JPS6340635B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱間静水圧プレス法（以下HIP法と
いう）を利用した金属管の製造方法に関するもの
である。

HIP法は、ガス透過性を有しない材料、例えば
ガラスあるいは金属で形成した容器内に、金属粉
末、セラミツクス粉末等の粉末材料を充填し、こ
れを脱気密封した後、高温高圧ガス雰囲気下で処
理することにより、緻密な焼結体を製造する技術
として既に出願人等において実用化されている
が、HIP法は単に焼結技術にとどまらず、金属塑
性加工技術、拡散接合技術あるいはガス状欠陥を
有する鋳造材の処理技術としてその適用分野が数
多く研究され、その将来性が期待されている技術
である。

本発明もかかるHIP法の応用に関する技術適用
の発展的段階の一環として金属薄板を渦巻状に積
層して渦巻多層円筒を形成し、この渦巻多層円筒
をHIP処理することにより、前記積層した金属薄
板を相互に拡散接合させ、これによつて一体化し
た金属円筒体を製造せんとするものである。

従来より各種円筒体が溶接、押出し、引き抜き
等によつて製造されているが、何れも溶接性、加
工性の良い材料で形成されていると共に、その円
筒体の大きさは、製造設備によつて限定されるた
め、少量多品種の円筒体を製造する技術としては
適当ではない。また、Ti、Ta、Zrの如き特殊材
料の管の場合には薄板を管状に丸め、これをシー
ム溶接して造管されているが、厚肉管の製造は困
難であり、かつ、同一生産設備で任意のサイズの
ものを製造することは不可能であつた。

一方、これらの問題を解決する方法として、粉
末材料を焼結してパイプ類を生産する方法も提案
されているが、Ti、Ta、Zr等の特殊金属の場合
には、粉末の製造自体が困難であり、仮に入手で
きたとしても非常に高価であるため実用的でない
という問題がある。

また、異種金属の複合管の場合には、一般に押
出法によつて製造されているが、この方法によつ
て製造されるための異種金属の組み合わせには多
くの制約があり、任意の組み合わせで任意のサイ
ズのものを製造する技術としては必ずしも適して
いない。

本発明は、これら従来造管（筒）技術の問題点
を解決し、特に特殊金属材料による少量多品種の
金属円筒の簡便な製造法を提供するもので、その
特徴とするところは、前述の通り、金属薄板を素
材とし、これを渦巻状に積層して渦巻多層円筒を
形成し、これをHIP処理して層間を拡散接合させ
ることにより一体化して円筒体とする点にある。

かかる方法は円筒体の肉厚を金属薄板の積層数
によつて任意に調整でき、その直径も積層径を変
えることにより任意に調整できるので、少量多品
種の円筒体の製造に最適な方法である。

以下、添付図面並びに実施例によつて本発明の
具体的態様を詳細に説明する。

第１図は本発明方法の基本的な実施例を示すも
ので、金属薄板１を先ず渦巻状に積層して渦巻多
層円筒２を形成し、その巻始め端３及び巻終り端
４並びに両端積層部６を夫々溶接することにより
金属薄板１の積層間隙を外部と遮断シールし、し
かる後、続いてこの多層円筒を高温高圧ガス雰囲
気下で常法に従つてHIP処理し、積層した金属薄
板を相互に層間で拡散接合させて一体化すること
により、円筒体として製造を完了する。

上記方法においては金属薄板が素材となるとこ
ろから金属薄板さえあれば、いかなる金属材料か
らでも容易に円筒体が製造でき、その大きさ、肉
厚は全く任意である。

本発明方法において最も重要な点は、積層され
た層間隙を、外部と完全に遮断する点であり、若
しこれが不完全であると、後に続くHIP処理過程
でその不完全部分よりHIP処理用圧媒ガスが層間
に侵入し、HIP処理を不能ならしめることにな
る。従つて、積層始終端部３，４並びに円筒端部
６のシール溶接には細心の注意を払う必要があ
る。

