JPH0647179B2 - 異種金属管継手の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、材質の異なる金属管、例えばチタン管と銅管
或いはステンレス鋼管とチタン管というような金属管同
志の接続に使用される異種金属管継手の製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） 各種プラントでは、用途や環境等を考慮してそれに適し
た各種の金属管、例えばステンレス鋼管、チタン管、ア
ルミニウム管等が使用されている。従って、これらプラ
ントでは異なる材質の金属管（異種金属管）を接合しな
ければならない場合がある。金属管の接合には、作業能
率に優れ且つ安価である溶接で行うのが有利である。し
かし、溶接では接続する両金属管の材質によっては接続
することができないことがある。

溶接では、例えば鋼管とステンレス鋼管というような異
種金属管であれば接続することができるが、チタン管と
銅管、或いはステンレス鋼管とチタン管というような異
種金属管であれば、溶接部に非常に脆い金属間化合物が
生成するので接続することができない。チタン管と銅管
の場合には溶接部にTi₂Cu、TiCu₃等の金属間化合物が、
ステンレス鋼管とチタン管では溶接部にTi₂Ni、TiNi₃、
等の金属間化合物が生成する。

そこで、このような溶接で接続することができない異種
金属管の場合には、従来次のような方法がとられてい
る。

例えば、第８図に示すように金属管Ａ（例えばチタン
管）の接合側の端部にこれと同じ材料のドーナツ状の円
板(20)を、一方、金属管Ｂ（例えば銅管）の端部にこれ
と同じ材料のドーナツ状の円板(21)を、それぞれ嵌装し
溶接で固定した後、円板(20)と(21)同志をボルト(22)で
締めつけて接続するいわゆるフランジ型継手(23)を使用
する方法である。しかし、フランジ型継手では継手部が
接続する管の外径よりも大きくなるので、配管施工時の
邪魔となり、配管設計上に制約をうけるという不利があ
る。さらには、接合部のシール性についての信頼度が低
いという欠点がある。

また、他の接続方法としては異種金属管の端面同志を合
わせ、圧力をかけながら管を回転させて接合するいわゆ
る摩擦圧接という方法もある。この方法はフランジ型継
手のように接合部が管の外径よりも大きくなるというよ
うなことはないが、接合部のシール性についての信頼度
が低いという欠点がある。さらには、摩擦圧接では接合
面が管軸に対して垂直であるので、接合面積が接合せん
とする管材の断面と同程度にならざるを得ず、従って接
合強度に限界がある。

ところで、このようなフランジ型継手および摩擦圧接に
おける欠点を解消することができる方法に、第９図に示
すような接続しようとする異種の金属管ＡおよびＢと同
じ材料の管(24)と(25)、（例えば金属管Ａがチタンなら
ば(24)はチタン管、金属管Ｂが銅管ならば(25)は銅管）
を接合して作った金属接合継手(26)を金属管ＡとＢとの
間に介在させて、それぞれの端部同志を溶接(27)して接
続する方法がある。この方法によれば、溶接は同種の金
属であるので溶接部に金属間化合物が生成することがな
い。また、接合部が管の外径より大きくなるというよう
なこともなく、且つシール性についての信頼度も高い。

そして、このような金属接合継手、即ち異種金属管継手
を熱間静水圧加圧法を利用して製造する方法が提案され
ている（特開昭61-52996号公報）。しかし、熱間静水圧
加圧法では生産性が低く、継手のコストが高くなるとい
う難点がある。

このように従来の接続方法では接合部のシール性或いは
継手の生産性に難点がある。また、異種金属管の接続は
必ずしも第８図および第９図に示すような内・外径が同
一のものとは限らない。場合によっては内・外径の異な
る異種金属管の接続を必要とすることがある。このよう
な場合にも、接合部のシール性が高く、且つ溶接による
金属間化合物の生成も起こらない異種金属管継手を利用
するのが有利である。即ち、継手の片端部側の内・外径
が接続する異種金属管の一方の金属管の内・外径と同一
で、継手の他端部側の内・外径が他方の金属管の内・外
径と同一である異径型の異種金属管継手を使用するのが
よい。しかし、摩擦圧接の熱間静水圧加圧法のような従
来の製造方法では、安価に且つ品質に優れた異径型の異
種金属管継手を製造するのが困難である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、内・外径が同一の異種金属管或いは内
・外径が異なる異種金属管を溶接によって接続すること
ができる継手であって、継手の片端部側が接続しようと
する一方の異種金属管と同じ材料で且つ同一内・外径を
有し、継手の他端部側が他方の異種金属管と同じ材料で
かつ同一内・外径を有し、シール性の信頼度が高く、接
合面積が大きく接合強度に優れた異種金属管継手を安価
に且つ効率よく製造する方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、下記の継手の製造方法にある。

