专利名称：液相扩散接合管接头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种将金属管彼此或者金属管与接头管进行液相扩散接合而成的液 相扩散接合管接头及其制造方法。在将接头管的一端与金属管进行液相扩散接合的情况 下，还能够将接头管的另一端与金属管以外的部件例如壁等进行接合。
背景技术：
液相扩散接合是如下的接合方法将熔点低于被接合材料的嵌入材料、例如非晶 态金属或非晶态合金隔设在接合面上，加热到比嵌入材料的液相线温度高且比被接合材料 的熔点低的温度，使接合部熔融并等温凝固。非晶态金属或非晶态合金等嵌入材料，例如以 箔、粉末、电镀等方式来使用。该液相扩散接合应用于不锈钢、高镍基合金、耐热钢合金钢等通过现有焊接法难 以进行焊接的钢种的接合。并且，通过液相扩散接合，能够同时对多处进行接合，并且在对 接合部的截面积较大的部件进行接合时，所需时间不会大幅增加。因此，以削减施工成本为 目的，一直以来对于能够进行基于焊接的接合的钢材也应用液相扩散接合。在将液相扩散接合应用于金属管的接合时，一般在相对的金属管的端面上作为嵌 入材料而隔设非晶态金属或非晶态合金的箔，并且在对金属管负载轴向推力的同时将接合 面及其附近加热到液相线温度以上。但是，在实际的作业时，尤其是在施工现场的接合中，有时所负载的表面压力变得 不稳定，或者根据接合面的部位的不同而表面压力变低，不能得到充分的接合强度。并且，当金属管的形状为椭圆或存在厚度不均时，有时实际的接合面比被接合管 的截面积减小、接合强度降低。对于这种问题，提出了如下的接头经由耦合器、螺纹接头来大幅增加与进行了圆 锥加工的金属管的接合面，由此提高强度(例如参照专利文献1)。此外，还提出了对金属管 实施圆锥加工并通过液相扩散接合来接合该金属管彼此的接头(例如参照专利文献2、3)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平10-85954号公报专利文献2 日本特开2001-340974号公报专利文献3 日本特开2001-330594号公报
发明内容
发明要解决的课题但是，在现有的接头中存在的问题为，当不高精度地进行金属管、耦合器、螺纹接 头的车削加工时，接合强度降低。本发明的技术课题是，改善液相扩散接合管接头的接合强 度，该液相扩散接合管接头通过液相扩散接合对金属管及金属部件的金属接头与一端或两 端的外面进行了圆锥加工的接头管或者厚壁金属管进行接合。
用于解决课题的手段本发明为，在设置了前端圆锥部及台阶部的金属部件、接头管或厚壁金属管上，以 使金属管的端面的截面积成为管体的截面积以上的方式将金属管扩径而嵌合，使台阶部和 金属管的端部之间夹设嵌入材料而抵接，进行加热而进行液相扩散接合，由此成功地提高 了液相扩散接合管接头的接合强度。本发 明能够采用下面所示的形式。(1) 一种液相扩散接合管接头，其特征在于，由金属接头和金属管构成；上述金属 接头具有尖细倾斜部和接合面部，该尖细倾斜部相对于金属管的端部，通过管轴方向的推 压在使该金属管的内径扩径的同时压入，而与该端部紧密卡合，该接合面部与该尖细倾斜 部连续并通过液相扩散接合来接合金属管的端面；上述金属管为，在端部被扩径了的状态 下与上述尖细倾斜部紧密卡合，且端面通过液相扩散接合与上述接合面部接合。(2)上述(1)的液相扩散接合管接头，其特征在于，在上述被扩径了的状态下，与 上述尖细倾斜部紧密卡合的金属管的端部的厚度为金属管主体的厚度以上。(3)上述(1)或(2)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述金属接头形成在金 属结构体上。(4)上述(3)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述金属结构体在内部具备管 路，并且上述金属接头具备使该管路与金属管连通的管路。(5)上述(1)或(2)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述金属接头形成在与 金属管接合的另外的金属管的端部。(6)上述⑴或⑵的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述金属接头是在中央 具备接合面部，并与该接合面部连续而在两侧具备尖细倾斜部的金属接头管。