JPH038555A

JPH038555A - 鋼の突合せ接合法

Info

Publication number: JPH038555A
Application number: JP14388089A
Authority: JP
Inventors: Fumio Kashimoto; 文雄樫本; Yuichi Komizo; 裕一小溝
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-06-06
Filing date: 1989-06-06
Publication date: 1991-01-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、鋼管の突合せ接合に適した鋼の突合せ接合法
に関する。

〔従来の技術〕

従来より配管用炭素鋼鋼管の周溶接には、手溶接が用い
られている。しかし、手溶接では、溶接工の技量が継手
性能を大きく左右する。そのため、溶接欠陥の手直し及
び施工時間が溶接工によって大きく異なる。また、手溶
接で大径管の周溶接を行なう場合には、管径が大きくな
るにつれて肉厚も増加し、それにより溶接パス数も増加
するので、施工時間が著しく長くなる。そのため、最近
では鋼管の端面間に箔状のインサート材を介装して端面
を相互に突合せ、その突合せ部を加熱することによりイ
ンサート材を溶融させて端面を相互に接合する液相拡散
接合法も用いられている。

〔発明が解決しようとする課題］しかし、液相拡散接合法で鋼管を突合せ接合する場合に
は、端面形状に合せて箔状のインサート材を切り抜（必
要がある。更に、切り抜いたインサート材をスポット溶
接等で端面に固定することも必要になる。従って、作業
工数が増加し、現場施工では、期待する程の施工性改善
は達成されておらず、逆にインサート材の管理上の問題
等を生じている。また、液相拡散接合法では、被接合面
の粗さも接合強度に影響するが、現場施工では満足の行
く粗さを確保することが難しい。

更に、箔状のインサート材には市販品、試作品ともに最
大１００鵬の幅制限があり、１００ｍｍを超える外径の
鋼管を接合する場合にはインサート材が切り継ぎの状態
になり、カッティング、セツティングが一層難しくなる
と共に、全面で均一な接合強度を得るのが困難になる。

本発明は、こうした施工上の問題を解決した高能率な液
相拡散接合による綱の突合せ接合法を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の突合せ接合法は、鋼の突合せ接合法において、
被接合面の少なくとも一方に、重量％でＣｒ：１０〜２
０％、Ｓｉ：４〜１０％、Ｂ：１〜５％を含み、残部実
質的にＮｉからなるわ）末を用いて層厚７５〜２００μ
ｍのインサートａを形成し、次いで、前記被接合面を相
互に突合せ、突合せ部を不活性雰囲気中で前記インサー
ト層の融点を超える温度に６０秒以上加熱すると共に、
突合せ部に０．５　ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ”以上の加圧力
を加えることを特徴としてなる。

従来のこの種接合法で施工性を悪化させている第１の要
因は、箔状のインサート材にあるが、本発明の接合法で
は、粉末を使用して被接合面にインサート層を直接形成
するので、箔状のインサート材を使用した場合のカンテ
ィング、セツティング、切り継ぎ等に起因する問題は全
て解決される。

また、第２の施工性悪化要因である端面粗さについては
、インサート層形成の粉末としてＳｉ、Ｂを添加したＮ
ｉ基粉末を使用している。Ｓｉ、Ｂは融点降下元素で、
接合部の加熱温度低下に寄与するのみならず、母材に拡
散しやすい元素であるために接合層の脆化を阻止する。

特にＮｉ基中のＢは母材中に拡散しながら母材と共晶反
応を生じるので、被接合面の表面粗さに対する許容範囲
が拡大し、施工性が一層改善される。

〔作　　用］以下に、本発明の接合法における条件限定理由を説明す
る。なお、％は特にことわりのない限り重量％を示して
いる。

インサート層形成に用いる粉末にＮｉ基粉末を使用する
のは、後述するのように主に被接合面の粗さに対する条
件緩和を閲るためである。

Ｎｉ基粉末にＳｉ、Ｂを添加するのは、これらの元素が
インサート層の融点低下に寄与し、且つ接合時に母材に
拡散しやすいためである。Ｓｉ＜４％、Ｂ＜１％では融
点降下作用が不足し、Ｓｉ＞１０％、Ｂ＞５％では接合
層に残存して脆化を生しさせるので、Ｓｉは４〜１０％
、Ｂは１〜５％とした。３１２４％、８２１％の粉末の
融点は１１５０’Ｃ以下である。

