JPS60164089A - チタン内張２重管とチタン管板との組付方法 - 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】 本発明は、チタン内張２重管とチタン管板との組付方法
に係り、特に内管として薄肉のチタン管を用い、これを
所定の外管の内面に圧着せしめてなる２重管を、目的と
する凝縮器などの機器のチタン管板に効果的に組み付け
る方法に関するものである。

従来から、凝縮器乃至は熱交換器における伝熱管として
、内管として耐食性のある薄肉のチタン管を用い、一方
外管にチタンとは異なる金属材料からなる管を用いて、
該外管内面に前記チタン管を圧着せしめたチタン内張２
重管を使用することが検討されてきており、例えば、外
管としてフィン付きアルミ管を用い、これに内管として
の薄肉チタン管を組み合わせた２重管等が知られている
。

そして、このような２重管を用いた凝縮器にあっては、
構成材の特性、すなわちフィン付きアルミ管（外管）に
おける作動流体凝縮時の高伝熱性能薄肉チタン管（内管
）における高い海水耐食性等の特徴を生かして、かかる
２重管の管内には、海水又はそれと同等の腐食性を有す
る流体（冷却流体）が、また管外面には、アルミ材料の
腐食の問題を考慮しなくてもよいような凝縮性の流体（
高温流体）が、それぞれ流通せしめられるようにした熱
交換構成が採用されている。具体的には、この２重管を
用いた凝縮器として、凝縮性作動流体としてアンモニア
やフロンを用いた海洋温度差発電用凝縮器、縦型のフロ
ン・タービン・コンデンサ、及びＬＮＧの液化装置のコ
ンデンサ等が挙げられるのである。

ところで、かくの如き２Ｎ管の前記凝縮器における装着
は、一般に該凝縮器の缶体内を仕切る管板に取り付けら
れることによって行なわれ、該管板にて仕切られた室内
に導かれた海水等の腐食性の冷却流体が、該管板に取り
付けた２重管の管内を流通せしめられるようになってい
る。そして、このように、管板も腐食性の冷却流体に晒
されるものであるところから、かかる管板をチタン材料
にて形成することが望ましいのであるが、かかるチタン
管板を用いた場合において、それと前記チタン内張２重
管との間の組付けには、幾つかの解決すべき問題が内在
している。すなわち、このような２重管とチタン管板と
の組付けに際しては、従来より採用されている管と管板
の接合方法、例えば、機械的拡管、シール溶接などの技
術が適用できると考えられるが、それらにはそれぞれ種
々の欠点が内在しているのである。

すなわち、機械的拡管手法によってチタン内張２重管と
チタン管板とを組み付ける場合においては、該２重管の
端部が機械的に拡管されて、管板の取付穴の内面に圧着
されるに過ぎないものであるところから、リーク・タイ
トでなく、また熱伝導性が低く、更には取付は強度の点
で信頼性に欠ける問題を有する他、かかる２重管の外管
を構成するアルミ管等の耐食性に劣る材料が、該２重管
の管端面に露出し、これが、該２重管内を流通せしめら
れる腐食性の流体によって腐食される問題があり、この
ためかかる２重管の管端面に適当な防食塗装や、該管端
面をカバーする保護キャンプを装着せしめる必要がある
等の問題がある。

また、シール溶接、換言すればチタン内張２重管の端部
外周部にチタンスリーブを嵌挿せしめ、そしてこれをチ
タン管板の取付穴に挿入した後、該２重管の端部を、そ
の周方向に沿ってチタン管板に溶接せしめる円周溶融溶
接の場合にあっても、溶接部は外管構成材料たるアルミ
等の、チタンとは異なる耐食性に劣る金属とチタンから
構成されるため、溶接部が著しい腐食を受ける問題があ
る。

また、このような溶接部の腐食を防止するために、かか
る溶接部をカバーする保護キャンプ等を設けたりすると
、そのための組付は工数の増大を招き、また作業も面倒
であって、コストアンプの要因となる。

