JPS606279A - Joining method of member - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To join satisfactorily members having different coeffs. of expansion and objects having intricatedly shaped joint parts by placing and pressing a conductive metallic insert into the joint part of members to be joined, conducting directly electricity to the insert member to heat uniformly and quickly the local part and press-welding the members. CONSTITUTION:An insert material having better conductivity than material to be press-welded, having a relatively low softening point and good affinity to each other, for example, copper, nickel, cobalt alloy or the like is pressed to a joint part so as to be sandwiched in the same in press-welding of metals under heating. Electricity is then directly conducted to the insert material to heat quickly the insert material and the materials are press-welded. Since the quickly heated part is limited to the insert material and the local part of the materials to be joined in contact therewith, the members having different coeffts. of thermal expansion is satisfactorily press-welded and even if the joint part is intricately shaped, the joint surfaces are uniformly heated and therefore the satisfactory joining is accomplished. The current flowing to the parts except the insert material is less and is preferable with the adequately roughned joint surfaces.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、同種あるいは異種金属からなる部材または金
属部材と非金属部材の接合方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to members made of the same or different metals, or to a method of joining a metal member and a non-metal member.

〔技術的背景〕[Technical background]

従来から金属部材の接合に当っては、種々の方法が利用
されて来た。その中でもロー付、圧接等は残留歪が少な
い点で優れている。Conventionally, various methods have been used for joining metal members. Among these, brazing, pressure welding, etc. are superior in that they have little residual strain.

しかしながら、ロー付方法では、ロー材の溶融温度まで
接合部材を加熱する必要があるために、接合部材の間の
熱膨張係数に大きな差があると、歪が発生して！ＩＩ　
ｌ１ｌｌｔすることがあり、大型部材への適用には困難
な場合がある。However, in the brazing method, it is necessary to heat the joining parts to the melting temperature of the brazing material, so if there is a large difference in the coefficient of thermal expansion between the joining parts, distortion will occur! II
This may make it difficult to apply to large members.

また、圧接法も、接合に非常に大きな力が必要であり、
複雑な形状を持った大型の部材への適用には困難である
。In addition, the pressure welding method also requires a very large force for joining.
It is difficult to apply to large members with complicated shapes.

これらの接合に際して、接合面のみが瞬間的に高温塑性
温度に加熱できれば無歪の理想的な接合状態を得ること
ができる。When joining these materials, if only the joint surfaces can be instantaneously heated to a high temperature plastic temperature, an ideal joint state with no strain can be obtained.

この理想状態に比較的近い接合法としては、両方の接合
部材の接合面に垂直方向に電流を流し、接触部でのジュ
ール熱によって接合を行わせるものがある。しかしなが
ら、この方法では接合部材そのものも通電加熱されるの
で、熱歪が発生し、それと同時にパリも発生することに
なり、高精度の接合は得にくく、しかも導電性の金属相
互間のみにしか適用できないという欠点がある。As a bonding method that is relatively close to this ideal state, there is a method in which a current is passed perpendicularly to the bonding surfaces of both bonding members, and bonding is performed by Joule heat at the contact portion. However, in this method, the joining members themselves are heated with electricity, which causes thermal distortion and at the same time creates a flash, making it difficult to achieve high-precision joining, and moreover, it is only applicable to conductive metals. The drawback is that it cannot be done.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、接合部における歪の発生が僅少で、しかも複
雑な形状を持った大型品にも充分に適用可能な新規な接
合法を提供するものである。The present invention provides a new joining method that causes only a small amount of strain at the joint and is fully applicable to large products with complex shapes.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

本発明は、まず、接合部材の接合境界部に、導電性金属
から成るインサート材を挿入して、このインサート材へ
交番電流を直接通電してインサート材を直接急速抵抗加
熱する。一方上記インサー１−材に対面する接合部材の
接合面の表層も上記電流の誘導加熱効果によって誘導加
熱され、あるいは上記インサート材に接触している部分
から分岐して、接合面表層部を流れる電流によって表層
部が抵抗加熱される。そして接合部材は、接合面表層の
みが選択的に急速加熱される。このような状態で、上記
高温に加熱されたインサート材をサンドインチ状に接合
部材で圧接するものである。In the present invention, first, an insert material made of a conductive metal is inserted into a joint boundary of a joining member, and an alternating current is directly applied to the insert material to directly rapidly resistance heat the insert material. On the other hand, the surface layer of the bonding surface of the bonding member facing the insert 1 material is also induction heated by the induction heating effect of the current, or the current that branches from the part that is in contact with the insert material and flows through the surface layer of the bonding surface. The surface layer is heated by resistance. Then, only the surface layer of the joining surface of the joining member is selectively and rapidly heated. In this state, the insert material heated to a high temperature is pressed in a sandwich-like manner with a joining member.

