TWI836640B - 不鏽鋼與銅之接合體及不鏽鋼與銅之接合方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供不鏽鋼與銅之接合體。將屬於不鏽鋼與銅之接合部的搭角焊接部形成於銅的端部，且將搭角焊接部的Cu/Fe比設為2.3以上，搭角焊接部係由在熔接方向上相連的複數熔接點所構成，相關熔接點的平均直徑Dmean(mm)與銅的厚度t(mm)係滿足下式(1)之關係，並將熔接點的重複率OR設為10%以上且80%以下。
2t0.5≦Dmean≦10t0.5‧‧‧(1)
Description
本發明係關於不鏽鋼與銅之接合體及其製造方法、暨不鏽鋼與銅之接合方法。
不鏽鋼係耐蝕性優異的素材，被形成鋼板或鋼管而廣泛使用於汽車用、空調用等的各種熱交換器。又，銅係導熱性優異的素材，形成銅板或銅管而廣泛被使用於各種熱交換器。
近年隨銅價格高漲，銅製熱交換器的素材有從銅轉變為不鏽鋼的趨勢。然而，要將所有素材從銅變更為不鏽鋼頗難，有一部分仍然殘存為銅製零件。在此情況，因為其係由不鏽鋼製零件與銅製零件組合所製造之製品，因而該等的交接部必需進行不鏽鋼與銅的接合。
專利文獻1：日本專利特表2003-523830號公報
專利文獻2：日本專利特開2005-349443號公報
但是，在熱交換器製造時，零件間的接合方法一般係採用焊接。焊接大致區分為：在大氣爐內對構件加熱施行多點同時接合的爐中焊接，以及大氣中利用噴燈加熱接合部而施行單點接合的火焰焊接。而且，為因應於製品組裝的階段則被採用雙方的手法。
其中，特別係火焰焊接時被接合材在大氣中暴露於高溫中。所以，當被接合材為不鏽鋼的情況，在不鏽鋼表面則容易生成阻礙焊接的牢固且緻密之氧化皮膜。所以，在不鏽鋼製零件與銅製零件被進行火焰焊接時，必需在低溫下進行焊接。
所以，在不鏽鋼與銅的接合時，一般使用熔點較低的銀焊料(熔點：600~700℃左右)。然而，銀焊料係屬於高單價。又，適當的火焰焊接被要求有作業的熟練度。進而於不鏽鋼表面上，即使在600℃左右仍有生成阻礙焊接之氧化皮膜的情況。所以，在不鏽鋼與銅的接合時，必需使用助焊劑。但是，由於助焊劑的使用，有導致不鏽鋼與銅的耐蝕性降低之可能性。又，為了除去助焊劑其洗淨手續繁複，將導致生產性降低。
因此，被要求開發出可取代使用銀焊料之火焰焊接(以下亦稱「銀焊接」)的不鏽鋼與銅之接合方法。
作為取代銀焊接的不鏽鋼與銅之接合方法，例如在專利文獻1揭示有：「一種銅或銅合金、與沃斯田鐵質鋼合金的接合方法，係在相互接合物體的接合面間配置至少1個中間層，再將各自含有中間層的接合面押合，至少加熱接合區域進行擴散接合之銅或銅合金、與沃斯田鐵質鋼合
金的接合方法；其中，該方法係將第1中間層(3)鄰接於鋼物體(2)的接合面，或者使其配置於該面，並主要防止從該鋼物體(2)之鎳的損失，使至少1個之第2中間層(4)鄰接於銅物體(1)的接合面、或者配置於該面而使擴散接合生成能活性化」。
再者，專利文獻2揭示有：「一種接合方法，係將不鏽鋼、與接合於該不鏽鋼的被接合對象進行接合的方法；其包括有：在上述不鏽鋼與上述被接合對象之間，使由焊料與接合金屬所構成之接合劑接觸的步驟；一邊將該接合劑接觸於上述不鏽鋼與上述被接合對象，一邊施行加熱處理的步驟」。
此處，專利文獻1所記載的技術係在不鏽鋼與銅的接合面之間，設置Ni等中間層。又，專利文獻2所記載的技術係在不鏽鋼與銅的接合面之間，設置焊料與接合金屬。但是，熱交換器等製品係在使用中，會與液體相接觸、或生成結露。所以，若對此種製品應用由專利文獻1與2所記載技術獲得的不鏽鋼與銅之接合體，則有因中間層及焊料及接合金屬、與銅或不鏽鋼間之電位差所導致之異種金屬接觸腐蝕發生的顧慮。
因此，在不鏽鋼與銅的接合中，尚未被確立有可取代銀焊接的高可靠度接合方法，現況仍期待可有此種接合方法之開發。
本發明係有鑑於上述現狀所開發者，其目的在於提供：可取代銀焊接的高可靠度之不鏽鋼與銅之接合方法、暨不鏽鋼與銅之接合體及其製造方法。
緣是，本發明人等為了達成上述目的經深入鑽研，針對可取代銀焊接的高可靠度接合方法，思及利用熔接來實施較佳。然而，習知不鏽鋼與銅的熔接困難。其要因之一可舉例如熔接部之龜裂。本發明人等針對該熔接部發生龜裂的要因進行探討，獲得以下發現。
在不鏽鋼與銅的熔接時，若將不鏽鋼與銅予以熔融並相混合，則其液相分離為以不鏽鋼成分為主的第一液相、與以銅成分為主的第二液相等2相。此時，若不鏽鋼熔融量相對於銅越高，則第一液相之比例越增加。
使第一液相冷卻而生成的凝固組織較脆。所以，若該第一液相的量較多，則在熔接後的冷卻過程中，將因不鏽鋼之母材與銅之母材間之熱收縮率差導致於接合部生成內部應力。該內部應力將導致破壞第一液相的凝固組織。即，導致熔接部發生龜裂。該內部應力特別容易集中於熔接起端部與終端部。所以，熔接部龜裂特別容易生成於熔接起端部與終端部。又，所發生的龜裂多數情況將傳播並貫通熔接部。
本發明人等根據上述發現深入鑽研，著眼於不鏽鋼與銅的熔點差。即，不鏽鋼的熔點係1400~1500℃左右。另一方面，銅的熔點係1100℃左右。所以，本發明人等探討以下手法。即，將接頭形式設為搭接角(fillets)接頭，且將電極配置於被接合材之重疊部之銅側，僅使銅積極熔融。然後，使熔融的銅接觸於不鏽鋼表面並使其凝固，藉此以提高熔融部的銅比例。即，針對抑制以不鏽鋼成分為主的第一液相的生成量，以防止熔接部龜裂之情形作檢討。
但是，在此情況下，已熔融的銅並不會在不鏽鋼表面上潤濕擴展(wet spread)而被彈撥開，無法獲得充分的接合部強度(以下亦稱「接合強度」)。本發明人等針對其理由進行深入鑽研，結果得知其要因在於：因為使銅熔融的入熱(heat input)，導致不鏽鋼溫度上升，於不鏽鋼表面形成牢固的氧化皮膜。
本發明人等針對在抑制不鏽鋼表面形成氧化皮膜的情況下，使銅熔融的方法進行深入鑽研，並檢討使用惰性氣體作為保護氣體的熔接方法、特別是採用TIG熔接。
但是，於一般條件的TIG熔接中，並無法充分抑制在不鏽鋼表面形成牢固的氧化皮膜。又，亦有無法充分抑制以不鏽鋼成分為主之第一液相之生成量的情況。
所以，本發明人等更進一步深入鑽研，獲得以下發現。
即，熔接方法係採用TIG熔接，且將電極配置於上述被接合材的重疊部之銅側。此外，如進一步將熔接所伴隨的熱輸入分割為局部性且短時間的複數次入熱則為有效。如滿足以下(a)~(e)條件，且使熔接電流I(A)、熔接時間d(s)、以及銅厚度t(mm)滿足下式(3)關係的方式，分割為複數次入熱則特別有效。藉此，可抑制不鏽鋼的熔融量，且可抑制不鏽鋼表面的氧化皮膜形成。結果可獲得充分的接合強度。
(a)熔接直角方向的電極傾斜角度α：-10°~+60°
其中，將被接合材的厚度方向設為基準角度(0°)，以電極前端朝銅側設為「+」，朝不鏽鋼側設為「-」。
(b)電極高度：超過0mm且3.0mm以下
(c)熔接直角方向的各入熱位置：0~+6×t(mm)
其中，t係銅厚度(mm)，將重疊部表面的銅端部設為基準位置(0)，以銅側為「+」、不鏽鋼側為「-」。
(d)各入熱點在熔接方向上的距離間隔：由前一次入熱所形成之熔接點之直徑Dk-1(mm)的20%以上且90%以下
(e)各入熱的時間間隔：前一次入熱的熔接時間(s)之20%以上
500≦I1.5×d0.5×t-1≦3500‧‧‧(3)
再者，本發明人等藉由將熔接所伴隨的入熱分割為上述局部性且短時間的複數次入熱，便可實現在熔接後的冷卻過程中，使因不鏽鋼母材與銅母材間之熱收縮率差所生成的接合部的內部應力分散及降低，亦同時得知可獲得熔接部不易發生龜裂的優點。
然後，本發明人等更進一步深入鑽研，獲得以下發現。
即，藉由設為：‧將熔接部設為搭角構造，使搭角焊接部在熔接直角方向上與銅端部鄰接，且搭角焊接部係由熔接方向上相連的複數熔接點所構成；‧搭角焊接部的Cu/Fe比設為2.3以上；‧構成搭角焊接部的熔接點之平均直徑Dmean(mm)、與銅厚度t(mm)滿足
