JPH0242588B2

JPH0242588B2 -

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Publication number: JPH0242588B2
Application number: JP3476484A
Authority: JP
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1990-09-25
Also published as: JPS60177969A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、Ti−Al二重管とTi管板との組付方
法に係り、特にAl（アルミニウム）材料からなる
Al外管内面にTi（チタン）材料からなるTi内管を
圧着せしめてなる二重管を、目的とする凝縮器な
どの機器のTi管板に効果的に組み付ける方法に
関するものである。

従来から、凝縮器乃至は熱交換器における伝熱
管として、内管として耐食性のある薄肉のTi管
を用い、一方外管にTiとは異なる金属材料、す
なわちAl材料からなる管を用いて、該Al外管内
面に前記Ti管を圧着せしめたTi−Al二重管、所
謂Ti内張二重管を使用することが検討されてき
ている。そして、このような二重管を用いた凝縮
器にあつては、構成材の特性、すなわちフイン付
きAl管（外管）における作動流体凝縮時の高伝
熱性能、薄肉Ti管（内管）における高い海水耐
食性等の特徴を生かして、かかる二重管の管内に
は、海水又はそれと同等の腐食性を有する流体
（冷却流体）が、また管外面には、Al材料の腐食
の問題を考慮しなくてもよいような凝縮性の流体
（高温流体）が、それぞれ流通せしめられるよう
にした熱交換構成が採用されている。具体的に
は、この二重管を用いた凝縮器としては、凝縮性
作動流体としてアンモニアやフロンを用いた海洋
温度差発電用凝縮器、縦型のフロン・タービン・
コンデンサ及びLNGの液化装置のコンデンサ等
が挙げられるのである。

ところで、かくの如き二重管の前記凝縮器にお
ける装着は、一般に該凝縮器の缶体内を仕切る管
板に取り付けられることによつて行なわれ、該管
にて仕切られた室内に導かれた海水等の腐食性の
冷却流体が、該管板に取り付けた二重管の管内を
流通せしめられるようになつている。そして、こ
のように、管板も腐食性の冷却流体に晒されるも
のであることから、かかる管板をTi材料にて形
成することが望ましいのであるが、かかるTi管
板を用いた場合において、それと前記Ti−Al二
重管との間の組付けに、幾つかの解決すべき問題
が内在している。すなわち、このような二重管と
Ti管板との組付けに際しては、従来より採用さ
れている管と管板の接合方法、例えば、機械的拡
管、シール溶接などの技術が適用できると考えら
れるが、それらにはそれぞれ種々の欠点が内在し
ているのである。

すなわち、機械的拡管手法によつてTi−Al二
重管とTi管板とを組み付ける場合においては、
該二重管の端部が機械的に拡管されて、管板の取
付穴の内面に圧着されるに過ぎないものであると
ころから、それらの組付け部はリーク・タイトで
なく、また熱伝導性が低く、更には取付け強度の
点で信頼性に欠ける問題を有する他、かかる二重
管の外管を構成するAl材料が該二重管の管端面
に露出し、これが、該二重管内を流通さしめられ
る腐食性の流体によつて腐食される問題があり、
このためかかる二重管の管端面に適当な防食塗装
や、該管端面をカバーする保護キヤツプを装着せ
しめる必要がある等の問題がある。

また、シール溶接、換言すればTi−Al二重管
をTi管板の取付穴に挿入した後、該二重管の端
部を、その周方向に沿つてTi管板に溶接せしめ
る円周溶融溶接の場合にあつては、溶接棒として
Ti溶接棒が用いられると、溶接部にAl−Ti系の
脆弱な合金層が形成され、割れが発生して、健全
な溶接部が得られない。このため、溶接棒として
は、外管構成材料であるAlの溶接棒を用いなけ
ればならず、これによつて溶接部に耐食性に劣る
Al材料が融合せしめられることとなつて、そこ
に著しい腐食を惹起する問題がある。また、この
ような溶接部の腐食を防止するために、かかる溶
接部をカバーする保護キヤツプ等を設けたりする
と、そのための組付け工数の増大を招き、また作
業も面倒となつて、コストアツプの要因ともなる
のである。