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その目的とするところは、チタン内
張２重管とチタン管板との有利な組付方法を提供するこ
とにあり、また他の目的は、リーク・タイトであり、且
つ熱伝導性が改善された継手が得られ、また取付は強度
の点においても信頼性が高く、更には腐食の点において
も何等問題のない取付部を与え得る組付方法を提供する
ことにある。

そして、かかる目的を達成するために、本発明にあって
は、チタンとは異なる金属材料からなる外管の内面に内
管としてのチタン管が圧着されてなるチタン内張２重管
のチタン管板に対する組付けにおいて、（ａ）前記外管
の端面に対して所定長さのチタンカラーを直接に圧着せ
しめることにより、或いは該チタンカラーを、該外管と
の間に健全な溶接部を形成し得る金属材料からなる所定
長さの補助カラーの一端に圧接する一方、該補助カラー
の他端を前記外管の端面に融接せしめることにより、該
外管の先端部にチタンカラ一部を形成せしめる工程と、
（ｂ）該チタンカラ一部を含む前記外管の内側に前記内
管としてのチタン管を嵌挿せしめ、該チタン管を該外管
内面に圧着せしめる２重管の加工工程と、（ｃ）かかる
２重管の加工工程において得られたチタン内張２重管を
、前記チタン管板の所定の取付穴に嵌挿せしめ、該チタ
ン内張２重管の先端に位置する前記チタンカラー及びチ
タン管と、該チタン管板とを、一体内に溶接・固定せし
める工程とを、含むように構成したのである。

すなわぢ、かかる本発明に従えば、チタン内張２重管の
先端部の外管部分にチタンカラーが配置せしめられ、そ
の先端部分がチタン材料のみから構成されることとなる
ため、同様にチタン材料からなるチタン管板に対して通
常のチタン溶接を行なうことができ、更にこれによって
、その溶接部に他の金属との合金層を形成することなく
、健全な溶融溶接部が得られ、以てリーク・タイトな組
付構造と為し得るのであり、またこれによって熱伝導性
も高められ、更に組イ」け強度の点においても、信頼性
が著しく高められ得たのである。

加えて、かかるチタン溶接により形成される溶融溶接部
は、実質的にチタンよりなるものであるところから、そ
れが海水などの腐食性の冷却流体に晒されたところで、
それか腐食する等の間部は殆ど生ずることがないのであ
り、このためかかる溶接部に防食塗膜を施したり、保護
キャップを装着せしめたりする等の対策を採る必要も全
（ないのである。

以下、本発明の実施例を示す図面を参照しつつ、本発明
の構成を更に具体的に明らかにする。

まず、第１図は、本発明方法の一実施例を示す工程図で
あり、そこにおいて−２は、チタン内張２重管を構成す
る外管であり、該外管２の端面に対して、ここでは所定
長さ：ｌのチタンカラー（パイプ）４が、所定の圧接手
法によって接合せしめられることとなる。この外管２と
チタンカラー４との接合のための圧接操作は、公知の手
法に従って実施され得るものであって、例えば、摩擦溶
接法、爆発圧接法、超音波溶接法、抵抗溶接（フラッシ
ュ及びアプセット溶接）法、拡散溶接法、冷間圧接法な
どが採用され、これによって外管２の先端部にチタンカ
ラー４部分を接続したものが形成される。また、このよ
うな圧接方法の種類に応じて、少なくとも、該外管２及
びチタンカラー４の接合面及びその周辺に対して、適宜
脱脂などの前処理が施される。

なお、外管２は、目的とするチタン内張２重管が凝縮管
として使用される場合にあっては、その外周面にフィン
を有していることが望ましく、図示の例にあっては、第
２図に示されるように、所定高さのフィン６の複数本が
、互いに平行に管軸方向に一体的に設けられている。尤
も、このフィンは、かかる外管２の管周方向に、一本な
いしは複数本の割合で設けるようにすることも可能であ
る。そして、このようなフィン６の設けられた外管２は
、後述するチタン管板への取付けのために、その端部か
ら所定長さ：ｍにわたってフィン６が除去されている。

