專利名稱：金屬制品及其制造方法、金屬部件連接方法及連接結構體的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬制品的制造方法、金屬制品、金屬制品的連接方法以及連接結構 體。
背景技術：
在制造氣缸等金屬制品的一系列工序中以及在將一對分別具有坡口部的金屬部 件連接的一系列工序中，分別包含有形成堆焊的工序。也就是說，在制造所述金屬制品時， 首先，例如通過鑄造來成形為制品主體，這時，由于成形，在所述制品主體的被處理面上產 生氣孔等缺陷。然后，通過磨削加工將包含所述缺陷的缺陷周邊部分除去，在所述的制品主 體的所述被處理面上形成凹部。隨后，通過焊接在包含了所述凹部的凹部周邊上形成堆焊 層。另外，在連接所述的一對金屬制品時，首先，將所述的一對金屬制品對接，由一方 金屬部件的坡口部分和另一方金屬部件的坡口部分形成凹部。然后，通過焊接在包含了所 述凹部的凹部周邊形成堆焊層。

發明內容
由于所述的堆焊層是通過焊接而形成，換言之，由于高溫狀態的所述堆焊層是在 所述凹部的周邊瞬間或者短時間內形成，在所述金屬制品的制造或者所述一對金屬部件的 連接時，所述凹部周邊的溫度急劇升高。因此，所述凹部周邊的熱變形增大，導致所述金屬 制品的制造缺陷或者所述一對金屬部件的連接缺陷的問題。為了解決上述問題，本發明的第1方面是用于制造金屬制品的方法，該方法具有成形制品主體的成形工序；在所述成形工序完成后，將包含由于成形在所述制品主體的被處理面上產生的缺 陷的缺陷周邊除去，在所述制品主體的所述被處理面上形成凹部的缺陷除去工序；以及在所述缺陷除去工序完成后，使用由金屬粉末成形的成形體或者經過加熱處理的 所述成形體構成的成形電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使包含所述凹部的凹部周 邊和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電的能量，使所述成形電極的材料或者 該材料的反應物質在所述凹部周邊沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在所述凹部周邊形成堆 焊層的堆焊工序。本發明的第2方面是將一對金屬部件連接的方法，該方法具有通過將所述的一對金屬制品對接，由一個金屬部件的坡口部分和另一金屬部件的 坡口部分形成凹部的對接工序；以及，所述對接工序完成后，使用由金屬粉末成形的成形體或者經過加熱處理后的所述 成形體構成的成形電極，在具有電絕緣性的液體或氣體中，使包含所述凹部的凹部周邊和所述成形電極之間產生脈沖狀放電，通過該放電的能量，使所述成形電極的材料或者該材 料的反應物質在所述凹部周邊沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在所述凹部周邊形成堆焊層 的堆焊工序。


圖1是表示第1實施方式中的放電加工機的圖。圖2是第1實施方式中的氣缸的局部剖面圖。圖3是第1實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖4是第1實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖5是第1實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖6是第1實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖7是第1實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖8是第2實施方式中的氣缸的局部剖面圖。圖9是第2實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖10是第2實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖11是第2實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖12是第2實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖13是第2實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖14是第3實施方式中的氣缸的局部剖面圖。