JP2000176652A - Method for joining metallic tube - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、金属管の接合方法
に関し、更に詳しくは、化学工業、石油化学工業等で用
いられるプラント用配管、ラインパイプ、あるいは油井
で用いられるケーシングチューブ、プロダクションチュ
ーブ、コイルドチューブ等の油井管の接合方法として好
適な金属管の接合方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for joining metal pipes, and more particularly, to piping for plants and line pipes used in the chemical industry, petrochemical industry and the like, or casing tubes and production tubes used in oil wells. The present invention relates to a method for joining metal pipes suitable as a method for joining oil country tubular goods such as coiled tubes.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、化学工業、石油化学工業等の
分野においては、種々の環境下での化学反応を利用して
目的生成物を得たり、化学反応の原料、中間生成物、目
的生成物等の腐食性の流体を長距離に亘って輸送するた
めに、長尺の金属管が使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, in the fields of chemical industry, petrochemical industry, etc., a target product is obtained by utilizing a chemical reaction under various environments, or a starting material, an intermediate product, and a target product of a chemical reaction are obtained. Long metal tubes are used to transport corrosive fluids, such as objects, over long distances.
【0003】例えば、油井、ガス井を掘削するに際して
は、地中に掘削された坑道の保護や原油の漏出防止等の
ために、坑道の中にケーシングチューブと呼ばれる鋼管
が埋設される。油田は、通常、地下数千mの位置にある
ので、ケーシングチューブも数千mの長さを有するもの
が必要とされる。また、油井、ガス井からくみ上げられ
た原油、ガス等は、分離装置を介して、貯槽あるいは精
製所に輸送されるが、その場合、全長数十kmに及ぶパ
イプライン等が用いられる。For example, when drilling an oil or gas well, a steel tube called a casing tube is buried in the tunnel to protect the tunnel excavated in the ground and prevent leakage of crude oil. Since an oil field is usually located several thousand meters underground, a casing tube having a length of several thousand meters is required. Crude oil, gas, and the like pumped from oil and gas wells are transported to a storage tank or a refinery via a separation device. In this case, a pipeline having a total length of several tens of kilometers is used.
【0004】一方、腐食環境に曝される金属管には、耐
食性に優れた継目無鋼管が一般に用いられるが、工業的
に量産されている継目無鋼管の長さは、10〜15mで
あり、製造可能な長さの上限は100m程度である。従
って、ラインパイプ、あるいはケーシング等の油井管に
は、長さ10〜15mの継目無鋼管を複数個接続した接
合体が用いられている。On the other hand, a seamless steel pipe excellent in corrosion resistance is generally used for a metal pipe exposed to a corrosive environment. The length of a seamless steel pipe industrially mass-produced is 10 to 15 m. The upper limit of the length that can be manufactured is about 100 m. Therefore, a joined body in which a plurality of seamless steel pipes each having a length of 10 to 15 m are connected to an oil well pipe such as a line pipe or a casing.
【0005】このような用途に用いられる金属管の接合
方法としては、ねじ接続法(メカニカルカップ法)、溶
接法(オービタルウェルディング法)、摩擦圧接法、拡
散接合法などが知られている。[0005] As a joining method of a metal pipe used for such an application, a screw connection method (mechanical cup method), a welding method (orbital welding method), a friction welding method, a diffusion welding method, and the like are known.
【0006】ねじ接続法は、金属管の端部に形成された
ねじを螺合させることにより、金属管同士を接続する方
法である。ねじ接続法は、一継手当たりの接続時間が5
〜10分であり、作業能率が高いという利点があるが、
締結部から油やガスが漏れやすいという欠点がある。そ
のため、金属管に形成されるねじには高精度が要求さ
れ、しかもねじの螺合作業には、高度の熟練が要求され
る。また、高精度に加工されたねじ部の損傷を避けるた
め、その輸送には細心の注意が要求される。さらに、締
結部は、引張応力には強いが、圧縮応力が作用すると半
径方向に広がり、油やガスの漏洩を助長するという欠点
がある。[0006] The screw connection method is a method of connecting metal tubes by screwing screws formed at the ends of the metal tubes. The screw connection method requires a connection time of 5 joints.
10 to 10 minutes, has the advantage of high work efficiency,
There is a disadvantage that oil and gas leak easily from the fastening portion. For this reason, the screws formed on the metal tube require high precision, and the screwing operation requires a high degree of skill. Also, in order to avoid damage to the thread portion that has been machined with high precision, careful transportation is required. Furthermore, the fastening portion has a drawback in that although it is strong against tensile stress, it expands in the radial direction when compressive stress is applied, which promotes leakage of oil and gas.
【0007】一方、溶接法は、金属管の端面に開先を設
けて突き合わせ、開先に溶融金属を肉盛りすることによ
り、金属管同士を接続する方法である。溶接法は、溶接
部に融合不良やピンホール等の欠陥がない限り、溶接部
から油やガスが漏れることはなく、また、引張応力のみ
ならず圧縮応力にも強いという利点がある。しかしなが
ら、溶接法は、溶接能率に限界があり、特に、厚肉管の
溶接の場合には、多層溶接を行う必要があるので、一継
手あたりの作業時間が1〜2時間を要してしまう。さら
に、現地での溶接施工においては、天候、風速等、環境
の影響を受けるばかりでなく、熟練した溶接技能を要す
るという欠点がある。[0007] On the other hand, the welding method is a method in which a groove is provided on an end face of a metal pipe and butted, and molten metal is built up on the groove to connect the metal pipes to each other. The welding method has the advantage that oil and gas do not leak from the welded portion and that it is resistant not only to tensile stress but also to compressive stress as long as there are no defects such as defective fusion or pinholes in the welded portion. However, the welding method has a limitation in welding efficiency, and in particular, in the case of welding a thick-walled pipe, since it is necessary to perform multilayer welding, the work time per joint requires 1-2 hours. . In addition, welding on site has the disadvantage that not only is it affected by the environment such as weather and wind speed, but it also requires skilled welding skills.
【0008】摩擦圧接法は、圧力を加えつつ、突き合わ
せた金属管同士を相対的に回転させ、発生した摩擦熱に
より軟化した金属管端部を圧接する方法である。他の接
合法に比べて、熟練を必要としない、短時間で接合でき
る、作業環境の影響をほとんど受けない等の利点はある
ものの、金属管圧接部内外表面のバリ発生が避けられ
ず、その除去に多大の時間を要するという欠点がある。
その欠点を解決する方法として、一対の金属管端面同士
の間に楔状断面を有するリングを介捜し、一対の金属管
は固定したままで、そのリングを回転させながら金属管
の中心方向に押し込むことにより圧接を行うラジアル摩
擦圧接法が開発されているが、圧接継手の特性は、必ず
しも十分ではない。[0008] The friction welding method is a method in which, while applying pressure, butted metal pipes are relatively rotated with each other, and the ends of the metal pipes softened by the generated frictional heat are pressed. Compared to other joining methods, although there are advantages such as requiring no skill, being able to join in a short time, and being hardly affected by the working environment, the occurrence of burrs on the inner and outer surfaces of the metal tube pressure welding part is inevitable, There is a disadvantage that it takes a lot of time to remove.
As a method of solving the disadvantage, a ring having a wedge-shaped cross section is interposed between a pair of metal pipe end faces, and while the pair of metal pipes is fixed, the ring is pushed toward the center of the metal pipe while rotating the ring. A radial friction welding method for performing pressure welding has been developed, but the properties of the pressure-welded joint are not always sufficient.
【0009】これに対し、拡散接合法は、2本の金属管
を突き合わせ、接合面を加圧しながら、金属管の融点以
下の温度に加熱し、接合面において元素の拡散を行わせ
ることにより、2本の金属管を接合する方法である。拡
散接合法には、2本の金属管を直接突き合わせ、固相状
態を維持しながら元素の拡散を行わせる固相拡散接合
と、接合界面にインサート材を介挿し、インサート材を
溶融させると共に、その成分の一部を金属管側に拡散さ
せる液相拡散接合法がある。[0009] On the other hand, in the diffusion bonding method, two metal tubes are abutted and heated to a temperature equal to or lower than the melting point of the metal tube while pressing the bonding surface, thereby diffusing elements at the bonding surface. This is a method of joining two metal tubes. In the diffusion bonding method, two metal tubes are directly joined to each other, and solid-phase diffusion bonding is performed, in which elements are diffused while maintaining a solid state, and an insert material is interposed at a bonding interface to melt the insert material. There is a liquid phase diffusion bonding method in which a part of the component is diffused to the metal tube side.
【00010】拡散接合法は、適正な条件で接合されれ
ば、接合部から油やガスが漏れることはなく、圧縮応力
に強いという点では、上述の溶接法と同様であるが、一
継手当たりの接合時間は、溶接法の1/3〜1/2程度
と短く、高品質の継手を高能率で製造することができる
という利点がある。そのため、拡散接合法は、油井管や
ラインパイプ等の接合方法として特に優れている。The diffusion bonding method is similar to the above-mentioned welding method in that oil and gas do not leak from the bonded portion and are resistant to compressive stress if the bonding is performed under appropriate conditions. Has an advantage that a high-quality joint can be manufactured with high efficiency, as short as about 1/3 to 1/2 of the welding method. Therefore, the diffusion joining method is particularly excellent as a joining method for oil country tubular goods, line pipes and the like.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところで、拡散接合法
を用いて金属管を接合する場合、所定の外径及び肉厚を
有する金属管の端面のみを所定の表面粗さに仕上げ、外
径及び肉厚を修正することなく、そのまま接合に用いる
のが一般的である。By the way, when joining metal tubes using the diffusion joining method, only the end face of the metal tube having a predetermined outer diameter and thickness is finished to a predetermined surface roughness, and the outer diameter and the outer diameter are reduced. In general, it is used for bonding without modifying the wall thickness.
【0012】しかしながら、工業的に量産されている金
属管には、所定の寸法公差があり、各金属管の外径及び
肉厚は、寸法公差の範囲内でばらついている。そのた
め、量産された金属管をそのまま用いて拡散接合を行う
と、接合部の外周面側及び/または内周面側に段差が発
生する場合がある。However, industrially mass-produced metal tubes have a predetermined dimensional tolerance, and the outer diameter and wall thickness of each metal tube vary within the dimensional tolerance. Therefore, if diffusion bonding is performed using the mass-produced metal pipe as it is, a step may be generated on the outer peripheral surface side and / or the inner peripheral surface side of the joint.
【0013】接合部の外周面側及び/又は内周面側に段
差を有する接合体をそのまま使用すると、段差部分に応
力が集中し、段差部分から破壊したり、あるいは段差部
分が疲労破壊の起点になりやすいという問題がある。ま
た、接合部の内周面側に段差があると、段差部分に腐食
性物質が滞留し、機械的特性及び耐食性に悪影響を及ぼ
すおそれがある。When a joined body having a step on the outer peripheral surface side and / or the inner peripheral surface side of the joint portion is used as it is, stress concentrates on the stepped portion and the joint is broken from the stepped portion, or the stepped portion is a starting point of fatigue fracture. There is a problem that it is easy to become. Further, if there is a step on the inner peripheral surface side of the joint, the corrosive substance may stay at the step, which may adversely affect mechanical properties and corrosion resistance.
【0014】この場合、接合部の外周面側に発生した段
差は、接合後に後加工することにより容易に取り除くこ
ともできるが、内周面側に発生した段差を接合後に除去
するのは困難である。In this case, the step generated on the outer peripheral surface side of the joint can be easily removed by post-processing after the bonding, but it is difficult to remove the step generated on the inner peripheral surface after the bonding. is there.
【0015】本発明が解決しようとする課題は、接合部
に発生する段差を小さくすることができ、これにより強
度、疲労特性及び耐食性に優れた接合体が得られる金属
管の接合方法を提供することにある。The problem to be solved by the present invention is to provide a method for joining metal pipes, which can reduce a step generated at a joint portion, thereby obtaining a joined body having excellent strength, fatigue characteristics and corrosion resistance. It is in.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、金属管を突き合わせて拡散接合する金属
管の接合方法において、両金属管の接合端面の内径差が
2mm以下となるように、少なくとも一方の金属管の接
合端部近傍の内径を接合前に加工することを要旨とする
ものである。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a method for joining metal pipes in which metal pipes are butt-butted and diffusion-bonded to each other. Thus, the gist of the invention is to process the inner diameter of at least one of the metal pipes near the joint end before joining.
【0017】この場合、前記加工は、材料の除去を伴わ
ない拡径加工であることが望ましい。また、前記加工
は、材料の除去を伴う機械加工であってもよい。あるい
は、前記加工は、材料の除去を伴わない拡径加工と、該
拡径加工の後に行われる材料の除去を伴う機械加工から
なっていてもよい。In this case, it is desirable that the processing is a diameter expansion processing without removing the material. Further, the processing may be a mechanical processing involving removal of a material. Alternatively, the processing may include a diameter-increasing processing without removing the material and a mechanical processing with the material being removed performed after the diameter-increasing processing.
【0018】上記構成を有する本発明に係る金属管の接
合方法によれば、金属管同士の拡散接合が行われる前
に、各金属管の内径の差が所定の値以下となるように、
各金属管の端部近傍の内径の加工が行われる。そのた
め、加工前の各金属管の外径及び肉厚にばらつきがあ
り、各金属管の内径に差がある場合であっても、接合部
の内周面側に大きな段差が発生することはなく、接合体
の強度、疲労特性及び耐食性が向上する。According to the method for joining metal tubes according to the present invention having the above structure, before the metal tubes are diffusion-bonded to each other, the difference between the inner diameters of the respective metal tubes is reduced to a predetermined value or less.
An inner diameter near the end of each metal tube is machined. Therefore, the outer diameter and wall thickness of each metal pipe before processing vary, and even when there is a difference in the inner diameter of each metal pipe, a large step does not occur on the inner peripheral surface side of the joint. In addition, the strength, fatigue characteristics and corrosion resistance of the joined body are improved.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発
明の第一の実施の形態に係る金属管の接合方法を示す工
程図である。図1において、本発明に係る金属管の接合
方法は、拡径工程と、端面加工工程と、拡散接合工程と
を備えている。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a process chart showing a method for joining metal tubes according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the metal pipe joining method according to the present invention includes a diameter expanding step, an end face processing step, and a diffusion joining step.
【0020】まず、拡径工程について説明する。拡径工
程は、図1(a)に示すような円筒状の金属管30の
内、両端の内径のみを適当な工具等を用いて拡大させ、
図1(b)に示すように、金属管30端部の内径をd0
からd1に拡大する工程である。First, the diameter expanding step will be described. In the diameter increasing step, only the inner diameter of both ends of the cylindrical metal tube 30 as shown in FIG.
As shown in FIG. 1B, the inner diameter of the end of the metal tube 30 is set to d 0.
From a process of expanding to d 1.
【0021】ここで、本発明が適用される金属管30の
材質については、特に限定されるものではなく、炭素
鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、二相ステンレス
鋼、オーステナイト系ステンレス鋼等のステンレス鋼、
Ti合金等、各種の材料を用いることができる。Here, the material of the metal tube 30 to which the present invention is applied is not particularly limited, and stainless steel such as carbon steel, martensitic stainless steel, duplex stainless steel, and austenitic stainless steel is used. ,
Various materials such as a Ti alloy can be used.