Ｂは更にインサート層（液相）の粘性上昇に寄与し、１
％未満では液相の粘性上昇により接合界面上のボイド、
酸化物が排出しにくく、欠陥として残存しやすくなる。

逆に５％趙えでは粘性低下により液相が過度に排出され
、たれ落ちを招く。

Ｃｒは、液相の粘性保持と、接合層の延性向上とに寄与
するが、１０％未満ではこれらの効果が薄く、２０％超
えでは接合層の脆化を促進する。

従って、Ｃｒは１０〜２０％とした。

上記粉末は、例えば溶射、バインダー使用等によりイン
サート層に成形される。

インサート層の層厚は、７５μｍ未満ではインサート層
形成の段階で層中の空隙率が５％〜１０％程度発生し、
しかもインサート材料の不足により接合時に界面上に十
分な液層が形成されなくなり、逆に２００μｍ超えでは
界面上の１夜層が過多になり、粉末中のＳｉ、Ｂの拡散
が不十分となって脆化が発生するので、７５〜２００μ
ｍとした。

インサート層は被接合面の一方に形成すればよいが、両
面に形成する場合は合計の層厚を７５〜２００μｍとす
るのが望ましい。また、前記空隙率を低くおさえる為に
、粉末の粒径は小さい程望ましいが、通常は３０μｍ〜
４０μｍの平均粒径で十分に目的は達成できる。

被接合面を突合せた後の突合せ部の加熱温度は、インサ
ート層を溶融させるためにその粉末の融点を超える温度
とし、粉末の融点＋５０″Ｃ程度が望ましい、粉末の融
点は５ｉｌＯ％、８４％で１０００°Ｃになり、Ｓｉ　
：４％、８１％で１１５０’Ｃになるため、望ましい加
熱温度範囲は１０５０〜１２００℃になる。

加熱温度保持時間は、短時間はど経済的であるが、融点
降下元素であるＳｉ、Ｂを母材に十分に拡散させるため
６二６０秒以上を必要上する。

加圧力を０．５　ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ”以上としたのは
、インサート層（液層）中の気孔をＩＰ出するためであ
る。

この意味から、加圧力は大きい方が望ましいが、加圧力
の増大は被接合材の塑性変形を生じ、接合後の外観をそ
こなうために、実際上は、１．５　ｋｇ　ｆ／ｍｌ１１
２以下に制限することが望まれる。

接合雰囲気は、接合界面の酸化防止のために不活性雰囲
気とし、０２量を２００ｐｐ−以下とすることが望まし
い。雰囲気確保に使用するシールドガスとしては、Ｎｚ
、Ａｒ等を挙げることができるが、経済性の点からＮ２
が望ましい。

被接合面の粗さは、鏡面に近いほど良好な接合強度が得
られるが、本発明の接合法で使用するインサート層形成
用の粉末はＮｉ基で、しかもＢを含んでいるので、溶融
時に８８母材中に拡散させながら母材と共晶反応を進行
させる。従って、母材が炭素鋼の場合、同等成分のＦｅ
系粉末よりも共晶反応が促進され、その結果、表面粗さ
の許容範囲が１００μｍＲｍａ　ｘ程度まで拡大する。

〔実施例〕

成分組成を第１表に示す外径４０６．４　ｍｍ、肉厚７
．９印、長さ６００Ｉｎ１１の炭素８ｗ４管（ＳＧＰ、
１００Ａ）を管軸と直角に切断し、一方の端面にンヨソ
トブラスト後、第２表に示すわ）末を溶射して層厚７５
〜２００μｍのインサート層を形成した。

