞれ爆発圧
接した爆着クラツド材の常温引張強さは、約16.5
Kgf/mm2(A1050母材破断)であるが、これらデ
ータと第8図の実施例データとを比較すると、実
施例方法によれば爆着クランド材と大差のない引
張強度が得られることが明らかである。なお上記
第8図において、加熱温度500℃における継手強
度が著しく低下しているが、これは高温であるた
め、アルミニウムの新生面とステンレス鋼の接合
面との間のAl−Feの反応が速く、金属間化合物
が多く形成されること、及び温度上昇に伴つてア
ルミニウムの降伏点が低下したことにより接合時
の加圧力が低下したこと、等がその理由と考えら
れる。したがつてこの近傍温度において、保持時
間を短縮したり、アルミニウムを上下から拘束
し、その側方から加圧したりする対策を施すこと
によつて、強度の改善を図ることが可能となる。
FIG. 6a shows the metal structure of both blocks before they are joined, and FIG. 6b shows the metal structure after they are joined. Further, the results of the tensile test of the joint obtained in the above manner are shown in FIGS. 7 and 8. In addition, Fig. 7 shows that a triangular waveform is formed at the tip of the stainless steel in order to destroy the surface oxide of the aluminum and increase the contact area between the stainless steel and the aluminum, and this waveform is applied inside the aluminum. The graph shows the tensile strength of the joint when it is heated while being pushed into the joint. Further, the tensile test in the above examples was conducted in the following manner.
In other words, when a tensile test is performed on a tensile test piece whose center part is made of stainless steel (SUS304) and both ends are made of aluminum alloy (A5083), one joint surface between the aluminum alloy and stainless steel breaks, but after that, A tensile test was also conducted on the other bonded surface to determine the tensile strength of the two bonded surfaces. Therefore, the data on the low strength side in Figure 7 shows the tensile strength of one joint surface that broke first, and the data on the high strength side shows the tensile strength of the remaining joint surface that broke later. . As is clear from FIGS. 7 and 8, it is clear that the above diffusion welding method significantly improves the joint strength compared to the conventional method and the above-mentioned improved method. be. By the way, the normal temperature tensile strength of the explosive bonded clad material made by explosively welding aluminum alloy (A3003) to stainless steel (SUS304) using titanium (Ti) as an insert material is approximately 19 Kgf/mm 2 (A3003 base metal fracture). , and an explosion-bonded clad material made of stainless steel (SUS304), an aluminum alloy (A1050) with nickel (Ni) and titanium (Ti) inserted as insert materials, and an aluminum alloy (A5083) on top of it. Tensile strength is approximately 16.5
Kgf/mm 2 (A1050 base metal fracture), but when comparing these data with the example data shown in Figure 8, it can be seen that according to the example method, a tensile strength not much different from that of the explosive crund material can be obtained. it is obvious. In Fig. 8 above, the joint strength at a heating temperature of 500°C is significantly reduced, but because this is a high temperature, the reaction of Al-Fe between the new surface of aluminum and the joint surface of stainless steel is rapid. The reasons for this are thought to be that a large amount of intermetallic compounds are formed and that the yield point of aluminum decreases as the temperature rises, resulting in a decrease in the pressure applied during bonding. Therefore, at temperatures in this vicinity, it is possible to improve the strength by shortening the holding time, restraining the aluminum from above and below, and applying pressure from the sides.

上記接合法を用いて、トランジシヨンインサー
ト材(A5083+SUS304)を製造する具体例につ
いて以下に説明する。この場合、第9図に示すよ
うに、上記と同様な横断面形状で、それよりもや
や長尺状のブロツク1,7を用いる。ブロツク
1,7の厚さは150mmよりやや大きい程度に、ま
たその長さは500mm程度とし、加熱温度300℃、加
圧力P=283tonにて新生面を形成すると共に、両
者を接合する。次いで第10図に示すように、接
合された複合材を、破線で示すように切断し、第
11図に示すようなトランジシヨンインサート材
を製造する。この場合、トランジシヨンインサー
ト材の板厚を大きくするには、上記ブロツク1,
7の幅を大きくするだけでよく、接合条件等を変
更する必要は全くない。また上記において用いる
硬質金属ブロツク1としては、上記のように一体
に形成されたもののほか、第12図に示すよう
に、一対の硬質金属板14,14間に楔形の板体
15を挿入することによつて形成することも可能
である。
A specific example of manufacturing a transition insert material (A5083+SUS304) using the above joining method will be described below. In this case, as shown in FIG. 9, blocks 1 and 7 having the same cross-sectional shape as above but slightly longer are used. The thickness of the blocks 1 and 7 is set to be slightly larger than 150 mm, and the length is set to about 500 mm, and a new surface is formed at a heating temperature of 300° C. and a pressing force of P=283 tons, and the two are joined together. Next, as shown in FIG. 10, the joined composite material is cut as shown by broken lines to produce a transition insert material as shown in FIG. 11. In this case, in order to increase the thickness of the transition insert material, the above-mentioned block 1,
It is only necessary to increase the width of 7, and there is no need to change the bonding conditions or the like. The hard metal block 1 used in the above may be formed integrally as described above, or may include a wedge-shaped plate 15 inserted between a pair of hard metal plates 14, 14, as shown in FIG. It is also possible to form it by.