二重クラッド棒の片端から任意の位置まで拡径加工又は
縮径加工して異径二重クラッド棒とし、次いで、この異
径二重クラッド棒の大径部側で内層材、小径部側で外層
材が残るように内・外削加工するか、又は大径部側で外
層材、小径部側で内層材が残るように内・外削加工する
ことを特徴とする異種金属管継手の製造方法。

（作用） 以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は、本発明方法の主要な製造工程を示す図であ
る。

素材である二重クラッド棒は、熱間押出し法等の熱間延
伸加工法、爆着法或いは拡散焼鈍法等で製造することが
できる。

二重クラッド棒は、内層材が接続しようとする異種金属
管のどちらか一方の金属管と同じ材料、外層材が他方の
金属管と同じ材料からなるものである。即ち、接続する
異種金属管の一方が例えばチタン管、他方が銅管の場合
には、内層材がチタンで外層材が銅、もしくは内層材が
銅で外層材がチタンである二重クラッド棒である。

次いで、この素材の二重クラッド棒を所定の長さに切断
し、その片端から任意の位置まで拡径加工又は縮径加工
を施す。拡径加工は、例えば第２図(a)に示すように内
層材(1)と外層材(2)とからなる二重クラッド棒(3)の内
部にくさび形状をしたプラグ(4)を途中まで押し込むこ
とで行うことができる。

一方、縮径加工は、例えば同図(b)に示すように二重ク
ラッド棒(3)をダイス(5)に途中まで押し込むことで行う
ことができる。

拡径加工又は縮径加工後は、内層材および外層材の所定
部分に機械加工を施して除去し、片端部側が内層材で他
端部側が外層材からなる継手全長が同一内・外径を有し
た直管型の異種金属管継手、もしくは継手中央部から異
なる内・外径を有する異径型の異種金属管継手とする。

なお、前記拡径加工および縮径加工は冷間で行ってもよ
いが、冷間での加工が困難なもの、例えばステンレス
鋼、チタン合金のようなものは熱間で加工する方がよ
い。

このように、長尺の二重クラッド棒を素材とし、上記の
工程で順次加工を行えば、接合強度に優れた安価な直管
型の異種金属管継手もしくは異径型の異種金属管継手を
能率よく製造することができるのである。

次に、二重クラッド棒から異種金属管継手を製造する方
法を、前記工程に沿って拡径加工による場合と縮径加工
による場合とに分けて具体的に説明する。

まず、第３図は、二重クラッド棒を拡径加工してから異
種金属管継手を製造する場合の各工程における被加工材
の形状の一例を示す断面図である。内層材(1)（芯材）
と外層材(2)とからなる二重クラッド棒(3)（第３図
(a)）を、その片端側から任意の位置まで拡径加工して
異径二重クラッド棒(6)に成形する（第３図(b)）。

この二重クラッド棒から、直管型の異種金属管継手を製
造する場合は、同図(b)に示すように片端側（拡径側）
の内層材(1)の外径ｄ_７が、他端側（拡径を施していな
い元のままの側）の外層材(2)の外径ｄ_６とほぼ同じ大
きさとなるように拡径加工を施すのがよい。異径型の異
種金属管継手を製造する場合はこのようにしてもよく、
或いは第４図(a)に示すように片端側（拡径側）の内層
材(1)の外径ｄ_８を他端側（拡径を施していない元のま
まの側）の外層材(2)の外径ｄ_６より大きくしてもよ
い。

次いで、異径二重クラッド棒(6)に機械加工を施す。機
械加工では切削する部分を適正に選ぶことにより直管型
の異種金属管継手もしくは異径型の異種金属管継手とす
ることができる。即ち、第３図(c)の(イ)に示すように少
なくとも大径部側の外層材(2)を切削除去して軸方向の
段付形状を解消し、且つ内層材(1)を大径部側でその外
周層(10)を残して切削除去すれば、第３図(d)の(イ)に示
すような中央部に接合部(7)を有し、継手の片端部側が
内層材(1)で他端部側が外層材(2)からなる両端部の内・
外径が等しい直管型の異種金属管継手(8)を得ることが
できる。

