JP2011073059A - 金属二重管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加工用ダイスとしてRダイス2を用いる冷間引抜きによって、外管1bの内面に内管1aの外面が接してなる金属二重管1を製造する方法であって、Rダイス2のアプローチ部2aの曲率半径を10mm〜90mmとし、空引きにより縮径加工を行うことにより、内管1aおよび外管1bの界面に面圧を発生させる金属二重管の製造方法である。同様に、加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いても、そのアプローチ部の両角を8°〜30°とし、肉厚加工により縮径加工を行い、さらに中拡げプラグにより内管の拡径加工を行うことにより、内管および前記外管の降伏強度にかかわらず、金属二重管の内管と外管の界面に面圧を発生させることができる。
【選択図】図3
Description
「面圧」:内管と外管の界面に発生する圧力であって、後述する算出式を用いた方法により測定することができる。
(1)外管よりも降伏強度が高い内管を外管に挿入する。
(2)テーパーダイスにより内管と外管を空引きにより縮径加工する。
(3)テーパーダイスの出口で縮径加工を終えると、テーパーダイスにより内管と外管に付与されていた外力が取り除かれることから、内管および外管は拡径する。この際、降伏強度の高い内管が、外管よりも大きく拡径することにより、内管に拡径方向の残留応力を生じさせる。
前記Rダイスのアプローチ部の曲率半径を10mm〜90mmとし、空引きにより縮径加工を行うことにより、
得られる金属二重管の内管と外管の界面に面圧を発生させることを特徴とする金属二重管の製造方法。
前記テーパーダイスのアプローチ部の両角を8°〜30°とし、肉厚加工により縮径加工を行い、さらに中拡げプラグにより前記内管の拡径加工を行うことにより、
前記内管および前記外管の降伏強度にかかわらず、得られる金属二重管の内管と外管の界面に面圧を発生させることを特徴とする金属二重管の製造方法。
(1)二重管の内周面に歪みゲージを貼り付ける。
(2)後述する図2に示すように、外管の除去部を切削加工により除去する。
(3)除去により生じる内管の周方向および軸方向の歪みを測定し、下記の(a)式および(b)式より面圧を算出する。
P=(b2−a2)/2b2×σc ・・・ (b)
ただし、面圧をP(MPa)、内管の円周方向の応力をσc、内管のヤング率をE(GPa)、内管のポアソン比をμ、内管の円周方向の歪みをεc、内管の軸方向の歪みをεa、内管の内径をa(mm)、および内管の外径をb(mm)とする。
(1)Rダイスまたはテーパーダイスを用いた冷間引抜きによって、得られる金属二重管の内管と外管の界面に面圧を発生させることができる。テーパーダイスを用いる場合には、縮径加工ののち内管の拡径加工を行うことにより、内管および外管の降伏強度にかかわらず、面圧を発生させることができる。
(2)蒸気発生器を構成する伝熱管に適用した場合、熱交換効率に優れるとともに、亀裂に伴う漏洩流体を初期段階で検知できるので、安全性に優れる。
図3は、本発明の金属二重管の製造方法であって、加工用ダイスとしてRダイスを用いる場合を説明する断面図である。同図に示すRダイス2は、管材をダイス孔中心に案内するための中心に向かって内径が縮小するアプローチ部2aと、一定の内径を有し管材の加工形状を決定する出口側のベアリング部2bと、逃げ部2cとを備えている。
図4は、本発明の金属二重管の製造方法であって、加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いる場合を説明する断面図である。同図に示すように、加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いる場合は、縮径加工を行うテーパーダイス3と、内管の拡径加工を行う中拡げプラグ4とを用いる。
通常、蒸気発生器の使用温度は450℃〜500℃とされる。密着強度が不充分な二重管をこの温度範囲で使用した場合は、時間経過とともに面圧が低下し、内管と外管の密着性が不十分となり熱伝導性が悪化するおそれがある。
[加工用ダイスとしてRダイスを用いる場合]
本発明の金属二重管の製造方法により、加工用ダイスとしてRダイスを用いて冷間引抜きにより二重管を作製し、得られた二重管の面圧を測定することにより、本発明の効果を検証した。
前記図3に示すRダイスを用いて、冷間引抜きの空引き加工により二重管を作製した。その条件は下記の通りである。
内管の仕様:外径15.7mm、肉厚1.6mm、材質JIS−S45C、
降伏強度406.8MPa
外管の仕様:外径20.4mm、肉厚1.9mm、材質JIS−S45C、
降伏強度406.8MPa
Rダイス :ベアリング部直径19mm、
アプローチ部の曲率半径R20mm、40mmおよび80mm
