JP2006255723A - 液相拡散接合の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被接合管材の両端部に他の２つの被接合管材の端部をそれぞれ接合する接合の作業効率を向上させ接合時間を短縮し接合均一性を向上させる。
【解決手段】 被接合管材２２を発熱抵抗体１ｂにより加熱して膨張させ；ろう材２５，２５’及びそれらを挟持する被接合管材２１，２２，２３の接合端部を高周波加熱コイル２ｃ，３ｃにより目標値温度に加熱することで溶融させ；ろう材２５，２５’及び接合端部を凝固させる。次に、加圧力センサ６により検知される接合端部の加圧力が目標値に近づくように、高周波加熱コイル２ｃ，３ｃによる加熱状態を制御する。ここで、加圧力を高くすべき時には温度センサ４，５により検知される温度の低い方の接合端部に対応する高周波加熱コイルによる加熱を優先して強め、加圧力を低くすべき時には温度の高い方の接合端部に対応する高周波加熱コイルによる加熱を優先して弱める個別の加熱制御を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、火力発電プラント等のボイラ内部において熱交換のために使用される通液配管を形成している管状部材等の損傷部分の補修の際に、切除された当該損傷部分に代わって新規管状部材等を接合するのに適用可能な液相拡散接合の方法及び装置に関するものである。特に、本発明は接合作業の効率改善に関するものである。

従来、火力発電プラントや化学プラントなどの各種プラントの密集した配管（例えば、ボイラ用の高温環境下で使用される鋼製の配管）を形成する管状部材の損傷部分を補修する方法として、当該損傷部分を切除し、その部分にほぼ同等な寸法で同等な材質の新規管状部材を拡散接合即ちろう付けにより接合することがなされている。この接合に先立ち、新規管状部材の両端部及びこれらに接合される既設管状部材の切断端部に開先加工が施される。また、接合時には、新規管状部材と既設管状部材との互いに接合される端部である接合端部及びこれらの間に配置されるろう材（例えば、鋼に硼素（Ｂ）等を添加することにより低融点化したアモルファスシート）からなる接合部分に対して加熱及び加圧がなされる。

以上のような新規管状部材の両端部とそのそれぞれに対向して配置された既設管状部材の端部との従来のろう付けでは、例えば特許第３２７６５１３号公報（特許文献１）及び特開平９−２４２７２５号公報（特許文献２）に記載されているように、新規管状部材の一方の端部についての接合を完了した後に他方の端部についての接合を行っている。
特許第３２７６５１３号公報 特開平９−２４２７２５号公報

上記特許文献１及び２に記載のように、新規管状部材の一方の端部についての接合を完了した後に他方の端部についての接合を行う場合には、該他方の端部についての接合の際に上記一方の端部についての接合の時よりも接合端部同士の間隔が大きくなるので、これら接合端部を含む接合部分に所要の加圧力を得るために、例えば管状部材に対して外部加圧装置を用いて加圧を行って接合端部同士の間隔を短縮したり、管状部材に対して加熱による熱膨張を生ぜしめることで接合端部同士の間隔を短縮したりすることが必要となる。このように、従来の方法では、上記他方の端部の接合の際に上記一方の端部の接合の際とは異なる種類の制御が必要であり、しかも双方の端部について接合に要する時間の総計の短縮が困難であり、接合作業コストの低減も容易ではない。即ち、上記従来の両端部接合の方法は接合作業の効率が十分とはいえない。

本発明は、上記の様な技術的課題を解決し、特に被接合材の両端部に他の２つの被接合材の端部をそれぞれ接合する接合作業の効率を向上させ、接合時間の短縮を可能となし接合作業コストの低減を可能となす接合方法および接合装置を提供することを目的とする。更に、本発明は、被接合材の両端部への他の２つの被接合材の端部の接合を同時に行い、これら２つの接合における接合均一性を向上させることを目的とする。

即ち、本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
第１の被接合材の第１の接合端部を第２の被接合材の第２の接合端部と接合し、更に前記第１の被接合材の前記第１の接合端部とは反対側の第３の接合端部を第３の被接合材の第４の接合端部と接合する方法であって、
前記第２及び第３の被接合材を前記第２及び第４の接合端部同士が前記第１及び第３の接合端部同士の間の距離以上の距離を隔てて対向するように保持し；前記第１の被接合材を前記第２及び第３の被接合材に対して、前記第１及び第２の接合端部同士が対向し且つ前記第３及び第４の接合端部同士が対向し、前記第１及び第２の接合端部の間隔が可変で且つ前記第３及び第４の接合端部の間隔が可変となるように、相対移動可能に保持し；前記第１及び第２の接合端部間に第１のろう材を配置し且つ前記第３及び第４の接合端部間に第２のろう材を配置する第１段階と、
前記第１の被接合材を第１の加熱装置により加熱することで膨張させ；前記第１及び第２の接合端部により前記第１のろう材を挟持させ且つ前記第３及び第４の接合端部により前記第２のろう材を挟持させ；前記第１及び第２の接合端部と前記第１のろう材とを第２の加熱装置により所定範囲内の温度に加熱することで溶融させ且つ前記第３及び第４の接合端部と前記第２のろう材とを第３の加熱装置により所定範囲内の温度に加熱することで溶融させ；しかる後に前記第１のろう材及び前記第１及び第２の接合端部を凝固させ且つ前記第２のろう材及び前記第３及び第４の接合端部を凝固させる第２段階と、
前記第２段階で凝固した前記第１のろう材及び前記第１及び第２の接合端部に印加される加圧力並びに前記第２段階で凝固した前記第２のろう材及び前記第３及び第４の接合端部に印加される加圧力が所定範囲内となるように、前記第２及び第３の加熱装置による加熱を制御する第３段階とを含み、
前記第３段階では、前記第１及び第２の接合端部の第１の温度及び前記第３及び第４の接合端部の第２の温度をそれぞれ測定し、前記第１及び第２の接合端部及び前記第３及び第４の接合端部に印加される加圧力を測定し、前記所定範囲内の加圧力の目標値を定めておき、前記加圧力の測定値と前記目標値との大小関係に基づき、前記加圧力の測定値が前記目標値に近づくように前記第２及び第３の加熱装置による加熱状態を制御し、その際に前記加圧力を高くすべき時には前記第１及び第２の温度のうちの低い方に対応する前記第２または第３の加熱装置による加熱を優先して強め、前記加圧力を低くすべき時には前記第１及び第２の温度のうちの高い方に対応する前記第２または第３の加熱装置による加熱を優先して弱める個別の加熱制御を行うことを特徴とする接合方法、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記第２段階において、前記第１の被接合材を前記第１の加熱装置により加熱することで膨張させる代わりに、前記第２及び第３の加熱装置により前記第１及び第２の接合端部及び前記第１のろう材並びに前記第３及び第４の接合端部及び前記第２のろう材を加熱することで前記第１の被接合材を膨張させる。本発明の一態様においては、前記第３段階での個別の加熱制御は、前記加圧力が前記所定範囲内に到来した後に実施される。

本発明の一態様においては、前記第１段階における前記第２及び第３の被接合材の保持は、前記第２の加熱装置による加熱範囲の前記第２の被接合材側の端から前記第３の加熱装置による加熱範囲の前記第３の被接合材側の端までと同等の距離だけ隔てた位置にてなされる。本発明の一態様においては、前記温度の所定範囲は１２００℃〜１３００℃であり、前記加圧力の所定範囲は０．３Ｋｇｆ／ｍｍ^２〜０．８Ｋｇｆ／ｍｍ^２である。本発明の一態様においては、前記所定範囲内の温度は前記第１及び第２のろう材の融点以上で且つ前記第１〜第３の被接合材の融点より低い。