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つて、その目的とするとこ
ろは、Ti−Al二重管とTi管板との有利な組付方
法を提供することにあり、また他の目的とすると
ころは、リーク・タイトであり、且つ熱伝導性が
改善された継手が得られ、また取付け強度の点に
おいても信頼性が高く、更には腐食の点において
も何等問題のない取付部を与え得る組付方法を提
供することにある。

そして、かかる目的を達成するために、本発明
にあつては、Al材料からなるAl外管内面にTi材
料からなるTi内管を圧着せしめてなるTi−Al二
重管のTi管板に対する組付方法において、(a)か
かるTi−Al二重管を構成するAl外管をTi内管よ
りも所定長さ：l₁分だけ管端から短くして、該Ti
内管のみが管端部に存在するようにする工程と、
(b)該Ti−Al二重管の管端部分の外周にTi材料か
らなるTiカラーを嵌挿せしめ、該管端から所定
長さ：l₂（但し、l₂＞l₁）にわたつて、該Tiカラー
にて前記二重管の管端部外周面を覆う工程と、(c)
該Tiカラーの前記Ti−Al二重管の管端側とは反
対側の端部と、該Ti−Al二重管のAl外管とを、
溶融溶接せしめて、該Tiカラーを該Ti−Al二重
管に対して固定せしめる工程と、(d)かかるTiカ
ラーの固定されたTi−Al二重管を、前記Ti管板
の所定の取付穴に嵌挿して、その取付位置に配置
せしめる工程と、(e)該Ti−Al二重管の管端部に
位置する前記Tiカラー及びTi内管の端部と前記
Ti管板とを溶融溶接せしめ、それらを一体的に
固定する工程とを、含むように構成したのであ
る。

すなわち、かかる本発明に従えば、Ti−Al二
重管の先端部のAl外管部分が内側のTi内管より
も所定長さ：l₁だけ短くされ、そしてその外周部
にはTiカラーが配置せしめられることにより、
かかる二重管の先端部分がTi材料のみから構成
されることとなるために、同様にTi材料からな
るTi管板に対して通常のTi材料に対する溶融溶
接を行なうことができ、更にこれによつて、その
溶接部に他の金属との合金層を形成することな
く、健全な溶融溶接部が得られ、以てリーク・タ
イトな組付構造と為し得るのであり、またこれに
よつて熱伝導性も高められ、更に組付け強度の点
においても、信頼性が著しく高められ得たのであ
る。

加えて、かかる溶融溶接によつてTi−Al二重
管の管端部とTi管板との間に形成される溶接部
は、実質的にTiよりなるものであるところから、
それが海水などの腐食性の冷却流体に晒されたと
ころで、それが腐食する等の問題は殆ど生ずるこ
とがないのであり、このためかかる溶接部に従来
の如き防食塗膜を施したり、保護キヤツプを装着
せしめたりする等の対策を採る必要も全くないの
である。

以下、本発明の実施例を示す図面を参照しつ
つ、本発明の構成を更に具体的に明らかにする。

まず、第１図は、本発明方法の一実施例を示す
工程図であり、そこにおいて、２は、Ti−Al二
重管であり、かかる二重管２は、Al材料（Al若
しくはその合金）からなるAl外管４と、Ti材料
（Ti若しくはその合金）からなるTi内管６にて構
成されており、従来と同様にして、Al外管４の
内面にTi内管６が圧着せしめられている。なお、
Al外管４は、目的とする二重管２が凝縮管とし
て使用される場合にあつては、その外周面にフイ
ンを有していることが望ましく、図示の例にあつ
ては、第２図に示されるように、所定高さのフイ
ン８の複数本が互いに平行に管軸方向に一体的に
設けられている。尤も、このフイン８は、かかる
Al外管４の管周方向に１本ないしは複数本の割
合で設けるようにすることも可能である。