【0022】また、本発明においては、各金属管30の
拡径前の内径の最小値に対する拡径後の金属管30の内
径の増分を端部拡径率と呼び、次の数1の式で定義す
る。In the present invention, the increment of the inner diameter of the metal tube 30 after the expansion with respect to the minimum value of the inner diameter before the expansion of each metal tube 30 is called an end diameter expansion ratio. Defined by
【0023】[0023]
【数1】端部拡径率(%)=(d1−d0min)x1
00/d0min 但し、d1 :金属管30端部の拡径後の内径 d0min:金属管30端部の拡径前の内径の最小値## EQU1 ## Edge expansion ratio (%) = (d 1 −d 0 min ) × 1
00 / d 0 min, where d 1 : the inner diameter of the end of the metal tube 30 after the expansion d 0 min : the minimum value of the inner diameter of the end of the metal tube 30 before the expansion.
【0024】本発明の場合、拡径工程においては、各金
属管30の拡径後の内径の差が2mm以下となるよう
に、各金属管30の端部近傍の内径を拡大させる必要が
ある。拡径後の内径の差が2mmを超えると、接合部の
内周面側に1mm以上の段差が発生し、強度、疲労特性
及び耐食性に優れた接合体が得られないので好ましくな
い。好ましくは、各金属管30の内径の差は、1mm以
下である。In the case of the present invention, in the diameter expanding step, it is necessary to increase the inner diameter near the end of each metal tube 30 so that the difference between the inner diameters of the respective metal tubes 30 after the expansion is 2 mm or less. . If the difference between the inner diameters after the diameter expansion exceeds 2 mm, a step of 1 mm or more is generated on the inner peripheral surface side of the joining portion, and a joined body excellent in strength, fatigue characteristics and corrosion resistance cannot be obtained, which is not preferable. Preferably, the difference between the inner diameters of the metal tubes 30 is 1 mm or less.
【0025】そのため、拡径工程における端部拡径率が
小さすぎると、接合部の内周面側に大きな段差が発生す
ることになる。従って、各金属管30の拡径前の最大内
径をd0maxとすると、拡径後の各金属管30の内径
d1が次の数2の式を満たすように、端部拡径率を決定
すると良い。For this reason, if the end portion diameter expansion ratio in the diameter expansion step is too small, a large step is generated on the inner peripheral surface side of the joint. Thus, determining if the maximum inner diameter of the front diameter of the metal pipe 30 and d 0max, the inner diameter d 1 of each metal pipe 30 after expanded is to satisfy the following Expression 2, the end portion diameter ratio Good.
【0026】[0026]
【数2】 d0max−2≦d1≦d0max (単位:mm)[Number 2] d 0max -2 ≦ d 1 ≦ d 0max ( Unit: mm)
【0027】この場合、拡径前の内径d0が(d
0max−2)(mm)より小さい金属管30のみが、
d1に相当する内径まで拡径され、拡径前の内径d0が
(d0ma x−2)(mm)以上である金属管30につ
いては、端部近傍の内径が拡径されることなく、そまま
接合に供されることになる。In this case, the inner diameter d 0 before the expansion is (d
0max- 2) Only the metal tube 30 smaller than (mm)
It is expanded to inner diameter which corresponds to d 1, the inner diameter d 0 of the front diameter is about (d 0ma x -2) metal tube 30 is (mm) or more, without the inner diameter in the vicinity of the end portion is expanded , And will be used for joining as it is.
【0028】あるいは、拡径後の各金属管30の内径d
1がd0maxより大きくなるように、端部拡径率を決
定し、各金属管30を拡径しても良い。この場合は、全
ての金属管30が、d1に相当する内径まで拡径される
ことになる。Alternatively, the inner diameter d of each metal tube 30 after the diameter expansion
The end diameter expansion ratio may be determined so that 1 becomes larger than d0max , and the diameter of each metal tube 30 may be expanded. In this case, all of the metal tube 30 is, will be expanded until the inner diameter corresponding to d 1.
【0029】なお、端部拡径率の計算に用いられる内径
の最小値d0min及び最大値d0 maxとしては、安
全率を見込むという点では、接合に用いられる金属管の
規格から予測される最小値及び最大値を用いることが望
ましいが、実測値を用いても良い。[0029] As the minimum value d 0min and maximum value d 0 max inner diameter used in the calculation of the end portion diameter ratio, in terms of expected the safety factor is predicted from standards of the metal pipe used for joining Although it is desirable to use the minimum value and the maximum value, an actual measurement value may be used.
【0030】また、端部拡径率は、接合部の内周面側に
発生する段差を小さくするという点では、大きい程良い
ので、得られる接合体の用途に応じて、最適な端部拡径
率を選択すればよい。Further, the larger the end diameter expansion ratio is, the better in terms of reducing the step generated on the inner peripheral surface side of the joint, the better. What is necessary is just to select a diameter ratio.
【0031】また、拡径された部分の長さ(以下、これ
を「拡径長さ」といい、図1(b)中、「L1」で表
示。)は、金属管30の加工の容易性、得られる接合体
の用途等を考慮して任意に選択すればよい。The length of the expanded portion (hereinafter referred to as “expanded length” and indicated by “L 1 ” in FIG. 1B) is the length of the processing of the metal tube 30. It may be arbitrarily selected in consideration of easiness, use of the obtained joined body, and the like.
【0032】さらに、拡径方法も、特に限定されるもの
ではなく、種々の方法を用いることができる。通常は、
数1に示すd1に相当する外径を有するマンドレルある
いはプラグを、所定の長さだけ、金属管30の端部に挿
入し、端部内径を拡径すればよい。Further, the diameter expansion method is not particularly limited, and various methods can be used. Normally,
A mandrel or a plug having an outer diameter corresponding to d1 shown in Equation 1 may be inserted into the end of the metal tube 30 by a predetermined length to increase the inner diameter of the end.
【0033】次に、端面加工工程について説明する。端
面加工工程は、図1(c)に示すように、拡径工程によ
り端部内径が拡径された金属管30の端面を所定の表面
粗さに機械加工する工程である。これは、金属管30の
端面の表面粗さが粗いと、後述する拡散接合工程におい
て、接合界面が十分に密着せず、高い接合強度が得られ
ないためである。Next, an end face processing step will be described. The end face processing step is a step of machining the end face of the metal pipe 30 whose end inner diameter has been expanded by the diameter expansion step to a predetermined surface roughness, as shown in FIG. This is because if the surface roughness of the end face of the metal tube 30 is rough, the bonding interface does not sufficiently adhere in the diffusion bonding step described later, and high bonding strength cannot be obtained.
【0034】なお、端面の加工方法は、特に限定される
ものではなく、研削加工、ラッピング加工等、各種の方
法を用いることができる。また、拡径後も金属管30の
端面の表面粗さが所定の範囲に維持されている場合に
は、端面加工工程は必ずしも必要ではなく、省略するこ
ともできる。The method for processing the end face is not particularly limited, and various methods such as grinding and lapping can be used. Further, if the surface roughness of the end face of the metal tube 30 is maintained in a predetermined range even after the diameter expansion, the end face processing step is not necessarily required, and can be omitted.
【0035】次に、拡散接合工程について説明する。拡
散接合工程は、拡径工程において端部内径が拡径され、
さらに端面加工工程において、端面が所定の表面粗さに
加工された金属管30を突き合わせ、金属管30、30
同士を拡散接合させる工程である。Next, the diffusion bonding step will be described. In the diffusion bonding step, the inner diameter of the end portion is expanded in the diameter expanding step,
Further, in an end face processing step, the metal pipes 30 whose end faces are processed to a predetermined surface roughness are abutted, and the metal pipes 30,
This is a step of performing diffusion bonding.
【0036】ここで、拡散接合法には、金属管30を直
接突き合わせ、固相状態を維持しながら元素の拡散を行
わせる固相拡散接合と、接合界面にインサート材を介挿
し、インサート材を一時的に融解させながら元素の拡散
を行わせる液相拡散接合とがあるが、いずれの方法を用
いてもよい。Here, in the diffusion bonding method, the metal pipes 30 are directly abutted to each other to diffuse elements while maintaining a solid state, and an insert material is interposed at a bonding interface to insert the insert material. There is liquid phase diffusion bonding in which elements are diffused while melting temporarily, but any method may be used.
【0037】特に、液相拡散接合は、固相拡散接合に比
して、短時間で母材と同様の強度を有する接合体が得ら
れるので、接合方法として好適である。図1(d)に、
金属管30、30の接合界面にインサート材36を介挿
し、液相拡散接合法により接合された金属管接合体32
の一例を示す。In particular, liquid phase diffusion bonding is suitable as a bonding method since a bonded body having the same strength as the base material can be obtained in a shorter time than solid phase diffusion bonding. In FIG. 1 (d),
An insert material 36 is interposed at the joint interface between the metal tubes 30 and 30, and the metal tube joined body 32 joined by the liquid phase diffusion joining method
An example is shown below.
【0038】また、拡散接合の条件は、使用する金属管
30の材質に応じて最適な範囲を選択すればよい。具体
的には、以下の条件下で行うとよい。The optimum conditions for the diffusion bonding may be selected in accordance with the material of the metal tube 30 to be used. Specifically, it may be performed under the following conditions.
【0039】まず、接合面の表面粗さRmaxは、50
μm以下が好ましい。接合面の表面粗さRmaxが50
μmを超えると、接合面において金属管30同士が十分
密着せず、高い接合強度が得られないので好ましくな
い。高い接合強度を得るという点では、表面粗さRma
xは小さい程良い。First, the surface roughness Rmax of the bonding surface is 50
μm or less is preferred. The surface roughness Rmax of the joint surface is 50
If it exceeds μm, the metal tubes 30 do not sufficiently adhere to each other on the bonding surface, and high bonding strength cannot be obtained, which is not preferable. In terms of obtaining high bonding strength, the surface roughness Rma
The smaller x is, the better.
【0040】また、使用するインサート材36は、融点
が1200℃以下であるNi系合金又はFe系合金が好
適である。インサート材36の融点が1200℃を超え
ると、高い接合温度が必要となるので、接合中に母材を
溶融させたり、あるいはインサート材36の未溶融に起
因する未接合部が発生するので好ましくない。The insert material 36 used is preferably a Ni-based alloy or a Fe-based alloy having a melting point of 1200 ° C. or less. If the melting point of the insert material 36 exceeds 1200 ° C., a high joining temperature is required, so that the base material is melted during joining or an unjoined portion is generated due to the unmelted insert material 36, which is not preferable. .
【0041】また、使用するインサート材36の厚さ
は、100μm以下が好ましい。インサート材36の厚
さが100μmを超えると、接合界面における元素の拡
散が十分に行われず、接合強度が低下するので好ましく
ない。The thickness of the insert 36 used is preferably 100 μm or less. If the thickness of the insert material 36 exceeds 100 μm, the diffusion of elements at the bonding interface is not sufficiently performed, and the bonding strength is undesirably reduced.
【0042】なお、インサート材36の形状は、特に限
定されるものではなく、厚さ100μm以下の箔状のイ
ンサート材36を接合界面に介挿してもよく、あるい
は、厚さが100μm以下となるように、粉末状もしく
は鱗片状のインサート材36を接合界面に散布したり、
ペースト状にして接合界面に塗布してもよい。The shape of the insert material 36 is not particularly limited, and a foil-shaped insert material 36 having a thickness of 100 μm or less may be interposed at the joining interface, or the thickness may be 100 μm or less. As described above, powdery or scaly insert material 36 is sprayed on the joining interface,
It may be applied in the form of a paste to the joint interface.
【0043】接合雰囲気は、非酸化性雰囲気が好まし
い。酸化性雰囲気下で拡散接合を行うと、接合界面近傍
が酸化し、接合強度が低下するので好ましくない。The bonding atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere. Diffusion bonding in an oxidizing atmosphere is not preferred because the vicinity of the bonding interface is oxidized and the bonding strength is reduced.
【0044】接合温度は、1250℃以上1400℃以
下の範囲が好適である。接合温度が1250℃未満にな
ると、インサート材36が部分的に溶融しなかったり、
あるいは元素の拡散が十分に行われず、接合強度が低下
するので好ましくない。また、接合温度が1400℃を
超えると、母材が溶融するおそれがあるので好ましくな
い。The joining temperature is preferably in the range from 1250 ° C. to 1400 ° C. When the joining temperature is lower than 1250 ° C., the insert material 36 does not partially melt,
Alternatively, the diffusion of elements is not sufficiently performed, and the bonding strength is reduced, which is not preferable. On the other hand, if the joining temperature exceeds 1400 ° C., the base material may be undesirably melted.
【0045】接合温度における保持時間は、30秒以上
300秒以下が好適である。保持時間が30秒未満であ
ると、接合界面における元素の拡散が不十分となり、接
合強度が低下するので好ましくない。また、保持時間が
300秒を超えると、作業効率が低下するので好ましく
ない。The holding time at the joining temperature is preferably 30 seconds or more and 300 seconds or less. If the holding time is less than 30 seconds, the diffusion of elements at the bonding interface becomes insufficient, and the bonding strength decreases, which is not preferable. On the other hand, if the holding time exceeds 300 seconds, the working efficiency is undesirably reduced.
【0046】さらに、接合界面に付与する加圧力は、
1.5MPa以上5MPa以下が好適である。加圧力が
1.5MPa未満であると、接合界面の密着が不十分と
なり、接合強度が低下するので好ましくない。また、加
圧力が5MPaを超えると、接合部近傍が過大に変形す
るので好ましくない。Further, the pressure applied to the bonding interface is:
1.5 MPa or more and 5 MPa or less are preferable. If the pressing force is less than 1.5 MPa, the adhesion at the bonding interface becomes insufficient, and the bonding strength decreases, which is not preferable. On the other hand, if the pressure exceeds 5 MPa, the vicinity of the joint is excessively deformed, which is not preferable.
【0047】また、拡散接合を行う際の加熱方法として
は、高周波誘導加熱、高周波直接通電加熱、抵抗加熱等
の各種の方法を用いることができる。中でも高周波誘導
加熱及び高周波直接通電加熱は、比較的大きな被接合材
であっても容易に加熱でき、加熱効率が高く、極めて短
時間に接合温度まで加熱できるので、加熱方法として特
に好適である。As a heating method for performing diffusion bonding, various methods such as high-frequency induction heating, high-frequency direct current heating, and resistance heating can be used. Among them, high-frequency induction heating and high-frequency direct current heating are particularly suitable as a heating method because even relatively large materials to be joined can be easily heated, have high heating efficiency, and can be heated to the joining temperature in a very short time.
【0048】ただし、高周波誘導加熱又は高周波直接通
電加熱に用いる高周波電流としては、周波数が100k
Hz以下のものを用いるのが好ましい。周波数が100
kHzを超えると、表皮効果により表面のみが加熱さ
れ、接合面全面が均一に加熱されないので好ましくな
い。However, the high-frequency current used for high-frequency induction heating or high-frequency direct current heating has a frequency of 100 k
Hz or less is preferably used. Frequency 100
When the frequency exceeds kHz, only the surface is heated by the skin effect, and the entire joint surface is not uniformly heated, which is not preferable.
