JPS6024285A - パイプ状クラツド材の製造法 - Google Patents

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】 本発明はパイプ状クラツド材の製法に関し、ＩＰ！Ｉに
静圧下、拡散接合により、脆いパイプ状材料をもクラッ
ドしうる方法を提供せんとするものである。

パイプ状クラツド材の製法には下記のような方法がある
。

（１）−清洗 この爆着法には外管駆動方式と、内管駆動方式がある。

この方法の特色は火薬の爆発力を用いてごく短時間に衝
撃的に接合管を被接合管に衝突させることによって接合
管と被接合管を接合させるものである。第１図は外管駆
動方式のパイプ状クラツド材の製造方法で外側より爆着
させる進行状態概要を示す。人は外側に爆薬をセットし
た爆着前の状態、Ｂけ爆薬を爆発させ、内管と外管が＃
１＃ホ中央部まで爆着された状態、Ｃ＃″ｉ爆着が完了
した状態を示す。第２図は内管に爆薬を充填し内側より
爆着させる内管駆動方式の概要を示す。

第１図、第２図において、１Ｆｉ内管、２は外管、３は
内管１と外管２を爆着させる爆薬。

４は爆薬３を点火させるための雷管を示す。

５は充填物、６Ｆ’ｉ空隙、７は保鰻管である。

例えば、外管駆動方式によりパイプ状クラツド材を製造
する場合について説明する。充填物５を内管１に充填し
、内管１の外側に空隙６を設けて外管２をセットする。

外管２の外側及び上部に爆薬５と雷管４をセットする。

雷管４にて爆薬３に点火し、被接合管の内管ＩＫ接合管
の外管２を爆着させていく。爆着完了の状態は、第１図
−Ｃｒｃ示しているが、火薬の爆発力を用いて衝撃的に
接合するため衝撃力に弱い例えばセラミック等を接合す
ることができない。又、接合時に被接合管は大きな変形
をうけるため被接合管は、延性を有する材料に限られる
。又衝撃力を強めるため被接合管と接合管の間に空隙を
設けておく必要がありこのため爆着法では３本以上の管
を一度に接合することができない０ （２）引抜き法（圧延の変形） この方法の特色は引き抜き加工することにより、複数の
パイプを接合することである。

第３図に引抜き法によるパイプ状クラツド材の接合状態
を示す０ １．２Ｖｉ接合したいパイプ、３は引抜キ用ダイス、４
Ｆｉ充填用砂を示す。

ダイス３にパイプ１．２を通すことにより、パイプ径は
ＡからＢ丑で減少する。この径減少過程でパイプ１と２
はそれぞれ外側・内側から圧縮力を受けて接合する。

しかし該方法は材質としては、塑性変形し易い材質同士
の接合に限られるという欠点がある。

（３）　肉盛り法 この方法の特色はパイプ母材の一ヒに肉盛り溶接してい
く工法である。

第４図に本工法によるパイプ状りラッド拐の接合状態を
示す。ＡＪ′ｉ、内面肉盛シ法、Ｂは外面肉盛り法であ
る。１は素材パイプ、２は肉盛層を示す。

しかし該方法は、母材、溶接材の組み合せが限られ、小
径パイプの内面肉盛溶接は施工しにくいという欠点があ
る。

（４）鋳込み法 パイプの内側又は外側に溶けた金属を流し込んだ後機械
加工しパイプ状クラツド材を作る工法である。

第５図に鋳込み法によるパイプ状クラツド材の製造方法
を示す。Ａは内側鋳込み法、Ｂは外側鋳込み法である。

１は素材パイプを示す。内側にクラツド材を鋳込む場合
はパイプ１の内側に溶けた金属を流し込む。外側にクラ
ツド材を鋳込む場合は鋳型３とパイプ１の間に溶けた金
属を流し込む。

しかし該方法は母材・鋳造材の組み合せが限られ、熱衝
撃が大きい為、脆い材質には使えないという欠点がある
。

そこで本発明者は脆いパイプ状材料についてもクラッド
しうる方法を開発すべく鋭意研究の結果、パイプ状クラ
ツド材を製造するに当勺外管と内管の隙間を極力小にな
るように内管を外管に嵌合し、静圧下において高温加熱
して拡散接合（又は共晶拡散接合）することが合目的で
あるとの知見を得、これに基づいて本発明を完成するに
至った。

