JPH0929463A - 継 手 - Google Patents

継 手

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JPH0929463A
JPH0929463A JP7187071A JP18707195A JPH0929463A JP H0929463 A JPH0929463 A JP H0929463A JP 7187071 A JP7187071 A JP 7187071A JP 18707195 A JP18707195 A JP 18707195A JP H0929463 A JPH0929463 A JP H0929463A
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Etsuji Kakimoto
悦二 柿本
Yasuhiro Ujimoto
泰弘 氏本
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温における優れた衝撃特性を有するアルミ
ニウム合金/ステンレス鋼の爆発圧着継手を提供する。 【解決手段】 アルミニウム合金と銀又は銀合金とステ
ンレス鋼からなる継手のアルミニウム合金と銀又は銀合
金との間に純アルミニウムからなる層を介在させ、低温
での衝撃試験における吸収エネルギーを増加させる。 【効果】 低温における優れた衝撃特性を有する継手を
提供することにより信頼性の高いアルミニウム合金とス
テンレス鋼との接合が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
製容器や配管と、ステンレス鋼配管とを溶接接合する際
の配管用異材継手に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、空気分離装置やLNG気化器など
の、耐食性が要求され低温で使用されるプラントにはア
ルミニウム合金製の熱交換器が多く使用される。また通
常の配管の多くはステンレス鋼製であるため、該アルミ
ニウム製熱交換器より出ているアルミニウム合金製配管
とステンレス鋼製配管の接合が必要となる。
【0003】従来、アルミニウム合金とステンレス鋼と
の溶接は不可能であり、アルミニウム合金製配管とステ
ンレス鋼製配管との接合に際して、フランジによる機械
的な締結や、例えば爆発圧着に代表されるような、アル
ミニウム合金とステンレス鋼との接合が可能な接合方法
によってあらかじめ継手を作成し、該継手を媒体として
それぞれ同種の金属同士を溶接する方法が行われてい
る。中でもあらかじめ継手を作成する方法は、継手全体
が溶接一体構造となるため、フランジによる接合方法の
様に増し締めなどの定期保守を必要としないなどの利点
がある。
【0004】爆発圧着法を利用したアルミニウムとステ
ンレス鋼との異材継手としては、特公昭52−1129
3号公報の継手において純アルミニウムと鋼層の間に銀
又は銀合金の層を介在させた継手が開示されている。こ
の特公昭52−11293号公報の継手で管継手を作成
する場合、純アルミニウムはアルミニウム合金と比較し
て許容応力が低い為、配管の強度をアルミニウム合金で
設計する場合、該管継手の純アルミニウム部の肉厚をア
ルミニウム合金配管材料の肉厚よりも大きくとる必要が
ある。例えば、アルミニウム合金としてJIS A50
83P−O材と、純アルミニウムとしてJIS A11
00P−H112材を例に挙げると、室温以下での許容
応力はそれぞれ68.6MPa、22.54MPaであ
るので、アルミニウム合金製配管を外径50mm、内径
45mmとした場合、純アルミニウムは同じ内径で外径
59mm以上必要となる。
【0005】ところが一方では強度が必要となる配管溶
接は、突き合わせ溶接で行われており、このように厚さ
の異なる部材の突き合わせ溶接の方法は、JIS B8
243などに示されるように厚い板の部分にテーパーを
設ける必要がある。しかしながら、特公昭52−112
93号公報の継手の純アルミニウム層にテーパーを設け
ると、該テーパー部分の強度が低下してしまうため、該
純アルミニウムと鋼層の間に銀又は銀合金の層を介在さ
せた継手は実際に配管材料としては使用出来ないという
問題があった。
【0006】このため、アルミニウム合金製配管と、ス
テンレス鋼製配管との溶接には、たとえば、向井喜彦、
西村新による「極低温下における爆発接合継手の変形破
壊挙動に関する研究」(「ぜいせい」大阪大学低温セン
ター脆性試験機室成果報告書第5巻1987年)に示さ
