JP2001138059A - 薄肉部材の製造方法 - Google Patents
薄肉部材の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐熱・耐食性、耐摩耗性等に優れた薄肉部材
の製造方法を提供する。 【解決手段】 基材２の表面の少なくとも一部にプラズ
マ粉末溶接法でＣｏ基合金にＶＣを５重量％以上含む目
的部材の材料から成る溶着層４を形成したのち、前記基
材を除去して薄肉管６とする。
の製造方法を提供する。 【解決手段】 基材２の表面の少なくとも一部にプラズ
マ粉末溶接法でＣｏ基合金にＶＣを５重量％以上含む目
的部材の材料から成る溶着層４を形成したのち、前記基
材を除去して薄肉管６とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄肉部材の製造方法
に関し、特に筒状の薄肉部材の製造方法に関する。
に関し、特に筒状の薄肉部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば化学反応塔内のノズル、容
器、配管、ストッパーの外に各種ボイラーの熱交換用配
管として薄肉管が用いられている。この薄肉管は、管内
を流れる流体と管の外部との間で管壁を介して熱交換を
行い、当該流体や外部の温度を調整するものである。そ
して、肉厚が薄いほど熱伝達特性に優れることから、一
般には例えば薄い板材を管状に曲げてその接合端面を溶
接することにより上記薄肉管が製造されている。一方、
近年ボイラーの用途分野の拡大等に伴い、また、ボイラ
ーの効率向上を図るため、上記薄肉管はより厳しい環境
下（例えば高温・腐食耐摩環境）で使用されるようにな
っている。
器、配管、ストッパーの外に各種ボイラーの熱交換用配
管として薄肉管が用いられている。この薄肉管は、管内
を流れる流体と管の外部との間で管壁を介して熱交換を
行い、当該流体や外部の温度を調整するものである。そ
して、肉厚が薄いほど熱伝達特性に優れることから、一
般には例えば薄い板材を管状に曲げてその接合端面を溶
接することにより上記薄肉管が製造されている。一方、
近年ボイラーの用途分野の拡大等に伴い、また、ボイラ
ーの効率向上を図るため、上記薄肉管はより厳しい環境
下（例えば高温・腐食耐摩環境）で使用されるようにな
っている。
【０００３】このようなことから、耐熱・耐食性や耐摩
耗性に優れた種々の金属、合金、セラミックス、あるい
はサーメット等の材料を用いて上記薄肉管を製造するこ
とが必要になってくる。その場合、これらの材料は一般
に融点が高く、加工性が良好とはいえないため、上記材
料を用いた部材は通常鋳造や焼結などによって製造され
ている。しかしながら、これらの方法では、単純なブロ
ック形状、あるいは切削加工可能な形状の部材を製造す
ることはできるが、薄肉部材、特に板材や上述の薄肉管
を製造することは極めて困難である。
耗性に優れた種々の金属、合金、セラミックス、あるい
はサーメット等の材料を用いて上記薄肉管を製造するこ
とが必要になってくる。その場合、これらの材料は一般
に融点が高く、加工性が良好とはいえないため、上記材
料を用いた部材は通常鋳造や焼結などによって製造され
ている。しかしながら、これらの方法では、単純なブロ
ック形状、あるいは切削加工可能な形状の部材を製造す
ることはできるが、薄肉部材、特に板材や上述の薄肉管
を製造することは極めて困難である。
【０００４】一方、母材の耐熱・耐食性や耐摩耗性を向
上させる方法として、母材表面に上述の耐熱材料等を溶
射する技術が知られている。この場合、例えばプラズマ
溶射法によってセラミックスや分散強化合金等で母材表
面を被覆することが行われる。しかしながら、このよう
にして形成された溶射層は半溶融状態の材料粉末で構成
されているため、その層内には気孔が残存したり、また
厚肉になると割れなどが発生し易く、耐熱性や耐食性等
の特性が不充分になる場合がある。また、例えば母管表
面に溶射を施した場合、母管の厚みがある分だけ管の薄
肉化が困難になる。さらに、これらの溶射部材は母材と
溶射層の熱特性が大きく異なっているため、高温で使用
した際に両者の界面で熱応力が発生し、部材の破壊や変
形を招く可能性もある。
上させる方法として、母材表面に上述の耐熱材料等を溶
射する技術が知られている。この場合、例えばプラズマ
溶射法によってセラミックスや分散強化合金等で母材表
面を被覆することが行われる。しかしながら、このよう
にして形成された溶射層は半溶融状態の材料粉末で構成
されているため、その層内には気孔が残存したり、また
厚肉になると割れなどが発生し易く、耐熱性や耐食性等
の特性が不充分になる場合がある。また、例えば母管表
面に溶射を施した場合、母管の厚みがある分だけ管の薄
肉化が困難になる。さらに、これらの溶射部材は母材と
溶射層の熱特性が大きく異なっているため、高温で使用
した際に両者の界面で熱応力が発生し、部材の破壊や変
形を招く可能性もある。
【０００５】このようなことから、耐熱・耐食性、耐摩
耗性等に優れた薄肉部材は実現されていないのが現状で
ある。ところで、近年いわゆる傾斜機能材料が注目され
ている。一般に異種材料から成る複合材料は、程度の差
はあれ上記熱応力の発生が避けられないものであるが、
この傾斜機能材料の場合には、材料の組成や組織を所定
方向に連続的に変化させることにより、熱応力を緩和す
ることが可能である。このような傾斜機能材料として
は、例えばＰＶＤにより材料の裏面側に金属層を形成
し、表面側にはセラミックスの層を形成して材料の厚み
方向で両者の組成を連続的に変化させ、強度と耐熱性を
兼備させた材料が知られている。従って、このような傾
