JPH07507725A - モリブデン−レニウム合金で内張りした反応容器の接合部保護 - 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】 発明の名称 モリブデン−レニウム合金で内張すした反応容器の接合部保護 発明の分野 本発明は合金で内張すした反応容器又は処理装置の製作、及びそのような容器の 接合部の保護に関する。

発明の背景 化学工業において深刻な腐蝕の問題を解決するためにしばしば使用される一つの 方法は、低原価の基礎金属の上に比較的高価な耐蝕性金属又は合金の薄層を爆発 接合するか又はクラッドして、それにより比較的高価な金属の使用を最小にしな がら耐蝕性の複合材を得る手順である。そのような複合材からの設備の製作は特 にクラ・ソディング又は内張り材料が基礎金属に比較して異なる冶金的性質を持 つ場合困難なことがある。例えば、クラツディング及び基礎材料の熱膨張係数が あまりにも異なる場合、複合材の２つの層は通常循環する加熱と冷却により分離 するであろう。

もう一つの困難は、複合材の隣接する部分の間にある溶接された接合部に起こる ことがあり、これはある金属を溶接することに伴う高温のためである。例えば、 金属をその再結晶温度より高温に加熱する場合、これは溶接の間に起こり得るこ とであるが、粒子の一部は他を犠牲にして、通常金属の延性を低下させるより大 きな平均粒子寸法に達するまで生長する。この結果生じる接合部における延性の 低下は、複合材が循環する加熱と冷却によって起こる反復する熱応力にさらされ る場合、接合部の機械的破壊を引き起こすことがあモリブデン５９重量％−レニ ウム４１重量％合金□１ｏ４１％Ｒｅ）は市販されており、この物は高温強度、 耐蝕性及び作業性を併せ持つことから重要な工業的適用が実現されている。この モリブデン合金の温度の線膨張係数は基礎金属例えばｌ１ａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ −２７６及び炭素鋼のそれの約半分に過ぎないが、一方合金の弾性率は１．５倍 と大きい。高温の反応器又は処理容器の操作の間にクラツディングと基層との間 に発生する高い応力のため、従来の溶接接合部は加熱と冷却の循環にさらされる と、結局は分離し破壊されることが予期される。さらに、接合部が腐蝕性の高い 環境にさらされることがあれば、Ｍｏ４１％Ｒｅ層にわずかな亀裂が入って速や かに腐蝕が拡がり、全装置又は容器の破壊を引き起こすであろう。

発明の概要 本発明は化学的処理装置製作のために組み立てられる複合材の接合部を設ける方 法に関する。この複合材の内面は比較的安価な基礎金属に爆発接合又はクラッド した耐蝕性材料例えばＭｏ４１％Ｒｅの層からなる。１つ又はそれより多い複合 材が所望の形状に形作られた後、複合材の間に作られた接合部に近接する恥４１ ％Ｒｅ層の一部分を取り除くため複合材を機械で処理する。１ｌｏ４１％Ｒｅ層 の除去により露出した基礎金属層の端部は溶接して接合部を作る。集成され又は 接合された複合材の接合部は次の３つの方法の１つ又はそれより多くの手段で保 護する。

１、Ｍｏ４１％Ｒｅからなる金属ストリップを除去された合金により規定される 部分に置き、一般にはいっばいにふさぐ。通常はそのストリップを適当な位置に 置いた後、ストリップのヘリを２４カラツトの金でろう付けする。

２、　Ｎ出した溶接に２４カラツトの金でオーバーレイし、それにより接合部を 満たし、溶接を保護する。一般には、金のオーバーレイは接合した複合材の１Ｉ ｏ４１％Ｒｅ層の上に拡がる。

３、除去された合金により規定される部分に充填材金属のストリップを置き、次 いで耐蝕性材料例えば１Ｉｏ４１％Ｒｅのストリップを接合部の中の充填材金属 の上に置く。１Ｉｏ４１％Ｒｅのストリップは接合した複合材の１Ｉｏ４１％Ｒ ｅ層に一般には電子ビーム溶接し、そして必要により２４カラツトの金でろう付 けする。

図面の短い説明 図１は２つの複合材の間の接合部の横断面略図であり、図２は２つの複合材の間 に作ることができる他の接合部の横断面略図であり、 図３は２つの複合材の間に作ることができる接合部のもう１つの実施態様の横断 面略図であり、そして 図４は複合材の製造に使用することができる集成体の略図である。

