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JP2007313541A - Clad tube manufacturing method - Google Patents

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JP2007313541A
JP2007313541A JP2006146128A JP2006146128A JP2007313541A JP 2007313541 A JP2007313541 A JP 2007313541A JP 2006146128 A JP2006146128 A JP 2006146128A JP 2006146128 A JP2006146128 A JP 2006146128A JP 2007313541 A JP2007313541 A JP 2007313541A
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JP
Japan
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cylindrical
composite billet
clad tube
friction stir
layer
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Application number
JP2006146128A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Kumagai
正樹 熊谷
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】クラッド管の有利な製造方法を提供すること、また、外皮材の接合部における健全性を高め、耐食性や強度を向上せしめた、皮材の厚さが均一なクラッド管を安定して得ること。
【解決手段】円筒状の芯材2の外周面に、芯材2とは材質の異なる板材を円筒状に曲げ加工して得られた、軸方向に延びる突合せ部6の存在によって不連続円筒形状を呈する筒状外皮材4を被せ、かかる突合せ部6に沿って、摩擦撹拌接合することによって、複合ビレット10を製作した後、その得られた複合ビレット10をマンドレル押出しすることにより、異なる材質からなる層として、芯材2の押出層にて構成される筒状コア層と外被材4の押出層にて構成される筒状外皮層とが一体的に積層、形成された、目的とする外径を有するクラッド管を形成せしめるようにした。
【選択図】図2
An object of the present invention is to provide an advantageous manufacturing method of a clad tube, and to improve the soundness at the joint portion of the outer skin material and to improve the corrosion resistance and strength, and to stabilize the clad tube with a uniform thickness of the skin material. To get.
A discontinuous cylindrical shape is formed on the outer peripheral surface of a cylindrical core material 2 by the presence of a butting portion 6 extending in the axial direction obtained by bending a plate material made of a material different from that of the core material 2 into a cylindrical shape. The composite billet 10 is manufactured by applying the frictional stir welding along the abutting portion 6 and covering the obtained cylindrical billet 10 and then extruding the obtained composite billet 10 from a different material. As a layer to be formed, a cylindrical core layer constituted by the extruded layer of the core material 2 and a cylindrical skin layer constituted by the extruded layer of the jacket material 4 are integrally laminated and formed. A clad tube having an outer diameter was formed.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、クラッド管の製造方法に係り、特に、円筒状の芯材と、その外周面を覆うように配された、該芯材とは異なる材質の筒状の外皮材とからなる中空の複合ビレットを、マンドレル押出しすることにより、異なる材質からなる層が径方向に圧着、積層されて、一体化せしめられてなるクラッド管、中でも、自動車用熱交換器の配管等に好適に用いられ得るアルミニウム合金製のクラッド管を製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a clad tube, and in particular, a hollow core composed of a cylindrical core material and a cylindrical outer material made of a material different from the core material so as to cover the outer peripheral surface thereof. By extruding the composite billet by mandrel extrusion, the layers made of different materials are crimped and laminated in the radial direction, and can be suitably used for clad pipes, in particular, pipes for heat exchangers for automobiles, etc. The present invention relates to a method of manufacturing a clad tube made of an aluminum alloy.

従来から、この種のクラッド管は、その外面や内面を異なる材質として、管強度を確保しつつ、それぞれの特徴を発揮せしめることにより、その使用環境下における耐久性等の性能向上等を図るべく、外皮層と芯材層からなる二層構造において、また外皮層と芯材層と内皮層からなる三層構造において、開発されてきており、例えば、その一つの用途である自動車の熱交換器用配管においては、芯材として、配管の強度等の観点から、A3004等のアルミニウム合金材料が用いられる一方、皮材として、耐食性に優れるA1050等の純アルミニウム系のアルミニウム材料が、用いられて来ている。   Conventionally, this type of clad tube is made of different materials on its outer and inner surfaces, and while ensuring the strength of the tube, it is possible to improve the performance such as durability in its use environment by demonstrating the characteristics of each. Have been developed in a two-layer structure consisting of an outer skin layer and a core material layer, and in a three-layer structure consisting of an outer skin layer, a core material layer, and an inner skin layer. In piping, an aluminum alloy material such as A3004 is used as a core material from the viewpoint of the strength of the piping, while a pure aluminum-based aluminum material such as A1050 having excellent corrosion resistance has been used as a skin material. Yes.

ところで、そのようなクラッド管の製造には、その最も単純な手法として、外径の異なる複数の素管を互いに同軸的に嵌め込み、径方向に重ね合わせた構造の複合管とする方法の採用が考えられるが、そのような方法にあっては、嵌め込まれた素管間に、必然的にクリアランスが存在することとなり、一体的な積層構造のクラッド管を形成することが期待され得ないところから、特許文献1〜3においては、大径の外側ビレット筒体に、小径の内側ビレット筒体を、同心的に嵌め込んでなる複合ビレットを作製し、そしてそれを熱間押出法にて押出成形することにより、目的とするクラッド管を製造することが、明らかにされている。   By the way, in the manufacture of such a clad tube, the simplest method is to adopt a method in which a plurality of elementary tubes with different outer diameters are fitted coaxially with each other to form a composite tube having a structure in which they are overlapped in the radial direction. Although it is conceivable, in such a method, there is inevitably a clearance between the fitted elementary tubes, and it is not expected to form a clad tube having an integral laminated structure. In Patent Documents 1 to 3, a composite billet is produced by concentrically fitting a small-diameter inner billet cylinder into a large-diameter outer billet cylinder, and is extruded by a hot extrusion method. By doing so, it has been clarified that the target clad tube is manufactured.

しかしながら、そのような複合ビレットを用いたクラッド管の製造においては、かかる複合ビレットをそれぞれ構成する外側ビレット筒体や内側ビレット筒体が、何れも、鋳造品を用いて、それを必要に応じて鍛造成形した後、機械加工により孔明けして、作製されるものであるところから、工数が多く且つ材料歩留りが低いことに加えて、その作業が複雑で面倒であって、その製作コストが増大するという問題が内在している。また、そのような複合ビレットの作製方法に代えて、それぞれのビレット筒体部分を順次遠心鋳造によって形成し、目的とする複合ビレットを形成する手法も明らかにされているが(特許文献3)、この手法にあっても、その作業は複雑で、面倒なものであって、複合ビレットの作製方法として、実用的なものではなかったのである。更に、それら外側ビレット筒体と内側ビレット筒体とを嵌合して得られる複合ビレットに対して、熱間等方加圧(HIP)を施して、それらビレット筒体の接触面間に冶金に結合を生じさせることも明らかにされているが(特許文献2)、その場合には、HIPのための大型の装置が必要となり、これによっても、製作コストが上昇することとなっている。   However, in the production of a clad tube using such a composite billet, the outer billet cylinder and the inner billet cylinder constituting each of the composite billets are both cast products and used as necessary. After being forged and formed by drilling by machining, in addition to being man-hours and low material yield, the work is complicated and cumbersome and the production cost increases The problem of doing is inherent. Further, instead of such a method for producing a composite billet, each billet cylinder part is formed by sequential centrifugal casting, and a method for forming a target composite billet has also been clarified (Patent Document 3). Even in this method, the work is complicated and troublesome, and it was not practical as a method for producing a composite billet. Further, hot isostatic pressing (HIP) is applied to the composite billet obtained by fitting the outer billet cylinder and the inner billet cylinder, and the metal billet is made between the contact surfaces of the billet cylinders. Although it has also been clarified that the coupling is caused (Patent Document 2), in that case, a large apparatus for HIP is required, and this also increases the manufacturing cost.