斜機能を薄肉部材に付与することは、薄肉部材の耐熱・
耐食性や耐摩耗性を向上させる点で有効である。
耗性等に優れた薄肉部材は実現されていないのが現状で
ある。ところで、近年いわゆる傾斜機能材料が注目され
ている。一般に異種材料から成る複合材料は、程度の差
はあれ上記熱応力の発生が避けられないものであるが、
この傾斜機能材料の場合には、材料の組成や組織を所定
方向に連続的に変化させることにより、熱応力を緩和す
ることが可能である。このような傾斜機能材料として
は、例えばＰＶＤにより材料の裏面側に金属層を形成
し、表面側にはセラミックスの層を形成して材料の厚み
方向で両者の組成を連続的に変化させ、強度と耐熱性を
兼備させた材料が知られている。従って、このような傾
斜機能を薄肉部材に付与することは、薄肉部材の耐熱・
耐食性や耐摩耗性を向上させる点で有効である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の薄肉
部材の製造における上記した問題を解決し、耐熱・耐食
性や耐摩耗性に優れた薄肉部材の製造方法、さらにはそ
の組成が所定の方向に変化した薄肉部材の製造方法の提
供を目的とする。
部材の製造における上記した問題を解決し、耐熱・耐食
性や耐摩耗性に優れた薄肉部材の製造方法、さらにはそ
の組成が所定の方向に変化した薄肉部材の製造方法の提
供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の本発明に係る薄肉部材の製造方
法は、基材の表面の少なくとも一部に溶接法でＣｏ基合
金にＶＣを５重量％以上に含む目的部材の材料から成る
溶着層を形成したのち、前記基材を除去することを特徴
とする。
ために、請求項１記載の本発明に係る薄肉部材の製造方
法は、基材の表面の少なくとも一部に溶接法でＣｏ基合
金にＶＣを５重量％以上に含む目的部材の材料から成る
溶着層を形成したのち、前記基材を除去することを特徴
とする。
【０００８】また、前記溶着層を形成する際、前記基材
の表面と平行な方向および／または垂直な方向に該溶着
層の組成を変化させることが好ましい（請求項２）。さ
らに、前記基材として筒状体または柱状体を用い、該基
材の外面または内面に前記溶着層を形成することにより
筒状の薄肉部材を得ることもできる（請求項３）。
の表面と平行な方向および／または垂直な方向に該溶着
層の組成を変化させることが好ましい（請求項２）。さ
らに、前記基材として筒状体または柱状体を用い、該基
材の外面または内面に前記溶着層を形成することにより
筒状の薄肉部材を得ることもできる（請求項３）。
【０００９】そして、前記溶着層が、プラズマ粉末溶接
法、ＴＩＧ粉末溶接法、またはレーザ粉末溶接法で形成
される（請求項４）。
法、ＴＩＧ粉末溶接法、またはレーザ粉末溶接法で形成
される（請求項４）。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、溶着層の形成をプラズマ粉
末溶接法で行う場合につき、図面を参照して本発明に係
る薄肉部材の製造方法について説明する。図１は本発明
に係る製造方法の一例を示す。この方法では、円筒状の
基材２（外径52mmφ、内径30mmφ、長さ800mmのSUS-304
製）の外面に（図１（ａ））、後述するプラズマ粉末溶
接法（Plasma powder welding system、以下「ＰＰＷ
法」という）により所定の粒子分散型強化合金、具体的
には、Ｎｉ２.３〜２.５重量％、Ｃｒ２１〜２２重量
％、Ｍｏ４.２〜４.４重量％、Ｖ８〜１０重量％、残部
Ｃｏから成るＫＶ１０を肉盛溶接して溶着層４を形成し
たのち（図１（ｂ））、基材２を切削除去して薄肉管６
を製造する（図１（ｃ））。
末溶接法で行う場合につき、図面を参照して本発明に係
る薄肉部材の製造方法について説明する。図１は本発明
に係る製造方法の一例を示す。この方法では、円筒状の
基材２（外径52mmφ、内径30mmφ、長さ800mmのSUS-304
製）の外面に（図１（ａ））、後述するプラズマ粉末溶
接法（Plasma powder welding system、以下「ＰＰＷ
法」という）により所定の粒子分散型強化合金、具体的
には、Ｎｉ２.３〜２.５重量％、Ｃｒ２１〜２２重量
％、Ｍｏ４.２〜４.４重量％、Ｖ８〜１０重量％、残部
Ｃｏから成るＫＶ１０を肉盛溶接して溶着層４を形成し
たのち（図１（ｂ））、基材２を切削除去して薄肉管６
を製造する（図１（ｃ））。
【００１１】基材２は、ＰＰＷ法を行う際に後述のプラ
ズマトーチとの間でプラズマアーク柱を良好に形成させ
るため、導電性を有する金属または合金から成り、例え
ばステンレス（SUS-304等）、銅、アルミニウム、ニッ
ケル、しんちゅうを用いることができる。また、基材２
の形状は特に制限されることはなく、目的とする薄肉部
材の形状に合わせて造形すればよい。例えば薄肉管を製
造する場合は、基材２を円筒、円柱状、、カップ状また
は断面が楕円形や多角形の柱状や筒状とすればよく、さ
らに、板状の薄肉部材を製造する場合は基材２の形状も
板状とすればよい。
ズマトーチとの間でプラズマアーク柱を良好に形成させ
るため、導電性を有する金属または合金から成り、例え
ばステンレス（SUS-304等）、銅、アルミニウム、ニッ
ケル、しんちゅうを用いることができる。また、基材２
の形状は特に制限されることはなく、目的とする薄肉部
材の形状に合わせて造形すればよい。例えば薄肉管を製
造する場合は、基材２を円筒、円柱状、、カップ状また
は断面が楕円形や多角形の柱状や筒状とすればよく、さ
らに、板状の薄肉部材を製造する場合は基材２の形状も
板状とすればよい。