圖15是第3實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖16是第3實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖17是第3實施方式中的金屬制品的制造方法的說明圖。圖18是表示第4實施方式中的連接結構體的圖。圖19是第4實施方式中的金屬制品的連接方法的說明圖。圖20是第4實施方式中的金屬制品的連接方法的說明圖。圖21是第4實施方式中的金屬制品的連接方法的說明圖。
具體實施例方式以下，為了進一步詳細說明本發明，對于本發明的各種實施方式，適當參照附圖進 行說明。其中，將“左右方向”稱為X軸方向，將“前后方向”稱為Y軸方向，將“上下方向” 稱為Z方向。第1實施方式首先，參照圖1，對于在第1實施方式中的金屬制品的制造方法中使用的放電加工 機1進行說明。放電加工機1具有在X軸方向和Y軸方向上延伸的底座3，在該底座3上設置了在 Z軸方向延伸的支架5。另外，在底座3上設置工作臺7，該工作臺7可以由X軸伺服電機9 驅動在X軸方向上移動，由Y軸伺服電機11驅動在Y軸方向上移動。工作臺7上設置有貯存油等具有電絕緣性的液體S的加工槽13，在該加共槽13內 設置有支承板15。該支承板15上設置有可以安裝后述的金屬制品等的夾具17。另外，夾具17通過支承板15與電源19電連接，夾具17的具體結構可以根據金屬制品適當改變。在支架5上設置加工頭21，該加工頭21可以由Z軸伺服電機23驅動沿著Z軸方 向移動。當通過X軸伺服電機9的驅動使工作臺7在X軸方向移動時，可以使得加工頭21 在X軸方向上相對于工作臺7移動。另外，當通過Y軸伺服電機11的驅動使工作臺7在Y 軸方向移動時，可以使加工頭21在Y軸方向上相對于工作臺7移動。而且，加工頭21上設置有保持成形電極25或成形電極27的第1保持器四，在加 工頭21上的第1保持器四附近，設置有保持具有耐消耗性的硬質電極31的第2保持器 33。第1保持器四和第2保持器33與電源19電連接。成形電極25、27的具體結構在下 文中說明。參照圖2，對于作為第1實施方式的金屬制品制造方法的對象的金屬制品——氣 缸35進行簡單說明。作為第1實施方式中的金屬部件的氣缸35，是燃氣輪機的構成要素之一，具有作 為制品主體的氣缸主體37。在氣缸主體37的外周面上，通過放電能量形成凹部39，在包括 了該凹部39的凹部周邊39’中，通過放電能量形成堆焊層41。凹部39和堆焊層41將在下 文中詳述。然后，參照圖1 7，對第1實施方式中的金屬制品的制造方法進行說明。第1實施方式中的金屬制品的制造方法，是制造作為金屬制品的氣缸35的方法， 使用所述的放電加工機1、成形電極25、硬質電極31以及如圖7所示的熱處理爐43。這里的成形電極25，是由具有與氣缸主體37的母材相同組成的材料的粉末，或者 具有與氣缸主體37的母材類似組成的材料的粉末，或者具有與氣缸主體37的母材的熱膨 脹率相近的熱膨脹率的材料的粉末，通過擠壓進行壓縮而成形的成形體或者通過真空爐等 的加熱處理的所述成形體所構成。在氣缸主體 37 的母材例如是AMS (Aerospace Material Specif ications) No. 5662 的合金的場合，成形電極為具有類似組成的各種鎳合金材料，具有近似的熱膨脹率的鈷或 鈷合金材料。另外，代替通過壓縮成形，電極25還可以采用泥漿澆注、MIM(Metal Injection Molding)、噴鍍等方法成形。此外，硬質電極31由石墨、鎢合金或者銅合金的固形物所制成。第1實施方式中的金屬制品的制造方法，具有如下所述的(1-1)成形工序、(1-2) 缺陷除去工序、(1-3)堆焊工序、(1-4)余料除去工序和(1-5)熱處理工序。(1-1)成形工序使用鑄模(圖中省略)，通過鑄造成形為作為制品主體的氣缸主體37。如圖3所 示，由于氣缸主體37的成形，在作為氣缸主體37的被處理面的外周面上形成缺陷——氣孔 D0(1-2)缺陷除去工序在完成上述(1-1)成形工序之后，將氣缸主體37安裝到夾具17上。然后，通過X 軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動，將工作臺7在X軸方向和Y軸方向移動來進行氣 缸主體37的定位，使得作為包括了氣孔D的缺陷周邊的氣孔周邊D’與硬質電極31相對。 