JP3892647B2 - 溶接構造およびそれを備えた熱交換器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば天然ガスを熱交換により冷却する熱交換器等を組み立てる際に適用される溶接構造およびそれを備えた熱交換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば天然ガスを処理するプラントに導入される熱交換器や配管、タンク等の設備機器は、低温域における機械的性質や伝熱性に優れたアルミニウム合金を用いて形成されることが望まれている。特に、日本工業規格で規定された5083材は、アルミニウム合金の中でも低温域において比較的に高い強度を有するため、上記の設備機器の材質として好適なものとされている。
【0003】
従って、従来は、5083材のアルミニウム合金を押出や切削等の加工処理により所定形状の構成部材として作成する。この後、天然ガスと接触する側の壁面に裏当金を取り付け、他方の壁面側から5083材からなる溶接金属を用いて組立て溶接して溶接部を形成することによって、構成部材同士を溶接部を介して接合することにより設備機器として組み上げている場合がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、溶接金属を用いて溶接する際に、溶融した溶接金属が構成部材と裏当金との隙間から流体に接することがある。この際、流体に接した溶接金属は、マグネシウムを例えば2.0%以上の含有率で含む5083材等からなっているため、冷却過程においてマグネシウムがβ層(Mg2Al3)の形態で多量に析出することになる。従って、この状態で組み上げられた設備機器を天然ガスの処理に使用すると、溶接による熱影響部や溶接金属中に析出した多くのマグネシウムが天然ガスに対して直接的に接触するため、マグネシウムと天然ガス中の水銀とが反応することによる応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking) が生じ易い原因になるという問題がある。
【0005】
従って、本発明は、溶接金属中に析出したマグネシウムと水銀との反応による応力腐食割れを防止することができる溶接構造およびそれを備えた熱交換器を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、水銀を含む処理対象物に接触する接合部位に適用され、マグネシウムを含むアルミニウム合金からなる構成部材の溶接構造であって、前記構成部材における前記処理対象物が接触する側の壁面に設けられる裏当金と、前記裏当金と前記構成部材とで形成される空間部に、マグネシウムを所定の含有率以上で含むアルミニウム合金からなる第1溶接金属を用いて組立て溶接することより形成された溶接部と、前記裏当金と前記構成部材との当接部から前記第1溶接金属を組立て溶接時に漏出させないように、マグネシウムの含有率が前記所定の含有率未満であるアルミニウム合金からなる第2溶接金属を用いて当接部をシール溶接することにより形成されたシール部とを備えたことを特徴としている。
【0007】
上記の構成によれば、裏当金と構成部材との当接部に形成されたシール部が組立て溶接時における第1溶接金属と処理対象物との接触を確実に阻止することができる。また、シール部は、第1溶接金属よりもマグネシウムの含有率が小さな第2溶接金属で形成されている。これにより、シール部を形成する際に、シール部の第2溶接金属が処理対象物側に漏出し、この処理対象物と接触する状態になっても、第2溶接金属のマグネシウムの析出量が第1溶接金属よりも少ないため、マグネシウムと処理対象物中の水銀とが反応することによる応力腐食割れを生じ難くすることができる。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1に記載の溶接構造であって、前記裏当金は、マグネシウムの含有率が前記所定の含有率未満であるアルミニウム合金からなることを特徴としている。上記の構成によれば、裏当金が組立て溶接時の加熱でマグネシウムを析出することになっても、マグネシウムの析出量が低減されるため、この裏当金における応力腐食割れを生じ難くすることができる。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の溶接構造であって、前記裏当金は、前記組立て溶接時の加熱により前記構成部材にマグネシウムが析出する熱影響領域を覆うように形成されていることを特徴としている。上記の構成によれば、熱影響領域を裏当金で覆うことによって、熱影響領域に析出したマグネシウムと処理対象物との接触を防止することができることから、応力腐食割れを一層生じ難くすることができる。
