JP2012115884A - Method of joining metal structures - Google Patents

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Yujiro Nakatani
祐二郎 中谷
Wataru Kono
渉 河野
Motoji Tsubota
基司 坪田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of joining metal structures, by which an excellent friction-press joining can be performed for structures having large diameters.SOLUTION: The method of joining the metal structures includes: a step of holding turbine rotor structures 10 and 20 coaxially; a step of subjecting at least one of joint parts 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 to non-contact heating; and a step of subjecting the turbine rotor structures 10 and 20 to friction bonding by rotating at least one of the turbine rotor structures 10 and 20 while joint end surfaces 13 and 23 of the joint parts 11 and 21 in the turbine rotor structures 10 and 20 are butted and axially pressed after the joint parts 11 and 21 thus heated reach a predetermined temperature.

Description

本発明の実施形態は、金属構造物間の接合方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a method for joining metal structures.

従来、大型の金属構造物であるタービンロータ構造物は、主としてアーク溶接によって接合されている。特に、タービンロータのような高温の雰囲気において高速で回転する構造物においては、変形、残留応力、溶接欠陥などに留意しなければならない。   Conventionally, a turbine rotor structure, which is a large metal structure, is joined mainly by arc welding. In particular, in a structure that rotates at high speed in a high-temperature atmosphere such as a turbine rotor, attention must be paid to deformation, residual stress, welding defects, and the like.

また、回転体構造物間を接合する方法として、摩擦圧接法が適用されている。この摩擦圧接法が適用される回転体構造物としては、直径が100mm程度までの比較的小径の丸棒や中空棒である。摩擦圧接接合では、一方の構造物を回転させ、他方の構造物を固定し、双方の構造物を接触させて擦り合わせ、発生した摩擦熱により接合を行う。この接合方法は、異材からなる構造物間の接合にも適しており、変形や残留応力が小さく、製造欠陥も少ないという特徴を有している。   Further, a friction welding method is applied as a method of joining the rotating body structures. A rotating body structure to which this friction welding method is applied is a round bar or hollow bar having a relatively small diameter up to about 100 mm. In the friction welding, one structure is rotated, the other structure is fixed, the two structures are brought into contact with each other and rubbed together, and bonding is performed by the generated frictional heat. This joining method is also suitable for joining between structures made of different materials, and is characterized by small deformation and residual stress and few manufacturing defects.

特開2003−53557号公報JP 2003-53557 A

上記した摩擦圧接接合では、摩擦熱を発生させるために接合装置には相当の回転トルクが必要であり、接合に必要な熱量を摩擦熱により得る必要がある。また、接合面の中心部と外径部、中空部材においては内径部と外径部の相対速度差により、摩擦熱の発生が不均質となることがある。   In the friction welding described above, a considerable rotational torque is required for the joining device in order to generate frictional heat, and it is necessary to obtain the amount of heat necessary for joining by frictional heat. In addition, in the center portion and the outer diameter portion of the joining surface, and in the hollow member, the generation of frictional heat may be uneven due to the relative speed difference between the inner diameter portion and the outer diameter portion.

これらの理由から、摩擦圧接接合は、小径(直径が100mm程度まで)の構造物の接合には適しているが、直径が100mmを超える大径の構造物の接合に対しては、装置トルク、接合部の均質性、熱容量などの観点から、摩擦圧接接合を適用することは困難であった。例えば、大型の金属構造物であるタービンロータ構造物の接合に摩擦圧接接合を適用した場合、接合装置に要求される回転トルクが増大し、接合部において接合に必要な十分な摩擦熱が得られないなどの問題が生じる。   For these reasons, friction welding is suitable for joining structures with a small diameter (up to about 100 mm in diameter), but for joining structures with a large diameter exceeding 100 mm, the device torque, It was difficult to apply friction welding from the viewpoint of the uniformity of the joint and the heat capacity. For example, when friction welding is applied to the joining of a turbine rotor structure, which is a large metal structure, the rotational torque required for the joining device increases, and sufficient frictional heat necessary for joining is obtained at the joint. Problems such as not occurring.

本発明が解決しようとする課題は、大径の構造物間の良好な摩擦圧接接合を行うことができる金属構造物間の接合方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a joining method between metal structures capable of performing good friction welding between large diameter structures.

実施形態の金属構造物間の接合方法では、第1の構造物と第2の構造物とを摩擦圧接によって接合する。この金属構造物間の接合方法では、前記第1の構造物および前記第2の構造物を同軸上に保持する工程と、前記第1の構造物および前記第2の構造物の接合部のうち、少なくともいずれか一方の接合部を非接触加熱する工程とを備える。さらに、加熱された接合部が所定の温度に達した後、前記第1の構造物および前記第2の構造物の接合部の接合端面どうしを突き合わせ、軸方向に加圧しながら、前記第1の構造物および前記第2の構造物のうちのいずれか一方を回転させて、前記第1の構造物と前記第2の構造物とを摩擦接合する工程を備える。   In the joining method between metal structures of the embodiment, the first structure and the second structure are joined by friction welding. In the joining method between the metal structures, the step of holding the first structure and the second structure on the same axis, and the joining portion of the first structure and the second structure And a step of heating at least one of the joints in a non-contact manner. Further, after the heated joint portion reaches a predetermined temperature, the joint end surfaces of the joint portions of the first structure and the second structure are brought into contact with each other, and the first end is pressed in the axial direction. The method includes a step of frictionally joining the first structure and the second structure by rotating either one of the structure and the second structure.

本発明に係る第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the joining method between the metal structures of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の中心軸を含む断面を示した図である。It is the figure which showed the cross section containing the central axis of the structure joined by the joining method between the metal structures of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法の工程を説明するための流れ図である。It is a flowchart for demonstrating the process of the joining method between the metal structures of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法の工程を説明するための図であり、タービンロータ構造物が保持された状態の側面図である。It is a figure for demonstrating the process of the joining method between the metal structures of 1st Embodiment which concerns on this invention, and is a side view of the state in which the turbine rotor structure was hold | maintained. 本発明に係る第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法の接合工程を説明するための、構造物の中心軸を含む断面を示した図である。It is the figure which showed the cross section containing the central axis of the structure for demonstrating the joining process of the joining method of the metal structure of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第2の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の中心軸を含む断面を示した図である。It is the figure which showed the cross section containing the central axis of the structure joined by the joining method between the metal structures of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第2の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の接合部に設けられる加熱手段の他の構成を説明するための、構造物の斜視図である。It is a perspective view of a structure for demonstrating the other structure of the heating means provided in the junction part of the structure joined by the joining method between the metal structures of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の中心軸を含む断面を示した図である。It is the figure which showed the cross section containing the central axis of the structure joined by the joining method between the metal structures of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第4の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の中心軸を含む断面を示した図である。It is the figure which showed the cross section containing the central axis of the structure joined by the joining method between the metal structures of 4th Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第5の実施の形態の金属構造物間の接合方法の工程を説明するための図であり、タービンロータ構造物が保持された状態の側面図である。It is a figure for demonstrating the process of the joining method between the metal structures of 5th Embodiment which concerns on this invention, and is a side view of the state by which the turbine rotor structure was hold | maintained. 本発明に係る第5の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の中心軸を含む断面を示した図である。It is the figure which showed the cross section containing the central axis of the structure joined by the joining method between the metal structures of 5th Embodiment concerning this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明に係る第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法を説明するための図である。図2は、本発明に係る第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の中心軸を含む断面を示した図である。また、以下に示す実施の形態において、同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a view for explaining a joining method between metal structures according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a cross section including a central axis of a structure to be joined by the joining method between metal structures according to the first embodiment of the present invention. In the embodiments described below, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted or simplified.

ここでは、構造物としてタービンロータ構造物10、20を例示して説明する。なお、タービンロータ構造物10は、第1の構造物として、タービンロータ構造物20は、第2の構造物として機能する。タービンロータ構造物10の接合部11と、タービンロータ構造物20の接合部21とを、第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法で接合することで、タービンロータを構成することができる。   Here, the turbine rotor structures 10 and 20 will be described as examples of the structure. The turbine rotor structure 10 functions as a first structure, and the turbine rotor structure 20 functions as a second structure. A turbine rotor can be configured by joining the joint portion 11 of the turbine rotor structure 10 and the joint portion 21 of the turbine rotor structure 20 by the joining method between metal structures of the first embodiment. it can.

タービンロータ構造物10、20は、例えば、外径が500〜700mmの円筒形の金属材料で構成される。金属材料としては、例えば、CrMoV鋼、高Cr鋼、Ni基合金などが使用される。また、タービンロータ構造物10と、タービンロータ構造物20とは、同じ材料で構成されていてもよいし、異種材料で構成されていてもよい。   The turbine rotor structures 10 and 20 are made of, for example, a cylindrical metal material having an outer diameter of 500 to 700 mm. As the metal material, for example, CrMoV steel, high Cr steel, Ni-base alloy and the like are used. Further, the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 may be made of the same material or different materials.