有時候，僅使工作臺7在X軸或Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使氣孔周邊D’和硬質電極31之間產生脈沖狀放電。由此，如圖4所示，通過放電能量除去氣孔D，在氣缸主體37的外周面上可以形成 凹部39。在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使硬質電極31與加工頭21 一體地在Z軸方向上以微小的移動量進行往復運動。(1-3)堆焊工序在完成了上述(1-2)缺陷除去工序之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11 的驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向移動，將氣缸主體37定位，使得凹部周邊39’與成形 電極25相對。有時候，僅使工作臺7在X軸方向或Y軸方向中的某一個方向上移動就足夠 了。接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使凹部周邊39’和成形電極25之間產生脈 沖狀放電。由此，如圖5所示，通過放電能量，使成形電極25的材料或者該材料的反應物質 在凹部周邊39’上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在凹部周邊39’上形成堆焊層41。其中， 在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使成形電極25與加工頭21 —體地在 Z軸方向上以微小的移動量進行往復運動。另外，所述的“沉積、擴散和/或熔敷”，包括了 “沉積”、“擴散”、“熔敷”、“沉積和 擴散二者的混合現象”、“沉積和熔敷二者的混合現象”、“擴散和熔敷二者的混合現象”以及 “沉積和擴散和熔敷三者的混合現象”中的任何一種。上述(1-3)工序中形成的堆焊層41的大小，比凹部39的尺寸要大。具體而言，堆 焊層41的外緣要比凹部39的外緣向外側擴展0. 5mm以上；堆焊層41的厚度，要比能填滿 凹部39所需要的厚度還要厚0.3mm以上。這樣，可以使堆焊層41內部的粒子間產生擴散
纟口口。此外，堆焊層41的一部分，從凹部39溢出，形成余料。(1-4)余料除去工序在完成上述(1-3)堆焊工序后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動， 使工作臺7在X軸和Y軸方向移動，進行氣缸主體37的定位，使得堆焊層41與硬質電極31 相對。有時候，僅使工作臺7在X軸或Y軸中某一個方向上移動就足夠了。接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使堆焊層41和硬質電極31之間產生脈沖狀 放電。由此，如圖6所示，通過放電能量，形成由高密度組織構成的薄膜41a，同時可以將余 料41f除去。另外，在產生脈沖狀放電時，使硬質電極31在X軸方向上相對于氣缸主體37 移動，同時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使硬質電極31與加工頭21 —體地在Z軸方向上 以微小的移動量進行往復運動。(1-5)熱處理工序在上述(1-4)余料除去工序結束后，從夾具17上取下氣缸主體37，安放到熱處理 爐43的規定定位置上。如圖7所示，由熱處理爐43將氣缸主體37和堆焊層41 一起在真 空中或者大氣中進行高溫保溫。通過這樣對堆焊層41進行熱處理，使得堆焊層41內部的 粒子間進行擴散接合，完成作為金屬制品的氣缸35的制造。熱處理的溫度和時間，例如在堆焊層41由鎳合金或者鈷合金構成的場合，在 1050°C的高溫下保溫20分鐘，然后在760°C的高溫中保溫4小時。此外，上述的第1實施方式中的金屬制品的制造方法，還可以進行如下的實施方 式的變更。