一方、近年、摩擦熱を利用した固相接合方法の一つとして、摩擦撹拌接合法が、注目を受けており、板状材料の突合せ部や重ね合せ部の接合のみならず、パイプ状やロッド状を呈する材料の接合に際しても、その採用が検討されている。この摩擦撹拌接合法は、回転工具のロッド状のプローブを、接合されるべき材料の突合せ部等に、回転しつつ挿入することにより、摩擦熱を発生せしめて、材料を塑性流動させ、目的とする材料の接合を行うようにすることを、その原理とするものであって、材料を溶かすことなく接合する技術であるところから、アーク溶接の如き、ブローホールや高温割れ、アンダーカット等の欠陥が生じないという特徴を有していることが、認められている。そして、このような摩擦撹拌接合法を用いて、クラッド材を製造する一つの手法が、特許文献4に明らかにされているが、そこでは、単に、板状の金属板材を重ね合わせて、その重ね合せ面の一方の側から回転工具のプローブを挿し込み、摩擦撹拌接合するようにした手法を採用しているに過ぎないものであって、中空管状のクラッド管を、摩擦撹拌接合法を利用して、有利に製造する具体的手法については、何等明らかにしてはいない。   On the other hand, in recent years, the friction stir welding method has been receiving attention as one of the solid-phase welding methods using frictional heat, and not only the joining of butting and overlapping parts of plate-like materials, but also pipes and rods. Adoption of the material having a shape is also being studied. In this friction stir welding method, a rod-shaped probe of a rotary tool is inserted into a butt portion of a material to be joined while rotating, thereby generating frictional heat and causing the material to plastically flow. It is based on the principle of joining materials to be used, and it is a technology that joins materials without melting them. As with arc welding, defects such as blow holes, hot cracks, undercuts, etc. It is recognized that it has the characteristic that no occurs. And, one method for producing a clad material using such a friction stir welding method is disclosed in Patent Document 4, but in this case, a plate-like metal plate material is simply overlapped, It only uses a method in which a rotary tool probe is inserted from one side of the overlapping surface and friction stir welding is used, and a friction stir welding method is used for a hollow tubular clad tube. Thus, there is no clarification about a specific method for manufacturing advantageously.

特開平2−258903号公報JP-A-2-258903 特表2005−506200号公報JP 2005-506200 Gazette 米国特許第5558150号明細書US Pat. No. 5,558,150 特開2005−205449号公報JP 2005-205449 A

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、クラッド管の有利な製造方法を提供することにあり、また、他の課題とするところは、外皮材の接合部における健全性を高め、耐食性や強度等の特性を向上せしめた、皮材の厚さが均一なクラッド管を安定して得ることの出来る方法を提供することにある。   Here, the present invention has been made in the background of such circumstances, and the problem to be solved is to provide an advantageous method for manufacturing a clad tube, and to be another problem. However, the present invention is to provide a method capable of stably obtaining a clad tube having a uniform thickness of the skin material, which improves the soundness in the joint portion of the skin material and improves the properties such as corrosion resistance and strength. .

そして、本発明にあっては、上記した課題を解決するために、異なる材質からなる層が径方向に圧着、積層されて、一体化せしめられてなる構造を有するクラッド管を製造する方法にして、円筒状の芯材の外周面に、該芯材とは材質の異なる所定の板材を円筒状に曲げ加工して得られた、軸方向に延びる突合せ部の存在によって不連続円筒形状を呈する筒状外皮材を被せ、かかる突合せ部を、該突合せ部に沿って、摩擦撹拌接合することによって、中空の複合ビレットを製作した後、その得られた複合ビレットをマンドレル押出しすることにより、前記異なる材質からなる層として、前記円筒状芯材の押出層にて構成される筒状コア層と前記筒状外皮材の押出層にて構成される筒状外皮層とが一体的に形成された、目的とする外径を有するクラッド管を形成せしめることを特徴とするクラッド管の製造方法を、その要旨とするものである。   In the present invention, in order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a clad tube having a structure in which layers made of different materials are radially bonded and laminated to be integrated. A cylinder that exhibits a discontinuous cylindrical shape due to the presence of an abutting portion extending in the axial direction, obtained by bending a predetermined plate material made of a material different from the core material into a cylindrical shape on the outer peripheral surface of the cylindrical core material A hollow composite billet is manufactured by friction stir welding the butt portion along the butt portion, and then the different materials are obtained by mandrel extrusion of the obtained composite billet. A cylindrical core layer composed of an extruded layer of the cylindrical core material and a cylindrical skin layer composed of an extruded layer of the cylindrical skin material are integrally formed as a layer made of With an outer diameter of The manufacturing method of the cladding tube, characterized in that allowed to form a head tube, it is to its gist.

なお、かかる本発明に従うクラッド管の製造方法の望ましい態様の一つによれば、前記摩擦撹拌接合操作によって前記突合せ部に形成される摩擦撹拌接合部の深さ(d)が、前記筒状外皮層を与える板材の厚さ(t)に対して、1.0t以上、1.5t以下となるように、かかる摩擦撹拌接合操作が実施されることとなる。これにより、外皮材(筒状加工材)を芯材に対して効果的に固定せしめ得て、それらの間のズレを有利に防止することが出来るのである。   According to one of the desirable embodiments of the method for manufacturing a clad tube according to the present invention, the depth (d) of the friction stir welded portion formed in the butt portion by the friction stir welding operation is such that the cylindrical outer Such a friction stir welding operation is performed so that the thickness (t) of the plate material that provides the skin layer is 1.0 t or more and 1.5 t or less. Thereby, the outer skin material (cylindrical processed material) can be effectively fixed to the core material, and the deviation between them can be advantageously prevented.

また、本発明に従うクラッド管の製造方法の望ましい態様の他の一つによれば、前記複合ビレットが、それを構成する前記円筒状の芯材の内周面に接するように配された、前記クラッド管の最内層を与えるパイプ状内皮材を有していると共に、それら円筒状芯材とパイプ状内皮材との接触面が、該複合ビレットの押出頭部側の軸方向端面において周方向に連続的に若しくはスポット的に摩擦撹拌接合せしめられている構成が採用され、これによって、クラッド管が三層構造とされて、その内面の特性が、内皮材の選択によって有利に向上せしめられ得ることとなるのである。   According to another preferred embodiment of the method for manufacturing a clad tube according to the present invention, the composite billet is disposed so as to be in contact with an inner peripheral surface of the cylindrical core member constituting the composite billet. A pipe-shaped endothelium material that provides the innermost layer of the clad tube has a contact surface between the cylindrical core material and the pipe-shaped endothelium material in the circumferential direction at the axial end surface on the extrusion head side of the composite billet. A structure in which friction stir welding is continuously or spot-adopted is adopted, so that the clad tube has a three-layer structure, and the characteristics of the inner surface can be advantageously improved by the selection of the endothelial material. It becomes.

さらに、本発明の他の望ましい態様によれば、前記複合ビレットの押出頭部側において、前記円筒状芯材よりも前記筒状外皮材が軸方向外方に突出させられて、段差部が形成されている一方、かかる段差部に、該筒状外皮材と同質材のドーナツ板が嵌め込まれて、該ドーナツ板と該筒状外皮材との間の接触面が、周方向に連続的に若しくはスポット的に摩擦撹拌接合されている構成が、採用される。このように、芯材と外皮材とを含んで構成される複合ビレットの頭部に、外皮材を与える筒状加工材と同材質のドーナツ板が固定されていることによって、マンドレル押出しして得られるクラッド管において、その押出し初期における外皮材の厚さの均一化がより迅速に為され得ることとなるのであり、以て、そのようなクラッド管における押出し初期の部位に対する切除部分の効果的な低減を図ることが、可能となる。   Furthermore, according to another desirable aspect of the present invention, on the extrusion head side of the composite billet, the cylindrical outer skin material is projected outward in the axial direction from the cylindrical core material to form a stepped portion. On the other hand, a donut plate of the same material as the cylindrical outer skin material is fitted into the stepped portion, and the contact surface between the donut plate and the cylindrical outer skin material is continuously or circumferentially or A configuration in which friction stir welding is performed in a spot manner is employed. In this way, a donut plate made of the same material as the cylindrical processing material that gives the outer skin material is fixed to the head of the composite billet including the core material and the outer skin material. In the clad pipe, the thickness of the outer shell material in the initial stage of the extrusion can be made uniform more quickly. Reduction can be achieved.