2t0.5≦Dmean≦10t0.5‧‧‧(1)
的關係；‧熔接點之重複率OR設為10%以上且80%以下；
藉此可獲得具有充分接合強度、且熔接部無龜裂的不鏽鋼與銅之接合體。
本發明係根據上述發現更進一步鑽研而完成。
即，本發明主旨構成係如下述。
1.一種不鏽鋼與銅之接合體，係具備有不鏽鋼、銅、及該不鏽鋼與該銅之搭角焊接部的不鏽鋼與銅之接合體；其中，上述不鏽鋼與上述銅係板狀或管狀；上述搭角焊接部係形成於上述銅的端部，且上述搭角焊接部係具有在熔接方向上相連的複數熔接點；上述搭角焊接部的Cu/Fe比係2.3以上；上述熔接點的平均直徑Dmean(mm)與上述銅的厚度t(mm)係滿足下式(1)關係；上述熔接點的重複率OR係10%以上且80%以下。
2t0.5≦Dmean≦10t0.5‧‧‧(1)
2.如上述1所記載的不鏽鋼與銅之接合體，其中，上述複數熔接點中，最大直徑Dmax(mm)相對於最小直徑Dmin(mm)的比Dmax/Dmin係滿足下式(2)關係：Dmax/Dmin≦1.4‧‧‧(2)
3.一種不鏽鋼與銅之接合方法，係將使不鏽鋼與銅重疊的被接合材施行填角焊接而接合的不鏽鋼與銅之接合方法；其中，上述填角焊接係利用TIG熔接實施；上述TIG熔接係，
將電極配置於上述被接合材的重疊部之銅側，且依滿足以下(a)~(e)條件施行複數次入熱：
(a)熔接直角方向的電極傾斜角度α：-10°~+60°
其中，將被接合材的厚度方向設為基準角度(0°)，將電極前端朝銅側之側設為「+」，以朝不鏽鋼側之側設為「-」。
(b)電極高度：超過0mm且3.0mm以下
(c)熔接直角方向的各入熱位置：0~+6×t(mm)
其中，t係銅之厚度(mm)，將重疊部表面的銅端部設為基準位置(0)，以銅側設為「+」、以不鏽鋼側設為「-」。
(d)各入熱點在熔接方向上的距離間隔：由前一次入熱所形成之熔接點之直徑Dk-1(mm)的20%以上且90%以下
(e)各入熱的時間間隔：前一次入熱的熔接時間(s)之20%以上
更進一步，在各入熱中，熔接電流I(A)、熔接時間d(s)、及上述銅之厚度t(mm)係滿足下式(3)關係：500≦I1.5×d0.5×t-1≦3500‧‧‧(3)
4.如上述3所記載的不鏽鋼與銅之接合方法，其中，施行以下(f)~(h)中之至少1項：
(f)於各入熱中，將入熱的熔接電流設為前一次入熱的熔接電流以下；
(g)於各入熱中，將入熱的熔接時間設為前一次入熱的熔接時間以下。
(h)於其中一部分的入熱間，設置長時間的入熱之時間間隔。
5.一種不鏽鋼與銅之接合體的製造方法，係利用上述3或4所記載的不鏽鋼與銅之接合方法，將不鏽鋼與銅接合。
根據本發明可獲得可取代銀焊接的高可靠度(換言之，可獲得充分接合強度、且熔接部不致發生龜裂)的不鏽鋼與銅之接合方法、暨不鏽鋼與銅之接合體。又，相較於銀焊接，本發明的不鏽鋼與銅之接合體可大幅降低成本進行製造，因而極適合用於各種機器、例如熱交換器的不鏽鋼與銅之交接部。
(0):銅之端部(基準位置)
3:不鏽鋼與銅重疊面
11:搭角焊接部
12:銅厚度的1/2位置
13:搭角焊接部與銅之界面
14:搭角焊接部與不鏽鋼之界面
41:第1直線
42:熔接噴燈
43:熔接電極
44:入熱點
45:電極高度
Cu:銅
Lk:熔接點的最大長度
SS:不鏽鋼
X:X方向，熔接方向
Y:Y方向，熔接直角方向
Z:Z方向，接合體或被接合材的厚度方向
Z1:厚度方向(基準角度)
圖1係本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體中，搭角焊接部中與熔接方向垂直之剖面(Y-Z平面)的光學顯微鏡照片一例。
圖2係本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體中，搭角焊接部的外觀照片一例。
圖3係本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法中，被接合材的空間配置一例的示意圖。
圖4係本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法中，電極的空間配置一例的示意圖。
以下針對本發明根據以下實施形態進行說明。
[1]不鏽鋼與銅之接合體
本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體，係具備有：
不鏽鋼、銅、以及該不鏽鋼與該銅之搭角焊接部的不鏽鋼與銅之接合體；其中，上述不鏽鋼與上述銅係板狀或管狀；上述搭角焊接部係形成於上述銅的端部(換言之，上述搭角焊接部係在熔接直角方向上，配置成與上述銅的端部相鄰接)，且上述搭角焊接部係具有在熔接方向上相連的複數熔接點；上述搭角焊接部的Cu/Fe比係2.3以上；上述熔接點的平均直徑Dmean(mm)與上述銅的厚度t(mm)，係滿足下式(1)關係；上述熔接點的重複率OR係10%以上且80%以下。
2t0.5≦Dmean≦10t0.5‧‧‧(1)
另外，圖1至4中的X方向、Y方向及Z方向係分別如下。
X方向：熔接方向(亦可稱為「不鏽鋼與銅重疊面內的銅端部邊方向」、及「搭角焊接部的長邊方向」)
Y方向：熔接直角方向(與熔接方向成直角，且與後述厚度方向(Z方向)成直角的方向)
Z方向：將接合體或被接合材的厚度方向(以不鏽鋼與銅的重疊面設為基準位置(0)，朝銅側設為「+」、不鏽鋼側設為「-」。又，亦可稱為「不鏽鋼與銅重疊面3的垂直方向」。以下，亦簡稱為「厚度方向」)
此處，圖1所示係本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體的搭角焊接部中，其與熔接方向垂直之剖面(Y-Z平面)的光學顯微鏡照片一例。
圖2所示係本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體中，搭角焊接部的外觀照片一例。
圖3所示係本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法中，被接合材的空間配置一例的示意圖。
圖4所示係本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法中，電極的空間配置一例的示意圖。
(1)不鏽鋼
母材係不鏽鋼，其形狀呈板狀(不鏽鋼鋼板)或管狀(不鏽鋼管)。另外，此處所謂「板狀」係除平板之外，尚涵括曲面狀板(彎曲板)。相關不鏽鋼的厚度(板厚或管厚)並無特別的限定，從接合性的觀點而言，較佳係設為0.1mm以上。又，不鏽鋼的厚度較佳係設為4.0mm以下。不鏽鋼的厚度較佳係0.2mm以上、特佳係0.3mm以上。又，不鏽鋼的厚度更佳係2.0mm以下、特佳係1.0mm以下。
另外，在成為母材的不鏽鋼形狀係板狀時，板的大小並無特別的限定。例如從熔接時的熱傳導與散熱的觀點而言，熔接方向之正交方向的長度較佳係30mm以上。又，在成為母材的不鏽鋼形狀係管狀時，管的大小(外徑與長度)並無特別的限定。例如從熔接時的熱傳導與散熱觀點而言，管外徑較佳係管厚(壁厚)的4倍以上。管長度較佳係30mm以上。
再者，不鏽鋼的成分組成並無特別的限定，只要係作為不鏽鋼的一般成分便可。例如可為含有Cr：10.5質量%以上、且Fe：50質
量%以上的鐵基合金。作為一例係可使用例如JIS G 4305：2021所規定的沃斯田鐵系不鏽鋼鋼板、沃斯田鐵‧肥粒鐵系不鏽鋼鋼板、肥粒鐵系不鏽鋼鋼板、麻田散鐵系不鏽鋼鋼板、及析出硬化系不鏽鋼鋼板、以及該等的加工物。又，亦可使用JIS G 3447：2015、JIS G 3448：2016、JIS G 3459：2021、JIS G 3463：2019及JIS G 3468：2021所規定的不鏽鋼衛生水管、一般配管用不鏽鋼管、配管用不鏽鋼管、及鍋爐‧熱交換器用不鏽鋼鋼管、以及該等的加工物。另外，不鏽鋼鋼板亦可使用經施行例如以No.2B處理(退火酸洗調質處理)、No.2D處理(退火酸洗處理)、No.4處理(研磨處理)、No.8處理(鏡面研磨處理)、BA處理(光亮退火處理)、HL(髮紋)處理、消光處理、壓花處理、噴砂處理等為首之各種表面處理的鋼板。