S卩，在第1實施方式中的金屬制品的制造方法的一系列工序中，可以省略所述的 (1-4)余料除去工序或所述的(1-5)熱處理工序，或者可以改變所述的(1-4)余料除去工序 和所述的(1- 熱處理工序工藝順序。還有，代替在具有電絕緣性的液體S中產生脈沖狀放電，也可以在具有電絕緣性 的氣體中產生脈沖狀放電。另外，代替放電加工機1，也可以使用磨床將鑄造氣孔周邊D’除去，或者將余料 41f除去。此外，代替除去鑄件氣孔周邊D’，也可以除去包含裂紋等缺陷的缺陷周邊。以下，對第1實施方式的作用進行說明。由于放電能量作用于極小部位上的局部區域，堆焊層41是通過使成形電極25的 材料等在凹部39上沉積、擴散和/或熔敷而漸漸形成，因此，在制造氣缸35時，氣缸主體37 的凹部周邊39’的溫度不會急劇上升。還有，由于堆焊層41通過放電能量形成，在堆焊層41和氣缸主體37的母材的界 面部分形成組成比傾斜的結構，可以使堆焊層41與氣缸主體37牢固地結合。此外，由于堆焊層41內部的粒子間產生擴散接合，可以提高堆焊層41的拉伸強度。還有，在上述(1-3)堆焊工序中形成的堆焊層41的大小比凹部39的尺寸大，因 此，在所述的(1-4)余料除去工序后，堆層41的表面沒有殘存多孔的組織。如上所述，根據第1實施方式，在制造氣缸35時，由于氣缸主體37上的凹部周邊 39’的溫度不會急劇上升，可以充分抑制氣缸主體37上的凹部周邊39’的熱變形，氣缸35 幾乎沒有制造缺陷。還有，由于可以使得堆焊層41與氣缸主體37牢固結合，堆焊層41不容易從氣缸 主體37的母材上剝離，可以使氣缸35的品質穩定。此外，由于提高了堆焊層41的拉伸強度，可以提高氣缸主體37上的凹部周邊39’ 的機械強度。另外，由于堆焊層41具有由高密度的組織構成的薄膜41a，可以抑制來自氣缸35 內的流體的浸透。第2實施方式參照圖8，對作為第2實施方式中的金屬制品制造方法的對象的金屬部件——氣 缸45進行簡單說明。作為第2實施方式中的金屬部件的氣缸45，與第1實施方式中的氣缸35同樣，具 有作為制品主體的氣缸主體37，在氣缸主體37的外周面上通過放電能量形成凹部39。而 且，在包括了凹部39的凹部周邊39’上，通過放電能量形成由兩層堆焊層47構成的堆焊群 49。對堆焊群49在下文中進行詳述。接下來，參照圖1、圖3、圖4以及圖9 13，對第2實施方式中的金屬制品的制造 方法進行說明。第2實施方式中的金屬制品的制造方法，是用于制造作為金屬部件的氣缸45的方 法，使用上述的放電加工機1、成形電極25、硬質電極31和熱處理爐43。第2實施方式中的金屬制品的制造方法，具有如下所述的工序(2-1)成形工序、
7(2-2)缺陷除去工序、(2-3)第1堆焊工序、(2-4)薄膜工序、(2-5)第2堆焊工序、(2-6)余 料除去工序和(2-7)熱處理工序。(2-1)成形工序與上述(1-1)成形工序同樣進行(參照圖3)。(2-2)缺陷除去工序與上述(1-2)缺陷除去工序同樣進行(參照圖4)。(2-3)第1堆焊工序在完成上述(2-2)缺陷除去工序之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的 驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向上移動，進行氣缸主體37的定位，使得凹部周邊39’與 成形電極25相對。有時候，僅使工作臺7在X軸和Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使凹部周邊39’與成形電極25之間產生脈 沖狀放電。由此，如圖9所示，通過放電能量，使成形電極25的材料或者該材料的反應物質 在凹部周邊39’上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在凹部周邊39’形成堆焊層47。其中，在 產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使成形電極25與加工頭21 —體地在Z 軸方向上以微小的移動量進行往復運動。(2-4)薄膜工序在完成上述0-3)第1堆焊工序之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的 驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向上移動，進行氣缸主體37的定位，使得堆焊層47與硬 質電極31相對。有時候，僅使工作臺7在X軸和Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使堆焊層47與硬質電極31之間產生脈沖狀 放電。由此，如圖10所示，通過放電能量，將堆焊層47的表面熔融，可以在堆焊層47的表 面形成由高密度的組織構成的薄膜47a。