加えて、かかる本発明の他の望ましい態様の別の一つによれば、前記複合ビレットが、それを構成する前記円筒状の芯材の内周面に接するように配された、前記クラッド管の最内層を与えるパイプ状内皮材を有していると共に、該パイプ状内皮材が前記筒状外皮材と同様に軸方向外方に突出せしめられて、それら筒状外皮材とパイプ状内皮材の突出部位間に、円環形状を呈する収容凹所が、前記円筒状芯材の押出頭部側の端面に位置するように形成される一方、かかる収容凹所に、前記ドーナツ板が嵌め込まれて、該ドーナツ板と該筒状外皮材との間及び該ドーナツ板と該パイプ状内皮材との間の接触面が、それぞれ、周方向に連続的に若しくはスポット的に摩擦撹拌接合されている構成が、採用される。これによって、外皮材層、芯材層、内皮材層の三層構造からなるクラッド管が、押出し初期から有利に形成され得るのである。   In addition, according to another preferred embodiment of the present invention, the clad tube, wherein the composite billet is disposed so as to be in contact with an inner peripheral surface of the cylindrical core member constituting the composite billet. A pipe-like endothelium material that gives the innermost layer of the pipe-like endothelium material, and the pipe-like endothelium material is projected outward in the axial direction in the same manner as the cylindrical skin material. An accommodating recess having an annular shape is formed between the protruding portions of the cylindrical core member so as to be positioned on the end face on the extrusion head side of the cylindrical core member, while the donut plate is fitted in the accommodating recess. Thus, the contact surfaces between the donut plate and the cylindrical outer skin material and between the donut plate and the pipe-shaped inner skin material are friction stir welded continuously or spotwise in the circumferential direction, respectively. A configuration is employed. Thus, a clad tube having a three-layer structure of an outer skin material layer, a core material layer, and an endothelial material layer can be formed advantageously from the beginning of extrusion.

このように、本発明に従うクラッド管の製造方法によれば、マンドレル押出しに供される複合ビレットを構成する筒状外皮材が、圧延等によって容易に製造され得る所定の板材を用い、それを円筒状に曲げ加工することにより、簡単に得られることとなり、そして、その突合せ部を摩擦撹拌接合することによって、一体の筒状外皮材と為し得るところから、従来の如き鋳造品に機械加工を施して、その内外径を目的とするサイズに調節することにより、目的とする外皮材(外側ビレット筒体)を得る場合に比して、その製造工程は、極めて簡単となるのであって、これにより、製造コスト的にも、その低減を有利に図り得ることとなる。   Thus, according to the method for manufacturing a clad tube according to the present invention, the cylindrical shell material constituting the composite billet to be subjected to mandrel extrusion uses a predetermined plate material that can be easily manufactured by rolling or the like, and the cylindrical shell material is cylindrical. It can be easily obtained by bending it into a shape, and since it can be made into an integral cylindrical shell material by friction stir welding the butt portion, it can be machined into a conventional cast product By adjusting the inner and outer diameters to the desired size, the manufacturing process becomes extremely simple compared to the case of obtaining the target outer skin material (outer billet cylinder). As a result, it is possible to advantageously reduce the manufacturing cost.

そして、本発明にあっては、そのような筒状外皮材の突合せ部が、摩擦撹拌接合にて接合されて、円筒状芯材の外周面に一体的な円筒体として有利に形成されるものであって、例えば、接合手段の一つとしてよく知られているMIG溶接やTIG溶接の如きアーク溶接を採用する場合とは異なり、接合部における割れの発生や歪みの出現がなく、またブローホールや融合不良等の問題の発生が悉く回避され得ることに加えて、アンダーフィルやアンダーカット等の欠陥の発生も惹起されることがないところから、そのような複合ビレットをマンドレル押出しして得られるクラッド管にあっては、その外皮層の厚さのばらつきの抑制乃至は防止が、効果的に図られ得、更には、接合部の健全化による強度等の特性の向上をも有利に達成され得るのである。   In the present invention, such a butt portion of the cylindrical outer shell material is joined by friction stir welding, and is advantageously formed as an integral cylindrical body on the outer peripheral surface of the cylindrical core material. However, unlike the case where arc welding such as MIG welding or TIG welding, which is well known as one of the joining means, is employed, there is no occurrence of cracks or distortion in the joint, and blow holes It can be obtained by extruding such a composite billet in addition to the occurrence of defects such as underfill and undercut as well as the occurrence of problems such as poor fusion and poor fusion. In the clad tube, it is possible to effectively suppress or prevent the variation in the thickness of the outer skin layer, and further, the improvement of characteristics such as strength due to the soundness of the joint is achieved advantageously. obtain It is.

しかも、そのようなクラッド管の筒状外皮層を与える板材を曲げ加工して得られた筒状外皮材の突合せ部を摩擦撹拌接合して形成される接合部は、最大0.5%程度まで縮むものであるところから、接合前に、筒状外皮材と芯材との間に或る程度のクリアランスが存在していても、摩擦撹拌接合により、かかる筒状外皮材が接合されて、一体の円筒体とされた後には、それら外皮材(円筒体)と芯材とが密着して、寸法精度の良い複合ビレットを得ることが出来ることとなるのである。   Moreover, the joint formed by friction stir welding of the butt portion of the cylindrical shell material obtained by bending the plate material that provides the cylindrical shell layer of the clad tube is up to about 0.5%. Even if there is a certain amount of clearance between the cylindrical outer shell material and the core material before joining, the cylindrical outer shell material is joined by friction stir welding, so that an integral cylinder is formed. After being formed into a body, the outer shell material (cylindrical body) and the core material are brought into close contact with each other, so that a composite billet with good dimensional accuracy can be obtained.

また、本発明によれば、筒状外皮材の突合せ部を摩擦撹拌接合すべく、そこに、回転工具のプローブを挿し込み、その高速回転によって摩擦発熱させて、そこに摩擦撹拌領域を形成しても、アーク溶接のように、上下の材料の撹拌が行われることは殆どないところから、外皮表面まで芯材の成分が達することはなく、そのために、芯材成分が接合部の表面に存在することによって惹起される耐食性等の物性の低下の問題も解消され、優れた耐食性等の物性を有するものと為し得ると共に、溶加材も不要となるために、そのような溶加材の成分の混入の心配も全く顧慮する必要もなくなったのである。   Further, according to the present invention, in order to frictionally stir and join the butt portion of the cylindrical outer shell material, the probe of the rotary tool is inserted therein, and the frictional heat is generated by the high-speed rotation, thereby forming the friction stir zone. However, unlike arc welding, the upper and lower materials are rarely stirred, so the core component does not reach the outer skin surface, so the core component is present on the surface of the joint. The problem of deterioration of physical properties such as corrosion resistance caused by doing so is also solved, and it can be made to have excellent physical properties such as corrosion resistance, and since no filler material is required, such a filler material There is no need to worry about the mixing of ingredients.

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の代表的な実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。   Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, representative embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

ここにおいて、異なる材質からなる層が径方向に圧着、積層されて、一体化せしめられてなる構造を有するクラッド管を製造するに際して、本発明にあっては、先ず、図1〜図2に例示の如き複合ビレット10が、製作されることとなるのである。   Here, when manufacturing a clad tube having a structure in which layers made of different materials are pressed and laminated in the radial direction and integrated, first, in the present invention, illustrated in FIGS. Thus, the composite billet 10 is manufactured.

すなわち、それらの図において、円筒状の芯材2を準備すると共に、かかる芯材2とは材質の異なる所定の板材を、通常の圧延材料等を用いて、従来と同様にして、その対向する両端部を突き合わせるようにして円筒状に曲げ加工することにより、突合せ部6が軸方向に延びる不連続円筒形状を呈する筒状外皮材4が、準備される。ここで、それら芯材2や外皮材4は、何れも、共に押出し加工の可能な材質からなるものであって、目的とするクラッド管の目的や用途等に応じて、各種金属材質の組合せが採用されることとなるが、一般に、同一の金属系、例えば、アルミニウム系で、その合金成分の異なるものの組合せが好適に採用され、また、それら芯材2や外皮材4のサイズや厚さ(壁厚)にあっても、後述する押出し加工によって、目的とするクラッド管を与え得るサイズや厚さが、適宜に選定されることとなる。   That is, in these figures, a cylindrical core material 2 is prepared, and a predetermined plate material different from the material of the core material 2 is opposed to the same in a conventional manner using a normal rolling material or the like. A cylindrical outer skin material 4 having a discontinuous cylindrical shape in which the butting portion 6 extends in the axial direction is prepared by bending the both end portions into a cylindrical shape. Here, both the core material 2 and the skin material 4 are made of materials that can be extruded, and combinations of various metal materials can be used depending on the purpose and application of the target cladding tube. In general, a combination of the same metal system, for example, an aluminum system and having different alloy components is preferably employed, and the size and thickness of the core material 2 and the skin material 4 ( Even in the case of (wall thickness), the size and thickness capable of providing the target clad tube are appropriately selected by the extrusion process described later.

