JPS6297784A - 管の突合せ接合法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は拡散接合による管の突合せ接合法に関し、な
かでも特に建築現場等の現場作条に適し几手軽で確実な
接合法に関する。

（従来の技術） 最近、建物と付帯設備の寿命格差が問題となっている。

このため、配管材料の選定に際しては、耐久性の良い強
靭なステンレス鋼の特性を生かす新技法の研究開発が進
められている。ステンレス鋼管の突合せ接合については
、チューブラエルダーによる面溶接が周知であシ、現在
国内に普及しているｌ＠接機としては米国アストロアー
ク社製自動チューブパイプ溶接機、アークマシン社のＴ
工Ｇチューブパイプ自動溶接機等があるが、いずれも高
価であるのが欠点である。この几め、米国でも主として
宇宙開発、航空機、原°子発電、沿岸警備高速艇環シビ
ャーな条件を求められる機器用配管の溶接にしか用いら
れておらず、建築配管用溶接の技術としては過剰品質、
過剰価格である。

一方、複雑な内孔を有する高温ガスタービン翼等の附熱
超合金の接合法として拡散接合法が知られている。拡散
接合法には被接合部にインサート材を挾むものと挾まな
いものとの２種類があるが、前者の接合法はインサート
材を挾むことにより加圧力が少なく、接合に要する時間
も短いといった利点を持つことから、上述したステンレ
ス鋼管の建築配管技法としての適用が考えられる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、従来の拡散接合による管の突合せ接合法は、
被接合部に非晶質リボン等からなるインサート材を介在
させた後、定荷重加工装置により圧力を加えながら加熱
する関係上、大掛りな加圧装置を必要とし、建築配管用
等の現場使用には適さない。

本発明は加圧装置を用いない簡便で現場使用に適し次拡
散接合による管の突合せ接合法を提供することを目的と
する。

また従来の拡散接合による管の突合せ接合法として、例
えば第１段で９００°Ｃで３　ｋＱｆ７．ｉで加圧した
後第２段としてインサート材の液相温度で１ｋｑ身−で
再加圧する２段加圧の方法が知られているが、不発明の
突合せ接合法は加圧装置なしでこの２段加圧に匹敵する
厳密で好ましい圧力管理を可能とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところを、第１図および第２図の原
理図を参照して述べれば、インサート材（３）を挾んだ
状態で管端を突合せた２不の被接合管（３）（Ｂ）ｅ、
連結体（１）にて結合され九一対のクランプ機構（ａ）
（ｂ）にてそれぞれ挾持し、この状態で前記被接合管（
Ａ）（Ｂ）をその突合せ部（５）近傍を加熱装置（４）
にて加熱することにより拡散接合することを特徴とする
管の突合せ接合法にある。

拡散接合時間短縮の九め被接合管（Ａ）ＣＢ）間に介装
させるインサート材（３〕としては接合部の強度品質保
証を図るうえで該接合部に酸化物等を残存させる虞れの
ない非晶質金属箔の使用が望ましい。

インサート材（３）の固定方法としては被接合管ＣＡ）
■の間にはさんで固定する方法又はインサート材（５）
を管端接合面に予めスポラ）ｆｆｌ接で固定する方法等
がある。

接合雰囲気は真空下、アルゴン、窒゛素、ヘリウム、水
素等の保護ガス雰囲気とするのが好ましい。

第１図において０Ｏは接合部（５）ヲこれらの雰囲気に
保持する友めのシールドカバーである。

、インサート材（３）と被接合管ＣＡ）＠間の相互拡散
時間は、インサート材（３）の厚さに大きく依存してお
シ、インサート材（３）の厚さはその拡散接合を例えば
Ｔ工Ｇ溶接法等による場合の所要時間である３〜５分間
と同等ｌ時間内に完了させ、かつその完了時において接
合部強度確保上インサート材（３）の合金層が接合面部
に残存しないようにするためには７０μｍ以下とするの
が好ましい。

