(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合する金属部材の少なくとも一方がＭｏ、Ｍｏ合金、ＷまたはＷ合金のろう接において、
金属部材の接合されるべき面の少なくとも一方または金属部材間のすみ肉部に、Ｒｕ−Ｍｏ共晶合金に硼素が含まれているろう材を塗布し、
火炎の直接当たらないろう材塗布面の裏面側または一方の金属部材の側面を大気中において１６００℃〜２０００℃の高温火炎で加熱し、
前記ろう材を溶融して、溶融金属ろう層を形成することを特徴とするろう接方法。
【請求項２】
請求項１記載のろう接方法において、接合されるべき金属部材の双方にわたるように裏当て板を添わせた後、両金属部材と裏当て板とで形成される溝部にろう材を塗布し、該裏当て板の裏面側から加熱することを特徴とするろう接方法。
【請求項３】
請求項１記載のろう接方法において、接合されるべき金属部材の少なくとも一方にろう材を塗布して重ね合わせた後、ろう材塗布面の裏面側または一方の金属部材の側面を加熱することを特徴とするろう接方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のろう接方法において、前記ろう材に更にニッケルが含まれていることを特徴とするろう接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温用部材に使用される高融点金属Ｍｏ（モリブデン）、Ｍｏ合金、Ｗ（タングステン）またはＷ合金のろう接方法に関し、特にこれら金属材料では不可能とされていた大気中でのろう接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高融点金属であるＭｏ、Ｍｏ合金、ＷまたはＷ合金は、例えば高温用容器の部材、Ｘ線管用回転陽極、陰極線管陰極などに使用されており、広く高温部材として使用されている。また、その接合方法としてろう接が採用されている。
【０００３】
ろう接は、ろう付けとも称され、母材を溶融することなく、母材よりも低い融点をもつ金属の溶加材（ろう材）を溶融させ、毛細管現象を利用し接合面の隙間に行きわたらせて接合を行う方法である。そのため、母材の溶融、凝固にともなう結晶粒粗大化や金属間化合物の生成による脆化が生じないほか、施工温度が低いため熱応力を抑えることができるとともに、母材の組織変化がなく、残留応力が少ない等の利点がある。更に、ろう接は難溶融性金属のように、母材溶融に対して高エネルギーが必要な場合、あるいは凝固時に割れが生じやすい材料に適している。
【０００４】
しかしながら、高温部材であるＭｏ、Ｍｏ合金、ＷまたはＷ合金は、高温において急速に酸化が生じるという欠点を持つ。そのため高融点金属であるＭｏ、Ｍｏ合金、ＷまたはＷ合金のろう接は、真空、還元、もしくは不活性ガス雰囲気中で行なう必要がある。
【０００５】
この点では他の接合法、例えば、ＴＩＧ、レーザー、電子ビームによる溶接、拡散接合、リベット接合においても同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、真空、還元、もしくは不活性ガス雰囲気のろう接環境を維持するためには、真空装置、気密室、還元ガスや不活性ガスの供給設備や高価な還元ガスや不活性ガスが必要となる。また、大きな金属部材同士をろう接する場合、気密室そのものを形成するのが難しく、気密室の大きさにより製作可能サイズが制限される。
【０００７】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、真空設備や気密室を必要とせず、大気中でＭｏ、Ｍｏ合金、ＷまたはＷ合金の部材を接合できるろう接方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決する本発明のろう接方法は、接合する金属部材の少なくとも一方がＭｏ、Ｍｏ合金、ＷまたはＷ合金のろう接において、金属部材の接合されるべき面の少なくとも一方または金属部材間のすみ肉部に、Ｒｕ−Ｍｏ共晶合金に硼素が含まれているろう材を塗布し、火炎の直接当たらないろう材塗布面の裏面側または一方の金属部材の側面を大気中において１６００℃〜２０００℃の高温火炎で加熱し、前記ろう材を溶融して、溶融金属ろう層を形成することを特徴とする。