ところで、このような構成のTi−Al二重管２
において、本発明では、このAl外管４をTi内管
６に対して所定長さ：l₁分だけ管端から短くする
のである。このAl外管４の短縮手法としては、
一般に、かかるAl外管４長さ：l₁分だけ切除する
手法が効果的に採用されるが、その他、Ti−Al
二重管２の製作に際して、Ti内管６をl₁分の長さ
だけ、Al外管４よりも突出せしめて圧着せしめ
ることにより、形成する方法なども採用すること
が可能である。

また、このように短縮されたAl外管４には、
機械加工が施されて、その外周面が端部より所定
長さ：l₄にわたつて除去せしめられている。特
に、このような外周面の除去は、かかるAl外管
４にフイン８が設けられている場合に有効であり
そのような場合には、かかるフイン８を少なくと
も含むように、該Al外管４の外周面に除去され
ることとなる。尤も、このようなAl外管４の外
周面の除去は、後述するように、嵌挿せしめられ
るTiカラーを受け入れるための部分ともなるも
のである一方、Tiカラー１０は、Ti材料からなる円筒
体形状のもの（ストレートカラー）であつて、そ
の一端には、図示の如く、Al外管４との溶接の
ための所定の開先形状を与える面取り部１２が形
成されており、前記Al外管４の外周面除去部分
の端部に設けられた面取り部１４との間におい
て、Ｖ字型の開先を与えるように構成されてい
る。なお、かかる開先形状はＶ字型に限られるも
のではなく、他の各種の形状が適宜に選択される
ことになる。また、このTiカラー１０の軸方向
長さ：l₂は、Al外管４の短縮長さ：l₁よりも大き
くされているのである。

従つて、かかるTiカラー１０がTi−Al二重管
２の管端部からその外周部に嵌挿せしめられる
と、かかる二重管２は、Tiカラー１０により、
そのAl外管４の短縮部分（l₁）及びその外周面除
去部分（l₄）にわたつて、その外周面を覆われる
こととなる。なお、ここでは、嵌挿せしめられた
Tiカラー１０の端面は、二重管２のTi内管６の
端面と略一致するようにされているが、かかる
Tiカラー１０の端部をTi内管６よりも管軸方向
外方に所定量突出せしめ、換言すればl₂の長さが
l₁とl₄との合計長さよりも一定量大となるように
すれば、そのような突出したTiカラー１０の部
分は、後述するTi管板との溶融溶接の際に有効
な溶加材となり得るのである。

そして、このようにTiカラー１０が外周部に
嵌挿せしめられた二重管２にあつては、かかる
Tiカラー１０の二重管の管端側とは反対側の端
部において、かかる二重管２のAl外管４との間
で、図示の例ではTiカラー１０の面取り部１２
とAl外管４の面取り部１４との間において、所
定の溶融溶接を行なつて、かかるTiカラー１０
をTi−Al二重管２に溶接部１６で固定せしめる
のである。

なお、かかるAl外管４とTiカラー１０との溶
融溶接に際して、特にそれらの突合わせ部１２，
１４には、適当な前処理、例えばアセトン脱脂、
化学洗浄、或いは機械的研磨などを施し、溶接部
分を清浄化して、その表面調製が適に実施され
る。

また、本発明にあつては、かかるAl外管４と
Tiカラー１０との溶接手法として、特に、シー
ルド・ガスとしてアルゴンを用い、且つ溶加材と
してAl若しくはその合金、リン銅ろう、又は20
％以上のAlを含む銀合金（銀含量が80％以下と
なる）を用いる一方、直流正極性電源（DCSP）
若しくは交流電源（AC）によるTIGアークを熱
源として用いて実施し、これによつてAl外管４
側部分及び溶加材のみを溶融せしめ、かかるAl
外管４に接合される前記Tiカラー１０側部分の
溶融を実質的に惹起させることなく、それら両材
料を接合せしめる手法が好適に採用されることと
なる。

けだし、このような所定の溶接手法の採用によ
つて、Al材料とTi材料の異種金属同士の有効な
接合が行なわれ得て、その溶接部１６に溶接割れ
や融合不良などの問題が内在しない健全な接合部
を得ることができるからである。なお、かかる所
定の溶融溶接手法の採用の後に、溶接部１６の最
終層を形成する場合には、必要に応じて、熱源と
してAC・TIGアークを用いて、溶加材なしにて
仕上げが行なわれることがある。

