JPH1085955A - 金属材料の拡散接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属材料同士の拡散接合法において、接合界
面にインサートメタルを介入させるに際し、該メタルを
一方の材料の接合面に強固に固定し、他方の材料との当
接時や加圧時にずれが生じることなく、また拡散接合時
に悪影響を及ぼすような夾雑物をもたらすことのない方
法。 【解決手段】 金属材料の接合界面にインサートメタル
を介入させて拡散接合する方法において、該金属材料の
接合面を電磁石４または永久磁石１１により励磁させ、
常温で磁性を有する材料からなるインサートメタル３を
該接合面に固定する。 【効果】 簡単な構成で極めて良好な拡散接合が行え
る。ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、圧接など他の接合手段に
比べて安価かつ容易であり、油井管の現地施工、あるい
は各種建設工事の現地における鋼管や鋼棒等の接合に適
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種金属材料の接
合界面にインサートメタルを介入させて拡散接合する方
法において、インサートメタルを接合面に固定するため
の方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属材料同士の接合手段として、接合す
べき両材料間に非晶質金属箔からなるインサートメタル
を介入させ、加圧下で加熱して該メタルの含有元素を両
材料中に拡散させる拡散接合法がある。この拡散接合法
は、インサートメタル中の非晶質金属元素が容易に拡散
することから、比較的短時間の加熱で接合でき、大気中
でも可能である。したがって、油井鋼管の現地施工など
において、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接に替わる安価かつ簡
易な接合手段として注目されている。

【０００３】本発明者らは、鋼管などの突合わせ接合用
インサートメタルに関して、特開平５−１２３８９０号
公報に、急冷凝固箔よりなる円錐台リング用ろう材及び
その製造法を提案している。該円錐台リングを使用した
接合法を示すと、図８のように、接合しようとする管１
および管２の端面を加工し、一方の管１には凹テーパ
を、他方の管２には凸テーパをそれぞれ形成し、両テー
パの間に円錐台リング状のインサートメタル３を挟んで
加圧下で加熱するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような拡散接合
法においては、インサートメタルを金属材料の接合界面
にずれることなく介入させることが必要である。そのた
め、図８の例においては、まずインサートメタル３を、
一方の管たとえば管２の接合面に固定し、ついで他方の
管１の接合面を当接させる。インサートメタル３を一方
の接合面に固定するには、糊などの粘着性物質が使用さ
れていたが、固定が不十分で当接時あるいは加圧時にず
れが生じたり、粘着性物質の残渣が拡散接合に悪影響を
及ぼすという問題が懸念された。

【０００５】本発明は、金属材料同士の拡散接合法にお
いて、接合界面にインサートメタルを介入させるに際
し、該メタルを一方の材料の接合面に強固に固定し、他
方の材料との当接時や加圧時にずれが生じることなく、
また拡散接合時に悪影響を及ぼすような夾雑物をもたら
すことのない方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、金属材料の接合界面にインサートメタルを
介入させて拡散接合する方法において、該金属材料の接
合面を電磁石または永久磁石により励磁させ、常温で磁
性を有する材料からなるインサートメタルを該接合面に
固定することを特徴とする金属材料の拡散接合方法であ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明法を図面に示す例により説
明する。図１は、接合すべき金属材料として管２の端面
を凸テーパ状に加工し、内面側にリング状の電磁石４を
配して管２を励磁させ、円錐台リング状のインサートメ
タル３を固定するものである。また図２は、同様に端面
を加工した管２の外面側にリング状の電磁石４を配して
励磁させるものである。

【０００８】電磁石４は、図１の例では移動用治具５に
取付け、図２の例では吊り具６に取付け、適正な位置に
移動して管２を励磁させ、インサートメタル３を固定
し、図示しない管（図８の管１のように端面を凹テーパ
状に加工している）を当接させた後、ずれ発生のおそれ
がなくなった時点で通電を切り、移動させて管２から取
り外す。

【０００９】電磁石４の構造例を示すと、管２の内面側
に配するものは、図３のようにリングの外側に向けて断
面が鋸歯状の鉄心７を設け、鉄心７に巻線８を巻き、図
５の例のようにＮ極とＳ極を交互に形成している。管２
の外面側に配するものは、図４のようにリングの内側に
向けて鉄心７を設け、同様にＮ極とＳ極を交互に形成し
ている。各鉄心７の間には、鉄心７および巻線８の固定
と保護のために樹脂９を充填し、全体をカバー１０で覆
っている。なお、管２の外面側に配するものは、割り型
にして、取り外しを容易にすることもできる。また、電
磁石４と管１または２の表面とは、直接あるいは良電導
性のスペーサーを介して接触させてもよい。

【００１０】つぎに永久磁石による励磁の例を示す。図
６は、管２の外面に３個の永久磁石１１を装着して管２
を励磁させ、インサートメタル３を固定し、管１を当接
させる。図７は、缶２の内面に３個の永久磁石を装着し
て管２を励磁させ、同様にインサートメタル３を固定し
管１を当接させる。

【００１１】永久磁石１１としては、常温で強磁性体の
Ｆｅ系合金等を採用することができる。拡散接合時の加
熱により該磁石１１のキュリー点以上の温度に加熱され
ると、常磁性になるので管２から容易に取外すことがで
き、また図６および図７のように縦型に接合する場合は
自然落下する。永久磁石１１のキュリー点は、合金の組
成により異なるが、７００〜８００℃程度である。