れるような、アルミニウム合金/銀/ステンレス鋼の3
層クラッドから成る継手が用いられる。
【0007】また、「昭和58年度第2回九州・沖縄地
区高圧ガス取締担当者会議における質疑・要望事項」
(高圧ガス火薬類取締月報第234号記載)にて超低温
で使用される特定設備の配管用継手に、ステンレス鋼と
アルミニウム合金の爆発圧着による管継手を使用する場
合、以下に示す1.および2.の試験等を行い問題のな
いことが確認された場合に限り使用することができると
記載されている。
【0008】前記1.および2.の試験を以下に引用す
ると、1.申請に際し、当該圧接または爆着管継手に係
る引張試験、曲げ試験、剪断試験、衝撃試験、回転曲げ
疲労試験などについて、当該圧接または爆着管継手の製
造者が行った試験データを検査機関に提出すること。
2.圧接部および爆着部について、規則第49条の2に
規定する引張試験を行い、これに合格すること、であ
る。前記1.の試験において継手としての強度の合格基
準は明記されていないが、前記2.中に規則第49条の
2の記載があり、爆着継手は溶接継手と同等の強度が求
められていることが判る。
【0009】なお、溶接継手は高圧ガス取締法特定設備
検査規則第44条にて定められる機械試験に合格するも
のでなければならないと規定されている。特に衝撃試験
については、同規則第48条に規定される溶接継手の衝
撃試験において、母材の設計温度以下の温度にて、JI
S Z2242 金属材料衝撃試験方法に定められたシ
ャルピー衝撃試験によって、材料の最小引張り強さが4
6kg/mm2 以下の場合、試験片3個の吸収エネルギ
ーの平均値が1.8kg・m以上でかつ、1個の最小値
が1.4kg・m以上の場合が合格とされている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ア
ルミニウム合金/銀/ステンレス鋼の3層クラッドから
なる継手は、衝撃試験の吸収エネルギーが低く、溶接継
手と同等の強度が得られず、高圧ガス特定設備に使用で
きないと言う問題があった。本発明はこれらの問題点に
取り組み、継手強度が高く、低温での衝撃特性の良いア
ルミニウム合金と鋼またはステンレス鋼との異材継手を
提供する事を課題とするものである。なお、本明細書中
のシャルピー衝撃試験は、前記JIS Z2242「金
属材料衝撃試験方法」に定められたシャルピー衝撃試験
であり、試験片はJIS Z 2202「金属材料衝撃
試験片」中の4号試験片である。また、吸収エネルギー
とは前記試験片を液体窒素中で冷却し、その後迅速に前
記シャルピー衝撃試験を行った場合の吸収エネルギーで
ある。
【0011】
【課題を解決するための手段】以上のような問題点に鑑
み、発明者らは前記アルミニウム合金/銀/ステンレス
鋼の3層クラッドのアルミニウム合金/銀界面に純アル
ミニウム層を挿入し、衝撃による変形を純アルミニウム
層によって吸収することで、継手全体の吸収エネルギー
を向上させることを見いだした。
【0012】すなわち、本発明は、アルミニウム合金と
ステンレス鋼との間に銀又は銀合金を介在させた爆発圧
着クラッドよりなる継手において、アルミニウム合金層
と銀層又は銀合金層の界面に純アルミニウム層を挿入し
たことを特徴としている。純アルミニウム層は、爆発圧
着時の取り扱いを考慮すると5〜15mm程度の板厚の
ものが好ましいが、板厚の上限は特に必要なく、継手に
対する衝撃を吸収するためには500μm程度、好まし
くは1mm以上であれば、所望の吸収エネルギーを確保
することが出来る。
【0013】また、銀層は、高価であることから薄い方
が好ましく、溶接熱影響によって接合界面に形成される
相互拡散層の生成を抑制するために必要な板厚があれば
十分である。例えば、溶接入熱を模擬して約350℃で
30分間保持後に空冷処理を施した材料には、銀/アル
ミニウム境界に数十μm厚さの反応生成層が観察され
る。したがって、アルミニウムとステンレス鋼の直接反
応を防止するためには、銀層の板厚は数十μmあれば良
く、好ましくは100μm以上、さらに好ましくは70
0μm以上あれば、より高温で長時間の熱処理が施され
たとしても、所望の引張り強度を確保するためには十分
である。なお、材料コストの点から厚くても3mm程
度、望ましくは2mm以下であればよい。
【0014】また、シャルピー衝撃試験での吸収エネル
ギーの値は、前記高圧ガス特定則の記載によれば1.4
kg・m以上であり、好ましくは1.8kg・m以上で
ある。なお、純アルミニウムの吸収エネルギーはおよそ