【0010】
請求項4の発明は、請求項1ないし3の何れか1項に記載の溶接構造であって、標準化熱処理によりマグネシウムの析出が抑制されていることを特徴としている。上記の構成によれば、標準化熱処理によりマグネシウムの析出が抑制されるため、応力腐食割れを一層生じ難くすることができる。
【0011】
請求項5の発明は、請求項1ないし4の何れか1項に記載の溶接構造であって、前記構成部材および溶接部は、マグネシウムを2.0%以上の含有率で含むアルミニウム合金からなり、前記裏当金およびシール部は、マグネシウムの含有率が2.0%未満であるアルミニウム合金からなることを特徴としている。上記の構成によれば、溶接構造に使用する材料を容易に選定することができる。
【0012】
請求項6の発明は、前記構成部材および溶接部のアルミニウム合金は、請求項5に記載の溶接構造であって、日本工業規格における5000系として分類される各種合金の中から選択されており、前記裏当金およびシール部のアルミニウム合金は、日本工業規格における1000系、2000系、3000系、4000系、6000系、および7000系として分類される各種合金の中から選択されていることを特徴としている。上記の構成によれば、標準化された一般的なアルミニウム合金により形成することができるため、材料コストを低減することができる。
【0013】
請求項7の発明は、請求項1ないし6の何れか1項に記載の溶接構造であって、熱交換器、配管、またはタンクの接合部位に適用されることを特徴としている。上記の構成によれば、熱交換器、配管、またはタンクの接合部位における応力腐食割れを防止することができる。
【0014】
請求項8の発明は、標準化熱処理によりマグネシウムの析出が抑制されたアルミニウム合金からなるヘッダーと装置本体とを組立て溶接することにより形成され、水銀を含む天然ガスに対して熱交換を行う熱交換器であって、前記標準化熱処理前にヘッダーの内壁面に設けられ、前記組立て溶接時に他方の構成部材に当接される裏当金と、前記裏当金とヘッダーと装置本体とで形成される空間部に、マグネシウムを所定の含有率以上で含む第1溶接金属を用いて前記組立て溶接することより形成された溶接部と、前記裏当金と装置本体との当接部において前記第1溶接金属が流体と接しないように、マグネシウムの含有率が前記所定の含有率未満である第2溶接金属を用いて前記当接部をシール溶接することにより形成されたシール部とを備えたことを特徴としている。
【0015】
上記の構成によれば、裏当金と装置本体との当接部に形成されたシール部が組立て溶接時における第1溶接金属の漏出を防止するため、第1溶接金属と天然ガスとの接触を確実に阻止することができる。また、シール部は、第1溶接金属よりもマグネシウムの含有率が小さな第2溶接金属で形成されている。これにより、シール部を形成する際に、シール部の第2溶接金属が天然ガス側に漏出し、この天然ガスと接触する状態になっても、第2溶接金属のマグネシウムの析出量が第1溶接金属よりも少ないため、マグネシウムと天然ガス中の水銀とが反応することによる応力腐食割れを生じ難くすることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図1ないし図4に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係る溶接構造は、例えば熱交換器の接合部位に適用されている。熱交換器は、図3に示すように、内部に多数のプレートフィンを積層状態に備え、液状やガス状の天然ガスを熱交換する装置本体1と、装置本体1に対して天然ガスや冷媒等を流通させるノズル2と、ノズル2と装置本体1とを連結するヘッダー3とを備えている。これらの各部材2・3は、マグネシウムを4.0%〜4.9%の範囲で含んだ5083材のアルミニウム合金で形成されており、標準化熱処理によりβ層(Mg2Al3)の析出が抑制されていると共に、天然ガス中の水銀を内部に侵入させないように皮膜形成処理により皮膜が内壁面に形成されている。