発明の詳細 な説明は化学的製造装置の製作のため溶接により組み立てられた耐蝕性材料を含 む複合材の間に耐久性接合部を設けることに関する。

接合部の特性は複合材及び／又は−緒に組み立てられた隣接する複合材の個々の 部材の間の熱膨張係数のような物理特性におけるなんらかの差異によって生じる 応力を補償するするために役立つ。特に本発明の接合部はノゾドロクロロフルオ ロカーボン（ＩＩＣＦＣ）　及びハイドロフルオロカーボン（ＩＩＦＣ）化合物 の製造のための圧力容器の操作に伴って循環する熱及び機械応力に耐える。′″ とができる。例えば、本発明の接合部は基層に爆発接合したＭｏ４１％Ｒｅ層か らなる２つの複合材の間の接合部に典型的に発生する応力を吸収し、補償し、又 は軽減する。複合材の基層が炭素鋼からなる場合、鋼の熱膨張係数は約６　Ｘ　 １０−’インチ／インチ／’Ｆであり、一方）Ｍｏ４１％Ｒｅの同じ係数は約３ Ｘｌロー＠インチ／インチ／’Ｆである。さらに、炭素鋼の弾性率は約３０Ｘ　 １０’ｐｓｉであり、これに対して１ｌｏ４１％Ｒｅのそれは約４５Ｘ　１０’ ｐｓｉである。循環的に加熱及び加圧される容器に生じる熱膨張係数及び弾性率 の差異により発生し得る応力は、）Ｍｏ４１％Ｒｅ層においては８６、０ＯＯｐ ｓｉ張力に、そして基層では約２０．０００ｐｓｉ張力に達することがある。従 って本発明の溶接された接合部が数サイクルにわたって極限温度の間を循環する ことによって生じる熱及び機械応力に耐えることができたのは驚くべき且つ予想 しなかったことであった。

この装置は典型的にはｌＩｃＦｃ及びＩＩＦＣとして知られ、慣用的なりロロフ ルオロカーボン（ＣＦＣ）化合物よりオゾン減損能力が一層低い代替フルオロカ ーボンの製造に使用される。代替＋ＩＣＦＣ及びＲＦＣ化合物の適当な製造方法 は米国特許第４．２５８．２２５号及び第４．９６７、０２４号に開示されてお り、この開示は参照により本明細書に組み入れる。そのような製造方法は、特に ＴａＦＢ、　ＮｂＦ３．　ＳｂＦ５．１ＩｏＦ１．＾ｓＦ５からなる群より選ば れる少なくとも１つの触媒の存在下でハロゲン化アルケン又はアルカンをフッ化 水素と反応させることが一般には必要である。

本発明による製作される耐蝕性装置はＩＩＣＦＣ又はＲＦＣ化合物を生成するフ ッ素化工程に放出される腐蝕副生物又は汚染物質の量を除去しないまでも減少さ せるが、例えば慣用的な設備の場合腐蝕されることにより望ましくない副生物が アルカン製造工程に放出される。

これらの汚染物質は反応速度を遅くし、意図しない反応に関与するようになり、 触媒活性を阻害し、例えば触媒を失活させるか触媒毒として作用し、そして完成 した製品を汚染する。結果として、本発明は慣用的な装置に付随する問題を解決 しそしてフッ素化工程設備の更新と汚染を最小にしながら高品質のフッ素化アル カンの有利な製造を可能にする。

上述のフッ素化工程にさらされる設備の表面は複合材の耐蝕性表面、すなわちモ リブデン−レニウム合金に相当する。適当なモリブデン−レニウム合金はフッ素 化工程に露出されている場合、約１ミル／年より低い腐蝕速度を示す。

本明細書及び請求の範囲で使用する場合、下記用語は次のように定義するものと する。

「金属」は純粋な金属及び金属合金の両方を指す。

「複合材」は一体構造を形作るため冶金的に結合した、すなわち実質的に拡散な しに爆発接合又はクラツディングにより一緒に結合した同じ又は化学的に異なる 金属の多数の層を指す。この一体構造は少なくとも２つの層、すなわち耐蝕層及 び基層からなる。複合材の特性は一緒に爆発接合する金属層を適当に選択するこ とにより特定の適用に合わせるように調整することができる。

場合により、中間層が耐蝕性金属と基礎金属層との間に存在する。

適当な中間層は、とりわけ銅、銀、タンタル、ｌｌａｓｔｅｌｌｏｙ合金からな る群より選ばれる少なくとも１つからなることができる。中間層の厚さは通常的 ０．０１０１０インチル、　１５０インチである。例えば一つ又はそれより多い 鋼中間層は、複合材を特に溶接、ろう付けにより一緒に接合する場合、熱を放散 又は分配するために使用することができる。さらに、ニッケルベース合金例えば Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２７６からなる一つ又はそれより多いＨａｓｔｅｌｌ ｏｙ中間層は第二の耐蝕層として機能することもできる。

「耐蝕性」とは一般に耐薬品性を指すが、耐磨耗／浸蝕性も含めてよい。

「基礎金属」は複合材を作るため、その上にモリブデン−レニウム合金を爆発接 合する金属を指す。適当な基礎金属の例は、とりわけ炭素鋼、ステンレス鋼、ア ルミニウムの少なくとも１つを含む。

基礎金属は複合材の構造一体性を高める作用をする。片側複合材の場合、通常基 礎金属はモリブデン合金がその上にクラッドされる裏当で又は基層である。両側 複合材の場合、基層又は裏当て層の相反する面は同じか又は化学的に異なる金属 でクラッドされる。典型的には、基礎金属は約０．３７５インチから容器内の圧 力誘導応力に耐えるために必要な厚さまでの厚さを持つ。