かかるシール溶接の場合、溶接欠陥による不完
全シールの発生確立は、溶接表に比例すると考え
られるから、溶接線は出来るだけ短かい方が好ま
しく、そのためには、第２図に示す如く、金属薄
板１を、該金属と拡散接合しない部材で形成した
芯材５の外周部に渦巻状に積層し、その巻終り端
４をシーム溶接すると共に、多層円筒２の両端部
にキヤツプ７を周溶接７′によつて金属薄板に溶
着することによりシール溶接を完了する。

かくの如くキヤツプ７を用いると、最も欠陥の
発生し易い多層円筒２の端面溶接が周溶接７′に
おき変るため、溶接欠陥発生率は大巾に減少し、
円筒体製造歩止まりは向上する。なお、芯材を用
いない場合には、キヤツプ７は環状のものを用い
ればよい。また、この方法に使用する芯材５に
は、芯材外周面と金属薄板とのHIP処理による拡
散接合が生じないことが必須であり、このための
芯材としては、セラミツクス芯材あるいは表面に
セラミツクス粉末をコーテイングした金属芯材あ
るいは表面に酸化膜を形成した金属芯材が適当で
ある。

特に、外周面にのみセラミツクスコーテイング
あるいは酸化膜を形成した金属芯材を用いる場合
には、多層巻円筒端面６において、該芯材の端部
金属露出面と一体的にシール溶接することによ
り、最も溶接の困難な巻始め端部３の溶接を省略
することも可能であり、極めて有利である。

上記第１図、第２図に示した方法において、シ
ール溶接は通常、大気下で行なわれるため、多層
巻円筒２の層間隙部には、空気あるいはシール溶
接時にアークの保護ガスとして用いられるAr、
He等が不可避的に残留することになる。そして、
これら残留ガスのうち、酸素、窒素はHIP処理中
に円筒金属と反応し、特に酸素は僅かではあるが
層間に酸化物を形成して拡散接合の強度を弱める
おそれもある。一方、Ar、Heは円筒金属と反応
しないからHIP処理後もそのまま気孔として残留
し、円筒体の層間接合強度を低下させるおそれが
ある。このため、特に強度の要求される円筒体に
あつては、層間隙内は真空にしておくことが望ま
しい。この手段として真空中での電子ビームによ
るシール溶接もよいが、設備的な問題があるため
第３図及び第４図に示す方法が推奨される。即
ち、第３図は、通常のHIP処理に用いられている
HIP用容器を用いる方法であり、軟鋼等、気体透
過性のない材料で形成し、環状空間を有する容器
８の該環状空間内に、渦巻状に積層され、何等シ
ール溶接されていない多層巻円筒２を装入し、容
器上蓋８′を溶接した後、上蓋８′に設けられてい
る脱気管１０より容器内を脱気し、続いて該脱気
管を閉塞してこれをHIP処理に付す方法である。
この場合には、多層巻円筒２の層間も真空となつ
ているため、前述の如き円筒体の層間接合強度が
低下する問題は起らない。なお、容器８はHIP処
理後円筒体から除去されるものであるから、容器
８と円筒金属との拡散接合を防止するため、容器
内面に離型剤を塗布しておくのが好ましく、若
し、離型剤を用いない場合には、HIP処理後容器
８を切削除去する必要がある。

第４図は芯材５の外周に金属薄板１を渦巻状に
積層した多層円筒２を用いた場合の例で、この場
合、容器９は通常のHIP用円筒容器を用いればよ
い。なお、この場合も芯材外周面には離型剤を塗
布するなどにより芯材５と金属薄板１とのHIP時
における接合を防止しておく必要のあることはい
うまでもない。

