JPS6245020B2 - - Google Patents

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JPS6245020B2
JPS6245020B2 JP55096186A JP9618680A JPS6245020B2 JP S6245020 B2 JPS6245020 B2 JP S6245020B2 JP 55096186 A JP55096186 A JP 55096186A JP 9618680 A JP9618680 A JP 9618680A JP S6245020 B2 JPS6245020 B2 JP S6245020B2
Authority
JP
Japan
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joint
bonding
steel
carbon
bonding material
Prior art date
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Expired
Application number
JP55096186A
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English (en)
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JPS5722867A (en
Inventor
Takashi Oomae
Yasuhiro Fukaya
Shozo Hirai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP9618680A priority Critical patent/JPS5722867A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は拡散ろう付による鋼の接合方法に関す
るものである。
拡散ろう付とは、接合材間に接合材よりも融点
の低いインサート材を挿入し、継手全体をインサ
ート材の融点以上、接合材の融点以下の温度に加
熱すると、インサート材のみが溶融し、その後、
インサート材原子が接合材中へ拡散することによ
り溶融層が等温凝固し、これによつて接合を完了
させる方法である。この拡散ろう付は、従来は、
接合材がNi基耐熱合金やTi合金の場合にのみ用
いられており、この場合には、インサート材は接
合材と同系合金に融点低下元素を添加したものを
用い、例えばNi基耐熱合金ではホウ素、Ti合金
では銅などを添加している。
一方、鋼に対して拡散ろう付が用いられた例が
従来なかつたが、これは次のような理由による。
すなわち、拡散ろう付法のインサート材として
は、上記の如く一般に母材と同系の合金に融点低
下元素を添加したものを用いるが、鋼の場合、炭
素を添加した共晶鋼を用いると鋼中の炭素の拡散
速度が速いために昇温過程でインサート材中の炭
素濃度が減少し、溶接温度では溶融しない。また
他の元素、例えばNi,Cu等は拡散速度が遅いた
めに接合部にインサート材の溶質原子富化層が残
留し、均質な継手が得られないためである。そし
て従来、鋼の面接合においは、ろう付、拡散溶
接、爆着、ロールクラツド等が適用されていた
が、これらは次のような欠点を有する。
(1) ろう付では接合面に異相が形成されるため接
合強度が低い。
(2) 拡散溶接では加圧が必要で、大型部材の溶接
や継手面形状が複雑な場合には接合が不可能で
ある。
(3) 爆着、ロールクラツドでは平板同志の接合し
かできず、継手形状が制限される。
本発明は鋼の接合における、上記の従来法の欠
点を解消し、加圧せずに接合母材と同質継手を得
る鋼の接合法を提供することを目的とし、鋼の拡
散ろう付にあたり、インサート材として、脆く箔
化が困難であるため従来用いることのできなかつ
た純炭素を利用可能にしたものである。すなわ
ち、炭素粉末を、アクリル系樹脂を溶剤に溶かし
た粘結剤と、混合してシート化したものをインサ
ート材として用いると、継手全体を鋼の共晶点以
上の温度に加熱したとき、粘結剤、溶剤は蒸発し
て無残渣となり、インサート材は炭素だけとなる
が、炭素と接合材中の鉄との相互拡散により生成
する共晶鋼が溶融し、その後、溶融層から接合材
へ炭素が拡散して溶融層の炭素濃度が下がり、等
温凝固して継手部が接合材と同組成となつて接合
が完了し、鋼の拡散ろう付が成功することを見出
し、本発明に到達したものである。
本発明のインサート材中の粘結剤におけるアク