すなわち本発明は拡散接合による複数材料のパイプ状り
ラッド拐の製造において、クラッド用原材料である内管
を、クラッド用原材料である外管に嵌合してなるものを
、内管の管内部空間並びに外管外部空間のうちのいずれ
か一方又は両方に圧力媒体を適用して静圧を加えながら
、真空又は非酸化性１囲気中で高温に加熱して、内管と
外管を拡散接合させることを特徴とするパイプ状クラツ
ド材の製造法である。

本発明にいう圧力媒体とは、流体を云い不活性なガス体
、液体いずれでもよい。また拡散接合とは固相拡散接合
と液相拡散接合（例えば共晶拡散接合）の両方を意味す
る。

本発明の拡散接合は内管の管内部空間又は外管外部空間
より静圧を加えながら加熱することによって行いうるが
、一方からの静圧だけでは管材に引張応力が作用するの
で、内管の管内部空間と外管外部空間の両方から静圧を
加えるのが好ましい。このように両方から静圧を加える
と管材の変形や割れを気にぜず、かなりの応力をクラツ
ド管の接合面に負荷できるという効果を奏しうる。

また拡散接合の作業を容易化するため、内管の管内部空
間に充填物をつめておき、外管外部空間より静圧をかけ
るようにすることもでき、外管の外方に外管よシも内径
の大きい外筒を設け、外管と外筒の間の空間に充填物を
つめておき、内管の管内部空間に静圧を加えるようにす
ることもできる。

本発明は以下に更に詳細に説明するが、本発明はセラミ
ックと金属のパイプ状クラツド材、脆い金属同志のクラ
ツド材を初め、あらゆる材料のパイプ状クラツド材の製
作に適用しうる。

又、本発明において必要に応じて使用される充填物はケ
イ砂などの耐熱性粒子が好ましい。

以下、第６図Ａ−Ｄ及び第７図Ｅ−Ｈに基き例えばセラ
ミック材とニッケル等の金属を接合し、パイプ状クラツ
ド材を製造する具体例について説明する。

第６図のＡ−ＤＹｉ、内層にセラミック、外層に金属を
接合する手順を示す。又第７図のＥ〜Ｈに内層に金属、
外層にセラミックを接合する手順を示す。

第６図、第７図において、７は、第６図では内層となシ
、第７図で？Ｊ外層となるセラミック材、８け、第６図
では外層となり、第７図では内層となるニッケル等の金
属である。９は、セラミック７の外面又は内面に行うメ
タライジング等の表面処理、１０は第６図に示す加圧部
となる空間１１の外側に設けた例えばパイプの加圧用外
筒、１１）は、真空加熱で加圧さｔｌセラミックと金属
８を接合する加圧部となる空間、１２は、加圧部となる
空間１１の上下に設けた加圧用フタ、１３ｉ、ｉ充填物
、１４は第７図に示す保護用外筒、１５は圧力媒体の送
気孔である。

第６図Ａ−Ｄの具体例を説明するとＡ図に示すように内
層となる士ラミック７を所定寸法にし、外層となる金属
８を、加圧部となる空間１１の加圧用フタ１２を設ける
ためセラミック７の両端より突出するように製作する。

セラミック７と金属８の嵌合時のスキは極力少くする。

セラミック７の金属８と接する外面は金属８との濡れ性
を改善するためメタライジング等の表面処理９を行う。

Ｂ図に表面処理の状態を示す。

次に、金属８をセラミック７の上、下に突出するように
組合せ、加圧部となる空間１１を圧力媒体で加圧できる
ように金属８の外側に加圧用外筒１０をセットする。加
圧部となる空間１１の上、下部には加圧用フタ１２を取
付は圧縮機からの圧力媒体を送気孔１５より供給し圧力
を保つようにする。セラミック７の内側には、充填物１
３を詰める００図に接合前の状態を示す。

次に、加圧部となる空間１１を加圧した状態で、図示し
ない真空雰囲気中加熱をし拡散接合を行う。共晶拡散接
合の場合はあらかじめ接合面にメッキ又はインサート金
属をはさんでおく。

加圧完了後、冷却させセラミック７の内側に充填した充
填物１３及び金属８の外側にある加圧用外筒を除去し、
金属８の上、下をセラミック７の位置まで例えば削シ取
り、Ｄ図の状態で拡散接合が完了する。

第７図のＥ　−Ｈについて説明すると、Ｅ図に示すよう
に外層となるセラミック７を所定寸法にし、内層と々る
金属８を加圧部となる空間１１の加圧用フタ１２を設け
るため、セラミック７０両端より突出るように製作する
。セラミック７の内面にはＦ図に示すようにメタライジ
ング等の表面処理９を行う。