加熱装置（４）はその種類を問わないが、図示の如き高
周波コイルを使用したものは装置規模が小さく、現場使
用では特に推奨されるものの１つである。

被接合管囚但）の挟持手段については、後の具体例のと
ころで詳しく説明する。

（作用） 本発明の突合せ接合法において、クランプされた被接合
管＜Ａ）（Ｂ）の突合せ部（５）近傍を加熱すれば、例
えば２ｇ　ａ図に破線で示すように加熱開始と同時に被
接合管（Ａ）ＣＢ）の軸方向の熱膨張による応力が突合
せ接合面に発生する。この応力は接合面の表面荒さに起
因する間隙をなくする。しかる後、この応力は突合せ部
（５）の加熱による軟化により緩和され、加圧中は一定
の加圧力を保持したかたちとなり、インサート材（３）
を溶解させて被接合管（３）■を拡散接合する。この加
圧パターンは他ならぬ前述した２段加圧であシ、接合面
の間隙表面荒さの影＠を排除し良好な密着性が得られる
ことになる。

ま念被接合管（Ａ）（ａのクランプ力を調整しｔシ、ク
ランプ機構に工夫を加えることによシ広い範囲の積極的
な圧力調整も可能になる。

なお金属管の接合に拡散接合を導入した例として、拡散
接合によるクラツド鋼管の製造がある。

これは例えば特開昭５９−１５９２８４号公報に記載さ
れているように、内管と外管の間にインサート金属を介
在させた後、加熱して内管の管径方向の熱膨張で外管に
拡散接合させるもので、加圧装置を使用しない点で本発
明の突合せ接合法と共通する。しかしながらクラツド鋼
管の製造は内管の径方向の熱膨張を利用したもので、管
軸方向の熱膨張を利用する不発明の突合せ接合法と根本
的に異なるのみならず、クラツド鋼管の製造では内管と
外管の熱膨張差を用いるため材料の選択に制限があシ、
かつ積極的な加圧管理は望み得す、不発明の突合せ接合
法の如き汎用性は持ち合せない。

（具体例） 次に本発明の突合せ接合法に使用する装置についてその
使用手順と共に説明する。

第３図は同装置の一つを示すもので、イ）図は正面図、
（ロ）図は側面図を示す。この装置は連結体（１）の両
端のクランプ機構（ａ）（ｂ）がボ＃　）　（９）とピ
ンαυにて管端ＧＡ）ＣＢ）を締付けるようになってい
る。連結体（１）の中央にはその軸方向に加わる力を測
定するためのロードセ／Ｌ／（８）が設けである。

この装置を用いて不発明の突合せ接合法を実施するには
、被接合管（８）（至）の管端をその間にインサート材
（３）全挿入し次状態でクランプ機構（ａ）　（ｂ）に
取付けてボ／＆　）　（９）をトルクレンチにて締付け
る。トルクレンチの締付トルりを大に調節すれば軸方向
の移動を許さない完全クランプとなり、その締付トルり
を弱く調節すれば管の軸方向の移動を許容する程度のク
ランプの強さを与えることができる。

取付は後、突合せ部を加熱コイル等によって加熱して接
合させるが、このとき接合部に発生する軸方向応力は上
述した完全クランプの場合と、そうでない場合とで異な
る。

第４図は完全クランプの場合で、接合部の加熱温度が経
過時間と共に変化する傾向を加熱曲線（６）にて示し、
夢合部に生じる軸方向応力を曲線（７ａ）にて示してい
る。同図によれば加熱開始と同時に管軸方向の熱膨張に
よる加圧応力が接合部に発生している。この応力は接合
面の表面荒さの間隙を平坦にする働きがある。この管軸
方向の熱膨張による加圧応力は加熱温度が保持の状態に
なつ之時点で材料の軟化により緩和され、加熱保持期間
中、一定の加圧応力を保持したかたちとなる。次いで加
熱温度を降下させると、冷却過程で材料の収縮が始まり
、上記加圧応力は引張応力に耘する。この引張応力は接
合部強度の約十程度であるから、接合部に悪影響を与え
るものではない。

この完全クランプ法では、熱膨張による加圧応力曲線（
７ａ）の昇温パターンは前記従来法の２段加圧法に匹敵
する効果をもつものであり、接合面の間隙、表面荒さの
影響を受けず密着性が良好であり、しかも従来法の定加
重加圧法と同様に塑性変形の小さい接合部を得ることが
出来る。

第６図は被接合材ＣＡ）（Ｂ）のクランプを軸方向移動
を許容する程度に調整した場合の温度と圧力の関係を示
している。加熱曲線（６）は前記完全クランプ（第４図
）のときと同様であるが、加圧応力曲線（７ｂ）が異な
る。すなわち完全クランプの場合は昇温時に加圧応力、
降温時に引張応力が比較的大きな値で生じたが、完全ク
ランプでない場合は、被接合材（Ａ）＠のクランプ力の
調整によって上記加圧応力および引張応力を任意に低下
させることができ、その結果、接合部ふくらみ（第５図
）を接合部断面積の１％以内に抑えるようにすることも
可能である。

