JP7242112B2 - 固相点接合方法及び固相点接合装置 - Google Patents
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Description
金属板材を重ね合わせて点接合する固相接合方法であって、
2枚以上の前記金属板材を重ね合わせた状態で挟持し、被接合界面を形成する接合準備工程と、
1対の電極による通電によって被接合界面を昇温し、前記被接合界面近傍に軟化領域を形成する昇温工程と、
所望の接合温度における前記金属板材の降伏強度以上の外部応力を前記軟化領域に印加する応力印加工程と、を有し、
前記軟化領域を局所変形させて前記金属板材同士を接合すること、
を特徴とする金属板材の固相点接合方法、を提供する。
(1)前記被接合界面における密着面積の増加に伴って前記通電の電流値を増加させる電流密度一定制御
(2)前記被接合界面における密着面積の増加に伴って前記応力印加工程における外部荷重を増加させる外部応力一定制御
ダイレクト方式、インダイレクト方式又はシリーズ方式による通電が可能な1対の電極を含む通電機構と、
前記通電機構によって昇温した金属板材の被接合界面に圧力を印加できる加圧機構と、を有すること、
を特徴とする金属板材の固相点接合装置、も提供する。
(1)前記被接合界面における密着面積の増加に伴って前記通電の電流値を増加させる電流密度一定制御
(2)前記被接合界面における密着面積の増加に伴って前記加圧機構による外部荷重を増加させる外部応力一定制御
本発明の金属材の固相点接合方法は、2枚以上の金属板材を重ね合わせた状態で挟持し、被接合界面を形成する接合準備工程と、1対の電極を用い、ダイレクト方式、インダイレクト方式又はシリーズ方式による通電で被接合界面を昇温し、被接合界面近傍に軟化領域を形成する昇温工程と、所望の接合温度における金属板材の降伏強度以上の外部応力を軟化領域に印加する応力印加工程と、を有している。以下、押圧部を溶接電極の内部に備える場合を代表例として、各工程について詳述する。
接合準備工程では、2枚以上の金属板材を重ね合わせた状態で挟持し、被接合界面を形成させる。2枚以上の金属板材を少なくとも被接合領域で重畳させた状態で密着させ、接合行程において移動しないように固定すればよい。
昇温工程は、溶接電極8及び溶接電極10を用いた通電によって被接合界面6を昇温し、被接合界面6近傍に軟化領域を形成する工程である。
応力印加工程は、所望の接合温度における金属板材(2,4)の降伏強度以上の外部応力を軟化領域20に印加する工程である。応力印加工程に関しては、ダイレクト方式による通電を用いる場合を代表例として説明する。
本発明の金属材の固相点接合装置は、ダイレクト方式、インダイレクト方式又はシリーズ方式による通電が可能な1対の電極を含む通電機構と、通電機構によって昇温した金属板材の被接合界面に圧力を印加できる加圧機構と、を有すること、を特徴とするものである。以下、ダイレクト方式を用いる場合を代表例として、説明する。
(1)前記被接合界面における密着面積の増加に伴って前記通電の電流値を増加させる電流密度一定制御
(2)前記被接合界面における密着面積の増加に伴って前記応力印加工程における外部荷重を増加させる外部応力一定制御
被接合材に150mm×50mm×2mmの中炭素鋼(JIS-S45C)板材を用い、本発明の固相点接合を施した。当該中炭素鋼板材はフェライト・パーライト組織を有している。2枚の中炭素鋼材を十字に重ね合わせ、本発明の固相線接合によって接合した。
図20に示す形状を有する中心加圧軸を用い、電流値を3250A、3500A、3750Aのいずれかとし、150mm×50mm×1.6mmの中炭素鋼(JIS-S45C)板材を被接合材として固相点接合を施した。接合プロセスとしては、(1):被接合材である板材を銅電極で挟み、(2):銅電極に対して任意の設定荷重を印加する。その後、(3):中心加圧軸に対し1段階目の設定荷重を印加する。(4):加圧をしたまま通電を開始し、被接合界面で温度が上昇し材料の変形が生じる。(5):変形が進行し、設定した1段階目の寄り代(中心加圧軸の押込み量設定値)の変形が完了すると、(6):中心加圧軸に対し2段階目の設定荷重を印加する。(7):(5)及び(6)のプロセスを繰り返し、9段階目まで荷重を増加させる。実際に設定した印加荷重と寄り代の値を表1に示す。1段階目から9段階目までを切れ目なく、連続的に行うことで、あたかも1つのプロセスのように接合を完了させることができる。
6・・・被接合界面、
8,10・・・溶接電極、
12・・・押圧部、
20・・・軟化領域、
30・・・突起部、
32・・・底面部。
Claims (17)