【００１２】そして、ＰＰＷ法を適用して基材２の外面
に溶着層４が形成される。ここでＰＰＷ法は、特開平７
−２４１６８３号公報、特開平１０−３０８６９号公
報、特開平１０−１５６５８２号公報、特開平７−２５
６４５９号公報などに開示されている溶接方法であっ
て、基材２の表面にプラズマトーチを対向配置し、対象
とする溶接箇所にシールドガスを流しながらプラズマア
ーク柱を発生させ、そのプラズマアーク柱の中に、形成
すべき溶着層４の材料組成を構成する各成分の粉末を溶
加材として送給しながらアーク焦点位置で溶融し、その
溶滴を基材２の表面に順次溶着させることにより所定厚
みの溶着層４を形成する方法である。
に溶着層４が形成される。ここでＰＰＷ法は、特開平７
−２４１６８３号公報、特開平１０−３０８６９号公
報、特開平１０−１５６５８２号公報、特開平７−２５
６４５９号公報などに開示されている溶接方法であっ
て、基材２の表面にプラズマトーチを対向配置し、対象
とする溶接箇所にシールドガスを流しながらプラズマア
ーク柱を発生させ、そのプラズマアーク柱の中に、形成
すべき溶着層４の材料組成を構成する各成分の粉末を溶
加材として送給しながらアーク焦点位置で溶融し、その
溶滴を基材２の表面に順次溶着させることにより所定厚
みの溶着層４を形成する方法である。
【００１３】したがって、このＰＰＷ法は従来の溶射法
に比べて次のような利点を備えている。 （１）まず、ピンポイントに絞られた高温のアーク焦点
位置で溶加材と基材との溶接が進むのでその箇所では送
給された溶加材は完全に溶融し、その溶滴で順次溶着層
が形成されていくことになる。そのため、形成可能な溶
着層の厚みは０.１〜５mm程度にまで制御可能であり、
しかも形成された溶着層に気孔は発生せず、また組成も
均一な完全なソリッド状になっている。
に比べて次のような利点を備えている。 （１）まず、ピンポイントに絞られた高温のアーク焦点
位置で溶加材と基材との溶接が進むのでその箇所では送
給された溶加材は完全に溶融し、その溶滴で順次溶着層
が形成されていくことになる。そのため、形成可能な溶
着層の厚みは０.１〜５mm程度にまで制御可能であり、
しかも形成された溶着層に気孔は発生せず、また組成も
均一な完全なソリッド状になっている。
【００１４】（２）また、送給する溶加材における各成
分粉末の量を精密制御することができるので、形成され
る溶着層の組成を精密にコントロールすることが可能で
ある。 （３）そして、高温のプラズマ流の中に溶加材を導入す
るため、高融点で難溶性である耐熱・耐食性材料や耐摩
耗性材料を容易に対象物に被覆することができる。
分粉末の量を精密制御することができるので、形成され
る溶着層の組成を精密にコントロールすることが可能で
ある。 （３）そして、高温のプラズマ流の中に溶加材を導入す
るため、高融点で難溶性である耐熱・耐食性材料や耐摩
耗性材料を容易に対象物に被覆することができる。
【００１５】（４）更に、プラズマアーク熱源は、レー
ザ熱源またはＴＩＧ熱源に容易に変えることができる。
溶着層４の形成に用いる材料としては、ＰＰＷ法を適用
可能な材料であれば何でもよいが、特に耐熱・耐食性あ
るいは耐摩耗性に優れた種々の金属、合金、セラミック
ス、硬質材料、またはサーメットを用いることが好まし
い。これらとしては、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、
Ａｌ、Ｃｕなどの金属；ハステロイ０２７６やインコネ
ル６２５のようなＮｉ基合金、ステライト２１のような
Ｃｏ基合金、ＣｏとＶＣとの合金（ＣｏにＶＣが分散強
化している合金）などの合金；Ｃｒ2Ｃ3、ジルコニア
（Ｚｒ2Ｏ3）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、イットリア（Ｙ
2Ｏ3）などのセラミックス；ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、Ａ
ｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3などの硬質材料；ＷＣとＴｉＣとＣｏ
から成るサーメットなどを挙げることができる。そし
て、所定の溶接機を用い、この溶接機を基材に対して適
宜相対的に移動させることにより、基材２の外面に溶着
層４を順次形成すればよい（図１（ｂ））。
ザ熱源またはＴＩＧ熱源に容易に変えることができる。
溶着層４の形成に用いる材料としては、ＰＰＷ法を適用
可能な材料であれば何でもよいが、特に耐熱・耐食性あ
るいは耐摩耗性に優れた種々の金属、合金、セラミック
ス、硬質材料、またはサーメットを用いることが好まし
い。これらとしては、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、
Ａｌ、Ｃｕなどの金属；ハステロイ０２７６やインコネ
ル６２５のようなＮｉ基合金、ステライト２１のような
Ｃｏ基合金、ＣｏとＶＣとの合金（ＣｏにＶＣが分散強
化している合金）などの合金；Ｃｒ2Ｃ3、ジルコニア
（Ｚｒ2Ｏ3）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、イットリア（Ｙ
2Ｏ3）などのセラミックス；ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、Ａ
ｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3などの硬質材料；ＷＣとＴｉＣとＣｏ
から成るサーメットなどを挙げることができる。そし
て、所定の溶接機を用い、この溶接機を基材に対して適
宜相対的に移動させることにより、基材２の外面に溶着