(7)上述(7)的液相扩散接合管接头，其特征在于，在设上述金属接头管的一个 尖细倾斜部的倾斜角为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2，端部与倾斜角S1的尖细倾斜 部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个面接合的金属管的截面积为 A1,端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的 另一个面接合的金属管的截面积为A2时，S” S2、~以及A2满足下述公式(1)0. 8 ^ (S1XA1)Z(S2XA2) ^ 1. 2 …(1)。(8)上述(7)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述截面积A1的金属管的壁厚 与上述截面积A2的金属管的厚度不同。(9)上述(1) (8)任一项的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述尖细倾斜部 和接合面部所成的角度为70 110°。。(10) 一种制造上述(1) (9)任一项的液相扩散接合管接头的方法，其特征在于，(i)将具有尖细倾斜部和接合面部的金属接头的尖细倾斜部，通过管轴方向的推 压相对于金属管的端部在使该金属管的内径扩径的同时压入，并且使被扩径了的金属管的 端面与金属接头的接合面部隔着嵌入材料抵接；该尖细倾斜部相对于金属管的端部在使该 金属管的内径扩径的同时压入而与该端部紧密卡合，该接合面部与该尖细倾斜部连续并通 过液相扩散接合来接合金属管的端面；(ii)通过管轴方向的推压在包括上述嵌入材料的抵接部上维持表面压力的同时， 将该抵接部加热到嵌入材料熔融的温度，通过液相扩散接合将金属管的端面与上述接合面部 进行接合。(11)上述(10)的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，上述金属管是内 径比上述尖细倾斜部的最小外径大、比最大外径小的金属管。(12)上述(10)或(11)的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，作为上述 金属接头，使用在中央具备接合面部、并与该接合面部连续在两侧具备尖细倾斜部的金属 接头管，在通过液相扩散接合在该金属接头管的两侧接合金属管的情况下，在设上述金属 接头管的一个尖细倾斜部的倾斜角为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为s2，端部与倾斜角 S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个面接合的金属 管的截面积为A1,端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央 的接合面部的另一个面接合的金属管的截面积为A2时，SpSyA1以及A2满足下述公式(1)0. 8 ^ (S1XA1)Z(S2XA2) ^ 1. 2 …(1)。(13)上述(12)的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述截面积~的金属管的厚 度与上述截面积A2的金属管的厚度不同。(14)上述(10) (13)任一项的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，上 述表面压力为5 20MPa。此外，在本发明中，所谓金属接头是指用于接合金属管零件或部件，不限定于用于 连接两个金属管的零件或部件。此外，所谓金属接头管是指金属接头中用于连接两个金属 管的零件或部件。此外，所谓液相扩散接合管接头是指将上述金属接头或金属接头管与1 个以上的金属管通过液相扩散接合进行了接合的零件以及部件。发明的效果根据本发明，能够提供一种液相扩散接合管接头，通过控制加热时的表面压力，能 够避免接合面上的断裂，并且能够在不使接合成本大幅上升的情况下，通过液相扩散接合 来对金属材料、对一端或两端的外面进行了圆锥加工的金属部件与接头管或厚壁金属管进 行结合，且接合强度优良。并且，根据本发明，还能够提供连接不同壁厚的金属管的液相扩 散接合管接头以及连接不同外径的金属管的液相扩散接合管接头等。