【0017】
ここで、標準化熱処理とは、250℃〜350℃に加熱して1時間〜10時間保持した後、常温まで冷却することによって、組織に偏析がない状態に戻す処理のことである。尚、上記の加熱温度や保持時間、冷却速度は、例示したものであり、装置本体1やヘッダー3の肉厚等により適宜変更されるものである。
【0018】
また、皮膜形成処理とは、酸化皮膜を形成する場合、装置本体1やヘッダー3内に酸化性ガスを導入し、全流路の出入口を密栓した後、加熱炉における加熱雰囲気中に数時間放置することによって、アルミニウム合金と酸化性ガス中の酸化成分とを反応させて皮膜を形成する処理のことである。尚、酸化性ガスとしては、25〜35%の酸素濃度の大気ガスやオゾン(O3 )、塩素ガス(Cl2 )、NOx 等を用いることができる。また、酸化性ガスとして25〜35%の酸素濃度の大気ガスを用いた場合には、上述の標準化熱処理を並行して行うことができるように、加熱雰囲気の温度が250〜350℃の範囲であることが望ましく、放置時間(処理時間)が1〜10時間程度であることが望ましい。
【0019】
また、皮膜形成処理は、水酸化皮膜を形成する場合、上述の酸化性ガスの代わりに常温のアルカリ水溶液を導入し、このアルカリ水溶液を数十秒保持させることによって、アルミニウム合金とアルカリ水溶液中のアルカリ成分とを反応させることにより皮膜を形成する処理のことである。尚、アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム溶液(NaOH)や水酸化カリウム(KOH)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2 )、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2 )等を用いることができる。また、アルカリ水溶液に水酸化ナトリウム溶液を用いた場合には、水酸化ナトリウム濃度が1〜7%の範囲であることが望ましく、放置時間(処理時間)が90秒程度であることが望ましい。
【0020】
上記の装置本体1とヘッダー3とは、図1に示すように、裏当金4と溶接部5とを含む接合構造により接続されている。即ち、この接合構造は、装置本体1における平面状の取り付け面1aと、取り付け面1aに対して内壁面側(天然ガス側)から外壁面側にかけて隙間を拡大させるように傾斜されたヘッダー3の接合面3aと、ヘッダー3の内壁面に固設された裏当金4と、裏当金4の上端部をヘッダー3に接合させる接合部7と、裏当金4と各面1a・3aとの空間部に形成された溶接部5と、溶接金属が流体と接するのを防止するように裏当金4と取り付け面1aとの隙間に形成されたシール部6とを有している。
【0021】
上記の裏当金4は、溶接による加熱でβ層(Mg2Al3)を再析出させる熱影響領域を覆うようなサイズおよび形状に形成されている。例えば取り付け面1aから30mmの高さ位置までの範囲に熱影響領域が存在する場合には、図2に示すように、この熱影響領域を十分に覆うことができるように、例えば取り付け面1aから40mmの高さを有するように裏当金4のサイズが決定される。また、裏当金4は、マグネシウムを含まない3003材のアルミニウム合金により形成されており、組立て溶接時に高温状態に加熱されても、β層(Mg2Al3)の析出が生じないようにされている。さらに、裏当金4は、接合面4aがヘッダー3の接合面3aと同一方向に傾斜されており、例えば45度の角度に設定されている。
【0022】
上記の裏当金4の接合面4aと取り付け面1aとで形成される空間部には、図1に示すように、上述のシール部6が形成されている。シール部6は、β層(Mg2Al3)の析出を最小限に抑制するように、マグネシウムが0.05%以下の4043材のアルミニウム合金からなっており、ヘッダー3と装置本体1とを接合する直前にシール溶接により形成される。一方、裏当金4をヘッダー3に固設する接合部7は、標準化熱処理や皮膜形成処理を行う前に溶接により形成されており、シール部6と同様の4043材のアルミニウム合金からなっている。また、溶接部5は、後述の組立て溶接により形成されており、ヘッダー3と装置本体1とを強固に接合するように、5183材のアルミニウム合金からなっている。
【0023】
