JP2006247657A

JP2006247657A - 分岐管の製造方法

Info

Publication number: JP2006247657A
Application number: JP2005063329A
Authority: JP
Inventors: Soichi Hitomi; 聡一人見; Masanori Nishii; 雅則西井
Original assignee: Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Current assignee: Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【解決課題】高品質の分岐管、特に、難加工材からなる分岐管を効率的に製造することのできる方法を提供する。
【解決手段】本発明は、主管と、前記主管の所定位置で立ち上がる枝管からなる分岐管の製造方法であって、（ａ）主管となる素管の枝管立ち上げ箇所に下穴を形成する工程、（ｂ）素管内面の前記下穴位置にプラグを当接し、素管の外面方向へ前記プラグを引抜くことにより、枝管の根元部分を形成する工程、（ｃ）前記枝管の根元部分に枝管本体を接合する工程、を含み、（ｂ）工程の引き抜き加工の際に、前記下穴の周辺の肉厚を他の部位より厚くして引抜加工する分岐管の製造方法である。ここで、下穴周辺の肉厚を他の部位より厚くする方法としては、下穴位置に板材を接合するのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属製の分岐管を製造するための方法に関し、詳しくは、主管から枝管を形成加工する際に割れ等の欠陥を生じさせることなく分岐管を製造する方法であり、特に、酸化物分散強化型合金のような、破壊に至るまでの塑性変形量が少ない材料からなる分岐管の製造に好適な方法に関する。

各種プラントでは、そのプロセス設計に基づき配管が構成されており、その内部流体の合流・分岐点には、主管と主管から枝分かれする枝管とからなる部材である分岐管が接続されている。分岐管の構成材料は、対応するプロセスの種類より異なるが、内部流体の汚染を回避すべき場合や、高温プロセスにおいては、高耐食性・高融点材料で配管が構成される。

例えば、ガラス製造プロセスにおいては、取り扱う流体が１０００℃以上の溶融ガラスである。また、光学ガラスのような高品位のガラス製造において不純物の混入を嫌うことが多い。このような条件から、ガラス製造プロセスに対しては、耐食性及び機械的強度（高温クリープ特性）に優れる白金又は白金合金が用いられることが多い。この白金合金としては、白金−ロジウム合金等の他、白金マトリックスにジルコニア等の酸化物が分散した酸化物分散強化型合金が用いられている（ガラス工業に適用可能な白金材料としては、特許文献１の従来の技術の欄に詳細が記載されている。）。
特開平１０−２８００７０号公報

一方、白金合金等の高強度、高融点材料は難加工材である。そこで、このような材料について分岐管を製造する方法の例としては、図３で示すように、枝管を本体部分と根元部分に分けて製造し、まず、根元部分を別に加工した主管に溶接し、更に、枝管本体部分を溶接し分岐管としている。

しかし、溶接部は一般に材料強度、耐食性の点で弱点であり、その箇所が多いと信頼性に欠けることが多い。とりわけ、酸化物分散強化型合金の溶接部では、溶接により酸化物が脱離することがあり、これにより強度低下が生じることがある。また、根元部分の加工や溶接作業は、作業者の経験を要し品質のバラツキが生じ易いという問題もある。

そこで、本発明は、分岐管を製造する方法であって、高品質のものを効率的に製造することのできる方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するため、製造効率を改善すべく引き抜き加工を利用して分岐管を一体成形する方法を考えた。この方法では、主管となる素管を用意し、枝管を形成する位置に下穴をあけた後に、素管の下穴位置で内面からプラグ（抜き金型）を当ててプラグを素管外面へ引き抜くことで枝管を形成するものである。

この方法では、素管から一体的に枝管を有する分岐管を製造することができ、枝管と主管とを別々に製造する必要がなく、従来の方法より極めて効率的である。そこで、本発明者等は、この加工方法について詳細な検討を進めたところ、この方法にも改良すべき点があることを見出した。この改良点とは、枝管の引き抜き加工を行なった後に、枝管根元付近において割れのような欠陥が生じることがあるというものである。そして、この枝管根元付近の欠陥は、白金合金等の難加工材料について加工するときにおいて生じる可能性が高い。従って、この加工方法を実用化するためには、かかる問題を解消する必要がある。