以上にこの発明の異材接合法の一実施例の説明
をしたが、この発明の異材接合法は上記実施例に
限られるものではなく、種々変更して実施するこ
とが可能である。例えば上記においては溶接圧力
を発生させるために2ケ所の接合面を平行とせず
にテーパを設け、これを四方から治具で拘束した
が、テーパを設ける代わりに、接合面に垂直な方
向にプレスで押す方式も可能である。また上記に
おいては、軟質金属としてはアルミニウム合金
を、硬質金属としてはステンレス鋼をそれぞれ用
いたトランジシヨンインサート材の例を示した
が、各金属の種類及び製品の用途はこれらに限ら
れるものではない。例えば硬質金属として軟鋼
(SM41A)を、軟質金属としてアルミニウム合金
(A5083)をそれぞれ用い、接合温度300℃にて接
合し、この継手の引張試験を実施したが、破断は
アルミニウム合金の母材で生じた。この場合の引
張強度は31.9Kgf/mm2であり、このことから本発
明方法による軟鋼とアルミニウム合金との拡散溶
接継手強度を2界面ともに、上記値より高いこと
が明らかである。また硬質金属してステンレス鋼
(SUS304)を、軟質金属してと純アルミニウム
(A1050)をそれぞれ用い、接合温度300℃にて接
合し、この継手の引張試験を実施したが、破断は
純アルミニウム母材で生じた。この場合の引張強
度は8.1Kgf/mm2であり、このことから本発明方
法によるステンレス鋼と純アルミニウムとの拡散
溶接継手強度は2界面ともに、上記値より高いこ
とが明らかである。また実施例においては真空中
にて新生面の形成と接合とを行つているが、上記
のような真空中以外の、例えば不活性ガス、大気
等の雰囲気においても新生面の形成と接合とを行
うことが可能である。さらに上記においては250
〜500℃に加熱して新生面の形成を行つているが、
これは室温にて新生面の形成を行い、その後所望
の温度に加熱するようにしてもよい。なおこの場
合には、実施例の治具を用いておれば、加熱によ
る各ブロツクの熱膨張に起因する加圧力の発生を
期待することが可能となる。もつとも、この接合
のための加熱は、必要のない場合ももちろんあ
る。また上記のように新生面を形成するために
は、硬質金属側に上記のような鋭角のエツジを設
ける必要はなく、要は軟質金属の表面層を削除し
得る程度のエツジであればよく、またこれと同様
に、上記各テーパ部及び軟質金属側の凹溝を省略
することもある。
Although one embodiment of the dissimilar material joining method of the present invention has been described above, the dissimilar material joining method of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications. For example, in the above example, in order to generate welding pressure, the joint surfaces at two locations were not parallel, but tapers were provided, and this was restrained from all sides with a jig. It is also possible to press the button. In addition, although the above examples show transition insert materials using aluminum alloy as the soft metal and stainless steel as the hard metal, the types of metals and the applications of the products are not limited to these. . For example, we used mild steel (SM41A) as the hard metal and aluminum alloy (A5083) as the soft metal, welded them at a joining temperature of 300°C, and performed a tensile test on this joint, but the fracture occurred in the aluminum alloy base material. Ta. The tensile strength in this case is 31.9 Kgf/mm 2 , and it is clear from this that the strength of the diffusion welded joint between mild steel and aluminum alloy by the method of the present invention is higher than the above value at both interfaces. In addition, stainless steel (SUS304) was used as the hard metal, and pure aluminum (A1050) was used as the soft metal, and the joints were joined at a joining temperature of 300°C and tensile tests were conducted. Occurred in wood. The tensile strength in this case is 8.1 Kgf/mm 2 , and from this it is clear that the strength of the diffusion welded joint between stainless steel and pure aluminum by the method of the present invention is higher than the above value at both interfaces. Furthermore, in the examples, the formation and bonding of a new surface are performed in a vacuum, but the formation and bonding of a new surface can also be performed in an atmosphere other than the vacuum as described above, such as an inert gas or air. is possible. Furthermore, in the above case, 250
Although the new surface is formed by heating to ~500℃,
This may be done by forming a new surface at room temperature and then heating it to a desired temperature. In this case, if the jig of the embodiment is used, it is possible to expect the generation of pressing force due to thermal expansion of each block due to heating. Of course, there are cases where this heating for bonding is not necessary. In addition, in order to form a new surface as described above, it is not necessary to provide an acute edge as described above on the hard metal side.In short, it is sufficient to have an edge that can remove the surface layer of the soft metal. Similarly, the tapered portions and the grooves on the soft metal side may be omitted.