「反応容器」、「容器」、「反応器」又は「製造装置」は一つ又はそれより多い 複合材から製作される任意の製造物品を指す。複合材はとりわけオートクレーブ 、圧力容器、反応器、溶解機、熱交換機、結晶槽、配管、ヘッド、管、シート、 構造用又は電気コネクターのような装置の製作に使用することができる。とりわ け反応器、容器のデザイン又は形状は、本発明の重要な特徴をなすというもので はなく、この技術分野で慣用されるか又はよく知られているそれであってよい。

「接合部」は−緒に接合されている一つ又はそれより多い複合材の２つ又はそれ より多いヘリにより規定される特有の領域を指す。

「爆発接合又は爆着」は複合材を製作する方法を指す。爆薬は結合させるべき少 なくとも１つの層を他の層に向けて発射するものを指す。適当な爆発接合法のい ずれも本発明により複合材を作るために使用することができる。適当な爆発接合 法の例は下記実施例１、及び米国特許第３．３９７．４４４号、第３．４９３． ３５３号、第３．５５４．１２６号、第３、２０５．５７４号、第３．２３３． ３１２号、及び第３．２６４．７３１号において議論されており、これらの開示 を参照により本明細書に組み入れる。

「モリブデン合金」、「モリブデン４１％レニウム」、「モリ−レニウム合金」 は裏当で又は基礎金属に爆発接合される耐蝕性材料を指す。モリブデン合金は複 合材の耐蝕性内表面になり、複合材の残りの部分を腐蝕性環境、例えばＩＣＦＣ 及び／又はＲＦＣ化合物の製造に伴う環境から保護する。適当なモリブデン合金 は典型的には年間約１ミルより小さい腐蝕速度を示す。このモリブデン合金は典 型的には約１７３２ゴンチ〜約１／８インチの厚さを持つ。

「ろう付け」及び「溶接」は一つ又はそれより多い複合材を一緒に接合し、封止 し又は付着させるための慣用的な方法である。一般に、ろう付けは２つ又はそれ より多い金属含有複合材を接合する方法からなり、それには溶融材料が使用され そして毛管引力により接合される複合材の間の空間に吸引されるが、これに対し て溶接は一般に複合材の局部的加熱によっており、これにより複合材の少な（と も一部が一緒に融着する。適当な溶接法の例は一つ又はそれより多い自動覆光溶 接（ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ａｒｃ　ｗｅｌｄｉｎｇ）　、 ガスタングステンアーク溶接、ガス金属アーク溶接、シールド金属アーク溶接を 含む。場合により、ろう付は及び／又は溶接は特定の形状に形作られた単一の複 合材に対して使用される。例えば、複合材を巻いたり又は曲げてその２つのへり を一緒に接合し、それにより連続表面例えば管を作ることができる。

少なくとも１つの耐蝕層及び基層からなる一般に平面状の複合材は、これらの層 を例えば実施例１に示すように爆発接合することにより得られる。場合により、 耐蝕層及び基層の間に少な（とも１つの中間層があってもよい。得られる複合材 の寸法は適当な方法特に切断、トリミング、研削により変更することもでき、そ の結果変更された複合材は造形しそして反応容器に組み立てるに適するものにな る。変更された複合材の三次元的特徴については、任意の適当な慣用的な造形方 法、中でも圧延（ｒｏｌｌｉｎｇ）　、造形、延伸（ｄｒａｗｉｎｇ）を使用す ることにより事実上無制限の形状の配列に造形することができる。例えば、トリ ミングにより特定の寸法に変更された複合材は巻いて楕円形にすることができ、 この物は組み立てると圧力容器の頭部又は端部になる。

おおよその寸法と形状にした複合材の接合される隣接するへりは任意の適当な機 械加工法を使用して加工する。機械加工により、基礎金属のへり及び任意の中間 層のへりは実質的に互いにフラッシュで平行な状態になり、接合部の品質例えば 構造一体性を改良することができる。複合材の隣接するへりは、２つの個別の複 合材であるか又は円筒の場合は同じ複合材の相反する端のいずれであってもよい 。ある場合には、隣接するへりに垂直な基礎金属及び／又は場合により中間金属 層の表面を斜に面取りするか、丸くするか又は工作機械で溝を掘るのが好ましい ことがある。この後者の機械加工段階はろう付は又は溶接金属の侵入をよくする ために使用することができ、例えば隣接するへりに近接し、一般に垂直である斜 めに面取りした表面はろう付は金属が接合部に流入するのを促進する。

接合部になる予定の部分に近接する耐蝕層、例えばモリブデンレニウム合金の一 部は複合材の隣接するへりを露出するために除かれる。基礎金属層を一緒に溶接 する際残存するモリブデン合金が悪い影響を受けるのを回避するために十分量の モリブデン合金を複合材から除く。万一モリブデン合金がその融点より低いその 再結晶温度を超える温度まで加熱されると、合金の機械的特性が低下することが あり得る。換言すると、モリブデン合金を直接基礎金属層の溶接に使用される温 度に一緒にさらすと、おそらく合金の再結晶が起こり、これは合金の機械的特性 を低下させ、それにより合金は反応容器における使用にとってあまり効果がない ものになる。