次いで、このようにしてTiカラー１０が管端
部分に固定されたTi−Al二重管２は、図示のよ
うに、Ti材料からなる所定のTi管板１８の取付
穴２０に嵌挿せしめられて、所定の取付位置に配
置せしめられた後、、かかる二重管２の管端部に
位置するTiカラー１０及びTi内管６の端部と、
かかるTi管板１８の取付穴２０の周縁部との間
において、溶融溶接が行なわれ、それらが一体的
に接合せしめられることとなるのである。この二
重管２とTi管板１８との結合のための溶接操作
としては、一般にシールド・ガスとしてアルゴン
などの不活性ガスが用いられる一方、直流正極性
（DCSP）・TIGアークを熱源として実施される、
通常のチタン材料に対する溶融溶接手法が採用さ
れ、またその際の溶加材としては、それを全く使
用しない場合の他、Ti若しくはその合金からな
る溶加材を用いて溶接が行なわれる場合もある。
なお、このような溶融溶接に際しても、前述の
Al外管４とTiカラー１０との溶接操作の場合と
同様に、適切な前処理が溶接箇所に対して適宜に
実施されることとなるのである。

このように、二重管２のTi管板１８への取付
けには、従来からTi材料の接合に用いられてい
るアーク溶接手法が好適に用いられ得、それは、
また、工場内あるいは現場で容易に溶接施工され
得るものである。この時、二重管２の端面、換言
すればTiカラー１０の端面や管板１８の溶接予
定部（取付穴２０の周縁部）に、適宜、開先を設
けて、溶込み形状を調節するのが有効であり、図
示の例においては、Ti管板１８の取付穴２０の
周囲に沿つて溝２２が設けられ、所定の開先部と
されているのであり、そしてこの開先を設けた取
付穴２０の周縁部と、二重管２の先端部のTiカ
ラー１０及びTi内管６とが、アーク溶接手法に
よつて溶接され、該二重管２の管端部が、Ti管
板１８に対して完全に円周溶融溶接せしめられる
のである。

なお、かかる二重管２とTi管板１８との溶接
操作に先立つて、該Ti管板１８の取付穴２０内
に挿入された二重管２の先端部分に対して適度の
拡散操作を加え、該取付穴２０の内面に、該二重
管２の先端部分を圧着しておくことも有効であ
る。

そして、このようにして、Ti−Al二重管２が、
その先端部のTi材料のみから構成されるTi内管
６及びTiカラー１０部分において、Ti管板１８
に溶接せしめられて、組み付けられるものである
ところから、その溶接部２４は実質的にTiのみ
にて形成されることとなり、それ故腐食性の冷却
流体に晒される溶接部に従来の如き脆弱な合金層
が形成されることは全くなく、それ故極めて健全
な溶接部２４を得ることができるのである。しか
も、二重管２とTi管板１８とは、溶接によつて
取り付けられているところから、それらの取付け
は、リーク・タイトとなることは勿論、熱伝導性
においても改善され、また取付け強度においても
信頼性が高められ、更に溶接部２４がTiにて形
成されるところから、かかる溶接部の腐食に対す
る耐久性が効果的に改善され得たのである。

なお、かかる本発明に従う工程において、Al
外管４のTi内管６に対する短縮長さ：l₁は、二重
管２のTi管板１８への溶融溶接時において、Al
外管４のAl材料が溶接部２４のTi材料に融合し
ないように選定されることとなるが、一般に、大
略10mm程度の長さとされることとなる。

また、Al外管４の外周面除去長さ、一般には
フイン８の徐去長さ：l₄は、上述のAl外管４の短
縮長さ：l₁及びTi管板１８の厚さを勘案して設定
されることとなる。例えば、図示の例において
は、Al外管４とTiカラー１０との溶融溶接部１
６が、管板１８の端部から少し離れた場所に配置
されるように選定されているが、必ずしもこれに
限られるものでは決してなく、そのような溶融溶
接部１６がTi管板１８の取付穴２０内に位置し
ていても、何等差支えないのである。