次に、セラミック７の内側即ち加圧部となる空間１１を
加圧できるように送気孔１５をあけたフタ１２で蓋い、
セラ２ツク７の外側に、充填物１３を詰め、保護用外筒
１４を設ける。組合せた状態をＧ図に示す。次に、金属
８の内側の加圧部となる空間１１を加圧した状態で、図
示しない真空雰囲気中加熱を行い、セラミック７と金属
８を拡散接合させる。冷却後加圧治具及び保護用外筒１
４．充填物１３を除去し、金属８の上、下をセラミック
７の位置まで例えば削り取、９Ｈ図の状態で拡散接合が
完了する。

なお本発明の実施例として拡散接合のみで説明したがあ
らかじめ接合面にメッキ、又はインサート金属をはさむ
ことにより共晶拡散接合も行えると共にあらゆる金属に
応用できる。

なお、第６図、第７図において、１１には圧力媒体を送
給し、１３には充填物をつめるように説明したが、１１
に充填物をつめ、１３に圧力媒体を送給するようにして
もよぐ、あるいは両者とも圧力媒体を送給するようにし
てもよい。

そのような場合、それぞれのフタの部分には圧縮機から
の不活性媒体である圧力媒体を送給しうるように当然送
気孔１５が設けられる。更に第６図、第７図においては
、加圧用外筒１０゜保護用外筒１４を設けているが、内
管の肉厚が厚くて剛性であれば、内管の内部空間にかけ
られた圧力は、反作用により外管から内管へにも圧力を
かけることとなるのでこれらは必須のものではなく、セ
ラミック７と金属８の嵌合体を直接、非酸化性雰囲気中
の高温容器中に入れても十分その目的を達成しうる。

実施例 外管として、引掻６０ｍ、内径５０　ｗ＋１．長さ１．
０００ｍｍの炭１鋼鋼管内に、外径５０＊＋＊、内径４
５ｍｍ、長さ１１００ＩＩＩＩ＋１の無酸素銅鋼管（内
管）を嵌合した。

内管（銅）が塑性変形するに要する圧力をＰｃとすると
、 Ｐｃ　＝σ５ｔｎ（ｂ／ａ） σ８；素拐の降伏応力（９００℃における銅の降伏応力
は約１ｋｇ／調２） ａ；内管半径に＼では４５均／２） ｂ；内管外径に＼でＶｉ５ｏｍ／２） 従ってＰｃ中０．１ｋｇ／簡２中１０ｋｇ／鐸２である
。

又、鋼と銅を接合するに要する圧力は、９００℃でｓ　
ｋｃｇ／ｃｍ”あれば十分であるので、この場合１５　
ｋｇ／ａｎ”　（１０ｋｇ／ｃｒｎ”　＋　５　ｋｇ／
ｃｎ＋”　）の圧力があれば外管と内管は十分に拡散接
合される。

前記嵌合管を不活性ガス「囲気下にある９００℃の炉の
中に入れ、内管の内部空間に不活性ガス（Ａｒ）を内管
内壁に１５ｋｇ／儒鵞の圧力が加わる状態で１５〜６０
分間保持したところ、内管と外管は十分に拡散接合され
念。

本発明は下記の効果を奏する。

（１）　加圧と加熱及び接合部の雰囲気制御を行うこと
によシバイブ状クラツド材を静的に製造できる。

（２）パイプ状クラツド材を静的に製造できるため例え
ばセラミック等の脆い材料と金属の組合せによるパイプ
状クラツド材の製造が可能となる。

（３）拡散接合の最適温度を調整することにより３層以
上のパイプを一度に接合することが可能となる。

（４）金属と金属の組合せによるパイプ状クラツド材製
造も可能である０

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は従来法によるパイプ状クラツド材の製
法を説明するもので、第１図、第２図は爆着法、第３図
は引抜き法、第４図は肉盛り法、第５図は鋳込み法であ
る、第６図及び第７図は本発明の拡散接合法の実施態様
を説明する図である０ 復代理人　内　１）　明 復代理人　萩　原　亮　− 咽 はつ 狭

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 拡散接合による複数材料のパイプ状クラツド材の製造に
   おいて、クラッド用原材料である内管を、クラッド用原
   材料である外管に嵌合してなるものを、内管の管内部空
   間並びに外管外部空間のうちのいずれか一方又は両方に
   圧力媒体を適用して静圧を加えながら、真空又は非酸化
   性芥囲気中で高温に加熱して、内管と外管を拡散接合さ
   せることを特徴とするパイプ状クラツド材の製造法。