十分量のモリブデン合金を除いた後、隣接する金属のヘリは任意の中間層のへり も含めて任意の適当な溶接方法を使用して一緒に溶接する。適当な溶接法は基礎 金属及び中間層組成と共に変えてよい。

一体構造に組み立てられた複合材は所望の反応容器にするため池の集成体及び／ 又は他の構造部材、とりわけねじ切りした管、反応器支持構造物に結合させるか 又は溶接することができる。例えば、２つ又はそれより多い複合材を一緒に溶接 して圧力容器の頭部又は端部を形作ることができる。この圧力容器の端部は、次 に一つ又はそれより多い円筒状複合材からなる円筒部材に溶接することができる 。

容器を稼働させる前、複合材、集成体又は完成した容器の構造一体性を、特に色 素浸透検査、放射能検査により確認すべきである。完成した製品をＩＩＦＣ又は ｌＩｃＦｃ化合物製造用圧力容器として使用しなければならない場合、容器は一 般に米国機械学会のボイラー及び圧力容器規定（＾ｍｅｒｉｃａｎ　５ｏｃｉｅ ｔｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　（＾Ｓ）ＩＥ）Ｂｏ ｉｌｅｒ　＆　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｖｅｓｓｅｌ　Ｃｏｄｅ）の必要条件により 測定して４００°Ｆで約６００ｐｓｉｇの圧力に耐えることができなければなら ない。

組み立ての間に複合材の間に形成される溶接は圧力容器を稼働させる場合よ（現 れる環境に対して保護される。例えば、ＩＩＦＣ又はＩＣＦＣ化合物の製造に伴 う容器内環境は腐蝕性であり、そして保護されていない溶接を浸蝕（ｄｅｇｒａ ｄｅ）するであろう。本発明によれば、溶接した接合部、結合した継ぎ目（ａｓ ｓｏｃｉａｔｅｄ　ｓｅａｍｓ）は被覆することにより、例えば耐蝕性材料特に モリブデン合金、金、ある種の金合金を使用してろう付けすることにより保護さ れる。２４カラツトの金は望ましいろう付は材料であるが、同時に複合材の金属 脆化をなくし、そしてモリブデン合金の再結晶温度より低い融点を持つ材料であ ればいずれも使用することができる。

本発明の一つの態様においては、溶接した接合部を保護する方法は、Ｍｏ４１％ Ｒｅのストリップ（ｓｔｒｉｐ）を溶接前一部のモリブデン合金を除去すること により生じた間隙に嵌め込み、そしてストリップのヘリを２４カラツトの金でろ う付けすることからなる。例えば、除去した複合材のＭｏ４１％Ｒｅ層と実質的 に同じ厚さの１Ｉｏ４１％Ｒｅ合金のストリップを、溶接により限定された部分 の上にある間隙に嵌め込む。

結合した複合材のモリブデン層に近接するストリップのへりを溶接して、ストリ ップを封止し、位置を固定することができる。モリブデンストリップ及び／又は 層に悪い影響を与えることのない適当なストリップ封止法であればいずれも本発 明のこの態様の実施に使用することができるが、ガスタングステンアーク溶接（ ＧＴＡＷ）を使用するのが望ましい。例えば、適当なＧＴＡＷ法は接合部を遮蔽 しその間２４に金をストリップのへりに溶着するため不活性ガス例えばアルゴン 及び約５％の水素を使用する。シールドガスの水素成分は１Ｉｏ４１％Ｒｅ合金 に形成されることのある酸化物を化学的に還元することにより接合部を清浄にす る。これらの酸化物はろう付は用金属例えば金のｌ０４１％Ｒｅへの付着を阻害 する傾向があるので除去するのが望ましい。

本発明の他の態様においては、溶接の露出した部分に２４カラツトの金をオーバ ーレイし、そしてオーバーレイを複合材の蓋０４１％Ｒｅ層の上に拡げることに より接合部を保護する。基礎金属及び／又は中間層例えばＨａｓｔｅｌｌｏｙ　 Ｃ−２７６の露出した部分は、典型的には上述のガスタングステンアーク溶接法 を使用するろう付けによりオーバーレイする。通常、このオーバーレイは上の溶 接部を満たし、そして接合部に近接するＭｏ４１％Ｒｅ層の一部分の上に重なる 。上述の接合部保護法に比較して、この方法は接合部が熱循環を受ける場合に望 ましいであろう。

本発明のさらに別の態様においては、溶接前モリブデン合金層の一部分を除くこ とにより形成された接合部の間隙に充填材のストリップを置き、次いで接合部の 中の充填材ストリップの上に耐蝕性ストリップ例えば１Ｉｏ４１％Ｒｅ、金を置 （ことにより接合部にある溶接を保護することができる。適当な充填材ストリッ プの材料はニッケル合金、特にｌ１ａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｂ−２，Ｈａｓｔｅｌｌ ｏｙ　Ｃ−２７６の群から選ばれる少なくとも１員からなる。耐蝕性ストリップ は通常幅が約０．７５インチである充填材ストリップより約半インチ幅が広い。