本発明の一態様においては、前記第２段階では、前記第１及び第２の接合端部により挟持された前記第１のろう材を溶融させ、該第１のろう材中の第１の融点降下元素を前記第１及び第２の接合端部へと拡散させ、これにより前記第１及び前記第２の接合端部をその融点を降下させることで溶融させ、しかる後に前記第１の融点降下元素を前記第１及び第２の被接合材にて更に拡散させ、これにより前記第１及び第２の接合端部及び前記第１のろう材をその融点を上昇させることで凝固させ、一方、前記第３及び第４の接合端部により挟持された前記第２のろう材を溶融させ、該第２のろう材中の第２の融点降下元素を前記第３及び第４の接合端部へと拡散させ、これにより前記第３及び前記第４の接合端部をその融点を降下させることで溶融させ、しかる後に前記第２の融点降下元素を前記第３及び第４の被接合材にて更に拡散させ、これにより前記第３及び第４の接合端部及び前記第２のろう材をその融点を上昇させることで凝固させる。

本発明の一態様においては、前記第１〜第３の被接合材は鋼からなり、前記第１及び第２のろう材は鋼に前記融点降下元素としてのホウ素を添加してなるアモルファスシートである。本発明の一態様においては、前記第１〜第３の被接合材は管状をなしている。

また、本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
第１の被接合材の第１の接合端部を第２の被接合材の第２の接合端部と接合し、更に前記第１の被接合材の前記第１の接合端部とは反対側の第３の接合端部を第３の被接合材の第４の接合端部と接合する装置であって、
前記第２及び第３の被接合材を保持し、前記第１の被接合材を前記第２及び第３の被接合材に対して前記第１及び第２の接合端部の間隔が可変で且つ前記第３及び第４の接合端部の間隔が可変となるように相対移動可能に保持する保持手段と、
前記第１の被接合材を加熱する第１の加熱装置と、
前記第１及び第２の接合端部並びにこれらの間に配置される第１のろう材を含んでなる第１の接合部分を加熱する第２の加熱装置と、
前記第３及び第４の接合端部並びにこれらの間に配置される第２のろう材を含んでなる第２の接合部分を加熱する第３の加熱装置と、
前記第１の接合部分の第１の温度を検知する第１温度検知手段と、
前記第２の接合部分の第２の温度を検知する第２温度検知手段と、
前記第１及び第２の接合部分に印加される加圧力を検知する加圧力検知手段と、
前記第１及び第２の温度検知手段により検知される前記第１及び第２の温度の信号及び前記加圧力検知手段により検知される前記加圧力の信号が入力され、前記第１〜第３の加熱装置にそれぞれ駆動信号を出力する制御装置と、
を含み、
前記制御装置が出力する前記駆動信号は、前記第１〜第３の加熱装置をして、前記第１及び第２の温度の信号が所定範囲内の温度を示すように前記第１及び第２の接合部分を加熱させることで、前記第１〜第３の被接合材を膨張させて前記第１及び第２の接合端部により前記第１のろう材を挟持させ且つ前記第３及び第４の接合端部により前記第２のろう材を挟持させ、前記第１及び第２の接合部分を溶融させ、しかる後に該第１及び第２の接合部分を凝固させ、また、前記第１〜第３の加熱装置をして、前記加圧力検知手段から入力される信号が所定範囲内の加圧力を示すように前記第１及び第２の接合部分を加熱させるものであり、
前記制御装置は、前記所定範囲内の加圧力の予め定められた目標値と前記加圧力の信号が示す加圧力測定値との大小関係に基づき、前記加圧力測定値が前記目標値に近づくように前記第２及び第３の加熱装置に対する駆動信号を出力し、その際に前記加圧力を高くすべき時には前記第１及び第２の温度のうちの低い方に対応する前記第２または第３の加熱装置による加熱を優先して強め、前記加圧力を低くすべき時には前記第１及び第２の温度のうちの高い方に対応する前記第２または第３の加熱装置による加熱を優先して弱める個別の加熱制御を行うことを特徴とする接合装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記第２及び第３の加熱装置が前記第１の加熱装置を兼ねている。本発明の一態様においては、前記第２及び第３の加熱装置は高周波加熱装置である。本発明の一態様においては、前記第１の加熱装置は抵抗加熱装置または高周波加熱装置である。

以上のような本発明の接合方法及び接合装置においては、第１の被接合材の両端部を同時に第２及び第３の被接合材の端部とそれぞれ接合するので、接合作業の効率が高められ、接合時間の短縮及び接合作業コストの低減が可能となる。更に、第３段階で、第１及び第２の接合部分の温度差が縮小するように第２の加熱装置と第３の加熱装置とを個別に制御するので、第１及び第２の接合部分の接合均一性が高められる。

以下に、本発明による液相拡散接合の方法及び装置の実施形態について詳細に説明する。

図１は液相拡散接合装置の構成の概略を示すブロック図であり、図２はこの装置の使用状態における接合ヘッド部分を示す模式図である。

本実施形態の液相拡散接合装置は、第１の加熱装置としての抵抗加熱装置１、第２の加熱装置としての高周波加熱装置２、第３の加熱装置としての高周波加熱装置３、第１の温度検知手段としての温度センサ４、第２の温度検知手段としての温度センサ５、加圧力検知手段としての加圧力センサ６及び制御装置８を備えている。抵抗加熱装置１は、電源１ａと発熱抵抗体１ｂとを有する。高周波加熱装置２は、高周波電源２ａと整合トランス２ｂと高周波加熱コイル２ｃとを有する。高周波加熱装置３は、高周波電源３ａと整合トランス３ｂと高周波加熱コイル３ｃとを有する。電源１ａ及び高周波電源２ａ，３ａは制御装置８から発せられる駆動信号により動作の制御を受ける。電源１ａの電力は発熱抵抗体１ｂに供給され、高周波電源２ａ，３ａの電力はそれぞれ整合トランス２ｂ，３ｂを経て高周波加熱コイル２ｃ，３ｃに供給される。発熱抵抗体１ｂ、高周波加熱コイル２ｃ，３ｃ、温度センサ４，５、加圧力センサ６、及び保持手段としてのクランプ装置１０を含んで接合ヘッド１２が構成される。

温度センサ４，５は、例えば熱電対からなり、図２に示されているように、第１及び第２の被接合材としての１対の被接合管材２２，２１のうちの一方である被接合管材２２の接合端部の外面、及び第１及び第３の被接合材としての１対の被接合管材２２，２３のうちの一方である被接合管材２２の接合端部の外面に、固定しておくことができる。加圧力センサ６は、例えばロードセルからなり、図２に示されているように、第１〜第３の被接合管材２１〜２３を保持する保持手段であるクランプ装置１０に付設しておくことができる。加圧力センサ６としては、被接合管材２１〜２３のうちの１つの接合端部近傍の外面に付された歪ゲージを用いてもよい。クランプ装置１０は、第２の被接合管材２１を所定位置にて把持する第１の把持部１０ａと、第３の被接合管材２３を所定位置にて把持する第２の把持部１０ｂと、これらの把持部同士を連結する連結部１０ｃとを備えている。クランプ装置１０は、更に、第１の被接合管材２２を所定位置にて把持する第３の把持部１０ｄ及び第４の把持部１０ｅを備えている。第３及び第４の把持部１０ｄ，１０ｅは、連結部１０ｃに対して被接合管材２１，２２，２３の長手方向に沿って移動可能である。クランプ装置１０は、把持部の把持が例えば油圧駆動によりなされるものである。加圧力センサ６は、連結部１０ｃと第２の把持部１０ｂとの結合部分に介在しており、被接合管材２１，２３の間に発生する管材長手方向（上下方向）の加圧力を検知することができる。