【0049】次に、本発明に係る金属管の接合方法の作
用について説明する。工業的に量産されている金属管に
は、所定の寸法公差があり、要求される寸法精度は、用
途によって異なっている。中でも、ケーシングチュー
ブ、プロダクションチューブ、コイルドチューブ等の油
井管や、ラインパイプに用いられる金属管は、他の用途
に比較して、高い精度が要求されることで知られてい
る。Next, the operation of the metal pipe joining method according to the present invention will be described. Metal tubes that are mass-produced industrially have a predetermined dimensional tolerance, and the required dimensional accuracy varies depending on the application. Above all, oil well pipes such as casing tubes, production tubes, and coiled tubes, and metal pipes used for line pipes are known to require higher accuracy than other uses.
【0050】ラインパイプの寸法公差を定める規格とし
ては、例えば、アメリカ石油協会(以下、これを「AP
I」という)規格5LC(第2版、1991年8月1
日)がある。また、ケーシング及びチュービングの寸法
公差を定める規格としては、例えば、API規格5CT
(初版、1995年4月1日)がある。The standard for determining the dimensional tolerance of the line pipe is, for example, the American Petroleum Institute (hereinafter referred to as “AP”).
I ") standard 5LC (second edition, August 1, 1991)
Days). Further, as a standard for determining the dimensional tolerance of the casing and the tubing, for example, API standard 5CT
(First edition, April 1, 1995).
【0051】API規格5LCによれば、例えば、外径
4〜18インチ(101.6〜457.2mm)のライ
ンパイプの場合、パイプ本体の外径は、規格値の±0.
75%の範囲であれば許容される。また、パイプの肉厚
は、規格値の+15%から−12.5%の範囲にあれば
許容される。According to the API standard 5LC, for example, in the case of a line pipe having an outer diameter of 4 to 18 inches (101.6 to 457.2 mm), the outer diameter of the pipe main body is ± 0.
A range of 75% is acceptable. The wall thickness of the pipe is acceptable if it is in the range of + 15% to -12.5% of the standard value.
【0052】従って、例えば、外径12.75インチ
(323.85mm)及び肉厚0.375インチ(9.
525mm)のAPIグレードX52のラインパイプの
場合、外径の最大値は326.279mmとなり、最小
値は321.421mmとなる。また、肉厚の最大値は
10.954mmとなり、最小値は8.334mmとな
る。Thus, for example, an outside diameter of 12.75 inches (323.85 mm) and a wall thickness of 0.375 inches (9.
In the case of an API grade X52 line pipe (525 mm), the maximum value of the outer diameter is 326.279 mm, and the minimum value is 321.421 mm. The maximum value of the thickness is 10.954 mm, and the minimum value is 8.334 mm.
【0053】そのため、ラインパイプを中央で切断し、
再接合する場合を想定すると、寸法公差内にある最大外
径及び最小肉厚を有する金属管41と、最小外径及び最
大肉厚を有する金属管42とを接合する必要が生ずる。
この時、両者の軸が一致するように突き合わせて拡散接
合したとすると、図2(a)に示すように、金属管4
1、42の内周面側に、最大5.049mmの段差が発
生することになる。Therefore, the line pipe is cut at the center,
Assuming the case of rejoining, it is necessary to join the metal tube 41 having the maximum outer diameter and the minimum thickness within the dimensional tolerance and the metal tube 42 having the minimum outer diameter and the maximum thickness.
At this time, assuming that the two axes are abutted and diffusion bonded so that they coincide with each other, as shown in FIG.
A step of 5.049 mm at the maximum occurs on the inner peripheral surface side of 1, 42.
【0054】従って、この場合には、内径の最小値d
0minは、299.513mmであるので、拡径後の
内径d1が307.611mm以上、すなわち端部拡径
率が2.70%以上となるように、金属管41、42を
拡径すれば、計算上、内周面側に発生する段差を1mm
以下とすることができる。Therefore, in this case, the minimum value d of the inner diameter is
Since 0 min is 299.513 mm, the metal pipes 41 and 42 may be expanded so that the inner diameter d 1 after the expansion is 307.611 mm or more, that is, the end diameter expansion ratio is 2.70% or more. In calculation, the step generated on the inner peripheral surface side is 1 mm
It can be:
【0055】同様に、拡径後の内径d1が308.61
1mm以上、すなわち端部拡径率が3.04%以上とな
るように、金属管41、42を拡径すれば、計算上、内
周面側に発生する段差を0.5mm以下とすることがで
きる。さらに、拡径後の内径d1が309.611mm
以上、すなわち端部拡径率が3.37%以上となるよう
に、金属管41、42を拡径すれば、図2(b)に示す
ように、計算上、内周面側に発生する段差を完全になく
することができる。Similarly, the inner diameter d 1 after the expansion is 308.61.
If the metal pipes 41 and 42 are expanded so that the end diameter expansion ratio becomes 3.04% or more, that is, 1 mm or more, the step generated on the inner peripheral surface side is calculated to be 0.5 mm or less. Can be. Further, the inner diameter d 1 after diameter expansion is 309.611mm
When the metal pipes 41 and 42 are expanded so that the end diameter expansion ratio becomes 3.37% or more, the calculation is generated on the inner peripheral surface side as shown in FIG. 2B. Steps can be completely eliminated.
【0056】また、API規格5CTによれば、例え
ば、外径4 1/2インチ(114.3mm)以上のケーシ
ング又はチュービングの場合、パイプ本体の外径は、規
格値の+1.00%から−0.50%の範囲であれば許
容される。また、パイプの肉厚は、規格値の±12.5
%の範囲にあれば許容される。According to the API standard 5CT, for example, in the case of a casing or tubing having an outer diameter of 41/2 inches (114.3 mm) or more, the outer diameter of the pipe main body is from -1.00% of the standard value to- A range of 0.50% is acceptable. The thickness of the pipe is ± 12.5 of the standard value.
% Is acceptable.
【0057】従って、例えば、外径7インチ(177.
8mm)及び肉厚0.54インチ(13.716mm)
インチのAPIグレードH40のケーシングの場合、外
径の最大値は179.578mmとなり、最小値は17
9.911mmとなる。また、肉厚の最大値は15.4
31mmとなり、最小値は12.002mmとなる。Therefore, for example, an outer diameter of 7 inches (177.
8 mm) and 0.54 inch wall thickness (13.716 mm)
For an API grade H40 casing of inches, the maximum outer diameter is 179.578 mm and the minimum is 17
9.911 mm. The maximum value of the wall thickness is 15.4.
31 mm, and the minimum value is 12.002 mm.
【0058】そのため、寸法公差内にある最大外径及び
最小肉厚を有する金属管51と、最小外径及び最大肉厚
を有する金属管52とを、軸が一致するように突き合わ
せて拡散接合したとすると、図3(a)に示すように、
金属管51、52の内周面側に、最大4.763mmの
段差が発生することになる。For this reason, the metal pipe 51 having the maximum outer diameter and the minimum thickness within the dimensional tolerance and the metal pipe 52 having the minimum outer diameter and the maximum thickness are abutted and diffusion bonded so that their axes are coincident. Then, as shown in FIG.
A maximum step of 4.763 mm occurs on the inner peripheral surface side of the metal tubes 51 and 52.
【0059】従って、この場合には、内径の最小値d
0minは、146.049mmであるので、拡径後の
内径d1が153.574mm以上、すなわち端部拡径
率が5.15%以上となるように、金属管51、52を
拡径すれば、計算上、内周面側に発生する段差を1mm
以下とすることができる。Therefore, in this case, the minimum value of the inner diameter d
Since 0 min is 146.049 mm, if the metal pipes 51 and 52 are expanded so that the inner diameter d 1 after the expansion is 153.574 mm or more, that is, the end diameter expansion rate is 5.15% or more. In calculation, the step generated on the inner peripheral surface side is 1 mm
It can be:
【0060】同様に、拡径後の内径d1が154.54
7mm以上、すなわち端部拡径率が5.84%以上とな
るように、金属管51、52を拡径すれば、計算上、内
周面側に発生する段差を0.5mm以下とすることがで
きる。さらに、拡径後の内径d1が155.574mm
以上、すなわち端部拡径率が6.52%以上となるよう
に、金属管51、52を拡径すれば、図3(b)に示す
ように、計算上、内周面側に発生する段差を完全になく
することができる。[0060] Similarly, the inner diameter d 1 after the diameter is 154.54
If the metal pipes 51 and 52 are expanded so that the diameter of the metal pipes 51 and 52 becomes 7 mm or more, that is, the end diameter expansion ratio becomes 5.84% or more, the step generated on the inner peripheral surface side is calculated to be 0.5 mm or less. Can be. Further, the inner diameter d 1 after diameter expansion is 155.574mm
When the metal pipes 51 and 52 are expanded so that the end diameter expansion rate becomes 6.52% or more, the calculation is generated on the inner peripheral surface side as shown in FIG. 3B. Steps can be completely eliminated.
【0061】なお、上述の試算においては、接合に用い
られる金属管の内径が、許容される寸法公差の最大値と
最小値の範囲内でばらついていることが前提となってい
る。従って、接合に用いられる金属管の内径が、許容さ
れる寸法公差の範囲より狭い範囲でばらついている場合
には、上述の試算で求められた端部拡径率より小さい端
部拡径率であっても、内周面側に発生する段差を1mm
以下にすることができる。In the above estimation, it is assumed that the inner diameter of the metal pipe used for joining varies within the range of the maximum and minimum allowable dimensional tolerances. Therefore, when the inner diameter of the metal tube used for joining varies within a narrower range than the allowable dimensional tolerance, the end expansion ratio is smaller than the end expansion ratio obtained by the above calculation. Even if there is a step on the inner peripheral surface side, 1mm
It can be:
【0062】次に、本発明の第2の実施の形態に係る金
属管の拡散接合方法について説明する。本実施の形態に
係る金属管の拡散接合方法は、材料の除去を伴わない拡
径加工によって接合前の金属管の端部近傍の内径差を2
mm以下とする代わりに、材料の除去を伴う機械加工に
よって端部近傍の内径差を2mm以下とすることを特徴
とするものである。Next, a metal pipe diffusion bonding method according to a second embodiment of the present invention will be described. In the metal pipe diffusion bonding method according to the present embodiment, the inner diameter difference near the end of the metal pipe before bonding is reduced by 2 mm by the diameter expansion processing without removing the material.
Instead of making the diameter less than or equal to mm, the difference in inner diameter near the end is made to be 2 mm or less by machining with the removal of material.
【0063】ここで、金属管端部近傍を機械加工するに
際しては、機械加工された金属管を突き合わせたとき
に、接合界面に鋭角の切り欠きが形成されないように、
金属管端部近傍の内周面側の材料を、連続的かつ滑らか
に除去することが望ましい。具体的には、図4(a)に
示すように、双方の金属管61、62の端部近傍の内周
面側を底角の大きなテーパ状に除去したり、あるいは、
図4(b)に示すように、楕円状に除去すればよい。ま
た、図示はしないが、内径の小さいいずれか一方の金属
管のみについて、内周面側の材料の除去加工を行っても
良い。Here, when machining the vicinity of the end of the metal pipe, when the machined metal pipes are butted, an acute angle notch is not formed at the joint interface.
It is desirable to remove the material on the inner peripheral surface side near the end of the metal tube continuously and smoothly. Specifically, as shown in FIG. 4A, the inner peripheral surfaces near the ends of both metal tubes 61 and 62 are removed in a tapered shape with a large base angle, or
As shown in FIG. 4B, it may be removed in an elliptical shape. Although not shown, the material on the inner peripheral surface side may be removed from only one of the metal tubes having a small inner diameter.
【0064】なお、材料の除去を伴う機械加工として
は、具体的には、研削加工、切削加工等が一例として挙
げられるが、特にこれらに限定されるものではない。ま
た、金属管30の端部近傍の材料を機械加工により除去
した後は、必要に応じて端面を加工し、次いで拡散接合
すればよい点は、第1の実施の形態と同様である。Examples of the mechanical processing involving the removal of material include, specifically, grinding processing and cutting processing, but are not particularly limited thereto. Also, after removing the material near the end of the metal tube 30 by machining, the end face may be worked as necessary and then diffusion bonded, as in the first embodiment.
【0065】次に、本発明の第3の実施の形態に係る金
属管の拡散接合方法について説明する。本実施の形態に
係る金属管の拡散接合方法は、金属管の端部近傍の内径
を、材料の除去を伴わない拡径加工によって拡大させた
後、さらに、端部近傍に材料の除去を伴う機械加工を施
し、これによって突き合わされた金属管の端部近傍の内
径差を2mm以下とすることを特徴とするものである。Next, a metal pipe diffusion bonding method according to a third embodiment of the present invention will be described. The diffusion joining method for a metal tube according to the present embodiment involves enlarging the inner diameter near the end of the metal tube by a diameter-enlarging process without removing the material, and further involves removing the material near the end. Machine processing is performed, and a difference in inner diameter in the vicinity of the end of the metal tube abutted by this is set to 2 mm or less.
【0066】なお、金属管端部近傍の拡径加工を行った
後、材料の除去を伴う機械加工を施すに際しては、機械
加工された金属管を突き合わせたときに、接合界面に鋭
角の切り欠きが形成されないように、金属管端部近傍の
内周面側の材料を、連続的かつ滑らかに除去することが
望ましい点は、第2の実施の形態と同様である。In addition, after performing the diameter-enlarging process near the end of the metal tube and performing the machining with the removal of the material, when the machined metal tubes are abutted, a sharp notch is formed in the joining interface. As in the second embodiment, it is desirable to continuously and smoothly remove the material on the inner peripheral surface side near the end of the metal tube so that no is formed.
【0067】すなわち、図5(a)に示すように、拡径
加工が施された一方の金属管71の端部近傍の内周面側
を底角の大きなテーパ状に除去したり、あるいは、図5
(b)に示すように、楕円状に除去すればよい。また、
図示はしないが、拡径加工が施された双方の金属管7
1、72の端面近傍の材料を、底角の大きなテーパ状に
除去したり、あるいは、楕円状に除去し、これによって
金属管71、72の端部の内径差が2mm以下となるよ
うにしてもよい。That is, as shown in FIG. 5A, the inner peripheral surface near the end of one of the metal pipes 71 subjected to the diameter expansion processing is removed in a tapered shape having a large base angle. FIG.
As shown in (b), it may be removed in an elliptical shape. Also,
Although not shown, both the metal tubes 7 subjected to the diameter expansion processing are
The material in the vicinity of the end faces of the metal tubes 71 and 72 is removed in a tapered shape with a large base angle or in an elliptical shape so that the difference in inner diameter between the end portions of the metal tubes 71 and 72 is 2 mm or less. Is also good.
【0068】また、機械加工の方法については特に限定
されない点、及び、金属管30の端部近傍を拡径加工及
び機械加工した後、必要に応じて端面を加工し、次いで
拡散接合すればよい点も、第2の実施の形態と同様であ
る。The method of machining is not particularly limited. The diameter of the vicinity of the end of the metal tube 30 may be increased and machined, then the end face may be machined if necessary, and then diffusion bonding may be performed. This is also the same as in the second embodiment.
