JP2704452B2

JP2704452B2 - コーティング複合材の突合わせ接合方法及び該接合方法による長尺複合パイプの製造方法並びに金属精練用物質の搬送用パイプ

Info

Publication number: JP2704452B2
Application number: JP17207190A
Authority: JP
Inventors: 泰雄笹本; 広臣秋山; 忠昭町田; 輝男吉政; 欣一伊藤
Original assignee: Nippon Steel Corp; Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Nippon Steel Corp; Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JPH0459184A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、肉盛法、溶射法又はHiP法等の表面処理技
術を施されたコーティング複合材の突合わせ接合方法及
び該当接方法による長尺複合パイプの製造方法並びに金
属精練用物質の搬送用パイプに関する。

（従来の技術）従来、例えばパイプの接合は、アーク溶接、炭酸ガス
溶接、TiG溶接等により広く行われており、また、ロー
付け法も昔からよく採用されている。さらに、近年では
プラズマ、レーザー溶接法等も一部ではあるが採用され
つつある。

（発明が解決しようとする課題）しかるに、パイプの内側と外側で材質を異にする複合
パイプにおいては、前記溶接方法では、（１）溶接溶込
みによる溶接金属の成分元素の希釈、（２）ロー材等の
異種材料の介在等を伴うため、パイプの継ぎ目において
不連続相が形成されて、接合強度並びに性能が劣化する
といった問題点があった。また、接合部の表面において
凹凸が生じ、そのためグラインダー等で研磨しなければ
ならないといった手間がかかる問題があった。

例えば、ステンレス、ハステロイ等の特殊鋼又はCu合
金、Ti合金等の非鉄合金を炭素鋼に複合化したところ
の、いわゆるクラッドパイプにおいて、大口径パイプの
溶接は主にサブマージ溶接、炭素ガス溶接及びTiG溶接
で行われているが、その溶接手順は、溶接部の開先を加
工し、炭素鋼側の溶接を行い、その後クラッド鋼の溶接
を行う。

この場合、クラッド鋼の溶接は炭素鋼側からの希釈を
考慮して、高合金溶接材料が用いられるが、とくにクラ
ッド層の厚みが薄い場合、炭素鋼の希釈の影響を受け易
く、いずれにしても、クラッド材料と溶接材料とは材質
をことにしているので、また、クラッド材の溶接部の近
傍においても、溶接熱により熱影響部が生じ、結晶粒の
粗大化、硬度の低下及び炭化物の析出等が生じるので、
溶接部において耐食、耐摩耗性及び強度において変動
し、連続した均一被膜にならないといった問題がある。

小径パイプの場合は、第４図に略示する手順で行われ
る。溶接法は大径パイプの場合と略同じで、その手順
は、パイプの外面側から、クラッド材同志を共金溶接材
料を用い溶接する。一層目はTiG溶接で、バッキング又
はアフターシールドを用い裏波ビードを形成させ、その
後、クラッド層厚みまで盛上げ、開先形状を再調整し、
パイプ外面の炭素鋼の溶接を行う。この場合も、クラッ
ド材同志の溶接に際して、クラッド材の溶接部近傍にお
いて、アーク熱による熱影響部が生じ、この部分に炭化
物の析出及び硬度の低下が生じる。又、パイプ内面側に
裏波を生じるため、この部分が突起となり耐摩耗性を低
下させる原因となり、この場合もパイプ内面のクラッド
層が連続した均一被膜とは云えない。

なお、第４図の（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）にお
いて、ａは基材パイプｂの内面にコーティング層ｃを設
けた小径の短い複合パイプ、ｄは接合すべき複合パイプ
ａ、ａの端面当接部において基材パイプｂに設けた開
先、ｅはコーティング層ｃ、ｃの端面の突き合わせ溶接
部、ｆは開先に施した肉盛溶接部を夫々示す。

さらに、ロー付け法もしくはハンダ付け法では、第５
図に略示するように接合開先面内に、Ni、Ag、Cu系のロ
ー材を介して、600〜900℃程度のロー付け温度で接合さ
れる。この場合は、コーティング層の接合面において、
ロー材が介在するため、この部分での耐摩耗性が著しく
低下する問題がある。また、ロー材自体の耐熱温度が低
く、高温環境での使用に限界がある。更に、この方法に
よる接合では、曲げ応力が加わる場合、強度的に問題が
ある。また、拡散溶接では、大型の設備を要し現場施工
に適し得ない。