其中，在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23 的驅動，使硬質電極31與加工頭21 —體地在Z軸方向上僅以微小的移動量進行往復運動。(2-5)第2堆焊工序在前述(2-4)薄膜工序完成之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動， 使工作臺7在X軸和Y軸方向上移動，進行氣缸主體37的定位，使得堆焊層47的薄膜47a 與成形電極25相對。有時候，僅使工作7在X軸和Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使堆焊層47的薄膜47a和成形電極25之間 產生脈沖狀放電。由此，如圖11所示，通過放電能量，使成形電極25的材料或者該材料的 反應物質在堆焊層47的薄膜47a上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在凹部39上形成由2層 堆焊層47構成的堆焊群49。其中，在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使 成形電極25與加工頭21 —體地在Z軸方向上僅以微小的移動量進行往復運動。這時，在上述(2- 第2堆焊工序中所形成的堆焊群49的尺寸比凹部39的尺寸 要大。具體而言，堆焊群49的外緣比凹部39的外緣還要向外側擴展0. 5mm以上，堆焊群49 的厚度要比完全填滿凹部39所需要的厚度還要厚0. 3mm以上。此外，堆焊群49的一部分 形成從凹部39溢出的余料49。這樣，在堆焊群49的內部的粒子間可以形成擴散結合。(2-6)余料除去工序在上述0-5)第2堆焊工序結束之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的 驅動，使工作臺7在X軸和Y軸方向移動，進行氣缸主體37的定位，使得堆焊群49與硬質電極31相對。有時候，僅使工作臺7在X軸和Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使堆焊群49和硬質電極31之間產生脈沖狀 放電。由此，如圖12所示，通過放電能量，形成由高密度組織構成的薄膜49a，同時可以將余 料49f除去。其中，在產生脈沖狀放電時，使硬質電極31在X軸方向上相對于氣缸主體37 移動，同時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使硬質電極31與加工頭21 —體地在Z軸方向上 僅以微小的移動量進行往復運動。(2-7)熱處理工序在上述(2-6)余料除去工序結束后，從夾具17上取下氣缸主體37，安放到熱處理 爐43的規定位置上。然后，如圖13所示，用熱處理爐43將堆焊群49與氣缸主體37 —起 在真空中或者大氣中進行高溫保溫。通過這樣可以對堆焊群49進行熱處理，進行堆焊群49 內部的粒子間的擴散結合，完成作為金屬制品的氣缸45的制造。熱處理的溫度和時間，例如在堆焊群49由鎳合金或者鈷合金構成的場合，是在 1050°C的高溫下保溫20分鐘，然后在760°C的高溫中保溫4小時。此外，上述的第2實施方式中的金屬制品的制造方法，還可以按如下所述進行實 施方式的變更。S卩，在第2實施方式的金屬制品的制造方法的一系列工序中，可以省略所述(2-6) 余料除去工序或者所述(2-7)熱處理工序，或者改變所述(2-6)余料除去工序和(2-7)熱 處理工序的工序順序。還有，代替在具有絕緣性的液體S中產生脈沖狀放電，也可以在具有絕緣性的氣 體中產生脈沖狀放電。另外，代替放電加工機1，也可以使用磨床將鑄造氣孔D ’除去，或者將余料49f除去。另外，代替除去鑄件氣孔周邊區域D’，也可以除去包含裂紋等缺陷的缺陷周邊區 域。以下，對第2實施方式的作用進行說明。由于放電能量作用于極小部位上的局部區域，堆焊群49是通過成形電極25的材 料等在凹部39上沉積、擴散和/或熔敷而漸漸形成的，因此，在制造氣缸45時，氣缸主體37 的凹部周邊區域39’的溫度不會急劇上升。還有，由于堆焊群49是通過放電能量所形成，所以在堆焊群49和氣缸主體37的 母材的界面部分形成組成比傾斜的結構，可以使堆焊群49與氣缸主體37牢固地結合。此外，由于堆焊群49內部的粒子間形成擴散接合，可以提高堆焊群49的拉伸強度。如上所述，根據第2實施方式，在制造氣缸45時，由于氣缸主體37上的凹部周邊 39’的溫度不會急劇上升，可以充分抑制氣缸主體37上的凹部周邊39’的熱變形，幾乎不會 產生氣缸45的制造缺陷。還有，由于可以使得堆焊群49與氣缸主體37牢固結合，堆焊群49不容易從氣缸 主體37的母材上剝離，可以使氣缸45的品質穩定。此外，由于可以提高堆焊群49的拉伸強度，可以提高氣缸主體37上的凹部周邊 39’的機械強度。