【0069】以上のように、本発明に係る金属管の接合
方法によれば、外径及び肉厚にばらつきのある金属管を
用いる場合であっても、接合前に、各金属管の端部近傍
に材料の除去を伴わない拡径加工及び/又は切削加工等
の材料の除去を伴う加工が施されるので、各金属管の内
径を容易に揃えることができる。As described above, according to the method for joining metal tubes according to the present invention, even when using metal tubes having variations in outer diameter and wall thickness, the end portions of each metal tube are required before joining. Since a process involving the removal of the material such as a diameter expanding process and / or a cutting process without removing the material is performed in the vicinity, the inner diameters of the metal pipes can be easily made uniform.
【0070】そのため、各金属管の軸が一致するように
接合した場合には、内周面側の段差をほぼゼロにするこ
とも可能である。また、不可抗力により、接合時に各金
属管の軸が若干ずれた場合であっても、端部近傍の加工
を行わなかった場合に比して、内周面側に発生する段差
は、僅かなものとなる。For this reason, when the metal pipes are joined so that their axes coincide, the step on the inner peripheral surface side can be made substantially zero. In addition, even if the axis of each metal pipe is slightly displaced at the time of joining due to force majeure, the step generated on the inner peripheral surface side is small compared to the case where the processing near the end is not performed. Becomes
【0071】特に、マンドレル等の工具を用いた金属管
の端部の拡径加工は、材料の除去を伴わないので、研削
加工あるいは切削加工等の機械加工に比較して、簡単に
行うことができる。そのため、接合コストの増大を招く
ことなく、接合部の内周面側の段差を小さくすることが
でき、強度及び疲労特性に優れた接合体を得ることがで
きる。In particular, the process of expanding the diameter of the end of a metal tube using a tool such as a mandrel does not involve the removal of material, and therefore can be performed more easily than machining such as grinding or cutting. it can. Therefore, the step on the inner peripheral surface side of the joining portion can be reduced without increasing the joining cost, and a joined body having excellent strength and fatigue characteristics can be obtained.
【0072】また、寸法公差の大きな金属管の場合に
は、拡径加工のみによっては、端部近傍の内周面側の段
差を十分に小さくすることができない場合がある。しか
しながら、金属管の端部近傍の内周面側に、材料の除去
を伴う機械加工を施した場合、あるいは、拡径加工の後
に機械加工を施した場合には、内周面側の段差を確実に
小さくすることができる。Further, in the case of a metal pipe having a large dimensional tolerance, the step on the inner peripheral surface side near the end portion may not be able to be sufficiently reduced only by the diameter expansion processing. However, if the inner peripheral surface near the end of the metal tube is machined with the removal of material, or if the mechanical processing is performed after the diameter expansion, the step on the inner peripheral surface is reduced. The size can be reliably reduced.
【0073】次に、本発明に係る方法により得られた金
属管接合体の使用方法の一例について説明する。上述の
ような方法により得られた金属管接合体は、そのまま各
種プラント用配管等として使用することができるが、金
属管接合体全体の内径をほぼ一様に拡大させる拡管加工
を施して使用しても良い。この場合、金属管接合体の拡
管率E(%)が次の数3の式を満たすように、拡管加工
を行うことが望ましい。Next, an example of a method of using the joined metal pipe obtained by the method according to the present invention will be described. The metal pipe joined body obtained by the method as described above can be used as it is as piping for various plants, etc., but is used after being subjected to a pipe expanding process for almost uniformly expanding the inner diameter of the entire metal pipe joined body. May be. In this case, it is desirable to perform the pipe expansion process so that the pipe expansion ratio E (%) of the joined metal pipe satisfies the following equation (3).
【0074】[0074]
【数3】E(%)≦30−T(%) 但し、E=((拡管後の内径/非接合部の拡管前の内
径)−1)×100 T=(接合部内周面側の段差/拡管前の金属管の板厚)
×100E (%) ≦ 30−T (%) where, E = ((inner diameter after expansion / inner diameter before expansion of non-joined portion) −1) × 100 T = (step on inner peripheral surface side of joined portion) / Thickness of metal tube before expansion)
× 100
【0075】拡管前の金属管の板厚に対する接合部内周
面側に発生した段差の比率(以下、これを「T値」とい
う。)が0でない場合、すなわち、接合部内周面側に段
差が発生した場合において、拡管率Eが(30−T)よ
り大きくなると、拡管時に段差部分に応力が集中し、接
合部に欠陥が発生するおそれがあるので好ましくない。When the ratio of the step generated on the inner peripheral surface side of the joint to the plate thickness of the metal pipe before expansion (hereinafter referred to as “T value”) is not 0, that is, the step is formed on the inner peripheral surface side of the joint. If this occurs, it is not preferable that the pipe expansion ratio E is larger than (30-T), since stress concentrates on the stepped portion at the time of pipe expansion and a defect may occur at the joint.
【0076】なお、数3の式においては、拡管率の上限
を30%としている。これは、接合部近傍には熱影響部
が発生しているために、拡管率が30%を超えると、接
合部内周面側に段差が発生しているか否かに関わらず、
接合部近傍に欠陥が発生するおそれがあるためである。In the equation (3), the upper limit of the expansion ratio is set to 30%. This is because the heat-affected zone is generated in the vicinity of the joint, and when the pipe expansion ratio exceeds 30%, regardless of whether a step is generated on the inner peripheral surface side of the joint,
This is because a defect may be generated in the vicinity of the joint.
【0077】本発明に係る方法により得られた金属管接
合体は、突き合わされる2つの金属管の接合端面の内径
差が2mm以下となるように、接合端部近傍の内周面側
が接合前に加工されいるので、T値が小さくなってい
る。そのため、接合端部近傍の内周面側を予め加工しな
い場合に比較して、高い拡管率Eで拡管加工することが
でき、しかも、接合界面近傍における欠陥の発生を抑制
することができる。The metal pipe joined body obtained by the method according to the present invention has an inner peripheral surface near the joint end before joining so that the inner diameter difference between the joined end faces of the two butted metal pipes is 2 mm or less. Therefore, the T value is small. Therefore, compared with the case where the inner peripheral surface side near the joining end is not machined in advance, the tube can be expanded at a high pipe expansion ratio E, and the generation of defects near the joining interface can be suppressed.
【0078】(実施例1)以下の手順により、金属管の
拡散接合を行った。すなわち、金属管として、アメリカ
石油協会グレードX52(以下、これを「API X5
2」と表記する)からなる外径12.75インチ(32
3.9mm)、肉厚0.375インチ(9.5mm)の
鋼管を用い、この鋼管の端部内径を、端部拡径率が3%
となるように拡径した。Example 1 Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the following procedure. That is, as a metal pipe, American Petroleum Institute grade X52 (hereinafter referred to as “API X5
2 ") and an outer diameter of 12.75 inches (32
3.9 mm), a 0.375 inch (9.5 mm) thick steel pipe was used, and the inner diameter of the end of the steel pipe was 3%.
The diameter was expanded so that
【0079】次に、拡径された金属管の端面を表面粗さ
Rmaxが25μm以下となるように仕上げ、金属管の
接合界面に、JIS BNi−3相当の組成を有する融
点1050℃、厚さ50μmのNi系合金箔を介挿し、
液相拡散接合を行った。Next, the end face of the expanded metal tube is finished so as to have a surface roughness Rmax of 25 μm or less, and a joining interface of the metal tube has a melting point of 1050 ° C. having a composition equivalent to JIS BNi-3 and a thickness of 1050 ° C. Insert a 50 μm Ni-based alloy foil,
Liquid phase diffusion bonding was performed.
【0080】なお、接合部の加熱方法には、周波数3k
Hzの高周波電流を用いた高周波誘導加熱法を用いた。
また、接合条件は、接合温度1300℃、保持時間18
0秒、加圧力4.5MPaとし、Ar雰囲気中で接合を
行った。The method of heating the joint portion includes a frequency of 3 k
A high frequency induction heating method using a high frequency current of Hz was used.
The bonding conditions were a bonding temperature of 1300 ° C. and a holding time of 18
The bonding was performed in an Ar atmosphere with 0 seconds at a pressure of 4.5 MPa.
【0081】(実施例2〜3、比較例1、2)金属管3
0の端部拡径率を、それぞれ、0%(比較例1)、1%
(比較例2)、5%(実施例2)、及び10%(実施例
3)とした以外は、実施例1と同様の手順に従い、金属
管の拡散接合を行った。(Examples 2 and 3, Comparative Examples 1 and 2) Metal Tube 3
The end diameter expansion ratios of 0 are 0% (Comparative Example 1) and 1%, respectively.
(Comparative Example 2) Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 1 except that 5% (Example 2) and 10% (Example 3) were used.
【0082】実施例1〜3、及び比較例1〜2で得られ
た接合体について、接合部の内周面側に発生した段差の
最大値(以下、これを単に「最大段差」という)を測定
した。また、得られた接合体の外周面側に発生した段差
のみをグラインダーで研削して0.5mm以下とした
後、接合体から、JIS Z3121 4号試験片を切
り出し、引張試験を行った。さらに、この接合体からJ
IS Z3103の非仕上げ突き合わせ溶接継手試験法
に準拠した試験片を切り出して疲労試験を行い、疲労強
度比(母材の疲労限度に対する接合部の疲労限度の比)
を測定した。結果を表1に示す。For the joined bodies obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the maximum value of the step generated on the inner peripheral surface side of the joint (hereinafter, this is simply referred to as “maximum step”) is shown. It was measured. Further, only a step generated on the outer peripheral surface side of the obtained joined body was ground with a grinder to 0.5 mm or less, and then a JIS Z 3124 No. test piece was cut out from the joined body and subjected to a tensile test. Furthermore, J
A fatigue test is performed by cutting out a test piece conforming to the IS Z3103 non-finished butt welded joint test method, and a fatigue strength ratio (ratio of the fatigue limit of the joint to the fatigue limit of the base material)
Was measured. Table 1 shows the results.
【0083】[0083]
【表1】 [Table 1]
【0084】端部拡径率を0%とした比較例1では、最
大段差は、5mmに達した。引張強度は、450MPa
であり、母材の強度より若干低下した。また、試験片
は、接合界面から破断した。さらに、疲労強度比は、
0.4の低い値を示した。これは、接合部の内周面側に
発生した段差に応力が集中し、段差部分が疲労破壊の起
点となったためと考えられる。In Comparative Example 1 in which the end portion diameter expansion ratio was 0%, the maximum step reached 5 mm. Tensile strength is 450MPa
, Which was slightly lower than the strength of the base material. The test piece broke from the joint interface. Furthermore, the fatigue strength ratio is
It showed a low value of 0.4. This is presumably because stress was concentrated on the step generated on the inner peripheral surface side of the joint, and the step became the starting point of fatigue fracture.
【0085】端部拡径率を1%とした比較例2では、最
大段差は、3.5mmに減少した。しかし、引張強度
は、466MPaであり、試験片は、接合界面から破断
した。また、疲労強度比も0.5であり、比較例1とほ
ぼ同等の値を示した。In Comparative Example 2 in which the end diameter expansion rate was 1%, the maximum step was reduced to 3.5 mm. However, the tensile strength was 466 MPa, and the test piece broke from the joint interface. Further, the fatigue strength ratio was 0.5, which was almost the same as that of Comparative Example 1.
【0086】これに対し、端部拡径率をそれぞれ、3
%、5%、及び10%とした実施例1、2及び3では、
最大段差は、いずれも1.0mmに減少した。また、引
張強度は、いずれも母材と同等である500MPa以上
を示し、試験片は、母材側から破断した。さらに、疲労
強度比は、0.9であり、母材とほぼ同等の疲労特性を
示した。On the other hand, the end diameter expansion ratio was set to 3
%, 5%, and 10% in Examples 1, 2 and 3,
The maximum steps were all reduced to 1.0 mm. The tensile strength was 500 MPa or more, which is equivalent to the base material, and the test piece was broken from the base material side. Further, the fatigue strength ratio was 0.9, showing fatigue characteristics almost equal to those of the base metal.
【0087】以上の結果から、金属管を接合する前に、
金属管の端部内径を所定の端部拡径率以上で拡径する
と、最大段差が1mm以下になることがわかった。ま
た、最大段差を小さくすると、接合強度及び疲労強度の
高い接合体が得られることがわかった。From the above results, before joining the metal tubes,
It was found that when the inside diameter of the end portion of the metal tube was expanded at a predetermined end portion expansion rate or more, the maximum step became 1 mm or less. Also, it was found that when the maximum step was reduced, a joined body having high joining strength and high fatigue strength was obtained.
【0088】(実施例4)以下の手順により、金属管の
拡散接合を行った。すなわち、金属管として、API
X52からなる外径12.75インチ(323.9m
m)、肉厚0.375インチ(9.5mm)の鋼管を用
い、この鋼管の端部内径を、端部拡径率が5%となるよ
うに拡径した。Example 4 Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the following procedure. That is, as a metal tube, API
X75 outer diameter 12.75 inches (323.9m
m), a steel pipe having a wall thickness of 0.375 inch (9.5 mm) was used, and the inner diameter of the end of the steel pipe was expanded such that the end expansion ratio was 5%.
【0089】次に、拡径された金属管の端面を表面粗さ
Rmaxが15μm以下となるように仕上げ、金属管の
接合界面に、融点1200℃、厚さ50μmのFe−3
B−3Si−1C合金箔を介挿し、液相拡散接合を行っ
た。Next, the end surface of the expanded metal tube is finished so that the surface roughness Rmax is 15 μm or less, and Fe-3 having a melting point of 1200 ° C. and a thickness of 50 μm is formed on the joining interface of the metal tube.
Liquid phase diffusion bonding was performed with a B-3Si-1C alloy foil interposed.
【0090】なお、接合部の加熱方法には、周波数3k
Hzの高周波電流を用いた高周波誘導加熱法を用いた。
また、接合条件は、接合温度1250℃、保持時間60
秒、加圧力4.5MPaとし、Ar雰囲気中で接合を行
った。The heating method of the bonding portion includes a frequency of 3 k
A high frequency induction heating method using a high frequency current of Hz was used.
The bonding conditions are a bonding temperature of 1250 ° C. and a holding time of 60.
The bonding was performed in an Ar atmosphere at a pressure of 4.5 MPa for seconds.
【0091】(実施例5)インサート材として、JIS
BNi−5相当の組成を有する融点1140℃、厚さ
50μmのNi系合金箔を用い、接合温度を1300
℃、保持時間を180秒とした以外は、実施例4と同様
の手順に従い、金属管の拡散接合を行った。(Example 5) As an insert material, JIS
Using a Ni-based alloy foil having a composition equivalent to BNi-5 and having a melting point of 1140 ° C. and a thickness of 50 μm, a joining temperature of 1300
Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 4 except that the temperature and the holding time were changed to 180 seconds.
【0092】(実施例6)インサート材として、JIS
BNi−5相当の組成を有する融点1140℃、厚さ
100μmのNi系合金箔を用い、接合温度を1300
℃、保持時間を180秒とした以外は、実施例4と同様
の手順に従い、金属管の拡散接合を行った。(Example 6) JIS was used as the insert material.