図２に示されているように、高周波加熱コイル２ｃは、被接合管材２１の上端部（第２の接合端部）２１Ｅと、これに対向する被接合管材２２の下端部（第１の接合端部）２２Ｅとの径方向外方に位置しており、第１及び第２の接合端部に対して高周波誘導による加熱を行うことができる。即ち、高周波加熱コイル２ｃは、被接合管材２１，２２の延在方向である上下方向に関して長さＬ_０の加熱範囲を有する。高周波加熱コイル２ｃは、クランプ装置１０に取り付けられていて、縦方向（上下方向）に延びた分割面により分割された２つの部分からなり、一方の部分に対して他方の部分がヒンジなどにより回動可能に結合されている。従って、接合ヘッド１２を接合のための位置に配置し或いはその位置から退去させる際に、高周波加熱コイル２ｃを被接合管材２１，２２に対して所定の位置に配置し或いは該所定の位置から除去することができる。

同様に、高周波加熱コイル３ｃは、被接合管材２３の下端部（第４の接合端部）２３Ｅと、これに対向する被接合管材２２の上端部（第３の接合端部）２２Ｅ’との径方向外方に位置しており、第３及び第４の接合端部に対して高周波誘導による加熱を行うことができる。即ち、高周波加熱コイル３ｃは、被接合管材２２，２３の延在方向である上下方向に関して長さＬ_０’の加熱範囲を有する。高周波加熱コイル３ｃは、クランプ装置１０に取り付けられていて、縦方向（上下方向）に延びた分割面により分割された２つの部分からなり、一方の部分に対して他方の部分がヒンジなどにより回動可能に結合されている。従って、接合ヘッド１２を接合のための位置に配置し或いはその位置から退去させる際に、高周波加熱コイル３ｃを被接合管材２２，２３に対して所定の位置に配置し或いは該所定の位置から除去することができる。

尚、従来の液相拡散接合装置と同様に、高周波加熱コイル２ｃ，３ｃの周囲にシールドガスを供給する手段を設けておくことができる。

また、図２に示されているように、発熱抵抗体１ｂは、被接合材２２の中央部の周囲に位置しており、被接合材２２に対する加熱を行うことができる。即ち、発熱抵抗体１ｂは、被接合管材２２の延在方向である上下方向に関して長さＬ_１の加熱範囲を有する。発熱抵抗体１ｂは、クランプ装置１０に取り付けられていて、高周波加熱コイル２ｃ，３ｃと同様に、縦方向（上下方向）に延びた分割面により分割された２つの部分からなり、一方の部分に対して他方の部分がヒンジなどにより回動可能に結合されている。従って、接合ヘッド１２を接合のための位置に配置し或いはその位置から退去させる際に、発熱抵抗体１ｂを被接合材２２に対して所定の位置に配置し或いは該所定の位置から除去することができる。

以上のような抵抗加熱装置１、高周波加熱装置２，３、温度センサ４，５及び加圧力センサ６としては、従来知られているものを使用することができる。

制御装置８は、温度センサ４，５により検知される温度の信号及び加圧力センサ６により検知される加圧力の信号が入力され、これに基づき抵抗加熱装置１及び高周波加熱装置２，３に駆動信号を出力する。

以下、本実施形態の接合装置を用いた本発明による液相拡散接合方法の一実施形態を説明する。

図３（ａ）に示されるように、火力発電プラントのボイラ内部には熱交換用の通水配管を形成する壁状に密集配置された上下方向の複数の管材３０が設けられている。管材３０は、例えば炭素鋼からなる。これらのうちの経時劣化による損傷部分３１のある管材につき、図３（ｂ）に示されるように、損傷部分３１を切除する。この切除により分断された管材３０の２つの部分により、既設管材２１，２３が形成される。下側の既設管材２１の上向き端面２１ａ及び上側の既設管材２３の下向き端面２３ａに対して、接合のための所要の表面粗さに仕上げる開先加工を施す。

次に、図３（ｃ）に示されるように、切除された損傷部分３１と同等な寸法（但し、長さＬ’は既設管材２１，２３の端面２１ａ，２３ａ間の距離より常温において僅かに［例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度］短い）で欠陥のない新規管材２２を用意し、その両端面に対して接合のための所要の表面粗さに仕上げる開先加工を施す。そして、新規管材２２の下向き端面と既設管材２１の上向き端面とを液相拡散接合により接合し、同時に新規管材２２の上向き端面と既設管材２３の下向き端面とを液相拡散接合により接合する。この接合は、本発明に従い、次のようにして行われる。

第１段階として、図２に示されるように、第２の被接合材としての既設管材２１と第１の被接合材としての新規管材２２と第３の被接合材としての既設管材２３とを、第２の接合端部である既設管材２１の上端部２１Ｅと第１の接合端部である新規管材２２の下端部２２Ｅとが常温において距離ｇを維持し、更に第４の接合端部である既設管材２３の下端部２３Ｅと第３の接合端部である新規管材２２の上端部２２Ｅ’とが常温において距離ｇ’を維持するように、クランプ装置１０の把持部１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅで保持する。把持部１０ａ，１０ｂ間の距離Ｌは、常温において、新規管材２２の長さＬ_０と上記の距離ｇと上記の距離ｇ’との和より大きい。

既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの間に第１のろう材としてのアモルファスシート２５を配置し、既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’との間に第２のろう材としてのアモルファスシート２５’を配置する。アモルファスシートとしては、例えば管材２１，２２，２３と同等な炭素鋼に融点降下元素としてのホウ素（Ｂ）等を添加することにより低融点化したものを使用することができる。アモルファスシート２５，
２５’の厚さは例えば２５μｍ程度であり、距離ｇと距離ｇ’との和は例えば３ｍｍ〜５ｍｍ程度である。また、距離Ｌは、距離（ｇ＋ｇ’）と関連づけて後述のようにして設定される。装置の小型化の点から及び後述の距離（ｇ＋ｇ’）と距離Ｌとの互いに関連付けられた設定の容易さの点から、距離Ｌは、上記高周波加熱コイル２ｃの加熱範囲Ｌ_０の下端（既設管材２１側の端）から上記高周波加熱コイル３ｃの加熱範囲Ｌ_０’の上端（既設管材２３側の端）までと同等の距離だけ隔てた該上下端の直近の位置にてなされるようにすることが好ましい。尚、新規管材２２の下端部２２Ｅ及び上端部２２Ｅ’には予め温度センサ４，５を取り付けておく。

次に、第２段階として、抵抗加熱装置１により新規管材２２を加熱する。この加熱温度は、アモルファスシート２５，２５’の融点未満である。この加熱により、新規管材２２が膨張せしめられ、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの間の距離及び既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’との間の距離の合計が減少する。この段階では、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとによるアモルファスシート２５の挟持には至らず、既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’とによるアモルファスシート２５’の挟持にも至っていない。

次いで、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとアモルファスシート２５とを高周波加熱装置２により所定範囲（後述のＴａ）内の温度に加熱する。この温度の所定範囲は、アモルファスシート２５の融点以上で且つ管材２１，２２の融点より低い範囲であり、例えば１２００℃〜１３００℃である。この加熱により、既設管材２１とくにその上端部２１Ｅと新規管材２２とくにその下端部２２Ｅとが膨張せしめられる。

同時に、既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’とアモルファスシート２５’とを高周波加熱装置３により上記所定範囲Ｔａ内の温度に加熱する。この加熱により、既設管材２３とくにその下端部２３Ｅと新規管材２２とくにその上端部２２Ｅ’とが膨張せしめられる。

かくして、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとによりアモルファスシート２５が挟持され、即ち既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとがアモルファスシート２５を介して突き当てられる。更に、既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’とによりアモルファスシート２５’が挟持され、即ち既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’とがアモルファスシート２５’を介して突き当てられる。

