JP2015217396A - Method for frictional pressure-welding of metallic hollow member and member for power generation facility - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、金属中空部材の摩擦圧接方法および発電設備用部材に関する。 Embodiments described herein relate generally to a friction welding method for a metal hollow member and a member for power generation equipment.
従来、大型の金属構造物である発電設備用の配管や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。しかしながら、溶接接合においては、施工に時間がかかることや、熟練した溶接士が必要である。また、溶融プロセスを経る溶接では、接合する材料の組み合わせによっては、継手強度の低下が生じたり、接合そのものができないこともある。 Conventionally, pipes for power generation facilities and turbine rotor structures, which are large metal structures, are joined mainly by arc welding. However, in welding joining, construction takes time and a skilled welder is required. Further, in welding that undergoes a melting process, depending on the combination of materials to be joined, joint strength may be reduced, or joining itself may not be possible.
このような溶接接合以外に、金属材料の接合手法の一つとして摩擦圧接がある。摩擦圧接では、例えば一対の円筒管を同軸上に配置し、片側を回転させながらもう片側を押付けることによって生じる摩擦熱により接合部を加熱し、接合する。この際、接合部では、円筒管の内側と外側に押し出された材料がバリとして排出される。 In addition to such welding, there is friction welding as one of the joining methods of metal materials. In friction welding, for example, a pair of cylindrical tubes are arranged on the same axis, and the joint is heated and joined by frictional heat generated by pressing the other side while rotating one side. At this time, the material extruded to the inside and outside of the cylindrical tube is discharged as burrs at the joint.
従来の金属中空構造物の摩擦圧接方法については、疲労破壊の起点となるバリ隅部のエッジの発生を抑制することで、接合部の信頼性の向上を図った摩擦圧接方法が開示されている。また、外部からの非接触加熱などを適用することで、タービンロータ構造物などの大型の構造物を接合する接合方法が開示されている。 As for the conventional friction welding method for metal hollow structures, a friction welding method for improving the reliability of the joint is disclosed by suppressing the occurrence of the edge of the burr corner that becomes the starting point of fatigue fracture. . Moreover, the joining method which joins large sized structures, such as a turbine rotor structure, by applying the non-contact heating from the outside etc. is disclosed.
上記したように、従来の摩擦圧接法において金属中空構造物を接合する場合、接合部の内径側と外径側に、本来不必要なバリが生じる。内径側に発生するバリ(以下、内バリと称する。)については、外径側のバリ(以下、外バリと称する。)に比べ、切削が困難である。そして、内バリは、構造上除去できないことが多い。 As described above, when the metal hollow structure is joined by the conventional friction welding method, inherently unnecessary burrs are generated on the inner diameter side and the outer diameter side of the joint portion. A burr generated on the inner diameter side (hereinafter referred to as an inner burr) is more difficult to cut than a burr on the outer diameter side (hereinafter referred to as an outer burr). In many cases, the internal burr cannot be removed due to the structure.
また、内バリは、応力集中部として破壊の起点となったり、金属中空構造物内を流れる流体の抵抗になることがある。このようなことから、摩擦圧接の適用範囲が限られていた。 In addition, the inner burr may become a starting point of fracture as a stress concentration part or may be a resistance of a fluid flowing in the metal hollow structure. For this reason, the application range of friction welding has been limited.
本発明が解決しようとする課題は、内バリの発生を抑制することができる金属中空部材の摩擦圧接方法および発電設備用部材を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a friction welding method for a metal hollow member and a member for power generation equipment that can suppress the occurrence of internal burrs.
実施形態の金属中空部材の摩擦圧接方法では、第1の金属中空部材と第2の金属中空部材とを摩擦圧接によって接合する。この摩擦圧接方法は、前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材の少なくとも一方の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部を形成する工程と、前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材を同軸上に保持する工程と、前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材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の金属中空部材または前記第2の金属中空部材を回転させて摩擦接合する工程とを備える。 In the friction welding method of the metal hollow member of the embodiment, the first metal hollow member and the second metal hollow member are joined by friction welding. The friction welding method includes a step of forming a notch portion in the circumferential direction on the inner periphery of at least one of the first metal hollow member and the second metal hollow member on the joining end side, and The step of holding the metal hollow member and the second metal hollow member on the same axis, the joining end faces of the first metal hollow member and the second metal hollow member are butted together and pressed in the axial direction, And rotating and friction-joining the first metal hollow member or the second metal hollow member.