層４を順次形成すればよい（図１（ｂ））。
【００１６】そして、溶着層４の内側に位置する基材２
を例えば切削加工、溶融などの方法で除去することによ
って、溶着層４のみから成る薄肉管６が得られる（図１
（ｃ））。この薄肉管６は、粒子分散型強化合金（KV1
0）から成り、耐摩耗性と耐熱性に極めて優れている。
そして、管の厚みが１０mmと薄いので、熱交換用パイプ
としての熱伝達特性にも優れている。つまり、溶着層は
ＰＰＷ法によって適度に厚く、かつ緻密に形成されてい
るため、溶接後に基材を除去しても溶着層はその形態を
保持する。そして、基材を除去することにより、薄肉管
６は全体として薄肉化され、さらに、基材と溶着層の間
で熱応力が発生することもない。
を例えば切削加工、溶融などの方法で除去することによ
って、溶着層４のみから成る薄肉管６が得られる（図１
（ｃ））。この薄肉管６は、粒子分散型強化合金（KV1
0）から成り、耐摩耗性と耐熱性に極めて優れている。
そして、管の厚みが１０mmと薄いので、熱交換用パイプ
としての熱伝達特性にも優れている。つまり、溶着層は
ＰＰＷ法によって適度に厚く、かつ緻密に形成されてい
るため、溶接後に基材を除去しても溶着層はその形態を
保持する。そして、基材を除去することにより、薄肉管
６は全体として薄肉化され、さらに、基材と溶着層の間
で熱応力が発生することもない。
【００１７】なお、基材２の表面と溶着層との間は、基
材の材料と溶加剤との完全溶融溶着状態になっていて、
基材２の成分が希釈されて溶着層４中に拡散している。
従って、基材２を除去する際に基材２との界面近傍にお
ける溶着層４の表層を若干除去すれば、得られた薄肉管
６は目的部材の材料のみで構成されていることになる。
また、基材２を除去する方法としては、例えば基材２の
材料を酸に溶解させたり、放電加工や電解加工で除去し
てもよい。
材の材料と溶加剤との完全溶融溶着状態になっていて、
基材２の成分が希釈されて溶着層４中に拡散している。
従って、基材２を除去する際に基材２との界面近傍にお
ける溶着層４の表層を若干除去すれば、得られた薄肉管
６は目的部材の材料のみで構成されていることになる。
また、基材２を除去する方法としては、例えば基材２の
材料を酸に溶解させたり、放電加工や電解加工で除去し
てもよい。
【００１８】さらに、図２に示すように、上記と同様な
方法によって蓋材１２を作製し、これを薄肉管６と接合
して管状ノズル部材（薄肉部材）１４を製造することも
できる。図２において、基材１０は半球部（外径52mm
φ）を備えた短寸の円筒状（長さ150mm、SUS-304製）に
形成されている（図２（ａ））。まず、この基材１０の
外面に上述の合金（KV10）粉末を用いてＰＰＷ法で肉盛
溶接を行って、溶着層を形成したのち、該溶着層の内側
の基材１０を切削除去して蓋材１２を作製する（図２
（ｂ））。そして、得られた蓋材１２の頭部に所定のノ
ズル１２ａを取付け、上述の薄肉管６の端面と蓋材１２
の開口端面とを同心に溶接することにより、管状ノズル
部材１４を製造する（図２（ｃ））。
方法によって蓋材１２を作製し、これを薄肉管６と接合
して管状ノズル部材（薄肉部材）１４を製造することも
できる。図２において、基材１０は半球部（外径52mm
φ）を備えた短寸の円筒状（長さ150mm、SUS-304製）に
形成されている（図２（ａ））。まず、この基材１０の
外面に上述の合金（KV10）粉末を用いてＰＰＷ法で肉盛
溶接を行って、溶着層を形成したのち、該溶着層の内側
の基材１０を切削除去して蓋材１２を作製する（図２
（ｂ））。そして、得られた蓋材１２の頭部に所定のノ
ズル１２ａを取付け、上述の薄肉管６の端面と蓋材１２
の開口端面とを同心に溶接することにより、管状ノズル
部材１４を製造する（図２（ｃ））。
【００１９】なお、上記した実施形態においては、基材
２の外面に溶着層４を形成したが、基材２の内面に溶着
層４を形成してもよい。このようにすると基材２の除去
作業が容易になるという利点がある。また、例えば基材
を板状とし、その表面に溶着層を形成したのち基材を除
去することにより、板状の薄肉部材を製造することも可
能である。
２の外面に溶着層４を形成したが、基材２の内面に溶着
層４を形成してもよい。このようにすると基材２の除去
作業が容易になるという利点がある。また、例えば基材
を板状とし、その表面に溶着層を形成したのち基材を除
去することにより、板状の薄肉部材を製造することも可
能である。
【００２０】また、図３に示すように、複数の薄肉管が
互いに平行状態で集束されている複合管を製造すること
も可能である。この実施形態においては、２個の円筒状
の基材２０、２０を軸方向に平行に離間配置し（図３
（ａ））、その外面に上述の合金（KV10）をＰＰＷ法で
１０mmの厚みで肉盛溶接する。このとき、互いに隣接す
る基材２０、２０の隙間にも溶加材を充填することによ
り、各基材２０、２０の外面に形成された溶着層がその
外面で一体化した溶着層２２を形成する（図３
（ｂ））。そして、基材２０、２０を除去することによ
り、２本の薄肉管２４ａ、２４ａが互いの側面で接続し
て一体化された複合管２４が得られる（図３（ｃ））。
互いに平行状態で集束されている複合管を製造すること
も可能である。この実施形態においては、２個の円筒状
の基材２０、２０を軸方向に平行に離間配置し（図３
（ａ））、その外面に上述の合金（KV10）をＰＰＷ法で
１０mmの厚みで肉盛溶接する。このとき、互いに隣接す
る基材２０、２０の隙間にも溶加材を充填することによ
り、各基材２０、２０の外面に形成された溶着層がその
外面で一体化した溶着層２２を形成する（図３