なお、第５図において、ａは基材パイプｂの内面にコ
ーティング層ｃを設けた小径の短い複合パイプ、ｄは接
合すべき複合パイプの端面当接部に施したロー材溶接部
を夫々示す。

斯かる上記の問題点は、平板状のコーティング複合部
材についても同様で、その接合面において、接合法もし
くはロー付け法によって接合した場合、異材の介在、熱
影響部の硬度軟化等の不連続が生じるといった問題があ
る。

本発明は、上記の問題点を解決することを課題として
研究開発されたもので、内面コーティングした複合パイ
プ、および／または表面にコーティングされた平板状複
合部材の接合において、従来技術では内面コーティング
被膜の接合が、接合部および接合部近傍で冶金的または
形状的に不連続となり、耐摩耗性および耐食性が劣化す
るといった問題点を解決し得る方法を提供するを主要目
的とする。

（課題を解決するための手段）上記の課題を解決して、その目的を達成する手段とし
て、本発明では、基材よりも融点が低いコーティング被
膜を層成して成る複数の複合材の端面を当接し、該複合
材の当接基材部分を溶接することにより、該基材を介し
上記当接コーティング被膜部分を加熱し、該コーティン
グ被膜部分を融着させて連続体を形成することを特徴と
するコーティング複合材の突き合わせ方法、及び基材パ
イプの内面に、該基材よりも融点が低いコーティング被
膜を層成して成る複数の複合パイプの端面を当接し、該
複合パイプの当接基材部分を溶接した後、該溶接部を外
部から加熱して上記当接コーティング被膜部分を加熱
し、該コーティング被膜部分を融着させて連続体を形成
することを特徴とする長尺複合パイプの製造方法を夫々
開発し、採用した。

また、本発明では、上記の各方法において、融点が低
いコーティング材として、金属系若しくはサーメット系
コーティング材を用いる方法を開発し、採用した。

さらに、本発明では、基材パイプの内面に、該基材よ
りも融点が低いコーティング被膜を層成して成る複数の
複合パイプの端面を当接し、該複合パイプの当接基材部
分を溶接した後、該溶接部を外部から加熱して上記当接
コーティング被膜部分を加熱し、該コーティング被膜部
分を融着させて連続体を形成た金属精練用物質の搬送用
パイプを開発し採用した。

上記の解決手段の詳細を長尺複合パイプの製造方法に
ついて詳述すれば、本発明に係る内面コーティング長尺
複合パイプの製造（接合）は、次の工程にしたがって行
なわれる。

即ち、炭素鋼、ステンレス、その他の合金鋼よりなる
短いパイプ（以下に基材パイプと記す）の内面に、予め
基材パイプの融点よりも少なくとも100℃以上融点が低
い金属系もしくはサーメット系コーティング被膜を、肉
盛法、溶射法又はその他の表面処理技術を用い形成し
て、内面がコーティングされた短管を製作する。

然る後に、該基材パイプの外面基材側に適当な溶接用
開先を設け、次いで開先が形成された短管同志を、内面
被膜の端面を芯として互いに密着させて配置し、基材パ
イプを一般の溶接法（例えばTiG、アーク溶接等）で、
その断面の全部もしくは一部を溶接する。次いで、パイ
プ外面基材の外面より、バーナーフレームもしくは高周
波加熱等の熱源を用い、外面基材を、この基材が溶融し
ない程度の範囲まで加熱し、その伝動熱を利用し、内面
コーティング被膜を加熱し、その温度がコーティング被
膜の融点からプラス約100℃の範囲で数秒〜数分保持し
てコーティング被膜同志を溶融溶着するのである。

なお、上記のように、基材の融点に近い温度で数分間
加熱すると、基材の溶接部HAZ等の強度は低下し、事
実、基材の結晶粒は粗大化し、引張り強さ41〜47kg/mm²
の基材の場合、その引張り強さは35〜38kg/mm²程度まで
低下する。