管の軸方向移動を許容する材料挾持は、被接合管（Ａ）
［Ｆ］）の両側のクランプ機Ｇ４Ｍ３−＞（ｂ）で行っ
てもよいし、あるいは片側のクランプ機構（ａ）または
（至）で行ってもよい（このとき他の片側は完全クラン
プ機構となる）。両側のクランプ機構（ａ）（ｂ）で材
料移動を許容する場合は、被接合管（３）（ト））の移
動の許容に必要な「ゆるめ分」を左右で振り分けること
になる。

第７図は他の装置例を示すもので、イ）図は正面図、（
ロ）図はＡ−Ａ断面図である。この装置は基本的には連
結体（１）の端部のクランプ機構（ａ）　（’ｂ）をポ
ル）ＯＱとナツトαυで締付ける構造であるが、特にそ
のポμ）００に改良を加えてあり、（ハ）図にそのボル
トａ（］、ナツトＯＧの拡大口、に）図にポルト幹部の
Ｂ−Ｂ断面を示している。

この装置例はクランプ機構れ】（′ｂ）での材料挾持を
ボルトト００、ナツトＯＧの締付力を調節して完全クラ
ンプにも、軸方向移動許容クランプにもなし得るもので
、ボルトＱｑ、ナツトαつの締付力をボルト幹部に取付
けた歪ゲージ０２にて測定しながら加減調節するもので
ある。

第８図はさらに他の装置例を示すもので、（（イ）図は
正面図、（ロ）図はＣ−Ｃ’断面である。この装置では
片側のクランプ機構（′ｂ）をインレイ０８）により連
結体（１）に沿って移動可能としである。（１４）は連
結体（１）の片側にポル）Ｈ等にて固着された固定片で
、クランプ機溝（′ｂ）の連結体（１）の外側への移動
を防止しその内側方向へのみ移動を許す。締めねじ０７
）はりランプ機構中）の連結体（１）に対する摩擦係数
をその締付力にて調整するためのものである。この装置
によれば加熱昇温時の熱膨張による圧縮応力は完全クラ
ンプの場合と同じであるが、冷却時の収縮による引張応
力はインレイ０綽が滑動のときはゼロになり、インレイ
（至）が摩擦係数を持つときはその値に応じて冷却時の
引張応力を軽減させる。

（実施例） 不発明法による接合性能が充分なものかどうかを次に記
す実施例１．実施例２、実施例８、実施例４と従来法と
の比較試験により確めた。

試験に使用した被接合管の化学成分を第１表に示す。

試験に使用したインサート材（アモルファス材）の化学
成分を第２表に示す。同表にてＭＢＦ−１５、ＭＢＦ−
８０、ＭＢＦ−７５、ＭＢＦ−８０は市販品でアラ。

イド・ケミカル社製の商品名でアシ、試作１〜６は表に
示す化学成分をもつ素材を溶湯の超急冷法によって８０
〜６０　Ｐｍ厚みの非晶質リボンとして不発明実施に当
り特別に試作し次ものである。

従来法は上記被接合管およびインサート材を使い定加重
装置にて外から加圧を加えながら被接合部近傍を加熱し
接合したものである。加熱温度は１０４０〜１２００°
Ｃ１加熱時間は５分、加圧応力は１．０　ｋｇｆ／、ｉ
とした。

これに対し実施例１は連結体の両端のクランプ機構（ａ
）（至）を締付ポルトをトルクレンチにて材料を完全ク
ランプの状態に締付けた状態で前接合部付近を加熱して
第４図のような加圧曲線を得た場合である。

ま之実施例２は連結体の両端のクランプ機構（ａｌ（ｂ
）の締付ボルトの締付力の調節によシ軸方向移動を許容
する程度のクランプ（フリークランプ）の状態にして、
第６□□□のような加圧応力曲線を得几場合である。

被接合管の材質はいずれもＳＵＳ　８０４とし、管接合
部の加熱方法は高周波加熱コイルとアルゴンガスシール
ドの併用によった。

第８表にこれらの比較試験結果を示す。接合性能は管の
接合部より採取し７’ｃ２２．２　／　Ｘ　１　ｔ（ｙ
ｍ）の試験片に常温引張試験を施して得几引張強さく＃
ｆ／−）、伸び（％）、絞シ（％）によった。