また、この温度への加熱により、アモルファスシート２５と、既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅとが溶融せしめられる。即ち、この加熱温度がアモルファスシート２５の融点以上であることから、アモルファスシート２５が溶融せしめられ、該アモルファスシート２５中の融点降下元素であるホウ素が既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅへと拡散する。これにより、既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅの融点が降下して、この加熱温度で溶融せしめられるようになる。しかる後に、ホウ素は既設管材２１及び新規管材２２にて更に拡散し、溶融部分のホウ素濃度が低下する。また、これらと並行して、溶融したアモルファスシート２５中のホウ素濃度も低下する。これにより、溶融状態にある既設管材上端部２１Ｅ、新規管材下端部２２Ｅ及びアモルファスシート２５は、それらの融点が上昇することで、この加熱温度で凝固する。

同様に、この温度への加熱により、アモルファスシート２５’と、既設管材下端部２３Ｅ及び新規管材上端部２２Ｅ’とが溶融せしめられる。即ち、この加熱温度がアモルファスシート２５’の融点以上であることから、アモルファスシート２５’が溶融せしめられ、該アモルファスシート２５’中の融点降下元素であるホウ素が既設管材下端部２３Ｅ及び新規管材上端部２２Ｅ’へと拡散する。これにより、既設管材下端部２３Ｅ及び新規管材上端部２２Ｅの融点が降下して、この加熱温度で溶融せしめられるようになる。しかる後に、ホウ素は既設管材２３及び新規管材２２にて更に拡散し、溶融部分のホウ素濃度が低下する。また、これらと並行して、溶融したアモルファスシート２５’中のホウ素濃度も低下する。これにより、溶融状態にある既設管材下端部２３Ｅ、新規管材上端部２２Ｅ’及びアモルファスシート２５’は、それらの融点が上昇することで、この加熱温度で凝固する。

以上のようにして凝固した既設管材上端部２１Ｅ、新規管材下端部２２Ｅ及びアモルファスシート２５からなる第１の接合部分、及び既設管材下端部２３Ｅ、新規管材上端部２２Ｅ’及びアモルファスシート２５’からなる第２の接合部分は、微細空孔が残留し、金属組織が十分に緻密化及び均質化していないことがあるので、第３段階で、その組織緻密化及び均質化を促進するために適正圧力印加の処理を行うのが好ましい。

即ち、第３段階として、第１及び第２の接合部分に印加される加圧力が所定範囲（後述のＰｂ）内となるように、高周波加熱装置２，３による接合部分の加熱を制御する。この加圧力の所定範囲は、微細空孔を排除し且つ接合部分の組成を他の管材部分と均質化するために凝固後の管材におけるホウ素の拡散を促進するのに有利な加圧力範囲であり、例えば、０．３Ｋｇｆ／ｍｍ^２〜０．８Ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、好ましくは０．４Ｋｇｆ／ｍｍ^２〜０．６Ｋｇｆ／ｍｍ^２である。この第３段階では、抵抗加熱装置１による新規管材２２の加熱ひいては第１及び第２の接合部分の加熱を一定に維持しつつ、高周波加熱装置２，３により第１及び第２の接合部分の加熱を後述のようにして制御する。

上記距離Ｌは、次のようにして設定される。即ち、常温をＴ_０とし、上記所定範囲Ｔａ内の温度をＴとし、既設管材２１及び新規管材２２，２３の線膨張率をβとすると、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの距離が、常温Ｔ_０ではｇであり且つ所定範囲内温度Ｔでは零となり、更に、既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’との距離が、常温Ｔ_０ではｇ’であり且つ所定範囲内温度Ｔでは零となることから、以下の関係式
β（Ｔ−Ｔ_０）（Ｌ−ｇ−ｇ’）≧（ｇ＋ｇ’）
が成り立つ。従って、距離Ｌは距離ｇ，ｇ’に応じて、
Ｌ≧［１＋β（Ｔ−Ｔ_０）］（ｇ＋ｇ’）／［β（Ｔ−Ｔ_０）］
を満たすように設定される。

尚、ここでは、距離Ｌは常温Ｔ_０と所定範囲内温度Ｔとで同一であると近似している。また、所定範囲内温度Ｔでは既設管材上端部２１Ｅの少なくとも一部及び新規管材下端部２２Ｅの少なくとも一部並びにアモルファスシート２５が溶融することで、これらの部分の上下方向寸法がアモルファスシート２５の厚さ程度減少するものと近似している。同様に、所定範囲内温度Ｔでは既設管材下端部２３Ｅの少なくとも一部及び新規管材上端部２２Ｅ’の少なくとも一部並びにアモルファスシート２５’が溶融することで、これらの部分の上下方向寸法がアモルファスシート２５’の厚さ程度減少するものと近似している。更に、線膨張係数βは温度範囲Ｔ_０〜Ｔにおいて一定であると近似している。また、クランプ装置１０による保持位置間の管材の温度は一様であると近似している。

上記のように、距離Ｌが高周波加熱コイル２ｃの加熱範囲Ｌ_０の下端から高周波加熱コイル３ｃの加熱範囲Ｌ_０’の上端までと同等である場合については、 例えば、β＝１２×１０^−６／℃，ｇ＝ｇ’＝１［ｍｍ］，Ｔ_０＝２０［℃］，Ｔ＝１２５０［℃］とすれば、Ｌ≧１３７．５ｍｍとなる。溶融による管材端部の収縮を見込んで、可能な最小値より若干大きめのＬ即ち［Ｌ’＋２＋（Ｌ_０−１）／２＋（Ｌ_０’−１）／２］を設定する。ここで、既設管材上端部２１Ｅの長さ及び新規管材下端部２２Ｅの長さが同等で且つ既設管材下端部２３Ｅの長さ及び新規管材上端部２２Ｅ’の長さが同等であるとしている。尚、この収縮量は、管材の外径及び厚み等に応じて異なるが、たとえば０．２〜０．５ｍｍである。

一方、上記関係式に基づき、距離ｇ，ｇ’は距離Ｌに応じて、
（ｇ＋ｇ’）≦β（Ｔ−Ｔ_０）Ｌ／［１＋β（Ｔ−Ｔ_０）］
を満たすように設定される。

上記のように、距離Ｌが高周波加熱コイル２ｃの加熱範囲Ｌ_０の下端から高周波加熱コイル３ｃの加熱範囲Ｌ_０’の上端までと同等である場合については、例えば、β＝１２×１０^−６／℃，Ｌ＝２７５［ｍｍ］，Ｔ_０＝２０［℃］，Ｔ＝１２５０［℃］とすれば、（ｇ＋ｇ’）≦４ｍｍとなる。上記のような溶融による管材端部の収縮を見込んで、可能な最大値より若干小さめのｇを設定する。

以上のように、β（Ｔ−Ｔ_０）（Ｌ−ｇ−ｇ’）≧（ｇ＋ｇ’）の関係式を満たし、且つ溶融による管材端部の収縮を見込んで、Ｌと（ｇ＋ｇ’）との関係を適宜設定することで、本発明の液相拡散接合が可能になる。

以上の説明ではクランプ装置１０による保持位置間の管材の温度は一様であると近似しているが、厳密には、第２段階及び第３段階では、高周波加熱コイル２ｃの加熱範囲Ｌ_０の温度及び高周波加熱コイル３ｃの加熱範囲Ｌ_０’の温度と、発熱抵抗体１ｂの加熱範囲Ｌ_１の温度と、これら加熱範囲以外の部分とでは温度に差がある。即ち、厳密には、上記関係式において、クランプ装置１０による保持位置間の管材の温度分布を考慮するのが好ましい。また、距離Ｌが高周波加熱コイル２ｃの加熱範囲Ｌ_０の下端から高周波加熱コイル３ｃの加熱範囲Ｌ_０’の上端までの距離より大きい場合には、上記関係式において、上記上下端間の範囲外であってクランプ装置１０による管材保持位置の間にある管材部分の温度分布をも考慮するのが好ましい。これらの温度分布の推定のために、上記温度センサ４，５とは別に、管材の適宜の位置たとえば発熱抵抗体１ｂの加熱範囲の近傍に熱電対などの温度センサを配置することができる。温度分布は、管材の材質、外径及び厚み等に応じて異なるので、種々の条件で予めシミュレーションまたは実験などを行っておき、実測される各部分の温度に基づきクランプ装置１０による保持位置間の管材の温度分布を推定する。そして、この推定された温度分布を考慮し、上記関係式を適宜補正して距離Ｌと距離（ｇ＋ｇ’）との関係を適宜設定する。