そして、図1に示される円筒状の芯材2と筒状外皮材4とは、かかる芯材2の外周面に筒状外皮材4を被せるようにして、組み付けられた後、換言すれば、筒状外皮材4の内孔内に芯材2を挿入、位置せしめた状態において、図2(a)に示される如く、筒状外皮材4の突合せ部6に対して、公知の摩擦撹拌接合操作が実施されるのである。この摩擦撹拌接合操作は、よく知られているように、軸心回りに高速回転せしめられる回転工具8を用い、その先端部に同軸的に設けられたロッド状のプローブ8aを回転させつつ、筒状外皮材4の突合せ部6に挿し込み、かかるプローブ8aと共に、回転工具8本体の先端面となるショルダ面の当接によって、筒状外皮材4の突合せ部6周辺部位を摩擦発熱させて、材料を塑性流動せしめ、摩擦撹拌領域12を形成して、かかる筒状外皮材4の突合せ部6の接合を実現するのである。なお、このような摩擦撹拌接合操作に際しては、図2(a)には図示されていないが、適当な拘束治具により、筒状外皮材4が、従来と同様に位置固定に拘束されて、その接合操作が進行せしめられるようになっている。   The cylindrical core material 2 and the cylindrical outer shell material 4 shown in FIG. 1 are assembled so that the outer peripheral surface of the core member 2 is covered with the cylindrical outer shell material 4, and in other words, In a state in which the core material 2 is inserted and positioned in the inner hole of the cylindrical outer skin material 4, as shown in FIG. 2A, a known friction stir welding is performed on the butt portion 6 of the cylindrical outer skin material 4. The operation is performed. As is well known, this friction stir welding operation uses a rotary tool 8 that rotates at high speed around an axis, and rotates a rod-shaped probe 8a that is coaxially provided at the tip of the rotary tool 8 while rotating the cylinder 8 By inserting the probe 8a into the butting portion 6 of the cylindrical skin material 4 and contacting the shoulder surface serving as the tip surface of the rotary tool 8 main body, the peripheral portion of the cylindrical skin material 4 is caused to generate frictional heat. The material is plastically flowed to form the friction stir zone 12 to realize the joining of the butt portion 6 of the cylindrical outer skin material 4. In such a friction stir welding operation, although not shown in FIG. 2A, the cylindrical outer skin material 4 is restrained to be fixed in the same manner as in the past by an appropriate restraining jig, The joining operation is allowed to proceed.

また、かかる摩擦撹拌接合操作が、筒状外皮材4の突合せ部6に沿って実施されることにより、筒状外皮材4における突合せ部6が、その略全長に亘って接合せしめられることとなるのであり、これによって、一体的な円筒体の外皮材(4)として、円筒状の芯材2の外周面上に、形成されてなる複合ビレット10が、得られることとなるのである。即ち、そのような複合ビレット10は、図2(b)に、その横断面が示されているように、筒状外皮材4の突合せ部6を含む領域に前記した回転工具8を用いた摩擦撹拌接合操作によって形成される摩擦撹拌領域12が、接合部となって、不連続円筒形状を呈する筒状外皮材4が一体的な円筒体形状として構成されることとなるのであり、以て、二重の円筒体構造の複合ビレット10が、得られるのである。   In addition, the friction stir welding operation is performed along the abutting portion 6 of the cylindrical outer skin material 4 so that the abutting portion 6 of the cylindrical outer skin material 4 is joined over substantially the entire length thereof. Thus, the composite billet 10 formed on the outer peripheral surface of the cylindrical core member 2 is obtained as an integral cylindrical shell material (4). That is, such a composite billet 10 has a friction using the rotary tool 8 in the region including the butting portion 6 of the cylindrical outer shell material 4 as shown in FIG. The friction stir zone 12 formed by the stir welding operation becomes a joining portion, and the cylindrical outer skin material 4 exhibiting a discontinuous cylindrical shape is configured as an integral cylindrical body shape, A composite billet 10 having a double cylindrical structure is obtained.

しかも、そのような摩擦撹拌接合操作によって接合された筒状外皮材4は、その接合部(12)において、周方向に縮み、従って径方向においても、縮むようになるところから、摩擦撹拌接合操作開始前に芯材2と外皮材4との間にクリアランスが存在していても、そのような接合操作の後においては、芯材2と外皮材4とが密着するようになって、それら芯材2と外皮材4との一体化がより高められた複合ビレット10が、得られることとなるのである。   Moreover, the cylindrical outer shell material 4 joined by such a friction stir welding operation shrinks in the circumferential direction at the joining portion (12), and thus shrinks in the radial direction, so that the friction stir welding operation starts. Even if there is a clearance between the core material 2 and the skin material 4 before, the core material 2 and the skin material 4 come into close contact with each other after such a joining operation. The composite billet 10 in which the integration between the outer shell material 2 and the outer skin material 4 is further enhanced is obtained.

また、かかる摩擦撹拌接合操作においては、回転工具8のプローブ8aの先端部が、芯材2に達するように挿し込まれて、摩擦撹拌接合操作が実施されることが望ましく、これによって、有利には、摩擦撹拌領域12にて与えられる摩擦撹拌接合部の深さ(d)が、筒状外皮材4を構成する板材の厚さ(t)に対して、1.0t以上、1.5t以下となるように、摩擦撹拌接合操作を行うようにすることによって、それら芯材2と外皮材4とのより一層有効な一体化が行われることとなる。なお、回転工具8におけるプローブ8aの先端部を、芯材2に余りにも深く挿し込み過ぎて、摩擦撹拌接合部(12)の深さ(d)が、板材の厚さ(t)の1.5倍を越えるようになると、芯材2の材質が、摩擦撹拌接合部(12)の表面に現われて、クラッド管の耐食性の低下等の問題を惹起する恐れが生じるようになる。   Further, in the friction stir welding operation, it is desirable that the tip of the probe 8a of the rotary tool 8 is inserted so as to reach the core member 2, and the friction stir welding operation is preferably performed. The depth (d) of the friction stir joint provided in the friction stir zone 12 is 1.0 t or more and 1.5 t or less with respect to the thickness (t) of the plate material constituting the cylindrical outer shell material 4. Thus, by performing the friction stir welding operation, the core material 2 and the skin material 4 are more effectively integrated. It should be noted that the tip of the probe 8a in the rotary tool 8 is inserted too deeply into the core material 2, and the depth (d) of the friction stir welding portion (12) is 1. of the thickness (t) of the plate material. If it exceeds five times, the material of the core material 2 appears on the surface of the friction stir welded portion (12), which may cause problems such as a decrease in the corrosion resistance of the clad tube.

かくして、複合ビレット10は、それを構成する筒状外皮材4として、従来の如き鋳造材ではなく、単なる圧延材等からなる板材を用いて、それを曲げ加工し、そして摩擦撹拌接合したものを使用することにより、製造されることとなるところから、少なくとも面倒な機械加工が必要でなくなり、従って、そのような筒状外皮材4の製造が容易となる他、材料歩留りも効果的に向上され得て、製造コストも有利に低減され得るのである。しかも、摩擦撹拌接合によって、芯材2と筒状外皮材4とが有利に一体化された複合ビレット10として形成されることとなるところから、そのような複合ビレット10には、何等の加工を施すことなく、そのまま、マンドレル押出し操作に供することが出来る特徴がある。   Thus, the composite billet 10 is obtained by bending, using a plate material made of a mere rolled material, etc., as a cylindrical outer shell material 4 constituting the same, and friction stir welding. By using it, it becomes unnecessary to perform at least troublesome machining since it is manufactured. Therefore, it is easy to manufacture such a cylindrical outer skin material 4, and the material yield is also effectively improved. As a result, manufacturing costs can also be advantageously reduced. In addition, since the core material 2 and the cylindrical outer shell material 4 are advantageously integrated by friction stir welding, the composite billet 10 is subjected to any processing. There is a feature that it can be used as it is for mandrel extrusion operation without being applied.