第３表にて明らかなように本発明の方法を使った実施例
１および実施例２については、加圧応力は昇温時で８〜
１２ｋｇルー、加熱保持時に１．０〜１．５　＃ｆ／ｌ
ｌＩが得られ、従来法の定加重加圧装置を使った場合の
加圧応力１．０＃ルーとほとんど同程度の変らない値が
得られ、かつ接合部のふくらみも従来法と同様に少なく
、管の接合部における塑性変形率（ふくらみの断面積と
管母材の断面積との比の増加分）を１％以内の小さな値
に押え得之。

ま九本発明法の実施例１、実施例２とも従来法と同様の
常温引張試験の引張強さ５５〜５９に９身−１伸び４０
〜５５％、絞り５４〜４６％の範囲内を保証することが
できた。

第４表は他の比較試＠を示したもので、接合母材として
はＳＵＳ　３０４．５ＵＳ３０４Ｌ、５ＵＳ３１６．５
ＵＳ３１６Ｌの４鋼種、インサート材は試作６（第２表
）を接合面の断面形状に打ちぬいて使用し九〇 実施例３は完全クランプの状態で管接合部付近を加熱し
て第４図の加圧応力曲線を得た場合、実施例４は軸方向
の移動を許容するクランプ（フリークランプ）の状βり
で管接合部付近を加熱して第６図のような加圧力曲線を
得た場合である。なお従来法は第８表のときと同じ手法
で行った。

第４表にみられる通り不発明法の実施例３と実施例４に
ついては不発明法の加圧応力は昇温時で８〜１２＃シー
、加熱保持時に１．０〜１．５　ｋｇｆ／ｇＪが得られ
、従来法の加圧応力１．０　”ｆ／７とほとんど同程度
の変らない値が得られ、かつ接合性能を示す常温引張試
験では引張強さは５６〜５９　ｋ’ｉｆ／ｄ、伸びは４
５〜５０％、絞υ４６〜５０％の範囲内に各々あった。

すなわち、不発明方法（実施例３、実施例４）によれば
従来法と同様のすぐれた接合性能が保証され得た。

なお不発明の適用材としての被接合母材は５ＵＳ３０４
．５ＵＳ３０４Ｌ、　ＳＵＳ　８１６．５ＵＳ８１６Ｌ
に何ら限定されるものでなく、オーステナイトステンレ
ス鋼を始め、線膨張係数の高い材料（通常θ〜６５０°
ＣでｌｌＸｌ０−’以上）であればいずれもが適用され
得るものである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は構造が簡単で
、かつ簡単に操作されるクランプ機溝を使うことによっ
て容易に接合強度穴で、接合ふくらみの小さい接合部を
得ることができ、建築用配管等の現場施工に対する施工
能率向上に対する効果は４’ＪＡめで大きいものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は不発明の詳細な説明する模式側面
図、第３図は本発明の装置例の一つを示し、（イ）図は
正面図、（ロ）図は側面図、第４図は接合材を完全にク
フンプし九ときの加圧応力を説明する線図、第５図は管
接合部のふくらみの説明図、第６図は接合材を軸方向移
動を許容するクフンプ力にし友ときの加圧応力を説明す
る線図、第７図は他の装置例を示しイ）図は正面図、（
ロ）図はＡ−Ａ断面図、（ハ）図はボルトト、ナツト拡
大図、に）図はＢ−Ｂ断面図、第８図はさらに他の装置
例金示し、イ図は正面図、幹）図はＣ−Ｃ断面図である
。 １：連結体、ａ、ｂ　：クランプ機構、８：インサート
材、Ａ、Ｂ　：被接合管端、４：加熱コイル、５：突合
せ部、６：加熱温度曲線、７ａ、７１）：加圧応力曲線
、８：ロードセル、９：固定ポ／＆）、ｌＯ：締付ボル
ト、ｌｌ：ビン、１２：歪ゲージ、１８：コーティング
、１４：固定片、１５：ナツト、１７：締めねじ、１８
：インレイ、１９：シールドカバー、２０：ボルト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）インサート材（３）を挾んだ状態で管端を突合せ
   た２本の被接合管（Ａ）（Ｂ）を、連結体（１）にて結
   合された一対のクランプ機構（ａ）（ｂ）にてそれぞれ
   挾持し、この状態で前記被接合管（Ａ）（Ｂ）をその突
   合せ部（５）近傍を加熱することにより拡散接合するこ
   とを特徴とする管の突合せ接合法。