上記の構成において、熱交換器の製造方法および動作について説明する。
先ず、5183材および3003材からなる押出形材や板材を用意すると共に、5083材および4043材からなる溶接金属を用意する。そして、5083材からなる押出形材や板材を所定のサイズに切り出すと共に、必要に応じて所定の形状に成形した後、図3に示すように、内部にフィンを備えた装置本体1やノズル2、ヘッダー3として組み立てる。また、図1に示すように、後述の組立て溶接時において、ヘッダー3にβ層(Mg2Al3)が析出する熱影響領域を溶接条件やヘッダー3の板厚等に基づいて求め、この熱影響領域(例えば取り付け面1aから30mmの範囲)を十分に覆うことができる裏当金4を3003材の板材から切り出し、一端部に接合面4aを形成する。
【0024】
次に、ノズル2とヘッダー3とを5083材により溶接する。また、この溶接に前後して、裏当金4の接合面4aがヘッダー3の接合面3aから下方に突出するように、ヘッダー3の内壁面に裏当金4を当接させながら、裏当金4の上端部とヘッダー3の内壁面とを4043材からなる溶接金属により溶接することによって、裏当金4とヘッダー3とを接合部7で固設する。
【0025】
次いで、溶接されたノズル2とヘッダー3内に酸化性ガスを導入し、全流路の出入口を密栓した後、加熱炉内に搬入する。そして、例えば300℃の加熱雰囲気中に5時間放置することによって、アルミニウム合金と酸化性ガス中の酸化成分とを反応させて酸化性皮膜を形成する(皮膜形成処理)。この後、加熱温度を緩やかに低下させて200℃にまで温度が低下したときに、50℃/時間の冷却速度でもって強制的に冷却することによって、β層(Mg2Al3)の析出を防止する(標準化熱処理)。
【0026】
これにより、ノズル2やヘッダー3、ノズル2とヘッダー3とを接合した溶接部は、マグネシウムを比較的に多く含む5183材で形成されていても、マグネシウムがβ層(Mg2Al3)の形態で析出する量は極めて少なく、さらに、各部材2・3や溶接部の内壁面側が酸活性皮膜で覆われているため、天然ガス中の水銀が各部材2・3や溶接部のマグネシウムと反応することによる応力腐食割れが生じ難い状態になる。また、裏当金4をヘッダー3に固設する接合部7は、マグネシウムの含有率(0.05%以下)が小さい4043材で形成されているため、応力腐食割れが一層生じ難い状態になる。尚、裏当金4は、マグネシウムを含有しない3003材で形成されているため、β層(Mg2Al3)の析出による応力腐食割れを生じることは殆どない。
【0027】
上記のようにして各部材2・3への皮膜形成処理および標準化熱処理が完了すると、続いて組立て溶接処理を行う。即ち、装置本体1の取り付け面1aに対して裏当金4の接合面4aの先端が当接するように、この裏当金4が固設されたヘッダー3を位置決めする。そして、裏当金4の接合面4aと取り付け面1aとで形成された空間部に対して4043材の溶接金属を用いたシール溶接を行うことによって、4043材からなるシール部6を形成する。この際、マグネシウムの含有率が小さい4043材の溶接金属を用いているため、シール部6の形成時に、接合面4aと取り付け面1aとの隙間からシール部6の溶接金属が流体に接した場合であっても、β層(Mg2Al3)の析出による応力腐食割れの危険性は、5083材が漏出する場合よりも極めて小さな状態になる。
【0028】
この後、装置本体1の取り付け面1aとヘッダー3の接合面3aと裏当金4とシール部6とで形成された空間部に対して5183材の溶接金属を用いた組立て溶接を行うことによって、5183材からなる溶接部5を形成する。この際、溶接時の熱量の一部がヘッダー3を伝達し、熱影響領域を高温度に加熱するため、この熱影響領域にβ層(Mg2Al3)が析出することがある。ところが、裏当金4が熱影響領域を覆うように形成および設けられているため、熱影響領域に再析出したβ層(Mg2Al3)のマグネシウムが天然ガスに直接的に接触することはない。また、組立て溶接時においては、裏当金4も熱影響領域と同程度の高温度に加熱されることになるが、裏当金4を構成する3003材がマグネシウムを含有していないため、β層(Mg2Al3)を析出することはない。さらに、裏当金4の接合面4aと取り付け面1aとの隙間がシール部6により完全に塞がれているため、溶接時に5183材からなる溶接金属が天然ガスと接することもない。