(2)銅
母材係銅，其形狀係板狀(銅板)或管狀(銅管)。另外，此處所謂「板狀」係除了平板之外，亦涵括曲面狀板(彎曲板)。相關銅的厚度(板厚或管厚)並無特別的限定，從接合性的觀點而言，較佳係設為0.1mm以上。又，銅的厚度較佳係設為4.0mm以下。銅的厚度更佳係0.3mm以上、特佳係0.5mm以上。又，銅的厚度更佳係2.0mm以下、特佳係1.0mm以下。
另外，在成為母材的銅形狀為板狀時，板的大小並無特別的限定。例如從熔接時的熱傳導與散熱觀點而言，熔接方向的正交方向的長度較佳係30mm以上。又，在成為母材的銅形狀為管狀時，管的大小
(外徑與長度)並無特別的限定。例如從熔接時的熱傳導與散熱觀點而言，管外徑較佳係管厚(壁厚)的4倍以上。管長度較佳係30mm以上。
另外，此處所謂「銅」不僅止於由Cu及不可避免的雜質所構成之所謂「純銅」，亦涵括含Cu達50質量%以上的銅合金。作為一例係可使用例如：JIS H 3100：2018所規定的無氧銅、精煉銅、磷脫氧銅、摻錫銅、黃銅、尼泊爾黃銅、白銅、及鎳‧錫銅等各種銅的板及條管，以及該等的加工物。又，亦可使用例如：JIS H 3300：2018及JIS H 3320：2006所規定銅的無縫管及熔接管、以及該等的加工物。另外，銅板亦可使用經施行例如：HL(髮紋)處理、梨面處理、噴砂處理、錘擊加工處理等各種表面處理的銅板。
(3)搭角焊接部
根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體，如圖1所示，利用搭角焊接部11，將成為母材的不鏽鋼SS、與銅Cu接合。又，搭角焊接部係在熔接直角方向上，鄰接銅端部而配置(換言之，在不鏽鋼表面上配置有搭角焊接部)。另外，此處所謂「搭角焊接部」並未包含所謂的熱影響部。又，搭角焊接部係例如依如下劃分。即，針對依後述要領製成的圖1之剖面試料，利用SEM依倍率：100倍進行觀察。然後，從反射電子影像所看到的剖面形狀、各組織之對比差、界面之對比、結晶粒尺寸、以及結晶粒之異向性(長寬比)，劃分出搭角焊接部與(成為母材的)不鏽鋼之界面14(邊界)、以及搭角焊接部與(成為母材的)銅之界面13(邊界)，而界定出搭角焊接部。例如(成為母材的)銅或不鏽鋼係剖面之上下面呈平行，且
結晶粒呈等向性。相對於此，搭角焊接部係剖面之上下面非平行，且結晶粒細長而高異向性。又，例如在銅與搭角焊接部的界面存在對比之變化部(以下亦稱「熔合線」)。又，不鏽鋼與搭角焊接部的界面多數情況下係與周圍的對比不同，或存在有如上述熔合線。又，如圖2所示，搭角焊接部係由在熔接方向上相連的複數熔接點構成。另外，熔接點的數量並無特別的限定，只要為2點以上便可，較佳係5點以上。特佳係將熔接點的數量設為在熔接方向上每10mm存在3~5點。又，所謂「在熔接方向上相連」係如圖2所示，在搭角焊接部的表面上，各熔接點係與在熔接方向上鄰接的熔接點的其中一部分彼此重疊。所以，根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體中，特別重要的是搭角焊接部的Cu/Fe比、以及構成搭角焊接部的熔接點尺寸與配置之適當控制。
搭角焊接部的Cu/Fe比：2.3以上
若搭角焊接部的Cu/Fe比未滿2.3，則以不鏽鋼成分為主的第一液相生成量變多，導致熔接部出現龜裂。所以，搭角焊接部的Cu/Fe比設為2.3以上。搭角焊接部的Cu/Fe比較佳係4.0以上。搭角焊接部的Cu/Fe比之上限並無特別的限定，例如較佳係100以下。
此處，搭角焊接部的Cu/Fe比係在銅厚度的1/2位置12處進行測定。例如搭角焊接部的Cu/Fe比係依如下計算。首先，將如圖1所示搭角焊接部之厚度方向的剖面試料(以與熔接方向之X方向呈垂直的面(YZ平面)作為剖面的試料)，施行鏡面研磨處理而製作。接著，對該剖面試料使用苦酸鹽酸(100mL乙醇-1g苦酸-5mL鹽酸)施行蝕刻。接著，對該
剖面試料使用SEM依倍率：100倍觀察，並施行SEM-EDS分析。在該分析中，以剖面所含的熔接金屬、亦即凝固組織部為對象，施行EDS點位掃描。分析對象元素係Fe與Cu之2元素。然後，利用該等2元素的質量比率(質量%)，根據下式測定Cu/Fe比。EDS的掃描點位係在銅的厚度1/2位置(從搭角焊接部與不鏽鋼的界面，於厚度方向朝搭角焊接部側距離銅厚度除以2之長度的位置)處隨機選擇10個焊點。然後，將在各焊點所測量到的Cu/Fe比予以平均，設為1剖面試料的Cu/Fe比。此項測定係針對從搭角焊接部隨機採取製作的5個剖面試料實施，將所獲得之各剖面試料的Cu/Fe比平均值，設為搭角焊接部的Cu/Fe比。
Cu/Fe比=Cu/Fe
此處，式中的Cu與Fe分別係指從EDS點位掃描所求得Cu與Fe的質量比率(質量%)。
熔接點的平均直徑Dmean(mm)：2t0.5≦Dmean≦10t0.5‧‧‧(1)
搭角焊接部係由熔接方向上相連的複數熔接點所構成。而且，關於該熔接點的平均直徑Dmean，不可或缺的是配合銅的厚度t(mm)而滿足上式(1)的關係。此處，若熔接點的平均直徑Dmean未滿2t0.5，即使後述熔接點的重複率OR達10%以上，仍有搭角焊接部中之不鏽鋼與銅的接合中斷的情況。即，若熔接時的入熱量相對於銅厚度呈不足，則銅主要僅表面熔融，在抵接於不鏽鋼與銅之重疊面的背面，在入熱點正下方位置處僅止於少量熔融銅。即，相較於表面的銅熔融面積之下，背面的銅熔融面積過度變小。其結果，抵接於不鏽鋼與銅重疊面的背面，銅熔融部在熔
接方向上呈不連續。而且，在該不連續部處，搭角焊接部的不鏽鋼與銅之接合中斷。此情況下，將無法獲得充分接合強度。又，亦無法獲得所需的氣密性。另一方面，若熔接點的平均直徑Dmean超過10t0.5，則熔接時的入熱量相對於銅厚度呈過剩。藉此，無法充分抑制不鏽鋼表面所形成的氧化皮膜，無法獲得充分的接合強度。又，以不鏽鋼成分為主的第一液相的生成量變多，導致熔接部發生龜裂。所以，熔接點的平均直徑Dmean設為2t0.5以上且10t0.5以下。熔接點的平均直徑Dmean係從接合強度的觀點而言，較佳係設為8t0.5以下。
此處，熔接點的平均直徑Dmean係例如依如下計算。如圖2所示，針對搭角焊接部的熔接點，從與觀察面垂直的方向(換言之，厚度方向的Z方向)使用10倍小型放大鏡進行觀察。然後，測定熔接直角方向的各熔接點的最大長度Lk。將該Lk設為各熔接點的直徑Dk。另外，各熔接點的最大長度測定時，只要使用游標卡尺。將所測定之全熔接點的直徑Dk平均值設為熔接點的平均直徑Dmean。另外，如圖2所示，因為熔接點的輪廓將因後續形成的熔接點而部分消失，因此採用上述測定方法。另外，k係表示各熔接點(各入熱次數)的數字，為1~n的整數。n係熔接點的數量(入熱次數)。
熔接點的重複率OR：10%以上且80%以下
若熔接點的重複率(平均重複率)OR未滿10%，則即使在搭角焊接部表面上熔接點呈連續，但在抵接於不鏽鋼與銅之重疊面的背面將出現不鏽鋼與銅的接合中斷。所以，無法獲得充分的接合強度。又，亦無法獲
得所需的氣密性。另一方面，若熔接點的重複率OR超過80%，則對同一處的入熱次數增加，實質上朝同一處的入熱量過剩。因此，無法充分抑制在不鏽鋼表面所形成的氧化皮膜，無法獲得充分的接合強度。又，以不鏽鋼成分為主的第一液相的生成量變多，導致熔接部發生龜裂。所以，熔接點的重複率OR設為10%以上且80%以下。熔接點的重複率OR較佳係30%以上。熔接點的重複率OR較佳係60%以下。
此處，熔接點的重複率OR係由下式(4)計算出。
OR(%)={1-A/(Dmean×N)}×100‧‧‧(4)
其中，A係搭角焊接部的熔接方向的長度。N係搭角焊接部所含熔接點的數量。另外，A係只要使用例如游標卡尺等測定便可。
