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3.5 接合する際の加熱時間は?

 接合時の一般的の接合プロセスを下図に示しています。接合体を接合装置内に取り付け、接合体が動かないように接合荷重を加えます。引き続き、接合装置内を真空に排気し所定の雰囲気圧に到達後、加熱を始めます。昇温して接合温度に保持して、その後加熱を停止して接合プロセスが完了します。接合時間は接合温度での保持時間を表現しております。
 溶接学会界面接合研究委員会が実施した「拡散接合の適用例」では、接合時間は1分〜4時間です。「接合部へインサート金属を挿入して高周波加熱」したプロセスでは、1分と短いですが、「大きな接合体をヒータ加熱」したの製造では、大半は30分〜2時間です。
 接合に際しては、「接合面の全面を如何に均一に加熱するか」が重要となります。加熱方法(接合体への直接通電、高周波加熱、ヒータでの輻射加熱など)、熱遮蔽法(加圧装置など)で、接合体の熱分布が変わり、接合面の温度を均一化するための昇温時間も変化します。
 接合に大きく影響する「拡散量」は、「拡散係数と保持時間の積の平方根」に比例します。接合時間を4倍にして、拡散量が2倍になります。接合部の完全化のため、「接合時間の増加」より「温度の上昇」が効果的です。
 拡散接合プロセスで、予想外に時間を要するのが冷却時間です。例えば、直径12mm のステンレス鋼の丸棒同士を拡散接合する際、接合体を真空装置内へ取り付け、10-3Pa程度に排気時間が20 分、1000℃までの昇温時間が5分、保持時間が15分、50℃までの冷却時間が70分で、接合試料の取り付け時間を除いても、約110分を要しています。工業的に拡散接合を適用するには、「接合作業時間を如何に短くするか」が重要な課題となるかもしれません。 (2010.12.8)

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