第３図(c)の(ロ)に示すように不必要な小径部側の外層材
(2)を切削除去し、且つ内層材(1)をこの小径部側で外周
層(10)を残して切削除去すれば、同図(d)の(ロ)に示すよ
うな中央部に接合部(7)を有し、継手の小径部側が内層
材(1)で大径部側が外層材(2)からなる異径型の異種金属
管継手(9)を得ることができる。或いは第４図(a)に示す
ように大径部側の外層材(2)を切削除去し、且つ内層材
(1)を大径部側でその外周層(10)を残して切削除去すれ
ば、前記異径型の継手とは逆の小径部側が外層材(2)で
大径部側が内層材(1)からなる中央部に接合部(7)を有す
る異径型の異種金属管継手(9)を得ることもできる。

一方、二重クラッド棒を縮径加工してから異種金属管継
手を製造する場合も、ほぼ前記と同様の方法で行うこと
ができる。

第５図は、二重クラッド棒を縮径加工してから異種金属
管継手を製造する場合の各工程における被加工材の形状
の一例を示す断面図である。

二重クラッド棒(3)（第５図(a)）の片端側から任意の位
置まで縮径加工を施し、異径二重クラッド棒(6)に形成
する（第５図(b)）。

縮径加工に際して、異径二重クラッド棒から直管型の異
種金属管継手を製造する場合は、同図(b)に示すように
片端側（縮径側）の外層材(2)の外径ｄ_９が、他端側
（縮径を施していない元のままの側）の内層材(1)の外
径ｄ_８とほぼ同じ大きさとなるように行うのがよく、異
径型の異種金属管継手を製造する場合は、このようにし
てもよく、或いは第６図(a)に示すように片端側（縮径
側）の外層材(2)の外径ｄ₁₀を、他端側（縮径を施して
いない元のままの側）の内層材(1)の外径d₈より小さく
してもよい。

次いで、第５図(c)の(イ)に示すように少なくとも大径部
側の外層材(2)を切削除去して、軸方向の段付形状を解
消し、且つ内層材(1)を大径部側でその外周層(10)を残
して切削除去すれば、第５図(d)の(イ)に示すような中央
部に接合部(7)を有し、継手の片端側が内層材(1)で他端
側が外層材(2)からなる両端部の内・外径が同一の異種
金属管継手(8)を得ることができる。

第５図(c)の(ロ)に示すように小径部側の外層材(2)を切
削除去し、且つ内層材(1)をこの小径部側で外周層(10)
を残して切削除去すれば、同図(d)の(ロ)に示すような中
央部に接合部(7)を有し、継手の小径部側が内層材(1)で
大径部側が外層材(2)からなる異径型の異種金属管継手
(9)を得ることができる。或いは第６図(b)に示すように
大径部側の外層材(2)を切削除去し、且つ内層材(1)を大
径部側でその外周層(10)を残して切削除去すれば、前記
とは反対の継手の小径部側が外層材(2)で大径部側が内
層材(1)からなり、中央部に接合部(7)を有する異径型の
異種金属管継手(9)を得ることもできる。

第７図(a)は、本発明方法で製作した直管型の異種金属
管継手(8)を用いて内・外径が同一の異種金属管Ａおよ
びＢを、同図(b)は異径型の異種金属管継手(9)を用いて
内・外径が異なる異種金属管ＡおよびＢを、それぞれ溶
接で接続したときの概略図である。異種金属管継手(8)
および(9)は金属管Ａ側がこれと同じ材料、金属管Ｂ側
がこれと同じ材料であるので、溶接部(11)には脆い金属
間化合物が生じない。また、継手は接続する金属間と同
じ内・外径を有しているので、フランジ型継手のように
接続部が徒に大きくなるという問題がない。

なお、管内を流れる液体によっては異種金属管継手の接
合界面における拡散層の耐食性が問題となる場合が考え
られる。そのような場合には、素材の二重クラッド棒を
製造するに際し、内層材と外層材との間に適当な中間材
を介在させてやれば、接合界面に耐食性に優れた拡散層
を形成させることができる。

本発明方法で製作された異種金属管継手は、継手を構成
する異種金属間の接合界面が、従来の摩擦圧接に比べて
はるかに長いので接合強度に優れる。そして、その接合
界面はプラグやダイスによる拡径角度または縮径角度を
変えることで、任意の長さとすることができるので、設
計上必要な強度に応じて自由にその長さを選択すること
ができる。無論、組み合わせる金属管はどのようなもの
であってもよいことは言うまでもない。

次に実施例により本発明を更に説明する。

（実施例１） ３個のコーン型ロールを有する傾斜圧延機を使用し、チ
タンの外層材（外径：40mm、肉厚：５mm）と、銅の中実
の内層材（径：30mm）とからなるチタンクラッド銅棒、
ステンレス鋼の外層材（外径：40mm、肉厚：３mm）と、
アルミニウムの中実の内層材（径：34mm）とからなるス
テンレスクラッドアルミニウム棒とを製造した。