另外，由于堆焊群49具有由高密度的組織構成的薄膜47a、49a，可以抑制來自氣 缸45內的流體的浸透。第3實施方式參照圖14，對作為第3實施方式中的金屬制品的制造方法的對象的金屬部件—— 氣缸51進行簡單說明。 作為第3實施方式中的金屬部件的氣缸51，與第1實施方式中的氣缸35和第2實 施方式中的氣缸45同樣，具有作為制品主體的氣缸主體37，在氣缸主體37的外周面上利用 放電能量形成凹部39。然后，在包括了凹部39的凹部周邊39’上，通過放電能量形成由多 層堆焊層47構成的堆焊群53。堆焊群53的詳細情況將在下文中詳述。接下來，參照圖1、圖3、圖4、圖9、圖10和圖15 17，對第3實施方式中的金屬制 品的制造方法進行說明。第3實施方式中的金屬制品的制造方法，是用于制造作為金屬部件的氣缸51的方 法，使用上述的放電加工機1、成形電極25、硬質電極31和熱處理爐43。第3實施方式中的金屬制品的制造方法具有如下所述的工序(3-1)成形工序、 (3-2)缺陷除去工序、(3-3)堆焊工序、(3-4)薄膜工序、(3-5)反復工序、(3_6)余料除去工 序和(3-7)熱處理工序。(3-1)成形工序與上述(1-1)成形工序同樣進行(參照圖3)。(3-2)缺陷除去工序與上述(1-2)缺陷除去工序同樣進行(參照圖4)。(3-3)堆焊工序與上述(2-3)第1堆焊工序同樣進行(參照圖9)。(3-4)薄膜工序進行與上述0-4)薄膜工序同樣的內容(參照圖10)。(3-5)反復工序在上述(3-4)薄膜工序完成之后，交替地重復進行上述(3- 堆焊工序和上述 (3-4)薄膜工序。這樣，如圖15所示，利用放電能量在各堆焊層47的表面上形成薄膜47a， 同時，漸漸地在凹部39上形成由多層堆層47構成的堆焊群53。這時，在上述(3-5)反復工序中所形成的堆焊群53的尺寸要比凹部39的尺寸大。 具體而言，堆焊群53的外緣比凹部39的外緣向外側擴展0. 5mm以上，堆焊群53的厚度比 填滿凹部39所需要的厚度還要厚0.3mm以上。因此，在堆焊群53內部的粒子間可以形成 擴散結合。此外，堆焊群53的一部分形成從凹部39溢出的余料53f。(3-6)余料除去工序在上述(3-5)反復工序結束之后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動， 使工作臺7在X軸和Y軸方向移動，進行氣缸主體37的定位，使得堆焊群53與硬質電極31 相對。有時候，僅使工作臺7在X軸或Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使硬質電極31和堆焊群53之間產生脈沖狀 放電。由此，如圖16所示，通過放電能量形成由高密度組織構成的薄膜53a，同時可以將余料53f除去。其中，在產生脈沖狀放電時，使硬質電極31在X軸方向上相對于氣缸主體37 移動，同時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使硬質電極31與加工頭21 —體地在Z軸方向上 僅以微小的移動量進行往復運動。(3-7)熱處理工序在上述(3- 余料除去工序結束后，從夾具17上取下氣缸主體37，安放到熱處理 爐43的規定位置上。然后，如圖17所示，由熱處理爐43將堆焊群53與氣缸主體37 —起 在真空中或者大氣中進行高溫保溫。通過這樣對堆焊群53進行熱處理，使堆焊群53內部 的粒子間進行擴散結合，完成作為金屬制品的氣缸51的制造。熱處理的溫度和時間，例如在堆焊群53由鎳合金或者鈷合金構成的場合，是在 1050°C的高溫下保溫20分鐘，然后在760°C的高溫中保溫4小時。此外，上述的第3實施方式中的金屬制品的制造方法，還可以按如下所述進行實 施方式的變更。S卩，在第3實施方式的金屬制品的制造方法中的一系列工序中，可以省略上述 (3-6)余料除去工序或者(3-7)熱處理工序，或者可以改變上述(3-6)余料除去工序和 (3-7)熱處理工序的工藝順序。