（ｂ））。そして、基材２０、２０を除去することによ
り、２本の薄肉管２４ａ、２４ａが互いの側面で接続し
て一体化された複合管２４が得られる（図３（ｃ））。
【００２１】さて、上述の各実施形態においては単一の
材料からなる薄肉部材を示したが、本発明ではこれに限
らず、次のようにして異種材料を用いて薄肉部材を製造
することもできる。図４において、円筒状の基材３０
（外径100mmφ、内径80mmφ、長さ1000mmのSUS-304）の
左端から中央部に至る外周部分に、合金Ａ（KV10）の粉
末ａを用いてＰＰＷ溶接を行う。次いで、該中央部から
基材３０の右端に至る領域に合金Ｂ（例えばハステロ
イ）の粉末ｂを用いてＰＰＷ溶接を行い、厚み１０mmの
溶着層３２を形成する（図４（ａ））。なお、上記粉末
ａおよびｂをそれぞれ別個に収容したホッパーから、各
粉末（溶加剤）を溶接機に適宜供給することにより、合
金Ａおよび合金Ｂの連続溶接を行う。そして、基材２を
除去し、合金層Ａから成る溶着層３２ａと合金層Ｂから
成る溶着層３２ｂが界面Ｓを介して長手方向に接合され
た、つまり基材２の長手方向(基材２の外面と平行な方
向)に溶着層の組成が変化した薄肉管３４が得られる
（図４（ｂ））。
材料からなる薄肉部材を示したが、本発明ではこれに限
らず、次のようにして異種材料を用いて薄肉部材を製造
することもできる。図４において、円筒状の基材３０
（外径100mmφ、内径80mmφ、長さ1000mmのSUS-304）の
左端から中央部に至る外周部分に、合金Ａ（KV10）の粉
末ａを用いてＰＰＷ溶接を行う。次いで、該中央部から
基材３０の右端に至る領域に合金Ｂ（例えばハステロ
イ）の粉末ｂを用いてＰＰＷ溶接を行い、厚み１０mmの
溶着層３２を形成する（図４（ａ））。なお、上記粉末
ａおよびｂをそれぞれ別個に収容したホッパーから、各
粉末（溶加剤）を溶接機に適宜供給することにより、合
金Ａおよび合金Ｂの連続溶接を行う。そして、基材２を
除去し、合金層Ａから成る溶着層３２ａと合金層Ｂから
成る溶着層３２ｂが界面Ｓを介して長手方向に接合され
た、つまり基材２の長手方向(基材２の外面と平行な方
向)に溶着層の組成が変化した薄肉管３４が得られる
（図４（ｂ））。
【００２２】この薄肉管３４は、図示左端部が耐摩耗性
と耐熱性に優れ、右端部は耐食性に優れる複合材料にな
っている。なお、上述の長手方向に限らず、管の厚み方
向に異種材料を順次溶接して薄肉管を製造することも勿
論可能である。さらに、図４で示した薄肉管の場合のよ
うに界面Ｓを形成することなく、次のようにして異種材
料から成る薄肉管を製造することもできる。
と耐熱性に優れ、右端部は耐食性に優れる複合材料にな
っている。なお、上述の長手方向に限らず、管の厚み方
向に異種材料を順次溶接して薄肉管を製造することも勿
論可能である。さらに、図４で示した薄肉管の場合のよ
うに界面Ｓを形成することなく、次のようにして異種材
料から成る薄肉管を製造することもできる。
【００２３】図５において、まず、円筒状の基材４０
（外径100mmφ、内径80mmφ、長さ900mmのSUS-304製）
の左端から長手方向Ｌに300mm延びた領域に至る外面部
分に、合金Ａ（KV10）の粉末ａを用いてＰＰＷ溶接を行
う。次に、ここより長手方向右側に向かう部分では、粉
末ａに合金Ｂの粉末ｂを少しずつ添加した混合粉末を用
いて溶接を行い、合金Ａと合金Ｂを含む溶着層を形成す
る。このとき、右側に向かうにつれて粉末ｂの混合割合
を高めてゆき、基材２の左端から長手方向Ｌに600mm延
びた位置で粉末ｂの割合が１００％になるようにする。
そして、この位置から基材２の右端に至る部分では粉末
ｂのみを用いてＰＰＷ溶接を行う。このようにして基材
４０の外面に厚み４mmの溶着層４２を形成する（図５
（ａ））。
（外径100mmφ、内径80mmφ、長さ900mmのSUS-304製）
の左端から長手方向Ｌに300mm延びた領域に至る外面部
分に、合金Ａ（KV10）の粉末ａを用いてＰＰＷ溶接を行
う。次に、ここより長手方向右側に向かう部分では、粉
末ａに合金Ｂの粉末ｂを少しずつ添加した混合粉末を用
いて溶接を行い、合金Ａと合金Ｂを含む溶着層を形成す
る。このとき、右側に向かうにつれて粉末ｂの混合割合
を高めてゆき、基材２の左端から長手方向Ｌに600mm延
びた位置で粉末ｂの割合が１００％になるようにする。
そして、この位置から基材２の右端に至る部分では粉末
ｂのみを用いてＰＰＷ溶接を行う。このようにして基材
４０の外面に厚み４mmの溶着層４２を形成する（図５
（ａ））。
【００２４】そして、基材４０を除去し、合金層Ａから
成る溶着層４２ａ、合金層Ａと合金層Ｂを含む溶着層４
２ｂ、合金層Ｂから成る溶着層４２ｃが長手方向に連続
的に形成された、つまり長手方向に傾斜組成を有する薄
肉管４４が得られる（図５（ｂ））。この薄肉管４４
は、上記した異種材料が接合された薄肉管３４と同様、
異なる耐食性と耐摩耗性を兼ね備えるとともに、異種材
料Ａ、Ｂ間に界面が存在しないため、材料の熱特性の差
によって生じる熱応力が緩和され、上記薄肉管３４より
さらに強度が優れたものとなる。なお、溶着層４２ｂは
合金Ａと合金Ｂの性質に対して中間的な性質を有してい
る。
成る溶着層４２ａ、合金層Ａと合金層Ｂを含む溶着層４
２ｂ、合金層Ｂから成る溶着層４２ｃが長手方向に連続
的に形成された、つまり長手方向に傾斜組成を有する薄
肉管４４が得られる（図５（ｂ））。この薄肉管４４
は、上記した異種材料が接合された薄肉管３４と同様、
異なる耐食性と耐摩耗性を兼ね備えるとともに、異種材
料Ａ、Ｂ間に界面が存在しないため、材料の熱特性の差
によって生じる熱応力が緩和され、上記薄肉管３４より
