JPH0144408B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、二重管の製造方法に関するものであ
り、特に本発明は、安価な外管と、例えば耐食性
あるいは耐熱性を有する高価な材料製の内管とよ
りなる二重管の製造に当り、両管夫々の材料の熱
膨張係数を適当に選択することを特徴とする二重
管の製造方法である。 管は、その用途により種々の特性が要求される
ので、これら特性を満足する素材をもつて製造さ
れている。近年産業の発達、特に化学工業および
その周辺あるいは関連技術の発達により管に要求
される特性は多様かつ苛酷になり、１種類の管材
料をもつて、要求される特性をすべて満足させる
ためには、非常に高価な材料を使用せざるを得な
いのが現状である。 一方、上記高価な材料を使用することによる管
のコストの上昇を抑制するため、それぞれ異なつ
た特性を有する複数の材料を複合させた多層管の
製造方法が種々提案されており、これらの方法は
以下の如くに大別することができる。 (i) 口径のわずかに異なる２種類の管を機械的に
はめ合わせるに際し、熱膨張と収縮を利用する
いわゆる焼ばめ法、あるいはPbやZnの如き固
体潤滑剤を利用してはめ合わせる方法。 (ii) 管の外側に帯鋼を巻き付けて端部を溶接する
方法。 (iii) 口径の小さい管を口径の大きな管内に挿入し
て重ねあわせ管となした後、爆着、熱間圧延、
冷間圧延の何れか少くとも一つの手段によつて
接合させるか、あるいは内管と外管との界面に
充填した接合剤としてのロウ材を利用して接合
させる方法。 (iv) 管の内面およびまたは外面に異種材料からな
る溶接棒をもつて肉盛溶接するか、もしくは前
記異種材料を肉盛した管を熱間あるいは冷間圧
延して径を小さくし、長尺管とする方法。 (v) 数枚の帯鋼を、重ね合せて成形するか、ある
いはうず巻状にして溶接する方法。 しかし上記諸方法には何れも以下に示す如き欠
点があり、多層管またはその工業的製造方法とし
ては、必ずしも満足すべき特性を有していない。
すなわち、 (i)の方法によれば、はめ合わせの時の寸法精度
が重要であるので長尺ものには実施困難であり、
焼ばめ温度以上での使用、あるいは高温下、低温
下の繰返し使用により、接合部のゆるみが生じ、
またPb、Zn等の潤滑によるはめ込みにあつては
肉厚の薄い管の組合せは困難であり、また大径管
の場合の実施も困難であるので、この方法によれ
ば製造される管の寸法上の制約がある。 (ii)の方法によれば、溶接部においては内、外管
の接合は良いが、その他の部分は接合しておら
ず、したがつて高温下の加熱、あるいは高温下、
低温下の繰返し加熱によつて接合部のゆるみを生
じたり、溶接部に割れが発生する恐れがある。ま
た溶接を受けるため溶接性の点から割れを生じな
い材料を選択する必要がある等組合せ材料の選択
面で制約がある。 (iii)の方法によれば、爆着では管径や長さの点、
あるいは能率などの点に問題があり、熱間圧延、
冷間圧延またはロウ材による接合は優れた方法で
はあるが、工程が煩雑な点に難点がある。 (iv)の方法によれば、大径管にしか肉盛すること
ができないため、寸法上の制約があり、また肉盛
溶接によつて溶着部あるいは母材に割れなどが発
生することもあり、また肉盛部の加工性も悪いた
め、肉盛材と母材管の材料組合せに制限がある。 (v)の方法によれば、小径管の製造は困難であ
り、また溶接部以外の接合は高温下の使用やくり
返えし加熱によりゆるみを生じる。また大径管の
場合にあつても肉厚の極端に異なるものや、材質
の極端に異なるものの組合わせでは溶接が困難で
あり、組合せる素材や寸法上の制約をまぬがれな
い。 本発明は、従来の二重管の製造方法の有する前
記諸欠点を除去、改善した二重管の製造方法を提
供することを目的とするものであり、特許請求の
範囲記載の方法によつて前記目的を達成すること
ができる。すなわち本発明は、外管の内側に内管
を挿入して外管と内管とを重ねあわせて接合する
二重管の製造方法において、内管の材料の熱膨張
係数が外管の材料の熱膨張係数よりも小さいよう
に選定し製作した外管内に内管を挿入して重ねあ
わせ管とし、該重ねあわせ管を二重管使用温度よ
り高温度に、帯域加熱手段を重ねあわせ管の全長
にわたつて移動させつつ加熱し同時に内管を気体
により加圧して拡管し、外管に密着させ、次いで
冷却することにより内外両管を締結させることを
特徴とする二重管の製造方法に関するものであ
る。 本発明の製造方法において、前記のように帯域
加熱することにより加熱と気体による加圧・拡管
とに加え、内管の軸方向に圧縮力を負荷して前記
拡管を容易にすることができる。以上のようにし
て製造された二重管を通常の方法によつて拡管ま
たは縮管して所望の寸法に調整することもでき