以上、単一金属薄板１を渦巻状に所要数積層し
て多層円筒を形成し、これをHIP処理することに
より層間を拡散接合して一体化せる最も基本的な
形態について説明したが、本発明方法はこの他、
異種金属からなる渦巻多層円筒を重合してHIP処
理することにより複合管を形成することもでき、
また更に第５図に示す如く所定の金属材料の円筒
２０の外周面に同種若しくは異種金属の薄板１を
所要数積層して複合多層円筒２１を形成し、これ
を前述の要領でシール溶接したり、あるいはHIP
用容器に封入してHIP処理することにより厚肉円
筒あるいは複合円筒を形成することもできる。円
筒に替えて外筒を用いても同様である。

更に第６図は、複合円筒を製造する場合の例を
示すもので、円筒となる胴部１１ａとフランジ１
１ｂとを有するフランジ付ボビン１１に金属薄板
１を積層して多層巻円筒２を形成し、該円筒２と
フランジ１１ｂとを溶接して多層巻円筒の層間隙
を外部とシール遮断してHIP処理し、HIP処理が
完了するとフランジ部を必要により切削除去する
ものである。なお、この場合、胴部１１ａの外周
面に離型剤を塗布しておけば、HIP処理後、切削
又は切断によりフランジ部を除去し、続いて胴部
を除去すれば容易に単一金属の厚肉円筒を製造す
ることができる。

次に本発明方法の実施例について説明する。

実施例 １ 板厚0.5mmのTi合金板（６％Al、４％Ｖ、残
Ti）をセラミツクス粉を塗布した直径約65mmの
SUS304製の芯材外周面に約10層積層し、これを
第４図に示す如き形状の軟鋼性HIP用容器内に装
填し、脱気することなく密封して950℃×1000
Kg／cm²×1hrのHIP条件でHIP処理したところ参
考写真に示す如きほゞ真円のTi合金円筒を得た。
この円筒の層間拡散接合部は、第７図にその顕微
鏡写真（400倍）を示す如く、容器内を脱気する
如くHIP処理したため、積層間に多少の酸化物の
析出が認められるも、全体としては均一かつ良好
な接合が得られていた。

実施例 ２ 板厚0.5mmの純Ti板を、セラミツクス粉を塗布
した直径20mmのSUS304製の芯材外周面に約10層
渦巻状に積層し、実施例１と同様に軟鋼製容器に
脱気することなく封入して、830℃×1000Kg／cm²
×1hrのHIP条件でHIP処理したところ、実施例
１と同様に良好なTi円筒を得た。

