JPH064198B2 - 異種金属材料製配管接続用の継手部品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は溶接の困難な異種金属材料製の配管を接続する
ために用いる継手部品の製造方法に関する。

［従来の技術］ 上記のような目的に用いる継手部品は従来下記のように
して作られる。すなわち、溶接困難な異種金属材料（夫
々上記配管と同種の材料であり、夫々Ａ材、Ｂ材と呼ぶ
ことにする）からなる２枚の板材を爆発接合してなる板
上のクラッド材から板厚方向に切り出した素接合体を用
意する。次にこの素接合体のＡ材の端部にはＡ材と同種
の材料よりなる第１部材を、また該素接合体のＢ材の端
部にはＢ材と同種の材料よりなる第２部材を、夫々摩擦
接合法で接合し、最後に全体を所定の継手部品としての
形状寸法に仕上げる。

この継手部品を用いて異種金属材料製の２つの配管を接
続するには、該継手部品の前記第１部材の端部にはそれ
と同種の金属材料製配管を溶接し、他方、前記第２部材
の端部にはそれと同種の金属材料製の配管を溶接すれば
よい。これによって、直接溶接することの困難な配管を
該継手部品を介して接続することができる。

上記のような従来技術に関するものとして特開昭61-172
692号公報が挙げられる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで異種材料製の２枚の板材を爆発接合してなるク
ラッド材においては、一般に、そのうちの一方の板材の
厚さは他方の板材の厚さより薄い。この薄い方の板材を
合せ材、他方の板材を母材という。合せ材の厚さは材質
によつて異なるが、一般の構造用金属材料では最大でも
１５〜２０mm程度が限度で、それ以上の板厚は技術的に
困難であり、一般に異種金属の爆発接合ができる合せ材
の板厚は５〜１５mmとされている。

このため、前述の従来の継手部品の製造方法において
は、爆発接合クラッド材から切り出した素接合体の合せ
材側にそれと同種金属の部材を摩擦接合する際、摩擦接
合面は異種材の爆発接合面から極めて僅かの距離しかな
いこととなる。これに加えて、摩擦接合過程で接合面に
摩擦圧力、接合圧力が与えられ、該接合面の溶融金属が
バリとして排出され、合せ材が消耗するため、上記の距
離は益々僅かなものとなる。このため、前記従来技術に
おいて、少くとも合せ材側に同種金属を摩擦接合する時
に異種材料の爆発接合面も比較的高温にさらされること
になるので、その部分には異種金属の熱膨張係数の相違
に因る熱応力や脆弱な金属間化合物が生じ、剥離の危険
性が高くなる。

また、前記の摩擦接合に代えて被覆アーク溶接、TIG溶
接等の方法を用いることも考えられるが、これらの方法
では一般に溶接施工の容易化および溶接欠陥の防止のた
めに溶接部に開先を取る方式が採られる。しかし、開先
を取ることにより爆発接合面に溶接部が近づくため、溶
接熱の影響により爆発接合面の性能を低下させることが
懸念される。

このように従来技術では、爆発接合クラッド材から切り
出された素接合体の少くとも合せ材側にそれと同種の金
属を溶接する際の異種材料の爆発接合部の温度上昇に対
する考慮が乏しく、該爆発接合部の信頼性を損なうとい
う問題があった。

本発明の目的は、異種金属材料の部材の接合よりなる素
接合体の少くとも合せ材側にそれと同種材料の金属部材
を溶接する際における異種材料同志の接合部の温度上昇
を極力低下させて、異種材料同志の接合部の信頼性を損
なわないようにした、異種材料配管接続用の継手部品の
製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、特許請求の範囲の各請求項記載の継手部品
の製造方法により達成される。

［作 用］ 各請求項における素接合体は中実棒状であって熱容量が
極めて大であり、また、各請求項における前記の電子ビ
ーム溶接もしくはレーザビーム溶接は高密度エネルギビ
ームを熱源とし、一パス貫通溶接が可能であるので、溶
接開先を設ける必要もなく溶接金属の溶融巾も摩擦溶接
やアーク溶接に比較して極めて小さい。このため、溶接
に要する熱量が少なくてすみ、該溶接と異種材料部材接
合部との距離も小さくならないので、前記素接合体の異
種材料部材の接合部への熱的な影響を大巾に軽減、もし
くは、皆無とすることが出来る。さらに、その際、溶接
部近傍に冷却を速めるための銅製の冷却治具を取付けて
溶接してもよい。