充填材ストリップの厚さは実質的に１ｌｏ４１％Ｒｅクラツディング層と同じで あり、一方耐蝕性ストリップは少なくとも複合材の恥４１％Ｒｅ層と同じ厚さで あり、例えば典型的には１／１６インチの厚さである。耐蝕性ストリップは一般 に電子ビーム溶接により接合部及び複合材に付着させる。ストリップの露出部分 は２４カラツトの金によりろう付は溶接する（ｂｒａｚｅｗｅｌｄｅｄ）ことに より保護することができる。

場合により、複合材を一緒に溶接するときに発生する熱を除くため、伝熱性合金 の中間層、例えば厚さ３７１６インチの実質的に純粋な銅の板を複合材の１Ｉｏ ４１％Ｒｅ合金層及び基礎金属の間に爆発接合する。

そのような複合材は溶接する前、モリブデン層の適当な部分を上述の仕方で複合 材から除去する。接合部形成の工程は基礎金属層を複合材のモリブデン合金表面 とは反対の複合材の側面から一緒に溶接すること、すなわち溶接を容器の外表面 から実行することにより開始する。次に中間層をモリブデン合金表面に一致する 複合材の側から一緒に溶接し、すなわち中間層の溶接箇所は基礎金属溶接に関し て複合材の反対側の表面から実行する。溶接により作られた接合部は一般には接 合部の中、すなわち集成された複合材の溶接の上、及びモリブデン合金層の近傍 に充填材及びモリブデン合金ストリップを置いて保護する。これらのストリップ のヘリの間及び溶接のｒＴＪ交点における露出した継ぎ目及び接合部を不活性の シールドガスの下で２４カラツトの金を用いるガスタングステンアーク溶接（Ｇ ＴＡｆ）ろう付は溶接により保護する。

本発明のいくつかの態様を図１〜４により説明する。まず図１〜３はフッ素化ア ルカン製造用反応器の壁の横断面の略図を示す。図フッ素化工程と直接接触する 。壁用は少なくとも２つの適当なりラッド半球又は楕円形ヘッド複合材を一緒に 溶接して形作る。図１に複合材の層旦及び川の間の溶接は各々の複合材から層竪 の一部分を除去することが必要であり、すなわちこの部分は溶接される下にある 部分へ接近でき、そしてモリブデン−レニウムに対する損害例えばち再結晶を防 ぐために除去される。除去部分により限定される部会からなる場合、２４に金例 えば金線材が通常ろう付は材料として使用される。

識付けする部分にろう付けすることにより充填し直される。ストリップ２６は２ ４に金を使用してろう付けする。

炭素鋼基層の厚さは典型的には約０．７５インチ〜約１．５１インチである。図 １及び２に示す中間層は通常約１／１６インチ〜約０．２５インチの厚さである 。モリブデン−レニウム合金は通常約１／３２インチ〜約１／８インチの厚さで ある。溶接前、除去されるモリブデン合金の部分は典型的には約０．７５インチ の幅である。

図３には本発明のさらに別の態様を示す。図３において、壁観は一緒に溶接して 形作る。クラッド複合材共は複合材Ｕに溶接する。

溶接は図３において赳で標識付けする範囲で示す。場合により、中間層の間の部 分も一緒に溶接する。複合材共及びＭの間の溶接は接合される複合材の各々から 層ηの一部分の除去を必要とする。通常層競の下にある層昇の一部も除かれる。

充填材ストリップ並を層η接する。下にある接合部より幅広い耐蝕性ストリップ 蔓を充填材ストリップ並の上に、層ηと接触させて置く。ストリップ四のへりを 溶接例えば電子ビーム溶接により、及び／又はろう付は例えば２４カラツトの金 を用いるそれにより封止する。

図４に関して、この図は爆発接合により複合材を製作するために使用することが できる集成体の側面図である。図４は集成体を示し、ここでは作られた複合材の 構成部材になることのない加熱要素に電流を通して加熱し、それにより裏当て材 及びクラツディング層を間により、加熱装置Ｕは必要としないか又は間接加熱装 置で置き換え支持板及び裏当で板の中で電気絶縁を与えるために使用することも できる。この砂は又、ステンレス鋼加熱板Ｕが支持板又は裏当て板のいずれかと 接着するのを防ぎもする。ステンレス鋼加熱板の下にある支持板４６は最終複合 材における曲がりやゆがみを減らすために必要とする場合にのみ使用する。例え ば、裏当て層により支えられる重量が裏当て層の下方向へのたわみ又はゆがみを 起こす程重い場合は、得られる複合材もたわむかゆがむであろう。裏当で層に近 接するステンレス鋼加熱要素Ｕの部分はクラツディング層又は裏当て層より長く 且つ幅広い。加熱要素は又、増発の爆轟により発生するワイヤリへの損害を制限 するオフセットＵを含む。

反応容器に組み立てる複合材の製造に特別な注意を払ったが、本発明の接合部は 複合材と化学的及び／又は物理的に異なる別の金属物品に複合材を用いて組み立 てるために使用することができる。例えば本発明の複合材は一つ又はそれより多 い物品、特に金属円筒、棒、板、管と接合し、それにより組み立てられた製品の 少なくとも一部分を調製することができる。場合により、複合材は限られた部分 、例えば速やかに腐蝕する円筒、例えばステンレス鋼円筒の下方部分の一部を複 合材に取り替え、それにより円筒の耐蝕性を改善して向上させるために使用する ことができる。