還有，代替在具有絕緣性的液體S中產生脈沖狀放電，也可以在具有絕緣性的氣 體中產生脈沖狀放電。另外，代替使用放電加工機1，也可以使用磨床除去鑄件氣孔周邊區域D’或者除 去余料53f。還有，代替除去鑄件氣孔周邊D’，也可以除去含有裂紋等缺陷的缺陷周邊。以下，對第3實施方式的作用進行說明。由于放電能量作用于極小部位上的局部地區域，堆焊群53是通過成形電極25的 材料等在凹部39上沉積、擴散和/或熔敷而漸漸形成的，因此，在制造氣缸51時，氣缸主體 37的凹部周邊39’的溫度不會急劇上升。還有，由于堆焊群53是通過放電能量所形成，因此，在堆焊群53和氣缸主體37的 母材的界面部分形成組成比傾斜的結構，可以使堆焊群53與氣缸主體37牢固地結合。此外，由于在堆焊群53內部的粒子間形成擴散接合，可以提高堆焊群53的拉伸強度。如上所述，根據第3實施方式，在制造氣缸51時，由于氣缸主體37上的凹部周邊 39’的溫度不會急劇上升，可以充分抑制氣缸主體37上的凹部周邊39’的熱變形，幾乎不會 產生氣缸51的制造缺陷。還有，由于可以使得堆焊群53與氣缸主體37牢固結合，堆焊群53不容易從氣缸 主體37的母材上剝離，可以使氣缸51的品質穩定。此外，由于可以提高堆焊群53的拉伸強度，可以提高氣缸主體37上的凹部周邊 39’的機械強度。另外，由于堆焊群53具有由高密度的組織構成的薄膜47a、53a，可以抑制來自氣 缸51內的流體的浸透。第4實施方式參照圖18，對第4實施方式中的連接結構體55進行說明。
連接結構體55具有以對接狀態連接的一對金屬部件57和59，這一對金屬部件57 和59分別具有坡口部57a、59a。由其中一個金屬部件57的坡口部57a和另一金屬部件59 的坡口部59a形成凹部61，在包括了該凹部61的凹部周邊61’上通過放電能量形成堆焊層 63。然后，使用如圖1所示的成形電極27，在具有電絕緣性的液體或者氣體中，使包括了凹 部61的凹部周邊61’和成形電極27之間產生脈沖狀放電，通過該放電能量，使成形電極27 的材料或者該材料的反應物質在凹部周邊61’上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地形成堆焊層 63。成形電極27，是由具有與金屬部件57、59的母材相同組成的材料的粉末、具有與 金屬部件57、59的母材類似組成的材料的粉末、或者具有與金屬部件57、59的母材的熱膨 脹率接近的熱膨脹率的材料的粉末經過擠壓壓縮成形的成形體或者經過真空爐等加熱處 理的上述成形體構成。其中，在金屬部件57、59的母材例如是鐵中含有18%鉻和8%鎳的不銹鋼的場 合，則成形電極27為含量不同的其他不銹鋼等類似組成的材料，或者鈷或鈷合金等具有近 似的熱膨脹率的材料。另外，代替壓縮成形，成形電極27還可以通過泥漿澆注、MIM(Metal Injection Molding)、噴鍍等進行成形。接下來，參照圖1和圖19 21，對第4實施方式中的金屬部件的連接方法進行說 明。第4實施方式中的金屬部件的連接方法，是將一對金屬制品57和59連接的方法， 使用前述的放電加工機1、成形電極27和熱處理爐43。而且，第4實施方式中的金屬部件 的連接方法，具有如下詳述的(4-1)對接工序、(4- 堆焊工序和(4- 熱處理工序。(4-1)對接工序將一對金屬部件57和59固定在夾具17上，使得這對金屬部件57和59相對接。 這樣，如圖19所示，由其中一個金屬部件57的坡口部57a和另一金屬部件59的坡口部59a 形成凹部61。(4-2)堆焊工序在上述G-1)的對接工序完成后，通過X軸伺服電機9和Y軸伺服電機11的驅動， 使工作臺7在X軸和Y軸方向上移動，將該對金屬部件57和59定位，使得凹部周邊61’與 成形電極27相對。有時候，僅使工作臺7在X軸或Y軸中的某一個方向上移動就足夠了。接下來，在具有電絕緣性的液體S中，使凹部周邊61’和成形電極27之間產生脈 沖狀放電。由此，如圖20所示，通過放電能量，使成形電極27的材料或者該材料的反應物 質在在凹部周邊61’上沉積、擴散和/或熔敷，漸漸地在凹部周邊61’上形成堆焊層63。其 中，在產生脈沖狀放電時，通過Z軸伺服電機23的驅動，使成形電極27與加工頭21—體地 在Z軸方向上僅以微小的移動量進行往復運動。這時，在上述(4-2)堆焊工序中所形成的堆焊層63的尺寸要比凹部61的尺寸大。 具體而言，堆焊層63的外緣比凹部61的外緣還要向外側擴展0. 