図2に示すように、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21は、上記した円筒形の金属材料の中央に、例えば外径が200〜400mmの円柱状の溝部12、22を形成することで構成される。なお、タービンロータ構造物10、20の外径および溝部12、22の外径は、上記した範囲に限られるものではない。第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法は、例えば、直径が100mmを超える大径の構造物間の接合に好適である。   As shown in FIG. 2, the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 form columnar groove portions 12 and 22 having an outer diameter of 200 to 400 mm, for example, at the center of the cylindrical metal material described above. It is composed by doing. The outer diameters of the turbine rotor structures 10 and 20 and the outer diameters of the groove portions 12 and 22 are not limited to the above ranges. The joining method between the metal structures of 1st Embodiment is suitable for joining between structures with a large diameter in which a diameter exceeds 100 mm, for example.

図2に示された、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21の接合端面13、23は、タービンロータ軸方向に対して垂直な平面で構成されている。換言すれば、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21の接合端面13、23と、タービンロータ構造物10、20の自由縁14、24とのなす角が90度に形成されている。   The joint end faces 13 and 23 of the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 shown in FIG. 2 are configured by planes perpendicular to the turbine rotor axial direction. In other words, the angle formed by the joint end faces 13 and 23 of the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 and the free edges 14 and 24 of the turbine rotor structures 10 and 20 is formed at 90 degrees. .

タービンロータ構造物10、20の接合部11、21の周囲には、接合部11、21の外側面と所定の間隔をあけて、接合部11、21を非接触で加熱する加熱手段15、25が設けられている。この加熱手段15、25は、例えば、高周波誘導加熱用のコイルなどによって構成される。このコイルに流す高周波電流を調整することで、接合部11、21の温度をそれぞれ調整することができる。この加熱手段15、25は、接合部11、21の外側面と所定の間隔を維持しながら接合部11、21の外側面に沿って移動可能に設けられてもよい。   Around the joints 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20, heating means 15 and 25 for heating the joints 11 and 21 in a non-contact manner with a predetermined distance from the outer surface of the joints 11 and 21. Is provided. These heating means 15 and 25 are comprised by the coil for high frequency induction heating, etc., for example. By adjusting the high-frequency current flowing through the coil, the temperatures of the joints 11 and 21 can be adjusted. The heating means 15 and 25 may be provided so as to be movable along the outer surfaces of the joint portions 11 and 21 while maintaining a predetermined distance from the outer surfaces of the joint portions 11 and 21.

なお、加熱手段15、25は、高周波誘導加熱に限られるものではなく、接合部11、21を非接触で加熱する方法であればよい。例えば、加熱手段15、25として、レーザ光を接合部11、21に照射する構成を備えてもよい。   In addition, the heating means 15 and 25 are not restricted to high frequency induction heating, What is necessary is just the method of heating the junction parts 11 and 21 non-contactingly. For example, the heating means 15 and 25 may be configured to irradiate the joints 11 and 21 with laser light.

ここでは、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21の双方の周囲に、加熱手段15、25を設けた一例を示したが、加熱手段15、25は、タービンロータ構造物10の接合部11、およびタービンロータ構造物20の接合部21の、少なくともいずれか一方の周囲に設けられていればよい。例えば、タービンロータ構造物10がタービンロータ構造物20よりも融点の高い材料で構成された場合、摩擦圧接の際、タービンロータ構造物10の接合部11の接合端面13が摩擦熱により軟化するためには、タービンロータ構造物20よりも熱量が必要となる。そのため、少なくとも、タービンロータ構造物10の接合部11の周囲に加熱手段を備えることが好ましい。   Here, an example in which the heating means 15 and 25 are provided around both the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 is shown. However, the heating means 15 and 25 are connected to the turbine rotor structure 10. It is only necessary to be provided around at least one of the portion 11 and the joint portion 21 of the turbine rotor structure 20. For example, when the turbine rotor structure 10 is made of a material having a higher melting point than the turbine rotor structure 20, the joint end surface 13 of the joint 11 of the turbine rotor structure 10 is softened by frictional heat during friction welding. Requires more heat than the turbine rotor structure 20. Therefore, it is preferable to provide a heating means at least around the joint 11 of the turbine rotor structure 10.

次に、金属構造物間の接合工程について説明する。   Next, the joining process between metal structures will be described.

図3は、本発明に係る第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法の工程を説明するための流れ図である。図4は、本発明に係る第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法の工程を説明するための図であり、タービンロータ構造物10、20が保持された状態の側面図である。図5は、本発明に係る第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法の接合工程を説明するための、構造物の中心軸を含む断面を示した図である。   FIG. 3 is a flowchart for explaining the steps of the joining method between metal structures according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view for explaining the steps of the joining method between metal structures according to the first embodiment of the present invention, and is a side view showing a state in which the turbine rotor structures 10 and 20 are held. . FIG. 5 is a view showing a cross section including the central axis of the structure for explaining the joining step of the joining method between the metal structures of the first embodiment according to the present invention.

まず、タービンロータ構造物10およびタービンロータ構造物20を同軸上に保持する(構造物保持工程(ステップS30))。タービンロータ構造物10の、接合部11とは異なる側の他端部は、固定部材(図示しない)によってチャッキングされ、タービンロータ構造物10は、回転しないように固定されている。一方、タービンロータ構造物20の、接合部21とは異なる側の他端部は、回転可能な固定部材(図示しない)によってチャッキングされ、タービンロータ構造物20は、回転可能に固定されている。   First, the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are held coaxially (structure holding process (step S30)). The other end of the turbine rotor structure 10 on the side different from the joint portion 11 is chucked by a fixing member (not shown), and the turbine rotor structure 10 is fixed so as not to rotate. On the other hand, the other end of the turbine rotor structure 20 on the side different from the joint portion 21 is chucked by a rotatable fixing member (not shown), and the turbine rotor structure 20 is rotatably fixed. .

ここで、図4に示すように、タービンロータ構造物10の接合部11と他端部との間に、軸受40を備えることが好ましい。また、タービンロータ構造物20の接合部21と他端部との間に、軸受41を備えることが好ましい。軸受40、41は、例えば、転がり軸受やすべり軸受などで構成される。このように、回転するタービンロータ構造物20に軸受41を備えることで、自重による撓みや、回転時の回転振動を抑制することができる。一方、静止側のタービンロータ構造物10においては、軸受40を備えることで、自重による撓みを抑制することができる。これらによって、タービンロータ構造物10およびタービンロータ構造物20を同軸上に保持した状態で接合することができる。   Here, as shown in FIG. 4, a bearing 40 is preferably provided between the joint 11 and the other end of the turbine rotor structure 10. In addition, a bearing 41 is preferably provided between the joint 21 and the other end of the turbine rotor structure 20. The bearings 40 and 41 are configured by, for example, a rolling bearing or a sliding bearing. Thus, by providing the rotating turbine rotor structure 20 with the bearing 41, it is possible to suppress bending due to its own weight and rotational vibration during rotation. On the other hand, in the turbine rotor structure 10 on the stationary side, by providing the bearing 40, bending due to its own weight can be suppressed. By these, the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 can be joined in a state of being held coaxially.

続いて、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21を非接触で加熱する(加熱工程(ステップS31))。ここで、タービンロータ構造物10およびタービンロータ構造物20が同じ材料で構成されている場合には、加熱手段15、25によって同じ条件で加熱される。タービンロータ構造物10およびタービンロータ構造物20が異種材料で構成され、例えば、タービンロータ構造物10を構成する材料の方が融点が高い場合には、加熱手段15と加熱手段25とをそれぞれ異なる条件で作動して、タービンロータ構造物10を積極的に加熱するように調整する。なお、この場合、タービンロータ構造物20の接合部21の周囲に加熱手段25を設けない構成とすることもできる。   Subsequently, the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 are heated in a non-contact manner (heating step (step S31)). Here, when the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are made of the same material, they are heated by the heating means 15 and 25 under the same conditions. The turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are made of different materials. For example, when the material constituting the turbine rotor structure 10 has a higher melting point, the heating means 15 and the heating means 25 are different from each other. Acting at conditions, the turbine rotor structure 10 is adjusted to actively heat. In this case, the heating means 25 may not be provided around the joint 21 of the turbine rotor structure 20.

また、タービンロータ構造物10、20の材料、タービンロータ構造物10、20の形状(接合端面13、23の面積、タービンロータ構造物10、20の寸法など)、タービンロータ構造物20を回転する速度、接合する際の、タービンロータ構造物10とタービンロータ構造物20との押し付け圧力などに基づいて、予め数値計算などによって、例えば、加熱手段15、25への入力(加熱手段15、25が高周波誘導加熱用のコイルで構成される場合にはコイルに流す高周波電流)と接合部11、21の温度との関係など算出しておく。そして、その算出されたデータベースに基づいて、加熱手段15、25への入力や加熱時間などを設定して、接合部11、21を所定の温度まで加熱する。ここで、所定の温度とは、適正な摩擦圧接接合を行うために、摩擦熱だけでは不十分な熱量を供給可能な温度である。   Further, the material of the turbine rotor structure 10, 20, the shape of the turbine rotor structure 10, 20 (area of the joining end faces 13, 23, dimensions of the turbine rotor structure 10, 20, etc.), the turbine rotor structure 20 is rotated. Based on the speed, the pressing pressure between the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 at the time of joining, and the like by numerical calculation in advance, for example, input to the heating means 15 and 25 (the heating means 15 and 25 are In the case of a high-frequency induction heating coil, the relationship between the high-frequency current flowing through the coil) and the temperature of the joints 11 and 21 is calculated. And based on the calculated database, the input to the heating means 15 and 25, a heating time, etc. are set, and the junction parts 11 and 21 are heated to predetermined temperature. Here, the predetermined temperature is a temperature at which a sufficient amount of heat can be supplied only by frictional heat in order to perform appropriate friction welding.