次に本発明方法を、添付図面によって具体的に説明する
。Next, the method of the present invention will be specifically explained with reference to the accompanying drawings.

同図において、（１１，（２）は接合部材、（３）は（
１）、　（２１の接合部に挿入した導電性金属からなる
インサート材を示す。接合に際して、まず（３）のイン
サート材に交番電流を通電する。これによって、インサ
ート材は、急速に通電加熱される。同時に、インサート
材に対面する接合部材（１１，（２１の斜線部によって
示す接合面表層（４）はこの交番電流によって同時に誘
導加熱される。一方、インサート材（３）に接触してい
る接合面表層（４）の部分にはインサート材（３）の電
流の一部が分散して、これも表層部分を流れ、直接抵抗
によっても加熱される。いずれにせよ接合部材（１，１
，（２１はその接合面の表層のみが同時に、急速加熱さ
れることになる。In the same figure, (11, (2) are joining members, (3) is (
1), (This shows an insert material made of conductive metal inserted into the joint part of 21. When joining, an alternating current is first applied to the insert material of (3). As a result, the insert material is rapidly heated by electricity. At the same time, the bonding surface surface layer (4) of the bonding member (11, (21) shown by the shaded area) facing the insert material is simultaneously induction heated by this alternating current. A part of the current of the insert material (3) is dispersed in the surface layer (4) of the joint surface, which also flows through the surface layer and is heated by direct resistance.
, (21), only the surface layer of the joint surface is rapidly heated at the same time.

インサート材（３）あるいは接合面表層（４）が軟化し
て流動しやすくなった段階で、インサート材をサンドイ
ンチ状に両部材で圧接すると、上記境界部に金属の流動
が生起される。When the insert material (3) or the joint surface surface layer (4) is softened and becomes easy to flow, when the insert material is pressed into contact with both members in a sandwich-like manner, metal flow occurs at the boundary portion.

インサート材（３）が接合部材（１１，（２１で加圧さ
れた状態で通電された場合、部材（１１，＋２１に分岐
する電流は多くなるが、この場合も接合面表層部が選択
的に急速加熱され、この部分に金属の流動が生起される
。いずれにせよ、上記加熱はインサート材と接合面表層
部のみに選択的に集中され、接合部材全体に対してほと
んど熱影響を与えず、しかも昇温を電流の制御によって
いくらでも早くすることができるので、接合部材への熱
影響を極小に抑えることができる。そして、この流動に
よって境界部の微小な間隙まで金属の流動体が充愼され
ると同時に、この流動によって、表面組織が破壊され、
新生面が露呈密着され、熱歪のほとんどない冶金的接合
が達成される。When the insert material (3) is energized while being pressurized by the joining members (11, (21), the current branching to the members (11, +21) increases, but in this case as well, the surface layer of the joining surface selectively Rapid heating occurs, and metal flow occurs in this area.In any case, the heating is selectively concentrated only on the insert material and the surface layer of the joint surface, and has almost no thermal effect on the entire joint member. Moreover, since the temperature can be raised as quickly as possible by controlling the current, the thermal effect on the bonded parts can be minimized.This flow also fills the minute gaps at the boundary with the metal fluid. At the same time, this flow destroys the surface structure,
The new surfaces are exposed and adhered, achieving metallurgical bonding with almost no thermal distortion.

インサート材の部分の選択通電性を良くするためには、
接合部材（１１，（２１の接合面およびインサート材表
面の粗面化が非常に有効であり、ある場合には不可欠な
条件になってくる。粗面化によってインサート材と接合
部材との接触部は点接触となり接触電気抵抗が大きくな
り、高度に加圧された状態でもインサート材から接合部
材への電流の分岐が起りにくくなる。従って粗面化によ
って、加圧力を大きくして流動を生起させやすくするこ
ともできる。In order to improve the selective conductivity of the insert material,
Roughening the bonding surfaces of the bonding members (11, (21) and the surfaces of the insert materials is very effective, and in some cases it becomes an essential condition. Roughening the surface of the bonding surfaces of the insert materials and the bonding members) becomes a point contact and the electrical contact resistance increases, making it difficult for current to branch from the insert material to the joining member even under highly pressurized conditions.Therefore, by roughening the surface, the pressure can be increased to cause flow. You can also make it easier.

圧接の手段としては、単純加圧の他に、振動。In addition to simple pressure, vibration is also used as a pressure welding method.