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、第1の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管10、20の、中心軸を含む断面を示す図である。図2は、図1のX部の拡大図である。図1および図2には、配管10、20が同軸上に保持された状態が示されている。図3は、第1の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合された配管10、20の、中心軸を含む断面を示す図である。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 showing a cross section including a central axis of
ここでは、金属中空部材として配管10、20を例示して説明する。なお、配管10は、第1の金属中空部材として、配管20は、第2の金属中空部材として機能する。
Here, the
まず、摩擦圧接される配管10、20の構成について説明する。
First, the configuration of the
配管10、20は、例えば、円筒形の金属材料で構成される。配管10、20の外径は、特に限定されるものではないが、例えば、30mm〜500mm程度のものが例示できる。配管10、20の中央には、例えば、軸方向に貫通する中空部10a、20aが形成されている。金属材料としては、例えば、炭素鋼、耐熱鋼、ステンレス鋼、Ni基合金などが使用される。また、配管10と配管20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
図1および図2に示すように、配管10、20の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部11、21が形成されている。切欠き部11、21の切欠き面11a、21aは、接合端面12、22から配管10、20の軸方向に行くに伴って中心軸側に直線状に傾斜している。すなわち、切欠き部11、21は、接合端面12、22から配管10、20の軸方向に行くに伴って断面積が減少する環状の空間である。換言すると、切欠き部11、21は、中空部10a、20aの部分が抜けた円錐台状の空間である。なお、接合端面12、22は、例えば、軸方向に対して垂直な平面で構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2,
図1に示すように、例えば、配管10、20の双方に切欠き部11、21が形成される場合、配管10、20の中心軸を含む軸方向断面において、配管10における一つの切欠き部11の面積A1と配管20における一つの切欠き部21の面積A2とを合計した面積Aが、次の式(1)の関係を満たすことが好ましい。
1/6×L×T ≦ A ≦ 1/2×L×T …式(1)
As shown in FIG. 1, for example, when the
1/6 × L × T ≦ A ≦ 1/2 × L × T (1)
ここで、図1および図3に示すように、配管10、20の長さは、摩擦圧接前後で変化する。式(1)におけるLは、摩擦圧接前における、配管10と配管20の軸方向の長さの合計(L1+L2)から、摩擦圧接後における配管10と配管20とからなる接合体の軸方向の長さL3を減じた長さ(L1+L2−L3)である。すなわち、Lは、配管10と配管20において摩擦圧接によって減少した軸方向の長さである。Tは、配管10および配管20の肉厚である。なお、配管10の肉厚と配管20の肉厚とは等しい。
Here, as shown in FIGS. 1 and 3, the lengths of the
なお、図1には、面積A1と面積A2が等しい構成を例示している。例えば、配管10と配管20とが同じ材料で構成される場合、それぞれから出る内バリの量は、ほぼ同じである。そのため、面積A1と面積A2が等しい構成は、例えば、配管10と配管20とが同じ材料で構成されるときに好適である。
FIG. 1 illustrates a configuration in which the area A1 is equal to the area A2. For example, when the
配管10と配管20とを摩擦圧接した際、配管10、20の接合部の内周側にはみ出す内バリを抑制するためには、十分な大きさの切欠き部11、21を形成する必要がある。しかしながら、切欠き部11、21が大き過ぎる(切欠き部11、21の空間が広過ぎる)と、切欠き部11、21を埋める内バリが相対的に小さくなり、摩擦圧接後も接合部30の近傍に切欠き部11、21による大きな空間が残存する。これによって、応力集中部の形成や接合部30の近傍の肉厚不足などの問題が生じる。一方、切欠き部11、21が小さ過ぎる(切欠き部11、21の空間が狭過ぎる)と、切欠き部11、21に収容可能な内バリの量が制限される。そのため、接合部30の内周側にはみ出す内バリを抑制することができない。
When the
そのため、切欠き部11、21の大きさは、バリの発生量を考慮した適切な大きさにする必要がある。そこで、面積Aを「1/6×L×T」以上とすることで、内バリを確実に切欠き部11、21に収容することができる。また、面積Aを「1/2×L×T」以下とすることで、切欠き部11、21による接合部30の近傍の大きな空間の残存を防止し、応力集中部の形成や接合部30の近傍の肉厚不足などが防止される。
Therefore, the size of the
なお、切欠き部11、21の具体的な形状は、例えば、予め摩擦圧接する配管と相似形状の小型のモデルによる予備試験や数値計算などの結果に基づいて、設定されることが好ましい。
In addition, it is preferable that the specific shape of the
また、接合端面12、22の厚さHは、次の式(2)の関係を満たすことが好ましい。
1/5×T ≦ H ≦ 4/5×T …式(2)
Moreover, it is preferable that the thickness H of the joining end surfaces 12 and 22 satisfy | fill the relationship of following Formula (2).
1/5 × T ≦ H ≦ 4/5 × T (2)
なお、Tは前述したように、配管10および配管20の肉厚である。Hを「1/5×T」以上とすることで、適切な接合端面12、22を確保することができる。Hを「4/5×T」以下とすることで、内バリを収容する切欠き部11、21を、接合部30の近傍の適正な範囲に形成することができる。
Note that T is the thickness of the
次に、金属中空部材の摩擦圧接方法の工程について説明する。 Next, the process of the friction welding method of a metal hollow member is demonstrated.
図4は、第1の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。図5は、第1の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための、配管10、20が保持された状態の側面図である。図6は、第1の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための、配管10、20の、中心軸を含む断面を示す図である。
FIG. 4 is a flowchart for explaining a process of the friction welding method of the metal hollow member according to the first embodiment. FIG. 5 is a side view of the state in which the
まず、配管10、20の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部11、21を形成する(切欠き部形成工程:ステップS1)。切欠き部11、21は、軸受などに回転可能に支持された状態で、配管10、20の接合端部側の内周を、例えば、旋盤加工機などを用いて切削することで形成される。なお、形成される切欠き部11、21の構成は、前述したとおりである。
First, the
続いて、配管10および配管20を同軸上に保持する(配管保持工程:ステップS2)。配管10の接合端面12側とは異なる側の他端部は、例えば、固定部材(図示しない)によってチャッキングされ、配管10は、回転しないように固定されている。一方、配管20の接合端面22側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、配管20は、回転可能に固定されている。
Subsequently, the
ここで、図5に示すように、配管10は、軸受40に支持されることが好ましい。また、配管20も、軸受41に支持されることが好ましい。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、回転する配管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、静止側の配管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。また、軸受40、41を備えることで、配管10および配管20を、確実に同軸上に保持して、摩擦圧接を行うことができる。
Here, as shown in FIG. 5, the
続いて、配管10の接合端面12と、配管20の接合端面22とを突き合わせる。そして、図6に示すように、軸方向の加圧を加えながら、配管20を回転させて、配管10と配管20とを摩擦圧接によって接合する(摩擦圧接工程:ステップS3)。摩擦圧接の際、図3に示すように、内バリは、切欠き部11、21に収容される。そのため、接合部30の内側からの内バリのはみ出しは抑制される。なお、ここでは、配管20を回転させて摩擦圧接を行う一例を示したが、配管20を固定し、配管10を回転させてもよい。
Subsequently, the
摩擦圧接後には、図3に示す接合体が得られる。なお、図3には示していないが、摩擦圧接後には、外バリが発生することがある。この外バリは、例えば、グラインダーなどによって周囲から容易に除去することができる。 After the friction welding, the joined body shown in FIG. 3 is obtained. Although not shown in FIG. 3, an external burr may occur after friction welding. This outer burr can be easily removed from the surroundings by, for example, a grinder.