根據形狀，A可依例如(D1+Dn)/2+(B2+B3+‧‧‧Bn)而求取。其中，Bk係第k個熔接點與前一個形成之第k-1個熔接點間之最短中心間距離(mm)。
再者，例如，係不鏽鋼管與銅管的接合體(不鏽鋼與銅呈管狀)，熔接點呈1周，亦即最初熔接的熔接點與最後熔接的熔接點相鄰接(重疊)的情況，A成為搭角焊接部的熔接方向的全周長度。在此情況下，A亦可依例如B1+B2+B3+‧‧‧Bn而求得。另外，B1係第1個熔接點與第n個熔接點間之最短中心間距離(mm)。
再者，根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體，如上述構成，因為可防止熔接部龜裂、以及不鏽鋼與銅之重疊面的接合不連續情形，因此可獲得良好氣密性，較佳係達0.2MPa以上的氣密性。
其中，氣密性係依如下所測定。
‧不鏽鋼鋼板與銅板的接合體(不鏽鋼與銅為板狀)的情況
在接合體表面(配置有搭角焊接部之一側的面)上的搭角焊接部的中央部，描繪半徑10mm(直徑20mm)的圓(以下亦稱「基準圓」)，在該基準圓的外側將配管補修補土等(以下亦稱「補土」)盛放為甜甜圈狀。接著，將外徑20mm且壁厚1mm的銅管之管端部(端面係形成於與銅管長邊方向垂直的平面內)，置入於盛放為甜甜圈狀的補土內側，並垂直壓抵於接合體。然後，如後述，依即使朝銅管送入空氣、空氣仍不致從銅管與接合體的間隙洩漏出的方式，追加塗佈補土，而將銅管與接合體的間隙密封。接著，將銅管另一端部連接於調壓器與壓縮機，依照與後述管狀情況相同的要領測定氣密性。另外，當接合體較小，無法在表面描繪上述尺寸的基準圓的情況，只要在接合體上安裝輔助板等，僅將銅管單邊的管端部密封便可。
‧不鏽鋼管與銅管的接合體(不鏽鋼與銅為管狀)的情況
將接合體的單邊的管端部使用配管補修補土等予以密封，另一端部連接於調壓器與壓縮機。接著，在大氣環境下，將接合體在水中浸漬於水深20cm，朝接合體內部送入空氣，而將接合體內部設定為既定壓力(例如0.2MPa)。另外，由於搭角焊接部未形成平面等理由，而依照搭角焊接部的位置有不同水深的情況，只要將搭角焊接部全體浸漬於水中，且使最深處成為水深20cm便可。在接合體內部到達既定壓力後，若直到經10分鐘後，仍未從接合體發生氣泡的話，則視為接合體的氣密性達既定壓力以上。
除此之外，根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體，接合強度較佳係於成為母材的不鏽鋼與銅之強度(拉伸強度)中屬低強度者的60%以上，更佳係80%以上。特別係藉由將搭角焊接部的Cu/Fe比設為4.0以上，並將熔接點的平均直徑Dmean設為2t0.5以上且8t0.5以下，最好更將熔接點的最小直徑Dmin(mm)與最大直徑Dmax(mm)設為2t0.5以上且8t0.5以下，便可獲得更高的接合強度，具體而言，可獲得於成為母材的不鏽鋼與銅之強度中屬較低強度者的80%以上之接合強度。其理由被認為藉由將搭角焊接部的Cu/Fe比、與熔接點的平均直徑Dmean等設為上述範圍，則可更有效地抑制不鏽鋼表面之氧化皮膜形成，且可降低以不鏽鋼成分為主的第一液相的生成量所致。
其中，接合強度係根據JIS Z 2241：2011測定。其中，拉伸試驗片係依試驗片的平行部存在接合部(搭角焊接部)，且試驗片的長邊方向(拉伸方向)成為熔接直角方向方式，從接合體採取。將由拉伸試驗所獲得最大試驗力除以試驗片的平行部寬度，而計算出每單位寬度(搭角焊接部的長邊方向的單位長度)之最大試驗力。然後，將所計算出之每單位寬度的最大試驗力設為接合強度。另外，在從接合體採取的拉伸試驗片的抓持部(不鏽鋼的抓持部、及銅的抓持部)，依不鏽鋼及銅平行於拉伸軸的方式，在拉伸試驗前安裝間隔物。又，抓持部並不存在不鏽鋼與銅的重疊部分。
再者，成為母材的不鏽鋼與銅之強度，係例如依如下所測定。從接合體的接合部附近之不鏽鋼與銅母材部，分別以試驗片之長邊方向、與上述接合強度測定所使用試驗片之長邊方向(熔接直角方向)一
致的方式，採取拉伸試驗片。然後，依照與接合強度測定時同樣的要領施行拉伸試驗，將由該拉伸試驗所獲得之最大試驗力除以試驗片的平行部寬度，而計算出每單位寬度的最大試驗力。然後，將所計算出之每單位寬度的各最大試驗力，設為不鏽鋼與銅的強度。
另外，上述試驗片形狀只要其平行部的寬度達1mm以上、且平行部的長度達5mm以上範圍內，則可因應於接合體形狀而任意決定。
根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體，係在由各素材一部分重疊合致而具有搭角焊接部之前提下，可任意為板狀(除平板外，尚包括曲面狀板(彎曲的板))或管狀。於管狀的情況則為不鏽鋼管與銅管的接合體。例如，不鏽鋼管外徑與銅管內徑大約相等的組合、以大約等於不鏽鋼管外徑方式對端部施行擴管加工的銅管與不鏽鋼管之組合、以及依大約等於銅管內徑的方式對端部施行縮管加工的不鏽鋼管與銅管之組合等中，可為將不鏽鋼管其中一部分被***銅管中接合的形態。又，根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體係包含具有複數接合部，且其中至少1個為上述搭角焊接部的接合體。
Dmax/Dmin≦1.4
複數之熔接點的最大直徑Dmax(mm)相對於最小直徑Dmin(mm)的比Dmax/Dmin(以下亦稱為「焊珠寬度變化率」)，若為1.4以下，則可獲得焊珠寬度變化少的優異外觀。所以，Dmax/Dmin較佳係1.4以下。Dmax/Dmin更佳係1.2以下。Dmax/Dmin的下限並無特別的限定，例如Dmax/Dmin最好為1.0以上。
另外，Dmin(mm)與Dmax分別係熔接點之直徑Dk(k=1~n)中的最小值與最大值。
[2]不鏽鋼與銅之接合方法
根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，係將使不鏽鋼與銅重疊的被接合材施行填角焊接而接合的不鏽鋼與銅之接合方法；其中，上述填角焊接係利用TIG熔接實施；上述TIG熔接係將電極配置於上述被接合材的重疊部之銅側，且依滿足以下(a)~(e)條件施行複數次入熱：
(a)熔接直角方向的電極傾斜角度α：-10°~+60°
其中，將被接合材的厚度方向設為基準角度(0°)，以電極前端朝銅側設為「+」，朝不鏽鋼側設為「-」。
(b)電極高度：超過0mm且3.0mm以下
(c)熔接直角方向的各入熱位置：0~+6×t(mm)
其中，t係銅厚度(mm)，將重疊部之表面的銅端部設為基準位置(0)，以銅側設為「+」、不鏽鋼側設為「-」。
(d)各入熱點在熔接方向上的距離間隔：由前一次入熱所形成之熔接點之直徑Dk-1(mm)的20%以上且90%以下
(e)各入熱的時間間隔：前一次入熱的熔接時間(s)之20%以上
又，各入熱中，熔接電流I(A)、熔接時間d(s)、以及上述銅的厚度t(mm)係滿足下式(3)關係：500≦I1.5×d0.5×t-1≦3500‧‧‧(3)
以下，針對根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，使用圖3所示之被接合材的空間配置一例的示意圖、及圖4所示之電極的空間配置一例的示意圖進行說明。
根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，係將圖3所示由不鏽鋼與銅重疊的被接合材，施行填角焊接而接合。例如於板狀的情況，最好將銅板重疊配置於不鏽鋼鋼板的鉛直方向上側。於管狀的情況，最好以不鏽鋼管配置於內側、銅管配置於外側的方式重疊(例如將不鏽鋼管其中一部分***於銅管內部)。雖未特別限定，但不鏽鋼與銅的重疊部的寬度(熔接直角方向的寬度)較佳為設成5mm~20mm。不鏽鋼與銅之重疊部的間隙厚度並未特別限定，較佳為設成銅厚度的1/2以下。另外，不鏽鋼與銅的較佳厚度、形狀、成分組成等，係如[1]所述。
熔接方式：TIG熔接