摺動１回転等の相対的に変位を伴った運動を与えると、
流動がより大きくなり、圧接は促進される。When a motion with relative displacement is applied, such as one rotation of sliding,
The flow becomes larger and pressure welding is promoted.

圧接面の拡散性を促進するためには、インサート材と接
合部材との間に拡散性あるいは濡れ性の良好な金属の層
を設けることが有効であり、このためには、インサート
材あるいは接合部材にメッキ等の方法によってＮｉやＮ
ｉ　−Ｐ合金等を被覆するのがよい。In order to promote the diffusivity of the press contact surface, it is effective to provide a metal layer with good diffusivity or wettability between the insert material and the joining member. Ni or N is added by plating or other methods.
It is preferable to coat with i-P alloy or the like.

接合面が複雑形状の場合、インサート材として、フレキ
シブルな箔、線を使用すると、十分に目的を達成するこ
とができる。When the joint surface has a complicated shape, the purpose can be fully achieved by using flexible foil or wire as the insert material.

インサート材としては、導電性のあるものであれば、全
ての金属を使用できるが、一般的には導電率が高く、比
較的軟化点が低く、接合金属となじみの良いものが好ま
しい。例えば銅系、ニッケル系、コバルト系合金等であ
る。またインサート材は必要に応じて適宜多層構造の複
合体にして使用することも可能である。As the insert material, any metal can be used as long as it is electrically conductive, but it is generally preferable to use a material that has high electrical conductivity, a relatively low softening point, and is compatible with the joining metal. Examples include copper-based, nickel-based, and cobalt-based alloys. Further, the insert material can be used in the form of a composite with a multilayer structure, if necessary.

〔実施例〕〔Example〕

次に実施例について述べる。 Next, examples will be described.

実施例１　（軟鋼−軟鋼の接合） 接合部材として２枚の平板状軟鋼材を使用し、接合面に
ショツトブラストによって粗面化処理を方角す。Example 1 (Joining of mild steel and mild steel) Two flat mild steel materials are used as joining members, and the joining surfaces are roughened by shot blasting.

インサート材としては、表面にニッケルメッキを施した
０、３＋＋ｎ厚みの純銅板を使用し、これを上記２枚の
平板の間に挿入する。As the insert material, a pure copper plate with a thickness of 0.3++n whose surface is nickel plated is used, and this is inserted between the two flat plates.

次に高周波電源より、純銅板に１０　ＭＨｚの高周波交
番電流を直接通電する。通電時間は４〜５秒で純銅板を
１０００〜１１００℃の温度に急速加熱でき、被接合部
材である平板の純銅板に対面した部分も加熱されてくる
。Next, a high-frequency alternating current of 10 MHz is directly applied to the pure copper plate from a high-frequency power supply. The pure copper plate can be rapidly heated to a temperature of 1000 to 1100° C. in 4 to 5 seconds, and the portion of the flat plate facing the pure copper plate, which is the member to be joined, is also heated.

次にこのような状態で、インサート銅板をサンドインチ
状に２枚の平板で３ｋｇ　／　ｍｍ２の圧力を１２秒間
加えて圧接した。これによって、２枚の平板は銅板を間
にはさんで接合された。Next, in this state, the insert copper plate was pressed with two flat plates in a sandwich shape by applying a pressure of 3 kg/mm2 for 12 seconds. As a result, the two flat plates were joined with the copper plate sandwiched between them.

接合部の切断面の組織観察において、接合境界部のイン
サート材の部分に一部溶融したと思われる箇所が観察さ
れたが、他の部分は、銅あるいはニッケルと軟鋼の拡散
接合の組織を示していた。When observing the structure of the cut surface of the joint, it was observed that there was some melting in the insert material at the joint boundary, but other parts showed the structure of diffusion bonding between copper or nickel and mild steel. was.

実施例２　（超硬合金−軟鋼の接合） 接合性を良くするために、超硬合金にはニッケルを０．
１ｍｍメッキしたのち、実施例１と同じ要領で圧接を行
った。Example 2 (Cemented carbide-mild steel bonding) In order to improve bondability, 0.00% nickel was added to the cemented carbide.
After plating to a thickness of 1 mm, pressure welding was performed in the same manner as in Example 1.

接合部の構造は、ニッケルメッキ層、インサート材を間
にはさんで超硬合金と軟鋼が圧接された構造を示してい
た。接合部のミクロ組織は、基本的には実施例１と同じ
であった。The structure of the joint was one in which cemented carbide and mild steel were pressure-welded with a nickel-plated layer and insert material in between. The microstructure of the joint was basically the same as in Example 1.