なお、加熱手段15、25に、制御部および上記データベースを記憶する記憶部を備え、制御部が、記憶部に記憶されたデータベースに基づいて、加熱手段15、25への入力や加熱時間などの設定、および制御をするように構成してもよい。   The heating means 15 and 25 are provided with a control unit and a storage unit for storing the database. The control unit is configured to input the heating means 15 and 25, the heating time, and the like based on the database stored in the storage unit. You may comprise so that it may set and control.

続いて、加熱された接合部11、21が、上記した所定の温度に達した後、タービンロータ構造物10の接合部11の接合端面13と、タービンロータ構造物20の接合部21の接合端面23とを突き合わせる。そして、図5に示すように、軸方向の加圧を加えながら、タービンロータ構造物20を回転させて、タービンロータ構造物10とタービンロータ構造物20とを摩擦圧接によって接合する(接合工程(ステップS32))。   Subsequently, after the heated joints 11 and 21 reach the above-described predetermined temperature, the joint end face 13 of the joint 11 of the turbine rotor structure 10 and the joint end face of the joint 21 of the turbine rotor structure 20 are detected. Match 23. Then, as shown in FIG. 5, while applying axial pressure, the turbine rotor structure 20 is rotated to join the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 by friction welding (joining process ( Step S32)).

ここで、接合工程において、タービンロータ構造物10の接合部11とタービンロータ構造物20の接合部21との接合は、不活性ガス雰囲気において行われることが好ましい。そのため、不活性ガスが充填された不活性ガス槽50を設け、接合工程において、図1に示すように、この不活性ガス槽50内に、少なくとも双方の接合部11、21が位置するように構成することが好ましい。なお、構造物保持工程(ステップS30)または加熱工程(ステップS31)において、双方の接合部11、21を不活性ガス槽50内に位置させてもよい。不活性ガスとしては、例えばアルゴン(Ar)などを使用することができる。このように、不活性ガス雰囲気において接合することで、接合中における接合部11、21の酸化を防止することができる。   Here, in the joining step, the joining of the joint 11 of the turbine rotor structure 10 and the joint 21 of the turbine rotor structure 20 is preferably performed in an inert gas atmosphere. Therefore, an inert gas tank 50 filled with an inert gas is provided, and in the joining step, as shown in FIG. 1, at least both joints 11 and 21 are positioned in the inert gas tank 50. It is preferable to configure. In the structure holding step (step S30) or the heating step (step S31), both the joints 11 and 21 may be positioned in the inert gas tank 50. For example, argon (Ar) or the like can be used as the inert gas. Thus, by joining in an inert gas atmosphere, oxidation of the joints 11 and 21 during joining can be prevented.

なお、ここでは、タービンロータ構造物20を回転させて摩擦圧接接合を行う一例を示したが、タービンロータ構造物10を回転させて摩擦圧接接合してもよい。   Here, although an example in which the turbine rotor structure 20 is rotated and the friction welding is performed is shown, the turbine rotor structure 10 may be rotated and the friction welding may be performed.

第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法によれば、加熱手段15、25を備えて、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21を非接触で加熱することで、摩擦圧接による接合の際、大型の構造物においても、接合端面の温度を融点近くまで容易に昇温させることができる。これにより、接合に必要な熱量が得られ、良好な摩擦圧接接合を行うことができるとともに、タービンロータ構造物20を回転させる回転装置の回転トルクを低減することができる。また、タービンロータ構造物10、20のそれぞれの接合部11、21の温度を調整することにより、融点の異なる異種材料であっても、良好な摩擦圧接接合を行うことができる。   According to the joining method between the metal structures of the first embodiment, the heating means 15 and 25 are provided, and the joints 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 are heated in a non-contact manner, thereby causing friction. When joining by pressure welding, even in a large structure, the temperature of the joining end face can be easily raised to near the melting point. As a result, the amount of heat necessary for joining can be obtained, good friction welding can be performed, and the rotational torque of the rotating device that rotates the turbine rotor structure 20 can be reduced. In addition, by adjusting the temperatures of the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20, even if different materials having different melting points are used, good friction welding can be performed.

(第2の実施の形態)
本発明に係る第2の実施の形態の金属構造物間の接合方法では、タービンロータ構造物10と、タービンロータ構造物20とが異種材料で構成され、タービンロータ構造物10を構成する材料の融点がタービンロータ構造物20を構成する材料の融点よりも高い場合について説明する。
(Second Embodiment)
In the joining method between metal structures according to the second embodiment of the present invention, the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are made of different materials, and the material constituting the turbine rotor structure 10 is made of. A case where the melting point is higher than the melting point of the material constituting the turbine rotor structure 20 will be described.

また、第2の実施の形態の金属構造物間の接合方法では、タービンロータ構造物10の接合部11の形状が異なる以外は、基本的に、第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法における構成と同じである。   Moreover, in the joining method between the metal structures of 2nd Embodiment, except the shape of the junction part 11 of the turbine rotor structure 10 differs fundamentally, between the metal structures of 1st Embodiment. It is the same as the structure in the joining method.

図6は、本発明に係る第2の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の中心軸を含む断面を示した図である。図7は、本発明に係る第2の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の接合部に設けられる加熱手段の他の構成を説明するための、構造物の斜視図である。   FIG. 6 is a view showing a cross section including a central axis of a structure to be joined by the joining method between metal structures according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a perspective view of the structure for explaining another configuration of the heating means provided at the joint portion of the structure to be joined by the joining method between the metal structures according to the second embodiment of the present invention. FIG.

図6に示すように、タービンロータ構造物20を構成する材料の融点よりも高い融点を有する材料で構成されたタービンロータ構造物10の接合部11の外側面13aは、先端に行くに伴って、自由縁14側から中心側に向かって徐々に傾斜する傾斜面で構成されている。   As shown in FIG. 6, the outer surface 13a of the joint 11 of the turbine rotor structure 10 made of a material having a melting point higher than the melting point of the material constituting the turbine rotor structure 20 becomes closer to the tip. The inclined surface is gradually inclined from the free edge 14 side toward the center side.

また、タービンロータ構造物10の接合部11の周囲には、接合部11の外側面13aに沿って、接合部11、21の外側面13aと所定の間隔をあけて、加熱手段15が設けられている。なお、タービンロータ構造物20の接合部21の周囲には、第1の実施の形態と同様に、加熱手段25が設けられている。   A heating means 15 is provided around the joint 11 of the turbine rotor structure 10 along the outer surface 13a of the joint 11 with a predetermined distance from the outer surface 13a of the joints 11 and 21. ing. Note that a heating means 25 is provided around the joint 21 of the turbine rotor structure 20 as in the first embodiment.

また、加熱手段15を、例えば、高周波誘導加熱用のコイルで構成する場合、加熱手段15は、図7に示すように、タービンロータ構造物10の接合部11の周方向に、接合部11の外側面13aと所定の間隔をあけて、複数配置されてもよい。さらに、コイルが、接合部11の外側面13aと所定の間隔を維持しながら、接合部11の外側面13aに沿って移動可能に設けられてもよい。加熱手段15をこのような構成にすることで、接合部11が摩擦圧接により変形し、外側面13aの長さが短くなったときでも、外側面13aの長さの変化に追従して加熱手段15を移動することができる。そのため、摩擦圧接による接合工程の間、加熱手段15により接合部21を加熱することができる。なお、タービンロータ構造物20を構成する材料は、タービンロータ構造物10を構成する材料よりも融点が低くいため、加熱手段25を省略することもできる。   Further, when the heating means 15 is constituted by, for example, a coil for high-frequency induction heating, the heating means 15 is arranged in the circumferential direction of the joint portion 11 of the turbine rotor structure 10 as shown in FIG. A plurality of the outer surfaces 13a may be arranged at a predetermined interval. Further, the coil may be provided so as to be movable along the outer surface 13a of the joint portion 11 while maintaining a predetermined distance from the outer surface 13a of the joint portion 11. By configuring the heating means 15 as described above, even when the joint portion 11 is deformed by friction welding and the length of the outer surface 13a becomes shorter, the heating means follows the change in the length of the outer surface 13a. 15 can be moved. Therefore, the joining portion 21 can be heated by the heating means 15 during the joining process by friction welding. The material constituting the turbine rotor structure 20 has a lower melting point than the material constituting the turbine rotor structure 10, and thus the heating means 25 can be omitted.