本発明者等は、更に鋭意検討を行い、枝管加工時の欠陥発生を防止する方法として、引き抜き加工前に、素管の下穴付近の肉厚を厚くし、その後引き抜き加工することを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、主管と前記主管の所定位置で立ち上がる分岐管の製造方法であって、（ａ）主管となる素管の枝管立ち上げ箇所に下穴を形成する工程。（ｂ）素管内面の前記下穴位置にプラグを当接し、素管の外面方向へ前記プラグを引抜くことにより、枝管の根元部分を形成する工程、（ｃ）前記枝管の根元部分に枝管本体を接合する工程を含み、（ｂ）工程の引き抜き加工の際に、前記下穴の周辺の肉厚を他の部位より厚くして引抜加工する方法である。

以下、本発明の詳細な内容につき説明する。本発明においては、まず、主管となる素管に、枝管加工の起点となる下穴を形成するが（但し、後述のように下穴形成の前に板材を貼り付けても良い）、この下穴の形成方法としては、溶断加工、切断加工、切削加工何れの方法によっても良い。白金又は白金合金のような高強度・高融点材料に関しては、レーザー加工を摘要するのが好ましい。また、下穴のサイズ、形状は、引き上げた枝管の形状、外観を決定する因子であるが、楕円形状のものが好ましく、枝管直径の１５〜５０％の長軸長さとするのが好ましい。

そして、本発明では、引き抜き加工前に下穴周囲の肉厚を厚くするが、下穴周辺のみを肉厚にする方法としては、板材を下穴位置に接合する方法が好ましい。素管製造の段階で素管を部分的に厚して製造するのは困難だからである。板材の接合は、下穴加工の前後何れでも良いが、下穴加工後に板材を接合する場合には、下穴を回避するドーナツ形（枠形）に加工した板材を接合することとなる。従って、板材加工の手間を考慮すれば、下穴加工前に板材を接合する方が好ましい。ここで、下穴周辺の厚肉部の厚さは、素管板厚の１．１〜２．０倍とするのが好ましい。そして、引抜加工時の立ち上げ形状を想定し、その立ち上がり部（枝管根元部）から５ｍｍ以上の間隔を有する領域に厚肉部を形成するのが好ましい。従って、接合する板材はこのサイズを考慮したものを接合する。また、板材の材質は、素管と同材質のもので良いが、素管が合金からなる場合、必ずしも同組成の合金を用いる必要はなく、合金の主成分となる金属（純金属）を使用しても良い。例えば、白金合金（白金−ロジウム合金、酸化物分散型白金合金等）の素管に対しては、白金を接合しても良い。

また、板材の接合は素管の内面、外面の何れに接合しても良いが、外面への接合が容易である。そして、板材の接合法については、鍛接によるのが好ましい。その後の引き抜き加工を考慮すれば、板材と素管の接合は強固なものが好ましい。

下穴加工、下穴周辺の厚肉加工が完了したら、素管内面の下穴位置にプラグを当接し、素管の外面方向へ引き抜き加工して枝管の根元部分を成形する。この際、使用するプラグは、その外径が加工目的の枝管の内径に略等しいものを用いる。尚、プラグの材質は、成形負荷に耐えうる合金工具鋼、樹脂のものが好ましい。そして、引き抜き加工の加工条件としては、数回のパススケジュールにより行なうことが好ましく、１．０×１０^−３〜２．０×１０^−３ｍ／ｓの加工速度で加工するのが好ましい。尚、材質によって塑性変形量が異なることから、材質に応じた中間焼鈍を行なうことが好ましい。