また、この外管２は、チタン以外の熱伝導性の良好な金
属材料、例えばアルミニウム若しくはその合金、銅若し
くはその合金又は鋼などからなるものである。

また、このような外管２とチタンカラー４との圧接によ
って、図示の如く、その接合部には、内側と外側にそれ
ぞれハリ８が生ずるところから、このような内外のハリ
８は、適当な手段によって除去せしめられ、以て外管２
先端のフィン６除去部分とチタンカラー４の内外面が、
それぞれ面一となるようにされる。

さらに、このような圧接に際し、圧接部での脆弱な合金
層の形成を防止するためには、外管２とチタンカラー４
の突合わせ面に適当なインサート材（例えば、Ａｇメ・
７キ層、Ｎｉメッキ層など）を介在せしめることが有効
であり、本発明では、必要に応じて、そのような対策が
採用されることとなる。

次いで、このようにして得られた先端部にチタンカラー
４を接続した外管２に対して、その管内に、目的とする
チタン内張２重管の内管となるチタン管１０が嵌挿せし
められ、そして該チタン管ＩＯの内面に対して液圧など
を加えることによって、前記外管２の内面にかかるチタ
ン管１０が圧着せしめられ、以て目的とするチタン内張
２重管１２が形成されるのである。この際、外管２の先
端部に接続されたチタンカラー４の内面にも、チタン管
１０が圧着せしめられることとなり、これによって、チ
タン内張２重管１２の先端部には、チタンカラー４とチ
タン管１０にて構成されるチタン材料のみからなる、所
定長さくｐ、＞の接続用筒状部分１４が形成されること
となる。

そして、この接続用筒状部分１４を有するチタン内張２
重管１２は、所定のチタン管板１６に取り付けられるの
である。すなわち、チタン内張２重管１２は、その先端
のチタンのみからなる接続用筒状部分１４から、チタン
管板１６の所定の取付穴１８内に嵌挿せしめられ、そし
て該２重管１２の先端の接続用筒状部分１４　（チタン
カラー４及びチタン管１０）の端部において、チタン管
板１６との間で、通常のチタン溶接に採用されるア−り
溶接などの溶接手法によって溶接・固定せしめられるの
である。

このように、２重管１２のチタン管板１６への取付けに
は、従来から用いられているアーク溶接法などの溶接手
法が適用され得、それはまた、工場内或いは現場で溶接
施工されることとなるのである。この時、２重管１２の
端面、換言すればチタンカラー４の端面や管板１６の端
面に、適宜開先を設けて、溶込み形状を調節するのが有
効であり、また必要に応じてメルト・ランを行なったり
、溶加材を供給したりする手段が採用されることとなる
。なお、第３図には、チタン管板１６側に開先を設けた
例が示されており、そこにおいては、チタン管板１６の
取付穴の周囲に沿って溝２０が設けられ、所定の開先部
とされているのであり、そしてこの開先を設けた取付穴
１８の周縁部と２重管１２の先端部とかアーク溶接手法
によって溶接され、該２重管１２の管端部が、チタン管
板１６に対して完全に円周溶融溶接せしめられるのであ
る。

さらに、かかる溶接操作に先立って、チタン管板１６の
取付穴１８内に挿入された２重管１２の先端部分に対し
て、適度の拡管操作を加え、該取イ」穴１８の内面に該
２重管先端部分を圧接しておくことも有効である。

そして、このようにして、チタン内張２重管１２が、そ
の先端部のチタンのみから構成される接続用筒状部分１
４において、チタン管板１６に溶接せしめられて組み付
けられるものであるところから、その溶接部２２は、実
質的にチタンのみにて形成されることとなり、それ故従
来の如きｌ容接部に脆弱な合金層が形成されることがな
く、極めて健全な溶接部２２を得ることができるのであ
る。

しかも、２重管１２とチタン管板１６とは、溶接によっ
て取り付けられているところから、それらの取付部はリ
ーク・タイトとなることは勿論、熱伝導性においても改
善され、また取付は強度においても信頼性が高められ、
更に溶接部２２がチタンにて形成されるところから、か
かる溶接部の腐食に対する耐久性が効果的に改善され得
たのである。