图1是表示本发明第一实施方式的液相扩散接合管接头的一例的图。图2是本发明第二实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是表示金属接头形成 在金属结构体上的方式的图。图3是本发明第三实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是表示金属接头形成 在进行接合的一个金属管的端部上的方式的图。图4是本发明第四实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是表示使用在两侧具 有尖细倾斜部的金属接头管接合了两根金属管的方式的图。图5是本发明第五实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是表示使用金属接头 管接合了相同直径、不同厚度的金属管的方式的图。图6是本发明第六实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是表示使用金属接头 管接合了不同直径、不同厚度的金属管的方式的图。图7是本发明第七实施方式的液相扩散接合管接头的例子，是表示使用金属接头管接合了不同直径、相同厚度的金属管的方式的图。 图8是表示本发明的金属接头的接合面部与尖细倾斜部所成的角度的图。(a)表 示液相扩散接合管接头的一例，(b)表示接合部的角度。图9是表示与金属接头的接合面部抵接的金属管的端部被较大地扩径的状态的 图。图10是表示与金属接头的接合面部抵接的金属管的端部压曲了的状态的图。图11是表示本发明第一实施方式的液相扩散接合管接头的嵌合开始时的状态的 图。图12是表示本发明第二实施方式的液相扩散接合管接头的嵌合开始时的状态的 图。图13是表示本发明第三实施方式的液相扩散接合管接头的接合前的状态的图。图14是表示本发明第三实施方式的液相扩散接合管接头的嵌合开始时的状态的 图。图15是表示本发明第三实施方式的液相扩散接合管接头的加热的方式的图。图16是表示本发明第四实施方式的液相扩散接合管接头的接合前的状态的图。图17是表示本发明第四实施方式的液相扩散接合管接头的嵌合开始时的状态的 图。图18是表示本发明第四实施方式的液相扩散接合管接头的加热的方式的图。图19是表示向金属管轴向的位移与管轴方向的推压之间的关系、以及金属管的 端面与金属接头的接合面部之间的表面压力的大小的图。图20是通过与扩径率之间的关系来表示液相扩散接合管接头的拉伸试验时的最 大负荷的图。图21A是表示用于试验的液相扩散接合管接头的接合方式的图。图21B是表示用于试验的液相扩散接合管接头的接合方式的图。图21C是表示用于试验的液相扩散接合管接头的接合方式的图。图22是在接头之间比较了液相扩散接合管接头的拉伸试验时的最大负荷的图。图23是表示本发明第五实施方式的液相扩散接合管接头的接合前的状态的图。图24是表示本发明第五实施方式的液相扩散接合管接头的接合后的状态的图。图25是表示本发明第六实施方式的液相扩散接合管接头的接合前的状态的图。图26是表示本发明第六实施方式的液相扩散接合管接头的接合后的状态的图。图27是表示液相扩散接合管接头的压曲产生以及拉伸试验的结果与接合时的金 属管的端面和金属接头的接合面部的表面压力之间的关系的图。图28是表示作为本发明第一实施方式的液相扩散接合管接头的变形例的实施例 2的液相扩散接合管接头的嵌合开始时的状态的图。图29是表示作为本发明第一实施方式的液相扩散接合管接头的变形例的实施例 2的液相扩散接合管接头的图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在本说明书及附图中，对具有实质上相同功能的构成要素赋予相同符号并省略说明。
图1是本发明第一实施方式的液相扩散接合管接头的一例，是对金属接头2压入 了金属管3的液相扩散接合管接头1。金属接头2以及金属管3是将旋转对称轴4作为轴 的旋转对称体(以下，在绘有旋转对称轴4的图中相同)。金属接头2具有环状的接合面部5，外面与金属管3的端面8抵接；和从该接合面 部5向端面方向在缩径的同时延伸的尖细倾斜部6。图1所示的液相扩散接合管接头1中 的液相扩散接合部(以下还称作接合部)，是接合面部5和金属管3的端面8之间的部分。此外，在液相扩散接合管接头1中，接合部的附近由尖细倾斜部6的外面(以下称 为倾斜面)7从内面支持。因此，在接合部的附近，在负载有拉伸应力时，在内径方向上进行 收缩的变形通过来自内面的支持力来限制。结果，在液相扩散接合管接头1的接合部的附 近，在轴向以及圆周方向上产生拉伸应力，与单轴应力状态相比较变得难以屈服。