Using a Ni-based alloy foil having a composition equivalent to BNi-5 and having a melting point of 1140 ° C. and a thickness of 100 μm, a joining temperature of 1300
Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 4 except that the temperature and the holding time were changed to 180 seconds.
【0093】(比較例3)インサート材として、融点1
290℃、厚さ50μmのFe−2B−1Si合金箔を
用い、接合温度を1400℃、保持時間を300秒、加
圧力を5.0MPaとした以外は、実施例4と同様の手
順に従い、金属管の拡散接合を行った。(Comparative Example 3) As an insert material, a melting point of 1
A metal was prepared according to the same procedure as in Example 4 except that a joining temperature was set to 1400 ° C., a holding time was set to 300 seconds, and a pressing force was set to 5.0 MPa. The tubes were diffusion bonded.
【0094】実施例4〜6、及び比較例3で得られた接
合体について、実施例1と同様の手順に従い、最大段
差、引張強度及び疲労強度比を測定した。結果を表2に
示す。With respect to the joined bodies obtained in Examples 4 to 6 and Comparative Example 3, the maximum step, the tensile strength and the fatigue strength ratio were measured in the same procedure as in Example 1. Table 2 shows the results.
【0095】[0095]
【表2】 [Table 2]
【0096】融点が1290℃であるインサート材を用
いた比較例3では、保持時間を300秒としたにもかか
わらず、引張強度は428MPaであり、試験片は、接
合界面から破断した。また、疲労強度比は0.7であ
り、母材と比較して、疲労限度が若干低下した。これ
は、インサート材の融点が高いために、接合界面におい
て元素の拡散が十分に行われなかったためと考えられ
る。In Comparative Example 3 using an insert material having a melting point of 1290 ° C., the tensile strength was 428 MPa, and the test piece broke from the joint interface, despite the holding time being 300 seconds. The fatigue strength ratio was 0.7, and the fatigue limit was slightly lower than that of the base metal. This is presumably because the insert material had a high melting point, and the elements were not sufficiently diffused at the bonding interface.
【0097】これに対し、融点が1200℃であるイン
サート材を用いた実施例4、並びに融点が1140℃で
あるインサート材を用いた実施例5及び6の引張強度
は、いずれも母材と同等である700MPa以上を示
し、試験片は、母材側から破断した。また、疲労強度比
は、いずれも0.9を示した。On the other hand, the tensile strengths of Example 4 using an insert material having a melting point of 1200 ° C. and Examples 5 and 6 using an insert material having a melting point of 1140 ° C. were equal to those of the base material. The test piece broke from the base material side. Further, the fatigue strength ratios were all 0.9.
【0098】なお、実施例4〜6及び比較例3において
は、金属管の端部拡径率をいずれも5%としているの
で、最大段差は、いずれも1.0mmであった。[0098] In Examples 4 to 6 and Comparative Example 3, the end step diameter expansion ratio of the metal tube was 5%, and the maximum step was 1.0 mm.
【0099】以上の結果から、金属管を液相拡散接合す
る場合において、金属管を所定の端部拡径率で拡径する
と共に、融点が1200℃以下のインサート材を用いて
拡散接合すると、接合強度及び疲労強度の高い接合体が
得られることがわかった。From the above results, in the case where the metal pipe is subjected to liquid phase diffusion bonding, the metal pipe is expanded at a predetermined end diameter expansion rate and diffusion bonded using an insert material having a melting point of 1200 ° C. or less. It was found that a joined body having high joining strength and high fatigue strength was obtained.
【00100】(実施例7)以下の手順により、金属管
の拡散接合を行った。すなわち、金属管として、API
X52からなる外径12.75インチ(323.9m
m)、肉厚0.375インチ(9.5mm)の鋼管を用
い、この鋼管の端部内径を、端部拡径率が5%となるよ
うに拡径した。Example 7 Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the following procedure. That is, as a metal tube, API
X75 outer diameter 12.75 inches (323.9m
m), a steel pipe having a wall thickness of 0.375 inch (9.5 mm) was used, and the inner diameter of the end of the steel pipe was expanded such that the end expansion ratio was 5%.
【0101】次に、拡径された金属管の端面を表面粗さ
Rmaxが15μm以下となるように仕上げ、金属管の
接合界面に、JIS BNi−5相当の組成を有する融
点1140℃の粉末状Ni系合金を厚さ30μmとなる
ように介挿し、液相拡散接合を行った。Next, the end face of the expanded metal tube is finished so as to have a surface roughness Rmax of 15 μm or less, and a powdery material having a composition equivalent to JIS BNi-5 and having a melting point of 1140 ° C. is formed on the joining interface of the metal tube. A Ni-based alloy was inserted so as to have a thickness of 30 μm, and liquid phase diffusion bonding was performed.
【0102】なお、接合部の加熱方法には、周波数3k
Hzの高周波電流を用いた高周波誘導加熱法を用いた。
また、接合条件は、接合温度1300℃、保持時間60
秒、加圧力3.0MPaとし、Ar雰囲気中で接合を行
った。The heating method of the bonding portion includes a frequency of 3 k
A high frequency induction heating method using a high frequency current of Hz was used.
The bonding conditions are as follows: bonding temperature 1300 ° C., holding time 60
The bonding was performed in an Ar atmosphere at a pressure of 3.0 MPa for 2 seconds.
【0103】(実施例8)インサート材として、JIS
BNi−5相当の組成を有する鱗片状Ni系合金を用
い、これを厚さ50μmとなるように金属管の接合界面
に介挿し、接合温度に30秒間保持した以外は、実施例
7と同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行った。(Embodiment 8) As an insert material, JIS
The same as Example 7 except that a flaky Ni-based alloy having a composition equivalent to BNi-5 was used, inserted into the joining interface of the metal tube so as to have a thickness of 50 μm, and kept at the joining temperature for 30 seconds. Diffusion bonding of the metal tube was performed according to the procedure.
【0104】(比較例4)インサート材として、JIS
BNi−5相当の組成を有する厚さ200μmのNi
系合金箔を用い、接合温度における保持時間を300
秒、加圧力を4.5MPaとした以外は、実施例7と同
様の手順に従い、金属管の拡散接合を行った。(Comparative Example 4) JIS was used as the insert material.
200 μm thick Ni having a composition equivalent to BNi-5
Using a system alloy foil, the holding time at the joining temperature is 300
Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 7, except that the pressing force was set to 4.5 MPa for seconds.
【0105】(比較例5)インサート材として、JIS
BNi−5相当の組成を有する厚さ50μmのNi系
合金箔を用い、接合温度を1400℃、保持時間を10
秒、加圧力を5.0MPaとした以外は、実施例7と同
様の手順に従い、金属管の拡散接合を行った。(Comparative Example 5) JIS was used as the insert material.
Using a Ni-based alloy foil having a composition equivalent to BNi-5 and a thickness of 50 μm, a joining temperature of 1400 ° C. and a holding time of 10
Diffusion bonding of the metal tube was performed according to the same procedure as in Example 7, except that the pressing force was set to 5.0 MPa for seconds.
【0106】(比較例6)インサート材として、JIS
BNi−5相当の組成を有する厚さ50μmのNi系
合金箔を用い、接合温度における保持時間を600秒と
した以外は、実施例7と同様の手順に従い、金属管の拡
散接合を行った。(Comparative Example 6) JIS was used as the insert material.
Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 7, except that a Ni-based alloy foil having a composition equivalent to BNi-5 and having a thickness of 50 µm was used and the holding time at the bonding temperature was set to 600 seconds.
【0107】実施例7〜8、及び比較例4〜6で得られ
た接合体について、実施例1と同様の手順に従い、最大
段差、引張強度、及び疲労強度比を測定した。結果を表
3に示す。For the joined bodies obtained in Examples 7 to 8 and Comparative Examples 4 to 6, the maximum step, the tensile strength, and the fatigue strength ratio were measured in the same procedure as in Example 1. Table 3 shows the results.
【0108】[0108]
【表3】 [Table 3]
【0109】インサート材の厚さを200μmとした比
較例4では、保持時間を300秒とし、加圧力を4.5
MPaとしたにもかからわず、引張強度は、455MP
aであり、試験片は、接合界面から破断した。また、疲
労強度比は、0.7であり、母材と比較して、疲労限度
が若干低下した。これは、インサート材が厚いために、
インサート材に含まれる元素の拡散が十分に行われなか
ったためと考えられる。In Comparative Example 4 in which the thickness of the insert material was 200 μm, the holding time was 300 seconds and the pressing force was 4.5.
Despite the MPa, the tensile strength was 455MPa
a, and the test piece broke from the joint interface. The fatigue strength ratio was 0.7, and the fatigue limit was slightly lower than that of the base metal. This is because the insert material is thick
This is probably because the elements contained in the insert material were not sufficiently diffused.
【0110】また、保持時間を10秒とした比較例5で
は、接合温度を1400℃としたにもかかわらず、引張
強度は、421MPaであり、試験片は、接合界面から
破断した。また、疲労強度比は、0.7であり、母材と
比較して、疲労限度が若干低下した。これは、保持時間
が短いために、接合界面における元素の拡散が十分に行
われなかったためと考えられる。Further, in Comparative Example 5 in which the holding time was 10 seconds, the tensile strength was 421 MPa, and the test piece broke from the bonding interface, even though the bonding temperature was 1400 ° C. The fatigue strength ratio was 0.7, and the fatigue limit was slightly lower than that of the base metal. This is presumably because the holding time was short and the diffusion of elements at the bonding interface was not sufficiently performed.
【0111】さらに、保持時間を600秒とした比較例
6では、接合強度は、母材と同等である522MPaを
示し、試験片は接合界面から破断したが、疲労強度比は
0.8となり、母材に比較して疲労限度が若干低下し
た。これは、保持時間が長いために、接合部近傍が過大
に変形し、変形した部分が疲労破壊の起点になったと考
えられる。Further, in Comparative Example 6 in which the holding time was 600 seconds, the bonding strength was 522 MPa, which is equivalent to that of the base material, and the test piece broke from the bonding interface, but the fatigue strength ratio was 0.8. The fatigue limit was slightly lower than that of the base metal. This is considered to be because the holding time was long and the vicinity of the joint was excessively deformed, and the deformed portion became the starting point of fatigue failure.
【0112】これに対し、インサート材の厚さを30〜
50μmとし、かつ接合温度における保持時間を10〜
60秒とした実施例7及び8では、接合強度は、いずれ
も母材と同等である500MPa以上を示し、試験片
は、母材側から破断した。また、疲労強度比は、いずれ
も0.9であった。On the other hand, when the thickness of the insert material is 30 to
50 μm, and the holding time at the bonding temperature is 10 to
In Examples 7 and 8 where the time was 60 seconds, the bonding strength was 500 MPa or more, which is equivalent to that of the base material, and the test piece was broken from the base material side. Further, the fatigue strength ratio was 0.9 in each case.
【0113】なお、実施例7〜8及び比較例4〜6にお
いては、金属管の端部拡径率をいずれも5%としている
ので、最大段差は、いずれも1.0mmであった。In Examples 7 and 8 and Comparative Examples 4 and 6, the end step diameter expansion rate of the metal tube was 5%, so that the maximum step was 1.0 mm.
【0114】以上の結果から、金属管を液相拡散接合す
る場合において、金属管の端部を所定の端部拡径率で拡
管すると共に、インサート材の厚さを100μm以下と
すると、接合強度及び疲労強度の高い金属管接合体が得
られることがわかった。また、接合界面において元素を
十分拡散させると共に、接合部の過大な変形を抑制する
には、保持時間は、30〜300秒の範囲が好ましいこ
とがわかった。From the above results, in the case where the metal pipe is subjected to liquid phase diffusion bonding, when the end of the metal pipe is expanded at a predetermined end expansion ratio and the thickness of the insert material is set to 100 μm or less, the bonding strength is reduced. It was also found that a metal pipe joint having high fatigue strength was obtained. Further, it has been found that the holding time is preferably in the range of 30 to 300 seconds in order to sufficiently diffuse the elements at the bonding interface and suppress excessive deformation of the bonding portion.
【0115】(実施例9)以下の手順により、金属管の
拡散接合を行った。すなわち、金属管として、API
X52からなる外径12.75インチ(323.9m
m)、肉厚0.375インチ(9.5mm)の鋼管を用
い、この鋼管の端部内径を、端部拡径率が5%となるよ
うに拡径した。Example 9 Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the following procedure. That is, as a metal tube, API
X75 outer diameter 12.75 inches (323.9m
m), a steel pipe having a wall thickness of 0.375 inch (9.5 mm) was used, and the inner diameter of the end of the steel pipe was expanded such that the end expansion ratio was 5%.
【0116】次に、拡径された金属管の端面を表面粗さ
Rmaxが15μm以下となるように仕上げ、金属管の
接合界面に、JIS BNi−5相当の組成を有する融
点1140℃、厚さ50μmのNi系合金箔を介挿し、
液相拡散接合を行った。Next, the end face of the expanded metal tube is finished so that the surface roughness Rmax is 15 μm or less, and the joining interface of the metal tube has a melting point of 1140 ° C. having a composition equivalent to JIS BNi-5 and a thickness of 1140 ° C. Insert a 50 μm Ni-based alloy foil,
Liquid phase diffusion bonding was performed.
【0117】なお、接合部の加熱方法には、周波数3k
Hzの高周波電流を用いた高周波誘導加熱法を用いた。
また、接合条件は、接合温度1350℃、保持時間24
0秒、加圧力1.5MPaとし、Ar雰囲気中で接合を
行った。[0117] The method of heating the bonding portion includes a frequency of 3 k.
A high frequency induction heating method using a high frequency current of Hz was used.
The joining conditions were a joining temperature of 1350 ° C. and a holding time of 24 hours.
Bonding was performed in an Ar atmosphere at 0 MPa for 1.5 seconds under a pressure of 1.5 MPa.
【0118】(実施例10)接合時の加圧力を5.0M
Paとした以外は、実施例9と同様の手順に従い、金属
管の拡散接合を行った。(Example 10) The pressing force at the time of joining was 5.0 M
Diffusion bonding of the metal tube was performed according to the same procedure as in Example 9 except that the pressure was changed to Pa.
【0119】(比較例7)接合温度を1450℃、保持
時間を60秒、加圧力を4.0MPaとした以外は、実
施例9と同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行っ
た。Comparative Example 7 Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 9 except that the joining temperature was 1450 ° C., the holding time was 60 seconds, and the pressure was 4.0 MPa.
【0120】(比較例8)接合温度を1400℃、保持
時間を300秒、加圧力を1.0MPaとした以外は、
実施例9と同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行っ
た。(Comparative Example 8) Except that the joining temperature was 1400 ° C, the holding time was 300 seconds, and the pressing force was 1.0 MPa,
In accordance with the same procedure as in Example 9, diffusion bonding of the metal tube was performed.
【0121】(比較例9)接合温度を1300℃、保持
時間を300秒、加圧力を7.0MPaとした以外は、
実施例9と同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行っ
た。(Comparative Example 9) Except that the joining temperature was 1300 ° C, the holding time was 300 seconds, and the pressing force was 7.0 MPa,
In accordance with the same procedure as in Example 9, diffusion bonding of the metal tube was performed.