根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，必需抑制由於用於使銅熔融的入熱，而在不鏽鋼表面上形成牢固氧化皮膜的情形。所以，搭角焊接時所採用的熔接方式設為TIG熔接。
電極配置：被接合材的重疊部之銅側
根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，係在藉由TIG熔接進行的各入熱中，將入熱點與周邊、亦即銅的端部附近熔融，並在不鏽鋼上使其凝固，而將不鏽鋼與銅予以接合。所以，為了優先對銅施行入熱，如圖4所示，入熱點係設定於被接合材的重疊部之銅側面。即，電極配置於被接合材的重疊部之銅側。
再者，根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，其重點在於，將因熔接伴隨的入熱，分割為局部性且短時間的複數次入熱，並滿足以下(a)~(e)條件。另外，入熱次數並未無特別限定，只要為2次以上便可，較佳係5次以上。特佳係將入熱次數設為熔接方向每10mm為3~5次。
(a)熔接直角方向的電極傾斜角度α：-10°~+60°
熔接直角方向的電極傾斜角度α(以下亦稱「電極傾斜角度α」)，從形成良好熔接部的觀點而言實屬重要。此處，電極傾斜角度α係如圖4所示，為連結電極前端與入熱點44的直線從X軸方向投影於YZ平面上的直線41(以下亦稱「第1直線」)相對於厚度方向(被接合材之重疊面的垂直方向)之傾斜角度。又，電極傾斜角度α係將厚度方向設為基準角度Z1(0°)，將電極前端朝銅側之一側設為「+」、朝不鏽鋼側之一側設為「-」。另外，電極傾斜角度α係銳角，即依-90°以上且90°以下範圍所定義的角度。如上所述，根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，係優先使銅熔融。此處，若電極傾斜角度α未滿-10°，則非銅優先熔融而是不鏽鋼優先熔融，會導致銅熔融量不足。因而，以不鏽鋼成分為主的第一液相生成
量增加，導致熔接部發生龜裂。特別是為使搭角焊接部的Cu/Fe比成為2.3以上，除了滿足上式(3)關係、以及後述(c)與(d)條件之外，亦必需將電極傾斜角度α設為-10°以上。但是，若電極傾斜角度α超過+60°，則入熱區域擴大，會導致入熱部周邊的溫度過度上升。因此，會發生因熱膨脹與熱收縮所造成之接合部周邊應變，接合部形狀、或後續接合中出現不良情況。所以，電極傾斜角度α被設為-10°~+60°範圍。電極傾斜角度α較佳係5°以上。又，電極傾斜角度α較佳係30°以下。
(b)電極高度：超過0mm且在3.0mm以下
若將電極高度45(即，厚度方向上電極前端與被接合材間之距離)設為0mm，則不產生電弧而無法熔接。又，若電極高度超過3.0mm，則入熱區域擴大，導致入熱分散。因此，銅的熔融量不足，造成接合不足。所以，電極高度被設為超過0mm且在3.0mm以下。又，若電極高度未滿0.5mm，在接合時電極前端與熔融的銅接觸，其有凝固並固著於電極上的情形。在此情形下，必需進行將電極從已凝固的銅上剝除的作業，而導致製造效率降低。所以，電極高度較佳係被設為0.5mm以上。又，若電極高度超過2.0mm，則較難掌握銅與電極前端間之距離，而導致電極高度較難控制。因此，電極高度較佳係2.0mm以下。
(c)熔接直角方向上的各入熱點的位置：0~+6×t(mm)
若從重疊部之銅端部於不鏽鋼側施行入熱、亦即將熔接直角方向上的各入熱點的位置(以下亦稱「入熱點位置」)設為未滿0，則不鏽鋼優先
熔融，導致銅的熔融量不足。因而以不鏽鋼成分為主的第一液相的生成量增加，而導致熔接部出現龜裂。另一方面，若入熱點位置超過+6×t，則銅的端部不熔融，難以目視判定接合狀態之良否(不鏽鋼上是否有經熔融的銅潤濕擴展)。結果，會導致製造效率降低。因此，入熱點位置被設為0~+6×t範圍。其中，t係銅的厚度(mm)。又，入熱點位置係將重疊部表面的銅之端部設為基準位置(0)，將銅側設為「+」、不鏽鋼側設為「-」。另外，當不鏽鋼與銅的重疊部之寬度(熔接直角方向上的寬度)未滿6×t(mm)時，入熱點的位置最好設在不鏽鋼與銅的重疊部之寬度範圍內。
(d)各入熱點在熔接方向上的距離間隔()：由前一次入熱所形成之熔接點之直徑Dk-1(mm)的20%以上且90% mm以下
如上所述，根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，其重點在於，將熔接所伴隨的入熱分割為局部性且短時間的複數次入熱。特別是將各入熱點在熔接方向上的距離間隔(以下亦稱「入熱點間隔」)設為由前一次入熱所形成之熔接點之直徑Dk-1(以下亦稱「熔接點直徑Dk-1」)的20%以上且90%以下。藉此，可將構成搭角焊接部的熔接點之重複率OR設為10%以上且80%以下。此處，若入熱點間隔未滿熔接點直徑Dk-1的20%，則對同一處的入熱次數增加，實質上對同一處的入熱量過剩。因而無法充分抑制不鏽鋼表面的氧化皮膜形成，而無法獲得充分的接合強度。又，以不鏽鋼成分為主的第一液相的生成量增加，則導致熔接部出現龜裂。另一方面，若入熱點間隔超過熔接點直徑Dk-1的90%，則在抵接於不鏽鋼與銅之重疊面的背面處，將出現不鏽鋼與銅的接合中斷，而
無法獲得充分的接合強度。又，亦無法獲得所需的氣密性。因此，入熱點間隔被設為熔接點直徑Dk-1的20%以上且90%以下。入熱點間隔較佳係熔接點直徑Dk-1的40%以上。入熱點間隔較佳係熔接點直徑Dk-1的70%以下。
此處，入熱點間隔係被設為相鄰入熱點的中心間距離。又，熔接點直徑Dk-1(mm)係例如依如下所測定。如圖2所示，針對搭角焊接部的熔接點，使用10倍小型放大鏡對觀察面的垂直方向進行觀察。然後，在搭角焊接部之長邊方向(熔接方向)的直角方向上，測定熔接點最大長度Lk-1。將該Lk-1設為熔接點直徑Dk-1。另外，在測定熔接點的最大長度Lk-1時，只要使用游標卡尺便可。
(e)各入熱的時間間隔(s)：前一次入熱的熔接時間(s)之20%以上
如上所述，根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，其重點在於，將熔接所伴隨的入熱分割為局部性且短時間的複數次入熱。特別是將各入熱的時間間隔(以下亦稱「入熱時間間隔」)，設為前一次入熱的熔接時間(以下亦稱「入熱時間」)之20%以上。此處，若入熱時間間隔過短、具體而言如入熱時間間隔未滿入熱時間的20%，則對入熱部周邊的熱傳導量將超過從入熱部周邊的散熱量，而造成入熱部周邊溫度上升。因而無法充分抑制不鏽鋼表面之氧化皮膜形成，而無法獲得充分的接合強度。又，以不鏽鋼成分為主的第一液相的生成量增加，則導致熔接部出現龜裂。又，其發生因熱膨脹與熱收縮所造成的接合部周邊應變，亦有接合部形狀、後續的接合出現不良情況的情形。因此，入熱時間間隔
被設為入熱時間的20%以上。入熱時間間隔較佳係入熱時間的2000%以上。又，入熱時間間隔的上限並無特別的限定，從製造效率的觀點而言，最好設為入熱時間的10000%以下。
各入熱時的熔接電流I(A)、熔接時間d(s)及銅厚度t(mm)的關係：500≦I1.5×d0.5×t-1≦3500‧‧‧(3)
若I1.5×d0.5×t-1未滿500，則銅的熔融量不足，會導致熔接點的平均直徑Dmean未滿2t0.5，而造成不鏽鋼與銅的接合不足。另一方面，若I1.5×d0.5×t-1超過3500，則構成搭角焊接部的熔接點之平均直徑R超過10t0.5。即，於熔接金屬熔入較多的不鏽鋼。因而以不鏽鋼成分為主的第一液相的生成量增加，造成熔接部出現龜裂。又，其無法充分抑制不鏽鋼表面形成氧化皮膜，而無法獲得充分的接合強度。因此，I1.5×d0.5×t-1被設為500以上且3500以下。I1.5×d0.5×t-1較佳係1000以上。I1.5×d0.5×t-1較佳係3000以下。又，為可獲得更高的接合強度，將搭角焊接部的Cu/Fe比設為4.0以上，且將熔接點的平均直徑Dmean設為2t0.5以上且8t0.5以下，更佳係將熔接點的最小直徑Dmin(mm)與最大直徑Dmax(mm)設為2t0.5以上且8t0.5以下，更佳係將I1.5×d0.5×t-1設為2500以下。