【０００９】
なお、接合されるべき金属部材の双方にわたるように裏当て板を添わせた後、両金属部材と裏当て板とで形成される溝部にろう材を塗布し、該裏当て板の裏面側から加熱するようにしても良い。
【００１０】
更に、接合されるべき金属部材の少なくとも一方にろう材を塗布して重ね合わせた後、ろう材塗布面の裏面側または一方の金属部材の側面を加熱するようにしても良い。
【００１３】
前記Ｒｕ−Ｍｏ共晶合金には更に、ニッケルが含まれていても良い。
【００１６】
【作用】
こうすることにより、ろう接する金属部材の酸化物は揮発性が高いため加熱時酸化が生じると共に酸化物が揮発し、新鮮な金属面が絶えず露出し、更に、その金属面が溶融したろう材に覆われ酸化物層が生ぜず、大気中であっても良好なろう接が行なえる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明において使用されるろう材としては、ろう接継ぎ手の使用温度、使用雰囲気で脆化、蒸発などの問題を生じなければ、制限はない。
【００１８】
たとえば、Ｍｏ、Ｗに対してはＲｕ−Ｍｏ共晶合金ろう材が使用できるが、このろう材は融点が１９５５℃と高温であり、Ｍｏ、Ｗ素材の脆化による強度低下や施工上の問題も多い。それに対し、Ｒｕ−Ｍｏ共晶合金ろう材にＢ（硼素）を２．８重量％添加することにより、融点を１６００℃と低下させることが可能であることを実験的に見い出した。
【００１９】
ベースとなるＲｕ−Ｍｏろう材の組成範囲はＲｕ量で３３．５から４９．５重量％が使用できる。Ｒｕ−Ｍｏろう材は、この範囲においてＲｕ−Ｍｏ共晶組織を有し、更には共晶点である４３重量％Ｒｕ−５７重量％Ｍｏが望ましい。Ｒｕ−Ｍｏ共晶合金ろう材に硼素Ｂを２．８重量％添加することによりろう付け温度を下げ、かつ１５００℃に耐え、還元、不活性雰囲気での使用が可能なろう材となる。
【００２０】
本発明においては、好ましくは４１．７重量％Ｒｕ−５５．５重量％Ｍｏ−２．８重量％Ｂのろう材を使用する。
【００２１】
更に、上記ろう材にＮｉ（ニッケル）を０．３重量％〜１０重量％添加することにより、ろう材の濡れ性をより向上させることが可能である。ここで、Ｎｉを０．３重量％以上としたのは、０．３重量％未満の添加ではろう材の濡れ性向上の効果が期待できないためである。また、Ｎｉを１０重量％以下と制限したのは、１０重量％を越える添加により脆弱なＭｏ−Ｎｉ金属間化合物の生成が顕著となり、強度低下が生じるためである。
【００２２】
本発明においては、加熱源として高温ガスバーナや高周波加熱を用いることができ、加熱される品温、すなわち加熱される部位の温度は１６００〜２０００℃が好ましい。高温ガスバーナ等の加熱源でろう接継ぎ手の裏面より素材及びろう材全体を加熱することにより、大気中でろう接が可能となる。
【００２３】
なお、バーナ加熱の場合、接合部にろう材粉末を塗布し、継ぎ手表面側から加熱すると、ガス圧によりろう材の飛散が起こり、ろう接不能となり好ましくない。この場合、たとえバインダーによりペースト状にしたろう材を使用した場合でもろう接不能となる。
【００２４】
そこで、母材１、母材２および裏当て板３にＭｏあるいはＷを使用し、図１に示すように組み合わせた状態において母材１と母材２の隙間、すなわち母材１、２の端部と裏当て板３とで形成される溝部にろう材粉末をバインダーによりペースト状にしたろう材４を塗布し、継ぎ手裏面、すなわち裏当て板３側より高温ガスバーナを用い、大気中で加熱することにより、図２に示すようにろう材が突き合わせ部及び重ね合わせ面全域に行きわたり、ろう材の飛散も無く良好なろう接を得た。ろう材とＭｏ、Ｗどちらの素材の界面及びろう材内部にも酸素の巻き込みは認められなかった。なお、ここではバインダーとしてメタクリル酸イソブチルを使用したが、他のバインダー、例えばパラフィンなど通常Ｍｏ、Ｗの粉末成型に用いられるものであれば同様な結果が得られる。
【００２５】