然しながら、実用に供する場合に、基材の強度を或る
程度犠牲にし、基材表面の平滑度の向上を優先させるこ
とは一般になされていることであって、強度の低下を考
慮し、見込んだうえで条件を設定すれば何等の問題も生
じないのである。

（作用）本発明の方法では、コーティング被膜の断面の温度分
布が、被膜内において外面基材側が高く、溶着の初期に
おいて、被膜と基材の境界から溶着が進行し、順次溶着
が被膜中を進行し、最終的にコーティング被膜の内表面
で溶着が完了する過程を経る。したがって、接合境界に
発生する酸化物等の不純物がパイプ内表面に浮上し、健
全な溶着金属が形成される作用がある。また、溶着後の
接合面の平滑度は、凹凸もしくは溶接に特有のリップル
の発生もなく、非常に平滑でしかも美麗なものとなる
し、被膜内面の偏芯、偏肉もほとんどない。

これはコーティング被膜の内径側表面が温度が低く、
内径側表面が溶着するまで、内径側表面が殻の役割をし
ているためである。

また、溶接面は、コーティング被膜同志での融着であ
り、かつ溶加材を用いないため、全くの共金となってお
り、治金的にも均一な連続体となっている。この接合面
の顕微鏡組織試験では、接合部の境界が殆ど消滅し、そ
の近傍におけるミクロ組織はわずかに結晶粒度が下がっ
ているものの、被膜の他の部分と変わらない。

（実施例）以下に、本発明の実施例を金属精練用合金粉末の搬送
用長尺複合パイプの製造方法について説明する。

第１図の（イ）のに示すように、融点1430℃、長さ20
0mm、肉厚6mm、内径φ30mmの基材ステンレスパイプ１の
内面に、融点1250℃のNi−Cr−Wcサーメットをコーティ
ング材に用いて、2mm厚にコーティングしてコーティン
グ被膜２を層成して成る10本の短い複合パイプＰを製作
する。

次に、第１図の（ロ）に示すように、各複合パイプＰ
の端面同時を突き合わせて当接し、その各当接部におけ
る基材ステンレスパイプ１、１に開口部の長さ4mm、深
さ3mmの開先３を両パイプ１、１に亘って形成した後、
各開先３に第１図の（ハ）に示すように、次の溶接条件
にしたがい肉盛溶接４を施して、各基材ステンレスパイ
プ１を溶接し、然る後に、第１図の（ニ）を示すよう
に、該各パイプ１の肉盛溶接部を外部から加熱して各当
接コーティング被膜２の部分を加熱融着し、第２図に示
すように全長2000mmの金属精練用合金粉末の搬送用パイ
プを製造した。

溶接条件溶接方法 TiG溶接電流 100A 加熱温度 1300℃ （パイプ外面）上記方法により製造したパイプを断面顕微鏡で検査し
たところ、その接合部で割れもなく、第３図に示すよう
に硬度分布も均一で、しかも表面が滑らかなコーティン
グ被膜が得られた。

また、実操業後の摩耗状態も短管部およびその接合部
においても均一で、接合部において優先摩耗は認められ
なかった。

また、従来のステンレスパイプの寿命に比較し、本発
明によって得られた内径コーティングパイプは約10倍以
上の寿命を有し、金属精練操業を安定化させる上で極め
て有効であることが実証された。

なお、本発明に係るパイプの接合において、良好で健
全な溶融溶着接合を得るには、コーティング被膜の濡れ
を考慮して、溶接開先におけるルートギャップは、０〜
0.5mmの範囲が望ましい、また接合面の開先表面の機械
加工仕上がり程度は、25S以上の仕上がりがよい。

また、接合面の加熱中の酸化を防止するためパイプ端
の密封とAr等の不活性ガスにより酸素と遮断することも
有効であり、且つ事前に接合面にフッカ物系もしくは塩
化物系の表面活性剤を塗布することも被膜同志の溶融溶
着に有効である。これらの表面活性剤は、本発明の溶着
過程から、接合面に介在することがなく、表面に浮上す
る。