本発明の実施例の前提となる参考例を以下説明する。こ
の参考例によって作られた継手部品は、互に直接溶接す
ることが困難なステンレス鋼の配管とジルコニウムの配
管とを接続するためのものである。

第２図のように、ステンレス鋼の板材７（母材）に接合
性改善のためのタンタルの薄板９を予め爆発接合しその
上に上記板材７よりは厚さが薄いジルコニウムの板材８
（合せ材）を爆発接合してなる板状クラッド材を用意
し、このクラッド材から図示の如く素接合体として素管
１０を切り出す。

次に、第１図のように、この素管１０のジルコニウム材
８と実質的に同材質で且つ該素管１０とほぼ内外径が同
一のジルコニウム管１１を、上記素管のジルコニウム材
８と開先１２で突き合せて電子ビーム溶接する。このと
きの開先はジルコニウム材８とジルコニウム管１１と平
坦な各端面を突合せたＩ開先である。従って、ジルコニ
ウム材８の開先面は前記クラッド材の表面をそのまま使
用するので、ジルコニウム材８の厚さはほとんど減少し
ないから、電子ビーム溶接部１３の境界よりクラッド材
接合境界（図の８の部分）に至る距離は十分確保され
る。

開先１２の内径側にはジルコニウム管１１と実質的に同
材質の裏当金１４を全周に設ける。なお、前記開先１２
を理想的な電子ビーム溶接条件で溶接し、裏波形状が良
好な場合や、内径側に後に施す機械加工で研削量が多く
なる場合には、上記裏当金１４は省略してもよい。ま
た、前記溶接のための開先合せが終了した段階で銅製の
冷却治具１５，１５′，１６，１６′を適当な方法で管
の内外面に密着させる。これらの冷却治具も、前記電子
ビーム溶接を行つた時に異種材７，８同志の接合部が少
なくとも500℃以上に上昇しなければ、その一部もしく
は全部を省略してもよいが、好ましくは、この冷却治具
を設定して前記電子ビーム溶接をする。

その後、冷却治具を取り外し、部分７，８，９，１１よ
りなる管体を第５図のように仕上げ加工して継手部品が
出来上がる。

この継手部品によりステンレス鋼配管とジルコニウム配
管とを接続する場合には、ジルコニウム部分１１の端部
にジルコニウム配管を、他方、ステンレス鋼部分７の端
部にステンレス鋼配管を通常の適宜の溶接法により溶接
すればよい。

本参考例でステンレス鋼板７はJIS G4304のSUS304L板で
板厚４０mm、タンタル板９はJIS H4701のTaP-0相当材で
板厚１mm、ジルコニウム板８はASTMB551のR60702相当材
で板厚１０mmを用いた。これらの材料を爆発接合したク
ラッド材より第２図のように外径３６mm、内径２０mmの
素管１０を切り抜いた。ジルコニウム管１１の内外径も
この素管１０とほぼ同一とした。これらを第１図のよう
に設定してジルコニウム材８とジルコニウム管１１との
電子ビーム溶接を行なつた。その条件は加速電圧150k
V、ビーム電流３７mA、溶接速度は500mm/minである。こ
の時の溶接部１３の平均巾は約2.2mmであり、通常のア
ーク溶接に比べると約1/5〜1/4の巾である。このように
して製作した、爆発接合部と電子ビーム溶接部を含む継
手部品について引張試験を実施した結果、継手強度はジ
ルコニウム素材の強度と同等の３８kgf/mm²を示し、ジ
ルコニウム素材部で破断した。また、ルテニウム三価の
イオン500ppmを含む１４規定の沸騰硝酸溶液中に４８時
間浸漬した腐食試験でも爆発接合部、電子ビーム溶接部
ともに局部的な腐食は生じなかった。