なお、このようにしてチタン管板１６に取り付けられる
チタン内張２重管１２においては、その先端部に設けら
れるチタンカラー４は、その長さく管軸方向）：ｌに関
して、それが、摩擦圧接操作が可能な程度において適当
な長さを有するようにされるが、一般にかかるチタンカ
ラー４と外管２との圧接部（接合部）が、管板１６内、
換言すれば取付穴１８内に位置するような長さに選定さ
れることとなる。

また、本発明にあっては、第４図に示される如き手法に
従って実施することも可能である。この第４図に示され
た方法は、前述の第１図における実施例の如く、チタン
カラー４が直接に外管２の端面に圧接により接続せしめ
られるものとは異なり、補助カラー２４を介して、チタ
ンカラー４が外管２に接続されている点に大きな特徴が
ある。

すなわち、第４図において、補助カラー２４とチタンカ
ラー４とは、それらが外管２に接続せしめられるに先立
って、前述の如き圧接手法によって接続せしめられ、ま
たその圧接部の内側及び外側に形成されるパリ８なども
同様に除去されて、複合カラー２６が形成されるのであ
る。

なお、このチタンカラー４に圧接せしめられる補助カラ
ー２４は、外管２との間に健全な溶接部を形成し得る金
属材料からなるものであり、一般に、それは外管２と同
様な金属材料にて構成されている。

そして、このようにチタンカラー４と補助カラー２４と
を圧接せしめてなる複合カラー２６は、その補助カラー
２４側の端部において、外管２の端面に融接（溶融溶接
）せしめられ、以てかがる外管２の先端部にチタンカラ
ー４部分が形成されるのである。なお、かかる複合カラ
ー２６の補助カラー２４と外管２との融接には、ＴＩＧ
及びＭＩＧ溶接の如きイナート・ガス・アーク溶接法、
ガス、プラズマ、並びに電子線溶接法などが用いられる
。また、そのような融接に先立って、外管２や補助カラ
ー２４の接合部分には、適宜、脱脂などの前処理が施さ
れることとなる。

また、高性能を有する２重管を得るには、融接後に、必
要に応じて外管２及び複合カラー２６の管内面の加工を
施し、内面粗度の均一性、内径公差などの調整をするこ
とが望ましい。さらに、がかる融接操作時には、管内面
にヒートが生じないように、適当な裏当て治具を用いる
のが有効であり、また溶接手法に応じて、適宜、第５図
（ａ）〜（ｄ）に示される如き開先形状となるような開
先加工が施されて、裏ビードの発生を抑制せしめる対策
が好適に採用される。なお、第５図において、（ａ）は
Ｉ型開先を、（ｂ）はＶ型開先を、また（Ｃ）は重ね合
わせ型開先を、更に（ｄ）はＵ型開先をそれぞれ示して
いる。また、その溶接姿勢は、下向き（／′ｇ接トーチ
固定−管回転）の姿勢の方が健全な溶接部が得られ、望
ましい。なお、場合によって、溶接トーチ回転−管固定
の方式を用いなければならない時は、溶接諸欠陥、特に
ブローホールの発汁防止に関し、充分な配慮が為されな
ければならない。

そして、このように、補助カラー２４部分を介してチタ
ンカラー４を接続せしめてなる外管２には、前例と同様
にして、内管としてのチタン管１０が嵌挿された後、圧
着せしめられることによって、目的とするチタン内張２
重管１２が形成されることとなるが、このようにして得
られる２重管１２にあっても、その先端部は、チタンカ
ラー４と内管としてのチタン管１０のみからなり、外管
２の端部が露出せしめられるものではないところから、
チタン管板１６への取付けにあっても、通常のチタンに
対する溶融溶接の手法が有利に適用され、そこに健全な
溶接部２２を効果的に形成することができるのである。

なお、この補助カラー２４を介してチタンカラー４を外
管２の先端に接続する方式にあっても、チタンカラー４
の長さ：ｌや補助カラー２４の長さ：ｎは、好ましくは
、該チタンカラー４と補助カラー２４との圧接部や、該
補助カラー２４と外管２との融接部が、チタン管板１６
の取付穴１８内に位置するような長さにおいて選定され
ることとなる。