距離（ｇ＋ｇ’）は使用される新規管材２２の長さを変更することで変化させることができる。即ち、距離Ｌが固定されている場合には、それに対応する適切な長さの管材を使用する。予め長さの少しずつ異なる管材を用意しておき、そのうちから適宜のものを選択使用することも可能である。一方、距離Ｌは、クランプ装置１０による管材保持位置を変更することで変化させることができる。即ち、距離（ｇ＋ｇ’）が固定されている場合には、管材保持位置を変更する。距離Ｌを高周波加熱コイル２ｃの加熱範囲Ｌ_０の下端から高周波加熱コイル３ｃの加熱範囲Ｌ_０’の上端までと同等に設定する場合において、距離Ｌを変化させる時には、伸縮などにより加熱範囲Ｌ_０，Ｌ_０’が可変の高周波加熱コイル２ｃ，３ｃを用いることができる。 但し、第２段階における第１及び第２の接合部分の溶融時に印加される加圧力が該接合部分の過大な変形を招くことがないようにすることから、距離Ｌには上限がある。即ち、距離Ｌの上限は、第２段階において接合部分の溶融時に印加される加圧力が上限値例えば１Ｋｇｆ／ｍｍ^２を超えない範囲（後述のＰａ）内となるように、設定される。

図４は、以上のような接合における、特に第２段階及び第３段階における、接合部分の温度及び加圧力の変化の一例を示すグラフである。第１の接合部分の温度（第１の温度）と第２の接合部分の温度（第２の温度）とは厳密には互いに異なるのが典型的であるが、図４では、便宜上これら第１及び第２の温度が同一（単に接合部分の温度と指示されている）の場合が示されている。

時刻０において、既設管材上端部２１Ｅ、新規管材下端部２２Ｅ及びアモルファスシート２５からなる第１の接合部分（未だ接合が完了していない状態であっても、便宜上、接合部分という）の温度［単位は℃：以下同様］即ち第１の温度は常温Ｔ_０であり且つ加圧力［単位はＫｇｆ／ｍｍ^２：以下同様］は０であり、既設管材下端部２３Ｅ、新規管材上端部２２Ｅ’及びアモルファスシート２５’からなる第２の接合部分（未だ接合が完了していない状態であっても、便宜上、接合部分という）の温度即ち第２の温度は常温Ｔ_０であり且つ加圧力は０である。

時刻０において、制御装置８から出力された駆動信号の抵抗加熱装置１への入力が開始される。これにより、発熱抵抗体１ｂによる新規管材２２の加熱が開始され、新規管材２２の温度が上昇して熱膨張し、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの間の距離及び既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’との間の距離の合計は次第に小さくなる。時刻０から時刻ｔ_０までの時間は、例えば６０秒程度である。

次いで、時刻ｔ_０において、制御装置８から出力された駆動信号の高周波加熱装置２，３への入力が開始される。これにより、高周波加熱コイル２ｃによる第１の接合部分の加熱及び高周波加熱コイル３ｃによる第２の接合部分の加熱が開始され、これらの部分の温度が上昇し、既設管材２１，２３及び新規管材２２が熱膨張する。尚、発熱抵抗体１ｂによる新規管材２２の加熱は継続される。

やがて、時刻ｔ_１において、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとによるアモルファスシート２５の挟持及び既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’とによるアモルファスシート２５’の挟持が開始される。この時点で、第１及び第２の接合部分の温度は上記所定範囲Ｔａ内にあり、以後、時刻ｔ_２までは、これら接合部の温度が上記所定範囲Ｔａ内の温度Ｔ（例えば１２５０℃）を維持するように、高周波加熱装置２，３の駆動制御がなされる。即ち、温度センサ４により検知される第１の温度の信号に基づき、該第１の温度が上記Ｔになるように高周波加熱装置２に対する加熱のための駆動信号が制御される。同様に、温度センサ５により検知される第２の温度の信号に基づき、該第２の温度が上記Ｔになるように高周波加熱装置３に対する加熱のための駆動信号が制御される。このような第１及び第２の接合部分の温度を目標値温度Ｔに維持する制御は、フィードバック制御などの制御方法を用いて行うことができる。尚、所定範囲Ｔａ内の温度Ｔは、一定値ではなくある程度の幅をもった温度範囲（例えば１２４０〜１２６０℃）であってもよい。

時刻ｔ_１以降において、アモルファスシート２５，２５’の溶融及びそれに続く既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅの溶融並びに既設管材下端部２３Ｅ及び新規管材上端部２２Ｅ’の溶融が生ずる。また時刻ｔ_２の前後において、アモルファスシート２５、既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅの凝固並びに既設管材下端部２３Ｅ及び新規管材上端部２２Ｅ’の凝固が生ずる。

時刻ｔ_１において、第１及び第２の接合部分に印加される加圧力の上昇が開始される。そして、時刻ｔ_１より後の時刻ｔ_１’において、これら接合部分に印加される加圧力が上記範囲Ｐａの下限に到達する。この加圧力範囲Ｐａは、溶融したアモルファスシート内のホウ素の既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅ並びに既設管材下端部２３Ｅ及び新規管材上端部２２Ｅ’への拡散に有利で且つ接合部分の過大な変形を抑制し得る範囲であり、その下限値は例えば０．３Ｋｇ／ｍｍ^２であり、また上限値は上記の如く例えば１Ｋｇ／ｍｍ^２である。

時刻ｔ_１’以降において、加圧力は更に上昇し、時刻ｔ_２において加圧力範囲Ｐａの上限に到達する。 時刻ｔ_０は時刻ｔ_１と一致していてもよい。即ち、時刻ｔ_０において、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとによるアモルファスシート２５の挟持及び既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’ とによるアモルファスシート２５’の挟持が開始されてもよい。時刻ｔ_０から時刻ｔ_２までの時間は、例えば３０秒〜６０秒である。

以上のように、時刻０から時刻ｔ_２までの第２段階では、温度センサ４，５により検知される第１及び第２の接合部分の温度がそれぞれ所定範囲Ｔａ内の温度Ｔとなるように、制御装置８による抵抗加熱装置１の制御（一定の発熱状態の維持）及び高周波加熱装置２，３の個別制御がなされる。尚、温度センサ４，５により検知される第１及び第２の接合部分の温度（第１及び第２の温度）は、理想的には同一であるが、実際には上記のように互いに異なることがある。

次に、時刻ｔ_２から時刻ｔ_４までは、加圧力センサ６により検知される第１及び第２の接合部分の加圧力が上記所定範囲Ｐｂ内の圧力Ｐ（例えば０．５Ｋｇｆ／ｍｍ^２）となるように、制御装置８による高周波加熱装置２，３の制御がなされる。即ち、時刻ｔ_２以降時刻ｔ_３までは、これら接合部分の温度が低下するように高周波加熱装置２，３による加熱が制御され、これに伴い第１及び第２の接合部分に印加される加圧力が低下する。尚、所定範囲Ｐｂ内の圧力Ｐは、一定値ではなくある程度の幅をもった圧力範囲（例えば０．４５〜０．５５Ｋｇｆ／ｍｍ^２）であってもよい。尚、発熱抵抗体１ｂによる新規管材２２の加熱は継続される。そして、時刻ｔ_３において、これら第１及び第２の接合部分に印加される加圧力が所定範囲Ｐｂの上限に到達する。この加圧力所定範囲Ｐｂにほぼ対応する温度範囲がＴｂである。時刻ｔ_３までには、アモルファスシート２５，２５’、既設管材上端部２１Ｅ、新規管材下端部２２Ｅ、既設管材下端部２３Ｅ及び新規管材上端部２２Ｅ’ の凝固が完了しており、それ以降は接合部分の組成の均質化がなされる。