次いで、かくして得られた複合ビレット10には、従来からよく知られている、フローティング・マンドレル法やフィックス・マンドレル法によるマンドレル押出しが実施されて、目的とする外径を有するクラッド管が形成せしめられることとなるのであるが、そのようなマンドレル押出しの一例が、図3に示されている。即ち、図3は、フローティング・マンドレル法によるマンドレル押出しの一例を示しており、そこにおいて、複合ビレット10は、図3(a)に示されるように、ダイ14を配置したコンテナ16のコンテナ孔内に収容された後、後方に配置されたマンドレル18が、複合ビレット10の内孔10a内に挿し込まれる一方、複合ビレット10の後端となる押出し尾部に押し盤20を当接して、ステム22にて押圧せしめることにより、図3(b)に示される如く、ダイ14の成形開口を通じて押し出され、以て、円筒状芯材2の押出層にて構成される筒状コア層24と筒状外皮材4の押出層にて構成される筒状外皮層26とが一体的に密着、積層されてなる構造のクラッド管26が、形成されるのである。   Next, the composite billet 10 thus obtained is subjected to mandrel extrusion by a well-known floating mandrel method or a fixed mandrel method to form a clad tube having a target outer diameter. As such, an example of such a mandrel extrusion is shown in FIG. That is, FIG. 3 shows an example of mandrel extrusion by the floating mandrel method, in which the composite billet 10 is placed in the container hole of the container 16 in which the die 14 is arranged, as shown in FIG. The mandrel 18 disposed rearward is inserted into the inner hole 10a of the composite billet 10, and the push plate 20 is brought into contact with the pushing tail portion which is the rear end of the composite billet 10, so that the stem 22 As shown in FIG. 3 (b), the cylindrical core layer 24 and the cylindrical core layer 24 formed by the extruded layer of the cylindrical core member 2 are extruded through the molding opening of the die 14, as shown in FIG. A clad tube 26 having a structure in which a cylindrical outer skin layer 26 constituted by an extruded layer of the outer skin material 4 is integrally adhered and laminated is formed.

従って、かかるマンドレル押出しにより得られたクラッド管28は、図4に、その横断面が示されている如く、円筒状芯材2の押出層にて構成される筒状コア層24と筒状外皮材4の押出層にて構成される筒状外皮層26にて構成される、異なる材質からなる二つの層が径方向に一体的に圧着、積層されてなる構造を有していると共に、押出しに供される複合ビレット10における筒状外皮材4の接合部(12)には、アンダーフィルやアンダーカット等の部位が存在せず、また、アーク溶接等にて惹起せしめられる如き大きな凹凸部も存在するものではないところから、得られる押出し製品たるクラッド管28においては、その筒状外皮層26の厚さが有利に均一化されることとなるのであり、そして、そのような構成層の厚さが均一なクラッド管28を安定して得ることが出来るのである。   Therefore, the clad tube 28 obtained by the mandrel extrusion has a cylindrical core layer 24 and a cylindrical outer shell constituted by the extruded layer of the cylindrical core member 2 as shown in FIG. It has a structure in which two layers made of different materials composed of a cylindrical outer layer 26 composed of an extruded layer of material 4 are integrally crimped and laminated in the radial direction, and extruded. The joint (12) of the cylindrical outer shell material 4 in the composite billet 10 provided for the above has no portion such as underfill or undercut, and has a large uneven portion such as that caused by arc welding or the like. In the clad tube 28, which is an extruded product obtained, the thickness of the cylindrical outer skin layer 26 is advantageously made uniform, and the thickness of such constituent layers is not present. Uniform It is is able to get a head tube 28 stable.

また、かかる複合ビレット10における筒状外皮材4の接合部(12)には、その表面まで芯材2の成分が現出するようなことがなく、また、アーク溶接にて用いられている如き溶加材の成分の混入の心配もないところから、そのような複合ビレット10からマンドレル押出しして得られるクラッド管28にあっても、その筒状外皮層26における接合部(12)相当部位の表面にも、芯材成分や溶加材成分が現われ出るようなことがないのであり、それ故に、それら芯材成分、溶加材成分の混入、そして現出によって惹起される如き物性の低下、例えば、耐食性の低下等の問題が惹起されるようなことも、有利に回避され得ることとなるのである。   Moreover, the component of the core material 2 does not appear to the surface of the joint (12) of the cylindrical outer shell material 4 in the composite billet 10, and is used in arc welding. Since there is no concern about mixing of the components of the filler material, even in the clad tube 28 obtained by mandrel extrusion from such a composite billet 10, the portion corresponding to the joint (12) in the cylindrical skin layer 26 is obtained. The core material component and the filler material component do not appear on the surface. Therefore, the core material component, the mixing of the filler material component, and the deterioration of physical properties caused by the appearance, For example, problems such as a decrease in corrosion resistance can be advantageously avoided.

ところで、本発明に従って、マンドレル押出しされる複合ビレットとしては、上例の如き複合ビレット10の他に、図5に示されるような、三層構造の複合ビレット30の採用も、可能である。即ち、この複合ビレット30においては、円筒状の芯材2の外周面には、前例と同様に、筒状外皮材4の突合せ部6が摩擦撹拌接合されて、芯材2と外皮材4とが一体的に構成されている一方、芯材2の内周面に接するように、パイプ状の内皮材32が挿入、配置されていると共に、それら芯材2と内皮材32との接触面が、複合ビレット30の押出頭部側、即ち、図3において、ダイ14に当接せしめられる側の軸方向端面部位において、周方向に連続的に摩擦撹拌接合せしめられて、複合ビレット30の軸方向端面において、円形の接合部34が形成されており、これによって、芯材2と内皮材32とが一体的に結合されてなる構造となっている。なお、ここで、内皮材32の材質としては、その内孔内を流通せしめられる流体の種類によって、芯材2とは異なる金属材質が、適宜に選定されることとなるが、一般に、外皮材4と同様な材質が、好適に採用されることとなる。   By the way, according to the present invention, as a composite billet to be mandrel extruded, it is possible to employ a composite billet 30 having a three-layer structure as shown in FIG. 5 in addition to the composite billet 10 as described above. That is, in this composite billet 30, the abutting portion 6 of the cylindrical outer shell material 4 is friction stir welded to the outer peripheral surface of the cylindrical core material 2 as in the previous example, and the core material 2 and the outer skin material 4 The pipe-shaped endothelium material 32 is inserted and arranged so as to be in contact with the inner peripheral surface of the core material 2, and the contact surface between the core material 2 and the endothelium material 32 is In the axial direction of the composite billet 30, the composite billet 30 is continuously frictionally stirred and joined in the circumferential direction at the extrusion head side of the composite billet 30, that is, the axial end surface portion on the side brought into contact with the die 14 in FIG. 3. A circular joint 34 is formed on the end surface, and thus the core material 2 and the endothelial material 32 are integrally coupled. Here, as the material of the endothelium material 32, a metal material different from the core material 2 is appropriately selected depending on the type of fluid that is circulated in the inner hole. The same material as 4 will be preferably employed.