另外，若d未滿0.05s，則有電弧不安定的情況。又，若d超過0.40s，則熱傳遞至入熱部周邊而周邊溫度容易上升。因而有生成因熱膨脹與熱收縮所造成之接合部周邊應變，接合部形狀、後續的接合出現不良情況的情形。因此，d較佳係被設為0.05s以上且0.40s以下。
I係從t與上述d而言，最好依滿足上式(3)之方式選擇。例如I係依滿足上式(3)方式，從50A以上且500A以下範圍內選擇便可。另
外，從防止熔接部生成應變的觀點而言，當d與I的可設定值存在有幅度時，d最好盡可能設定為較低，I盡可能設定為較高。
另外，當在各入熱中使用脈衝模式、斜上坡、斜下坡、及凹陷處理時，係將配合斜上坡時間、熔接時間、斜下坡時間、及凹陷處理時間的時間代入d，並將該時間內的熔接電流的時間平均值代入I，而計算出I1.5×d0.5×t-1值。
再者，各入熱的開始可採用觸發方式、亦可採用高頻起動方式。入熱開始時亦可使用熱電弧。但，該等開始入熱時所耗的電流、時間，並未涵括於各入熱的熔接電流I(A)與熔接時間d(s)內。
有關TIG熔接除了上述以外的條件並未特別限定，只要依照常法便可。例如有關保護氣體與背後保護氣體，亦可使用一般的惰性氣體，較佳係100%Ar。
再者，若保護氣體流量未滿1L/min，在入熱部於不鏽鋼表面上則生成氧化皮膜，而容易導致不鏽鋼的耐蝕性降低。另一方面，若保護氣體流量超過30L/min，則保護氣體在接合素材上形成亂流。因該亂流捲入大氣，因而入熱部周邊的惰性氣體環境會凌亂，而導致在入熱部於不鏽鋼表面上生成氧化皮膜，使不鏽鋼的耐蝕性容易降低。因此，保護氣體流量較佳係1~30L/min。更佳係25L/min以下。
再者，若背後保護氣體流量未滿1L/min，則入熱處背面的不鏽鋼表面上生成氧化皮膜，不鏽鋼的耐蝕性容易降低。另一方面，若背後保護氣體流量超過30L/min，則背後保護氣體在被接合材上形成亂流。因該亂流捲入大氣，會導致在入熱處背面的不鏽鋼表面上生成氧化
皮膜，使不鏽鋼的耐蝕性容易降低。因此，背後保護氣體流量較佳係1~30L/min。更佳係25L/min以下。
若將預流時間設為0.05秒以上，則在入熱部周邊形成充分惰性氣體的環境狀態下被開始入熱。藉此，其可抑制不鏽鋼上的氧化皮膜生成，可使熔接線的外觀良好。因此，預流時間較佳設為0.05秒以上。預流時間更佳係0.15秒以上。預流時間的上限並未特別限定，較佳係例如10秒以下。
若將滯後送氣時間(afterflow time)設為0.10秒以上，即使在入熱後入熱部周邊呈高溫的期間，仍在入熱部周邊會形成惰性氣體環境，而抑制不鏽鋼上的氧化皮膜生成，其可使熔接線的外觀呈良好。因此，滯後送氣時間較佳係設為0.10秒以上。滯後送氣時間更佳係2.0秒以上。滯後送氣時間的上限並未特別限定，較佳係例如10秒以下。
再者，藉由重複施行複數次的入熱，則容易過度提高屬於被接合材的銅溫度，亦即容易促進銅熔融，而有隨著熔接進行，焊珠寬度、亦即熔接直角方向的熔接點的最大長度逐漸變寬的情況。在此情況下，最好例如使用冷鑄模或冷卻管，將屬於被接合材的銅與不鏽鋼予以冷卻。藉此以抑制焊珠寬度擴大，而可獲得焊珠寬度安定性優異的搭角焊接部。此處，所謂「焊珠寬度安定性優異」係指Dmax/Dmin所示之焊珠寬度變化率在1.4以下、特別較佳係在1.2以下。
再者，除了將屬於被接合材的銅與不鏽鋼予以冷卻之外，例如藉由施行以下(f)~(h)中至少1項，則可適當地獲得焊珠寬度安定性優異的搭角焊接部。
(f)各入熱中，將入熱的熔接電流設為前一次入熱的熔接電流以下。
(g)各入熱中，將入熱的熔接時間設為前一次入熱的熔接時間以下。
(h)於一部分的入熱之間，設置長時間的入熱時間間隔。
(f)各入熱中，將入熱的熔接電流設為前一次入熱的熔接電流以下。
較佳係設為，隨著熔接的進行，使各入熱的熔接電流被維持或減少，亦即設為前一次入熱的熔接電流以下。藉此，配合銅之高溫化，可使入熱量減少。亦即，抑制銅過度熔融。其結果，可抑制焊珠寬度擴大，而可獲得焊珠寬度安定性優異的搭角焊接部。
(g)各入熱中，將入熱的熔接時間設為前一次入熱的熔接時間以下。
較佳係設為，隨著熔接的進行，使各入熱的熔接時間被維持或減少，亦即設為前一次入熱的熔接時間以下。藉此，配合銅之高溫化，可使入熱量減少。亦即，抑制銅過度熔融。其結果，可抑制焊珠寬度擴大，而可獲得焊珠寬度安定性優異的搭角焊接部。
(h)於一部分的入熱之間，設置長時間的入熱時間間隔。
於一部分的入熱之間，設置長時間的入熱時間間隔。例如較佳係每施行既定次數的入熱後，藉由設置長時間的入熱時間間隔，以可抑止被接合材之過度高溫化。更具體而言，例如可重複如「先依1秒鐘間隔施行3次入熱，在第3次入熱後設為5秒鐘時間(長時間的入熱時間間隔)」的模式。藉此，可抑止被接合材的過度高溫化，特別可抑制銅的過度熔融。
結果，其可抑制焊珠寬度擴大，而可獲得焊珠寬度安定性優異的搭角焊接部。
此處，所謂「長時間的入熱時間間隔」係指較通常之入熱時間間隔更長的入熱時間間隔。又，長時間的入熱時間間隔較佳係3.00~6.00s。另外，通常入熱的時間間隔可例示如0.8~2.0s。又，設置長時間之入熱時間間隔的頻率最好係每隔2~4次之入熱時間間隔施行1次。設置長時間入熱時間間隔的頻率可為一定、亦可為不一定。
熔接電極43突出於熔接噴嘴的長度，為了使熔接噴燈42操作較為容易，最好設為3mm以上。另一方面，熔接電極突出於熔接噴嘴的長度，為了適當形成惰性氣體環境，最好設在10mm以下。
再者，熔接電極的前端角度係從電極前端固著於熔融池時可輕易卸除的觀點而言，較佳係45°以下。另一方面，熔接電極的前端角度從降低電極研磨頻率以提高製造效率的觀點而言，較佳係15°以上。熔接電極的電極徑從容易瞄準入熱位置的觀點而言，較佳係2.4mm以下。另一方面，熔接電極的電極徑從確保點焊接徑的觀點而言，較佳係1.2mm以上。熔接電極的種類可被任意選擇。可從例如釷鎢電極棒、鈰鎢電極棒、鑭、及純鉭等通用電極中選擇使用。
另外，根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，例如藉由使用可精緻控制電弧點焊時間的TIG熔接機之電弧點焊模式便可實施。又，根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，若使用可廣範圍且精細調整脈衝寬與脈衝頻率的TIG熔接機時，當已調整脈衝寬的前提下，即使採用低速脈衝熔接模式其仍可實施。又，根據本發明
一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，不管朝下姿勢、站立姿勢、臥式姿勢、朝上姿勢等各種姿勢均可實施。所以，在管的圓周熔接時，即使不使管旋轉仍可進行熔接。
[3]不鏽鋼與銅之接合體之製造方法
其次，針對根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體之製造方法，進行說明。
根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體之製造方法，係包括有：
利用根據上述本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合方法，將不鏽鋼與銅予以接合的步驟。
藉由根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體之製造方法，則可製造根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體。