時刻ｔ_２から時刻ｔ_４までの時間は、例えば８０秒〜５００秒である。この第３段階での制御装置８による高周波加熱装置２，３の制御の詳細については、後述する。

時刻ｔ_４以降は、抵抗加熱装置１及び高周波加熱装置２，３による加熱が停止され、第１及び第２の接合部分の温度が低下せしめられ、これに伴い接合部分の加圧力も低下する。

ここで、本発明の主要な特徴の１つであるところの、第３段階において第１及び第２の接合部分の加圧力を目標値Ｐに近付けて該目標値に維持する制御につき、説明する。

図５は、制御装置８で実行される加圧力の制御すなわち高周波加熱装置２，３への駆動信号の作成の一例の概略を示すフロー図である。

時刻ｔ_ｘ（ｔ_２〜ｔ_４）において、加圧力センサ６から制御装置８へと入力される信号が示す第１及び第２の接合部分の加圧力の値をＰ（ｔ_ｘ）とし、温度センサ４から制御装置８へと入力される信号が示す第１の接合部分の温度（第１の温度）の値をＴ１（ｔ_ｘ）とし、温度センサ５から制御装置８へと入力される信号が示す第２の接合部分の温度（第２の温度）の値をＴ２（ｔ_ｘ）とする。また、時刻ｔ_ｘにおける高周波加熱装置２への駆動信号が示す高周波加熱装置２による単位時間あたりの発熱量に対応する供給エネルギー値をＥ１（ｔ_ｘ）とし、時刻ｔ_ｘにおける高周波加熱装置３への駆動信号が示す高周波加熱装置３による単位時間あたりの発熱量に対応する供給エネルギー値をＥ２（ｔ_ｘ）とする。

制御装置８では、時刻ｔ_２以降時刻ｔ_４までの間に適宜の時間Δｔ例えば０．１〜０．５秒ごとに、時刻ｔ_ｘでの加圧力の値Ｐ（ｔ_ｘ）に対して上記加圧力目標値Ｐとの差分値である加圧力差分値ΔＰ（ｔ_ｘ）＝Ｐ（ｔ_ｘ）−Ｐの演算を行い、この値ΔＰ（ｔ_ｘ）が正であるか零であるか負であるかを判定する（ステップＳ１）。図４に示されるように、Ｐ（ｔ_２）はＰより大きいので、時刻ｔ_２では差分値ΔＰ（ｔ_２）は正であるとの判定がなされ、以後時刻ｔ_３を経過するまではΔＰ（ｔ_ｘ）は正であるとの判定がなされる。

ところで、上記のように、Ｔ１（ｔ_ｘ）とＴ２（ｔ_ｘ）とは一般的には互いに異なる。そこで、本発明では、上記ステップＳ１にて加圧力差分値ΔＰ（ｔ_ｘ）が正であると判定された場合及び負であると判定された場合には、続いてＴ１（ｔ_ｘ）とＴ２（ｔ_ｘ）との差分値である温度差分値ΔＴ（ｔ_ｘ）＝Ｔ１（ｔ_ｘ）−Ｔ２（ｔ_ｘ）を算出し、この温度差分値が正または零であるか負であるかを判定する（ステップＳ２−１，Ｓ２−２）。

そして、上記ステップＳ１において加圧力差分値ΔＰ（ｔ_ｘ）が正であると判定され且つ上記ステップＳ２−１で温度差分値ΔＴ（ｔ_ｘ）が正または零であると判定された場合には、以後の時間Δｔにおける第１の接合部分の温度を低下させてＰ（ｔ_ｘ）をＰに近づけるようにする。そのためには、例えばＥ１（ｔ_ｘ）の値を減少させることでＥ１（ｔ_ｘ）＋Ｅ２（ｔ_ｘ）の値を減少させ、即ち高周波加熱装置３による加熱状態はそのまま維持しつつ高周波加熱装置２による加熱状態のみを優先して温度低下の方向に導く駆動信号の作成及びその出力がなされる（ステップＳ３−１）。但し、ここでは放熱または蓄熱の影響を無視している。放熱または蓄熱の影響を考慮する場合には、Ｅ１（ｔ_ｘ）＋Ｅ２（ｔ_ｘ）の値に放熱または蓄熱の寄与分（この寄与分は、新規管材２２及び既設管材２１，２３の寸法、温度及び熱的性質等を考慮して予めシミュレーションにより得ておくことが可能である）を付加してなる補正値が減少するように、Ｅ１（ｔ_ｘ）の値を減少させる。また、冷却速度を高めるためには、例えば、高周波加熱装置２の動作を停止してＥ１（ｔ_ｘ）の値を零とすることで自然放冷してもよい。

上記ステップＳ１において加圧力差分値ΔＰ（ｔ_ｘ）が正であると判定され且つ上記ステップＳ２−１で温度差分値ΔＴ（ｔ_ｘ）が負であると判定された場合には、以後の時間Δｔにおける第２の接合部分の温度を低下させてＰ（ｔ_ｘ）をＰに近づけるようにする。そのためには、例えばＥ２（ｔ_ｘ）の値を減少させることでＥ１（ｔ_ｘ）＋Ｅ２（ｔ_ｘ）の値を減少させ、即ち高周波加熱装置２による加熱状態はそのまま維持しつつ高周波加熱装置３による加熱状態のみを優先して温度低下の方向に導く駆動信号の作成及びその出力がなされる（ステップＳ３−２）。但し、ここでは放熱または蓄熱の影響を無視している。放熱または蓄熱の影響を考慮する場合には、Ｅ１（ｔ_ｘ）＋Ｅ２（ｔ_ｘ）の値に放熱または蓄熱の寄与分を付加してなる補正値が減少するように、Ｅ２（ｔ_ｘ）の値を減少させる。また、冷却速度を高めるためには、例えば、高周波加熱装置３の動作を停止してＥ２（ｔ_ｘ）の値を零とすることで自然放冷してもよい。

上記ステップＳ１において加圧力差分値ΔＰ（ｔ_ｘ）が零であると判定された場合には、以後の時間Δｔにおける第１及び第２の接合部分の温度をそのまま維持するようにする。そのためには、例えばＥ１（ｔ_ｘ）及びＥ２（ｔ_ｘ）の値を維持し、即ち高周波加熱装置２，３による加熱状態をそのまま維持する駆動信号の作成及びその出力がなされる（ステップＳ３−３）。但し、ここでは放熱または蓄熱の影響を無視している。放熱または蓄熱の影響を考慮する場合には、Ｅ１（ｔ_ｘ）＋Ｅ２（ｔ_ｘ）の値に放熱または蓄熱の寄与分を付加してなる補正値が維持されるようにする。