【0029】
これにより、組立て溶接処理により溶接部5やヘッダー3にβ層(Mg2Al3)が析出することになっても、裏当金4等によりβ層(Mg2Al3)と天然ガスとの接触が十分に防止された状態になる。この結果、熱交換器が液化天然ガス製造プラントに導入され、水銀を含んだ天然ガスに対して熱交換を行うようになっても、溶接部5や溶接部5周辺における応力腐食割れの発生が十分に防止されることになる。
【0030】
以上のように、水銀を含む天然ガス(処理対象物)に接触する接合部位に適用され、マグネシウムを含むアルミニウム合金からなる構成部材の溶接構造は、構成部材における処理対象物が接触する側の壁面に設けられる裏当金4と、裏当金4と構成部材とで形成される空間部に、マグネシウムを所定の含有率以上(2.0%以上の含有率)で含むアルミニウム合金からなる第1溶接金属を用いて組立て溶接することより形成された溶接部5と、裏当金4と構成部材との当接部から第1溶接金属を組立て溶接時に漏出させないように、マグネシウムの含有率が所定の含有率未満(2.0%未満の含有率)であるアルミニウム合金からなる第2溶接金属を用いて当接部をシール溶接することにより形成されたシール部6とを備えた構成にされている。
【0031】
具体的には、本実施形態の溶接構造は、熱交換器の接合部位に適用されており、熱交換器は、標準化熱処理によりマグネシウムの析出が抑制されたアルミニウム合金からなるノズル2(構成部材)とヘッダー3(構成部材)とを装置本体1に組立て溶接することにより形成され、水銀を含む天然ガス(処理対象物)に対して熱交換を行うものであり、標準化熱処理前に一方のヘッダー3の内壁面に設けられ、組立て溶接時に他方の装置本体1に当接される裏当金4と、裏当金4と装置本体1およびヘッダー3とで形成される空間部に、マグネシウムを所定の含有率以上(2.0%以上の含有率)で含むアルミニウム合金からなる第1溶接金属を用いて組立て溶接することより形成された溶接部5と、裏当金4と装置本体1との当接部から第1溶接金属を組立て溶接時に漏出させないように、マグネシウムの含有率が所定の含有率未満(2.0%未満の含有率)であるアルミニウム合金からなる第2溶接金属を用いて当接部をシール溶接することにより形成されたシール部6とを備えた構成にされている。
【0032】
尚、本実施形態の溶接構造は、組立て溶接前に標準化熱処理および皮膜形成処理を行っているが、β層(Mg2Al3)の析出状態に基づいて必要に応じて行えば良いものであり、各処理の一方が行われても良いし、両処理ともに行われなくても良い。また、本実施形態の溶接構造は、天然ガスを熱交換する熱交換器の接合部位に適用される場合について説明しているが、これに限定されるものでもない。即ち、水銀を含む全ての液状や粉状の流体、これらの流体や固体を含む処理対象物に適用することができる。従って、本実施形態の溶接構造は、液化天然ガス製造プラントの他、エチレン製造プラントやアンモニア製造プラント等の各種プラントに導入される熱交換器やタンク、配管等の設備機器の接合部位に適用することもできる。
【0033】
具体的に説明すると、図4に示すように、先ず、マグネシウムを所定の含有率以上(2.0%以上の含有率)で含む5083材等のアルミニウム合金からなる材料を準備した後、この材料を加工することによって、タンクの胴体部分や配管の一部を構成する第1円筒部材31(構成部材)および第2円筒部材32(構成部材)を作成する。
【0034】
また、マグネシウムの含有率が所定の含有率未満(2.0%未満の含有率)である3003材等のアルミニウム合金からなる材料を用意した後、この材料を加工することによって、円管状の裏当金33を作成する。尚、裏当金33は、各円筒部材31・32にβ層(Mg2Al3)が析出する熱影響領域を覆うことができるような長さに設定しておくと共に、各円筒部材31・32の天然ガス側の壁面となる内壁面に外周面が接触するような外周径に設定しておく。
【0035】
この後、両円筒部材31・32の先端部31a・32a同士を所定距離を隔てて突き合わせた後、両円筒部材31・32内に裏当金33を嵌挿する。そして、裏当金33の両端が突き合わせの中心位置から左右対称の位置に存在するように、裏当金33を位置決めする。
【0036】