なお、摩擦圧接工程において、摩擦圧接を、例えば、不活性ガス雰囲気下において行ってもよい。これによって、接合中における接合部30の酸化を防止することができる。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。
In the friction welding process, the friction welding may be performed, for example, in an inert gas atmosphere. Thereby, the oxidation of the
ここで、配管10、20としては、例えば、蒸気タービン設備に使用される配管などが挙げられる。配管10、20として、具体的には、主蒸気管、再熱蒸気管、抽気管、クロスオーバ管などを構成する配管が挙げられる。また、金属中空部材として配管以外にも、例えば、タービンロータを構成するタービンロータ構造物などが挙げられる。これらの金属中空部材は、発電設備用部材として機能する。
Here, examples of the
上記したように、第1の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によれば、配管10、20の接合端部側の内周に切欠き部11、21を備えることで、接合部30の内側からの内バリのはみ出しを抑制することができる。これによって、接合部30の信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the friction welding method of the metal hollow member according to the first embodiment, the
ここで、切欠き部11、21の構成は、前述した構成に限られるものではない。図7〜図10は、第1の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって摩擦圧接される配管10、20の他の構成の切欠き部11、21を示す、図1のX部に相当する拡大図である。
Here, the structure of the
図7に示すように、この断面において、切欠き部11、21の切欠き面11a、21aは、接合端面12、22から配管10、20の軸方向に行くに伴って中心軸側に傾斜する2つの直線で構成されてもよい。すなわち、切欠き部11、21は、接合端面12、22から配管10、20の軸方向に行くに伴って断面積が減少する、傾斜角の異なる2つの環状の空間で構成される。図7に示された断面において、切欠き部11の面積は、切欠き部21の面積と等しい。
As shown in FIG. 7, in this cross section, the notched surfaces 11 a and 21 a of the notched
なお、ここでは、図7に示された断面において、切欠き面11a、21aが2つの直線で構成される一例を示したが、3つ以上の直線で構成されてもよい。さらには、切欠き面11a、21aが外側に凸状の曲面や内側に凸状の曲面などで構成されてもよい。
Here, in the cross section shown in FIG. 7, an example in which the cut-out
また、図8に示すように、切欠き部11、21を、円柱の中央が抜けた環状の空間で構成してもよい。すなわち、切欠き部11、21を、中空部10a、20aの部分が抜けた円柱状の空間で構成してもよい。
Moreover, as shown in FIG. 8, you may comprise the
上記した図7および図8に示した切欠き部11、21においても、前述した式(1)および式(2)で示した関係が成立する。
Also in the
さらに、図9に示すように、切欠き部11の形状と切欠き部21の形状とが異なるように構成してもよい。この場合、図9に示す断面において、切欠き部11の面積A1は、切欠き部21の面積A2と異なる。ここでは、切欠き部11、21が中空部10a、20aの部分が抜けた円錐台状の空間となる一例を示しているが、図7〜図8に示した構成にも適用できる。
Furthermore, as shown in FIG. 9, the shape of the
このように切欠き部11の形状と切欠き部21の形状とが異なる構成は、例えば、配管10と配管20とが異材で構成されるときに好適である。例えば、切欠き部11の面積A1が切欠き部21の面積A2よりも大きい場合、配管10は、例えば、配管20よりも軟化温度の低い材料で構成されることが好ましい。このように、図9に示す構成は、例えば、配管10と配管20とが軟化挙動の異なる材料組み合わせに好適である。
The configuration in which the shape of the
図9に示した切欠き部11、21においても、前述した式(1)の関係を満たす。なお、この場合には、面積A1と面積A2とは異なる。図9に示す、配管10の接合端面12の厚さH1、および配管20の接合端面22の厚さH2は、それぞれ、前述した式(2)の関係を満たす。なお、配管10の肉厚Tと配管20の肉厚Tは等しい。
The
また、図10に示すように、配管10または配管20の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部を形成してもよい。なお、図10においては、配管10に切欠き部11を備えた一例を示している。切欠き部11は、図2に示した切欠き部11と同様に、接合端面12から配管10の軸方向に行くに伴って断面積が減少する環状の空間である。一方、配管20の接合端面22は、配管20の肉厚Tに亘って軸方向に対して垂直な平面で構成されている。なお、切欠き部11の形状は、図7または図8に示した形状であってもよい。
Moreover, as shown in FIG. 10, you may form a notch part over the circumferential direction in the inner periphery by the side of the joining end part of the piping 10 or the
このように配管10にのみ切欠き部11を備えた構成の場合おいても、前述した式(1)の関係を満たす。なお、この場合、配管20の面積A2は、「0」となる。また、切欠き部11を有する配管10における配管10の接合端面12の厚さH1においては、前述した式(2)の関係を満たす。なお、ここでは、配管10のみに切欠き部11を備えた一例を示しているが、配管20のみに切欠き部を備えてもよい。
Thus, even in the case of the configuration in which the
上記した図7〜図10に示した配管10、20を摩擦圧接する場合においても、前述した金属中空部材の摩擦圧接方法の工程と同様の工程を経て、配管10と配管20とが摩擦圧接される。そして、配管10、20の接合端部側の内周に切欠き部11、21を備えること、または配管10または配管20の接合端部側の内周に切欠き部を備えることで、接合部30の内側からの内バリのはみ出しを抑制することができる。これによって、接合部30の信頼性を向上させることができる。
Even when the
(第2の実施の形態)
図11は、第2の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管10、20の、中心軸を含む断面を示す図である。図12は、第2の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される一方の配管10の接合端面12を示す斜視図である。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a diagram illustrating a cross section including the central axis of the
なお、第2の実施の形態においても、金属中空部材として配管10、20を例示して説明する。配管10は、第1の金属中空部材として、配管20は、第2の金属中空部材として機能する。
In the second embodiment, the
図11および図12に示すように、配管10、20の接合端面12、22は、配管10、20の肉厚Tに亘って軸方向に対して垂直な平面で構成されている。その接合端面12、22に溝部50、60を備えている。
As shown in FIGS. 11 and 12, the joining end faces 12 and 22 of the
溝部50、60は、例えば、図12に示すように、接合端面12、22を含む端面の中心を中心として放射状に形成された複数の溝51、61で構成されている。すなわち、溝部50、60は、接合端面12、22に周方向に亘って等間隔に形成された複数の溝51、61で構成されている。なお、配管20における接合端面22の溝部60の構成も図12に示す構成と同じである。
For example, as shown in FIG. 12, the
図11に示すように、配管10、20の双方に溝部50、60を備える場合、配管10の接合端面12における溝部50の体積V1と、配管20の接合端面22における溝部60の体積V2とを合計した体積Vが、次の式(3)の関係を満たすことが好ましい。なお、溝部50の体積V1は、溝51の体積を合計したものであり、溝部60の体積V2は、溝61の体積を合計したものである。
1/6×L×S≦V≦1/2×L×S …式(3)
As shown in FIG. 11, when both the
1/6 × L × S ≦ V ≦ 1/2 × L × S (3)
ここで、Sは、配管10および配管20の、溝部50、60を含む接合端面12、22のそれぞれの面積である。すなわち、図11および図12に示した溝部50、60においては、接合端面12の面積と溝部50の底面の面積を合計した面積がSであり、接合端面22の面積と溝部60の底面の面積を合計した面積がSである。なお、Lは前述したとおりである。
Here, S is the area of each of the joining end faces 12 and 22 including the
図11には、体積V1と体積V2が等しい構成を例示している。例えば、配管10と配管20とが同じ材料で構成される場合、それぞれから出るバリの量は、ほぼ同じである。そのため、体積V1と体積V2が等しい構成は、例えば、配管10と配管20とが同じ材料で構成されるときに好適である。
FIG. 11 illustrates a configuration in which the volume V1 and the volume V2 are equal. For example, when the
配管10と配管20とを摩擦圧接した際、配管10、20の接合部30に発生する、内バリや外バリなどのバリを溝部50、60に収容するためには、バリの発生量を考慮した最適な溝部50、60の体積が必要となる。そこで、体積Vを「1/6×L×S」以上とすることで、バリを確実に溝部50、60に収容することができる。また、体積Vを「1/2×L×S」以下とすることで、溝部50、60に生じる空隙を抑制し、接合部30の強度の低下を防止することができる。なお、溝部50、60における溝51、61の幅、深さ、数、形状などは、例えば、予め摩擦圧接する配管と相似形状の小型のモデルによる予備試験や数値計算などの結果に基づいて設定されることが好ましい。
In order to accommodate burrs such as inner burrs and outer burrs generated at the
次に、金属中空部材の摩擦圧接方法の工程について説明する。 Next, the process of the friction welding method of a metal hollow member is demonstrated.