さらに、Tiカラー１０の長さ：l₂は、一般に、
Al外管４の外周面除去部分の長さ：l₄とその短縮
長さ：l₄との合計長さより選定されるが、前述し
たように、それらは必ずしも同等にする必要はな
く、例えばTiカラー１０の長さ：l₂を所定量長く
することによつて、Ti管板１８から突出させて、
溶接部２４の形成に際しての溶加材として用いる
ことも可能である。

また、第３図に示される本発明の他の実施例に
おおいては、上述の実施例で用いられるストレー
トカラー１０とは異なり、Tiカラーとして、内
径が端部から所定長さ：l₃分だけ小さくされた、
換言すればl₃分だけ肉厚を厚くして、内径に段差
を設けたバルブ付カラー２６が用いられている点
において、大きな特徴がある。

すなわち、このバルブ付きカラー２６のバルブ
（肉厚）部分２８は、第３図に示されるように、
前記l₁長さだけ短くされたAl外管４部分に位置す
るように、前記Ti−Al二重管２に対して嵌挿せ
しめられるのである。従つて、このバルブ部分２
８がAl外管４の短縮部分に位置せしめられる限
りにおいて、該バルブ部分２８の長さ：l₃は、Al
外管４の短縮長さ：l₁よりも小さくする必要があ
り、一般に短縮されたAl外管４の端面とバルブ
付カラー２６のバルブ部分２８との間には、所定
の長さ：l₅の空隙３０が形成せしめられるように
される。すなわち、l₁−l₃＝l₅となる間隙が形成
されるのである。

このように、Tiカラーとしてバルブ付カラー
２６を用い、二重管２の管端部に形成されるTi
内管６とTiカラーとの間に形成される隙間をバ
ルブ部分２８にて埋めることによつて、かかる二
重管２とTi管板１８との溶接をより効果的に行
ない得ることとなり、そこに形成される溶融溶接
部２４の性状をより一層向上せしめることが可能
となるのである。特に、このようなバルブ付きカ
ラー２６の使用は、Ti内管６が薄肉であり、ま
た嵌挿せしめられるTiカラーと該Ti内管６との
間に形成される隙間が大となる場合において、極
めて有効である。

なお、かかるバルブ付カラー２６のバルブ部分
２８の長さ：l₃は、それとAl外管４の管端との間
に形成される空隙長さ：l₅を勘案して選定される
こととなる。この長さ：l₅の空隙３０は、図示の
如きバルブ付カラー２６を用いた場合において、
管板１８に嵌め込んで、拡管した時におけるAl
外管４の変形量をこの空隙３０で吸収しようとす
るものであり、必要に応じて、かかる空隙３０が
適宜に設けられることとなる。

また、かかる第３図の実施例においては、Ti
カラーとしてのバルブ付カラー２６は、そのカラ
ー部分とバルブ部分２８とが一体に形成されてい
るが、これに代えて、バルブ部分とカラー部分と
を別体とし、そのようなバルブ部分に相当する
Tiスリーブ若しくはTiインサートを、Ti内管６
とTiカラーとの間に形成される隙間に嵌挿せし
めるようにすることも可能である。

以上、本発明の幾つかの具体例について説明し
てきたが、本発明が、かかる例示の具体例にのみ
限定して解釈されるものでは決してなく、本発明
の趣旨を逸脱しない限りにおいて、本発明には、
当業者の知識に基づいて種々なる変形、修正、改
良などを加え得るものであつて、本発明が、その
ような実施形態のものをも含むものであること、
言うまでもないところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う組付方法の一実施例を示
す工程図であり、第２図は第１図における−
断面図であり、第３図は本発明の他の実施例を示
す工程説明図である。２：Ti−Al二重管、４：Al外管、６：Ti内
管、８：フイン、１０：Tiカラー、１２，１
４：面取り部、１６：溶接部、１８：Ti管板、
２０：取付穴、２２：溝、２４：溶接部、２６：
バルブ付きカラー、２８：バルブ。