次に、マグネシウムの含有率が所定の含有率未満(2.0%未満の含有率)である4043材等の第2溶接金属を準備する。そして、裏当金33の先端部31a・32aと各円筒部材31・32の内壁面との当接部の全体を第2溶接金属でシール溶接することによって、当接部の全体にシール部34を形成する。
【0037】
この後、必要に応じて標準化熱処理によりβ層(Mg2Al3)の析出を抑制したり、皮膜形成処理により内壁面に皮膜を形成する。そして、マグネシウムを所定の含有率以上(2.0%以上の含有率)で含む5083材等の第1溶接金属を準備し、両円筒部材32・31の先端部31a・32aと裏当金33とで形成された空間部を第1溶接金属で組立て溶接する。これにより、この空間部に溶接部35を形成し、この溶接部35を介して第1円筒部材31と第2円筒部材32とを接合することによって、タンクや配管の接合部位における溶接構造を完成する。
【0038】
上記の製造過程を経て完成された溶接構造であれば、第1溶接金属により溶接部35を形成する組立て溶接時に、溶融状態の第1溶接金属が裏当金33と円筒部材31・32との隙間に進入しても、裏当金33の両端全体がシール部34で封止された状態になっているため、裏当金33の両端から流体に接することはない。これにより、第1溶接金属が冷却されてβ層(Mg2Al3)が析出することになっても、天然ガス中の水銀と直接的に接触することがないため、応力腐食割れの発生が防止されたものになる。
【0039】
また、組立て溶接時に、両円筒部材31・31が溶接部35からの熱伝達により加熱されると、両円筒部材31・31の熱影響領域にβ層(Mg2Al3)が析出することになる。ところが、裏当金33が熱影響領域を覆うように形成および設けられているため、熱影響領域に析出したβ層(Mg2Al3)のマグネシウムが天然ガスに直接的に接触することはない。また、組立て溶接時においては、裏当金33も熱影響領域と同程度の高温度に加熱されることになるが、裏当金4を構成する3003材がマグネシウムを含有していないため、β層(Mg2Al3)を析出することはない。
【0040】
尚、本実施形態における溶接構造は、構成部材となる装置本体1やヘッダー3、円筒部材31・32および溶接部5・35は、マグネシウムを所定の含有率以上(2.0%以上の含有率)で含む全てのアルミニウム合金で形成することができる。具体的には、日本工業規格における5000系として分類される5052材、5652材、5154材、5254材、5454材、5056材、5082材、5182材、5083材、および5086材のアルミニウム合金の中から選択して形成することができる。
【0041】
また、裏当金4・33およびシール部6・34は、マグネシウムの含有率が所定の含有率未満(2.0%未満の含有率)である全てのアルミニウム合金で形成することができる。即ち、裏当金4・33およびシール部6・34は、日本工業規格における1000系、2000系、3000系、4000系、6000系、および7000系として分類される各種合金の中から選択することができる。
【0042】
尚、1000系としては、1N99材や1N90材、1085材、1080材、1070材、1060材、1050材、1230材、1N30材、1100材、1200材、1N00材が存在する。2000系としては、2011材や2014材、2017材、2117材、2018材、2218材、2618材、2219材、2024材、2025材、2N01材が存在する。3000系としては、3003材や3203材、3004材、3104材、3005材、3105材等が存在する。4000系としては、4032材等が存在する。6000系としては、6101材や6003材、6151材、6061材、6N01材、6063材等が存在する。7000系としては、7003材や7N01材、7050材、7072材等が存在する。
【0043】
【発明の効果】
請求項1の発明は、水銀を含む処理対象物に接触する接合部位に適用され、マグネシウムを含むアルミニウム合金からなる構成部材の溶接構造であって、前記構成部材における前記処理対象物が接触する側の壁面に設けられる裏当金と、前記裏当金と前記構成部材とで形成される空間部に、マグネシウムを所定の含有率以上で含むアルミニウム合金からなる第1溶接金属を用いて組立て溶接することより形成された溶接部と、前記裏当金と前記構成部材との当接部から前記第1溶接金属が流体と接することを妨げるために、マグネシウムの含有率が前記所定の含有率未満であるアルミニウム合金からなる第2溶接金属を用いて当接部をシール溶接することにより形成されたシール部とを備えた構成である。