図13は、第2の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。図14は、第2の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合された配管10、20の、中心軸を含む断面を示す図である。
FIG. 13 is a flowchart for explaining the steps of the friction welding method for a hollow metal member according to the second embodiment. FIG. 14 is a view showing a cross section including the central axis of the
まず、配管10、20の接合端面12、22に溝部50、60を形成する(溝部形成工程:ステップS10)。すなわち、接合端面12、22に溝51、61を形成する。溝部50、60は、例えば、軸受などに回転可能に支持された状態で、配管10、20の接合端部側の内周をフライス盤などを用いて切削することで形成される。
First, the
なお、(配管保持工程:ステップS11)および(摩擦圧接工程:ステップS12)は、それぞれ第1の実施の形態における(配管保持工程:ステップS2)および(摩擦圧接工程:ステップS3)と同様である。 (Piping holding process: Step S11) and (Friction welding process: Step S12) are respectively the same as (Piping holding process: Step S2) and (Friction welding process: Step S3) in the first embodiment. .
ここで、摩擦圧接工程において、図14に示すように、バリは、溝51、61に収容される。そのため、接合部30の内側や外側へのバリのはみ出しは抑制される。
Here, in the friction welding process, the burr is accommodated in the
上記したように、第2の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によれば、配管10、20の接合端面12、22に溝部50、60を備えることで、接合部30の内側や外側へのバリのはみ出しを抑制することができる。これによって、接合部30の信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the friction welding method of the metal hollow member of the second embodiment, the
ここで、溝部50、60の構成は、前述した構成に限られるものではない。
Here, the structure of the
図15は、第2の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管10、20の他の構成の接合端面12、22を示す斜視図である。なお、接合端面22の溝部60の構成も、接合端面12の溝部50の構成と同じであるので、図15には、双方の符号を付している。
FIG. 15 is a perspective view showing joining end faces 12 and 22 of other configurations of the
図15に示すように、配管10、20の接合端面12、22に形成される溝部50、60は、リング状の溝52、62である。この溝52、62は、接合端面12、22の外縁と内縁との間に、周方向に亘って形成されている。なお、ここでいう外縁と内縁との間には、外縁と内縁は含まない。そのため、配管10、20の中心軸を含む断面における溝部50、60の形状は、コ字状となる。このような溝部50、60を設けることで、バリは、溝52、62に収容される。そのため、接合部30の内側や外側へのバリのはみ出し量は削減される。図15に示した溝部50、60においても、前述した式(3)の関係を満たす。
As shown in FIG. 15, the
図16は、第2の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される一方の配管10の他の構成の接合端面12を正面から見た平面図である。図17は、第2の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される他方の配管20の他の構成の接合端面22を正面から見た平面図である。
FIG. 16: is the top view which looked at the joining
図16および図17に示すように、溝部50の構成と溝部60の構成は、異なっていてもよい。この場合、溝部50の体積V1と溝部60の体積V2とは異なる。なお、ここでは、溝部50の溝51と溝部60の溝61の形状(溝の幅、深さ、半径方向長さ)は同じである。なお、この異なる溝部50、60の構成は、図15に示した構成にも適用できる。
As shown in FIGS. 16 and 17, the configuration of the
このような溝部50の体積V1と、溝部60の体積V2とが異なる構成は、例えば、配管10と配管20とが異材で構成されるときに好適である。例えば、溝部50の体積V1が溝部60の体積V2よりも大きい場合、配管10は、例えば、配管20よりも軟化温度の低い材料で構成されることが好ましい。図16および図17に示した溝部50、60においても、前述した式(3)の関係を満たす。
Such a configuration in which the volume V1 of the
また、配管10または配管20の接合端面に溝部を備えてもよい。すなわち、一方の配管の接合端面は、溝部を備え、他方の配管の接合端面は、配管の肉厚Tに亘って軸方向に対して垂直な平面で構成される。溝部の形状は、図12に示すような放射状に形成された複数の溝で構成されても、図15に示すようなリング状の溝であってもよい。このように一方の配管にのみ溝部を備える場合おいても、前述した式(3)の関係を満たす。なお、この場合、他方の配管の溝部の体積は、「0」となる。
Moreover, you may provide a groove part in the joining end surface of the piping 10 or the
上記した他の構成の接合端面を備える配管10、20を摩擦圧接する場合においても、図13を参照して説明した金属中空部材の摩擦圧接方法の工程と同様の工程を経て、配管10と配管20とが摩擦圧接される。そして、配管10、20の接合端面12、22に溝部50、60を備えること、または配管10または配管20の接合端面に溝部を備えることで、接合部30の内側や外側へのバリのはみ出しを抑制することができる。これによって、接合部30の信頼性を向上させることができる。
Even in the case of friction welding the
(第3の実施の形態)
図18は、第3の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管10、20の、中心軸を含む断面を示す図である。なお、第3の実施の形態においても、金属中空部材として配管10、20を例示して説明する。配管10は、第1の金属中空部材として、配管20は、第2の金属中空部材として機能する。
(Third embodiment)
FIG. 18 is a view showing a cross section including the central axis of the
図18に示すように、配管10、20の接合端面12、22は、軸方向に対して垂直な平面で構成されている。
As shown in FIG. 18, the joining end faces 12 and 22 of the
配管10、20の接合端面12、22側の端部の周囲には、配管10、20の外側面と所定の間隔をあけて、加熱手段70、80が設けられている。この加熱手段70、80は、端部を非接触で外周側から加熱するものである。加熱手段70、80としては、端部を非接触で外周側から加熱するものであればよく、例えば、高周波誘導加熱用のコイル、レーザ光などが挙げられる。加熱手段70、80は、例えば、周方向に亘って複数設けられている。また、加熱手段70、80は、配管10と配管20とを突き合わせる際、その動作に対応して、突き合わせ方向に移動可能に設けられている。
Around the ends of the
配管10、20の中空部10a、20aには、接合部30を内周側から冷却する冷却手段90が設けられている。冷却手段90は、例えば、冷却媒体を噴出する噴出部91を備えている。この噴出部91は、例えば、接合部30に対向する周面に複数の孔91aを有する。そして、噴出部91は、供給管92によって供給された冷媒を接合部30に噴出する。
In the
なお、噴出部91の構成は、上記した構成に限るものではない。例えば、接合部30に対向する1つ以上の孔91aを有する噴出部91を、供給管92の中心軸を回転軸として回転させて、冷媒を接合部30に噴出してもよい。冷媒としては、例えば、圧縮空気、アルゴン(Ar)ガスなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。
In addition, the structure of the
上記した加熱手段70、80および冷却手段90によって、接合部30の半径方向の温度分布を制御することができる。例えば、加熱手段70、80および冷却手段90を備えることで、接合端面12、22の外周側の温度を内周側の温度に比べ意図的に高く調整することができる。このように調整することで、外周側の軟化は促進され、内周側の軟化は抑制される。これによって、摩擦圧接中に発生するバリは、外バリとしての排出量が多くなる。そのため、結果的に内バリの排出量を少なくすることができる。 The temperature distribution in the radial direction of the joint 30 can be controlled by the heating means 70 and 80 and the cooling means 90 described above. For example, by providing the heating means 70 and 80 and the cooling means 90, the temperature on the outer peripheral side of the joining end faces 12 and 22 can be intentionally adjusted higher than the temperature on the inner peripheral side. By adjusting in this way, softening on the outer peripheral side is promoted, and softening on the inner peripheral side is suppressed. As a result, burrs generated during friction welding increase the amount of discharge as external burrs. As a result, the amount of internal burr discharged can be reduced.