なお、金属構造物間の接合工程については、第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法と同じである。また、ここでは、タービンロータ構造物20を回転させて摩擦圧接接合を行う一例を示したが、タービンロータ構造物10を回転させて摩擦圧接接合してもよい。   In addition, about the joining process between metal structures, it is the same as the joining method between the metal structures of 1st Embodiment. Further, here, an example in which the turbine rotor structure 20 is rotated and the friction welding is performed is shown, but the turbine rotor structure 10 may be rotated and the friction welding may be performed.

第2の実施の形態の金属構造物間の接合方法によれば、タービンロータ構造物10と、タービンロータ構造物20とが異種材料で構成される場合に、材料の融点が高いタービンロータ構造物10の接合部11の外側面13aを傾斜面で構成することで、接合部11の熱容量を削減することができる。そのため、加熱手段15によって、摩擦圧接による接合の際、大型の構造物においても、接合部11の接合端面13の温度を融点近くまで容易に昇温させることができる。これにより、接合に必要な熱量が得られ、良好な摩擦圧接接合を行うことができるとともに、タービンロータ構造物20を回転させる回転装置の回転トルクを低減することができる。また、タービンロータ構造物10、20のそれぞれの接合部11、21の温度を調整することにより、融点の異なる異種材料であっても、良好な摩擦圧接接合を行うことができる。   According to the joining method between metal structures of the second embodiment, when the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are made of different materials, the turbine rotor structure having a high melting point of the material. By configuring the outer surface 13a of the ten joint portions 11 with an inclined surface, the heat capacity of the joint portion 11 can be reduced. Therefore, the temperature of the joining end surface 13 of the joining part 11 can be easily raised to near the melting point even in a large structure by the heating means 15 when joining by friction welding. As a result, the amount of heat necessary for joining can be obtained, good friction welding can be performed, and the rotational torque of the rotating device that rotates the turbine rotor structure 20 can be reduced. In addition, by adjusting the temperatures of the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20, even if different materials having different melting points are used, good friction welding can be performed.

(第3の実施の形態)
一般に、摩擦圧接接合において、構造物の接合端面どうしが接触した際、接合端面の面内径側と接合端面の外径側とでは、接合端面の速度が異なり、接合端面の外径側の方が接合端面の内径側よりも速度が大きくなる。そのため、接合端面の外径側は、接合端面の内径側よりも高温になる。さらに、接合端面の外径側と内径側の温度差から生ずる線膨張差により、接合初期過程において外径側の押し付け圧力が高まり、内径側との押し付け圧力が不均一になることがある。接合端面の外径側と内径側との速度差は、構造物が大型となるほど顕著になる。そのため、構造物が大型となるほど、接合端面の押し付け圧力が不均一となり、接合端面の外径側と内径側との接合不均質が生ずる。
(Third embodiment)
Generally, in friction welding, when the joint end faces of a structure come into contact with each other, the speed of the joint end face is different between the inner diameter side of the joint end face and the outer diameter side of the joint end face, and the outer diameter side of the joint end face is more The speed is greater than the inner diameter side of the joining end face. For this reason, the outer diameter side of the joining end surface is at a higher temperature than the inner diameter side of the joining end surface. Further, due to the difference in linear expansion caused by the temperature difference between the outer diameter side and the inner diameter side of the joining end face, the pressing pressure on the outer diameter side may increase in the initial stage of joining, and the pressing pressure on the inner diameter side may become uneven. The difference in speed between the outer diameter side and the inner diameter side of the joining end surface becomes more significant as the structure becomes larger. Therefore, the larger the structure, the more uneven the pressing pressure of the joining end face, and the joining heterogeneity between the outer diameter side and the inner diameter side of the joining end face occurs.

そこで、本発明に係る第3の実施の形態の金属構造物間の接合方法では、摩擦圧接接合の際、接合端面の押し付け圧力が不均一となることを抑制する接合方法を示す。   Then, in the joining method between the metal structures of the 3rd Embodiment concerning this invention, the joining method which suppresses that the pressing pressure of a joining end surface becomes uneven in the case of friction welding is shown.

図8は、本発明に係る第3の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の中心軸を含む断面を示した図である。   FIG. 8 is a view showing a cross section including the central axis of the structure to be joined by the joining method between metal structures of the third embodiment according to the present invention.

図8に示すように、タービンロータ構造物10の接合部11の接合端面13と、自由縁14とのなす角αが、タービンロータ構造物20の接合部21の接合端面23と、自由縁24とのなす角βよりも大きく構成されている。また、角αおよび角βは90度以上に設定され、ここでは、角βを90度としている。   As shown in FIG. 8, the angle α formed between the joint end surface 13 of the joint 11 of the turbine rotor structure 10 and the free edge 14 is the joint end surface 23 of the joint 21 of the turbine rotor structure 20 and the free edge 24. The angle β is larger than the angle β. Further, the angle α and the angle β are set to 90 degrees or more, and here, the angle β is set to 90 degrees.

また、接合初期過程において、内径側が接触し、徐々に外径側に向かって接触部分が増え、全面が接触するまでの接触面での面圧の分布の差を小さくするために、角αおよび角βを90〜95度程度の範囲に設定することが好ましい。なお、これらの角度αおよび角βは、接合端面13、23の半径方向の厚さや温度条件に応じて、この範囲内で適宜設定される。   Further, in the initial joining process, in order to reduce the difference in surface pressure distribution on the contact surface until the inner diameter side comes into contact, the contact portion gradually increases toward the outer diameter side, and the entire surface comes into contact, the angle α and It is preferable to set the angle β in the range of about 90 to 95 degrees. These angles α and β are appropriately set within this range in accordance with the thickness in the radial direction of the joining end faces 13 and 23 and the temperature condition.

このように接合端面13、23を構成することで、タービンロータ構造物10の接合端面13と、タービンロータ構造物20の接合端面23とを突き合わせたとき、接合端面13と接合端面23との間に、外径側に向かって軸方向の幅が広がる隙間が周方向に形成される。   By configuring the joint end surfaces 13 and 23 in this way, when the joint end surface 13 of the turbine rotor structure 10 and the joint end surface 23 of the turbine rotor structure 20 are abutted, the space between the joint end surface 13 and the joint end surface 23 is obtained. In addition, a gap in which the width in the axial direction increases toward the outer diameter side is formed in the circumferential direction.

なお、図8には、角αが角βよりも大きくなる構成を示しているが、角βが角αよりも大きくなるように構成してもよい。この場合、角βは、上記した角αの範囲で、角αは、上記した角βの範囲で設定される。   FIG. 8 shows a configuration in which the angle α is larger than the angle β, but the angle β may be larger than the angle α. In this case, the angle β is set in the range of the angle α described above, and the angle α is set in the range of the angle β described above.

すなわち、上記した、接合端面13と接合端面23との間に、外径側に向かって軸方向の幅が広がる隙間が周方向に形成されるように、それぞれの接合端面13、23が形成されていればよい。したがって、タービンロータ構造物10およびタービンロータ構造物20の接合部11、21の接合端面13、23のうち、いずれか一方の接合部の接合端面と、自由縁とのなす角が、他方の接合部の接合端面と、自由縁とのなす角よりも大きく、かつそれぞれの角度が90度以上に構成されていればよい。   That is, each joint end surface 13 and 23 is formed between the joint end surface 13 and the joint end surface 23 as described above so that a gap in which the axial width increases toward the outer diameter side is formed in the circumferential direction. It only has to be. Therefore, the angle formed by the joint end surface of one of the joint end surfaces 13 and 23 of the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 and the free edge is the other joint. What is necessary is just to be larger than the angle which the joining end surface of a part and a free edge make, and each angle should be comprised 90 degrees or more.

また、上記した構成は、タービンロータ構造物10を構成する材料とタービンロータ構造物20を構成する材料とが同じであっても、異なっていても適用することができる。   The above-described configuration can be applied regardless of whether the material constituting the turbine rotor structure 10 and the material constituting the turbine rotor structure 20 are the same or different.

なお、金属構造物間の接合工程については、第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法と同じである。   In addition, about the joining process between metal structures, it is the same as the joining method between the metal structures of 1st Embodiment.

第3の実施の形態の金属構造物間の接合方法によれば、接合端面13と接合端面23との間に、外径側に向かって軸方向の幅が広がる隙間を周方向に形成することで、接合端面13、23の外径側と内径側の温度差から生ずる線膨張差を吸収することができる。これにより、接合初期過程において、接合端面13、23の押し付け圧力を均一にすることができる。さらに、加熱手段15、25を調整することで、接合端面13、23の外径側の線膨張を制御することができる。   According to the joining method between metal structures of the third embodiment, a gap is formed in the circumferential direction between the joining end face 13 and the joining end face 23 so that the axial width increases toward the outer diameter side. Thus, the difference in linear expansion caused by the temperature difference between the outer diameter side and the inner diameter side of the joining end faces 13 and 23 can be absorbed. Thereby, the pressing pressure of the joining end faces 13 and 23 can be made uniform in the initial joining process. Furthermore, by adjusting the heating means 15 and 25, the linear expansion on the outer diameter side of the joining end faces 13 and 23 can be controlled.