【００１２】本発明法において、対象とする金属材料は
常温で磁性を有するものとし、Ｆｅ系、Ｎｉ系あるいは
Ｃｏ系の金属や合金等からなる。また、インサートメタ
ルも常温で磁性を有する材料からなるものとする。そし
て、インサートメタルは非晶質金属箔からなるものが好
ましい。箔全体が非晶質である必要ななく、部分的に非
晶質であってもよい。

【００１３】対象とする金属材料の形状は、管のほか、
棒など任意のものとすることができ、管同士、棒同士の
接合のほか、管と棒の接合などにも適用することができ
る。そして、インサートメタルの形状は、接合すべき金
属材料の形状および接合面の形状に合わせたものとし、
管の場合は、上記のように円錐台リング状とするほか、
管端面が管軸に垂直な場合は平面リング状とし、その
他、管端面をＶ型に加工してＶリング状とするなど、各
種形状とすることもできる。

【００１４】本発明法で使用する電磁石および永久磁石
は、励磁させた金属材料の保磁力が０．１kG（キロガウ
ス）以上となるものであればよい。また、上記のように
励磁させたのちインサートメタルを固定するほか、金属
材料の一方の接合面にインサートメタルを保持したの
ち、励磁させて固定することもできる。保持手段として
は、適当な保持具を使用して押えること等を採用でき
る。さらにインサートメタルは金属材料の両方の接合面
にそれぞれ固定してもよい。

【００１５】

【実施例】本発明法により鋼管同士を拡散接合した。鋼
管は JIS G 3444 に規定されるＳＴＫ４００、外径２６
４．４mm、内径２２８．８mm、肉厚１７．８mmである。
両鋼管の管端部には、図８に示すような傾斜角α＝４５
°の凸テーパおよび凹テーパを加工した。インサートメ
タルは、Ｆｅ−９wt％Ｓｉ−１．５wt％Ｂからなる組成
の非晶質合金箔で、厚さは３０μｍである。このインサ
ートメタルを、管端のテーパ面に合せた寸法の円錐台リ
ング状に形成した。

【００１６】接合に際しては、まず図１に示すように、
一方の管２の内面側に外径２５０mmφの電磁石４を配
し、保磁力２kGで励磁した。励磁された管２の管端凸テ
ーパ先端部の磁力をガウスメータで測定したところ０．
８kGであった。そして、上記円錐台リング状のインサー
トメタル３を管２の管端凸テーパ面に固定した。つい
で、他方の管１の管端凹テーパ面をインサートメタル３
の上に当接させ、約９００kgで加圧したのち電磁石４の
通電を切り、移動用治具により電磁石４を管４の他端か
ら取外した。この間、インサートメタル３のずれは生じ
なかった。

【００１７】その後、高周波誘導加熱により接合部を加
熱した。加熱時の昇温速度は約５℃であり、１２００℃
に到達後、５分保定し電源を切って冷却した。冷却後、
接合部をほぼ中央部とする引張試験片を採取し、引張試
験を行った結果、母材部で破断し、接合部の強度および
靭性は構造部材として十分なものであった。

【００１８】なお比較例として、インサートメタル３を
ほぼ等間隔に８ケ所について糊で貼付け、その他は上記
例と同様にして接合したところ、円周方向で一部接合不
良が発生した。インサートメタル３の固定が不十分で、
鋼管同士の当接時にずれが生じ、接合がうまくいかない
箇所が生じたものと考えられる。

【００１９】

【発明の効果】本発明法によれば、金属材料同士の拡散
接合法において、接合界面にインサートメタルを介入さ
せるに際し、該メタルを材料の接合面に磁力により強固
に固定することができるので、固定後に接合面同士を当
接させるとき、および加圧するとき、接合面とインサー
トメタルとがずれることがない。したがって、接合面全
面にわたってインサートメタルの含有成分が拡散するこ
とができる。その上、インサートメタルと金属材料との
間に夾雑物が存在しないので、接合部の強度および靭性
などの機械的性質は極めて良好である。

【００２０】そして、比較的簡単な構成の装置により励
磁および接合を行うことができ、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶
接、あるいは圧接など他の接合手段に比べて安価かつ容
易であり、油井管の現地施工、あるいは各種建設工事の
現地における鋼管や鋼棒等の接合に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明例を示す斜視図である。

【図２】本発明の別の例を示す斜視図である。

【図３】本発明例における電磁石の一部切り欠き正面図
である。

【図４】本発明の別の例における電磁石の一部切り欠き
正面図である。

【図５】本発明例における電磁石の部分斜視図である。

【図６】本発明の別の例を示す斜視図である。

【図７】本発明の別の例を示す斜視図である。

【図８】金属管同士をインサートメタルを挟んで拡散接
合する従来法の説明図である。

【符号の説明】

１，２…管 ３…インサートメタル ４…電磁石 ５…移動用治具 ６…吊り具 ７…鉄心 ８…巻線 ９…樹脂 １０…カバー １１…永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津留 英司 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属材料の接合界面にインサートメタル
   を介入させて拡散接合する方法において、該金属材料の
   接合面を電磁石または永久磁石により励磁させ、常温で
   磁性を有する材料からなるインサートメタルを該接合面
   に固定することを特徴とする金属材料の拡散接合方法。