なお、チタンと銅は純チタン（JIS H 46302種）と無酸
素銅（JIS H 3300(1020)）、ステンレス鋼はJIS SUS 30
4L、アルミニウムはJIS H 4040 1070のものを用いた。

これを100mm長さに切断した後、チタンクラッド銅棒に
ついては600℃に加熱後、ステンレスクラッドアルミニ
ウム棒については500℃に加熱後、片端から40mmをダイ
スによりそれぞれ下記サイズに縮径加工を施した。

(1)縮径後の異径チタンクラッド銅棒 片端側（縮径側） 外層材の外径30mm、内層材の径19.5mm 他端側（無縮径側） 外層材の外径40mm、内層材の径30mm (2)縮径後の異径ステンレスクラッドアルミニウム棒 片端側（縮径側） 外層材の外径34mm、内層材の径27.5mm 他端側（無縮径側） 外層材の外径40mm、内層材の径34mm 次いで、前記(1)の拡径後の異径チタンクラッド銅棒を
第５図(c)の(イ)に示すように大径部側の外層材を切削除
去して段付形状を解消し、且つ内層材を大径部側で外周
層を残して切削除去し、片端部側が純チタンで他端部側
が無酸素銅で中央部に接合部を有する外径29mm×内径23
mm×肉厚３mmの直管型の異種金属管継手を製作した。ま
た、第５図(c)の(ロ)に示すように小径部側の外層材を切
削除去し、且つ内層材を小径部側で外周層を残して切削
除去し、継手の大径部側が純チタンで外径39mm×内径33
mm×肉厚３mm、小径部側が無酸素銅で外径19mm×内径13
mm×肉厚３mm、中央部に接合部を有する異径型の異種金
属管継手を製作した。

一方、前記(2)の縮径後の異径ステンレスクラッドアル
ミニウム棒を同様に機械加工し、片端部側がステンレス
鋼で他端部側がアルミニウムで中央部に接合部を有した
外径33mm×内径29mm×肉厚２mmの直管型の異種金属管継
手と、継手の大径部側がステンレス鋼で外径39mm×内径
35mm×肉厚２mm、小径部側がアルミニウムで外径27mm×
内径23mm×肉厚２mm、中央部に接合部を有した異径型の
異種金属管継手を製作した。

製作した異種金属管継手について、浸透探傷試験と引張
り試験を行った。その結果、接合部には欠陥は全く認め
られず、破断位置は母材部であった。

（発明の効果） 以上説明した如く、本発明方法によれば接合強度に優れ
た継手両端部の内・外径が同一である異種金属管継手お
よび両端部の内・外径が異なる異種金属管継手を能率よ
く且つ安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の主要な製造工程を示す図、 第２図は、拡径加工および縮径加工の一例を示す模式
図、 第３図は、本願発明方法により二重クラッド棒を拡径加
工してから異種金属管継手を製造する場合の各工程にお
ける被加工材の形状の一例を示す図、 第４図は、他の機械加工例を示す図、 第５図は、本願発明方法により二重クラッド棒を縮径加
工してから異種金属管継手を製造する場合の各工程にお
ける被加工材の形状の一例を示す図、 第６図は、他の機械加工例を示す図、 第７図は、本発明方法によって作製した異種金属管継手
を用いて異種金属管を接続する方法を示す模式図、 第８図は、従来のフランジ型継手を用いて異種金属管を
接続する方法を示す模式図、 第９図は、従来の異種金属管継手を用いて異種金属管を
接続する方法を示す模式図、である。 (1)……内層材 (2)……外層材 (3)……二重クラッド棒 (4)……プラグ (5)……ダイス (6)……異径二重クラッド棒 (7)……接合部 (8)……直管型の異種金属管継手 (9)……異径型の異種金属管継手 (10)……外周層 (11)……溶接部 (20)……金属Ａのドーナツ状の円板 (21)……金属Ｂのドーナツ状の円板 (22)……ボルト (23)……フランジ型継手 (24)……金属管Ａ (25)……金属管Ｂ (26)……金属接合継手 (27)……端部溶接部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中尾 恭次 兵庫県尼崎市扶桑町１丁目１番地 住金機 工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−71582（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−159281（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−45991（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二重クラッド棒の片端から任意の位置まで
   拡径加工又は縮径加工して異径二重クラッド棒とし、次
   いで、この異径二重クラッド棒の大径部側で内層材、小
   径部側で外層材が残るように内・外削加工するか、又は
   大径部側で外層材、小径部側で内層材が残るように内・
   外削加工することを特徴とする異種金属管継手の製造方
   法。