JPS6329636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は拡散溶接によるクラツドパイプ製作に
おける改良法に関する。 一般の鋼管には炭素鋼管、低合金鋼管およびス
テンレス鋼管などの無垢管が多く、用途に応じて
使い分けされているが、管の内面に耐食性が要求
され、外面は強度を要求される場合などには、い
わゆるクラツドパイプが多く使用されている。こ
のクラツドパイプの製作には外管の内面にステン
レス鋼などを肉盛溶接する方法や、爆薬によつて
外管と内管を接合する爆着法などがある。しかし
これらの方法によつて製作されたクラツドパイプ
は品質のバラツキが大きく、また高コストなどの
欠点がある。すなわち、肉盛溶接法によるクラツ
ドパイプは、異材溶接となるので溶接欠陥が生じ
易く、また小径で長尺のクラツドパイプの製作は
非常に困難で溶接装置も必然的に高精度なものが
必要となる。一方、爆着法によるクラツドパイプ
は変形並びに残留応力も大きく、また製作時爆音
が発生し公害面からも大きな問題となりかつ高コ
ストである。 又、拡散溶接によるクラツドパイプの製作法も
知られているが（特開昭50〜139048号公報参照）、
外管と内管の熱膨張率が特殊な場合に限られてい
る。 本発明者らは、クラツドパイプの製作において
は、拡散溶接によるのが接合面の品質の安定、変
形が小さい、無公害、および溶融溶接が困難な異
種金属の組合せでも接合することができるなどの
利点が多いことに着目し、従来の拡散溶接による
クラツドパイプの製作法を大幅に改良した方法を
先に提案した。〔特公昭60−7591号参照（特願昭
54〜96660号）〕すなわち、該方法は、「金属材料
の熱膨張によつて内管を押し拡げ内管と外管に加
圧力を発生させ内管と外管を拡散溶接で接合する
クラツドパイプ製作方法において、内管材料の熱
膨張率（α₁）および外管材料の熱膨張率（α₂）よ
り大きい熱膨張率を有する半割れ又は多分割した
テーパ付の金属丸棒を内管に挿入し、かつ外管に
空気抜き穴を設けて、拡散溶接を行なうことを特
徴とするクラツドパイプ製作法。」である。 しかしながら、上記方法は、真空炉を使用しな
ければならず、そのため製作可能なクラツドパイ
プ寸法に制限がなお残るという欠点があつた。 本発明は上記方法の欠点を解消したものであ
り、大気中の加熱炉で良好なクラツドパイプがで
き、しかも拡散溶接後、熱処理が必要である時同
一加熱炉中で急冷などが行える方法を提供するも
ので、本発明は金属材料の熱膨脹によつて内管と
外管に加圧力を発生させ、内管と外管を拡散溶接
させるクラツドパイプ製作方法において、外管の
両端に蓋を密封取付けし、片方の蓋には排気管を
設け外管と内管の接合部のみを真空または不活性
ガス雰囲気とし、通常の大気炉内で加熱すること
を特徴とする拡散溶接によるクラツドパイプの製
作方法を要旨とするものである。 本発明は、各種材質形状のクラツドパイプ、圧
力容器のクラツドノズル、耐食配管および輸送管
などの製作に適用することができる。 以下、本発明を添付図を参照しながら更に詳述
する。 本発明の改良点を明確にするため、先に提案し
た特願昭54〜96660号の方法を、第１図について
先ず説明する。 第１図ａは、外管１、内管２、半割れ又は多分
割したテーパ付の金属丸棒３の組立てを図示し、
第１図ｂはその組立て完成図を示す。図において
は二分割テーパ付金属丸棒を示すが、この材質の
熱膨脹率α₂は外管１、内管２の熱膨脹率α₁，α₂よ
り大なるものである。 先ず外管１内に内管２を差し込み、次に金属丸