(第4の実施の形態)
本発明に係る第4の実施の形態の金属構造物間の接合方法は、前述した第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法に、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21の温度を調整する機構を設けたものである。ここでは、主にこの異なる構成について説明する。
(Fourth embodiment)
The joining method between the metal structures of the fourth embodiment according to the present invention is the same as the joining method between the metal structures of the first embodiment described above. A mechanism for adjusting the temperature of 21 is provided. Here, this different configuration will be mainly described.

図9は、本発明に係る第4の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の中心軸を含む断面を示した図である。   FIG. 9 is a view showing a cross section including a central axis of a structure to be joined by the joining method between metal structures according to the fourth embodiment of the present invention.

図9に示すように、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21に冷却ガスを噴出する冷却ガス噴出手段60を備えている。前述したように、摩擦圧接接合は、不活性ガスが充填された不活性ガス槽50内で行われるため、冷却ガス噴出手段60から噴出される冷却ガスは、Arなどの不活性ガスとすることが好ましい。   As shown in FIG. 9, cooling gas jetting means 60 for jetting cooling gas is provided at the joints 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20. As described above, since the friction welding is performed in the inert gas tank 50 filled with the inert gas, the cooling gas ejected from the cooling gas ejection means 60 is an inert gas such as Ar. Is preferred.

また、タービンロータ構造物10、20の材料、タービンロータ構造物10、20の形状(接合端面13、23の面積、タービンロータ構造物10、20の寸法など)、タービンロータ構造物20を回転する速度、接合する際の、タービンロータ構造物10とタービンロータ構造物20との押し付け圧力、加熱手段15、25によって加熱される温度、接合工程経過時間、冷却ガスの温度などに基づいて、予め数値計算などによって、冷却ガスを噴出するタイミング、噴出時間、噴出流量などを算出しておく。そして、その算出されたデータベースに基づいて、冷却ガスを噴出するタイミング、噴出時間、噴出流量など設定して、接合部11、21の温度調整を行う。また、タービンロータ構造物10の接合部11側に設けられた冷却ガス噴出手段60と、タービンロータ構造物20の接合部21側に設けられた冷却ガス噴出手段60とは、それぞれ異なる条件で作動させることができる。   Further, the material of the turbine rotor structure 10, 20, the shape of the turbine rotor structure 10, 20 (area of the joining end faces 13, 23, dimensions of the turbine rotor structure 10, 20, etc.), the turbine rotor structure 20 is rotated. Based on the speed, the pressing pressure between the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 at the time of joining, the temperature heated by the heating means 15, 25, the joining process elapsed time, the temperature of the cooling gas, etc. The timing of jetting the cooling gas, the jetting time, the jetting flow rate, etc. are calculated by calculation. And based on the calculated database, the timing of jetting the cooling gas, the jetting time, the jetting flow rate, etc. are set to adjust the temperature of the joints 11 and 21. The cooling gas jetting means 60 provided on the joint 11 side of the turbine rotor structure 10 and the cooling gas jetting means 60 provided on the joint 21 side of the turbine rotor structure 20 operate under different conditions. Can be made.

なお、冷却ガス噴出手段60に、制御部および上記データベースを記憶する記憶部を備え、制御部が、記憶部に記憶されたデータベースに基づいて、冷却ガスを噴出するタイミング、噴出時間、噴出流量などの設定や制御を行うように構成してもよい。   The cooling gas ejection means 60 includes a control unit and a storage unit that stores the database, and the control unit ejects cooling gas based on the database stored in the storage unit, the ejection time, the ejection flow rate, and the like. You may comprise so that setting and control may be performed.

なお、金属構造物間の接合工程については、第1の実施の形態の金属構造物間の接合方法と同じであり、接合工程の際、冷却ガス噴出手段60を作動させる。冷却ガス噴出手段60によって、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21の外周面に冷却ガスを噴出することで、摩擦圧接接合の際、高温となる接合端面の外径側が主に冷却される。   In addition, about the joining process between metal structures, it is the same as the joining method between the metal structures of 1st Embodiment, and the cooling gas ejection means 60 is operated in the joining process. By cooling gas jetting to the outer peripheral surfaces of the joints 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 by the cooling gas jetting means 60, the outer diameter side of the joint end surface that becomes high temperature is mainly cooled at the time of friction welding. Is done.

第4の実施の形態の金属構造物間の接合方法によれば、冷却ガス噴出手段60を備えることで、摩擦圧接接合の際、高温となる接合端面の外径側を主に冷却することができ、タービンロータ構造物10、20の接合端面13、23の外径側と内径側の温度差を小さくすることができる。これにより、接合初期過程において、接合端面13、23の押し付け圧力を均一にすることができる。さらに、加熱手段15、25を調整することで、接合端面13、23の外径側の線膨張を制御することができる。   According to the joining method between the metal structures of the fourth embodiment, by providing the cooling gas jetting means 60, it is possible to mainly cool the outer diameter side of the joining end face that becomes a high temperature during the friction welding. In addition, the temperature difference between the outer diameter side and the inner diameter side of the joining end faces 13 and 23 of the turbine rotor structures 10 and 20 can be reduced. Thereby, the pressing pressure of the joining end faces 13 and 23 can be made uniform in the initial joining process. Furthermore, by adjusting the heating means 15 and 25, the linear expansion on the outer diameter side of the joining end faces 13 and 23 can be controlled.

なお、第4の実施の形態の金属構造物間の接合方法に限らず、第2の実施の形態または第3の実施の形態の金属構造物間の接合方法においても、冷却ガス噴出手段60による温度調整を行うことができる。   It should be noted that not only the method for joining metal structures of the fourth embodiment, but also the method for joining metal structures of the second embodiment or the third embodiment, the cooling gas ejection means 60 is used. Temperature adjustment can be performed.

(第5の実施の形態)
図10は、本発明に係る第5の実施の形態の金属構造物間の接合方法の工程を説明するための図であり、タービンロータ構造物10、20が保持された状態の側面図である。図11は、本発明に係る第5の実施の形態の金属構造物間の接合方法によって接合される構造物の中心軸を含む断面を示した図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 10 is a view for explaining the steps of the method for joining metal structures according to the fifth embodiment of the present invention, and is a side view showing a state in which the turbine rotor structures 10 and 20 are held. . FIG. 11: is the figure which showed the cross section containing the central axis of the structure joined by the joining method between the metal structures of 5th Embodiment concerning this invention.

図10に示すように、タービンロータ構造物10とタービンロータ構造物20との間には、中間構造物70が設けられ、タービンロータ構造物10、タービンロータ構造物20および中間構造物70は、同軸上に保持されている。また、タービンロータ構造物10、20の自重による撓みを抑制するために、図10に示すように、タービンロータ構造物10の接合部11と他端部との間に、軸受40を備え、タービンロータ構造物20の接合部21と他端部との間に、軸受41を備えることが好ましい。   As shown in FIG. 10, an intermediate structure 70 is provided between the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20, and the turbine rotor structure 10, the turbine rotor structure 20, and the intermediate structure 70 are It is held on the same axis. Moreover, in order to suppress the bending by the dead weight of the turbine rotor structures 10 and 20, as shown in FIG. 10, the bearing 40 is provided between the junction part 11 and the other end part of the turbine rotor structure 10, and a turbine is provided. A bearing 41 is preferably provided between the joint 21 and the other end of the rotor structure 20.

中間構造物70は、締め具であるクランプ治具80に保持されている。クランプ治具80は、動力源81からの動力により回転可能に設けられている。すなわち、動力源81を駆動することで、クランプ治具80に保持された中間構造物70は回転する。   The intermediate structure 70 is held by a clamp jig 80 that is a fastener. The clamp jig 80 is rotatably provided by power from the power source 81. That is, by driving the power source 81, the intermediate structure 70 held by the clamp jig 80 rotates.

中間構造物70は、図11に示すように、外径がタービンロータ構造物10、20と同じである円筒形の金属材料で構成される。また、タービンロータ構造物10の接合部11およびタービンロータ構造物20の接合部21と接合される接合部71、72を備えている。中間構造物70の接合部71、72は、上記した円筒形の金属材料の中央に、円柱状の溝部73、74を形成することで構成される。また、溝部73、74の外径は、タービンロータ構造物10、20の溝部12、22の外径と同じである。   As shown in FIG. 11, the intermediate structure 70 is made of a cylindrical metal material having the same outer diameter as that of the turbine rotor structures 10 and 20. In addition, joint portions 71 and 72 that are joined to the joint portion 11 of the turbine rotor structure 10 and the joint portion 21 of the turbine rotor structure 20 are provided. The joint portions 71 and 72 of the intermediate structure 70 are configured by forming columnar groove portions 73 and 74 in the center of the cylindrical metal material described above. Further, the outer diameters of the groove portions 73 and 74 are the same as the outer diameters of the groove portions 12 and 22 of the turbine rotor structures 10 and 20.