【0122】実施例9〜10、及び比較例7〜9で得ら
れた接合体について、実施例1と同様の手順に従い、最
大段差、引張強度及び疲労強度比を測定した。結果を表
4に示す。For the joined bodies obtained in Examples 9 to 10 and Comparative Examples 7 to 9, the maximum step, the tensile strength and the fatigue strength ratio were measured in the same procedure as in Example 1. Table 4 shows the results.
【0123】[0123]
【表4】 [Table 4]
【0124】接合温度を1450℃とした比較例7で
は、引張強度は、母材と同等である525MPaを示
し、試験片は母材側から破断した。しかし、疲労強度比
は、0.8となり、母材に比較して、疲労限度が若干低
下した。これは、接合温度が高いために、接合界面近傍
に溶損が発生し、溶損した部分が疲労破壊の起点となっ
たと考えられる。In Comparative Example 7 in which the joining temperature was 1450 ° C., the tensile strength was 525 MPa, which was equivalent to that of the base material, and the test piece broke from the base material side. However, the fatigue strength ratio was 0.8, and the fatigue limit was slightly lower than that of the base metal. This is presumably because the high joining temperature caused erosion near the joining interface, and the eroded portion became the starting point of fatigue failure.
【0125】また、加圧力を1MPaとした比較例8で
は、接合温度を1400℃とし、保持時間を300秒と
したにもかかわらず、引張強度は、418MPaであ
り、試験片は、接合界面から破断した。また、疲労強度
比は0.6となり、母材に比較して、疲労限度が低下し
た。これは、加圧力が低いために、接合界面が十分に密
着せず、部分的に未接合部が発生しためと考えられる。In Comparative Example 8 in which the pressing force was 1 MPa, the tensile strength was 418 MPa despite the joining temperature of 1400 ° C. and the holding time of 300 seconds. Broke. The fatigue strength ratio was 0.6, and the fatigue limit was lower than that of the base metal. This is considered to be because the bonding interface did not adhere sufficiently due to the low pressing force, and an unbonded portion was partially generated.
【0126】さらに、加圧力を7MPaとした比較例9
では、接合温度を1300℃としたにもかかわらず、引
張強度は、424MPaであり、試験片は、接合界面か
ら破断した。また、疲労強度比は0.7となり、母材に
比較して、疲労限度が低下した。これは、加圧力が高い
ために、接合部が過大に変形し、変形した部分が疲労破
壊の起点となっためと考えられる。Comparative Example 9 where the pressure was 7 MPa
In this example, the tensile strength was 424 MPa even though the joining temperature was 1300 ° C., and the test piece broke from the joint interface. Further, the fatigue strength ratio was 0.7, and the fatigue limit was lower than that of the base metal. This is considered to be because the applied pressure was high and the joint was excessively deformed, and the deformed portion became a starting point of fatigue failure.
【0127】これに対し、接合温度を1350℃とし、
加圧力を1.5MPaとした実施例9、及び加圧力を
5.0MPaとした実施例10では、接合強度は、いず
れも母材と同等である500MPa以上を示し、試験片
は、母材側から破断した。また、疲労強度比はいずれも
0.9であり、母材と同等の疲労限度を示した。On the other hand, the joining temperature was set to 1350 ° C.
In Example 9 in which the pressing force was 1.5 MPa and Example 10 in which the pressing force was 5.0 MPa, the bonding strength was 500 MPa or more, which is equivalent to the base material, and the test piece was on the base material side. Broke from Further, the fatigue strength ratio was 0.9 in each case, indicating a fatigue limit equivalent to that of the base metal.
【0128】なお、実施例10〜11及び比較例6〜8
においては、金属管の端部拡径率をいずれも5%として
いるので、最大段差は、いずれも1.0mmであった。Examples 10 to 11 and Comparative Examples 6 to 8
In each of the examples, since the diameter expansion ratio at the end of the metal tube was 5%, the maximum step was 1.0 mm in each case.
【0129】以上の結果から、金属管を液相拡散接合す
る場合において、金属管を所定の端部拡径率で拡径する
と共に、接合温度を1400℃以下とすると、接合部近
傍の溶損が抑制され、接合強度及び疲労強度の高い接合
体が得られることがわかった。また、加圧力を1.5M
Pa以上5MPa以下とすると、未接合部の発生と接合
部の過大変形が抑制され、接合強度及び疲労強度の高い
接合体が得られることがわかった。From the above results, in the case where the metal pipe is subjected to liquid phase diffusion bonding, if the metal pipe is expanded at a predetermined end expansion rate and the bonding temperature is set to 1400 ° C. or less, the erosion near the bonded part is reduced. Was suppressed, and a joined body having high joining strength and fatigue strength was obtained. Also, the pressing force is 1.5M
It was found that when the pressure was Pa or more and 5 MPa or less, occurrence of unjoined portions and excessive deformation of the joined portions were suppressed, and a joined body having high joining strength and fatigue strength was obtained.
【0130】(実施例11)以下の手順により、金属管
の拡散接合を行った。すなわち、金属管として、アメリ
カ石油協会グレードH40(以下、これを「API H
40」と表記する。)からなる外径7.00インチ(1
77.8mm)、肉厚0.54インチ(13.7mm)
の鋼管を用い、この鋼管の端部内径を、端部拡径率が5
%となるように拡径した。(Example 11) Diffusion bonding of a metal tube was performed by the following procedure. That is, as a metal tube, American Petroleum Institute grade H40 (hereinafter referred to as “API H
40 ". ) Of 7.00 inch (1
77.8mm), wall thickness 0.54 inch (13.7mm)
The inner diameter of the end of the steel pipe is set to 5
%.
【0131】次に、拡径された金属管の端面を表面粗さ
Rmaxが50μm以下となるように仕上げ、金属管の
接合界面に、JIS BNi−5相当の組成を有する融
点1140℃、厚さ30μmのNi系合金箔を介挿し、
液相拡散接合を行った。Next, the end face of the expanded metal tube is finished so that the surface roughness Rmax is 50 μm or less, and the joining interface of the metal tube has a melting point of 1140 ° C. having a composition equivalent to JIS BNi-5 and a thickness of 1140 ° C. Insert a 30 μm Ni-based alloy foil,
Liquid phase diffusion bonding was performed.
【0132】なお、接合部の加熱方法には、周波数3k
Hzの高周波電流を用いた高周波誘導加熱法を用いた。
また、接合条件は、接合温度1300℃、保持時間15
0秒、加圧力3.5MPaとし、Ar雰囲気中で接合を
行った。[0132] The method of heating the bonding portion includes a frequency of 3 k.
A high frequency induction heating method using a high frequency current of Hz was used.
The bonding conditions are as follows: bonding temperature 1300 ° C., holding time 15
Bonding was performed in an Ar atmosphere with 0 seconds at a pressure of 3.5 MPa.
【0133】(実施例12)接合温度を1350℃、保
持時間を240秒、加圧力を4.0MPaとし、誘導コ
イルに流す高周波電流の周波数を100kHzとした以
外は、実施例11と同様の手順に従い、金属管の拡散接
合を行った。Example 12 The procedure was the same as that of Example 11 except that the joining temperature was 1350 ° C., the holding time was 240 seconds, the pressure was 4.0 MPa, and the frequency of the high-frequency current flowing through the induction coil was 100 kHz. , Diffusion bonding of the metal tube was performed.
【0134】(実施例13)接合温度を1350℃、保
持時間を240秒、加圧力を4.0MPaとし、周波数
50kHzの高周波電流を用いた高周波直接通電加熱法
により接合を行った以外は、実施例11と同様の手順に
従い、金属管の拡散接合を行った。(Example 13) A bonding temperature was 1350 ° C, a holding time was 240 seconds, a pressing force was 4.0 MPa, and the bonding was performed by a high-frequency direct current heating method using a high-frequency current of 50 kHz. According to the same procedure as in Example 11, diffusion bonding of the metal tube was performed.
【0135】(比較例10)接合面の表面粗さRmax
を100μmとし、接合温度を1400℃、保持時間を
300秒、加圧力を5.0MPaとした以外は、実施例
11と同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行った。(Comparative Example 10) Surface roughness Rmax of bonding surface
Was set to 100 μm, the joining temperature was set to 1400 ° C., the holding time was set to 300 seconds, and the pressing force was set to 5.0 MPa.
【0136】(比較例11)接合温度を1400℃、保
持時間を300秒、加圧力を4.0MPaとし、誘導コ
イルに流す高周波電流の周波数を400kHzとした以
外は、実施例11と同様の手順に従い、金属管の拡散接
合を行った。Comparative Example 11 The procedure was the same as that of Example 11 except that the joining temperature was 1400 ° C., the holding time was 300 seconds, the pressing force was 4.0 MPa, and the frequency of the high-frequency current passed through the induction coil was 400 kHz. , Diffusion bonding of the metal tube was performed.
【0137】実施例11〜13、及び比較例10〜11
で得られた接合体について、実施例1と同様の手順に従
い、最大段差、引張強度、及び疲労強度比を測定した。
結果を表5に示す。Examples 11 to 13 and Comparative Examples 10 to 11
With respect to the joined body obtained in the above, the maximum step, the tensile strength, and the fatigue strength ratio were measured according to the same procedure as in Example 1.
Table 5 shows the results.
【0138】[0138]
【表5】 [Table 5]
【0139】接合界面の表面粗さRmaxを100μm
とした比較例10では、相対的に高温、高圧、長時間の
条件下で拡散接合を行ったにもかかわらず、引張強度
は、598MPaであり、試験片は、接合界面から破断
した。また、疲労強度比は、0.6であり、母材に比較
して、疲労限度が低下した。これは、表面粗さが粗いた
めに、接合界面に存在する気孔を元素の拡散により完全
に消失させることができなかったためと考えられる。The surface roughness Rmax of the bonding interface is 100 μm
In Comparative Example 10, the tensile strength was 598 MPa, and the test piece broke from the joint interface, even though diffusion bonding was performed at relatively high temperature, high pressure and for a long time. The fatigue strength ratio was 0.6, and the fatigue limit was lower than that of the base metal. This is considered to be because the pores present at the bonding interface could not be completely eliminated by the diffusion of elements due to the rough surface roughness.
【0140】また、周波数が400MPaである高周波
電流を用いて誘導加熱した比較例11も同様に、相対的
に高温、高圧、長時間の条件下で拡散接合を行ったにも
かかわらず、引張強度、564MPaであり、試験片
は、接合界面から破断した。また、疲労強度比は、0.
6であり、母材に比較して、疲労限度が低下した。これ
は、周波数が高いために、接合界面全体が均一に加熱さ
れず、金属管の内周面側に未接合部が発生しためと考え
られる。Similarly, in Comparative Example 11 in which induction heating was performed using a high-frequency current having a frequency of 400 MPa, tensile strength was similarly obtained despite diffusion bonding under relatively high temperature, high pressure, and long time conditions. 564 MPa, and the test piece broke from the joint interface. Further, the fatigue strength ratio is 0.1.
6, indicating that the fatigue limit was lower than that of the base metal. This is presumably because, due to the high frequency, the entire joint interface was not uniformly heated, and an unjoined portion was generated on the inner peripheral surface side of the metal tube.
【0141】これに対し、接合界面の表面粗さRmax
を50μm以下とし、周波数が100kHz以下の高周
波電流を用いて誘導加熱した実施例11及び12では、
引張強度は、いずれも母材と同等である700MPa以
上を示し、試験片は、母材側から破断した。また、疲労
強度比は、0.9となり、母材と同等の疲労限度を示し
た。On the other hand, the surface roughness Rmax of the bonding interface
Is 50 μm or less, and in Examples 11 and 12 in which induction heating is performed using a high-frequency current having a frequency of 100 kHz or less,
The tensile strength was 700 MPa or more, which is equivalent to that of the base material, and the test piece was broken from the base material side. Further, the fatigue strength ratio was 0.9, showing a fatigue limit equivalent to that of the base metal.
【0142】また、周波数50kHzの高周波電流を用
いた高周波直接通電加熱法で接合した実施例13も同様
に、引張強度は、母材と同等である700MPa以上を
示し、試験片は、母材側から破断した。また、疲労強度
比は、0.9となり、母材と同等の疲労限度を示した。Similarly, in Example 13 joined by a high-frequency direct current heating method using a high-frequency current having a frequency of 50 kHz, the tensile strength was 700 MPa or more, which is equivalent to that of the base material, and the test piece was Broke from Further, the fatigue strength ratio was 0.9, showing a fatigue limit equivalent to that of the base metal.
【0143】なお、実施例11〜13及び比較例10〜
11においては、金属管の端部拡径率をいずれも5%と
しているので、最大段差は、いずれも1.0mmであっ
た。Examples 11 to 13 and Comparative Examples 10 to
In No. 11, the end step diameter expansion rates of the metal tubes were all 5%, so that the maximum steps were all 1.0 mm.
【0144】以上の結果から、金属管を液相拡散接合す
る場合において、金属管の端部を所定の端部拡径率で拡
径すると共に、接合界面の表面粗さRmaxを50μm
以下とすると、接合強度及び疲労強度の高い接合体が得
られることがわかった。また、接合界面を高周波誘導加
熱又は高周波直接通電加熱する場合において、高周波電
流の周波数を100kHz以下とすると、接合面全面を
均一に加熱することができ、接合強度及び疲労強度の高
い接合体が得られることがわかった。From the above results, when performing liquid phase diffusion bonding of a metal pipe, the end of the metal pipe is expanded at a predetermined end expansion rate, and the surface roughness Rmax of the bonding interface is set to 50 μm.
It was found that when the following conditions were satisfied, a joined body having high joining strength and fatigue strength could be obtained. Further, when the bonding interface is subjected to high-frequency induction heating or high-frequency direct current heating, if the frequency of the high-frequency current is 100 kHz or less, the entire bonding surface can be uniformly heated, and a bonded body having high bonding strength and fatigue strength can be obtained. I knew it could be done.
【0145】(実施例14)以下の手順により、金属管
の拡散接合を行った。すなわち、金属管として、圧力配
管用炭素鋼管(JIS G3454)STPG410か
らなる外径139.8mm、肉厚6.6mm、長さ1m
の鋼管を用い、端部近傍の内周面側を、図4(a)に示
すように、テーパ状に切削加工した(以下、このような
加工を「タイプA」という。)。なお、外周面側は、未
加工のままとした。Example 14 Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the following procedure. That is, as a metal pipe, an outer diameter of 139.8 mm, a wall thickness of 6.6 mm, and a length of 1 m made of carbon steel pipe for pressure piping (JIS G3454) STPG410.
4A, the inner peripheral surface near the end was cut into a tapered shape (hereinafter, such a process is referred to as “type A”). The outer peripheral surface was left unprocessed.
【0146】次に、端部近傍の内周面が機械加工された
金属管の端面を表面粗さRmaxが20μm以下となる
ように仕上げ、金属管の接合界面に、BNi−3(JI
SZ3265)相当の組成を有する融点1050℃、厚
さ40μmのNi系合金箔を介挿し、液相拡散接合を行
った。Next, the end surface of the metal tube whose inner peripheral surface near the end was machined was finished so that the surface roughness Rmax was 20 μm or less, and BNi-3 (JI
Liquid phase diffusion bonding was performed by interposing a Ni-based alloy foil having a composition equivalent to SZ3265) having a melting point of 1050 ° C. and a thickness of 40 μm.