この発明の異材接合法においては、軟質で表面
酸化膜の除去困難なアルミニウム又はその合金の
酸化膜表面を、硬質金属の接合面エツジでもつて
削除してアルミニウム合金の新生面を創出し、そ
れに続く硬質金属側の接合面の圧接により、軟質
金属の新生面が一度も空気に触れることのない状
態で、両者を接合する構成を採用しているので、
従来の拡散接合よりも低温での接合が行え、また
良好な継手強度が得られる。また硬質金属のエツ
ジによる新生面の創成作業と、その後の接合面の
圧接作業とを、継続した一連の作業として行う構
成であることから、高能率な接合作業が行えるこ
とにもなる。しかも合金の種類やその板厚に対す
る制限が従来より大幅に緩和される。
In the dissimilar metal joining method of the present invention, the oxide film surface of aluminum or its alloy, which is soft and difficult to remove, is removed at the edge of the hard metal joining surface to create a new surface of the aluminum alloy, and the subsequent hard metal By applying pressure on the joining surfaces on the metal side, we have adopted a configuration in which the newly formed surface of the soft metal is joined to the air without ever coming into contact with the air.
Bonding can be performed at lower temperatures than conventional diffusion bonding, and good joint strength can be obtained. Furthermore, since the construction is such that the work of creating a new surface using a hard metal edge and the subsequent press-welding of the joint surfaces are performed as a continuous series of work, highly efficient joining work can be performed. Moreover, restrictions on the type of alloy and its plate thickness are significantly relaxed compared to the past.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の拡散接合によつて得られる継手
強度を示すグラフ、第2図は前記において用いる
試験片形状の説明図、第3図はこの発明方法の実
施に用いる硬質金属ブロツクの一例を示す図で、
aは平面図、bは正面図、cは側面図、第4図は
この発明方法の実施に用いる軟質金属ブロツクの
一例を示す図で、aは平面図、bは正面図、cは
側面図、第5図はこの発明の方法の実施において
用いる接合用治具の一例と上記各ブロツクの配置
状態を示す斜視図、第6図aは接合前の状態にお
ける各ブロツクの金属組織を示す図、第6図bは
接合後の両ブロツクの金属組織を示す図、第7図
は上記接合法によつて得られた継手強度を他の接
合法と比較して示すグラフ、第8図は上記接合法
によつて得られた継手強度を示すグラフ、第9図
ないし第11図はそれぞれトランジシヨンインサ
ート材の製造工程の説明図で、第9図は両ブロツ
クの配置状態を、第10図は切断する状態を、第
11図は製造の完了した状態をそれぞれ示し、第
12図は上記において用いる硬質金属ブロツクの
変更例の説明図である。 1……硬質金属ブロツク、5,6……エツジ、
7……軟質金属ブロツク。
Fig. 1 is a graph showing the joint strength obtained by conventional diffusion bonding, Fig. 2 is an explanatory diagram of the shape of the test piece used in the above, and Fig. 3 is an example of the hard metal block used in implementing the method of this invention. In the diagram shown,
a is a plan view, b is a front view, c is a side view, and FIG. , FIG. 5 is a perspective view showing an example of a joining jig used in carrying out the method of the present invention and the arrangement of the blocks described above, FIG. 6 a is a diagram showing the metallographic structure of each block in a state before joining, Fig. 6b is a diagram showing the metal structure of both blocks after joining, Fig. 7 is a graph showing the joint strength obtained by the above joining method in comparison with other joining methods, and Fig. 8 is a graph showing the joint strength obtained by the above joining method. Graphs showing the joint strength obtained by the method, Figures 9 to 11 are explanatory diagrams of the manufacturing process of the transition insert material, Figure 9 shows the arrangement of both blocks, and Figure 10 shows the cutting. FIG. 11 shows a state in which manufacturing is completed, and FIG. 12 is an explanatory diagram of a modified example of the hard metal block used in the above. 1... Hard metal block, 5, 6... Edge,
7...Soft metal block.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 硬質金属とアルミニウム又はその合金から成
る軟質金属との両者を固体状態で接合する異材接
合法において、硬質金属の接合面端部のエツジで
もつて軟質金属側の表面層を切削、除去すること
により軟質金属に新生面を形成すると共に、この
新生面には、上記切削、除去作業中においても、
またその作業終了後も継続して上記硬質金属の接
合面を圧接させ、これにより接合の終了に至るま
で上記新生面への酸素接触を防止しながら、上記
硬質金属の接合面と軟質金属の新生面とを500℃
未満の温度条件下において圧接することを特徴と
する異材接合法。
1. In a dissimilar metal joining method that joins both a hard metal and a soft metal made of aluminum or its alloy in a solid state, by cutting and removing the surface layer on the soft metal side at the edge of the joint surface of the hard metal. A new surface is formed on the soft metal, and even during the cutting and removal operations described above, this new surface is
In addition, even after the work is completed, the bonding surfaces of the hard metal and the new surface of the soft metal are continuously pressed together, thereby preventing oxygen contact with the new surface until the end of the bonding. 500℃
A method of joining dissimilar materials characterized by pressure welding under temperature conditions below.
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