また、この第４図に示された手法に従えば、チタンカラ
ー４の圧接が短尺の補助カラー２４との間において行な
われ、第１図の実施例の如く、比較的長尺となる外管２
に対してチタンカラー４を圧接せしめるものでないとこ
ろから、そのようなチタンカラー４と補助カラー２４と
を圧接せしめてなる複合カラー２６を、予め工場におい
て製作しておけば、現場においては、外管２と該複合カ
ラー２６との溶融溶接によって、そのような外管２の先
端部にチタンカラー４部分を容易に接続することができ
、これによって現場溶接施工が極めて容易と為され得る
利点がある。具体的には、簡便なアーク溶接機にて現場
施工ができ、特殊な設備が不要となるのである。

以下、本発明方法を更に具体的に明らかにするために、
本発明の一つの実施例を示すが、本発明が、そのような
実施例によって何等限定的に解釈されるものではないこ
と、言うまでもないところである。

実施例 第４図に示された工程に従って、それぞれ外径が２６．
９龍、内径が２１．５　ｍｍ、肉厚が２．７闘のチタン
カラー４　（純チタン製）及び補助カラー２４（アルミ
ニウム合金：Ａ６０６３製）とを用い、摩擦溶接手法に
てそれら二つのカラーを接続せしめ、複合カラー２６を
得た。なお、摩擦圧力＝２０ｋｇ／ｃＪ、アプセット圧
力ニ　２０　ｋｇ／ｃｏｔ、回転数：２４００ｒｐｍで
ある摩擦溶接条件が採用された。

そして、この得られた複合カラー２６にパー・す８の除
去などの成形を施し、外径が２６．９　ｍｓ、内径が２
２；　４　＊ｖａ、肉厚が２．２５鶴、チタンカラー４
部分２０龍、補助カラー２４部分２０寵（合計４０龍）
の複合カラー２６とした。

一方、別途用意された、フィン高さ：１．３５＋＊ｍ、
最大外径：２６．９＋ａｍ、フィン底径：２４．２ｍｌ
、内径２２．４　ａｍのフィン付き外管２　（アルミニ
ウム合金：Ａ６０６３製）に対して、その端部のフィン
を切削、除去し、外径が２４．２　ａｍの端部とした後
、この端部と上記複合カラー２６のアルミカラ一部分（
２４）とを、それらの突合わせ部をＵ型開光加工した後
、下記条件下にて溶融溶接せしめた。

なお、前処理として、ワイヤブラシかけを、フィン外管
２及び複合カラー２６の溶接部に対して施した。

溶接姿勢：下向き（管回転） 溶接方法：ＡＣＴＩＧアーク溶接 溶接電流：４５〜５５Ａ 溶接速度：１２ｃｍ／分 シールドガス：アルゴン、１１！／分 ン容接棒　：Ａ３３５６ＢＹ、１．６　龍φ次いで、か
くして得られた先端部にチタンカラー４か接続されてな
るフィン付き外管２に対して、その管内に外径２２龍、
肉厚０．２鰭の薄肉チタン管１０を嵌挿せしめ、そして
かかるチタン管１０内に液圧を作用せしめることによっ
て、該チタン管１０をフィン外管２の内面に圧着せしめ
た後、厚さか５０顛のチタン管板１６の取付穴１８（内
径：２７．１ｍ）内に、第４図に示される如く挿入せし
め、チタン内張２重管１２の先端部のチタンカラー４及
びチタン管１０と、チタン管板１６の取付穴１８の周囲
との間において、下記条件下に円周シール溶接を行なっ
た。なお、前処理としてアセトン脱脂処理が採用された
。