棒３を内管２に挿入する。この際、挿入金属丸棒
３をテーパ付のくさび形状に３₁，３₂と分割して
おくことにより、両端に力を加えれば容易に内管
２にすべりこませることができ、内管２に強固に
密着させることができる。また金属丸棒両端には
開先４を設けておき、金属丸棒３が内管２に密着
挿入された状態で開先４を溶接することによつて
固定させることができる。更に金属丸棒３を内管
２に挿入する際には、金属丸棒３の外表面及び分
割面に接合防止剤５を塗布しておき、外管１と内
管２とが拡散溶接した後、金属丸棒３の除去を容
易にしておくことが好ましい。なお外管１には空
気抜き穴（図示せず）を設け接合部に空気が残留
しないようにするのがよい。 上記したようにして組立てられた第１図ｂに示
した被溶接物全体を、真空炉又は不活性ガス雰囲
気炉に入れて加熱してクラツドパイプを製作する
方法が、前述した特願昭54〜96660号で提案した
方法である。 しかしながら、上記方法を含めて従来の拡散溶
接によるクラツドパイプの製作には、真空炉また
は不活性ガス雰囲気炉の使用をやむなくされてい
たため、以下のような欠点があつた。 (1) 被溶接物の大きさ、長さ、重量などに制約が
あり、特に長尺のクラツドパイプを製作するに
は膨大な設備費が必要になる。 (2) 真空中であるため、加熱、冷却に長時間を要
す。 (3) 拡散溶接後、熱処理を必要とする場合は再び
加熱し、適正な熱処理を行う必要がある。 本発明はこれらの欠点を解消すべくなされたも
のであつて、以下、本発明を第２図を参照しなが
ら詳述する。 第２図ａは本発明による外管１、内管２及び金
属丸棒３の組立て方及び本発明の最も特徴とする
蓋６，６′の取付け方を説明するためのものであ
り、第２図ｂは本発明を実施する状態を説明する
図である。第２図ｂ中の主として外管１、内管２
及び金属丸棒３よりなる組立てられた被溶接物は
第１図ｂと全く同一である。 本発明は、この組立てられた被溶接物の外管１
両端に蓋６，６′を取付け、外管１内が密封でき
るようにする。その蓋６，６′の片方の蓋６′に
は、真空または不活性ガスが導入できる排気管７
を設け、外管１と内管２の接合面が真空または不
活性雰囲気となるように構成する。排気管７には
メインバルブ８と不活性ガス導入口９を設け、ま
た排気管７と図示しない真空装置とは、取付け取
外しが容易なフランジ継手１０とする。そして外
管１と蓋６，６′及び蓋６′と排気管７とは、気密
性を保つために溶接などにより結合される。第２
図ｂ中１１はそれらの溶接部を示し、１２は大気
炉を示す。 以上、説明した構成のもとにおいて、外管１内
を排気し、必要に応じて不活性ガスを封入して被
溶接物を大気中の加熱炉１２内で、拡散溶接適正
温度に加熱すれば、外管１、内管２よりも熱膨脹
率の大きい金属丸棒３の膨脹により、内管２が外
管１に押付けられてクラツドパイプが製作でき
る。 また、このような構成によれば、拡散溶接後、
適正な熱処理が必要な場合は、拡散溶接後メイン
バルブ８を閉じ、真空装置を取外し、水冷、強制
空冷など適正な冷却処理を施こすこともできる。 一般に真空拡散溶接の場合は、真空容器内に被
溶接物を入れ容器内のヒータまたは容器外のヒー
タなどで加熱されるため、拡散溶接終了後、被溶
接物を急冷したい場合でもできず、やむなく徐冷
した後、再び被溶接物のみを大気炉内で加熱し、
適正な冷却（急冷）を行ない被溶接物の熱処理を
施している。しかしながら、本発明方法によれ
ば、拡散溶接が大気炉で行なえる上、被溶接物よ
り真空装置を取外すことができるので、被溶接物
は空冷、水冷など自由な冷却が行ないうる顕著な