Claims

【特許請求の範囲】１ Al材料からなるAl外管内面にTi材料からな
るTi内管を圧着せしめてなるTi−Al二重管のTi
管板に対する組付方法にして、かかるTi−Al二重管を構成するAl外管をTi内
管よりも所定長さ：₁分だけ管端から短くして、
該Ti内管のみが管端部に存在するようにする工
程と、該Ti−Al二重管の管端部分の外周にTi材料か
らなるTiカラーを嵌挿せしめ、該管端から所定
長さ：l₂（但し、l₂＞l₁）にわたつて、該Tiカラー
にて前記二重管の管端部外周面を覆う工程と、該Tiカラーの前記Ti−Al二重管の管端側とは
反対側の端部と、該Ti−Al二重管のAl外管とを、
溶融溶接せしめて、該Tiカラーを該Ti−Al二重
管に対して固定せしめる工程と、かかるTiカラーの固定されたTi−Al二重管を、
前記Ti管板の所定の取付穴に嵌挿して、その取
付位置に配置せしめる工程と、該Ti−Al二重管の管端部に位置する前記Tiカ
ラー及びTi内管の端部と前記Ti管板とを溶融溶
接せしめ、それらを一体的に固定する工程とを、含むことを特徴とするTi−Al二重管とTi管板と
の組付方法。２前記Tiカラーが、端部から所定長さ：l₃分だ
け（但し、l₃＜l₁）内径が小さくされて厚肉とさ
れたバルブ付カラーであつて、そのバルブ部分が
前記₁だけ短くされたAl外管部分に位置するよ
うに、前記Ti−Al二重管に嵌挿せしめられる特
許請求の範囲第１項記載の組付方法。３前記Tiカラーの嵌挿によつて形成される該
Tiカラーと前記Ti−Al二重管端部のTi内管との
間の隙間に、Ti材料からなるスリーブが嵌挿せ
しめられる特許請求の範囲第１項記載の組付方
法。４前記Ti−Al二重管を構成する前記Al外管の
外周面が、その短くされた端部より所定長さ：l₄
にわたつて、除去されている特許請求の範囲第１
項乃至第３項の何れかに記載の組付方法。５前記Ti−Al二重管を構成するAl外管が、そ
の外面に、管軸方向若しくは管周方向に延びる少
なくとも１本のフインを有し、且つかかるフイン
を少なくとも含んで、該Al外管の外周面が除去
されている特許請求の範囲第４項記載の組付方
法。６前記Tiカラーの長さ（l₂）が、前記Al外管短
縮長さ（l₁）とAl外管外周面除去長さ（l₄）の合
計長さ（l₁＋l₄）に同一か、若しくはそれよりも
一定量大きくされている特許請求の範囲第４項又
は第５項記載の組付方法。７前記TiカラーとAl外管との溶融溶接が、シ
ールド・ガスとしてアルゴンを用い、且つ溶加材
としてAl若しくはその合金、リン銅ろう、また
は20％以上のAlを含む銀合金を用いる一方、直
流正極性電源若しくは交流電源によるTIGアーク
を熱源として用いて実施され、これによつてかか
るAl外管部分及び溶加材のみを溶融せしめ、該
外管に接合される前記Tiカラー側部分の溶融を
実質的に惹起させることなく、それら両材料を接
合せしめるようにした特許請求の範囲第１項記載
の組付方法。８前記Ti−Al二重管を前記Ti管板の取付穴に
嵌挿せしめた後、該二重管を拡管して該取付穴に
圧着せしめ、更にその後、Ti管板への前記溶接
を実施する特許請求の範囲第１項記載の組付方
法。９前記Ti管板の取付穴の周縁部に所定の開先
部を設けて、該取付穴に嵌挿せしめられる前記
Ti−Al二重管の先端のTiカラー及びTi内管部分
と該開先部とを溶接し、それらを一体的に固定せ
しめる特許請求の範囲第１項記載の組付方法。１０前記Ti−Al二重管の前記Ti管板への固定
のための溶融溶接が、不活性ガスをシールド・ガ
スとした直流正極性TIGアーク溶接手法にて実施
される特許請求の範囲第１項記載の組付方法。