リル系樹脂としては、ポリメタクリル酸メチル、
ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸n―
ヘキシル、ポリメタクリル酸n―オクチル、ポリ
メタクリル酸ラウリル等のポリメタクリル酸エス
テル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エ
チル、ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸イ
ソブチル、ポリアクリル酸2―エチルヘキシル、
ポリアクリル酸n―オクチル等のポリアクリル酸
エステル、メチルメタクリレートスチレン共重合
ポリマー等が挙げられ、溶剤としてはトルエン、
イソプロピルアルコール等が好ましく用いられ
る。インサート材配合組成割合は、炭素97重量
%、アクリル系樹脂3重量%〜炭素20重量%、ア
クリル樹脂80重量%が好適で、樹脂量が少なすぎ
るとシート状に固まらず、また炭素につては樹脂
が真空中での加熱により蒸発した後、少なくとも
10μ、好ましくは100μ程度の厚さの炭素が残る
必要があり、シート厚さが1000μ以上になると溶
融層が接合材の外部へ流れ落ち接合不良となるの
で、できるだけ500μ以下に抑えた方がよい。こ
のような割合で炭素粉末と粘結剤と混合し、脆
く、箔化が困難な炭素を100μ程度の薄肉のシー
トとすることにより、粘末状のままでは不可能で
あつた水平でない場合接合場所、例えば曲面や鉛
直面の接合面にも使用可能で、インサート厚さが
均一であるので、継手性能の接合場所によるばら
つきがなくなる。
本発明の拡散ろう付にあたり、第1図に示すよ
うに鋼の接合材、1,2間に、炭素粉末と粘結剤
からなるシート状のインサート材3をはさみ、継
手全体を真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、あるい
は大気中で加熱したとき、接合材の鉄原子とイン
サート材の炭素原子が相互拡散を起こし、接合界
面に共晶組成の鋼が生成する。共晶鋼は融点が
1150℃と接合材に比べて低いので、継手全体を共
晶温度以上の1200℃付近に加熱すると接合材は溶
融しないが、接合界面に生成された共晶鋼が溶融
する。その後、溶融層から接合材へ炭素原子が拡
散することにより、溶融層中の炭素量が減少し、
溶融層は炭素濃度をその温度における液相線濃度
に保つために固液界面が溶融層へ向かつて移動
し、等温凝固が起こり継手部は接合材と同組成と
なつて接合が完了する。図中、4はチヤンバー、
5は耐熱鋼、セラミツク等の支持台、6は熱遮蔽
板、7は加熱ヒータ、8は真空ポンプ11より連
結されたパイプ、9,10はバルブ、12は不活
性ガスボンベである。
上記の接合方法において、溶融相が等温凝固す
るとき、ボイドや接合不良が生じないようにする
ため、炭素粉末または粘結剤中にFe―Mn、Fe―
Si、Fe―Ti、Fe―Alなどの脱酸剤や、H3BO3
NiCl2+FeCl3などの界面活性剤を混合すること
ができる。すなわち、接合材表面に酸化皮膜が形
成したり、溶融層中に酸素が多く存在したり、接
合材と溶融層の濡れ性が悪いと、継手部はボイド
や融合不良などの接合欠陥が生じるが、インサー
ト材中に全重量の0.1〜5%の脱酸剤、0.5〜15%
の界面活性剤を混入することにより、これらの接
合欠陥をなくし、継手性能をより一層向上させる
ことができる。
本発明方法においては、インサート材と接合材
が相互拡散してできる溶融層が継手部を満たし、
あとは拡散現象のみで接合が完了するので、外部
から荷重を加えず、接合材の自重のみで接合を行
なうことができる。したがつて、接合面形状、接
合面粗度に左右されずに接合が可能であり、接合
面が平坦でなく複雑な形状(3次元面)の場合
や、加圧すると座屈するような構造のものでも接
合可能である。
本発明方法は、クラツド刃物、ハードフエーシ
ング部品、インペラ等に応用できる。
実施例1 (低合金鋼の拡散ろう付) 接合材として0.18%C―1.11%Mn―0.60%Ni―
0.52%Moの低合金鋼を用い、インサート材とし
て炭素粉末を、ポリメタクリル酸エチルをトルエ
ンで溶いた粘結剤(炭素74%、アクリル樹脂26
%)と混合して200μ厚さにシート化したものを
使用した。接合材表面は機械加工後、アセトンで
脱脂した。溶接条件は溶接温度が1200℃、溶接時
間が5時間で、5×10-4Torrの真空中におい
て、継手には外部から加圧せず、接合材の自重の
み(1g/mm2)で接合を行なつた。接合部のミク