図11に示された、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21の接合端面13、23は、タービンロータ軸方向に対して垂直な平面で構成されている。換言すれば、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21の接合端面13、23と、タービンロータ構造物10、20の自由縁14、24とのなす角が90度に形成されている。また、中間構造物70の接合部71、72の接合端面74、75は、タービンロータ軸方向に対して垂直な平面で構成されている。換言すれば、中間構造物70の接合部71、72の接合端面74、75と、中間構造物70の自由縁76とのなす角が90度に形成されている。   The joint end faces 13 and 23 of the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 shown in FIG. 11 are configured by planes perpendicular to the turbine rotor axial direction. In other words, the angle formed by the joint end faces 13 and 23 of the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 and the free edges 14 and 24 of the turbine rotor structures 10 and 20 is formed at 90 degrees. . Moreover, the joining end surfaces 74 and 75 of the joining parts 71 and 72 of the intermediate structure 70 are configured by planes perpendicular to the turbine rotor axial direction. In other words, the angle formed by the joining end faces 74 and 75 of the joining portions 71 and 72 of the intermediate structure 70 and the free edge 76 of the intermediate structure 70 is formed at 90 degrees.

中間構造物70を構成する金属材料としては、例えば、CrMoV鋼、高Cr鋼、Ni基合金などが使用される。ここで、タービンロータ構造物10と、タービンロータ構造物20とが同じ材料で構成されている場合には、中間構造物70も、タービンロータ構造物10、20を構成する金属材料と同じ金属材料で構成される。   As a metal material constituting the intermediate structure 70, for example, CrMoV steel, high Cr steel, Ni-based alloy, or the like is used. Here, when the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are made of the same material, the intermediate structure 70 is also made of the same metal material as the metal material constituting the turbine rotor structures 10 and 20. Consists of.

また、タービンロータ構造物10と、タービンロータ構造物20とが異種材料で構成されている場合には、中間構造物70は、タービンロータ構造物10、20を構成する金属材料のうち、融点の高い方の金属材料と同じか、または同程度の、融点、耐熱特性、機械的強度、線膨張係数、熱伝導率を有する金属材料で構成される。   Further, when the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are made of different materials, the intermediate structure 70 has a melting point out of the metal materials constituting the turbine rotor structures 10 and 20. It is made of a metal material having the same melting point, heat resistance, mechanical strength, linear expansion coefficient, and thermal conductivity as the higher metal material.

この場合、中間構造物70を、融点の高い方の金属材料と同じか、または同等の金属材料で構成することで、中間構造物70の接合部71とタービンロータ構造物10の接合部11との接合界面における強度を高い状態に維持することができる。換言すれば、中間構造物70の接合部72とタービンロータ構造物20の接合部21の接合界面のような、強度が低くなる部分を1箇所に削減することができる。   In this case, the intermediate structure 70 is made of a metal material that is the same as or equivalent to the metal material having a higher melting point, so that the joint 71 of the intermediate structure 70 and the joint 11 of the turbine rotor structure 10 The strength at the bonding interface can be maintained at a high level. In other words, it is possible to reduce a portion where the strength is low, such as a joint interface between the joint portion 72 of the intermediate structure 70 and the joint portion 21 of the turbine rotor structure 20 to one place.

タービンロータ構造物10の接合部11と中間構造物70の接合部71、およびタービンロータ構造物20の接合部21と中間構造物70の接合部72を、第5の実施の形態の金属構造物間の接合方法で接合することで、タービンロータを構成することができる。   The joint part 11 of the turbine rotor structure 10 and the joint part 71 of the intermediate structure 70 and the joint part 21 of the turbine rotor structure 20 and the joint part 72 of the intermediate structure 70 are used as the metal structure of the fifth embodiment. A turbine rotor can be comprised by joining by the joining method between.

次に、金属構造物間の接合工程について説明する。   Next, the joining process between metal structures will be described.

金属構造物間の接合方法の工程は、図3に示された工程と同じであるので、図3を参照して、金属構造物間の接合工程について説明する。   Since the process of the joining method between metal structures is the same as the process shown by FIG. 3, the joining process between metal structures is demonstrated with reference to FIG.

まず、中間構造物70を、タービンロータ構造物10とタービンロータ構造物20との間に設置し、中間構造物70、タービンロータ構造物10およびタービンロータ構造物20を同軸上に保持する(構造物保持工程(ステップS30))。   First, the intermediate structure 70 is installed between the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20, and the intermediate structure 70, the turbine rotor structure 10, and the turbine rotor structure 20 are held coaxially (structure). Object holding step (step S30)).

タービンロータ構造物10の、接合部11とは異なる側の他端部は、固定部材(図示しない)によってチャッキングされ、タービンロータ構造物10は、回転しないように固定されている。また、タービンロータ構造物20の、接合部21とは異なる側の他端部は、固定部材(図示しない)によってチャッキングされ、タービンロータ構造物20は、回転しないように固定されている。また、前述したように、中間構造物70は、回転可能なクランプ治具80に保持されている。   The other end of the turbine rotor structure 10 on the side different from the joint portion 11 is chucked by a fixing member (not shown), and the turbine rotor structure 10 is fixed so as not to rotate. The other end of the turbine rotor structure 20 on the side different from the joint 21 is chucked by a fixing member (not shown), and the turbine rotor structure 20 is fixed so as not to rotate. Further, as described above, the intermediate structure 70 is held by the rotatable clamp jig 80.

続いて、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21を非接触で加熱する(加熱工程(ステップS31))。   Subsequently, the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 are heated in a non-contact manner (heating step (step S31)).

ここで、タービンロータ構造物10およびタービンロータ構造物20が同じ材料で構成されている場合には、加熱手段15、25によって同じ条件で加熱される。この場合、中間構造物70も、タービンロータ構造物10、20と同じ材料で構成される。そのため、加熱手段15、25をタービンロータ構造物10、20の接合部11、21の周囲に設ける代わりに、中間構造物70の接合部71、72の周囲に設けてもよい。   Here, when the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are made of the same material, they are heated by the heating means 15 and 25 under the same conditions. In this case, the intermediate structure 70 is also made of the same material as the turbine rotor structures 10 and 20. Therefore, instead of providing the heating means 15 and 25 around the joints 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20, the heating means 15 and 25 may be provided around the joints 71 and 72 of the intermediate structure 70.

一方、タービンロータ構造物10およびタービンロータ構造物20が異種材料で構成され、例えば、タービンロータ構造物10を構成する材料の方が融点が高い場合には、中間構造物70は、タービンロータ構造物10と同じか、または同等の金属材料で構成される。そのため、加熱手段25は、中間構造物70の接合部72の周囲に設けられることが好ましい。なお、図11には、タービンロータ構造物10およびタービンロータ構造物20が同じ材料で構成されている場合の加熱手段15、25の配置位置を示している。   On the other hand, when the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are made of different materials, for example, when the material constituting the turbine rotor structure 10 has a higher melting point, the intermediate structure 70 has the turbine rotor structure. The metal material is the same as or equivalent to the object 10. Therefore, the heating unit 25 is preferably provided around the joint portion 72 of the intermediate structure 70. In addition, in FIG. 11, the arrangement | positioning position of the heating means 15 and 25 in case the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are comprised with the same material is shown.

また、タービンロータ構造物10、20や中間構造物70の材料、タービンロータ構造物10、20や中間構造物70の形状(接合端面13、23、74、75の面積、タービンロータ構造物10、20や中間構造物70の寸法など)、中間構造物70を回転する速度、接合する際の、タービンロータ構造物10と中間構造物70およびタービンロータ構造物20と中間構造物70の押し付け圧力などに基づいて、予め数値計算などによって、例えば、加熱手段15、25への入力(加熱手段15、25が高周波誘導加熱用のコイルで構成される場合にはコイルに流す高周波電流)と接合部11、21、71、72の温度との関係など算出しておく。そして、その算出されたデータベースに基づいて、加熱手段15、25への入力や加熱時間などを設定して、加熱手段15、25が周囲に設けられた接合部を所定の温度まで加熱する。ここで、所定の温度とは、適正な摩擦圧接接合を行うために、摩擦熱だけでは不十分な熱量を供給可能な温度である。   Further, the material of the turbine rotor structures 10 and 20 and the intermediate structure 70, the shape of the turbine rotor structures 10 and 20 and the intermediate structure 70 (the area of the joining end faces 13, 23, 74, and 75, the turbine rotor structure 10, 20 and the dimensions of the intermediate structure 70), the rotation speed of the intermediate structure 70, the pressing pressure of the turbine rotor structure 10 and the intermediate structure 70, and the turbine rotor structure 20 and the intermediate structure 70 at the time of joining, etc. Based on the above, by numerical calculation in advance, for example, the input to the heating means 15 and 25 (if the heating means 15 and 25 are coils for high frequency induction heating) and the joint 11 , 21, 71, 72 and the relationship with the temperature. Then, based on the calculated database, the input to the heating means 15 and 25, the heating time, and the like are set, and the heating means 15 and 25 heat the joint provided around to a predetermined temperature. Here, the predetermined temperature is a temperature at which a sufficient amount of heat can be supplied only by frictional heat in order to perform appropriate friction welding.

なお、加熱手段15、25に、制御部および上記データベースを記憶する記憶部を備え、制御部が、記憶部に記憶されたデータベースに基づいて、加熱手段15、25への入力や加熱時間などの設定および制御をするように構成してもよい。   The heating means 15 and 25 are provided with a control unit and a storage unit for storing the database. The control unit is configured to input the heating means 15 and 25, the heating time, and the like based on the database stored in the storage unit. You may comprise so that it may set and control.