更に、上記モリブデン母材及び裏当て板をランタン含有モリブデン板（例えば、特公平２−３８６５９に開示）としてもよい。このランタン含有モリブデンは、０．１〜１．０重量％未満のランタンまたはランタン酸化物と、残部がモリブデンとからなり、実質的に一定方向に伸長して再結晶化しているインターロッキング構造を呈する結晶粒子を有することを特徴とする加工性及び耐高温変形性に優れたモリブデン合金である。このランタン含有モリブデンを高温部材として使用することにより、純モリブデンを用いた場合よりも高温での変形量を小さくできる。
【００２６】
一般に素材表面の酸化物は、ろう材の濡れ性に悪影響を及ぼし、ボイド等の濡れ不良、強度低下を生じる。本発明において、良好なるろう接継ぎ手が得られる詳細な機構は不明であるが、たとえばＭｏの場合、Ｍｏの酸化物は揮発性が高いため加熱時酸化が生じると共に酸化物が揮発し、新鮮なＭｏの金属面が絶えず露出し、更に、金属面はＭｏとの接合性に優れたＲｕ−Ｍｏ共晶系を主成分として使用している溶解したろう材に覆われ酸化物層が生じないものと考えられる。ただし、ろう材に覆われていないＭｏ面は、当然酸化されるが酸化物の高い揮発性から、その厚さは薄く通常のブラスト処理にて除去できる。
【００２７】
Ｗにおいても同様な機構により、大気中でのろう接が可能となったと考えられる。
【００２８】
本来、ＴＩＧ溶接トーチなどでは、不活性ガスによるガスシールを安定して維持することが非常に難しくシールが不完全であるが、本発明のろう接方法においては、このような不完全なガスシールしかできないＴＩＧ溶接トーチ等の加熱手段でも採用できる。
【００２９】
図３は母材１、２を部分的に重ね合わせ接合する場合の例を示し、重ね合わせた母材１の端部と母材２の上面とで形成される角（すみ肉部）にろう材４を塗布し、側面及び母材２の裏面側から加熱するようにしている。この場合、加熱によって、すみ肉部のろう材４は母材１、２の間に浸透することにより母材１、２の間に溶融金属ろう層が形成される。
【００３０】
図４、図５は母材１、２の全面を重ね合わせ接合する場合の例を示し、重ね合わせする母材１、２の一方にろう材４を塗布した後、母材１、２を重ね合わせ、側面及び母材２の裏面側から加熱するようにしている。
【００３１】
上記の説明で理解できるように、本発明によるろう接方法においてはろう材の塗布は、母材１と２、更には裏当て板３を所定の状態に組み合わせる前、あるいは組み合わせた後のいずれに行われても良い。
【００３２】
【実施例】
実施例１
図１に示す継ぎ手部において、Ｍｏを母材１、母材２及び裏当て板３に使用し、母材１と母材２の隙間に４１．７重量％Ｒｕ−５５．５重量％Ｍｏ−２．８重量％Ｂろう材粉末をメタクリル酸イソブチルによりペースト状にしたろう材を塗布した後、継ぎ手裏面、すなわち裏当て板３側より酸素−アセチレンバーナおよびＴＩＧ溶接トーチを用い、大気中で加熱し接合を行った。
【００３３】
この場合、酸素−アセチレンバーナおよびＴＩＧ溶接トーチのいずれによる加熱方法でも継ぎ手裏面よりガス流束が当たり、直接ろう材部に当たらないため、ろう材の飛散も無く良好なろう接を得た。接合界面およびろう材内部にも酸化層の存在、及び空隙は認められず、非常に良好な接合継ぎ手が得られた。
【００３４】
比較例１
図１に示す継ぎ手部において、Ｍｏを母材１、母材２及び裏当て板３に使用し、母材１と母材２の隙間に４１．７重量％Ｒｕ−５５．５重量％Ｍｏ−２．８重量％Ｂろう材粉末をメタクリル酸イソブチルによりペースト状にしたろう材を塗布した継ぎ手を準備した後、表面、すなわちろう材側より酸素−アセチレンバーナおよびＴＩＧ溶接トーチを用い、大気中で加熱し接合を行った。
【００３５】
この場合、どちらの加熱方法でも継ぎ手表面よりガス流束が当たり、直接ろう材部に当たるためガス流束によりろう材が飛散し、ろう接不能であった。
【００３６】
実施例２
図１に示す継ぎ手部において、ランタン含有モリブデン（特公平２−３８６５９に開示）を母材１、母材２および裏当て板３に使用し、母材１と母材２の隙間に４１．７重量％Ｒｕ−５５．５重量％Ｍｏ−２．８重量％Ｂろう材粉末をメタクリル酸イソブチルによりペースト状にしたろう材を塗布した後、継ぎ手裏面、すなわち裏当て板３側より酸素−アセチレンバーナ及びＴＩＧ溶接トーチを用い、大気中で加熱し接合を行った。
【００３７】
この場合、いずれの加熱方法でも継ぎ手裏面よりガス流束が当たり、直接ろう材部に当たらないため、ろう材の飛散も無く良好なろう接を得た。接合界面及びろう材内部にも酸化層の存在、及び空隙は認められず、非常に良好な接合継ぎ手が得られた。