溶接姿勢：横向き（溶接トーチ回転） 溶接方法：ＤＣＴＩＧアーク溶接 溶接電流＝４０〜５０Ａ 溶接速度：２０ｃｍ／分 シールドガス：アルゴン、１２Ｉｌ／分溶接棒　：な　
し 以上の如き組付は手法によって、チタン内張２重管１２
の先端部とチタン管板１６との溶接部２２には、何等脆
躬な合金層も形成されず、また割れ等の問題も生じず、
健全な溶接部が形成されていることが認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す工程図であり、第２図
は第１図における■−■断面図、第３図は第１図におけ
るＡ部拡大説明図であり、第４図は本発明の他の実施例
を示す工程説明図であり、第５図（ａ）〜（ｄ）はそれ
ぞれ第４図における外管と補助カラーとの融接部におけ
る開先形状の異なる例を示す説明図である。 ２：外管　４：チタンカラー ６：フィン　８：ハリ １０：チタン管（内管） １２：チタン内張２重管 １４：接続用筒状ｇ３分 １６：チタン管板　１８：取付穴 ２０：溝　２２：溶接部 ２４：補助カラー　２６：複合カラー 第１図 ノ 第２１３ｉＱ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１チタンとは異なる金属材料からなる外管の内面に
   内管としてのチタン管が圧着されてなるチタン内張２重
   管のチタン管板に対する組付けにおいて、 前記外管の端面に対して所定長さのチタンカラーを直接
   に圧接せしめることにより、或いは該チタンカラーを、
   該外管との間に健全な溶接部を形成し得る金属材料から
   なる所定長さの補助カラーの一端に圧接する一方、該補
   助カラーの他端を前記外管の端面に融接せしめることに
   より、該外管の先端部にチタンカラ一部を形成せしめる
   工程と、 該チタンカラ一部を含む前記外管の内側に前記内管とし
   てのチタン管を嵌挿せしめ、該チタン管を該外管内面に
   圧着せしめる２重管の加工工程と、 かかる２重管の加工工程において得られたチタン内張２
   重管を、前記チタン管板の所定の取付穴に嵌挿せしめ、
   該チタン内張２重管の先端に位置する前記チタンカラー
   及びチタン管と、該チタン管板とを、一体重に溶接・固
   定せしめる工程とを、 含むことを特徴とするチタン内張２重管とチタン管板と
   の組付方法。 （２）前記チタンカラーの圧接により前記外管または前
   記補助カラーとの接合部に生じた内側及び外側のビード
   がそれぞれ除去せしめられる特許請求の範囲第１項記載
   の組付方法。 （３）前記チタンカラーの長さまたは、該チタンカラー
   の長さ及び前記補助カラーの長さが、前記外管とチタン
   カラーとの圧接部または、該外管と該補助カラーとの融
   接部及び該補助カラーと該チタンカラーとの圧接部が前
   記チタン管板の取付穴内に位置するように、選定される
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の組付方法。 （４）前記外管と前記補助カラーとの融接が、■型、■
   型、Ｕ型または重ね合わせ型の開先形状を用いて行なわ
   れる特許請求の範囲第１項記載の組付方法。 （５）前記圧接操作が、摩擦溶接法、爆発圧接法、超音
   波溶接法、抵抗溶接法、拡散溶接法または冷間圧接法に
   て行なわれる特許請求の範囲第１項記載の組付方法。 （６）前記チタン内張２重管を前記チタン管板の取付穴
   に嵌挿せしめた後、該２重管を拡管して該取付穴に圧着
   せしめ、更にその後チタン管板への前記溶接・固定を行
   なう特許請求の範囲第１項記載の組付方法。 （７）前記チタン管板の取付穴の周囲に開先部を設けて
   、該取付穴に嵌挿せしめられる前記チタン内張２重管の
   先端のチタンカラー及びチタン管部分と該開先部とを溶
   接し、それらを一体重に固定せしめる特許請求の範囲第
   １項記載の組付方法。 （８）前記外管が、その外周面に１本若しくは複数本の
   フィンを管軸方向または管周方向に有する特許請求の範
   囲第１項乃至第７項の何れかに記載の組付方法。 （９）前記外管が、アルミニウム若しくはその合金から
   なる管である特許請求の範囲第１項乃至第８項の何れか
   に記載の組付方法。 ＱＯ）　前記補助カラーが、前記外管と同様な金属材料
   にて形成されている特許請求の範囲第１項乃至第９項の
   何れかに記載の組付方法。