上記説明した如く、本発明方法によれば、金属
薄板から円筒を製造することができるから、金属
粉末が得られないような特殊合金の円筒も薄板さ
えあれば容易にHIP処理によつて製造でき、また
円筒の大きさも全く任意のものを製造することが
できるため、少量多品種の円筒を製造する方法と
しては極めて簡便な方法である。加えて、HIP処
理による金属薄板を拡散接合させて一体化する方
法であるから、各層間の接合は強固均一であり、
しかも異種金属の場合も容易に接合することがで
きるから、内外層で材料の異なる複合管も容易に
製造できる等、極めて顕著な効果が期待できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の基本的な実施例を示す多
層巻円筒の斜視図、第２図は他の実施例を示す斜
視図、第３図及び第４図は夫々多層巻円筒を容器
に封入する例を示す断面図、第５図は本発明の他
の実施例を示す斜視図、第６図は更に他の実施例
を示す断面図、第７図は本発明方法によつて得ら
れた金属円筒の層間接合部を示す断面顕微鏡写真
である。 １……金属薄板、２，２１……多層巻円筒、３
……巻始め端部、４……巻終り端部、５……芯
材、６……多層巻円筒積層端部、７……キヤツ
プ、８，９……容器、１０……脱気管、１１……
フランジ付ボビン、２０……内筒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属薄板１を渦巻状に積層して、渦巻多層円
   筒２を形成し、該多層円筒２の金属薄板積層間隙
   を外部と遮断シールした後、該多層円筒２に対し
   高温高圧ガス雰囲気下において熱間静水圧プレス
   処理を施すことにより、前記積層した金属薄板を
   相互に拡散接合させて一体化し、金属円筒体とす
   ることを特徴とする金属円筒体の製造方法。 ２ 渦巻多層円筒２の金属薄板巻始め端部３及び
   巻終り端部４並びに該多層円筒２の両端積層部を
   夫々溶着することにより金属薄板積層間隙を外部
   に対しシールする特許請求の範囲第１項記載の金
   属円筒体の製造方法。 ３ 金属薄板１と拡散接合しない部材で形成した
   芯材５を渦巻多層円筒２内に密着配置した状態で
   その巻終り端部４、両端積層間隙部６及び両端部
   における金属薄板１と芯材５とを溶着することに
   より金属薄板積層間隙を外部に対しシールし熱間
   静水圧プレス処理後、前記芯材を抜き取る特許請
   求の範囲第１項記載の金属円筒体の製造方法。 ４ 金属薄板１と拡散接合しない部材５を渦巻多
   層円筒２内に密着配置した状態でその巻終り端部
   ４を溶着し、かつ、その両端部に金属性キヤツプ
   ７を装着して、該キヤツプ７を金属薄板１に溶着
   することにより金属薄板積層間隙を外部と断絶さ
   せてシールし熱間静水圧プレス処理後、前記芯材
   を抜き取る特許請求の範囲第１項記載の金属円筒
   体の製造方法。 ５ 渦巻多層円筒２をガス透過性を有しない材料
   で形成された円筒状空間を有する容器８内に装入
   し、該容器８を密封することにより金属薄板積層
   間隙を外部と遮断シールする特許請求の範囲第１
   項記載の金属円筒体の製造方法。 ６ 金属薄板１と拡散接合しない部材で形成した
   芯材５を渦巻多層円筒２内に配置した状態でこれ
   をガス透過性を有しない材料で形成した容器９内
   に装入し、該容器９内を密封することにより金属
   薄板積層間隙を外部に対しシールし、熱間静水圧
   プレス処理後、前記芯材を抜き取る特許請求の範
   囲第１項記載の金属円筒体の製造方法。 ７ 金属芯材５の外周面に酸化皮膜を形成して金
   属薄板との拡散接合を防止せしめた特許請求の範
   囲第３項、第４項又は第６項記載の金属円筒体の
   製造方法。 ８ 芯材がセラミツクスで形成されている特許請
   求の範囲第３項、第４項又は第６項記載の金属円
   筒体の製造方法。 ９ 金属芯材５の外周面にセラミツクス粉末を被
   覆して金属薄板との拡散接合を防止せしめた特許
   請求の範囲第３項、第４項又は第６項記載の金属
   円筒体の製造方法。 １０ 渦巻多層円筒２の両端部に環状金属キヤツ
   プ１０を溶着すると共に、金属薄板の巻始め端部
   及び巻終り端部４を夫々溶着して金属薄板積層間
   隙を外部に対しシールする特許請求の範囲第１項
   記載の金属円筒体の製造方法。 １１ フランジ付ボビン１１に金属薄板を巻取
   り、その巻終り端部及びボビンのフランジ部と渦
   巻多層円筒外周端とを溶着することにより金属薄
   板積層間隙をシールする特許請求の範囲第１項記
   載の金属円筒体の製造方法。 １２ 異種金属からなる２以上の渦巻円筒を互い
   に重合して渦巻多層円筒を形成してなる特許請求
   の範囲第１項乃至第６項又は第１０項若しくは第
   １項何れか各項記載の金属円筒体の製造方法。 １３ 渦巻多層円筒の内側に該円筒金属と拡散接
   合する金属からなる金属円筒２０を配置して、熱
   間静水圧プレス処理により両者を一体化する特許
   請求の範囲第１項記載の金属円筒体の製造方法。 １４ 渦巻多層円筒の外側に該円筒金属と拡散接
   合する金属からなる金属外筒を配置して、熱間静
   水圧プレス処理により両者を一体化する特許請求
   の範囲第１項記載の金属円筒体の製造方法。