なお、加熱手段70、80による加熱量や冷却手段90によって噴出される冷媒の流量は、例えば、予め摩擦圧接する配管と相似形状の小型のモデルによる予備試験や数値計算などの結果に基づいて設定されることが好ましい。 The amount of heating by the heating means 70 and 80 and the flow rate of the refrigerant ejected by the cooling means 90 are set based on the results of preliminary tests and numerical calculations, for example, using a small model similar in shape to the piping that is friction-welded in advance. It is preferred that
次に、金属中空部材の摩擦圧接方法の工程について説明する。 Next, the process of the friction welding method of a metal hollow member is demonstrated.
図19は、第3の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。図20は、第3の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の摩擦圧接工程における配管10、20の、中心軸を含む断面を示す図である。
FIG. 19 is a flowchart for explaining the steps of the friction welding method for a metal hollow member according to the third embodiment. FIG. 20 is a view showing a cross section including the central axis of the
まず、配管10および配管20を同軸上に保持する(配管保持工程:ステップS20)。なお、(配管保持工程:ステップS20)は、第1の実施の形態における(配管保持工程:ステップS2)と同様である。
First, the
続いて、配管10および配管20の接合端面12、22側の端部を外周側から非接触加熱する(非接触加熱工程:ステップS21)。
Subsequently, the end portions on the joint end faces 12 and 22 side of the
ここで、配管10および配管20が同じ材料で構成されている場合には、例えば、加熱手段70、80によって同じ条件で加熱される。配管10および配管20が異種材料で構成される場合には、加熱手段70と加熱手段80とをそれぞれ異なる条件で作動してもよい。例えば、配管10の軟化温度が配管20の軟化温度よりも高い場合には、加熱手段70の出力を加熱手段80の出力よりも高めてもよい。これによって、バリを均一に発生させることができるとともに、バリの排出量を低減することができる。
Here, when the piping 10 and the piping 20 are comprised with the same material, they are heated on the same conditions by the heating means 70 and 80, for example. When the
なお、配管10、20の材料や形状(接合端面12、22の面積、配管10、20の寸法など)、回転させる配管の回転する速度、摩擦接合する際の、配管10と配管20との押し付け圧力などに基づく数値計算などによって、例えば、加熱手段70、80の出力と配管10、20の加熱部の温度との関係など算出しておくことが好ましい。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70、80の出力や加熱時間などを設定して、配管10、20の加熱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。
It should be noted that the material and shape of the
続いて、配管10、20の加熱部が、所定の温度に達した後、配管10の接合端面12と、配管20の接合端面22とを突き合わせる。そして、図20に示すように、軸方向の加圧を加えながら、配管20を回転させて、配管10と配管20とを摩擦圧接によって接合する(摩擦圧接工程:ステップS22)。
Subsequently, after the heating unit of the
なお、ここでは、配管20を回転させて摩擦圧接を行う一例を示したが、配管20を固定し、配管10を回転させてもよい。また、配管10と配管20とを突き合わせる際、加熱手段70、80もその動作に対応して、突き合わせ方向に移動する。また、摩擦圧接工程において、加熱手段70、80による加熱は継続されている。
Although an example in which the friction welding is performed by rotating the
この摩擦圧接工程の際、摩擦圧接を行うとともに、配管10と配管20との接合部30を内周側から冷却する(冷却工程:ステップS23)。この冷却工程では、内周側から接合部30に冷媒を吹き付ける。このように、配管10、20の接合端面12、22側の端部を外周側から加熱し、内周側から接合部30を冷却することで、前述したように、内バリの排出量を少なくすることができる。
In the friction welding process, friction welding is performed, and the joint 30 between the
摩擦圧接工程および冷却工程の後には、接合体が得られる。なお、接合体には、外バリが発生することがある。この外バリは、例えば、グラインダーなどによって周囲から容易に除去することができる。 A joined body is obtained after the friction welding process and the cooling process. In addition, an external burr | flash may generate | occur | produce in a joined body. This outer burr can be easily removed from the surroundings by, for example, a grinder.