另一方面，在金属接头2的外面没有尖细倾斜部6的情况下，成为在接合面部5与 金属管3的端面8之间的接合部上作用与管体同样的接近单轴拉伸的应力的状态。在该情 况下，在接合面的附近残留了成为接合状态的形状不规则，所以在管体的抗拉强度以下容 易发生接头断裂。并且，在液相扩散接合管接头1中，金属管3的端部的厚度为金属管3主体的厚度 以上，对于接合强度的改善是优选的。即，优选被压入尖细倾斜部6的金属管3的管端的厚 度比该金属管3的管体(未被扩径的部分)的厚度的平均值大。这是因为，通过在被加热的状态下付与推压，由此金属管3的端部增厚，结果金属 管3的端面8和接合面部5之间的接合面积增大，而接合强度提高。通过如以上那样的变 形的限制效果和增厚效果，液相扩散接合管接头1即使在接合的状态下也具有金属管3的 管体强度以上的接合强度。图2表示本发明第二实施方式的将金属接头形成在金属结构体上的一例。在图2 所示的例子中，在作为金属结构体的壁21的壁面22上形成有接合面部5、尖细倾斜部6以 及具有倾斜面7的金属接头2。在接合面部5上粘贴嵌入材料9，将金属管3扩径并压入尖细倾斜部6之后，通过 加热将接合面部5和金属管3的端面8进行液相扩散接合。此外，如图2所示，还能够在金属结构体21的内部形成管路23，并在金属接头2中 形成连通该管路23和金属管3的管路24。在图2中，管路23相对于旋转对称轴4成为旋 转对称，但是管路23不限定于此。图3表示本发明第三实施方式的将金属接头形成在金属管的端部上的例子。在图 3所示的例子中，在与金属管3a接合的金属管3b的端部上形成有金属接头2，该金属接头 2具有接合面部5b以及尖细倾斜部6b。液相扩散接合管接头1如下地得到在接合面部5b上粘贴嵌入材料9，将金属管 3a扩径并压入尖细倾斜部6b之后，通过加热将接合面部5b和金属管3a的端面8a进行液 相扩散接合。图4表示本发明第四实施方式的金属接头是在中央具备接合面部、在两侧具备尖 细倾斜部的金属接头管的例子。在图4所示的例中，金属接头是在中央具备接合面部5，并与接合面部5连续在两侧具备尖细倾斜部6的金属接头管2a。
并且，从金属接头管2a的两侧向尖细倾斜部6压入端部被扩径了的金属管3，金属 管3的端面8隔着嵌入材料9与金属接头管2a的接合面部5抵接，并通过加热来将接合面 部5与金属管3的端面8进行液相扩散接合，由此得到液相扩散接合管接头1。在此，本发明的发明人，对为了得到金属管的接合所需要的表面压力的、金属接头 管的倾斜部的倾斜角和金属管的截面积的适当条件进行了研究。结果得知，在设金属接头 管的一个尖细倾斜部为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2，端部与倾斜角S1的尖细倾斜 部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个接合的金属管的截面积为 A1,端部与倾斜角S2的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的 一个接合的金属管的截面积为A2时，如果SpSyA1以及A2满足下述公式(1)，则能够得到金 属管的接合所需要的表面压力，能够防止金属管的压曲以及接合部的接合强度的降低。在 此，所谓金属管的截面积是指金属管的截面中金属所占的面积，不包含中空部的面积。
SxA
权利要求
1.一种液相扩散接合管接头，其特征在于， 由金属接头和金属管构成；上述金属接头具有尖细倾斜部和接合面部；该尖细倾斜部相对于金属管的端部，通过 管轴方向的推压在使该金属管的内径扩径的同时压入，而与该端部紧密卡合；该接合面部 与该尖细倾斜部连续并通过液相扩散接合来接合金属管的端面；上述金属管为，在端部被扩径了的状态下与上述尖细倾斜部紧密卡合，且端面通过液 相扩散接合与上述接合面部接合。
2.根据权利要求1所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，在上述被扩径了的状态下，与上述尖细倾斜部紧密卡合的金属管的端部的厚度为金属 管主体的厚度以上。
3.根据权利要求1或2所述的液相扩散接合管接头，其特征在于， 上述金属接头形成在金属结构体上。
4.根据权利要求3所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述金属结构体在内部具备管路，并且上述金属接头具备使该管路与金属管连通的管路。