また、そのような複合ビレット30における芯材2と内皮材32との接触面を、押出頭部側の軸方向端面において、摩擦撹拌接合するには、前例と同様な回転工具8を用い、その先端のプローブ8aを、軸方向端面からその接触部位に挿し込み、そして、その接触面が周方向に延びる方向に沿って、移動させることにより、周方向に連続して接合部34が形成され得るのである。尤も、この芯材2と内皮材32との接触面の、軸方向端面における接合は、例示の如く、その全周に亘って行い、円形状の接合部34を形成せしめる場合の他、周方向に断続的に接合部を形成したり、所定間隔を隔てて、点接合部を設ける等の、スポット的な摩擦撹拌接合操作の採用も、可能である。   In addition, in order to friction stir weld the contact surface between the core material 2 and the endothelial material 32 in the composite billet 30 at the axial end surface on the extrusion head side, the rotary tool 8 similar to the previous example is used, By inserting the probe 8a at the distal end into the contact portion from the end surface in the axial direction and moving the contact surface along the direction in which the contact surface extends in the circumferential direction, the joint portion 34 can be formed continuously in the circumferential direction. It is. However, the joining of the contact surface between the core material 2 and the endothelial material 32 at the axial end face is performed over the entire circumference as illustrated, and in addition to the case where the circular joint 34 is formed, the circumferential direction It is also possible to adopt a spot friction stir welding operation such as intermittently forming joints or providing point joints at a predetermined interval.

そして、このような複合ビレット30を用いてマンドレル押出しすることにより、図4に示される筒状コア層24の内周面に一体的に圧着、積層されてなる、内皮材32の押出層からなる最内層が形成されて、径方向に異なる材質の三つの層が形成されたクラッド管が、それぞれ均一な層厚さにおいて、安定して得られることとなるのである。   Then, by performing mandrel extrusion using such a composite billet 30, it is composed of an extruded layer of endothelial material 32, which is integrally pressure-bonded and laminated on the inner peripheral surface of the cylindrical core layer 24 shown in FIG. A clad tube in which the innermost layer is formed and three layers of different materials in the radial direction are formed can be stably obtained with a uniform layer thickness.

また、本発明にあっては、複合ビレットの押出頭部側の端部に、筒状外皮材と同材質のドーナツ板を配設することも、有利に採用され得るところであり、その一例が、図6に示されている。そこにおいて、筒状外皮材4は、形成される複合ビレット40の押出頭部側の端部において、円筒状芯材2よりも軸方向外方に突出せしめられて、そこに、段差部36が形成されている。そして、この段差部36に、筒状外皮材4と同材質のドーナツ板38が嵌め込まれると共に、かかるドーナツ板38と筒状外皮材4との間の接触面が、押出頭部側の端面に位置する部位において、前記した内皮材の接合の場合と同様に摩擦撹拌接合によって、周方向に連続的に若しくはスポット的に摩擦撹拌接合されて、ここでは、周方向に連続した円環状の接合部42が形成されて、それらドーナツ板38と外皮材4とが一体的に接合せしめられている。なお、かかる段差部36の高さ(深さ)は、ドーナツ板38の厚さと略等しくされており、また筒状外皮材4筒壁厚と略同一とされている。   Further, in the present invention, it is also possible to advantageously employ a donut plate made of the same material as the cylindrical skin material at the end of the composite billet on the extrusion head side, an example of which is as follows: It is shown in FIG. In this case, the cylindrical outer skin material 4 is protruded axially outward from the cylindrical core material 2 at the end portion on the extrusion head side of the composite billet 40 to be formed. Is formed. The stepped portion 36 is fitted with a donut plate 38 made of the same material as the cylindrical outer shell material 4, and the contact surface between the donut plate 38 and the cylindrical outer shell material 4 is formed on the end face on the extrusion head side. In the position where it is located, the friction stir welding is continuously or spot-frictioned in the circumferential direction by the friction stir welding as in the case of the joining of the above-mentioned endothelial materials. 42 is formed, and the donut plate 38 and the skin material 4 are integrally joined. The height (depth) of the stepped portion 36 is substantially the same as the thickness of the donut plate 38, and is substantially the same as the thickness of the cylindrical outer shell 4 cylinder wall.

さらに、かかるドーナツ板は、図5に示される如き三層構造とされた複合ビレットに対しても、配設され得るところであり、その場合にあっては、例えば、図7に示されるように、ドーナツ板44が、複合ビレット50の押出頭部側に配設されて、一体的に外皮材4と内皮材32に接合せしめられることとなる。具体的には、外皮材4と内皮材32とが、複合ビレット50の押出頭部側において、円筒状芯材2の端面よりも、軸方向外方にそれぞれ突出せしめられて、それら外皮材4と内皮材32の突出部位間に、円環形状を呈する収容凹所が形成される一方、この収容凹所内に、ドーナツ板44が嵌め込まれて、それぞれの接触面、即ちドーナツ板44と外皮材4との間及びドーナツ板44と内皮材32との間の接触面が、それぞれ、ここでは、周方向に所定の間隔を隔てて、スポット的に摩擦撹拌接合されて、二種類の接合部46,48がそれぞれ形成されることによって、外皮材4とドーナツ板44と内皮材32との一体的な接合が行われて、複合ビレット50が構成されているのである。   Furthermore, such a donut plate can be disposed even for a composite billet having a three-layer structure as shown in FIG. 5, in which case, for example, as shown in FIG. The donut plate 44 is disposed on the extrusion head side of the composite billet 50 and is integrally bonded to the outer skin material 4 and the inner skin material 32. Specifically, the outer skin material 4 and the inner skin material 32 are respectively projected outward in the axial direction from the end face of the cylindrical core material 2 on the extrusion head side of the composite billet 50. An accommodation recess having an annular shape is formed between the projecting portions of the endothelial material 32 and a donut plate 44 is fitted into the accommodation recess, and the respective contact surfaces, that is, the donut plate 44 and the outer skin material are fitted. 4, and the contact surfaces between the donut plate 44 and the endothelial material 32 are spot-stirred and frictionally agitated at a predetermined interval in the circumferential direction, respectively. , 48 are formed, the outer shell material 4, the donut plate 44, and the inner skin material 32 are integrally joined to form the composite billet 50.

そして、このようなドーナツ板38,44を一体的に接合せしめてなる複合ビレット40,50にあっては、それをマンドレル押出しして、目的とするクラッド管を製造する際に、そのようなドーナツ板38,44が、押し出されるクラッド管(28)における筒状外皮層(26)を構成するようになるところから、その押出し初期から、目的とする外皮層(26)厚さを有するクラッド管(28)を有利に得ることが出来るため、クラッド管(28)の初期押出部位の切削部分の低減を効果的に図り得ることとなるのである。   In the case of the composite billet 40, 50 in which the donut plates 38, 44 are integrally joined, such a donut is produced when mandrel is extruded to produce a target clad tube. Since the plates 38 and 44 constitute the cylindrical outer skin layer (26) in the extruded cladding tube (28), the cladding tube (26) having the desired outer skin layer (26) thickness from the beginning of the extrusion ( 28) can be advantageously obtained, and therefore the cutting portion of the initial extrusion portion of the clad tube (28) can be effectively reduced.

なお、それらドーナツ板38,44の配設構造としては、例示の構造の他、芯材2と外皮材4の軸方向端面、更にはそれらと共に、内皮材32の軸方向端面を面一として、それらの端面を覆うように、ドーナツ板を配設せしめる構造も採用可能であり、その場合にあっては、ドーナツ板と外皮材の接触面は、複合ビレットの周方向に現われることとなるところから、それらを接合するための摩擦撹拌接合操作は、複合ビレットの周方向に実施されることとなる。また、三層構造の複合ビレットにおいて、内皮材のみを芯材の軸方向端面と面一にして、図6に示されるような構造において、ドーナツ板を嵌め込むようにした構造も採用可能である。   As the arrangement structure of the donut plates 38 and 44, in addition to the illustrated structure, the axial end surfaces of the core material 2 and the outer skin material 4, and the axial end surface of the endothelial material 32 together with them, It is also possible to adopt a structure in which donut plates are arranged so as to cover those end faces. In that case, the contact surface between the donut plate and the outer skin material appears in the circumferential direction of the composite billet. The friction stir welding operation for joining them is performed in the circumferential direction of the composite billet. Further, in the composite billet having a three-layer structure, it is also possible to adopt a structure in which only the endothelial material is flush with the axial end surface of the core material and a donut plate is fitted in the structure as shown in FIG. .

以上、本発明の幾つかの実施形態について詳述して来たが、それらは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものでないことが、理解されるべきである。   Although several embodiments of the present invention have been described in detail above, they are merely examples, and the present invention is not limited by specific descriptions according to such embodiments. It should be understood that this is not to be construed as limiting.