【0147】なお、接合部の加熱方法には、周波数3k
Hzの高周波電流を用いた高周波誘導加熱法を用いた。
また、接合条件は、接合温度1290℃、保持時間12
0秒、加圧力3.0MPaとし、Ar雰囲気中で接合を
行った。[0147] The method of heating the bonding portion includes a frequency of 3 k.
A high frequency induction heating method using a high frequency current of Hz was used.
The bonding conditions were as follows: bonding temperature 1290 ° C., holding time 12
The bonding was performed in an Ar atmosphere with 0 seconds and a pressure of 3.0 MPa.
【0148】(実施例15)金属管の端部近傍の内周面
側を、図4(b)に示すように、楕円状に切削加工(以
下、このような加工を「タイプB」という。)した以外
は、実施例14と同様の手順に従い、金属管の拡散接合
を行った。(Embodiment 15) As shown in FIG. 4B, the inner peripheral surface near the end of the metal pipe is cut into an elliptical shape (hereinafter, such a process is referred to as "type B"). ), Diffusion bonding of the metal tube was performed in the same manner as in Example 14.
【0149】(実施例16)金属管の端部近傍の内周面
側をタイプAに切削加工し、外周面側をタイプBに切削
加工した以外は、実施例14と同様の手順に従い、金属
管の拡散接合を行った。(Example 16) A metal pipe was cut in the same manner as in Example 14 except that the inner peripheral surface near the end of the metal tube was cut into a type A and the outer peripheral surface was cut into a type B. The tubes were diffusion bonded.
【0150】(比較例12)金属管の端部近傍の内周面
側及び外周面側の機械加工を行わなかった以外は、実施
例14と同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行っ
た。(Comparative Example 12) Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 14, except that the inner peripheral surface and the outer peripheral surface near the end of the metal tube were not machined. .
【0151】(比較例13)金属管の端部近傍の外周面
側のみをタイプAに切削加工した以外は、実施例14と
同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行った。(Comparative Example 13) Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 14, except that only the outer peripheral surface near the end of the metal tube was cut to type A.
【0152】実施例14〜16、及び比較例12〜13
で得られた金属管接合体について、接合部の内周面側及
び外周面側に発生した最大段差を測定した。また、20
0Tonf万能試験機を用いて、全長2mの圧力配管用
炭素鋼管継手の状態で引張試験を行い、引張強さを求め
た。さらに、全長2mの圧力配管用炭素鋼管接合継手の
両端を封止し、6MPaの内圧を加えながら引張/圧縮
の繰り返し荷重を加える疲労試験を行い、疲労限を求め
た。また、疲労強度比は、同様の方法で求めた圧力配管
用炭素鋼管の疲労限との比率で評価した。結果を表6に
示す。Examples 14 to 16 and Comparative Examples 12 to 13
For the metal pipe joined body obtained in the above, the maximum step generated on the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side of the joint was measured. Also, 20
A tensile test was performed using a 0Tonf universal testing machine in the state of a carbon steel pipe joint for pressure piping having a total length of 2 m, and the tensile strength was determined. Further, both ends of a carbon steel pipe joint for pressure piping having a total length of 2 m were sealed, and a fatigue test was performed in which a tensile / compression load was repeatedly applied while an internal pressure of 6 MPa was applied to determine a fatigue limit. Further, the fatigue strength ratio was evaluated by the ratio with the fatigue limit of the carbon steel pipe for pressure piping obtained by the same method. Table 6 shows the results.
【0153】[0153]
【表6】 [Table 6]
【0154】端部近傍の機械加工を行わなかった比較例
12では、内周面側及び外周面側の最大段差は、それぞ
れ、1.2mm及び1.5mmであった。引張強度は、
497MPaであり、母材の強度より若干低下し、試験
片は、接合界面から破断した。さらに、疲労強度比は、
0.5の低い値を示した。これは、接合部に発生した段
差に応力が集中し、段差部分が疲労破壊の起点となった
ためと考えられる。In Comparative Example 12 in which no machining was performed near the end, the maximum steps on the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side were 1.2 mm and 1.5 mm, respectively. The tensile strength is
497 MPa, slightly lower than the strength of the base material, and the test piece broke from the joint interface. Furthermore, the fatigue strength ratio is
It showed a low value of 0.5. This is presumably because stress was concentrated on the step generated at the joint, and the step became the starting point of fatigue failure.
【0155】また、端部近傍の外周面側のみを機械加工
した比較例13では、外周面側の最大段差は、0.1m
m以下となったが、内周面側の最大段差は、0.5mm
であった。また、引張強度は、母材とほぼ同等であり、
試験片は熱影響部から破断したが、疲労強度比は、0.
7であった。In Comparative Example 13 in which only the outer peripheral surface near the end was machined, the maximum step on the outer peripheral surface was 0.1 m.
m or less, but the maximum step on the inner peripheral surface side is 0.5 mm
Met. Also, the tensile strength is almost the same as the base material,
Although the test piece broke from the heat-affected zone, the fatigue strength ratio was 0.
It was 7.
【0156】これに対し、端部近傍の内周面側を機械加
工した実施例14〜16では、内周面側に発生した最大
段差は、いずれも0.1mm以下であった。また、引張
強度は、いずれも約510MPaであり、試験片は、熱
影響部から破断した。さらに、疲労強度比は、いずれも
0.9であり、母材とほぼ同等の疲労特性を示した。On the other hand, in Examples 14 to 16 in which the inner peripheral surface near the end was machined, the maximum step generated on the inner peripheral surface was 0.1 mm or less. Further, the tensile strength was about 510 MPa in each case, and the test piece broke from the heat-affected zone. Further, the fatigue strength ratio was 0.9 in each case, indicating substantially the same fatigue characteristics as the base metal.
【0157】以上の結果から、金属管端部の内周面側の
材料を除去加工し、内周面側の最大段差を小さくする
と、接合部の疲労特性が向上することがわかった。From the above results, it was found that when the material on the inner peripheral surface side of the end portion of the metal tube was removed and the maximum step on the inner peripheral surface was reduced, the fatigue characteristics of the joint were improved.
【0158】(実施例17)以下の手順により、金属管
の拡散接合を行った。すなわち、金属管として、圧力配
管用炭素鋼管(JIS G3454)STPG410か
らなる外径139.8mm、肉厚6.6mm、長さ1m
の鋼管を用い、端部近傍の内周面側を、図5(a)に示
すように、端部拡径率5%で拡径した後、内周面側をタ
イプBに切削加工した。なお、外周面側は、未加工のま
まとした。Example 17 Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the following procedure. That is, as a metal pipe, an outer diameter of 139.8 mm, a wall thickness of 6.6 mm, and a length of 1 m made of carbon steel pipe for pressure piping (JIS G3454) STPG410.
As shown in FIG. 5 (a), the inner peripheral surface side near the end was expanded at an end enlarging rate of 5%, and the inner peripheral surface side was cut into type B. The outer peripheral surface was left unprocessed.
【0159】次に、端部近傍の拡径加工及び機械加工が
行われた金属管の端面を表面粗さRmaxが20μm以
下となるように仕上げ、金属管の接合界面に、BNi−
5(JIS Z3265)相当の組成を有する融点11
40℃、厚さ35μmのNi系合金箔を介挿し、液相拡
散接合を行った。Next, the end face of the metal pipe in the vicinity of the end, which has been subjected to the diameter expansion processing and the mechanical processing, is finished so that the surface roughness Rmax is 20 μm or less.
Melting point 11 having composition equivalent to 5 (JIS Z3265)
Liquid phase diffusion bonding was performed by inserting a Ni-based alloy foil having a thickness of 40 μC and a thickness of 35 μm.
【0160】なお、接合部の加熱方法には、周波数3k
Hzの高周波電流を用いた高周波誘導加熱法を用いた。
また、接合条件は、接合温度1300℃、保持時間60
秒、加圧力3.0MPaとし、Ar雰囲気中で接合を行
った。[0160] The method of heating the bonding portion includes a frequency of 3 k.
A high frequency induction heating method using a high frequency current of Hz was used.
The bonding conditions are as follows: bonding temperature 1300 ° C., holding time 60
The bonding was performed in an Ar atmosphere at a pressure of 3.0 MPa for 2 seconds.
【0161】(実施例18)金属管の端部近傍を、端部
拡径率10%で拡径加工した後、内周面側をタイプAに
切削加工した以外は、実施例17と同様の手順に従い、
金属管の拡散接合を行った。(Example 18) The same procedure as in Example 17 was carried out except that the vicinity of the end of the metal tube was expanded at an end expansion ratio of 10%, and then the inner peripheral surface was cut into type A. Follow the steps,
Diffusion bonding of the metal tube was performed.
【0162】(実施例19)金属管の端部近傍を、端部
拡径率10%で拡径加工した後、内周面側及び外周面側
を、それぞれタイプB及びタイプAに切削加工した以外
は、実施例17と同様の手順に従い、金属管の拡散接合
を行った。(Example 19) After expanding the vicinity of the end of a metal tube at an end expansion ratio of 10%, the inner peripheral surface and the outer peripheral surface were cut into type B and type A, respectively. Except for the above, the metal tube was subjected to diffusion bonding according to the same procedure as in Example 17.
【0163】(比較例14)金属管の端部近傍の内周面
側及び外周面側の機械加工を行わなかった以外は、実施
例17と同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行っ
た。(Comparative Example 14) Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 17, except that the inner peripheral surface and the outer peripheral surface near the end of the metal tube were not machined. .
【0164】(比較例15)金属管の端部近傍の外周面
側のみをタイプBに切削加工した以外は、実施例17と
同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行った。(Comparative Example 15) Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 17, except that only the outer peripheral surface near the end of the metal tube was cut into type B.
【0165】実施例17〜19、及び比較例14〜15
で得られた金属管接合体について、実施例14と同様の
手順に従い、接合部の内周面側及び外周面側に発生した
最大段差の測定、引張試験、及び疲労試験を行った。結
果を表7に示す。Examples 17 to 19 and Comparative Examples 14 to 15
According to the same procedure as in Example 14, the measurement of the maximum level difference generated on the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side of the joint, a tensile test, and a fatigue test were performed on the joined metal pipe obtained in the above. Table 7 shows the results.
【0166】[0166]
【表7】 [Table 7]
【0167】端部近傍の機械加工を行わなかった比較例
14では、内周面側及び外周面側の最大段差は、それぞ
れ、1.5mm及び1.6mmであった。引張強度は、
497MPaであり、母材の強度より若干低下し、試験
片は、接合界面から破断した。さらに、疲労強度比は、
0.4の低い値を示した。In Comparative Example 14 in which no machining was performed near the end, the maximum steps on the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side were 1.5 mm and 1.6 mm, respectively. The tensile strength is
497 MPa, slightly lower than the strength of the base material, and the test piece broke from the joint interface. Furthermore, the fatigue strength ratio is
It showed a low value of 0.4.
【0168】また、端部近傍の外周面側のみを機械加工
した比較例13では、外周面側の最大段差は、0.1m
m以下となったが、内周面側の最大段差は、0.3mm
であった。また、引張強度は、母材とほぼ同等であり、
試験片は熱影響部から破断したが、疲労強度比は、0.
7であった。In Comparative Example 13 in which only the outer peripheral surface near the end was machined, the maximum step on the outer peripheral surface was 0.1 m.
m or less, but the maximum step on the inner peripheral surface side is 0.3 mm
Met. Also, the tensile strength is almost the same as the base material,
Although the test piece broke from the heat-affected zone, the fatigue strength ratio was 0.
It was 7.
【0169】これに対し、端部近傍の内周面側の拡径加
工及び機械加工を行った実施例17〜19では、内周面
側に発生した最大段差は、いずれも0.1mm以下であ
った。また、引張強度は、いずれも約510MPaであ
り、試験片は、熱影響部から破断した。さらに、疲労強
度比は、いずれも0.9であり、母材とほぼ同等の疲労
特性を示した。On the other hand, in Examples 17 to 19 in which the inner peripheral surface side near the end was subjected to the diameter expansion processing and the mechanical processing, the maximum step generated on the inner peripheral surface side was 0.1 mm or less. there were. Further, the tensile strength was about 510 MPa in each case, and the test piece broke from the heat-affected zone. Further, the fatigue strength ratio was 0.9 in each case, indicating substantially the same fatigue characteristics as the base metal.
【0170】以上の結果から、金属管端部の内周面側の
材料を除去加工し、内周面側の最大段差を小さくする
と、接合部の疲労特性が向上することがわかった。From the above results, it was found that when the material on the inner peripheral surface side of the end portion of the metal pipe was removed and the maximum step on the inner peripheral surface was reduced, the fatigue characteristics of the joint were improved.
【0171】(実施例20)以下の手順により、金属管
の拡散接合を行った。すなわち、金属管として、圧力配
管用炭素鋼管(JIS G3454)STPG410か
らなる外径139.8mm、肉厚6.6mm、長さ1m
の鋼管を用い、端部近傍の内周面側を、図5(b)に示
すように、端部拡径率5%で拡径した後、内周面側をタ
イプBに切削加工した。なお、外周面側は、未加工のま
まとした。Example 20 Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the following procedure. That is, as a metal pipe, an outer diameter of 139.8 mm, a wall thickness of 6.6 mm, and a length of 1 m made of carbon steel pipe for pressure piping (JIS G3454) STPG410.
As shown in FIG. 5B, the inner peripheral surface side near the end was expanded at an end diameter expansion ratio of 5%, and then the inner peripheral surface was cut into a type B. The outer peripheral surface was left unprocessed.
【0172】次に、端部近傍の拡径加工及び機械加工が
行われた金属管の端面を表面粗さRmaxが20μm以
下となるように仕上げ、金属管の接合界面に、BNi−
5(JIS Z3265)相当の組成を有する融点11
40℃、厚さ35μmのNi系合金箔を介挿し、液相拡
散接合を行った。Next, the end face of the metal pipe in the vicinity of the end, which has been subjected to the diameter expansion processing and the mechanical processing, is finished so that the surface roughness Rmax is 20 μm or less, and the BNi-
Melting point 11 having composition equivalent to 5 (JIS Z3265)
Liquid phase diffusion bonding was performed by inserting a Ni-based alloy foil having a thickness of 40 μC and a thickness of 35 μm.
【0173】なお、接合部の加熱方法には、周波数3k
Hzの高周波電流を用いた高周波誘導加熱法を用いた。
また、接合条件は、接合温度1300℃、保持時間15
0秒、加圧力3.0MPaとし、Ar雰囲気中で接合を
行った。The heating method of the bonding portion includes a
A high frequency induction heating method using a high frequency current of Hz was used.
The bonding conditions are as follows: bonding temperature 1300 ° C., holding time 15
The bonding was performed in an Ar atmosphere with 0 seconds and a pressure of 3.0 MPa.
【0174】次に、推力100Tonf万能試験機を用
いて、得られた金属管接合体の一端から拡管工具を挿入
し、金属管接合体の拡管加工を行った。なお、本実施例
の場合、拡管率Eは、20%とした。Next, a 100-tonf universal testing machine was used to insert a pipe-expansion tool from one end of the obtained metal-pipe joint to expand the metal-pipe joint. In addition, in the case of this example, the pipe expansion ratio E was set to 20%.