上記したように、第3の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によれば、配管10、20の接合端面12、22側の端部を外周側から加熱し、内周側から接合部30を冷却することで、接合部30の内側へのバリのはみ出しを抑制することができる。これによって、接合部30の信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the friction welding method of the metal hollow member of the third embodiment, the end portions on the joining end surfaces 12 and 22 side of the
ここで、冷却工程において使用される冷却手段90は、上記した構成に限られるものではない。図21は、第3の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の摩擦圧接工程における他の構成の配管10、20の、中心軸を含む断面を示す図である。
Here, the cooling means 90 used in the cooling step is not limited to the above-described configuration. FIG. 21 is a diagram illustrating a cross section including the central axis of the
図21に示すように、冷却手段90は、例えば、配管10、20の中空部10a、20aの内径よりも僅かに小径な円柱状の冷却管100で構成されてもよい。冷却管100は、例えば、外管101と、この外管101内に収容された内管102からなる2重管構造を有している。図21に示すように、内管102の一端部102aは、外管101の一端部101aから離間して配置されている。これによって、図21に矢印で示すように、内管102を流れてきた冷媒を、内管102と外管101との間の環状の通路に導くことができる。環状の通路に導かれた冷媒は、外管101に接触した内バリを冷却し、冷却管100の外部に排出される。
As shown in FIG. 21, the cooling means 90 may be constituted by, for example, a
冷却管100は、配管10、20の中空部10a、20a内に挿入される。そして、摩擦圧接工程の際、摩擦圧接を行うとともに、冷却管100内に冷媒を流し、配管10と配管20との接合部30を内周側から冷却する(冷却工程:ステップS23)。なお、冷却管100の先端は、少なくとも接合部30を通過するまで挿入される。冷媒としては、例えば、水などの液体、圧縮空気、アルゴンガスなどの気体を使用することができる。
The
この冷却手段90を使用した場合、発生した内バリは、冷却管100と接触して冷却される。これによって、接合端面12、22の外周側の温度を内周側の温度に比べ意図的に高く調整することができる。このように調整することで、外周側の軟化は促進され、内周側の軟化は抑制される。これによって、摩擦圧接中に発生するバリは、外バリとしての排出量が多くなる。そのため、結果的に内バリの排出量を少なくすることができる。さらに、内バリの突出を冷却管100によって抑制することができる。
When this cooling means 90 is used, the generated internal burr comes into contact with the
なお、第3の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法において、例えば、摩擦圧接において発生する熱量で十分に軟化する材料で配管10、20が構成される場合には、加熱手段による非接触加熱工程を備えなくてもよい。この場合、摩擦圧接工程の際、接合部30の冷却のみが行われる。この場合においても、内バリの排出量を少なくすることができる。
In the friction welding method for a metal hollow member according to the third embodiment, for example, when the
(第4の実施の形態)
図22は、第4の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によって接合される配管10、20の、中心軸を含む断面を示す図である。なお、第4の実施の形態においても、金属中空部材として配管10、20を例示して説明する。配管10は、第1の金属中空部材として、配管20は、第2の金属中空部材として機能する。
(Fourth embodiment)
FIG. 22 is a view showing a cross section including the central axis of the
図22に示すように、配管10、20の接合端面12、22は、軸方向に対して垂直な平面で構成されている。
As shown in FIG. 22, the joining end surfaces 12 and 22 of the
配管10、20の接合端面12、22側の端部の周囲には、配管10、20の外側面と所定の間隔をあけて、端部を非接触で外周側から加熱する加熱手段70、80が設けられている。加熱手段70、80は、図22に示すように、配管10および配管20のそれぞれの接合端面12、22から、軸方向に配管10および配管20の肉厚Tの1/2〜3倍の長さNの範囲を加熱することが好ましい。なお、配管10と配管20との肉厚Tは等しい。
Around the ends of the
ここで、加熱手段70、80が設けられる軸方向の長さNを、配管10、20の肉厚Tの1/2以上とすることで、内バリの突出を抑制することができる。加熱手段70、80が設けられる軸方向の長さNを配管10、20の肉厚Tの3倍より大きくしても、内バリの突出を抑制する効果はほとんど変わらない。そのため、加熱手段70、80が設けられる軸方向の長さNを、配管10、20の肉厚Tの3倍以下とした。
Here, by setting the length N in the axial direction where the heating means 70 and 80 are provided to be 1/2 or more of the wall thickness T of the
なお、上記した範囲を加熱する加熱手段70、80は、例えば、周方向に亘って複数設けられている。なお、加熱手段70、80の例示は、前述したとおりである。 In addition, the heating means 70 and 80 which heat the above-mentioned range are provided with two or more over the circumferential direction, for example. The examples of the heating means 70 and 80 are as described above.
また、上記した加熱手段70、80が設けられた軸方向外側には、配管10、20を外周側から冷却する冷却手段110、120が設けられている。この冷却手段110、120は、配管10、20の外周面に向けて冷媒を噴出する。これによって、加熱手段70、80が設けられた軸方向外側が冷却される。冷却手段110、120は、例えば、加熱手段70、80に対応して、周方向に亘って複数設けられている。
Further, cooling means 110 and 120 for cooling the
冷媒としては、例えば、圧縮空気、アルゴン(Ar)ガスなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。冷却手段110、120は、例えば、噴射ノズルなどで構成される。なお、冷却手段110、120は、配管10と配管20とを突き合わせる際、その動作に対応して、突き合わせ方向に移動可能に設けられている。
Examples of the refrigerant include compressed air and argon (Ar) gas, but are not particularly limited. The cooling means 110 and 120 are composed of, for example, an injection nozzle. The cooling means 110 and 120 are provided to be movable in the abutting direction corresponding to the operation when the
上記した加熱手段70、80および冷却手段110、120によって、配管10、20の接合端面12、22側の端部の軸方向の温度分布を制御することができる。例えば、加熱手段70、80および冷却手段110、120を備えることで、接合端面12、22から軸方向の所定長さの部位のみを予め加熱することができる。これによって、摩擦圧接の際に変形する領域は、加熱を施さない場合に比べ、軸方向に増大する。
By the heating means 70 and 80 and the cooling means 110 and 120 described above, the temperature distribution in the axial direction of the ends of the
ここで、図23は、第4の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法において、加熱手段70、80および冷却手段110、120を備えた場合における内バリの様子を示した、配管10、20の、中心軸を含む断面を示す図である。なお、図23では、加熱手段70、80によって上記した所定の範囲を加熱し、冷却手段110、120によって加熱手段70、80が設けられた軸方向外側を外周側から冷却している。 Here, FIG. 23 shows the state of internal burrs when the heating means 70 and 80 and the cooling means 110 and 120 are provided in the friction welding method of the metal hollow member of the fourth embodiment. It is a figure which shows the cross section of 20 including a central axis. In FIG. 23, the above-described predetermined range is heated by the heating means 70 and 80, and the outer side in the axial direction where the heating means 70 and 80 are provided is cooled from the outer peripheral side by the cooling means 110 and 120.
図23に示すように、加熱手段70、80および冷却手段110、120を備えることで、配管10、20の接合端面12、22側の端部において、最適な軸方向の温度分布が得られる。これによって、接合部30の内周に局所的に内バリが突出することなく、加熱手段70、80が設けられる軸方向の長さNに亘ってほぼ均一に平坦な内バリがわずかに生じる。そのため、接合部30の内周に突出する内バリを抑制することができる。
As shown in FIG. 23, by providing the heating means 70 and 80 and the cooling means 110 and 120, an optimal axial temperature distribution can be obtained at the ends of the
なお、加熱手段70、80による加熱量や冷却手段110、120によって噴出される冷媒の流量は、例えば、予め摩擦圧接する配管と相似形状の小型のモデルによる予備試験や数値計算などの結果に基づいて設定されることが好ましい。 Note that the amount of heating by the heating means 70 and 80 and the flow rate of the refrigerant ejected by the cooling means 110 and 120 are based on, for example, the results of preliminary tests or numerical calculations using a small model similar in shape to the pipe that is friction-welded in advance. Are preferably set.
次に、金属中空部材の摩擦圧接方法の工程について説明する。 Next, the process of the friction welding method of a metal hollow member is demonstrated.
図24は、第4の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法の工程を説明するための流れ図である。 FIG. 24 is a flowchart for explaining the steps of the friction welding method for a metal hollow member according to the fourth embodiment.