例えば、本発明に従って複合ビレットを製作するに際して、筒状外皮材4の突合せ部6を接合せしめるための摩擦撹拌接合操作としては、公知の各種の回転工具を用いて実施することが出来るのであって、例示の如き、回転工具の本体にプローブが一体形成されてなるものの他、回転工具の本体とプローブとが軸方向に独立して移動可能とされた複動式構造のものであっても、同様に用いることが可能であり、更に、摩擦撹拌接合手法にあっても、公知の各種の接合方式が、何れも採用可能である。   For example, when manufacturing a composite billet according to the present invention, the friction stir welding operation for joining the butt portion 6 of the cylindrical outer shell material 4 can be performed using various known rotary tools. In addition to the one in which the probe is integrally formed on the main body of the rotary tool as illustrated, even if the main body of the rotary tool and the probe can be moved independently in the axial direction, It can be used in the same manner, and even in the friction stir welding method, any of various known joining methods can be employed.

また、本発明において採用されるマンドレル押出しにおいても、例示のフローティング・マンドレル法の他、フィックス・マンドレル法も採用可能であり、更には、その他公知のマンドレル押出し法によって、本発明に従う複合ビレットを押出し、目的とするクラッド管を得ることが可能である。   Further, in the mandrel extrusion employed in the present invention, the fixed mandrel method can be employed in addition to the exemplified floating mandrel method, and further, the composite billet according to the present invention is extruded by other known mandrel extrusion methods. It is possible to obtain a target clad tube.

さらに、円筒状の芯材2の外周面に、筒状外皮材4を被せる方法としても、筒状外皮材4を別途作製しておき、その作製された筒状外皮材4内に芯材2を挿入、配置せしめる方法の他、芯材2の存在下、そのような外皮材4を与える板材を円筒状に曲げ加工して、最終的に、円筒状の芯材2の周りに、筒状外皮材4が配設されてなる構造とした後、所定の摩擦撹拌接合操作が実施されるようにすることも、可能である。   Further, as a method of covering the outer peripheral surface of the cylindrical core material 2 with the cylindrical outer skin material 4, the cylindrical outer skin material 4 is separately prepared, and the core material 2 is placed in the manufactured cylindrical outer skin material 4. In addition to the method of inserting and arranging the core material 2, in the presence of the core material 2, the plate material that gives such an outer skin material 4 is bent into a cylindrical shape, and finally, the cylindrical material around the cylindrical core material 2 is cylindrical. It is also possible that a predetermined friction stir welding operation is performed after the structure in which the outer skin material 4 is disposed.

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。   In addition, although not enumerated one by one, the present invention can be implemented in a mode to which various changes, modifications, improvements, and the like are added based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that any one of them falls within the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、また、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものではないことが、理解されるべきである。   Hereinafter, representative examples of the present invention will be shown to clarify the present invention more specifically, but the present invention is also subject to any restrictions by the description of such examples. It should be understood that it is not.

先ず、芯材(2)として、外径:234mm、内径:80mmに切削加工した円筒状のアルミニウム合金(A3004)鋳造材を準備すると共に、厚さ:10mmのアルミニウム(A1050)圧延板を曲げ加工して、外径:255m、内径:235mmの不連続円筒形状の管体を、筒状外皮材(4)として準備した。   First, as a core material (2), a cylindrical aluminum alloy (A3004) cast material cut to an outer diameter of 234 mm and an inner diameter of 80 mm is prepared, and a 10 mm thick aluminum (A1050) rolled plate is bent. Then, a discontinuous cylindrical tube having an outer diameter of 255 m and an inner diameter of 235 mm was prepared as a cylindrical outer covering material (4).

次いで、それら準備された芯材(2)に外皮材(4)を被せて、その突合せ部(6)を軸方向に沿って全長に亘って摩擦撹拌接合した。この摩擦撹拌接合操作は、押出頭部側から尾部方向に行った。また、そこで用いられた回転工具(8)の本体部(ショルダ)は、外径:18mmとされ、プローブは、外径:5mm×長さ:12mmとされ、回転数:2000rpm、接合速度:500mm/minとして、接合操作を実施した。また、接合部(12)の全長において、突合せ部(6)から25mmの位置を、拘束治具にて、外皮材(4)の上から芯材(2)に押し付けるように、拘束固定せしめて、接合を行った。   Then, the prepared core material (2) was covered with the outer skin material (4), and the butted portion (6) was friction stir welded over the entire length along the axial direction. This friction stir welding operation was performed from the extrusion head side toward the tail. Further, the main body (shoulder) of the rotary tool (8) used therein has an outer diameter of 18 mm, the probe has an outer diameter of 5 mm × length of 12 mm, a rotational speed of 2000 rpm, and a joining speed of 500 mm. / Min. As a joining operation. Further, in the entire length of the joining portion (12), the position of 25 mm from the butt portion (6) is restrained and fixed so as to be pressed against the core material (2) from the top of the outer skin material (4) by a restraining jig. And joined.

その後、芯材(2)の内周面に接するように、アルミニウム合金(A3004)製の押出パイプ(外径:79.5mm、内径:65.5mm)を接するようにして嵌め込んだ後、図7に示されるように、ドーナツ板(44)を押出頭部側の端部に嵌め込み、それぞれの接触面、即ち、外皮材4とドーナツ板(44)との接触面及びドーナツ板(44)と内皮材(32)との接触面を、押出頭部側端面部位において、周方向に連続した円形の接合部が形成されるように、摩擦撹拌接合操作にて線接合を行った。なお、そこで用いた回転工具及び接合条件は、外皮材(4)の突合せ部(6)の場合と同様とした。   Thereafter, an extruded pipe (outer diameter: 79.5 mm, inner diameter: 65.5 mm) made of aluminum alloy (A3004) was fitted so as to be in contact with the inner peripheral surface of the core material (2). 7, the donut plate (44) is fitted into the end on the extrusion head side, and the respective contact surfaces, that is, the contact surface between the outer skin material 4 and the donut plate (44) and the donut plate (44), The contact surface with the endothelial material (32) was line-joined by a friction stir welding operation so that a circular joint continuous in the circumferential direction was formed at the end face portion on the extrusion head side. The rotary tool and joining conditions used there were the same as in the case of the butt portion (6) of the outer skin material (4).

かくして得られた複合ビレット(50)を500℃に加熱した後、図3に示されるように、コンテナ(16)内に収容して、押出速度:5m/minにて、マンドレル押出しすることにより、外皮層及び内皮層の厚さの均一なクラッド管を得ることが出来た。   After heating the composite billet (50) thus obtained to 500 ° C., as shown in FIG. 3, it is accommodated in a container (16) and extruded at a extrusion speed of 5 m / min. A clad tube having a uniform thickness of the outer skin layer and the inner skin layer could be obtained.