將具有表1所記載厚度的不鏽鋼鋼板(JIS G 4305：2021所規定的SUS443J1)、及具有表1所記載厚度的磷脫氧銅板(JIS H 3100：2018所規定的C1220)(以下簡稱「銅板」)切取為200mm正方。接著，依10mm×200mm之區域重疊的方式將銅板設置於不鏽鋼鋼板上，形成被接合材。接著，在被接合材的不鏽鋼與銅之重疊部，依照表1所記載條件，利用TIG熔接施行填角焊接，獲得不鏽鋼鋼板與銅板的接合體。另外，使
用HAIGE產業(股)製之屬於TIG熔接機的YS-TIG200PACDC施行熔接。保護氣體與背後保護氣體係使用100%Ar，保護氣體流量與背後保護氣體流量分別設為25L/min。預流設為0.2s、滯後送氣設為2.5s。上述以外的條件均依照常法。又，試驗No.1-1~1-13中，為了抑止被接合材過度高溫化，將被接合材一邊利用冷鑄模施行冷卻，一邊實施熔接。另一方面，試驗No.1-14~1-17並未施行使用冷鑄模或冷卻管的被接合材冷卻。另外，表1及後述表2、表3、表4及表5中的數值係已適當地四捨五入並依粗體字表示。
另外，各試驗No.1-1~1-12與No.1-14~16中，複數次的入熱均依相同條件實施。又，試驗No.1-13與No.1-17分別依熔接電流150A與90A的條件，將電弧長度設為1mm，依60mm/min熔接速度連續施行TIG熔接(未分開為複數次入熱而實施)。
使用依此獲得的不鏽鋼鋼板與銅板之接合體，依照上述要領，測定：(d)各入熱點在熔接方向上的距離÷熔接點直徑Dk-1、(I)搭角焊接部的Cu/Fe比、(II)熔接點的平均直徑Dmean、及(III)熔接點的重複率OR。結果合併整理於表1中。
另外，在測定(I)搭角焊接部的Cu/Fe比時，使用日立高科技(股)製之屬於掃描式電子顯微鏡(SEM)的Miniscope(註冊商標)TM3030plus、及Oxford Instruments製之屬於X射線能量散佈分析儀(EDS)的AZtecOne。
再者，依照上述要領，測定(IV)氣密性、與(V)接合強度，再依照以下基準施行評價。結果被合併整理於表1中。
(IV)氣密性
G(合格)：0.2MPa以上
P(不合格)：未滿0.2MPa
(V)接合強度
E(合格、特優)：接合強度為不鏽鋼與銅的強度中之較低者的強度的80%以上
G(合格)：接合強度為不鏽鋼與銅的強度中之較低者的強度的60%以上且未滿80%
P(不合格)：接合強度為未滿不鏽鋼與銅的強度中之較低者的強度的60%
另外，(IV)氣密性的評價時，補土係使用Rectorseal Corporation製的RECTORSEAL。
如表1所示，發明例均可獲得所需的氣密性與接合強度。即，可獲得未發生熔接部龜裂與接合不連續，具有充分接合強度的不鏽鋼與銅之接合體。特別係試驗No.1-1、1-2、1-3、1-5、1-14及1-16，可獲得特優的接合強度。此處，如上所述，上述發明例係複數次入熱都依相同條件實施。另外，被確認，在分別依不同條件實施複數次入熱者，具體而言以此等發明例的試驗條件為基礎，使每次入熱的入熱條件變化的情況下，若可滿足上述(a)~(e)及(3)式的條件，仍可獲得所需的搭角焊接部Cu/Fe比、所需的熔接點之平均直徑Dmean及熔接點重複率OR。又，亦一併被確認，其可獲得所需的氣密性與接合強度。
另一方面，比較例中其氣密性與接合強度均不足。
即，試驗No.1-6的比較例因為入熱點位置未滿足適當範圍，因而搭角焊接部的Cu/Fe比並未滿足適當範圍，而熔接部出現龜裂，無法獲得所需的氣密性。又，其接合強度亦不足。
試驗No.1-7的比較例因為未滿式(3)的下限值，因而熔接點的平均直徑Dmean未滿式(1)的下限值，不鏽鋼與銅的接合呈不連續，無法獲得所需的氣密性。又，其接合強度亦不足。
試驗No.1-8的比較例因為超過式(3)的上限值，入熱量過大，熔接點的平均直徑Dmean超過式(1)的上限值，無法獲得所需的接合強度。又，搭角焊接部的Cu/Fe比未滿足適當範圍，熔接部出現龜裂，無法獲得所需的氣密性。
試驗No.1-9的比較例因為入熱點距離間隔過大，因而熔接點的重複率OR未滿足適當範圍，不鏽鋼與銅的接合呈不連續，無法獲得所需的氣密性。又，其接合強度亦不足。
試驗No.1-10的比較例因為入熱點距離間隔過小，因而入熱量過大，熔接點的重複率OR超過適當範圍，無法獲得所需的接合強度。又，搭角焊接部的Cu/Fe比未滿足適當範圍，熔接部出現龜裂，無法獲得所需的氣密性。
試驗No.1-11的比較例因為電極傾斜角度未滿適當範圍，因而搭角焊接部的Cu/Fe比亦未滿足適當範圍，出現龜裂，無法獲得所需的氣密性。又，接合強度亦不足。
試驗No.1-12的比較例因為入熱時間間隔未滿足適當範圍，因而搭角焊接部的Cu/Fe比未滿足適當範圍，出現龜裂，無法獲得所需的氣密性。又，接合強度亦不足。
試驗No.1-13及1-17的比較例因為連續施行焊珠長度：175mm的TIG熔接(未分為複數次入熱而實施)，因而入熱量變大，無法獲得所需的接合強度。又，搭角焊接部的Cu/Fe比未滿足適當範圍，熔接部出現龜裂，無法獲得所需的氣密性。
將具有表2所記載之外徑與厚度(壁厚)的不鏽鋼管(由JIS G 4305：2021所規定的SUS304、SUS316L、SUS443J1、SUS445J1、SUS430J1L、及SUS444的各不鏽鋼鋼板所製造的熔接管)，以及具有表2所記載之外徑與厚度(壁厚)的銅管(JIS H 3300：2018所規定的磷脫氧銅管(C1220T)、及黃銅管(C2700T))，切取200mm長度，以重疊10mm長度的方式，將不鏽鋼管***至銅管內，形成被接合材。接著，在被接合材的不鏽鋼與銅之重疊部，以表2所記載條件利用TIG熔接施行填角焊接，獲得不鏽鋼管與銅管的接合體。另外，以環繞搭角焊接部於全周均形成的方式，在重疊部之全周(1圈)上等間隔形成熔接點。保護氣體及背後保護氣體係使用100%Ar，保護氣體流量與背後保護氣體流量分別被設為25L/min。預流設為0.5s、滯後送氣設為3.0s。上述以外的條件均依照常法。又，試驗No.2-1~2-9係為了抑止被接合材過度高溫化，而在被接合材上捲繞著連
接於冷卻器的冷卻管，對被接合材一邊冷卻一邊實施熔接。另一方面，試驗No.2-10並未進行使用冷鑄模或冷卻管的被接合材冷卻。
使用依此所獲得的不鏽鋼管與銅管之接合體，依照上述要領，測定：(d)各入熱點在熔接方向的距離÷熔接點直徑Dk-1、(I)搭角焊接部的Cu/Fe比、(II)熔接點的平均直徑Dmean、及(III)熔接點的重複率OR。結果被合併整理於表2中。
再者，依照上述要領，測定(IV)氣密性、與(V)接合強度，並依照與實施例1同樣的基準施行評價。結果被合併整理於表2中。
另外，上述與表2所記載以外的條件係與實施例1相同。
如表2所示，本發明例均可獲得所需的氣密性及接合強度。即，可獲得未發生熔接部龜裂與接合不連續，具有充分接合強度的不鏽鋼與銅之接合體。又，任一發明例均可獲得特優的接合強度。此處，上述發明例中的複數次入熱均依相同條件實施。另外，即使分別依互異條件施行複數次入熱，具體而言為以該等發明例的試驗條件為基礎，即使使每次入熱的入熱條件變化時，若滿足上述(a)~(e)及(3)式條件，則被確認到仍可獲得所需的搭角焊接部Cu/Fe比、熔接點平均直徑Dmean、及熔接點重複率OR。又，其亦一併被確認到可獲得所需的氣密性與接合強度。
另一方面，比較例則均屬於氣密性與接合強度不足。
即，試驗No.2-7的比較例因為未滿式(3)的下限值，因而熔接點的平均直徑Dmean未滿式(1)的下限值，其不鏽鋼與銅的接合呈不連續，而無法獲得所需的氣密性。又，接合強度亦不足。
試驗No.2-8的比較例因為超過式(3)的上限值，因而入熱量過大，熔接點的平均直徑Dmean超過式(1)的上限值，而無法獲得所需的接合強度。又，搭角焊接部的Cu/Fe比未滿足適當範圍，而熔接部出現龜裂，且無法獲得所需的氣密性。