以」二の実施例は、形状的には最も単純な例について記
載したものであるが、形状が変ってきた場合、インサー
ト材の形状と配置は、被接合部材の形状に合わせて行う
必要がある。The following second example describes the simplest example in terms of shape, but if the shape changes, the shape and arrangement of the insert material must be adjusted to match the shape of the parts to be joined. be.

例えばスリーブ形状の内面に軸体を内嵌接合する場合、
インサート材には軸状のものを使用し、これを軸体にコ
イル状に巻回して、これを予めスリーブに予備的に内嵌
しておいて、通電、圧接するというようなことも一つの
方法である。For example, when joining a shaft body to the inner surface of a sleeve shape,
It is also possible to use a shaft-shaped insert material, wind it around the shaft body in a coil shape, preliminarily fit it into the sleeve, and then apply electricity and pressure-weld it. It's a method.

尚、本発明に使用する交番電流の周波数は、実施例では
高周波を使用して、全体的な熱影響を小さくすることを
計ったが、必ずしもこのような周波数のみに限定される
ものではない。目的や用途によって、これよりも低い周
波数の低周波も十分使用できることはいうまでもないこ
とである。Although the frequency of the alternating current used in the present invention is high in the embodiments in order to reduce the overall thermal effect, it is not necessarily limited to such a frequency. It goes without saying that lower frequencies than this can also be used depending on the purpose and application.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、以上のような種々な態様で実施されるが、次
のような効果をもたらす。Although the present invention is implemented in the various embodiments described above, it brings about the following effects.

（イ）接合部材の熱歪が極小である。(a) Thermal distortion of the bonded members is minimal.

接合部材そのものには通電せずに、接合部材の間に挿入
したインサート材に直接交番電流を通電する。このため
に、接合時の加熱は、インサート材の部分および対向す
る接合面表層の部分に局限され、しかも急速あるいは瞬
間加熱であるために、接合部材はほとんど熱形８を受け
ず、接合歪はほとんど発生しない。またインサート材の
昇温より早くして、瞬間的に行うことによって接合部材
への熱影響を更に小さくすることができる。An alternating current is applied directly to the insert material inserted between the joining members without applying electricity to the joining members themselves. For this reason, the heating during bonding is localized to the insert material and the surface layer of the opposing bonding surfaces, and because the heating is rapid or instantaneous, the bonded members hardly experience thermal strain 8, and bonding strain is reduced. Almost never occurs. Furthermore, by performing the heating instantaneously, faster than the temperature of the insert material, the thermal influence on the joining members can be further reduced.

（ロ）接合状態が極めて良好である。(b) The bonding condition is extremely good.

急速加熱であるために、接合面は大気中でもほとんど酸
化されず、無歪で高度な冶金的接合を得ることができる
。Because of the rapid heating, the joint surfaces are hardly oxidized even in the atmosphere, making it possible to obtain a highly metallurgical joint without strain.

（ハ）線膨張係数の異なるものでも接合可能であり る。(c) It is possible to join materials with different coefficients of linear expansion. Ru.

（ニ）複雑な形状を持った大型のものも接合可能である
。(d) Large objects with complex shapes can also be joined.

（ホ）表面をメタライズすることによってセラミックや
ガラス等と金属の接合が可能である。(e) By metallizing the surface, it is possible to join ceramics, glass, etc. and metals.

（へ）コスト的には、従来品の数分の−である。(f) In terms of cost, it is several times lower than conventional products.

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

添付図は本発明方法の説明図である。 ＋１．ｌ、　＋２１　接合部材（金属）（３）　インサ
ート材 （４）　接合面表層 特許出願人　宮　１）　征一部 代理人　小堀　益（ばか２名） ０The attached drawings are explanatory diagrams of the method of the present invention. +1. l, +21 Joining member (metal) (3) Insert material (4) Joint surface surface patent applicant Miya 1) Seibu representative Masu Kobori (2 idiots) 0

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １、被接合部材の接合境界部に導電性金属から成るイン
サート材を挿入し、同インサート材へ交番電流を直接通
電することによって、同インサート材と同インサート材
に対面する被接合材の接合面の表層とを少なくとも軟化
温度まで加熱して、前記インサート材を間に介して被接
合材を圧接することを特徴とする部材の接合方法。1. By inserting an insert material made of a conductive metal into the joining boundary of the parts to be joined and applying an alternating current directly to the insert material, the welding surface of the insert material and the parts facing the insert material is A method for joining members, characterized in that the surface layer of the members is heated to at least a softening temperature, and the materials to be joined are pressed together with the insert material in between.