本発明において用いられる複合ビレットを構成する、芯材と外皮材の一例を明らかにする斜視説明図である。It is a perspective explanatory view which clarifies an example of a core material and a skin material which constitute a composite billet used in the present invention. 本発明において用いられる複合ビレットについて、明らかにするものであって、(a)は、芯材に被せられた外皮材の突合せ部を、回転工具にて摩擦撹拌接合する工程を示す、軸方向から見た説明図であり、(b)は、そのような摩擦撹拌接合操作にて接合して得られた複合ビレットの横断面説明図である。The composite billet used in the present invention is clarified, and (a) shows the step of friction stir welding the butt portion of the outer skin material covered on the core material with a rotary tool, from the axial direction. It is explanatory drawing seen, (b) is a cross-sectional explanatory drawing of the composite billet obtained by joining by such friction stir welding operation. 本発明に従って、複合ビレットをマンドレル押出しする工程を示す説明図であって、(a)は、マンドレル押出装置のコンテナ内に複合ビレットを収容した状態を示す断面説明図であり、(b)は、そのような複合ビレットを、マンドレル押出ししている状態を示す断面説明図である。It is explanatory drawing which shows the process of mandrel extrusion of a composite billet according to this invention, (a) is a section explanatory view showing the state where the composite billet was stored in the container of a mandrel extrusion device, (b) It is sectional explanatory drawing which shows the state which is extruding such a composite billet with a mandrel. 図3においてマンドレル押出しして得られた、二層構造のクラッド管の横断面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross section of the clad pipe of a two-layer structure obtained by mandrel extrusion in FIG. 本発明において用いられる複合ビレットの他の一つについての説明図であって、(a)は、摩擦撹拌接合前の状態を示す、押出頭部側に位置する組付体の軸方向端面の正面説明図であり、(b)は、そのような組付体に摩擦撹拌接合操作を施して得られた複合ビレットの押出頭部側の軸方向端面を示す説明図である。It is explanatory drawing about another one of the composite billets used in this invention, Comprising: (a) is the front of the axial direction end surface of the assembly body located in the extrusion head side which shows the state before friction stir welding It is explanatory drawing, (b) is explanatory drawing which shows the axial direction end surface by the side of the extrusion head of the composite billet obtained by giving friction stir welding operation to such an assembly. 本発明において用いられる複合ビレットの別の形態を示す説明図であって、(a)は、芯材の軸方向端部にドーナツ板を嵌め込む形態を示す斜視説明図であり、(b)は、そのようなドーナツ板を嵌め込んでなる組付体に対して、摩擦撹拌接合操作を施して得られた、複合ビレットの押出頭部側の軸方向端面を示す正面説明図である。It is explanatory drawing which shows another form of the composite billet used in this invention, Comprising: (a) is a perspective explanatory drawing which shows the form which inserts a donut board in the axial direction edge part of a core material, (b) It is front explanatory drawing which shows the axial direction end surface by the side of the extrusion head of a composite billet obtained by performing friction stir welding operation with respect to the assembly formed by fitting such a donut board. 本発明において用いられる複合ビレットの更に他の例を示す、図6(b)に相当する説明図である。It is explanatory drawing equivalent to FIG.6 (b) which shows the further another example of the composite billet used in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 芯材 4 外皮材
6 突合せ部 8 回転工具
8a プローブ 10,30,40,50 複合ビレット
10a 内孔 12,34,42,46,48 接合部
14 ダイ 16 コンテナ
18 マンドレル 20 押し盤
22 ステム 24 筒状コア層
26 筒状外皮層 28 クラッド管
32 内皮材 36 段差部
38,44 ドーナツ板
2 Core material 4 Outer material 6 Butting part 8 Rotating tool 8a Probe 10, 30, 40, 50 Composite billet 10a Inner hole 12, 34, 42, 46, 48 Joint part 14 Die 16 Container 18 Mandrel 20 Press plate 22 Stem 24 Tube Core layer 26 cylindrical outer skin layer 28 clad tube 32 endothelium material 36 stepped portions 38 and 44 donut plate

Claims (5)

異なる材質からなる層が径方向に圧着、積層されて、一体化せしめられてなる構造を有するクラッド管を製造する方法にして、
円筒状の芯材の外周面に、該芯材とは材質の異なる所定の板材を円筒状に曲げ加工して得られた、軸方向に延びる突合せ部の存在によって不連続円筒形状を呈する筒状外皮材を被せ、かかる突合せ部を、該突合せ部に沿って、摩擦撹拌接合することによって、中空の複合ビレットを製作した後、その得られた複合ビレットをマンドレル押出しすることにより、前記異なる材質からなる層として、前記円筒状芯材の押出層にて構成される筒状コア層と前記筒状外皮材の押出層にて構成される筒状外皮層とが一体的に形成された、目的とする外径を有するクラッド管を形成せしめることを特徴とするクラッド管の製造方法。
In a method of manufacturing a clad tube having a structure in which layers made of different materials are bonded in a radial direction, laminated, and integrated,
A cylindrical shape obtained by bending a predetermined plate material made of a material different from the core material into a cylindrical shape on the outer peripheral surface of the cylindrical core material, and presenting a discontinuous cylindrical shape due to the presence of an abutting portion extending in the axial direction Covering the outer skin material, the abutting portion is friction stir welded along the abutting portion to produce a hollow composite billet, and then extruding the obtained composite billet from the different materials. A cylindrical core layer composed of an extruded layer of the cylindrical core material and a cylindrical skin layer composed of an extruded layer of the cylindrical skin material are integrally formed as a layer to be formed; A method of manufacturing a clad tube comprising forming a clad tube having an outer diameter.
前記摩擦撹拌接合操作によって前記突合せ部に形成される摩擦撹拌接合部の深さ(d)が、前記筒状外皮層を与える板材の厚さ(t)に対して、1.0t以上、1.5t以下となるように、かかる摩擦撹拌接合操作が実施されることを特徴とする請求項1に記載のクラッド管の製造方法。   The depth (d) of the friction stir welded portion formed in the butt portion by the friction stir welding operation is 1.0 t or more with respect to the thickness (t) of the plate material that provides the cylindrical skin layer. The method of manufacturing a clad tube according to claim 1, wherein the friction stir welding operation is performed so as to be 5 t or less. 前記複合ビレットが、それを構成する前記円筒状の芯材の内周面に接するように配された、前記クラッド管の最内層を与えるパイプ状内皮材を有していると共に、それら円筒状芯材とパイプ状内皮材との接触面が、該複合ビレットの押出頭部側の軸方向端面において周方向に連続的に若しくはスポット的に摩擦撹拌接合せしめられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のクラッド管の製造方法。   The composite billet has a pipe-shaped endothelium material that is disposed so as to be in contact with an inner peripheral surface of the cylindrical core material that constitutes the composite billet and provides the innermost layer of the clad tube, and the cylindrical core material. 2. The contact surface between the material and the pipe-like endothelium material is friction stir welded continuously or spotwise in the circumferential direction on the axial end surface of the composite billet on the extrusion head side. Or the manufacturing method of the clad tube of Claim 2. 前記複合ビレットの押出頭部側において、前記円筒状芯材よりも前記筒状外皮材が軸方向外方に突出させられて、段差部が形成されている一方、かかる段差部に、該筒状外皮材と同質材のドーナツ板が嵌め込まれて、該ドーナツ板と該筒状外皮材との間の接触面が、周方向に連続的に若しくはスポット的に摩擦撹拌接合されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一つに記載のクラッド管の製造方法。   On the extrusion head side of the composite billet, the cylindrical skin material is protruded outward in the axial direction from the cylindrical core material to form a stepped portion. A donut plate made of the same material as the outer skin material is fitted, and a contact surface between the donut plate and the cylindrical outer skin material is continuously or spot-fritted in the circumferential direction by friction stir welding. The manufacturing method of the clad tube as described in any one of Claim 1 thru | or 3. 前記複合ビレットが、それを構成する前記円筒状の芯材の内周面に接するように配された、前記クラッド管の最内層を与えるパイプ状内皮材を有していると共に、該パイプ状内皮材が前記筒状外皮材と同様に軸方向外方に突出せしめられて、それら筒状外皮材とパイプ状内皮材の突出部位間に、円環形状を呈する収容凹所が、前記円筒状芯材の押出頭部側の端面に位置するように形成される一方、かかる収容凹所に、前記ドーナツ板が嵌め込まれて、該ドーナツ板と該筒状外皮材との間及び該ドーナツ板と該パイプ状内皮材との間の接触面が、それぞれ、周方向に連続的に若しくはスポット的に摩擦撹拌接合されていることを特徴とする請求項4に記載のクラッド管の製造方法。
The composite billet has a pipe-shaped endothelium material that is disposed so as to be in contact with an inner peripheral surface of the cylindrical core member that forms the composite billet, and provides the innermost layer of the clad tube, and the pipe-shaped endothelium. The material is made to project outward in the axial direction in the same manner as the cylindrical skin material, and an accommodation recess having an annular shape is formed between the cylindrical skin material and the projecting portion of the pipe-shaped endothelial material. The doughnut plate is fitted into the housing recess, and is formed between the donut plate and the cylindrical outer shell material, and between the donut plate and the donut plate. The method for manufacturing a clad tube according to claim 4, wherein the contact surfaces between the pipe-shaped endothelium materials are friction stir welded continuously or spotwise in the circumferential direction, respectively.
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