上記参考例においては、上述のように所期の目的を達成
することができるが、溶接部の冷却の点が十分解決され
ているとは言えない。

本発明は、上記参考例を更に前進させてより良い継手部
品の製造方法を提供するもので、以下にその実施例につ
き説明する。

［実 施 例］ 第３図は本発明の第１の実施例を示す。本実施例では第
２図に示すクラッド材から管の形ではなくて中実の丸棒
の形の素接合体を切り出し、電子ビーム溶接すべき部位
のみを第３図の如く機械加工し、素接合体は実質的に中
実棒状の形態を維持したままで、ジルコニウム管１１と
突合せ電子ビーム溶接し、最終的に破線で示すように仕
上げ加工して第５図の形にする。この方法では溶接量に
対し接合体の面積が大きいので、爆発接合境界部が上記
電子ビーム溶接に伴って温度上昇する程度が小さく、爆
発接合境界への熱影響が小さい。

第４図は本発明の第２の実施例を示す。本実施例では第
２図に示すクラッド材から丸棒状の素接合体を切り出
し、これにジルコニウムの丸棒１１′を電子ビーム溶接
する。この電子ビーム溶接部１３は破線で示す配管肉厚
よりやや大きくするが、棒材の全断面を溶接しなくても
よい。この電子ビーム溶接終了後、破線の断面形状に加
工して第５図の形にする。この方法では、溶接部に比べ
て被溶接材形状が極めて大きいので、爆発接合境界への
熱影響は実質的になくなる。上記各実施例において、必
要に応じ第１図の冷却治具を使用する。

以上の各実施例において、ジルコニウム管１１の長さ
は、その端部に後にジルコニウム配管を溶接する際の熱
によって爆発接合部の温度が約500℃以上に上らないよ
うな程度の長さとする。なお、ステンレス鋼部分７の長
さが後にその端面にステンレス鋼配管を溶接する際の熱
によって爆発接合部に悪影響を及ぼす程度の長さである
場合、即ち、第２図のクラッド材の母材の厚さがそのよ
うな程度の厚さである場合には、以上の各実施例におい
てジルコニウム管１１の他に、それに準じて、ステンレ
ス鋼部分７にもステンレス鋼製の管を電子ビーム溶接し
て成る継手部品とすることができる。

なお、以上の説明における電子ビーム溶接の代りにレー
ザビーム溶接を用いてもよい。

［発明の効果］ 本発明の継手部品の製造方法によれば、異種金属材料で
できた中実棒状の素接合体を用意し、この素接合体の少
なくとも軸方向厚さの薄い方の部材の端面に該部品と同
質の管材又は棒材を電子ビーム等溶接し、全体を所定の
長さ、内外径の中空管状の継手部品の形状に加工するの
で、上記素接合体の異種材料接合部の温度上昇が軽減で
き、該接合境界における不所望な熱応力の発生および脆
化の原因となる金属間化合物の生成が防げ、継手強度、
耐食性の低下のない高い信頼性を有する異種金属材料製
配管接続用継手部品が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る参考例の一部断面とした図、第２
図はクラッド材からの素管の切出しを示す斜視図、第３
図は本発明の第１の実施例の説明用断面図、第４図は本
発明の第２の実施例の説明用断面図、第５図は本発明の
各実施例により作られた継手部品の断面図である。 ７…ステンレス鋼、 ８…ジルコニウム、 ９…タンタル、 １０…素管、 １１…ジルコニウム管、１２…開先、 １３…電子ビーム溶接部、 １４…ジルコニウム当金、 15，15′，16，16′…銅製冷却治具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉井 康方 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭60−115381（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向に互に接合された異種金属材料製の
   部材よりなる中実棒状の素接合体を用意し、この素接合
   体の少くとも軸方向厚さの薄い方の部材の端面に該部材
   と同材質の管材を電子ビーム溶接もしくはレーザビーム
   溶接した後、全体を所定の長さ及び内外径を有する中空
   管状の継手部品の形状に加工することを特徴とする、溶
   接困難な異種金属材料製配管接続用の継手部品の製造方
   法。
2. 【請求項２】軸方向に互に接合された異種金属材料製の
   部材よりなる中実棒状の素接合体を用意し、この素接合
   体の少くとも軸方向厚さの薄い方の部材の端面に該部材
   と同材質の棒材を電子ビーム溶接もしくはレーザビーム
   溶接した後、全体を所定の長さ及び内外径を有する継手
   部品の形状に加工することを特徴とする、溶接困難な異
   種金属材料製配管接続用の継手部品の製造方法。
3. 【請求項３】前記電子ビーム溶接もしくはレーザビーム
   溶接の際に、その溶接部の近傍を冷却するための冷却治
   具を用いる請求項１または２記載の継手部品の製造方
   法。