【0044】
上記の構成によれば、裏当金と構成部材との当接部に形成されたシール部が組立て溶接時における第1溶接金属の漏出を防止するため、第1溶接金属と処理対象物との接触を確実に阻止することができる。また、シール部は、第1溶接金属よりもマグネシウムの含有率が小さな第2溶接金属で形成されている。これにより、シール部を形成する際に、シール部の第2溶接金属が処理対象物側に漏出し、この処理対象物と接触する状態になっても、第2溶接金属のマグネシウムの析出量が第1溶接金属よりも少ないため、マグネシウムと処理対象物中の水銀とが反応することによる応力腐食割れを生じ難くすることができる。
【0045】
請求項2の発明は、請求項1に記載の溶接構造であって、前記裏当金は、マグネシウムの含有率が前記所定の含有率未満であるアルミニウム合金からなる構成である。上記の構成によれば、裏当金が組立て溶接時の加熱でマグネシウムを析出することになっても、マグネシウムの析出量が低減されるため、この裏当金における応力腐食割れを生じ難くすることができる。
【0046】
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の溶接構造であって、前記裏当金は、前記組立て溶接時の加熱により前記構成部材にマグネシウムが析出する熱影響領域を覆うように形成されている構成である。上記の構成によれば、熱影響領域を裏当金で覆うことによって、熱影響領域に析出したマグネシウムと処理対象物との接触を防止することができることから、応力腐食割れを一層生じ難くすることができる。
【0047】
請求項4の発明は、請求項1ないし3の何れか1項に記載の溶接構造であって、標準化熱処理によりマグネシウムの析出が抑制されている構成である。上記の構成によれば、標準化熱処理によりマグネシウムの析出が抑制されるため、応力腐食割れを一層生じ難くすることができる。
【0048】
請求項5の発明は、請求項1ないし4の何れか1項に記載の溶接構造であって、前記構成部材および溶接部は、マグネシウムを2.0%以上の含有率で含むアルミニウム合金からなり、前記裏当金およびシール部は、マグネシウムの含有率が2.0%未満であるアルミニウム合金からなる構成である。上記の構成によれば、溶接構造に使用する材料を容易に選定することができる。
【0049】
請求項6の発明は、前記構成部材および溶接部のアルミニウム合金は、請求項5に記載の溶接構造であって、日本工業規格における5000系として分類される各種合金の中から選択されており、前記裏当金およびシール部のアルミニウム合金は、日本工業規格における1000系、2000系、3000系、4000系、6000系、および7000系として分類される各種合金の中から選択されている構成である。上記の構成によれば、標準化された一般的なアルミニウム合金により形成することができるため、材料コストを低減することができる。
【0050】
請求項7の発明は、請求項1ないし6の何れか1項に記載の溶接構造であって、熱交換器、配管、またはタンクの接合部位に適用される構成である。上記の構成によれば、熱交換器、配管、またはタンクの接合部位における応力腐食割れを防止することができる。
【0051】
請求項8の発明は、標準化熱処理によりマグネシウムの析出が抑制されたアルミニウム合金からなるヘッダーと装置本体とを組立て溶接することにより形成され、水銀を含む天然ガスに対して熱交換を行う熱交換器であって、前記標準化熱処理前にヘッダーの内壁面に設けられ、前記組立て溶接時に他方の構成部材に当接される裏当金と、前記裏当金とヘッダーと装置本体とで形成される空間部に、マグネシウムを所定の含有率以上で含む第1溶接金属を用いて前記組立て溶接することより形成された溶接部と、前記裏当金と装置本体との当接部から前記第1溶接金属を組立て溶接時に漏出させないように、マグネシウムの含有率が前記所定の含有率未満である第2溶接金属を用いて前記当接部をシール溶接することにより形成されたシール部とを備えた構成である。
【0052】