【００３８】
実施例３
図１に示す継ぎ手部において、Ｗを母材１、母材２および裏当て板３に使用し、母材１と母材２の隙間に４１．７重量％Ｒｕ−５５．５重量％Ｍｏ−２．８重量％Ｂろう材粉末をメタクリル酸イソブチルによりペースト状にしたろう材を塗布した後、継ぎ手裏面、すなわち裏当て板３側より酸素−アセチレンバーナおよびＴＩＧ溶接トーチを用い、大気中で加熱し接合を行った。
【００３９】
この場合、いずれの加熱方法でも継ぎ手裏面よりガス流束が当たり、直接ろう材部に当たらないためろう材の飛散も無く良好なろう接を得た。接合界面及びろう材内部にも酸化層の存在、および空隙は認められず、非常に良好な接合継ぎ手が得られた。
【００４０】
実施例４
図１に示す継ぎ手部において、Ｍｏを母材１、母材２及び裏当て板３に使用し、母材１と母材２の隙間に４０．５重量％Ｒｕ−５３．８重量％Ｍｏ−２．７重量％Ｂ−３．０重量％Ｎｉろう材粉末をメタクリル酸イソブチルによりペースト状にしたろう材を塗布した後、継ぎ手裏面、すなわち裏当て板３側より酸素−アセチレンバーナ及びＴＩＧ溶接トーチを用い、大気中で加熱し接合を行った。
【００４１】
この場合、いずれの加熱方法でも継ぎ手裏面よりガス流束が当たり、直接ろう材部に当たらないためろう材の飛散も無く良好なろう接を得た。接合界面およびろう材内部にも酸化層の存在、及び空隙は認められず、非常に良好な接合継ぎ手が得られた。
【００４２】
実施例５
図６、図７に示すように、Ｄ１０ｍｍのＭｏ丸棒２´の一端面に４１．７重量％Ｒｕ−５５．５重量％Ｍｏ−２．８重量％Ｂろう材粉末をメタクリル酸イソブチルによりペースト状にしたろう材４を塗布した後、同サイズのＭｏ丸棒１´の端面を重ね合わせ、その後ＴＩＧ溶接トーチを用い、大気中でろう材塗布面の側面であるＭｏ丸榛側面を加熱し接合を行った。ろう接後、接合部より流れだしたろう材を除去し、常温引張り試験に供した。その結果、引張り強度２２０Ｍｐａを得た。更に断面を観察した結果、ろう材部に空隙の痕跡は認められず、非常に良好な接合継ぎ手が得られた。
【００４３】
また、上記Ｍｏ丸棒をランタン含有モリブデン棒（例えば特公平３−２２４６０に開示）としても同様の結果が得られた。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、高融点金属である接合する金属部材の少なくとも一方がＭｏ、Ｍｏ合金、ＷまたはＷ合金のろう接において、大気中でのろう接が可能となり、従来のろう接法で必要であった真空装置や気密室が不要となる。また、還元ガスや不活性ガスの供給設備や高価な還元ガスや不活性ガスが不要となり、更に不活性ガス等のガスシールを行なう場合であっても、不完全なシールでろう接が可能となる。
【００４５】
また、大きな金属部材同士をろう接する場合、気密室が不要となるので、製作可能サイズが制限されることがなく、例えばろう接接合を現場で施工したりすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接合方法を示す断面図である。
【図２】図１により母材同士を接合した状態を示す断面図である。
【図３】母材同士を部分的に重ね合わせ接合する場合の例を示す断面図である。
【図４】母材同士の全面を重ね合わせ接合する場合の例を示す断面図である。
【図５】図４により母材同士を接合した状態を示す断面図である。
【図６】丸棒同士を突き合わせ接合する場合の例を示す斜視図である。
【図７】図６により丸棒同士を接合した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２、    母材
３    裏当て板
４    ろう材
１´、２´    丸棒
【図１】
0003783975.tif 000002
【図２】
0003783975.tif 000003
【図３】
0003783975.tif 000004
【図４】
0003783975.tif 000005
【図５】
0003783975.tif 000006
【図６】
0003783975.tif 000007
【図７】
0003783975.tif 000008