まず、配管10および配管20を同軸上に保持する(配管保持工程:ステップS30)。なお、(配管保持工程:ステップS30)は、第1の実施の形態における(配管保持工程:ステップS2)と同様である。
First, the
続いて、配管10および配管20のそれぞれの接合端面12、22から、軸方向に所定の範囲の配管10、20を外周側から非接触加熱する(非接触加熱工程:ステップS31)。
Subsequently, the
ここで、配管10および配管20が同じ材料で構成されている場合には、例えば、加熱手段70、80によって同じ条件で加熱される。配管10および配管20が異種材料で構成される場合には、加熱手段70と加熱手段80とをそれぞれ異なる条件で作動してもよい。例えば、配管10の軟化温度が配管20の軟化温度よりも高い場合には、加熱手段70の出力を加熱手段80の出力よりも高めてもよい。これによって、軸方向に亘ってバリを均一に発生させることができるとともに、接合部30の内周に突出する内バリを抑制することができる。
Here, when the piping 10 and the piping 20 are comprised with the same material, they are heated on the same conditions by the heating means 70 and 80, for example. When the
なお、配管10、20の材料や形状(接合端面12、22の面積、配管10、20の寸法など)、回転させる配管の回転する速度、摩擦接合する際の、配管10と配管20との押し付け圧力などに基づく数値計算などによって、例えば、加熱手段70、80の出力と配管10、20の加熱部の温度との関係など算出しておくことが好ましい。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70、80の出力や加熱時間などを設定して、配管10、20の加熱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。
It should be noted that the material and shape of the
また、非接触加熱をする際、配管10、20の上記範囲を非接触加熱するとともに、この非接触加熱する範囲の軸方向外側を外周側から冷却する(冷却工程:ステップS32)。この冷却工程では、配管10、20の非接触加熱する範囲の軸方向外側に冷媒を吹き付ける。
Moreover, when performing non-contact heating, the said range of the piping 10 and 20 is non-contact heated, and the axial direction outer side of this non-contact heating range is cooled from an outer peripheral side (cooling process: step S32). In this cooling step, the refrigerant is blown to the outside in the axial direction of the range where the
続いて、配管10、20の加熱部が、所定の温度に達した後、配管10の接合端面12と、配管20の接合端面22とを突き合わせる。そして、図23に示すように、軸方向の加圧を加えながら、配管20を回転させて、配管10と配管20とを摩擦圧接によって接合する(摩擦圧接工程:ステップS33)。
Subsequently, after the heating unit of the
なお、ここでは、配管20を回転させて摩擦圧接を行う一例を示したが、配管20を固定し、配管10を回転させてもよい。また、配管10と配管20とを突き合わせる際、加熱手段70、80および冷却手段110、120もその動作に対応して、突き合わせ方向に移動する。また、摩擦圧接工程において、加熱手段70、80による加熱および冷却手段110、120による冷却は継続されている。
Although an example in which the friction welding is performed by rotating the
非接触加熱工程および冷却工程において、接合部30の内周に局所的に内バリが突出することなく、加熱手段70、80が設けられる軸方向の長さNに亘ってほぼ均一に平坦な内バリがわずかに生じる。
In the non-contact heating process and the cooling process, the inner burr does not protrude locally on the inner periphery of the
摩擦圧接工程の後には、例えば、図23に示すような接合体が得られる。なお、接合体には、外バリが発生することがある。この外バリは、例えば、グラインダーなどによって周囲から容易に除去することができる。 After the friction welding process, for example, a joined body as shown in FIG. 23 is obtained. In addition, an external burr | flash may generate | occur | produce in a joined body. This outer burr can be easily removed from the surroundings by, for example, a grinder.
上記したように、第4の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法によれば、接合端面12、22から、軸方向に所定の範囲の配管10、20を外周側から加熱し、この加熱する範囲の軸方向外側を外周側から冷却することで、接合部30の内周に局所的に突出する内バリの発生を抑制することができる。これによって、接合部30の信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the friction welding method of the metal hollow member of the fourth embodiment, the
なお、第4の実施の形態の金属中空部材の摩擦圧接方法において、例えば、配管10、20の材料や寸法、摩擦圧接の施工条件によっては、上記した所定の範囲の配管10、20を外周側から加熱することのみで、配管10、20の接合端面12、22側の端部において、最適な軸方向の温度分布が得られることがある。この場合には、冷却手段110、120、すなわち冷却工程を備えなくてもよい。この場合においても、接合部30の内周に局所的に突出する内バリの発生を抑制することができる。
In the friction welding method of the metal hollow member according to the fourth embodiment, for example, depending on the material and dimensions of the
以上説明した実施形態によれば、内バリの発生を抑制することが可能となる。 According to the embodiment described above, it is possible to suppress the occurrence of internal burrs.
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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 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. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10,20…配管、10a,20a…中空部、11,21…切欠き部、11a,21a…切欠き面、12,22…接合端面、30…接合部、40,41…軸受、50,60…溝部、51,52,61…溝、70,80…加熱手段、90,110,120…冷却手段、91…噴出部、92…供給管、100…冷却管、101…外管、101a,102a…一端部、102…内管。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材の少なくとも一方の接合端部側の内周に周方向に亘って切欠き部を形成する工程と、
前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材を同軸上に保持する工程と、
前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材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の金属中空部材または前記第2の金属中空部材を回転させて摩擦接合する工程と
を具備することを特徴する金属中空部材の摩擦圧接方法。 In the friction welding method of the metal hollow member for joining the first metal hollow member and the second metal hollow member by friction welding,
Forming a notch portion in the circumferential direction on the inner periphery of at least one joining end of the first metal hollow member and the second metal hollow member;
Holding the first metal hollow member and the second metal hollow member coaxially;
The first metal hollow member and the second metal hollow member are butted against each other, and the first metal hollow member or the second metal hollow member is rotated and frictionally bonded while pressing in the axial direction. And a friction welding method for a metal hollow member.
前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材の中心軸を含む軸方向断面において、前記第1の金属中空部材における一つの前記切欠き部の面積と前記第2の金属中空部材における一つの前記切欠き部の面積とを合計した面積Aが、次の式の関係を満たすことを特徴する請求項1記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
1/6×L×T≦A≦1/2×L×T
ここで、Lは、摩擦圧接前における前記第1の金属中空部材と前記第2の金属中空部材の軸方向の長さの合計から、摩擦圧接後における前記第1の金属中空部材と前記第2の金属中空部材とからなる接合体の軸方向の長さを減じた長さであり、Tは、前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材の肉厚である。 When the notch is formed in both the first metal hollow member and the second metal hollow member,
In the axial cross section including the central axes of the first metal hollow member and the second metal hollow member, the area of one notch in the first metal hollow member and the second metal hollow member 2. The friction welding method for a metal hollow member according to claim 1, wherein an area A obtained by summing up the areas of one notch satisfies the relationship of the following expression.
1/6 × L × T ≦ A ≦ 1/2 × L × T
Here, L is the sum of the axial lengths of the first metal hollow member and the second metal hollow member before the friction welding, and the first metal hollow member and the second metal after the friction welding. The length of the joined body composed of the metal hollow member is reduced by the axial length, and T is the thickness of the first metal hollow member and the second metal hollow member.