他方の端面は５０　μｍＲｍａ　ｘ、１００　μｍＲｍ
ａχに仕上げた。

しかる後、第１回に示すように、切断した２本の炭素鋼
鋼管１ａ＋１ｂを、その切断面を相互に突合せてクラン
プ２ａ、２ｂにそれぞれ固定した。

クランプ２ａ、２ｂは油圧シリンダー３ａ、３ｂヲ介シ
てトランス４に連結されている。次いで、炭素鋼鋼管１
ａ、ｌｂの突合せ部外面側に半割型のコイルチャンバー
５を同心状にセットした。コイルチャンバー５は、トラ
ンス４に接続された加熱コイルとＮ２ガスシールド機構
とを内蔵しており、油圧シリンダー６にてトランス４に
機械的に結合されている。

そして、コイルチャンバー５内のＮ２ガスシールド機構
よりＮ２ガスを流出させると共に、炭素鋼鋼管１ａ、ｌ
ｂ内にＮ２ガスを流通させて、炭素＠鋼管１ａ、ｌｂの
突合せ部を内面側および外面側からガスシールドする一
方、コイルチャンバー５内の加熱コイルに通電を行って
、突合せ部を種々の温度に加熱保持した。加熱により突
合せ部が管軸方向に熱膨張して、その端面間に加圧力が
付与される。クランプ２ａ、２ｂの支持剛性を変化させ
ることにより、炭素ｗ４綱管１ａ、ｌｂに対する拘束力
を調整して、端面間に付加される加圧力の調整を行った
。加熱温度およびその保持時間は、トランス４に接続さ
れる高周波電源で調整し、雰囲気中の０□量はシールド
ガス流星で調整した。

接合後、その接合部から第２図に示す試験片を採取し、
その試験片に引張試験を施して接合温度を調査した。調
査結果を接合条件と共に第３表および第４表に示す。

Ａ１−２Ｇは本発明例であり、いずれも被接合面の粗さ
が１００μｍＲｍａ　ｘに調整されているにもかかわら
ず、４０　ｋｇ　ｆ　７ｍｍ２前後の接合強度（母材破
断）を示している。

これに対し、Ａ２７は加圧力およびインサート層の層厚
が不足しているので、接合強度が低い。

Ａ２Ｂはさらに接合雰囲気の不活性度が低いために、被
接合面粗さが５０μｍＲｍａｙに仕上げられているにも
かかわらず接合強度が低い。Ａ２９は層厚が不足してい
るので、加圧力を１．６　ｋｇ　ｆ　／ｍｍ”に上昇さ
せても十分な接合強度は得られていない。

Ａ３１〜４４はインサートａが本発明の定める粉末組成
ではない粉末を素材としており、加圧力、層厚のいかん
にかかわらず接合強度が低い。しがも、Ａ３８〜４４で
は加圧力を］、　６　ｋｇ　ｆ　／閣２に上昇させても
十分な接合強度は得られていない。

〔発明の効果〕

本発明の突合せ接合法は、粉末を使用してインサートｉ
を形成するので、被接合面の形状に関係なく、被接合面
にインサート材料を容易かつ確実に固定することができ
る。しかも、優れた接合強度が保証され、かつ被接合面
粗さの許容範囲が広い。従って、配管現場等での現場施
工において、確実性、施工性に著しく優れた接合作業を
可能にする。そして、その効果は管径に関係なく享受で
き、２００Ａ以上の大径管を配管する場合等に特に大き
い作業性改善効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の接合法の一実施態（裏を示す模式図、
第２図は試験片の形状説明図である。図中、ｌａ、ｌｂ：Ｅ管、２ａ、２ｂ：クランプ、４ニ
ドランス、５；コイルチャンハ第２図第 ■ 図ａＱｂｂ

Claims

【特許請求の範囲】

１、鋼の突合せ接合法において、被接合面の少なくとも
一方に、重量％でＣｒ：１０〜２０％、Ｓｉ：４〜１０
％、Ｂ：１〜５％を含み、残部実質的にＮｉからなる粉
末を用いて層厚７５〜２００μｍのインサート層を形成
し、次いで、前記被接合面を相互に突合せ、突合せ部を
不活性雰囲気中で前記インサート層の融点を超える温度
に６０秒以上加熱すると共に、突合せ部に０．５ｋｇｆ
／ｍｍ＾２以上の加圧力を加えることを特徴とする鋼の
突合せ接合法。