5mm以上，堆焊層63的厚 度要比填滿凹部61所需要的厚度還要厚0. 3mm以上。這樣，在堆焊層63內部的粒子間可 以形成擴散結合。(4-3)熱處理工序在上述(4- 堆焊工序結束后，從夾具17上取下成對的金屬部件57、59，安放到熱處理爐43的規定位置上。然后，用熱處理爐43將堆焊層63與成對的金屬部件57和59 — 起在真空中或者大氣中進行高溫保溫。這樣，對堆焊層63進行熱處理，使堆焊層63內部的 粒子間進行擴散結合，完成對成對的金屬部件57、59的連接。熱處理的溫度和時間，例如在堆焊層63由鎳合金或者鈷合金構成的場合，是在 1050°C的高溫下保溫20分鐘，然后在760°C的高溫中保溫4小時。此外，上述第4實施方式中的金屬部件的連接方法，還可以按如下所述進行實施 方式的變更。S卩，在第4實施方式的金屬部件的連接方法的一系列工序中，可以將所述(4-3)熱 處理工序省略。還有，還可以在上述(4- 堆焊工序和上述(4- 熱處理工序之間，將堆焊層63 的余料除去。另外，代替在具有電絕緣性的液體S中產生脈沖狀放電，也可以在具有電絕緣性 的氣體中產生脈沖狀放電。以下，對第4實施方式的作用進行說明。由于放電能量作用于極小部位上的局部區域，堆焊層63是由成形電極27的材料 等在凹部61上沉積、擴散和/或熔敷而漸漸形成的，因此，在連接成對的金屬部件57、59 時，金屬部件57、59的凹部周邊61’的溫度不會急劇上升。還有，由于堆焊層63是利用放電能量所形成，所以在堆層63和金屬部件57、59的 母材的界面部分形成組成比傾斜的結構，可以使堆焊層63與金屬部件57、59牢固地結合。此外，由于在堆焊層63內部的粒子間形成擴散接合，可以提高堆焊群63的拉伸強度。如上所述，根據第4實施方式，在連接成對的金屬部件57、59時，由于金屬部件57、 59上的凹部周邊61’的溫度不會急劇上升，可以充分抑制金屬部件57、59上的凹部周邊61’ 的熱變形，幾乎不會產生成對金屬部件57、59的連接缺陷。以上通過幾個優選的實施方式對本發明進行了說明，但本發明并不限定于這些實 施方式。基于上述公開的內容，本技術領域中具有通常技術的人員，是可以通過實施方式的 修正或者變形來實施本發明的，所以根據本申請的權利要求的權利范圍，并不限定于上述 實施方式。還有，2003年6月11日向日本特許廳提出的申請號的內容，以及 2003年6月11日向日本特許廳提出的申請號的內容，在本申請中作為參考得 以引用。
1權利要求
1.金屬部件的連接方法，其特征在于，所述連接方法包括如下工序將分別具有坡口部的一對金屬部件對接，從而在所述坡口部之間限定成凹部；通過將所述金屬部件作為放電加工機的工件，與由金屬粉末成形的成形體構成的堆焊 電極相對，在電絕緣性的液體或氣體中，在所述工件和所述堆焊電極之間產生脈沖狀放電， 進行放電加工，由堆焊電極熔敷堆焊，來填充所述凹部。
2.根據權利要求1所述的金屬部件的連接方法，其特征在于，所述堆焊電極是通過壓 縮由所述金屬構成的粉末來形成。
3.采用權利要求1所述的方法連接的金屬制品。
4.連接結構體，其特征在于，具有由分別含有坡口部的金屬形成的一對部件，所述的坡口部對接，在所述坡口部之間限 定成凹部；將所述金屬部件作為放電加工機的工件，與由金屬粉末成形的成形體構成的堆焊電極 相對，在電絕緣性的液體或氣體中，在所述工件和所述堆焊電極之間產生脈沖狀放電，通過 放電加工，由所述堆焊電極熔敷填充到所述凹部中的堆焊。
5.根據權利要求4所述的連接結構體，其特征在于，所述堆焊電極是通過壓縮由所述 金屬構成的粉末來形成。
6.根據權利要求4所述的連接結構體，其特征在于，所述的堆焊進行了熱處理。
全文摘要
本發明涉及金屬制品及其制造方法、金屬部件連接方法及連接結構體。本發明提供了金屬部件的連接方法，其包括如下工序將分別具有坡口部的一對金屬部件對接，從而在所述坡口部之間限定成凹部；通過將所述金屬部件作為放電加工機的工件，與由金屬粉末成形的成形體構成的堆焊電極相對，在電絕緣性的液體或氣體中，在所述工件和所述堆焊電極之間產生脈沖狀放電，進行放電加工，由堆焊電極熔敷堆焊，來填充所述凹部。
文檔編號C23C26/00GK102126063SQ20111003918
公開日2011年7月20日 申請日期2004年6月11日 優先權日2003年6月11日
發明者卜部健人, 后藤昭弘, 渡邊光敏, 秋吉雅夫, 落合宏行 申請人:株式會社Ihi