本発明の態様のい（つかを次の実施例により説明する。これらの実施例は例証す るためのものであって、添付の請求の範囲に挙げた本発明の範囲を制限するもの ではない。別記しない限り、これらの実施例を実施する場合市販の材料を使用し た。

実施例１ この実施例においては、図４に示す集成体を使用して爆発接合クラッド複合材を 作った。

約２２インチＸ６０インチの寸法で、約１１／２インチの厚さのＳ＾５１６゜７ ０等級の鋼板をステンレス鋼板の上に砂の薄層を間に挟んで置いた。

ステンレス鋼板は介在する砂の層で引き離された１インチの鋼板で支持されてい た。この板の上に、そして５Ａ５１６．　７０等級の鋼板の上に３列で等間隔に 配置された１２個のステンレス鋼管スタンドオフによりそこから約０．１７５イ ンチの間隔を置いて、約２２インチＸ６０インチで厚さが１／４インチのｌ１ａ ｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２７６板を一致する寸法配置で置いた。ｌ１ａｓｔｅｌｌ ｏｙ板の上に、そしてＨａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２７６板の上に３列で等間隔に 配置された１２個のステンレス鋼管スタンドオフによりそこから約０．１７５イ ンチの間隔を置いて、約２２インチＸ６０インチで厚さがｌ／１６インチの１ｌ ｏ４１％Ｒｅ合金板を一致する寸法配置で置いた。

モリブデン板の外層は最終表面が爆発により傷付けられることから保護するため マスキングテープの層で覆った。

不活性希釈剤を含む重量が平方フート当たり約８ボンドで爆轟速度が約２６００ メ一トル／秒の粉末へＮＦＯベース爆薬の寸法に応じた層をモリブデン／レニウ ム合金板の上に置いた。雷管はモリブデン板の最短寸法のへりの真中で爆薬に接 触させて置いた。雷管はｒＥ−ＩＡＩ６Ｊという市販の電気雷管である。爆発の 開始は直径２インチのルーサイト製ディスクに入れたプライマーを使用して実行 した。このプライマーはＤａｔａｓｈｅｅｔ　Ｃ”で包装したキャストＴＮＴで あり、これは１１ａｒｔｉｎｓｂｕｒｇ、　Ｗ、Ｖ＾に所在のＤｕ　Ｉ’ｏｎｔ 　ＣｏｍｐａｎｙのＰｏｔｏｍａｃ　Ｒｉｖｅｒ工場からｒＮＰ−２Ｊとして販 売されている。上述の要素を含む全集成体を石油室内暖房器を用いて１５０°Ｆ の温度に加熱した。爆薬の温度は約３５０°Ｆより下に留まったため計画されて いない爆発の危険はなかった。

爆薬の爆発後、１ｌｏ４１％Ｒｅ、鋼及び１ｌａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２７６は 一緒に固くそして均一に結合して複合材を形作り、面積の約９９％が結合してい ることが判明した。複合材の結合百分率をめるため、実質的に３３７Ｍ　１ｌｅ ｔｈｏｄ　Ｎｏ、＾５７８による超音波試験を実行した。引張り強さを測定する ため、実質的に３３７Ｍ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｎｏ、＾２６３．４４Ｔによる複合材 の試験を実行した。得られた複合材の引張り強さは約２２．０００ｐｓｉであっ た。

実施例２ この実施例は実質的に実施例１に記述した方法により作った２つのトリクラッド 金属複合材の間に接合部を備える方法を実証する。

この複合材は炭素鋼の基礎金属、ｌ１ａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２７６（Ｉｌａｙ ｎｅｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌが製造するニッケル、コバルト、クロム及び 鉄を含む合金）からなる中間層、及び輩ｅｔａｌ１ｗｅｒｋ　Ｐｌａｎｓｅｅ　 Ｇｉｂｌ＋、＾ｕｓｔｒｉａが製造する１ｌｏ４１％Ｒｅ合金からなる内表面層 からなる。

これらの複合材のヘリは図１又は２に示す形状を持つ２つの複合材を作るため機 械加工して溶接のための形状を作った。次に複合材をロール作業（ｒｏｌｌｉｎ ｇ）及びプレス作業（ｐｒｅｓｓｉｎｇ）により造型し、圧力容器製作における 使用に適する部材を作った。

形作られた複合材の隣接するへりを適当に相互に並べ、そして炭素鋼層の一部を 図１及び２に示すように一緒に溶接した。接合部のＨａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２ ７６側は炭素鋼溶接中によく噛み合わされた（ｂａｃｋｇｏｕｇｅ）　。次いで Ｈａｓｔｅｌｌｏｙは釣り合った性質の充填材金属を使用するガスタングステン アーク溶接により完全に溶接した。接合部の炭素鋼部分は１光溶接により完成し た。得られる溶接した接合部は＾ＳＭＥ規定の必要条件により放射能検査を行っ た。接合部のＨａｓｔｅｌｌｏｙ側は液体浸透法（ｌｉｑｕｉｄ　ｐｅｎｅｔｒ ａｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ）により検査した。これらの検査の結果により許容でき る溶接の得られたことが確認された。