- 金属板材を重ね合わせて点接合する固相接合方法であって、
2枚以上の前記金属板材を重ね合わせた状態で挟持し、被接合界面を形成する接合準備工程と、
1対の電極による通電によって被接合界面を昇温し、前記被接合界面近傍に軟化領域を形成する昇温工程と、
所望の接合温度における前記金属板材の降伏強度以上の外部応力を前記軟化領域に印加する応力印加工程と、を有し、
前記1対の電極のうちの少なくとも一方において、前記金属板材に当接する部分の内部又は周囲に配置された押圧部によって、前記外部応力を印加し、
前記電極と前記押圧部を別々に構成し、
前記軟化領域を局所変形させて前記金属板材同士を接合すること、
を特徴とする金属板材の固相点接合方法。 - 前記外部応力を前記接合温度における前記金属板材の流動応力とすること、
を特徴とする請求項1に記載の金属板材の固相点接合方法。 - 前記昇温工程における前記通電を、ダイレクト方式、インダイレクト方式又はシリーズ方式とすること、
を特徴とする請求項1又は2に記載の金属板材の固相点接合方法。 - 少なくとも一方の前記金属板材に凸部を設け、
前記凸部を他方の前記金属板に当接させて前記被接合界面を形成すること、
を特徴とする請求項1~3のうちのいずれかに記載の金属板材の固相点接合方法。 - 前記昇温の後の冷却によって、前記応力印加工程における前記金属板材の表面の温度を低下させること、
を特徴とする請求項1~4のうちのいずれかに記載の金属板材の固相点接合方法。 - 前記電極を内包するように配置された円筒状の成形治具を有し、
前記応力印加工程の後、前記成形治具を前記金属板材に押圧し、前記局所変形に起因して生じる前記金属板材間の間隙を減少させること、
を特徴とする請求項1~5のうちのいずれかに記載の金属板材の固相点接合方法。 - 前記金属板材に鉄系金属板材が含まれ、
前記接合温度を前記鉄系金属板材のA1点以下とすること、
を特徴とする請求項1~6のうちのいずれかに記載の金属板材の固相点接合方法。 - 異材接合であること、
を特徴とする請求項1~7のうちのいずれかに記載の金属板材の固相点接合方法。 - 下記の(1)及び/又は(2)によって、接合温度の変化を抑制すること、
を特徴とする請求項1~8のうちのいずれかに記載の金属板材の固相点接合方法。
(1)前記被接合界面における密着面積の増加に伴って前記通電の電流値を増加させる電流密度一定制御
(2)前記被接合界面における密着面積の増加に伴って前記応力印加工程における外部荷重を増加させる外部応力一定制御 - 前記押圧部の先端部底面に突起部を有すること、
を特徴とする請求項1~9のうちのいずれかに記載の金属板材の固相点接合方法。 - ダイレクト方式、インダイレクト方式又はシリーズ方式による通電が可能な1対の電極を含む通電機構と、
前記通電機構によって昇温した金属板材の被接合界面に圧力を印加できる加圧機構と、を有し、
前記加圧機構は、前記1対の電極のうちの少なくとも一方において、前記金属板材に当接する部分の内部又は周囲に配置された押圧部によって、前記応力を印加し、
前記通電機構と前記加圧機構は別々に構成されていること、
を特徴とする金属板材の固相点接合装置。 - 前記金属板材に当接する前記加圧機構の先端部が工具鋼、超硬合金、ニッケル基合金、コバルト基合金及びセラミックスのうちのいずれかであること、
を特徴とする請求項11に記載の固相点接合装置。 - 前記通電機構によって、前記被接合界面近傍の温度を300~1000℃に昇温可能であり、
前記加圧機構によって、前記圧力を100~1200MPaの範囲で制御できること、
を特徴とする請求項11又は12に記載の固相点接合装置。 - 所望する接合温度の設定により、前記圧力が前記接合温度における前記金属板材の流動応力となること、
を特徴とする請求項11~13のうちのいずれかに記載の固相点接合装置。 - 前記電極が略円筒形状を有し、
前記加圧機構が前記電極の内部又は周囲に配置されていること、
を特徴とする請求項11~14のうちのいずれかに記載の固相点接合装置。 - 下記の(1)及び/又は(2)によって、接合温度の変化を抑制する制御機構を有すること、
を特徴とする請求項11~15のうちのいずれかに記載の固相点接合装置。
(1)前記被接合界面における密着面積の増加に伴って前記通電の電流値を増加させる電流密度一定制御
(2)前記被接合界面における密着面積の増加に伴って前記加圧機構による外部荷重を増加させる外部応力一定制御 - 前記加圧機構の前記先端部の底面に突起部を有すること、
を特徴とする請求項12~16のうちのいずれかに記載の固相点接合装置。
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