以上の工程により、主管に枝管の根元部分が形成された部材が加工される。これを分岐管とするために枝管の本体部分を根元部分に溶接して接合する。

以上説明したように本発明によれば、溶接箇所を減らした上で効率的に分岐管を製造することができる。また、本発明では、主管と枝管根元部分を一体成形することができ、定型的な引き抜き加工を適用することで熟練を要せず高品質な加工品を製造できる。本発明により製造可能な分岐管は、枝管が１本のみのものに限定されず、複数の枝管を供えるものも製造することができる。

そして、本発明は、加工が困難な材料から分岐管を製造するのに好適である。特に、酸化物強化型合金のように強度、硬度が高く、加工が困難な材料からなる分岐管を製造するのに好適である。尚、本発明の適用が好適な材質としては、白金−ロジウム合金、白金−金合金、酸化物強化型白金合金、酸化物強化型白金−ロジウム合金等が挙げられる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面と共に説明する。

図１は、本実施形態で行なった、白金合金からなる分岐管の製造工程を説明すものである。まず、酸化物分散型白金−ロジウム合金（商品名：ＧＴＨＲ（田中貴金属（株）製））の素管を製造した（寸法：内径１５０ｍｍ、板厚０．６ｍｍ）。この素管の製造は、圧延、丸め加工、溶接の工程にて行った。

次に、素管の枝管の形成箇所の周辺に板材を鍛接（加熱圧接）した（図１（ａ））。板材は、厚さ０．３ｍｍの楕円形の白金板である。そして、枝管を形成する箇所に下穴を加工した（図１（ｂ））。この下穴の加工は、レーザー加工により行った。

以上の素管の加工が完了した後、下穴を起点として枝管根元部の引き抜き加工を行なった（図１（ｃ））。図２は、この引き抜き加工工程の詳細を示す図である。引き抜き加工は、合金工具鋼製プラグを素管の内面に当接して位置決めし、これを外面方法に垂直に引き抜くことにより行なう。プラグは支持棒を備え、支持棒を油圧シリンダーで引張ることでプラグを引き抜く。また、加工の際、素管は、固定用のダイスにより固定されている。

この引き抜き加工により素管に素管からの立ち上がり高さが２５ｍｍの枝管根元部が形成された。そして、枝管根元部の立ち上がり高さ２１ｍｍとなるように根元部の端部を切断し、枝管の本体部分（内径１００ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ）を溶接することにより分岐管を完成させた（図１（ｄ））。

以上の工程終了後、枝管の根元部分を観察したが表面に割れ、しわの発生は見られなかった。また、上記製造工程において、枝管本体部分の溶接前に枝管根元部の肉厚（端部から素管についての連続的な肉厚）を測定したところ、１０％前後の差であり略均一な肉厚で加工されていることが確認された。

尚、上記実施形態に対し、素管に板材を接合することなく、下穴加工、引き抜き加工を行なって分岐管を製造したところ、枝管根元部において、細かな割れが発見された。また、枝管根元部分の肉厚もばらつきがみられた。

本実施形態における分岐管の製造方法を示す図。引き抜き加工の詳細を説明する図。従来の分岐管の製造方法の一例を示す図。

Claims

主管と、前記主管の所定位置で立ち上がる枝管からなる分岐管の製造方法であって、下記工程、
（ａ）主管となる素管の枝管立ち上げ箇所に下穴を形成する工程。
（ｂ）素管内面の前記下穴位置にプラグを当接し、素管の外面方向へ前記プラグを引抜くことにより、枝管の根元部分を形成する工程。
（ｃ）前記枝管の根元部分に枝管本体を接合する工程。
を含み、（ｂ）工程の引き抜き加工の際に、前記下穴の周辺の肉厚を他の部位より厚くして引抜加工する分岐管の製造方法。
（ａ）工程の下穴形成の前又は後に、下穴位置に板材を接合し、下穴周辺の肉厚を厚くする請求項１記載の分岐管の製造方法。
板材の接合は、鍛接による請求項２記載の分岐管の製造方法。
素管は白金又は白金合金からなる請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の分岐管の製造方法。