２つの異なる方法を接合部を保護するために使用した。第一の接合部保護の方法 は接合した複合材のＭｏ４１％Ｒｅ層と同じ厚さのＭｏ４１％Ｒｅ含金ストリッ プを置くことであった。このストリップは露出した接合部間隙にきちんと適合し 、そして露出部分をいっばいにふさぐように機械加工した。このストリップはア ルゴン９５％及び水素５％からなるシールドガスを使用するガスタングステンア ーク溶接法により、直径１７８インチの２４カラツトの金線材を用いて手動でろ う付は溶接した。ストリップ及び１ｉｏ４１％Ｒｅ層の間の継ぎ目は図２に示す ように金で封止した。

使用した接合部保護の第二の方法は、手動又は自動ガスタングステンアーク溶接 により２４カラツトの金を用いて図１に示すような仕方で１ｌａｓｔｅｌｌｏｙ 金属にオーバーレイすることである。オーバーレイ工程の間に起こる接合部への 各々の施用毎に露出接合部全体に連続的に積層される。オーバーレイの最終施用 により複合材の１１ａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２７６とＭｏ４１％Ｒｅ合金との間 、及びＭｏ４１％Ｒｅ層の上に金が溶着される。

実施例３ この実施例は本発明により２つの複合材の間に作ることができる保護された接合 部の引張り強さを例証する。

実質的に実施例１により作った厚さ約１．５インチのＳ＾５１６−７０炭素鋼基 層、厚さ１７４インチのｌ１ａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２７６の中間層、及び厚さ １／１６インチのＭｏ４１％Ｒｅ合金の層からなる１７平方インチの複合材から ２つの試験試料ｒＡＪ及びｒＩ３Ｊを取った。寸法が約１フインチＸ２１／２イ ンチの試験試料を２つに切断し、そして実質的に実施例２に記述しそして図１に 示す手順で一緒に溶接し直した。試料Ａ及びＢに作られた接合部を次の方法で保 護した。

試料へ−溶接した接合部をＭｏ４１％Ｒｅストリップで被覆し、次いでへりを図 １に示すように２４カラツトの金を用いてろう付は溶接した。

試料Ｂ−Ｍｏ４１％Ｒｅ接合部を図２に示すように２４カラツトの金を用いて完 全にオーバーレイした。

１つの引張り試験試料を試料Ａ及びＢの各々から取った。引張り試験試料の寸法 は幅約２インチ、厚さ１．８インチであった。引張り試験で得られるカーたわみ 試験の線図を下表に要約して示す。

試料Ａ　試料Ｂ 降伏力　３１６　ｋｉｐｓ　２８２　ｋｉｐｓ最大引張り力　３２４　ｋｉｐｓ 　３２２　ｋｉｐｓ最大引張り応力　９０．３ｋｓｉ　８９．４ｋｓｉ両試験試 料の保護した溶接は弾性範囲で無傷であり、これは溶接が＾ＳＭＥ規定を満足す るに十分な耐応力性であることを示している。

実施例４ この実施例は金がｌ１ａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２７６からなる層を含む複合材と 適合性であることを証明する。

２つの試料、ｒＣＪ及びｒＤＪを実質的に実施例１により製作し、そして実質的 に実施例３により一緒に接合した。得られる接合した複合材は厚さ１−１／２イ ンチの５Ａ−５１６，７０等級の炭素鋼の上の厚さ約１／４イノチのｎａｓｔｅ ｌｌｏｙ　Ｃ−２７６の上にオーバーレイした２４カラツトの金からなる。

金は試料Ｃにはろう付けにより手動で施用し、これに対して試料りには自動溶接 装置により施用した。寸法が約２インチ×１２インチの２つの試験クーポンを試 料Ｃ及びＤの各々から取った。試料Ｃ及びＤの各々からの１つの試験クーポンは 約２．４００ｐｓｉ〜約２４．０００ｐｓｉの応力で室温で疲労試験を行った。

残りの２つの試験クーポンは約４００’Ｆの温度で、２．０００ｐｓｉ及び２０ ．０ＯＯｐｓｉの間を１０．０００回以上循環させながら疲労試験を行った。す べての疲労試験試料はこれらの試験において１０．０００回の循環に耐え、そし て一部を冶金的試験に分けた。

冶金的試験の結果、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２７６層に亀裂の広がりが実質的 にないことが明らかになった。

実施例５ この実施例は本発明の接合した複合材が高圧熱循環に耐えることを証明する。

接合部は実質的に実施例３により製作し、これを２４カラツトの金のオーバーレ イにより保護し、そして圧力容器の操作を模擬試験するために使用した。実質的 に実施例１により製作した、厚さｌ／１６インチの璽ｏ４１％Ｒｅ、厚さ１７４ インチのｌ１ａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｃ−２７６、及び厚さ１−１／２インチのＳ＾ −５１６，７０等級の炭素鋼からなる２つの複合材の間に接合部を置いた。ＩＩ ＦＣ製造のための圧力容器の循環操作を模擬試験するため、３つの試料Ａｌ、Ａ ２及びＡ３を接合部から取り、次の環境にさらした。