さらに、平板状コーティング部材の接合においても上
記方法と同様に接合が可能であるが、この場合は、融点
の低いコーティング被膜を下にして、当該発明により接
合した方が、その逆の場合よりも、コーティング被膜の
接合表面において平滑な表面が得られる。

以上、本発明の１実施例について説明したが、本発明
は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の目的
を達成でき、且つ本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、
種々の設計変更が可能であることは当然である。

（発明の効果）本発明は、上記のように、基材端面を溶接接合する際
に、該基材よりも融点が低いコーティング被膜を内面に
施したコーティング複合材を使用する手段を採用したの
で、例えば内面コーティングパイプの溶接接合におい
て、内面側からは何の処置も施さずに、外面からの処置
のみで、内面コーティング層の接合が出来るため、非常
に施工が簡単であり、しかも、被膜相互の溶着であるた
め異材の介在もなく、ミクロ組織においても、境界が殆
ど見当たらず、均一で、しかも連続した内面コーティン
グパイプが得られる。そのため、長尺パイプの製造が可
能となり、粉体送給または液体送給パイプとしての工業
的利用が可能となる利点がある。

また、上記のように、本発明により製造された内面コ
ーティング複合パイプは、接合面において、異材の介在
がなく、従来の溶接法で見られる接合面近傍での急激な
熱サイクルによるHAZ部での硬度低下もなく、また、接
合部内面に凹凸がなく平滑であるため、流体の流れがス
ムーズで、接合部での優先摩耗、腐蝕現象は見られない
といった利点がある。

即ち、耐摩耗、耐食コーティング被膜を形成した短管
パイプを製造さえすれば、本発明により、被膜の性能を
低下させることなく、長尺パイプの製造が可能となるた
め、長寿命が搬送パイプ配管が可能となる。

さらに、コーティング複合材が平板の場合は、小面積
の複合材を製造さえすれば、そのコーティング被膜の各
端面を利用して接合することにより大面積の平板が得ら
れるので、各種の溶接構造部材として使用できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図の（イ）、
（ロ）、（ハ）、（ニ）は、本発明による複合パイプの
接合工程を示す説明図、第２図はその長尺パイプの１部
省略正面図、第３図はコーティング被膜の接合部の硬度
分布を示すグラフ、第４図の（イ）、（ロ）、（ハ）、
（ニ）は従来の小径クラッドパイプの接合工程を示す説
明図、第５図は従来のロー付け法による複合パイプの接
合部を示す１部省略縦断面図である。（符号の説明）１……基材パイプ、２……コーティング被膜、３……開
先、４……肉盛溶接、Ｐ……複合パイプ、CP……搬送用
パイプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 103:16 (72)発明者吉政輝男北海道室蘭市白鳥台３丁目５―３ (72)発明者伊藤欣一北海道室蘭市港北町２丁目５―13

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基材よりも融点が低いコーティング被膜を
層成して成る複数の複合材の端面を当接し、該複合材の
当接基材部分を溶接することにより、該基材を介し上記
当接コーティング被膜部分を加熱し、該コーティング被
膜部分を融着させて連続体を形成することを特徴とする
コーティング複合材の突合わせ接合方法。
【請求項２】基材パイプの内面に、該基材よりも融点が
低いコーティング被膜を層成して成る複数の複合パイプ
の端面を当接し、該複合パイプの当接基材部分を溶接し
た後、該溶接部を外部から加熱して上記当接コーティン
グ被膜部分を加熱し、該コーティング被膜部分を融着さ
せて連続体を形成することを特徴とする長尺複合パイプ
の製造方法。
【請求項３】融点が低くコーティング材として、金属系
若しくはサーメット系コーティング材を用いることを特
徴とする請求項（１）または（２）に記載の方法。
【請求項４】基材パイプの内面に、該基材よりも融点が
低いコーティング被膜を層成して成る複数の複合パイプ
の端面を当接し、該複合パイプの当接基材部分を溶接し
た後、該溶接部を外部から加熱して上記当接コーティン
グ被膜部分を加熱し、該コーティング被膜部分を融着さ
せて連続体を形成したことを特徴とする金属精練用物質
の搬送用パイプ。