試驗No.2-9的比較例因為電極傾斜角度未滿足適當範圍，因而搭角焊接部的Cu/Fe比亦未滿足適當範圍，其出現龜裂，而無法獲得所需的氣密性。又，接合強度亦不足。
切取長度：40mm、寬度：50mm、厚度：1.5mm的不鏽鋼鋼板(JIS G 4305：2021所規定的SUS443J1)、及長度：40mm、寬度：40mm、厚度：0.5mm的磷脫氧銅板(JIS H 3100：2018所規定的C1220)(以下簡稱「銅板」)。接著，依寬度20mm區域重疊的方式，在不鏽鋼鋼板上設置銅板，形成被接合材。接著，在被接合材的不鏽鋼與銅之重疊部，利用TIG熔接施行填角焊接。熔接條件係如表3與表4所記載。又，設為：(a)電極傾斜角度：0°、(b)電極高度：1.0mm、(c)入熱點位置：+1.0mm。另外，入熱次數均設為15次。藉此，形成搭角焊接部而獲得不鏽鋼鋼板與銅板的接合體。熔接機係使用HAIGE產業(股)製之屬於TIG熔接機的YS-TIG200PACDC，保護氣體與背後保護氣體係使用氣體流量25L/min的100%Ar。預流設為0.3s、滯後送氣設為2.0s。上述以外的條件均依照常法。另外，試驗No.3-3與No.3-4係使用冷鑄模施行被接合材冷卻。另
一方面，試驗No.3-1與No.3-2並未進行使用冷鑄模或冷卻管的被接合材冷卻。
其中，表4的條件A係均未施行上述(f)~(h)，且將各入熱的熔接電流、熔接時間、及入熱間的時間間隔設為一定的條件。又，表4的條件B係施行上述(f)與(h)的條件。
使用依此獲得之不鏽鋼鋼板與銅板的接合體、以及不鏽鋼管與銅管的接合體，依照上述要領，測定：(d)各入熱點在熔接方向的距離÷熔接點直徑Dk-1、(I)搭角焊接部的Cu/Fe比、(II)熔接點的平均直徑Dmean、最小直徑Dmin及最大直徑Dmax、(III)熔接點的重複率OR。其結果合併整理於表3中。
再者，依照上述要領測定(IV)氣密性及(V)接合強度，並依照與實施例1同樣的基準施行評價。其結果合併整理於表3中。
再者，從熔接點的最小直徑Dmin與最大直徑Dmax計算出焊珠寬度的變化率(Dmin/Dmax)。其結果合併整理於表3中。
如表3所示，本發明例均可獲得所需的氣密性與接合強度。即，可獲得未發生熔接部龜裂與接合不連續，具有充分接合強度的不鏽
鋼與銅之接合體。又，其任一發明例均可獲得優異氣密性與特優接合強度。又，未施行被接合材冷卻的試驗No.3-1，其焊珠寬度變化率係1.3，但同樣亦未施行被接合材冷卻的試驗No.3-2則藉由施行上述(f)與(h)，可抑制隨熔接進行所伴隨的焊珠寬度擴展，而可獲得焊珠寬度安定性特優的不鏽鋼與銅之接合體。另外，經施行被接合材冷卻的試驗No.3-3相對於未施行冷卻的試驗No.3-1，前者的焊珠寬度擴展受到抑制。又，經施行被接合材冷卻、且亦施行上述(f)與(h)的試驗No.3-4，則焊珠寬度的擴展程度最小。
切取外徑：10mm、厚度(壁厚)：0.5mm、長度：300mm的不鏽鋼管(由JIS G 4305：2021所規定SUS304不鏽鋼鋼板製造的熔接管)、及外徑：12mm、厚度(壁厚)：1.0mm、長度：500mm的銅管(由JIS H 3300：2018所規定磷脫氧銅管(C1220T))，依重疊5mm長度的方式，將不鏽鋼管***至銅管內，形成被接合材。接著，在被接合材的不鏽鋼與銅之重疊部，利用TIG熔接施行填角焊接。熔接條件係如表4與表5所記載。又，被設定為：(a)電極傾斜角度：0°、(b)電極高度：1.0mm、(c)入熱點位置：+1.0mm。另外，入熱次數設為13次。藉此，圍繞全周形成搭角焊接部而獲得不鏽鋼管與銅管的接合體。熔接機係使用MATSUMOTO機械(股)製屬於TIG熔接機的PIPE ACE，保護氣體與背後保護氣體則各別使用氣體流量25L/min的100%Ar。預流設為5.0s、滯後送氣設為6.0s。上述以外
的條件均依照常法。另外，其並未進行使用冷鑄模或冷卻管的被接合材冷卻。
此處，表4的條件C係均未施行上述(f)~(h)，且各入熱的熔接電流、熔接時間、及時間間隔均為一定的條件。又，表4的條件D係施行上述(g)的條件，條件E係施行上述(f)的條件，條件F係施行上述(h)的條件，條件G係施行上述(f)與(g)的條件，條件H係施行上述(g)與(h)的條件，條件I係施行上述(f)、(g)及(h)的條件。
使用依此所獲得的不鏽鋼鋼板與銅板之接合體、以及不鏽鋼管與銅管之接合體，依照上述要領測定：(d)各入熱點在熔接方向的距離÷熔接點直徑Dk-1、(I)搭角焊接部的Cu/Fe比、(II)熔接點的平均直徑Dmean、最小直徑Dmin及最大直徑Dmax、(III)熔接點的重複率OR。其結果合併整理於表5中。
再者，依照上述要領測定(IV)氣密性、與(V)接合強度，並依照與實施例1同樣的基準施行評價。其結果合併整理於表5中。
再者，從熔接點的最小直徑Dmin與最大直徑Dmax計算出焊珠寬度的變化率(Dmin/Dmax)。其結果合併整理於表5中。
如表5所示，本發明例均可獲得所需的氣密性與接合強度。即，可獲得未發生熔接部龜裂與接合不連續，而具有充分接合強度的不鏽鋼與銅之接合體。又，本發明任一例均可獲得優異氣密性與特優接合強度。又，試驗No.4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7係藉由施行上述(f)~(h)中之至少1項，其可抑制熔接進行所伴隨的焊珠寬度擴展，而可獲得焊珠寬度安定性特優的不鏽鋼與銅之接合體。
根據本發明一實施形態的不鏽鋼與銅之接合體，其可適用於例如以熱交換器配管、電子機器零件、家庭用電化製品為首的各種製品。
Claims (4)
- 一種不鏽鋼與銅之接合體，係具備有不鏽鋼、銅、及該不鏽鋼與該銅之搭角焊接部的不鏽鋼與銅之接合體；其中，上述不鏽鋼與上述銅係板狀或管狀；上述搭角焊接部係形成於上述銅的端部，且上述搭角焊接部係具有在熔接方向上相連的複數熔接點；上述搭角焊接部的Cu/Fe比係2.3以上；上述熔接點的平均直徑Dmean(mm)與上述銅的厚度t(mm)係滿足下式(1)之關係；上述熔接點的重複率OR係10%以上且80%以下；2t0.5≦Dmean≦10t0.5‧‧‧(1)。
- 如請求項1之不鏽鋼與銅之接合體，其中，上述複數熔接點中，最大直徑Dmax(mm)相對於最小直徑Dmin(mm)的比Dmax/Dmin係滿足下式(2)之關係：Dmax/Dmin≦1.4‧‧‧(2)。
- 一種不鏽鋼與銅之接合方法，係將使不鏽鋼與銅重疊的被接合材施行填角焊接而接合的不鏽鋼與銅之接合方法；上述填角焊接係利用TIG熔接實施；上述TIG熔接係，將電極配置於上述被接合材的重疊部之銅側，且依滿足以下(a)~(e)之條件施行複數次入熱：(a)熔接直角方向的電極之傾斜角度α：-10°~+60° 其中，將被接合材的厚度方向設為基準角度(0°)，將電極前端朝銅側之側設為「+」，朝不鏽鋼側之側設為「-」；(b)電極高度：超過0mm且3.0mm以下(c)熔接直角方向的各入熱位置：0~+6×t(mm)其中，t係銅之厚度(mm)，將重疊部表面的銅端部設為基準位置(0)，以銅側設為「+」、不鏽鋼側設為「-」；(d)各入熱點在熔接方向上的距離間隔：由前一次入熱所形成之熔接點的直徑Dk-1(mm)的20%以上且90%以下(e)各入熱的時間間隔：前一次入熱的熔接時間(s)之20%以上更進一步，在各入熱中，熔接電流I(A)、熔接時間d(s)、及上述銅之厚度t(mm)係滿足下式(3)之關係：500≦I1.5×d0.5×t-1≦3500‧‧‧(3)。
- 如請求項3之不鏽鋼與銅之接合方法，其中，施行以下(f)~(h)中之至少1項：(f)於各入熱中，將入熱的熔接電流設為前一次入熱的熔接電流以下；(g)於各入熱中，將入熱的熔接時間設為前一次入熱的熔接時間以下；(h)於其中一部分的入熱間，設置長時間的入熱之時間間隔。
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