上記ステップＳ１において加圧力差分値ΔＰ（ｔ_ｘ）が負であると判定され且つ上記ステップＳ２−２で温度差分値ΔＴ（ｔ_ｘ）が正または零であると判定された場合には、以後の時間Δｔにおける第２の接合部分の温度を上昇させてＰ（ｔ_ｘ）をＰに近づけるようにする。そのためには、例えばＥ２（ｔ_ｘ）の値を増加させることでＥ１（ｔ_ｘ）＋Ｅ２（ｔ_ｘ）の値を増加させ、即ち高周波加熱装置２による加熱状態はそのまま維持しつつ高周波加熱装置３による加熱状態のみを優先して温度上昇の方向に導く駆動信号の作成及びその出力がなされる（ステップＳ３−４）。但し、ここでは放熱または蓄熱の影響を無視している。放熱または蓄熱の影響を考慮する場合には、Ｅ１（ｔ_ｘ）＋Ｅ２（ｔ_ｘ）の値に放熱または蓄熱の寄与分を付加してなる補正値が増加するように、Ｅ２（ｔ_ｘ）の値を増加させる。

上記ステップＳ１において加圧力差分値ΔＰ（ｔ_ｘ）が負であると判定され且つ上記ステップＳ２−２で温度差分値ΔＴ（ｔ_ｘ）が負であると判定された場合には、以後の時間Δｔにおける第１の接合部分の温度を上昇させてＰ（ｔ_ｘ）をＰに近づけるようにする。そのためには、例えばＥ１（ｔ_ｘ）の値を増加させることでＥ１（ｔ_ｘ）＋Ｅ２（ｔ_ｘ）の値を増加させ、即ち高周波加熱装置３による加熱状態はそのまま維持しつつ高周波加熱装置２による加熱状態のみを優先して温度上昇の方向に導く駆動信号の作成及びその出力がなされる（ステップＳ３−５）。但し、ここでは放熱または蓄熱の影響を無視している。放熱または蓄熱の影響を考慮する場合には、Ｅ１（ｔ_ｘ）＋Ｅ２（ｔ_ｘ）の値に放熱または蓄熱の寄与分を付加してなる補正値が増加するように、Ｅ１（ｔ_ｘ）の値を増加させる。

以上のようなステップＳ１，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３−１〜Ｓ３−５を、上記時間Δｔ毎に繰り返し実行する。以上の加熱制御では、加圧力値Ｐ（ｔ_ｘ）をその目標値Ｐに近づけるために、高周波加熱装置２，３による加熱を全体として弱めたり強めたりするのであるが、その弱め方または強め方を、第１及び第２の接合部分同士の加熱状態が接近するように（即ち、温度値Ｔ１（ｔ_ｘ）と温度値Ｔ２（ｔ_ｘ）との差の絶対値が縮小するように）、高周波加熱装置２，３のうちのいずれか一方による加熱を優先して制御する。これにより、第１の接合部分と第２の接合部分とで熱履歴の差が縮小し、接合の均一性が高められる。

また、以上のように、第１及び第２の接合部分の接合を同時に行うことで接合時間の短縮及び接合に要するエネルギーの低減が実現される。

以上の説明では、時刻ｔ_２から時刻ｔ_４までの全てにわたってステップＳ１，Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ３−１〜Ｓ３−５の加熱制御を行うものとしているが、本発明においては、以上のような加熱制御を時刻ｔ_３から時刻ｔ_４までの間のみ行うようにしてもよい。その場合には、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの間においては、高周波加熱装置２，３の動作を停止してＥ１（ｔ_ｘ）＋Ｅ２（ｔ_ｘ）の値を零とすることで自然放冷して、この時間の短縮ひいては接合に要する全体の時間の短縮を図ることができる。

尚、第２段階において、新規管材２２を抵抗加熱装置１により加熱することで膨張させる代わりに、高周波加熱装置２，３により第１及び第２の接合部分を加熱することで新規管材２２を膨張させてもよい。即ち、高周波加熱装置２，３を上記実施形態の抵抗加熱装置１の代行をするものとして使用（即ち兼用）してもよい。この場合の上記図４と同様な第２段階及び第３段階における接合部分の温度及び加圧力の変化の一例を示すグラフを、図６に示す。第２段階において、時刻０から時刻ｔ_１までの加熱は高周波加熱装置２，３によりなされる。

以上の実施形態では、第１の加熱装置として抵抗加熱装置を使用しているが、本発明においては、第１の加熱装置として上記実施形態での第２及び第３の加熱装置と同様な高周波加熱装置を使用してもよい。

以上の実施形態では、第１、第２及び第３の被接合材として鋼からなり且つ管状をなしているものが使用されているが、本発明においては、第１、第２及び第３の被接合材は、鋼以外の金属からなるものであってもよいし、管状以外の例えば棒状をなしているものであってもよい。

更に、以上の実施形態においては、アモルファスシート２５を既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの間に配置する際に、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとは別体の独立したアモルファスシート２５を既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの間に介在させているが、本発明においては、アモルファスシート２５を既設管材上端部２１Ｅの上端面または新規管材下端部２２Ｅの下端面に予め接着剤などで接着しておいてもよい。また、ろう材として、既設管材上端部２１Ｅの上端面及び／または新規管材下端部２２Ｅの下端面に予め堆積形成したものを用いてもよい。これらの場合も、本発明でいうところの、第１及び第２の接合端部の間にろう材を配置することに該当するものとする。

同様に、以上の実施形態においては、アモルファスシート２５’を既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’との間に配置する際に、既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’とは別体の独立したアモルファスシート２５’を既設管材下端部２３Ｅと新規管材上端部２２Ｅ’との間に介在させているが、本発明においては、アモルファスシート２５’を既設管材下端部２３Ｅの下端面または新規管材上端部２２Ｅ’の上端面に予め接着剤などで接着しておいてもよい。また、ろう材として、既設管材下端部２３Ｅの下端面及び／または新規管材上端部２２Ｅ’の上端面に予め堆積形成したものを用いてもよい。これらの場合も、本発明でいうところの、第３及び第４の接合端部の間にろう材を配置することに該当するものとする。

本発明による液相拡散接合装置の一実施形態の構成の概略を示すブロック図である。 本発明による液相拡散接合装置の一実施形態の使用状態における接合ヘッド部分を示す模式図である。 本発明による液相拡散接合装置を用いた本発明による液相拡散接合方法の一実施形態の説明図である。 本発明による液相拡散接合方法の一実施形態の特に第２段階及び第３段階における接合部分の温度及び加圧力の変化の一例を示すグラフである。 制御装置で実行される加圧力の制御すなわち高周波加熱装置への駆動信号の作成の概略を示すフロー図である。 本発明による液相拡散接合方法の一実施形態の特に第２段階及び第３段階における接合部分の温度及び加圧力の変化の一例を示すグラフである。

符号の説明

１ 抵抗加熱装置
１ａ 電源
１ｂ 発熱抵抗体
２，３ 高周波加熱装置
２ａ，３ａ 高周波電源
２ｂ，３ｂ 整合トランス
２ｃ，３ｃ 高周波加熱コイル
４，５ 温度センサ
６ 加圧力センサ
８ 制御装置
１０ クランプ装置
１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅ 把持部
１０ｃ 連結部
１２ 接合ヘッド
２１，２３ 既設管材
２１ａ，２３ａ 既設管材端面
２１Ｅ 既設管材上端部
２２ 新規管材
２２Ｅ 新規管材下端部
２２Ｅ’ 新規管材上端部
２３Ｅ 既設管材下端部
２５，２５’ アモルファスシート
３０ 管材
３１ 管材損傷部分

Claims (13)