さらに強度が優れたものとなる。なお、溶着層４２ｂは
合金Ａと合金Ｂの性質に対して中間的な性質を有してい
る。
【００２５】また、図６に示すように、管の厚み方向に
上述の傾斜組成を備えた溶着層を形成することもでき
る。この場合、基材５０の外面にまず粉末ａを用いてＰ
ＰＷ溶接を行う。そして、その上に上記と同様にして粉
末ａ、ｂの混合粉末を用いて溶接を行う。このとき、管
の外側に向かうにつれて粉末ｂの混合割合を高くする。
次いで、粉末ｂのみを供給してＰＰＷ溶接を行う。この
ようにして、基材５０の外面に溶着層５２を形成する
（図６（ａ））。
上述の傾斜組成を備えた溶着層を形成することもでき
る。この場合、基材５０の外面にまず粉末ａを用いてＰ
ＰＷ溶接を行う。そして、その上に上記と同様にして粉
末ａ、ｂの混合粉末を用いて溶接を行う。このとき、管
の外側に向かうにつれて粉末ｂの混合割合を高くする。
次いで、粉末ｂのみを供給してＰＰＷ溶接を行う。この
ようにして、基材５０の外面に溶着層５２を形成する
（図６（ａ））。
【００２６】そして、基材５０を除去し、合金層Ａから
成る溶着層５２ａ、合金層Ａと合金層Ｂを含む溶着層５
２ｂ、合金層Ｂから成る溶着層５２ｃが厚み方向(基材
５０の表面と垂直な方向)に連続的に形成された薄肉管
５４が得られる（図６（ｂ））。この薄肉管５４は、管
の内側は耐食性に優れ、外側は強度特性と耐摩耗性に優
れた傾斜組成を有している。従って、管の内部に例えば
高温のＨ2Ｓを流し、管の外側に例えばアルカリ性の土
砂を配置して使用することができる。そして、管壁が傾
斜組成になっているので、上述の薄肉管４４と同様、熱
応力を緩和する効果が大である。
成る溶着層５２ａ、合金層Ａと合金層Ｂを含む溶着層５
２ｂ、合金層Ｂから成る溶着層５２ｃが厚み方向(基材
５０の表面と垂直な方向)に連続的に形成された薄肉管
５４が得られる（図６（ｂ））。この薄肉管５４は、管
の内側は耐食性に優れ、外側は強度特性と耐摩耗性に優
れた傾斜組成を有している。従って、管の内部に例えば
高温のＨ2Ｓを流し、管の外側に例えばアルカリ性の土
砂を配置して使用することができる。そして、管壁が傾
斜組成になっているので、上述の薄肉管４４と同様、熱
応力を緩和する効果が大である。
【００２７】
【実施例】実施例１〜４ （１）円筒状の基材（外径100mmφ、内径80mmφ、長さ1
000mmのSUS-304製）の外面に、耐熱・耐食金属（KV10）
の粉末を用いてＰＰＷ溶接を行い、溶着層を形成したの
ち、基材（および溶着層の一部）を切削除去して厚み１
０mmの薄肉管を製造した（実施例１）。
000mmのSUS-304製）の外面に、耐熱・耐食金属（KV10）
の粉末を用いてＰＰＷ溶接を行い、溶着層を形成したの
ち、基材（および溶着層の一部）を切削除去して厚み１
０mmの薄肉管を製造した（実施例１）。
【００２８】（２）上記と同一の基材の外面に、分散強
化合金（KV10）の粉末を用いてＰＰＷ溶接を行い、厚み
５mmの溶着層αを形成したのち、該溶着層αの上にハス
テロイＢの粉末を用いてＰＰＷ溶接を行い、厚み５mmの
溶着層βを形成した。そして、基材を切削除去すること
により、異種金属が厚み方向に積層された薄肉管を製造
した（実施例２）。
化合金（KV10）の粉末を用いてＰＰＷ溶接を行い、厚み
５mmの溶着層αを形成したのち、該溶着層αの上にハス
テロイＢの粉末を用いてＰＰＷ溶接を行い、厚み５mmの
溶着層βを形成した。そして、基材を切削除去すること
により、異種金属が厚み方向に積層された薄肉管を製造
した（実施例２）。
【００２９】（３）円筒状の基材（外径100mmφ、内径9
0mmφ、長さ1000mmの銅製）の外面に、耐熱・耐食金属
（KV10）から成る溶着層を形成したのち、全体を王水ま
たは塩酸に浸漬して基材を溶解させて除去し、厚み２mm
の薄肉管を製造した（実施例３）。 （４）円筒状の基材（外径100mmφ、内径80mmφ、長さ1
000mmのSUS-304製）の内面に、分散強化合金（KV10）か
ら成る溶着層を形成したのち、該溶着層の外側に位置す
る基材を切削除去し、厚み５mmの薄肉管を製造した（実
施例４）。
0mmφ、長さ1000mmの銅製）の外面に、耐熱・耐食金属
（KV10）から成る溶着層を形成したのち、全体を王水ま
たは塩酸に浸漬して基材を溶解させて除去し、厚み２mm
の薄肉管を製造した（実施例３）。 （４）円筒状の基材（外径100mmφ、内径80mmφ、長さ1
000mmのSUS-304製）の内面に、分散強化合金（KV10）か
ら成る溶着層を形成したのち、該溶着層の外側に位置す
る基材を切削除去し、厚み５mmの薄肉管を製造した（実
施例４）。
【００３０】上記した実施例１〜４の薄肉管を所定のボ
イラーの熱交換配管、化学反応塔内ノズル、熱電対保護
管に一定期間使用したが、いずれも破損、変形等が生じ
ることはなく、耐熱性、耐食性および強度に優れたもの
となっている。
イラーの熱交換配管、化学反応塔内ノズル、熱電対保護
管に一定期間使用したが、いずれも破損、変形等が生じ
ることはなく、耐熱性、耐食性および強度に優れたもの
となっている。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、融点が高い耐熱・耐食性や耐摩耗性の材料を、
ＰＰＷ法を用いて基材に溶接しているので、従来はこれ
らの材料を用いた場合に製造が困難であった薄肉部材を
容易に製造することができる。そして、溶接後に基材を
除去しているので、基材と溶着層が積層された部材に比
べて厚みを薄くすることができ、さらに、基材と溶着層
の間に熱応力が生じることもなく強度上も有利である。
よれば、融点が高い耐熱・耐食性や耐摩耗性の材料を、
