説明

異種金属の接合方法

【課題】 融点の異なる異種金属を強固に接合する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 黄銅1とステンレス、炭素鋼2といった融点の異なる金属の接合面近傍にYAGレーザーなどのビームを照射して異種金属を溶接する異種金属の接合方法において、前記接合面3を挟んで両金属間にビームをウィービングし、両金属を低融点金属の融点より低い温度までに加熱した後、前記ビームを高融点金属側が溶融するまで加熱することで、両者の金属をタイミング良く溶融させることを特徴とする異種金属の接合方法とする。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、異種金属で且つ融点の異なる金属の接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】例えば、低沸点の成分であるZnを多く含有する黄銅系材料の溶接は、加熱によりZnが気化するため十分な溶接品質が得られなかったが、レーサ゛溶接の採用により、黄銅を局部的に急加熱、急冷却できるようになり溶接可能となった。
【0003】一方、従来溶接困難であった黄銅系材料とステンレス・鋼等の高融点の異種材料との溶接に対するニーズも強く存在する。これらの高融点の金属材料と低沸点・低融点の黄銅系材料の溶接においては、高融点側の金属が溶けるまで加熱すると、黄銅と黄銅を溶接する際に比べて極めて大きな加熱エネルギーを与えて高温にする必要がある。このため黄銅系材料に含まれる低沸点のZnが容易に気化することによりブローホール等の溶接欠陥が避けられない。
【0004】本発明は、上記従来の技術の問題を解決するものであり、融点の異なる異種金属を強固に接合する方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、融点の異なる金属の接合面近傍にビームを照射して異種金属を溶接する異種金属の接合方法において、前記接合面を挟んで両金属間にビームをウィービングし、両金属を低融点金属の融点より低い温度までに加熱した後、前記ビームを高融点金属側が溶融するまで加熱することを特徴とする異種金属の接合方法とした。
【0006】本発明は、低融点金属を直接加熱でなく、高融点金属の溶融に伴なう、輻射熱や伝熱により間接的に加熱されることで、接合面近傍の低融点金属は、融点に達し、相互の金属が混在した溶融地を形成し、強固な接合が得られるものであり、低融点金属を直接加熱した際の金属の局部的な溶融により欠陥などの不具合が解消できるものである。なお、ウィービングによる加熱は、伝熱等の間接的な低融点金属溶融迄の加熱速度の遅さを考慮して、予め、低融点金属を加熱し、高融点金属の溶融と溶融時期を近似させている。
【0007】また、ビームをウィービングする際のビームの出力を、高融点金属側を溶融する際のビームの出力より低く制御することで、温度が上がっていない低融点金属側へ高出力のビームが照射された際に熱衝撃などによるクラックの発生などを回避することができる。
【0008】また、接合面は、少なくとも一方に形成された段部により嵌合されるように構成することで、嵌合後の段部は、熱だまりを形成することができ、低融点金属側への伝熱を有効に伝えることができると共に接合部の強度低下をおこす金属の酸化をもたらす接合面への酸素の供給を低減できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。
【0010】図1は、低融点金属として外形25mmで肉厚2mmの黄銅管1と、高融点金属として外形25mmで肉厚1mmのステンレス管2とが黄銅管1に形成した段部1aで嵌合されている。ちなみに、黄銅(JIS C3604)の融点は、900℃で、炭素鋼(JIS−S45C)が約1500℃である。段部1aは、その成形性の良さから黄銅側に形成しているが、ステンレス側に形成しても良い。高融点金属側に段部を形成して、低融点金属を受けるような後者の構造は、両者の金属が溶融して、溶融池を形成する際には、溶融池を安定して保つのに適している。
【0011】3は、接合面であるが、この接合面を挟んで、レーザやプラズマなどの高密度熱源を形成するビームを照射する。照射に当たっては、1.6KwのYAGレーザ加工機において、YAGレーザを発振させ、接合面を挟んでウィービングしながら加熱していく、この際、高融点側への照射時間を長くし、黄銅管1側の温度が急上昇しないように、図示しない放射温度計などを用いて黄銅管1の温度を計測するするようにしてもよい。
【0012】図3は、ビームの照射状態を示す図であり、接合面3を挟んでビームをウィービングして加熱する場合、高融点側のみを照射する場合を示している。参照符号4は、両金属が溶融し、混在する領域を示す。
【0013】ウィービングの範囲は、接合面付近の溶接に寄与しない分の加熱を極力避けるようにすることで、結晶組織の粗大化による強度低下を極力防止するように照射する。
【0014】前記ウィービングにより黄銅が700〜800℃程度までに加熱された後、接合面から0.1〜1.0mmの範囲にビームの焦点を合わせ、炭素鋼が溶融するまで加熱する。
【0015】なお、前記ビームの照射に際しては、嵌合した管を800mm/minで回転させながら加熱を行う。また、溶接の際に、上記嵌合した管材を不活性ガスなどの雰囲気を構成する容器内に入れ、容器に設けれらるビームの透過窓から前記管材を溶接するようにするか、ビームの照射部に不活性ガスなどのアシストガスを溶接部に常時吹き付けるようにし、金属の酸化を防止する。
【0016】炭素鋼が融点の約1500℃を越えると黄銅管1の接合面部の黄銅が溶融金属の伝熱により加熱され融点の900℃を越え溶融が始まり、相互の溶融金属が溶融池を形成し、両者の金属が混在した組織を形成し、強固な接合を確立できる。
【0017】レーザーのような加熱方式は、出力を止めることで、熱源を断つことができることから、冷却速度も早くできるので、結晶組織を変質することを防止できる。
【0018】図3は、図2に相当する溶接部の結晶組織を示す図であり、(B)図は、金属顕微鏡25倍の(A)図の領域Pを200倍にて拡大したものであり、両金属が混在融合し強固に結合していることが分かる。また、接合部の周囲には、ブローホールや溶接割れなどの溶接欠陥は見られない。
【0019】図4は、前記炭素鋼の代わりにステンレス(SUS304)を用い、同様に溶接した際の溶接部の結晶組織を示す図である。この場合も良好な接合が確立されている。なお、ステンレスの融点は、1500℃である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に用いた試験片を説明する図である。
【図2】本発明の実施例を示す図である。
【図3】炭素鋼と黄銅との溶接部の結晶組織を示す図である。
【図4】ステンレスと黄銅との溶接部の結晶組織を示す図である。
【符号の説明】
1 黄銅
2 炭素鋼
3 接合

【特許請求の範囲】
【請求項1】融点の異なる金属の接合面近傍にビームを照射して異種金属を溶接する異種金属の接合方法において、前記接合面を挟んで両金属間にビームをウィービングし、低融点金属を融点より低い温度までに加熱した後、前記ビームを高融点側に照射し、高融点金属側が溶融するまで加熱することを特徴とする異種金属の接合方法。
【請求項2】前記ビームをウィービングする際のビームの出力を、高融点金属側を溶融する際のビームの出力より低く制御することを特徴とする請求項1記載の異種金属の接合方法。
【請求項3】前記接合面は、少なくとも一方に形成された段部により嵌合されていることを特徴とする異種金属の接合方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2002−336983(P2002−336983A)
【公開日】平成14年11月26日(2002.11.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2001−146441(P2001−146441)
【出願日】平成13年5月16日(2001.5.16)
【出願人】(000010087)東陶機器株式会社 (3,889)
【Fターム(参考)】