得られた二重管を、本発明例1(曲率半径R20mm)、本発明例2(曲率半径R40mm)、本発明例3(曲率半径R80mm)および比較例4(曲率半径R100mm)に区分し、前述した算出法により、二重管の内管と外管の界面に発生した面圧を測定した。その測定結果を表1に示す。
表1に示す結果より、本発明で規定するRダイス(アプローチ部の曲率半径R10mm〜80mm)を用いて空引き加工した本発明例1ないし本発明例3は、それぞれ面圧が51MPa、88MPaおよび29MPaであり、充分な密着強度を確保することができた。
一方、本発明で規定するRダイス以外を用いて空引き加工した比較例4は、面圧は7MPaに留まり、密着性が得られなかった。
[加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いる場合]
加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いて冷間引抜きにより縮径加工を行い、さらに中拡げプラグにより内管の拡径加工を行うことにより二重管を作製し、得られた二重管の面圧を測定することにより、本発明の効果を検証した。
前記図4に示すテーパーダイスおよび前記図5に示す中拡げプラグを用いて、冷間引抜きの肉厚加工により縮径加工を行い二重管を作製した。その条件は下記の通りである。
内管の仕様:外径15.7mm、肉厚1.6mm、材質JIS−S45C、
降伏強度406.8MPa
外管の仕様:外径20.4mm、肉厚1.9mm、材質JIS−S45C、
降伏強度406.8MPa
テーパーダイス:ベアリング部直径19mm、両角α25°
中拡げプラグ:仕上げ部の直径12.14mm、テーパー部両角βが10°、
中拡げ部高さh0.1mm
縮径加工の後に中拡げプラグにより拡径加工を行った本発明例5では、得られた面圧は109MPaであり、充分な密着強度を確保することができた。一方、縮径加工の後に拡径加工を行わなかった比較例6は、その面圧を測定できなかった。
組み合わせ1:内管;材質JIS−S45C(降伏強度406.8MPa)
外管;材質JIS−S45C(降伏強度506.8MPa)
組み合わせ2:内管;材質JIS−S45C(降伏強度506.8MPa)
外管;材質JIS−S45C(降伏強度406.8MPa)
したがって、本発明の二重管の製造方法では、後工程で内管の拡径加工を行うことにより、内管および外管の降伏強度にかかわらず、得られる二重管の密着性が確保できることを確認できた。
(1)Rダイスまたはテーパーダイスを用いた冷間引抜きによって、得られる金属二重管の内管と外管の界面に面圧を発生させることができる。テーパーダイスを用いる場合には、内管および外管の降伏強度にかかわらず、面圧を発生させることができる。
(2)蒸気発生器を構成する伝熱管に適用した場合、熱交換効率に優れるとともに、亀裂に伴う漏洩流体を初期段階で検知できるので、安全性に優れる。
したがって、本発明の製造方法によれば、高速増殖炉プラントの蒸気発生器に用いる伝熱管に好適な金属二重管を提供できる。
2.Rダイス、 2a.アプローチ部、 2b.ベアリング部、 2c.逃げ部、
3.テーパーダイス、 3a.アプローチ部、 3b.ベアリング部、
3c.逃げ部、 4.中拡げプラグ、 4a.仕上げ部、 4b.テーパー部、
4c.中拡げ部、 4d.支持棒、 α.アプローチ部の両角、
β.テーパー部の両角、 h.中拡げ部高さ、 R.曲率半径
Claims (3)
- 加工用ダイスとしてRダイスを用いる冷間引抜きによって、外管の内面に内管の外面が接してなる金属二重管を製造する方法であって、
前記Rダイスのアプローチ部の曲率半径を10mm〜90mmとし、空引きにより縮径加工を行うことにより、
得られる金属二重管の内管と外管の界面に面圧を発生させることを特徴とする金属二重管の製造方法。 - 加工用ダイスとしてテーパーダイスを用いる冷間引抜きによって、外管の内面に内管の外面が接してなる金属二重管を製造する方法であって、
前記テーパーダイスのアプローチ部の両角を8°〜30°とし、肉厚加工により縮径加工を行い、さらに中拡げプラグにより前記内管の拡径加工を行うことにより、
前記内管および前記外管の降伏強度にかかわらず、得られる金属二重管の内管と外管の界面に面圧を発生させることを特徴とする金属二重管の製造方法。 - 前記面圧の値が、下記(a)、(b)で示す算出式を用いた測定において、20MPa以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の金属二重管の製造方法。
σc=E/(1−μ2)×(εc+μεa) ・・・ (a)
P=(b2−a2)/2b2×σc ・・・ (b)
ただし、面圧をP(MPa)、内管の円周方向の応力をσc、内管のヤング率をE(GPa)、内管のポアソン比をμ、内管の円周方向の歪みをεc、内管の軸方向の歪みをεa、内管の内径をa(mm)、および内管の外径をb(mm)とする。
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