続いて、加熱された接合部11、21が、上記した所定の温度に達した後、タービンロータ構造物10の接合部11の接合端面13と中間構造物70の接合部71の接合端面74、およびタービンロータ構造物20の接合部21の接合端面23と中間構造物70の接合部72の接合端面75を突き合わせる。そして、軸方向の加圧を加えながら、動力源81を駆動し、中間構造物70を回転させて、タービンロータ構造物10と中間構造物70、およびタービンロータ構造物20と中間構造物70を摩擦圧接によって接合する(接合工程(ステップS32))。   Subsequently, after the heated joints 11 and 21 reach the above-described predetermined temperature, the joint end surface 13 of the joint 11 of the turbine rotor structure 10 and the joint end surface 74 of the joint 71 of the intermediate structure 70, The joint end surface 23 of the joint 21 of the turbine rotor structure 20 and the joint end surface 75 of the joint 72 of the intermediate structure 70 are abutted. Then, while applying axial pressure, the power source 81 is driven to rotate the intermediate structure 70, and the turbine rotor structure 10 and the intermediate structure 70, and the turbine rotor structure 20 and the intermediate structure 70 are rotated. Joining by friction welding (joining process (step S32)).

ここで、前述した実施の形態と同様に、不活性ガス槽50を備え、摩擦圧接を不活性ガス雰囲気において行うことが好ましい。このように、不活性ガス雰囲気において接合することで、接合中における接合部11、21、71、72の酸化を防止することができる。   Here, similarly to the above-described embodiment, it is preferable to provide the inert gas tank 50 and perform friction welding in an inert gas atmosphere. Thus, by joining in an inert gas atmosphere, oxidation of the joints 11, 21, 71, 72 during joining can be prevented.

第5の実施の形態の金属構造物間の接合方法によれば、大型の構造体であるタービンロータ構造物10、20を回転させずに、小型の構造体である中間構造物70を回転させて摩擦圧接を行うことで、施工上の安定性を向上させ、動力源81の回転トルクを小さく抑えることができる。また、タービンロータ構造物10、20が長大な場合においても、良好な摩擦圧接接合を行うことができる。   According to the joining method between the metal structures of the fifth embodiment, the intermediate structure 70 which is a small structure is rotated without rotating the turbine rotor structures 10 and 20 which are large structures. By performing the friction welding, the stability in construction can be improved and the rotational torque of the power source 81 can be kept small. In addition, even when the turbine rotor structures 10 and 20 are long, good friction welding can be performed.

なお、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21の接合端面13、23、中間構造物70の接合部71、72の接合端面74、75の構成は、上記した構成に限られるものではない。例えば、タービンロータ構造物10およびタービンロータ構造物20が異種材料で構成され、中間構造物70が、融点が高いタービンロータ構造物10と同じか、または同等の金属材料で構成される場合には、中間構造物70の接合部72の外側面を、第2の実施の形態で示したように、傾斜面で構成してもよい。   The configurations of the joint end surfaces 13 and 23 of the joint portions 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 and the joint end surfaces 74 and 75 of the joint portions 71 and 72 of the intermediate structure 70 are not limited to the above-described configurations. Absent. For example, when the turbine rotor structure 10 and the turbine rotor structure 20 are made of different materials, and the intermediate structure 70 is made of the same or equivalent metal material as the turbine rotor structure 10 having a high melting point. In addition, as shown in the second embodiment, the outer surface of the joint portion 72 of the intermediate structure 70 may be an inclined surface.

また、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21の接合端面13、23、中間構造物70の接合部71、72の接合端面74、75を、第3の実施の形態で示した接合端面の形状にしてもよい。この場合、タービンロータ構造物10および中間構造物70の接合部11、71の接合端面13、74のうち、例えば、タービンロータ構造物10の接合部11の接合端面13と、自由縁14とのなす角γが、中間構造物70の接合部71の接合端面74と、自由縁76とのなす角δよりも大きく構成される。さらに、タービンロータ構造物20および中間構造物70の接合部21、72の接合端面23、75のうち、例えば、タービンロータ構造物20の接合部21の接合端面23と、自由縁24とのなす角εが、中間構造物70の接合部72の接合端面75と、自由縁76とのなす角ζよりも大きく構成される。そして、角γ、角δ、角εおよび角ζは90度以上である。なお、角δを角γよりも大きく構成してもよい。また、角ζを角εよりも大きく構成してもよい。   Further, the joining end faces 13 and 23 of the joining parts 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 and the joining end faces 74 and 75 of the joining parts 71 and 72 of the intermediate structure 70 are shown in the third embodiment. You may make it the shape of an end surface. In this case, of the joint end surfaces 13 and 74 of the joint portions 11 and 71 of the turbine rotor structure 10 and the intermediate structure 70, for example, the joint end surface 13 of the joint portion 11 of the turbine rotor structure 10 and the free edge 14 An angle γ formed is configured to be larger than an angle δ formed between the joint end surface 74 of the joint portion 71 of the intermediate structure 70 and the free edge 76. Further, of the joint end surfaces 23 and 75 of the joint portions 21 and 72 of the turbine rotor structure 20 and the intermediate structure 70, for example, the joint end surface 23 of the joint portion 21 of the turbine rotor structure 20 and the free edge 24 are formed. The angle ε is configured to be larger than the angle ζ formed by the joint end surface 75 of the joint portion 72 of the intermediate structure 70 and the free edge 76. The angles γ, δ, ε, and ζ are 90 degrees or more. Note that the angle δ may be configured to be larger than the angle γ. Further, the angle ζ may be configured to be larger than the angle ε.

このように接合端面を構成することで、タービンロータ構造物10の接合端面13と中間構造物70の接合端面74との間、およびタービンロータ構造物20の接合端面23と中間構造物70の接合端面75との間に、外径側に向かって軸方向の幅が広がる隙間を周方向に形成することができる。これにより、接合端面13、23、74、75の外径側と内径側の温度差から生ずる線膨張差を吸収することができ、接合初期過程において、接合端面13、23、74、75の押し付け圧力を均一にすることができる。   By configuring the joint end face in this manner, the joint end face 13 of the turbine rotor structure 10 and the joint end face 74 of the intermediate structure 70 and the joint end face 23 of the turbine rotor structure 20 and the intermediate structure 70 are joined. A gap can be formed between the end surface 75 and the end surface 75 in the circumferential direction in which the axial width increases toward the outer diameter side. Thereby, the linear expansion difference resulting from the temperature difference between the outer diameter side and the inner diameter side of the joining end faces 13, 23, 74, 75 can be absorbed, and the joining end faces 13, 23, 74, 75 are pressed in the initial joining process. The pressure can be made uniform.

さらに、第4の実施の形態の冷却ガス噴出手段60を備え、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21および中間構造物70の接合部71、72の外周面に冷却ガスを噴出して、タービンロータ構造物10、20の接合部11、21および中間構造物70の接合部71、72の温度調整を行ってもよい。   Furthermore, the cooling gas injection means 60 of 4th Embodiment is provided, and a cooling gas is injected to the outer peripheral surface of the junction parts 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20, and the junction parts 71 and 72 of the intermediate structure 70. Thus, the temperature of the joints 11 and 21 of the turbine rotor structures 10 and 20 and the joints 71 and 72 of the intermediate structure 70 may be adjusted.

上記実施の形態では、タービンロータ構造物を例示して、本発明に係る実施の形態の金属構造物間の接合方法を説明したが、発明に係る実施の形態の金属構造物間の接合方法は、例えば、大口径の高温高圧配管などにも適用できる。そして、上記した同様の作用効果を得ることができる。   In the said embodiment, although the turbine rotor structure was illustrated and the joining method between the metal structures of embodiment which concerns on this invention was demonstrated, the joining method between the metal structures of embodiment which concerns on this invention is For example, the present invention can be applied to a large-diameter high-temperature high-pressure pipe. And the same effect as mentioned above can be obtained.

以上説明した実施形態によれば、構造物の接合部の温度を調整することにより、大径の構造物間の良好な摩擦圧接接合を行うことが可能となる。   According to the embodiment described above, it is possible to perform good friction welding between large-diameter structures by adjusting the temperature of the joint portion of the structures.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.

10、20…タービンロータ構造物、11、21、71、72…接合部、12、22、73、74…溝部、13、23、74、75…接合端面、13a…外側面、14、24、76…自由縁、15、25…加熱手段、40、41…軸受、50…不活性ガス槽、60…冷却ガス噴出手段、70…中間構造物、80…クランプ治具、81…動力源。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,20 ... Turbine rotor structure 11, 21, 71, 72 ... Joining part, 12, 22, 73, 74 ... Groove part, 13, 23, 74, 75 ... Joining end surface, 13a ... Outer side surface, 14, 24, 76: Free edge, 15, 25 ... Heating means, 40, 41 ... Bearing, 50 ... Inert gas tank, 60 ... Cooling gas ejection means, 70 ... Intermediate structure, 80 ... Clamp jig, 81 ... Power source.