ＰＰＷ法を用いて基材に溶接しているので、従来はこれ
らの材料を用いた場合に製造が困難であった薄肉部材を
容易に製造することができる。そして、溶接後に基材を
除去しているので、基材と溶着層が積層された部材に比
べて厚みを薄くすることができ、さらに、基材と溶着層
の間に熱応力が生じることもなく強度上も有利である。
【図１】本発明に係る薄肉部材の製造方法の一例を示す
工程図である。
工程図である。
【図２】本発明に係る薄肉部材の製造方法の別の一例を
示す工程図である。
示す工程図である。
【図３】本発明に係る薄肉部材の製造方法のさらに別の
一例を示す工程図である。
一例を示す工程図である。
【図４】異種材料を用いた薄肉管の製造方法の一例を示
す工程図である。
す工程図である。
【図５】異種材料の組成が長手方向に連続的に変化した
薄肉管の製造方法の一例を示す工程図である。
薄肉管の製造方法の一例を示す工程図である。
【図６】異種材料の組成が厚み方向に連続的に変化した
薄肉管の製造方法の一例を示す工程図である。
薄肉管の製造方法の一例を示す工程図である。
２、１０、２０、３０、４０、５０ 基材 ４、１２、２２、３２、４２、５２ 溶着層 ６、１４、２４、３４、４４、５４ 薄肉管（薄肉部
材）
材）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H024 EA02 EB07 EC03 ED08 EE01 3H111 AA01 BA02 CB08 DA08 DA11 DB22 EA09 4E068 BA00 BA06 DA15 DB01
Claims (4)
- 【請求項１】 基材の表面の少なくとも一部に溶接法で
Ｃｏ基合金にＶＣを５重量％以上含む目的部材の材料か
ら成る溶着層を形成したのち、前記基材を除去すること
を特徴とする薄肉部材の製造方法。 - 【請求項２】 前記溶着層を形成する際、前記基材の表
面と平行な方向および／または垂直な方向に該溶着層の
組成を変化させることを特徴とする請求項１に記載の薄
肉部材の製造方法。 - 【請求項３】 前記基材として筒状体または柱状体を用
い、該基材の外面または内面に前記溶着層を形成するこ
とにより筒状の薄肉部材を得ることを特徴とする請求項
１または２に記載の薄肉部材の製造方法。 - 【請求項４】 前記溶着層が、プラズマ粉末溶接法、Ｔ
ＩＧ粉末溶接法、またはレーザ粉末溶接法で形成される
請求項１〜３のいずれかに記載の薄肉部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31950999A JP2001138059A (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 薄肉部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31950999A JP2001138059A (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 薄肉部材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001138059A true JP2001138059A (ja) | 2001-05-22 |
Family
ID=18111028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31950999A Pending JP2001138059A (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 薄肉部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001138059A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003022778A (ja) * | 2001-06-28 | 2003-01-24 | Agilent Technol Inc | 反応性の試料に対する耐性を有するイオン化室 |
| JPWO2012050085A1 (ja) * | 2010-10-14 | 2014-02-24 | 輝政 松本 | 冷凍サイクルの熱交換器及びその製造方法 |
| WO2015009639A1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-22 | Illinois Tool Works Inc. | Additive manufacturing systems for and a method of surface overlay before joining, using a plurality of anchoring materials |
| JP2018532051A (ja) * | 2015-10-14 | 2018-11-01 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | 生成的製造方法を介したワークピースの製造方法、対応するワークピース |
| US10421159B2 (en) | 2015-02-25 | 2019-09-24 | Hobart Brothers Llc | Systems and methods for additive manufacturing using aluminum metal-cored wire |