利点がある。 すなわち、拡散溶接温度に加熱すれば炭素鋼な
どは結晶粗大化を起こし、強度低下することがあ
るので、拡散溶接後は焼準、焼入れ、焼もどしな
どの熱処理を施こすことがある。このような材質
の組合せの場合、本発明方法であれば拡散溶接終
了後、直ちに適正な熱処理ができるので、熱処理
が低コストで行なえる上、良好な拡散溶接製クラ
ツドパイプを製作できる効果を有する。 実施例 低合金鋼の外管とそれより熱膨脹率の小さいチ
タン内管の拡散溶接についての具体例である。 すなわち外管の低合金鋼は、外径152mm、板厚
26mm、長さ500mmとし、内管のチタン管は外径
99.9mm、板厚３mm、長さ500mmとし外管と内管の
間隙は0.1mm／直径とした。また、低合金鋼、チ
タンよりも熱膨脹率の大きい耐熱ステンレス鋼製
の金属丸棒は外径73.9mm、長さ490mmとした。な
お外管の内面、内管の外面は機械仕上げをした後
脱脂を十分に施こし、内管表面にはクロムメツキ
を施こしてから、外管に内管を差込んだ。次に二
分割された耐熱ステンレス鋼製の金属丸棒の表面
及びテーパ部（分割部）に接合防止剤（ルービー
エヌ5026：商品名）を均一に塗布し、内管に挿入
した後、両端の分割部を溶接した。 次に、低合金鋼の外管の両端に密封用蓋を溶接
により取付け、片方の蓋には排気管を取付け、こ
れを真空装置に接続した。 この実施例では、真空中での拡散溶接を実施す
るため、排気管により外管内を真空にした後、不
活性ガスを導入することをしなかつた。被溶接物
を大気加熱炉にセツトし、真空度５×10^-5torrに
した後加熱を行つた。加熱温度は950℃にて２時
間保持し外管と内管の拡散溶接を完了した。 拡散溶接完了後、徐冷すると低合金鋼の結晶粒
が粗大化するため、こゝでは焼準温度925℃に保
持した後、排気管のメインバルブを閉として排気
管と真空装置を取外し、被溶接物を炉から取出し
強制空冷を実施し結晶粒粗大化を防止した。 なお、こゝでは強制空冷としたが材料の組合せ
に応じて自由な冷却をすることができるのが本発
明の特徴であることが理解できよう。 拡散溶接および熱処理終了後、密封用蓋および
耐熱ステンレス鋼丸棒の除去後、外管外表面から
の超音波探傷、検査、断面調査および外管の低合
金鋼の結晶粒などを調査した結果、低合金鋼とチ
タンとが良好に接合していること並びに低合金鋼
の結晶粒の粗大化が防止されていることを確認し
た。 その他の実施例 表１に示す材質の組合せのクラツドパイプも製
作したが全て良好なクラツドパイプが製作される
ことを確認した。なお、拡散溶接後直ちに施こす
熱処理は材質に応じて実施した。

【表】

【表】 表１の内管材料は外管材料よりも熱膨脹率が小
さい組合せであるが逆の組合せにおいては耐熱ス
テンレス鋼丸棒を用いないで、本発明の方法によ
り良好なクラツドパイプが製作できることも確認
している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来法（特願昭54〜96660号）の実
施態様を説明する図、第２図は本発明方法の一具
体例の実施態様を説明する図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属材料の熱膨脹によつて内管と外管に加圧
   力を発生させ、内管と外管を拡散溶接させるクラ
   ツドパイプ製作方法において、外管の両端に蓋を
   密封取付けし、片方の蓋には排気管を設け外管と
   内管の接合部のみを真空または不活性ガス雰囲気
   とし、通常の大気炉内で加熱することを特徴とす
   る拡散溶接によるクラツドパイプの製作方法。