前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材の中心軸を含む軸方向断面において、一つの前記切欠き部の面積Aが、次の式の関係を満たすことを特徴する請求項1記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
1/6×L×T≦A≦1/2×L×T
ここで、Lは、摩擦圧接前における前記第1の金属中空部材と前記第2の金属中空部材の軸方向の長さの合計から、摩擦圧接後における前記第1の金属中空部材と前記第2の金属中空部材とからなる接合体の軸方向の長さを減じた長さであり、Tは、前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材の肉厚である。 When the notch is formed in the first metal hollow member or the second metal hollow member,
The area A of one notch satisfies the relationship of the following expression in an axial cross section including a central axis of the first metal hollow member and the second metal hollow member. The friction welding method of the metal hollow member of description.
1/6 × L × T ≦ A ≦ 1/2 × L × T
Here, L is the sum of the axial lengths of the first metal hollow member and the second metal hollow member before the friction welding, and the first metal hollow member and the second metal after the friction welding. The length of the joined body composed of the metal hollow member is reduced by the axial length, and T is the thickness of the first metal hollow member and the second metal hollow member.
前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材の少なくとも一方の接合端面に溝部を形成する工程と、
前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材を同軸上に保持する工程と、
前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材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の金属中空部材または前記第2の金属中空部材を回転させて摩擦接合する工程と
を具備することを特徴する金属中空部材の摩擦圧接方法。 In the friction welding method of the metal hollow member for joining the first metal hollow member and the second metal hollow member by friction welding,
Forming a groove in at least one joining end face of the first metal hollow member and the second metal hollow member;
Holding the first metal hollow member and the second metal hollow member coaxially;
The first metal hollow member and the second metal hollow member are butted against each other, and the first metal hollow member or the second metal hollow member is rotated and frictionally bonded while pressing in the axial direction. And a friction welding method for a metal hollow member.
前記第1の金属中空部材の溝部の体積と、前記第2の金属中空部材の溝部の体積とを合計した体積Vが、次の式の関係を満たすことを特徴する請求項6記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
1/6×L×S≦V≦1/2×L×S
ここで、Lは、摩擦圧接前における前記第1の金属中空部材と前記第2の金属中空部材の軸方向の長さの合計から、摩擦圧接後における前記第1の金属中空部材と前記第2の金属中空部材とからなる接合体の軸方向の長さを減じた長さであり、Sは、前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材の、前記溝部を含む接合端面のそれぞれの面積である。 When the groove is formed in both the first metal hollow member and the second metal hollow member,
The hollow metal according to claim 6, wherein a volume V obtained by summing a volume of the groove portion of the first metal hollow member and a volume of the groove portion of the second metal hollow member satisfies the relationship of the following expression. Friction welding method for members.
1/6 × L × S ≦ V ≦ 1/2 × L × S
Here, L is the sum of the axial lengths of the first metal hollow member and the second metal hollow member before the friction welding, and the first metal hollow member and the second metal after the friction welding. Is a length obtained by reducing the length in the axial direction of the joined body composed of the metal hollow member, and S is a joint end surface including the groove portion of the first metal hollow member and the second metal hollow member. Each area.
前記溝部の体積Vが、次の式の関係を満たすことを特徴する請求項6記載の金属中空部材の摩擦圧接方法。
1/6×L×S≦V≦1/2×L×S
ここで、Lは、摩擦圧接前における前記第1の金属中空部材と前記第2の金属中空部材の軸方向の長さの合計から、摩擦圧接後における前記第1の金属中空部材と前記第2の金属中空部材とからなる接合体の軸方向の長さを減じた長さであり、Sは、前記溝部が形成された前記第1の金属中空部材または前記第2の金属中空部材の、前記溝部を含む接合端面の面積である。 When the groove is formed in the first metal hollow member or the second metal hollow member,
The friction welding method for a metal hollow member according to claim 6, wherein the volume V of the groove satisfies the relationship of the following equation.
1/6 × L × S ≦ V ≦ 1/2 × L × S
Here, L is the sum of the axial lengths of the first metal hollow member and the second metal hollow member before the friction welding, and the first metal hollow member and the second metal after the friction welding. The length of the joined body composed of the metal hollow member is reduced by the length in the axial direction, and S is the length of the first metal hollow member or the second metal hollow member in which the groove is formed, It is the area of the joint end face including the groove.
第1の金属中空部材および第2の金属中空部材を同軸上に保持する工程と、
第1の金属中空部材および第2の金属中空部材の接合端面側の端部を外周側から非接触加熱する工程と、
前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材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の金属中空部材または前記第2の金属中空部材を回転させて摩擦接合する工程と、
前記摩擦接合の際、第1の金属中空部材と第2の金属中空部材接合部との接合部を内周側から冷却する工程と
を具備することを特徴する金属中空部材の摩擦圧接方法。 In the friction welding method of the metal hollow member for joining the first metal hollow member and the second metal hollow member by friction welding,
Holding the first metal hollow member and the second metal hollow member coaxially;
A step of non-contact heating the end portions on the joining end face side of the first metal hollow member and the second metal hollow member from the outer peripheral side;
The first metal hollow member and the second metal hollow member are butted against each other, and the first metal hollow member or the second metal hollow member is rotated and frictionally bonded while pressing in the axial direction. And a process of
And a step of cooling the joint portion between the first metal hollow member and the second metal hollow member joint portion from the inner peripheral side during the friction joining.
第1の金属中空部材および第2の金属中空部材を同軸上に保持する工程と、
第1の金属中空部材および第2の金属中空部材のそれぞれの接合端面から、軸方向に第1の金属中空部材および第2の金属中空部材の肉厚Tの1/2〜3倍の長さの範囲を外周側から非接触加熱する工程と、
前記非接触加熱の際、前記非接触加熱する範囲の軸方向外側を外周側から冷却する工程と、
前記第1の金属中空部材および前記第2の金属中空部材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の金属中空部材または前記第2の金属中空部材を回転させて摩擦接合する工程と
を具備することを特徴する金属中空部材の摩擦圧接方法。 In the friction welding method of the metal hollow member for joining the first metal hollow member and the second metal hollow member by friction welding,
Holding the first metal hollow member and the second metal hollow member coaxially;
A length that is 1/2 to 3 times the wall thickness T of the first metal hollow member and the second metal hollow member in the axial direction from the respective joining end faces of the first metal hollow member and the second metal hollow member. Non-contact heating of the range of from the outer periphery side,
In the non-contact heating, the step of cooling the outside in the axial direction of the non-contact heating range from the outer periphery side;
The first metal hollow member and the second metal hollow member are butted against each other, and the first metal hollow member or the second metal hollow member is rotated and frictionally bonded while pressing in the axial direction. And a friction welding method for a metal hollow member.
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