5.根据权利要求1或2所述的液相扩散接合管接头，其特征在于， 上述金属接头形成在与金属管接合的另外的金属管的端部。
6.根据权利要求1或2所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述金属接头是在中央具备接合面部，并与该接合面部连续而在两侧具备尖细倾斜部 的金属接头管。
7.根据权利要求7所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，在设上述金属接头管的一个尖细倾斜部的倾斜角为S1,另一个尖细倾斜部的倾斜角为 &，端部与倾斜角S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的 一个面接合的金属管的截面积为A1,端部与倾斜角&的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液 相扩散接合与中央的接合面部的另一个面接合的金属管的截面积为A2时，S” S2、~以及A2 满足下述公式(1)0. 8 ^ (S1XA1)Z(S2XA2) ^ 1. 2 …(1)。
8.根据权利要求7所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述截面积A1的金属管的厚度与上述截面积A2的金属管的厚度不同。
9.根据权利要求1 8任一项所述的液相扩散接合管接头，其特征在于， 上述尖细倾斜部和接合面部所成的角度为70 110°。
10.一种制造权利要求1 9任一项所述的液相扩散接合管接头的方法，其特征在于， (i)将具有尖细倾斜部和接合面部的金属接头的尖细倾斜部，通过管轴方向的推压相对于金属管的端部在使该金属管的内径扩径的同时压入，并且使被扩径了的金属管的端面 与金属接头的接合面部隔着嵌入材料抵接；该尖细倾斜部相对于金属管的端部在使该金属 管的内径扩径的同时压入而与该端部紧密卡合，该接合面部与该尖细倾斜部连续并通过液 相扩散接合来接合金属管的端面；( )通过管轴方向的推压在包括上述嵌入材料的抵接部上维持表面压力的同时，将该 抵接部加热到嵌入材料熔融的温度，通过液相扩散接合将金属管的端面与上述接合面部进行接合。
11.根据权利要求10所述的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于， 上述金属管是内径比上述尖细倾斜部的最小外径大、比最大外径小的金属管。
12.根据权利要求10或11所述的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于， 作为上述金属接头，使用在中央具备接合面部、并与该接合面部连续在两侧具备尖细倾斜部的金属接头管，在通过液相扩散接合在该金属接头管的两侧接合金属管的情况下， 在设上述金属接头管的一个尖细倾斜部的倾斜角为S1，另一个尖细倾斜部的倾斜角为S2, 端部与倾斜角S1的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩散接合与中央的接合面部的一个 面接合的金属管的截面积为A1,端部与倾斜角&的尖细倾斜部紧密卡合、端面通过液相扩 散接合与中央的接合面部的另一个面接合的金属管的截面积为A2时，S1A2A1以及A2满足 下述公式⑴0. 8 ≤ (S1XA1)Z(S2XA2) ≤ 1. 2 …(1)。
13.根据权利要求12所述的液相扩散接合管接头，其特征在于，上述截面积A1的金属管的厚度与上述截面积A2的金属管的厚度不同。
14.根据权利要求10 13任一项所述的液相扩散接合管接头的制造方法，其特征在于，上述表面压力为5 20MPa。
全文摘要
一种液相扩散接合管接头及其制造方法，将金属管彼此或者金属管与接头管液相扩散接合而成，其特征在于，由金属接头和金属管构成；上述金属接头具有尖细倾斜部和接合面部；该尖细倾斜部相对于金属管的端部，通过管轴方向的推压在使该金属管的内径扩径的同时压入，而与该端部紧密卡合；该接合面部与该尖细倾斜部连续并通过液相扩散接合来接合金属管的端面；上述金属管为，在端部被扩径了的状态下与上述尖细倾斜部紧密卡合，且端面通过液相扩散接合与上述接合面部接合。
文档编号F16L13/00GK102131611SQ200980133268
公开日2011年7月20日 申请日期2009年8月19日 优先权日2008年8月27日
发明者佐藤有一, 津留英司, 篠原康浩, 长谷川泰士 申请人:新日本制铁株式会社