| US10792682B2 (en) | 2017-10-02 | 2020-10-06 | Illinois Tool Works Inc. | Metal manufacturing systems and methods using mechanical oscillation |
| US10974337B2 (en) | 2015-08-17 | 2021-04-13 | Illinois Tool Works Inc. | Additive manufacturing systems and methods |
| US11370068B2 (en) | 2015-02-25 | 2022-06-28 | Hobart Brothers Llc | Systems and methods for additive manufacturing using aluminum metal-cored wire |
-
1999
- 1999-11-10 JP JP31950999A patent/JP2001138059A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003022778A (ja) * | 2001-06-28 | 2003-01-24 | Agilent Technol Inc | 反応性の試料に対する耐性を有するイオン化室 |
| JP5900967B2 (ja) * | 2010-10-14 | 2016-04-06 | 輝政 松本 | 冷凍サイクルの熱交換器及びその製造方法 |
| JPWO2012050085A1 (ja) * | 2010-10-14 | 2014-02-24 | 輝政 松本 | 冷凍サイクルの熱交換器及びその製造方法 |
| CN105531060B (zh) * | 2013-07-16 | 2020-09-08 | 伊利诺斯工具制品有限公司 | 用于在接合之前使用多种锚固材料来进行表面覆盖的叠加制造系统和方法 |
| WO2015009769A1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-22 | Illinois Tool Works Inc. | Additive manufacturing systems for and a method of surface overlay before joining, using a plurality of anchoring materials and temperature control device |
| CN105531060A (zh) * | 2013-07-16 | 2016-04-27 | 伊利诺斯工具制品有限公司 | 用于在接合之前使用多种锚固材料来进行表面覆盖的叠加制造系统和方法 |
| US10543549B2 (en) | 2013-07-16 | 2020-01-28 | Illinois Tool Works Inc. | Additive manufacturing system for joining and surface overlay |
| WO2015009639A1 (en) * | 2013-07-16 | 2015-01-22 | Illinois Tool Works Inc. | Additive manufacturing systems for and a method of surface overlay before joining, using a plurality of anchoring materials |
| US10875116B2 (en) | 2013-07-16 | 2020-12-29 | Illinois Tool Works Inc. | Additive manufacturing heating control systems and methods |
| US11833623B2 (en) | 2013-07-16 | 2023-12-05 | Illinois Tool Works Inc. | Additive manufacturing system for joining and surface overlay |
| US10421159B2 (en) | 2015-02-25 | 2019-09-24 | Hobart Brothers Llc | Systems and methods for additive manufacturing using aluminum metal-cored wire |
| US11370068B2 (en) | 2015-02-25 | 2022-06-28 | Hobart Brothers Llc | Systems and methods for additive manufacturing using aluminum metal-cored wire |
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| JP2018532051A (ja) * | 2015-10-14 | 2018-11-01 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | 生成的製造方法を介したワークピースの製造方法、対応するワークピース |
| US10792682B2 (en) | 2017-10-02 | 2020-10-06 | Illinois Tool Works Inc. | Metal manufacturing systems and methods using mechanical oscillation |
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