上記の構成によれば、裏当金と装置本体との当接部に形成されたシール部が組立て溶接時における第1溶接金属の漏出を防止するため、第1溶接金属と天然ガスとの接触を確実に阻止することができる。また、シール部は、第1溶接金属よりもマグネシウムの含有率が小さな第2溶接金属で形成されている。これにより、シール部を形成する際に、シール部の第2溶接金属が天然ガス側に漏出し、この天然ガスと接触する状態になっても、第2溶接金属のマグネシウムの析出量が第1溶接金属よりも少ないため、マグネシウムと天然ガス中の水銀とが反応することによる応力腐食割れを生じ難くすることができる。
請求項1の発明は、
【図面の簡単な説明】
【図1】装置本体とヘッダーとが接合された状態を示す説明図である。
【図2】裏当金が取り付け面に当接された状態を示す説明図である。
【図3】熱交換器の斜視図である。
【図4】円筒部材同士が接合された状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 装置本体
1a 取り付け面
2 ノズル
3 ヘッダー
3a 接合面
4 裏当金
4a 接合面
5 溶接部
6 シール部
7 接合部
31 第1円筒部材
32 第2円筒部材
33 裏当金
34 シール部
35 溶接部
Claims (8)
- 水銀を含む処理対象物に接触する接合部位に適用され、マグネシウムを含むアルミニウム合金からなる構成部材の溶接構造であって、
前記構成部材における前記処理対象物が接触する側の壁面に設けられる裏当金と、
前記裏当金と前記構成部材とで形成される空間部に、マグネシウムを所定の含有率以上で含むアルミニウム合金からなる第1溶接金属を用いて組立て溶接することより形成された溶接部と、
前記裏当金と前記構成部材との当接部から前記第1溶接金属を組立て溶接時に漏出させないように、マグネシウムの含有率が前記所定の含有率未満であるアルミニウム合金からなる第2溶接金属を用いて当接部をシール溶接することにより形成されたシール部と
を備えたことを特徴とする溶接構造。 - 前記裏当金は、マグネシウムの含有率が前記所定の含有率未満であるアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項1に記載の溶接構造。
- 前記裏当金は、前記組立て溶接時の加熱により前記構成部材にマグネシウムが析出する熱影響領域を覆うように形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の溶接構造。
- 標準化熱処理によりマグネシウムの析出が抑制されていることを特徴とする請求項1ないし3の何れか1項に記載の溶接構造。
- 前記構成部材および溶接部は、マグネシウムを2.0%以上の含有率で含むアルミニウム合金からなり、
前記裏当金およびシール部は、マグネシウムの含有率が2.0%未満であるアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項1ないし4の何れか1項に記載の溶接構造。 - 前記構成部材および溶接部のアルミニウム合金は、日本工業規格における5000系として分類される各種合金の中から選択されており、
前記裏当金およびシール部のアルミニウム合金は、日本工業規格における1000系、2000系、3000系、4000系、6000系、および7000系として分類される各種合金の中から選択されていることを特徴とする請求項5に記載の溶接構造。 - 熱交換器、配管、またはタンクの接合部位に適用されることを特徴とする請求項1ないし6の何れか1項に記載の溶接構造。
- 標準化熱処理によりマグネシウムの析出が抑制されたアルミニウム合金からなるヘッダーと装置本体とを組立て溶接することにより形成され、水銀を含む天然ガスに対して熱交換を行う熱交換器であって、
前記標準化熱処理前にヘッダーの内壁面に設けられ、前記組立て溶接時に他方の構成部材に当接される裏当金と、
前記裏当金とヘッダーと装置本体とで形成される空間部に、マグネシウムを所定の含有率以上で含む第1溶接金属を用いて前記組立て溶接することより形成された溶接部と、
前記裏当金と装置本体との当接部から前記第1溶接金属を組立て溶接時に漏出させないように、マグネシウムの含有率が前記所定の含有率未満である第2溶接金属を用いて前記当接部をシール溶接することにより形成されたシール部と
を備えたことを特徴とする熱交換器。
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