【0175】(実施例21)金属管の端部近傍を、端部
拡径率10%で拡径加工した後、内周面側をタイプAに
切削加工した以外は、実施例20と同様の手順に従い、
金属管の拡散接合を行った。得られた金属管接合体につ
いて、拡管率25%で拡管加工した。Example 21 The same procedure as in Example 20 was carried out except that the vicinity of the end of the metal tube was expanded at an end expansion ratio of 10%, and then the inner peripheral surface was cut to type A. Follow the steps,
Diffusion bonding of the metal tube was performed. The obtained metal pipe joint was expanded at a pipe expansion rate of 25%.
【0176】(実施例22)金属管の端部近傍を、端部
拡径率10%で拡径加工した後、内周面側及び外周面側
を、それぞれタイプB及びタイプAに切削加工した以外
は、実施例20と同様の手順に従い、金属管の拡散接合
を行った。得られた金属管接合体について、拡管率25
%で拡管加工した。(Example 22) After expanding the vicinity of the end of a metal tube at an end expansion ratio of 10%, the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side were cut into type B and type A, respectively. Except for the above, the metal tube was subjected to diffusion bonding according to the same procedure as in Example 20. About the obtained metal-pipe joint, the expansion rate was 25.
The pipe was expanded in%.
【0177】(比較例16)金属管の端部近傍の内周面
側及び外周面側の機械加工を行わなかった以外は、実施
例17と同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行っ
た。また、得られた金属管接合体について、拡管率10
%で拡管加工を行った。(Comparative Example 16) Diffusion bonding of a metal tube was performed according to the same procedure as in Example 17 except that machining was not performed on the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side near the end of the metal tube. . Further, with respect to the obtained metal pipe joined body, a pipe expansion rate of 10
% Pipe expansion was performed.
【0178】(比較例17)金属管の端部近傍の外周面
側のみをタイプBに切削加工した以外は、実施例20と
同様の手順に従い、金属管の拡散接合を行った。また、
得られた金属管接合体について、拡管率20%で拡管加
工した。(Comparative Example 17) Diffusion bonding of a metal tube was performed in the same procedure as in Example 20, except that only the outer peripheral surface near the end of the metal tube was cut into type B. Also,
The obtained metal pipe joint was expanded at a pipe expansion ratio of 20%.
【0179】実施例20〜22、及び比較例16〜17
で得られた金属管接合体について、実施例14と同様の
手順に従い、接合部の内周面側及び外周面側に発生した
最大段差の測定、引張試験を行った。また、拡管後の金
属管接合体について、超音波探傷試験を行い、接合界面
における欠陥の有無について調べた。結果を表8に示
す。Examples 20 to 22 and Comparative Examples 16 to 17
In accordance with the same procedure as in Example 14, the measurement of the maximum step generated on the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side of the joint and the tensile test were performed on the joined metal pipe assembly obtained in the above. Further, the metal pipe joined body after the tube expansion was subjected to an ultrasonic flaw detection test, and the presence or absence of a defect at the joint interface was examined. Table 8 shows the results.
【0180】[0180]
【表8】 [Table 8]
【0181】端部近傍の機械加工を行わなかった比較例
16では、内周面側及び外周面側の最大段差は、それぞ
れ、2.0mm及び0.5mmであった。また、拡管後
の接合界面には欠陥が検出され、これに応じて、引張強
度は母材の強度より大幅に低下して、388MPaとな
った。In Comparative Example 16 in which no machining was performed near the end, the maximum steps on the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side were 2.0 mm and 0.5 mm, respectively. In addition, a defect was detected at the joint interface after the pipe expansion, and accordingly, the tensile strength was significantly lower than the strength of the base material, and became 388 MPa.
【0182】また、端部近傍の外周面側のみを機械加工
した比較例13では、外周面側の最大段差は、0.1m
m以下となったが、内周面側の最大段差は、0.8mm
であった。また、拡管後の接合界面には微少欠陥が検出
され、これに応じて、引張強度は492MPaとなり、
母材の強度より若干低下した。これは、前述したT値に
比して相対的に高い拡管率Eで拡管加工を行ったためと
考えられる。In Comparative Example 13 in which only the outer peripheral surface near the end was machined, the maximum step on the outer peripheral surface was 0.1 m.
m, but the maximum step on the inner peripheral side is 0.8 mm
Met. In addition, a micro defect was detected at the joint interface after pipe expansion, and the tensile strength was 492 MPa accordingly,
The strength was slightly lower than the strength of the base material. This is presumably because the pipe expansion was performed at a pipe expansion ratio E relatively higher than the T value described above.
【0183】これに対し、端部近傍の内周面側の拡径加
工及び機械加工を行った後に拡管加工を行った実施例2
0〜22では、内周面側に発生した最大段差は、いずれ
も0.1mm以下であった。また、接合界面には欠陥は
認められず、引張強度は、いずれも560MPa以上を
示した。On the other hand, in the second embodiment, the pipe expansion was performed after the diameter expansion and the machining were performed on the inner peripheral surface side near the end.
In the case of 0 to 22, the maximum steps generated on the inner peripheral surface side were all 0.1 mm or less. No defects were observed at the joint interface, and the tensile strength was 560 MPa or more in each case.
【0184】以上の結果から、接合部の内周面側の最大
段差を小さくすると、T値が小さくなり、接合部に欠陥
を発生させることなく、高い拡管率で拡管加工を行うこ
とができることがわかった。From the above results, when the maximum step on the inner peripheral surface side of the joint is reduced, the T value is reduced, and it is possible to perform pipe expansion at a high pipe expansion rate without causing defects in the joint. all right.
【0185】以上、本発明の実施の形態につて詳細に説
明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
改変が可能である。As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. It is.
【0186】例えば、上記実施の形態では、金属管の接
合手段として、いずれも液相拡散接合法を用いている
が、固相拡散接合法を用いて金属管の接合を行っても良
い。For example, in the above-described embodiments, the liquid-phase diffusion bonding method is used as a means for bonding the metal tubes, but the metal tubes may be bonded using the solid-phase diffusion bonding method.
【0187】また、本発明に係る金属管の接合方法は、
地中に埋設されるケーシングチューブ等の油井管を接合
する方法として特に好適であるが、本発明の用途は、油
井管に限定されるものではなく、ガス抗井、地熱抗井、
温泉井戸、水井戸等に用いられるケーシングチューブ、
あるいは、地表に敷設されるラインパイプや、プラント
用配管の接合方法としても用いることができ、これによ
り上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。Further, the method for joining metal tubes according to the present invention comprises:
It is particularly suitable as a method for joining an oil well pipe such as a casing tube buried underground, but the application of the present invention is not limited to oil well pipes, and gas wells, geothermal wells,
Casing tubes used for hot spring wells, water wells, etc.
Alternatively, it can also be used as a method for joining a line pipe laid on the ground surface or a pipe for a plant, whereby the same effect as in the above embodiment can be obtained.
【0188】[0188]
【発明の効果】本発明は、金属管を突き合わせて拡散接
合する金属管の接合方法において、両金属管の接合端面
の内径差が2mm以下となるように、少なくとも一方の
金属管の接合端部近傍の内径が接合前に加工されるの
で、各金属管の外径及び/又は肉厚にばらつきがある場
合であっても、接合部の内周面側に発生する段差を小さ
くすることができる。そのため、接合部に発生する応力
集中が軽減され、強度及び疲労特性に優れた接合体が得
られるという効果がある。また、接合部の内周面側の段
差が小さくなることにより、腐食性物質の滞留が軽減さ
れるので、接合部の耐食性及び機械的特性に悪影響を及
ぼすこともない。According to the present invention, there is provided a method of joining metal pipes in which metal pipes are butt-bonded to each other by diffusion joining. At least one of the metal pipes has a joint end face having a difference in inner diameter of 2 mm or less. Since the nearby inner diameter is processed before joining, even if the outer diameter and / or thickness of each metal pipe varies, the step generated on the inner peripheral surface side of the joined portion can be reduced. . Therefore, there is an effect that stress concentration occurring at the joint is reduced, and a joined body having excellent strength and fatigue characteristics can be obtained. In addition, since the step on the inner peripheral surface side of the joint is reduced, the retention of corrosive substances is reduced, so that the corrosion resistance and mechanical properties of the joint are not adversely affected.
【0189】また、前記加工が、材料の除去を伴わない
拡径加工である場合には、切削加工等の他の加工方法に
比較して、簡単に行うことができる。そのため、接合コ
ストの増大を招くことなく、強度、疲労特性及び耐食性
に優れた接合体が得られるという効果がある。[0189] Further, in the case where the processing is a diameter expansion processing without removing the material, the processing can be easily performed as compared with other processing methods such as cutting. Therefore, there is an effect that a joined body excellent in strength, fatigue characteristics and corrosion resistance can be obtained without increasing joining cost.
【0190】また、前記加工が、材料の除去を伴う機械
加工である場合には、金属管の内径や肉厚の寸法公差が
大きい場合であっても、確実に内周面側に発生する段差
を小さくすることができるという効果がある。In the case where the above-mentioned processing is mechanical processing involving the removal of material, even if the dimensional tolerance of the inner diameter and wall thickness of the metal pipe is large, the step formed on the inner peripheral surface side is surely formed. Has the effect of being able to reduce.
【0191】さらに、前記加工が、材料の除去を伴わな
い拡径加工と、該拡径加工の後に行われる材料の除去を
伴う機械加工からなる場合には、内周面側に発生する段
差を確実に小さくすることができるという効果がある。
また、これによって、得られた金属管接合体について、
相対的に大きな拡管率で拡管加工を行うことができると
いう効果がある。Further, in the case where the above-mentioned processing includes a diameter-increasing processing without removing the material and a mechanical processing in which the material is removed after the diameter-increasing processing, the step generated on the inner peripheral surface side is reduced. There is an effect that the size can be reliably reduced.
Moreover, by this, about the obtained metal pipe joint,
There is an effect that pipe expansion can be performed at a relatively large pipe expansion rate.
【0192】以上のように、本発明に係る金属管の接合
方法によれば、強度、疲労特性及び耐食性に優れた接合
体が安価に得られるものであり、これを例えば、油井管
や、ラインパイプ等に応用すれば、石油掘削作業やパイ
プ敷設作業の大幅なコストダウンや、信頼性の向上に寄
与するものであり、産業上その効果の極めて大きい発明
である。As described above, according to the method for joining metal tubes according to the present invention, a joined body having excellent strength, fatigue characteristics and corrosion resistance can be obtained at low cost. If applied to pipes and the like, it greatly contributes to cost reduction of oil drilling work and pipe laying work and improvement of reliability, and is an industrially extremely effective invention.
【図1】本発明の一実施の形態に係る金属管の接合方法
を示す工程図である。FIG. 1 is a process diagram showing a method for joining metal tubes according to an embodiment of the present invention.
【図2】工業的に量産される金属管の寸法精度と、接合
部に発生する段差の関係を説明する図である。FIG. 2 is a view for explaining the relationship between the dimensional accuracy of a metal tube mass-produced industrially and a step generated at a joint.
【図3】同じく、工業的に量産される金属管の寸法精度
と、接合部に発生する段差の関係を説明する図である。FIG. 3 is a view for explaining the relationship between the dimensional accuracy of a metal tube mass-produced industrially and a step generated at a joint.
【図4】図4(a)は、端部の内周面側がテーパ状に機
械加工された金属管を接合した状態を示す図であり、図
4(b)は、端部の内周面側が楕円状に機械加工された
金属管を接合した状態を示す図である。FIG. 4 (a) is a diagram showing a state where a metal pipe whose inner peripheral surface side is machined into a tapered shape at the end is joined, and FIG. 4 (b) is an inner peripheral surface of the end; It is a figure which shows the state which joined the metal pipe machined to the elliptical side.
【図5】図5(a)は、端部が拡径加工された後、内周
面側がテーパ状に機械加工された金属管を接合した状態
を示す図であり、図5(b)は、端部が拡径加工された
後、内周面側が楕円状に機械加工された金属管を接合し
た状態を示す図である。FIG. 5 (a) is a view showing a state where a metal pipe whose inner peripheral surface side is machined into a tapered shape is joined after an end portion is subjected to a diameter expanding process, and FIG. FIG. 7 is a view showing a state in which a metal pipe whose inner peripheral surface side is machined into an elliptical shape is joined after an end portion is subjected to a diameter expanding process.
30 金属管 32 金属管接合体 36 インサート材 41、42 金属管 51、52 金属管 Reference Signs List 30 metal pipe 32 metal pipe joint 36 insert material 41, 42 metal pipe 51, 52 metal pipe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23K 101:06 (72)発明者 稲垣 繁幸 愛知県名古屋市南区天白町3−9−111 大同特殊鋼天白荘205 Fターム(参考) 4E067 AA02 AB02 AB05 AD02 AD03 AD04 BA03 BA05 BB02 BH01 BH03 DA00 DA09 DB02 DC03 DC06 DC07 EC06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme Court ゛ (Reference) B23K 101: 06 (72) Inventor Shigeyuki Inagaki 3-9-111 Tenpakucho, Minami-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Daido Special Steel Tempakuso 205 F term (reference) 4E067 AA02 AB02 AB05 AD02 AD03 AD04 BA03 BA05 BB02 BH01 BH03 DA00 DA09 DB02 DC03 DC06 DC07 EC06
Claims (4)
管の接合方法において、 両金属管の接合端面の内径差が2mm以下となるよう
に、少なくとも一方の金属管の接合端部近傍の内径を接
合前に加工することを特徴とする金属管の接合方法。1. A method for joining metal pipes in which metal pipes are butt-butted and diffusion-bonded to each other, wherein an inner diameter near at least one of the metal pipes is reduced so that a difference between inner diameters of two metal pipes at the joining end faces is 2 mm or less. A method for joining metal tubes, which is performed before joining.
加工である請求項1に記載の金属管の接合方法。2. The metal pipe joining method according to claim 1, wherein the processing is a diameter expansion processing without removing a material.
である請求項1に記載の金属管の接合方法。3. The metal pipe joining method according to claim 1, wherein the processing is machining involving removal of a material.
加工と、該拡径加工の後に行われる材料の除去を伴う機
械加工からなることを特徴とする請求項1に記載の金属
管の接合方法。4. The metal pipe according to claim 1, wherein the processing includes a diameter expansion processing without removing the material and a machining processing with removal of the material performed after the diameter expansion processing. Joining method.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17255399A JP2000176652A (en) | 1998-10-09 | 1999-06-18 | Method for joining metallic tube |
CA002285732A CA2285732A1 (en) | 1998-10-08 | 1999-10-07 | Expandable metal-pipe bonded body and manufacturing method thereof |
EP99120149A EP0995533A3 (en) | 1998-10-08 | 1999-10-08 | Method of manufacturing shaped bodies from bonded metal pipes |
US09/414,534 US6405761B1 (en) | 1998-10-08 | 1999-10-08 | Expandable metal-pipe bonded body and manufacturing method thereof |
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-
1999
- 1999-06-18 JP JP17255399A patent/JP2000176652A/en active Pending
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