１、約７°Ｆ／分の割合で約４００°Ｆの温度に加熱し、２、加熱した接合部に 、直径約９フイートの容器に対して６００ｐｓｉｇと等価の応力負荷を加え、 ３　応力負荷を約Ｑ、　１ｋｓｉの割合で解除し、４、約１００℃又は下に冷却 し、 ５．１〜４の段階を合計して、試料Ａ１では５１０回、試料Ａ２では１．０１６ 回、そして試料Ａ３では６００回繰り返す。

この試料は肉眼及び顕微鏡で検査し、この接合部は圧力容器としての使用におい て経験すると思われる熱及び機械応力循環に首尾よく耐えることが確認された。

本発明のいくつかの望ましい態様について上で詳細に説明したが、多くの変更及 び実施態様が添付の請求の範囲に包含されることを当業者は理解するであろう。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成６年１０月２８日

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．基礎金属に爆発接合したモリブデン合金からなる少なくとも１つの複合材を 用意し、 基礎金属の隣接するへりに近接するモリブデン／レニウム合金の一部分を除去し 、 隣接するへりを一緒に溶接し、そして 溶接を腐触から保護する ことからなる接合部の製作方法。
2. ２．用意がさらに同じ複合材の相反する端部が隣接するへりとなるように１つの 複合材を造形することからなる請求項１記載の方法。
3. ３．さらに少なくとも２つの複合材を一緒に溶接することからなる請求項１記載 の方法。
4. ４．基礎金属が炭素鋼、ステンレス鋼及びアルミニウムからなる群より選ばれる 材料からなる請求項１記載の方法。
5. ５．複合材がさらにモリブデン合金及び基礎金属の間に中間層を含む請求項１記 載の方法。
6. ６．中間層が銅、ニッケル及びそれらの合金からなる群より選ばれる材料からな る請求項５記載の方法。
7. ７．保護が少なくとも前記溶接を金又は金合金でオーバーレイすることからなる 請求項１記載の方法。
8. ８．保護が溶接の上にモリブデン合金のストリップを置き、そして前記ストリッ プのへりを金又は金の合金でろう付けすることからなる請求項１記載の方法。
9. ９．保護が充填材ストリップを溶接の上に置き、耐蝕性金属のストリップを前記 充填材ストリップの上に置き、そして前記ストリップのへりを金及び金の合金で ろう付けすることからなる請求項１記載の方法。
10. １０．耐蝕性合金ストリップがモリブデン／レニウム合金からなる請求項９記載 の方法。
11. １１．モリブデン合金がモリブデン４１％レニウムからなる請求項１記載の方法 。
12. １２．基礎金属に爆発接合したモリブデン合金からなる複合材の少なくとも基礎 金属部分を溶接し、 前記溶接の上に金又は金合金でオーバーレイすること、及び前記溶接の上に少な くとも１つの耐蝕性ストリップをろう付けする ことからなる群より選ばれる少なくとも１つの方法により、この溶接を腐蝕から 保護することからなる少なくとも１つの複合材の間の溶接の耐触性を改良する方 法。
13. １３．基礎金属に爆発接合したモリブデン合金及び中間層からなる複合材の少な くとも基礎金属部分の間に溶接を作り、前記溶接の上に金又は金合金でオーバー レイすること、及び前記溶接を少なくとも１つの耐蝕性ストリップをろう付けす ることからなる群より選ばれる少なくとも１つの方法により、この溶接を腐蝕か ら保護することからなる少なくとも１つの複合材の間の接合部の熱誘導応力に耐 える能力を改良する方法。
14. １４．モリブデン合金及び基礎金属層からなる少なくとも１つの複合材を予め決 めた形に造形し、 少なくとも１つの複合材を接合して集成体を形作り、少なくとも２つの集成体を 一緒に接合して容器を得、そして前記容器の接合部を腐蝕から保護する ことからなるフッ素化アルカンを製造するための容器を組み立てる方法。
15. １５．少なくとも基礎金属層の間の溶接、及び溶接を覆う金を含むオーバーレイ 及び少なくとも１つの耐蝕性ストリップからなる群より選ばれる少なくとも１つ の接合部を保護するための手段からなるモリブデン合金及び基礎金属層からなる 少なくとも１つの複合材の間の耐蝕性及び耐応力性接合部。
16. １６．複合材の少なくとも一部分がモリブデン合金からなる少なくとも２つの前 記複合材、 前記少なくとも２つの複合材はその間に接合部を持ち、この場合前記接合部は溶 接した接合部からなり、及び溶接を実質的に完全に覆う金のオーバーレイ、及び 少なくとも１つの耐蝕性ストリップからなる群より選ばれる１員からなる少なく とも１つの手段による容器内の環境から接合部を保護する手段 からなるフッ素化アルカンの製造に使用するための反応容器。