10kg・m程度である。これらアルミニウム合金とス
テンレス鋼との間に挿入する純アルミニウム層と銀層又
は銀合金層は、それぞれの層を爆発圧着によって順次接
合する方法や、先に、銀層又は銀合金層と純アルミニウ
ム層を接合しておき、これを圧延することでより薄い中
間材を作成しておき、これを挿入する方法でも良い。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、実施例を用いて説明す
る。
【0016】
【実施例1】アルミニウム合金(JIS A5052P
−O、板厚:50mm)と工業用純アルミニウム(JI
S A1100P−H24、板厚:5mm)と銀板(板
厚:1.2mm)とステンレス鋼(JIS SUS30
4L、板厚:40mm)からなる4層クラッドを爆発圧
着法により作成した。作成後のクラッドより、JISZ
2202の「金属材料の衝撃試験片」記載の4号試験片
を作成し、JISZ2242「金属材料の衝撃試験方
法」のシャルピー衝撃試験にそって、試験片を液体窒素
中において充分冷却した後、衝撃試験を実施した。衝撃
試験の吸収エネルギーを表1に示す。表1より全ての場
合に於いて1.8kg・m以上の吸収エネルギーを持
ち、優れた衝撃特性を持つことが判った。
【0017】
【実施例2】実施例1と同様に、アルミニウム合金(J
IS A5052P−O、板厚:50mm)と工業用純
アルミニウム(JIS A1100P−H24)と銀板
(板厚:1.0mm)とステンレス鋼(JIS SUS
304L、板厚:40mm)からなる4層クラッドを、
工業用純アルミニウムの板厚を1、2、3、4mmと変
化させ、合計4枚爆発圧着法により作成した。また、作
成後の各クラッドより、実施例1と同様に試験片を作成
し、実施例1と同様にシャルピー衝撃試験を実施した。
衝撃試験の吸収エネルギーを表2に示す。表2より全て
の場合に於いて1.8kg・m以上の吸収エネルギーを
持ち、優れた衝撃特性を持つことが判った。
【0018】
【実施例3】工業用純アルミニウム(JIS A110
0P−H24、板厚:15mm)と銀板(板厚:0.7
mm)のクラッドを爆発圧着により作成し、その後冷間
圧延にて板厚(2+0.1)mmのアルミニウム/銀爆
着圧延クラッドを作成した。その後、アルミニウム合金
(JIS A5052P−O、板厚:50mm)とステ
ンレス鋼(JIS SUS304L、板厚:40mm)
との間に、該爆着圧延クラッドを挿入し、4層クラッド
を爆発圧着法により作成した。作成後のクラッドより、
実施例1及び実施例2と同様にシャルピー衝撃試験を行
った。その結果衝撃試験の吸収エネルギーは実施例2で
行った純アルミニウムの板厚が2mmの場合の結果とほ
とんど同程度であり、全ての場合に於いて1.8kg・
m以上の吸収エネルギーを持ち、優れた衝撃特性を持つ
ことが判った。
【0019】
【比較例】アルミニウム合金(JIS A5083P−
O)と銀板(板厚:1.0mm)とステンレス鋼(JI
S SUS304L)からなる3層クラッドを爆発圧着
法により作成した。作成後のクラッドより、前記実施例
と同様に試験片を作成し、試験片を液体窒素中において
充分冷却した後、シャルピー衝撃試験を実施した。衝撃
試験の吸収エネルギーを表3に示す。表3よりアルミニ
ウム合金と銀とステンレス鋼より成る3層クラッドは、
全て1.4kg・m未満の吸収エネルギーであり、衝撃
特性が非常に低いことが判った。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】
【発明の効果】本発明は、アルミ合金/銀/ステンレス
鋼の3層からなる継手のアルミニウム/銀界面に純アル
ミニウム層を挿入することで、衝撃による変形を純アル
ミニウム層によって吸収せしめ、その結果、低温におい
ても優れた衝撃特性を有する、アルミニウム合金/純ア
ルミニウム/銀/ステンレス鋼から成る継手の提供を可
能とした。本発明による継手は空気分離装置などの低温
環境にさらされるアルミニウム合金とステンレス鋼の接
続部に極めて高い信頼性を提供する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム合金とステンレス鋼との間
    に銀又は銀合金を介在させた爆発圧着クラッドよりなる
    継手において、アルミニウム合金層と銀層又銀合金層の
    界面に純アルミニウム層を挿入させたことを特徴とする
    継手。
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