Claims (13)

第1の構造物と第2の構造物とを摩擦圧接によって接合する金属構造物間の接合方法において、
前記第1の構造物および前記第2の構造物を同軸上に保持する工程と、
前記第1の構造物および前記第2の構造物の接合部のうち、少なくともいずれか一方の接合部を非接触加熱する工程と、
加熱された前記接合部が所定の温度に達した後、前記第1の構造物および前記第2の構造物の接合部の接合端面どうしを突き合わせ、軸方向に加圧しながら、前記第1の構造物および前記第2の構造物のうちのいずれか一方を回転させて、前記第1の構造物と前記第2の構造物とを摩擦接合する工程と
を具備することを特徴する金属構造物間の接合方法。
In the joining method between metal structures for joining the first structure and the second structure by friction welding,
Holding the first structure and the second structure coaxially;
Non-contact heating of at least one of the first structure and the joint of the second structure; and
After the heated joint has reached a predetermined temperature, the first structure and the second structure are joined to each other at the joint end surfaces of the joint and the first structure is pressed while being pressed in the axial direction. And a step of frictionally joining the first structure and the second structure by rotating any one of the object and the second structure between the metal structures Joining method.
前記接合部は、高周波誘導加熱によって加熱され、前記高周波誘導加熱を行うためのコイルが、加熱される前記接合部の周囲に、前記接合部の外側面と所定の間隔をあけて配置されていることを特徴する請求項1記載の金属構造物間の接合方法。   The joint is heated by high-frequency induction heating, and a coil for performing the high-frequency induction heating is disposed around the joint to be heated with a predetermined interval from the outer surface of the joint. The method for joining metal structures according to claim 1, wherein: 前記コイルが、加熱される前記接合部の周方向に複数配置され、前記接合部の外側面と所定の間隔を維持しながら前記接合部の外側面に沿って移動可能に設けられていることを特徴する請求項2記載の金属構造物間の接合方法。   A plurality of the coils are arranged in the circumferential direction of the joint to be heated, and are provided so as to be movable along the outer surface of the joint while maintaining a predetermined distance from the outer surface of the joint. The method for joining metal structures according to claim 2, wherein the metal structures are joined together. 前記摩擦圧接を行う際、前記第1の構造物の接合部と前記第2の構造物の接合部とが、不活性ガス雰囲気において接合されることを特徴する請求項1乃至3のいずれか1項記載の金属構造物間の接合方法。   4. When performing the friction welding, the joint portion of the first structure and the joint portion of the second structure are joined in an inert gas atmosphere. The joining method between the metal structures of description. 前記第1の構造物および前記第2の構造物の接合部の接合端面のうち、いずれか一方の接合部の接合端面と、自由縁とのなす角αが、他方の接合部の接合端面と、自由縁とのなす角βよりも大きく、かつ角αおよび角βが90度以上であることを特徴する請求項1乃至4のいずれか1項記載の金属構造物間の接合方法。   Of the joint end surfaces of the joint portions of the first structure and the second structure, an angle α formed by the joint end surface of one of the joint portions and the free edge is the joint end surface of the other joint portion. 5. The method for joining metal structures according to claim 1, wherein the angle α is larger than an angle β formed with a free edge, and the angles α and β are 90 degrees or more. 前記第1の構造物と前記第2の構造物とが異種材料で構成された場合、前記第1の構造物および前記第2の構造物のうち、融点の高い材料で構成された構造物の接合部の外側面が、先端に行くに伴って、自由縁側から中心側に向かって徐々に傾斜する傾斜面で構成されていることを特徴する請求項1乃至4のいずれか1項記載の金属構造物間の接合方法。   When the first structure and the second structure are made of different materials, the structure made of a material having a high melting point out of the first structure and the second structure. 5. The metal according to claim 1, wherein the outer surface of the joint portion is formed of an inclined surface that gradually inclines from the free edge side toward the center side as it goes to the tip. Bonding method between structures. 接合する工程において、前記第1の構造物および前記第2の構造物の外周面に冷却ガスを噴出して、前記第1の構造物および前記第2の構造物の接合部の温度調整を行うことを特徴する請求項1乃至5のいずれか1項記載の金属構造物間の接合方法。   In the joining step, a cooling gas is jetted onto the outer peripheral surfaces of the first structure and the second structure to adjust the temperature of the joint portion between the first structure and the second structure. The method for joining metal structures according to any one of claims 1 to 5, characterized in that: 回転可能に構成された中間構造物を、第1の構造物と第2の構造物との間に設置し、前記中間構造物、前記第1の構造物および前記第2の構造物を同軸上に保持する工程と、
前記中間構造物、前記第1の構造物および前記第2の構造物の接合部のうち、少なくともいずれか1つの接合部を非接触加熱する工程と、
加熱された前記接合部が所定の温度に達した後、前記第1の構造物の接合部の接合端面を軸方向の一方の側から、前記第2の構造物の接合部の接合端面を軸方向の他方の側から、前記中間構造物の接合端面に突き合わせ、軸方向に加圧しながら、前記中間構造物を回転させて、前記第1の構造物および前記第2の構造物をそれぞれ前記中間構造物に摩擦接合する工程と
を具備することを特徴する金属構造物間の接合方法。
An intermediate structure configured to be rotatable is installed between the first structure and the second structure, and the intermediate structure, the first structure, and the second structure are coaxially arranged. A step of holding
Non-contact heating of at least any one of the intermediate structure, the first structure, and the second structure joint; and
After the heated joint portion reaches a predetermined temperature, the joint end surface of the joint portion of the first structure is pivoted from one side in the axial direction to the joint end surface of the second structure. From the other side of the direction, the intermediate structure is abutted against the joint end surface of the intermediate structure, and the intermediate structure is rotated while being pressed in the axial direction, so that the first structure and the second structure are respectively in the middle And a method of joining metal structures, characterized by comprising the step of friction joining to structures.
前記接合部は、高周波誘導加熱によって加熱され、前記高周波誘導加熱を行うためのコイルが、加熱される前記接合部の周囲に、前記接合部の外側面と所定の間隔をあけて配置されていることを特徴する請求項8記載の金属構造物間の接合方法。   The joint is heated by high-frequency induction heating, and a coil for performing the high-frequency induction heating is disposed around the joint to be heated with a predetermined interval from the outer surface of the joint. The method for joining metal structures according to claim 8, wherein: 前記コイルが、加熱される前記接合部の周方向に複数配置され、前記接合部の外側面と所定の間隔を維持しながら前記接合部の外側面に沿って移動可能に設けられていることを特徴する請求項9記載の金属構造物間の接合方法。   A plurality of the coils are arranged in the circumferential direction of the joint to be heated, and are provided so as to be movable along the outer surface of the joint while maintaining a predetermined distance from the outer surface of the joint. The joining method between the metal structures of Claim 9 characterized by the above-mentioned. 前記摩擦圧接を行う際、前記第1の構造物の接合部と前記中間構造物の接合部、および前記第2の構造物の接合部と前記中間構造物の接合部が、不活性ガス雰囲気において接合されることを特徴する請求項8乃至10のいずれか1項記載の金属構造物間の接合方法。   When performing the friction welding, the joint portion of the first structure and the joint portion of the intermediate structure, and the joint portion of the second structure and the joint portion of the intermediate structure are in an inert gas atmosphere. The method for joining metal structures according to any one of claims 8 to 10, wherein joining is performed. 前記第1の構造物および前記中間構造物の接合部の接合端面のうち、いずれか一方の接合部の接合端面と、自由縁とのなす角γが、他方の接合部の接合端面と、自由縁とのなす角δよりも大きく、かつ前記第2の構造物および前記中間構造物の接合部の接合端面のうち、いずれか一方の接合部の接合端面と、自由縁とのなす角εが、他方の接合部の接合端面と、自由縁とのなす角ζよりも大きく、かつ角γ、角δ、角εおよび角ζが90度以上であることを特徴する請求項8乃至11のいずれか1項記載の金属構造物間の接合方法。   The angle γ formed by the joint end surface of one of the joint portions and the free edge of the joint end surfaces of the joint portion of the first structure and the intermediate structure is free from the joint end surface of the other joint portion. An angle ε formed by a free edge and an angle δ formed by an edge and larger than an angle δ formed by the edge and formed by a joint end surface of any one of the joint ends of the second structure and the intermediate structure. The angle γ formed by the joint end surface of the other joint and the free edge is larger, and the angles γ, δ, ε, and ζ are 90 degrees or more. A method for joining metal structures according to claim 1. 接合する工程において、前記第1の構造物、前記第2の構造物および前記中間構造物の外周面に冷却ガスを噴出して、前記第1の構造物、前記第2の構造物および前記中間構造物の接合部の温度調整を行うことを特徴する請求項8乃至12のいずれか1項記載の金属構造物間の接合方法。   In the joining step, a cooling gas is jetted to the outer peripheral surfaces of the first structure, the second structure, and the intermediate structure, and the first structure, the second structure, and the intermediate The method for joining metal structures according to any one of claims 8 to 12, wherein the temperature of the joint portion of the structure is adjusted.
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