ロ組織を第2図の写真(ナイタール腐食、×100)
で示す。接合面Aはほとんど見分けがつかなくな
り、接合面の粒界が接合材側へ移動しているのが
見られる。また継手の引張試験を行なつたとこ
ろ、接合材から破断し、引張強度は72Kg/cm2であ
つた。この値は接合材のみに継手と同じ熱履歴を
与えたときの強度に等しく、接合材と同等の強度
を有するすぐれた継手が得られることが立証され
た。
実施例2 (高炭素鋼の拡散ろう付) 接合材として、高速度工具鋼B(0.8%C―5
%Mo―4%Cr―6%W―2%V)と高炭素鋼C
(0.3%C―2.5%Mo―2.7%Cr)を用いた異材接合
を行なつた。インサート材および接合条件は実施
例1の場合と同じである。接合部のミクロ組織を
第3図の写真(ナイタール腐食、×100)で示す
が、接合面Aは全く見分けがつかない。また第4
図に硬度分布を示すが〔縦軸:硬度(Hv、荷重
1Kg)、横軸:接合面Aからの距離(mm)〕、接合
面付近で硬度は連続的に変化しており、すぐれた
接合が行なわれたことが判る。
実施例3 (低合金鋼の拡散ろう付) 接合材として0.18%C―1.11%Mn―0.60%Ni―
0.52%Moの低合金鋼を用い、インサート材とし
て、炭素粉末と、ポリメタクリル酸エチルをトル
エンで溶いた粘結剤(炭素74%、アクリル樹脂26
%)とを混合し、これに脱酸剤としてFe―Tiを
0.1〜15%、界面活性剤としてNiCl2+FeCl3を0.5
〜15%添加して、200μ厚さにシート化したもの
を使用した。接合材表面は機械加工後、アセトン
で脱脂した。溶接条件は、溶接温度1200℃、溶接
時間5時間で、5×10-4Torrの真空中におい
て、継手には外部から圧を加えずに接合材の自重
のみ(1g/mm2)で接合を行なつた。接合部のミ
クロ組織は第2図と同様である。脱酸剤、界面活
性剤の量を種々変化させたいずれのインサート材
の場合も接合面は明確に判別できず、接合面の粒
界が両接合材側へ移動しているのが見られる。ま
た継手の引張試験を行なつたところ、接合材から
破断し、引張強度は71〜73Kg/mm2であつた。この
値は接合材のみに継手と同じ熱履歴を与えたとき
の強度に等しく、接合材と同等の継手強度を有す
る接合がなされている。
特に接合面積が大きく増大したとき、実施例1
では継手部にボイド、融合不良等の溶接欠陥を発
生する度合が高くなるが、実施例3では脱酸剤の
添加で、接合材表面や溶融層中の酸素の幣害を除
き、また界面活性剤で溶融層の湯流れ、ぬれ性を
上昇せしめ、融合不良の発生を阻止することが判
明した。なお、脱酸剤としてFe―Mn、Fe―Si、
Fe―Al(0.1〜5%添加)、界面活性剤として
H3BO3(0.5〜1.5%)を使用したときの試験も行
なつたが、いずれも同様の好結果が得られた。
実施例4 (高炭素鋼の拡散ろう付) 接合材として0.8%C―5%Mo―4%Cr―6%
W―2%Vの高速度工具鋼と0.3%C―2.5%Mo
―2.7%Crの高炭素鋼を用い、インサート材とし
て実施例3のものを使用した。接合表面処理、接
合条件は実施例3と同様である。接合部のミクロ
組織、硬度分布につては実施例2と同じ結果が得
られると共に、接合面積が増大したとき、継手部
のボイド、融合不良の消失効果が極めて大きいこ
とが判明した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の拡散ろう付法の概略を示し、
第2図および第3図は本発明で得られた接合部の
ミクロ組織写真であり、第4図は本発明で得られ
た接合鋼の硬度分布を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 鋼を接合材とし、炭素粉末を、アクリル樹脂
    を溶剤に溶かした粘結剤と混合してシート状にし
    たインサート材を用い、継手全体を約1200℃以上
    に加熱して接合を行なう拡散ろう付方法。 2 鋼を接合材とし、炭素粉末を、アクリル樹脂
    を溶剤に溶かした粘結剤、および脱酸剤、界面活
    性剤の1種またはそれ以上と混合してシート状に
    したインサート材を用い、継手全体を約1200℃以
    上に加熱して接合を行なう拡散ろう付方法。
JP9618680A 1980-07-16 1980-07-16 Diffusion brazing method of steel Granted JPS5722867A (en)

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