1. 第１の被接合材の第１の接合端部を第２の被接合材の第２の接合端部と接合し、更に前記第１の被接合材の前記第１の接合端部とは反対側の第３の接合端部を第３の被接合材の第４の接合端部と接合する方法であって、
   前記第２及び第３の被接合材を前記第２及び第４の接合端部同士が前記第１及び第３の接合端部同士の間の距離以上の距離を隔てて対向するように保持し；前記第１の被接合材を前記第２及び第３の被接合材に対して、前記第１及び第２の接合端部同士が対向し且つ前記第３及び第４の接合端部同士が対向し、前記第１及び第２の接合端部の間隔が可変で且つ前記第３及び第４の接合端部の間隔が可変となるように、相対移動可能に保持し；前記第１及び第２の接合端部間に第１のろう材を配置し且つ前記第３及び第４の接合端部間に第２のろう材を配置する第１段階と、
   前記第１の被接合材を第１の加熱装置により加熱することで膨張させ；前記第１及び第２の接合端部により前記第１のろう材を挟持させ且つ前記第３及び第４の接合端部により前記第２のろう材を挟持させ；前記第１及び第２の接合端部と前記第１のろう材とを第２の加熱装置により所定範囲内の温度に加熱することで溶融させ且つ前記第３及び第４の接合端部と前記第２のろう材とを第３の加熱装置により所定範囲内の温度に加熱することで溶融させ；しかる後に前記第１のろう材及び前記第１及び第２の接合端部を凝固させ且つ前記第２のろう材及び前記第３及び第４の接合端部を凝固させる第２段階と、
   前記第２段階で凝固した前記第１のろう材及び前記第１及び第２の接合端部に印加される加圧力並びに前記第２段階で凝固した前記第２のろう材及び前記第３及び第４の接合端部に印加される加圧力が所定範囲内となるように、前記第２及び第３の加熱装置による加熱を制御する第３段階とを含み、
   前記第３段階では、前記第１及び第２の接合端部の第１の温度及び前記第３及び第４の接合端部の第２の温度をそれぞれ測定し、前記第１及び第２の接合端部及び前記第３及び第４の接合端部に印加される加圧力を測定し、前記所定範囲内の加圧力の目標値を定めておき、前記加圧力の測定値と前記目標値との大小関係に基づき、前記加圧力の測定値が前記目標値に近づくように前記第２及び第３の加熱装置による加熱状態を制御し、その際に前記加圧力を高くすべき時には前記第１及び第２の温度のうちの低い方に対応する前記第２または第３の加熱装置による加熱を優先して強め、前記加圧力を低くすべき時には前記第１及び第２の温度のうちの高い方に対応する前記第２または第３の加熱装置による加熱を優先して弱める個別の加熱制御を行うことを特徴とする接合方法。
2. 前記第２段階において、前記第１の被接合材を前記第１の加熱装置により加熱することで膨張させる代わりに、前記第２及び第３の加熱装置により前記第１及び第２の接合端部及び前記第１のろう材並びに前記第３及び第４の接合端部及び前記第２のろう材を加熱することで前記第１の被接合材を膨張させることを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
3. 前記第３段階での個別の加熱制御は、前記加圧力が前記所定範囲内に到来した後に実施されることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の接合方法。
4. 前記第１段階における前記第２及び第３の被接合材の保持は、前記第２の加熱装置による加熱範囲の前記第２の被接合材側の端から前記第３の加熱装置による加熱範囲の前記第３の被接合材側の端までと同等の距離だけ隔てた位置にてなされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
5. 前記温度の所定範囲は１２００℃〜１３００℃であり、前記加圧力の所定範囲は０．３Ｋｇｆ／ｍｍ^２〜０．８Ｋｇｆ／ｍｍ^２であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の接合方法。
6. 前記所定範囲内の温度は前記第１及び第２のろう材の融点以上で且つ前記第１〜第３の被接合材の融点より低いことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の接合方法。
7. 前記第２段階では、前記第１及び第２の接合端部により挟持された前記第１のろう材を溶融させ、該第１のろう材中の第１の融点降下元素を前記第１及び第２の接合端部へと拡散させ、これにより前記第１及び前記第２の接合端部をその融点を降下させることで溶融させ、しかる後に前記第１の融点降下元素を前記第１及び第２の被接合材にて更に拡散させ、これにより前記第１及び第２の接合端部及び前記第１のろう材をその融点を上昇させることで凝固させ、一方、前記第３及び第４の接合端部により挟持された前記第２のろう材を溶融させ、該第２のろう材中の第２の融点降下元素を前記第３及び第４の接合端部へと拡散させ、これにより前記第３及び前記第４の接合端部をその融点を降下させることで溶融させ、しかる後に前記第２の融点降下元素を前記第３及び第４の被接合材にて更に拡散させ、これにより前記第３及び第４の接合端部及び前記第２のろう材をその融点を上昇させることで凝固させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。
8. 前記第１〜第３の被接合材は鋼からなり、前記第１及び第２のろう材は鋼に前記融点降下元素としてのホウ素を添加してなるアモルファスシートであることを特徴とする、請求項７に記載の接合方法。
9. 前記第１〜第３の被接合材は管状をなしていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の接合方法。
10. 第１の被接合材の第１の接合端部を第２の被接合材の第２の接合端部と接合し、更に前記第１の被接合材の前記第１の接合端部とは反対側の第３の接合端部を第３の被接合材の第４の接合端部と接合する装置であって、
    前記第２及び第３の被接合材を保持し、前記第１の被接合材を前記第２及び第３の被接合材に対して前記第１及び第２の接合端部の間隔が可変で且つ前記第３及び第４の接合端部の間隔が可変となるように相対移動可能に保持する保持手段と、
    前記第１の被接合材を加熱する第１の加熱装置と、
    前記第１及び第２の接合端部並びにこれらの間に配置される第１のろう材を含んでなる第１の接合部分を加熱する第２の加熱装置と、
    前記第３及び第４の接合端部並びにこれらの間に配置される第２のろう材を含んでなる第２の接合部分を加熱する第３の加熱装置と、
    前記第１の接合部分の第１の温度を検知する第１温度検知手段と、
    前記第２の接合部分の第２の温度を検知する第２温度検知手段と、
    前記第１及び第２の接合部分に印加される加圧力を検知する加圧力検知手段と、
    前記第１及び第２の温度検知手段により検知される前記第１及び第２の温度の信号及び前記加圧力検知手段により検知される前記加圧力の信号が入力され、前記第１〜第３の加熱装置にそれぞれ駆動信号を出力する制御装置と、
    を含み、
    前記制御装置が出力する前記駆動信号は、前記第１〜第３の加熱装置をして、前記第１及び第２の温度の信号が所定範囲内の温度を示すように前記第１及び第２の接合部分を加熱させることで、前記第１〜第３の被接合材を膨張させて前記第１及び第２の接合端部により前記第１のろう材を挟持させ且つ前記第３及び第４の接合端部により前記第２のろう材を挟持させ、前記第１及び第２の接合部分を溶融させ、しかる後に該第１及び第２の接合部分を凝固させ、また、前記第１〜第３の加熱装置をして、前記加圧力検知手段から入力される信号が所定範囲内の加圧力を示すように前記第１及び第２の接合部分を加熱させるものであり、
    前記制御装置は、前記所定範囲内の加圧力の予め定められた目標値と前記加圧力の信号が示す加圧力測定値との大小関係に基づき、前記加圧力測定値が前記目標値に近づくように前記第２及び第３の加熱装置に対する駆動信号を出力し、その際に前記加圧力を高くすべき時には前記第１及び第２の温度のうちの低い方に対応する前記第２または第３の加熱装置による加熱を優先して強め、前記加圧力を低くすべき時には前記第１及び第２の温度のうちの高い方に対応する前記第２または第３の加熱装置による加熱を優先して弱める個別の加熱制御を行うことを特徴とする接合装置。
11. 前記第２及び第３の加熱装置が前記第１の加熱装置を兼ねていることを特徴とする、請求項１０に記載の接合装置。
12. 前記第２及び第３の加熱装置は高周波加熱装置であることを特徴とする、請求項１０〜１１のいずれかに記載の接合装置。
13. 前記第１の加熱装置は抵抗加熱装置または高周波加熱装置であることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれかに記載の接合装置。

Images