る。 次に本発明を図面について説明する。 第１図では、内管２は外管１の内側に挿入され
て重ねあわせ管が構成され、内管２の両端はシー
ルキヤツプ３により密封され、空気もしくは不活
性ガスボンベ４に連結され、重ねあわせ管全長が
管状電気炉５内に収容された状況を示す。この装
置により重ねあわせ管全長を一緒に加熱しながら
内管２をガスボンベ４からの気体により加圧・拡
管すると、内管２は外管１と接合するに至る。次
に重ねあわせ管を冷却すると、内管２と外管１に
関し材料選定の時に配慮された熱膨張係数の相違
によつて外管１の収縮は内管２の収縮よりも大き
いので、外管１は内管２を締めつけ、内外両管は
更に強く締結され、結合される。しかしながら長
大な重ねあわせ管全長を一緒に均一に加熱するに
は大きな加熱設備が必要であるばかりでなく、実
際的に管全長を均一に加熱することは困難であ
り、かつ内・外管自体も正確に均一な管厚ではな
いので、仕上つた二重管の緊着締結が不均一とな
るのをまぬがれない。 第２図にあつては、第１図と同様な重ねあわせ
管が雰囲気調整チヤンバー６内に収容され、管長
の一部分が、高周波電源装置８に接続され移動装
置９により管全長にわたつて移動可能な帯域加熱
手段、たとえば加熱コイル７に囲繞された状況を
示す。必要に応じて雰囲気調整チヤンバー６およ
び内管２内を真空排気装置１０によつて減圧した
後、不活性あるいは還元性ガスを雰囲気調整ボン
ベ１１より雰囲気調整チヤンバー６内に導入し、
シールキヤツプ３で密封された内管２内に空気も
しくは不活性ガスを内管加圧用ガスボンベ４から
圧入して内管２内を加圧し、高周波加熱コイル７
に高周波電源装置８より通電して、加熱コイル移
動装置９により加熱コイル７を移動させつつ、内
管２と外管１とを帯域加熱し、加熱コイル７の移
動中のそれぞれの位置における加熱部において内
管２を加熱と加圧により膨張せしめて外管１に接
合させる。かかる加熱を管全長にわたつて実施の
後全体が冷却すると内外管は一体に強く結合した
二重管となる。このような帯域加熱手段を用いる
と内・外管の管厚が正確に均一でない場合でも、
帯域加熱温度の調整、帯域加熱手段の移動速度の
制御によつて仕上り二重管の均一な緊着締結をよ
り高度に達成することができる。なお前記加圧と
加熱中に圧縮加工装置１２と荷重測定器１３と圧
縮加工用ピストン１４によつて内管２の両端部に
長手方向に沿つて向い合つた圧縮力を加え得るよ
うにすることにより、前記加熱・加圧・拡管中
に、内管２の軸方向に圧縮力も加えて前記拡管を
助け、更に内外管の接合を助長させることもでき
る。 次に本発明を実施例について説明する。 実施例 １ 外管として炭素鋼管（STBA22）の外径50.8
mm、肉厚0.5mm、内管として高純度フエライト系
ステンレス鋼（Fe−30％Cr−２％Mo）の外径
38.0mm、肉厚0.45mmのTIG溶接管を用いた。二重
管の製造方法は以下の手順によつた。 すなわち、第２図に示すごとく内管２の両端に
シールキヤツプ３を溶接し、外管１に挿入し、外
管１と内管２とよりなる重ねあわせ管を雰囲気調
整チヤンバー６内にセツトし、該チヤンバー６内
を真空排気装置１０により排気の後、雰囲気調整
ガスボンベ１１よりアルゴンガスを導入した。内
管２の加圧用ガスボンベ４よりのアルゴンガスで
内管２内を10気圧に加圧後、帯域加熱コイル７を
200mm／minの速度で管全長にわたつて移動させ
ながら管の被加熱部が1050℃となるように加熱し
た。以上の方法で作成した二重管は、軸方向直角
断面の検査により、完全に締結していることが確
認された。 実施例 ２ 外管としてステンレス鋼管（SUS316）の外径
50.8mm、肉厚5.0mm、内管としてNi基合金（イン
コネル625）の外径38.0mm、肉厚0.5mmのTIG溶接
管を用いた。実施例１と同様の方法に加え、内管
２の軸方向に、圧縮加工装置１２により荷重測定
器１３、圧縮加工用ピストン１４を経て約100Kg
の圧縮力を加えた。加熱温度は1000℃、内管２内
の圧力は30気圧であつた。以上の方法で作成した
二重管は、軸方向直角断面の検査により、完全に
締結していることが確認された。 実施例 ３ 実施例２により作成した二重管を水圧拡管法に
より外径を52.0mmまで拡管した。また実施例１で
作成した二重管を冷間引抜法により49.0mmに縮管
した。これらの拡管、縮管した二重管は、軸方向
直角断面の検査により、共に完全に締結している
ことが確認された。 比較例 １ 外管として炭素鋼管（STBA22）の外径50.8
mm、肉厚5.0mm、内管としてステンレス鋼管
（SUS304）の外径38.0mm、肉厚0.5mmのTIG溶接
管を用い、加熱温度1100℃、内管の加圧力を15気
圧とする以外は実施例１と全く同一方法で二重管
を作成した。以上による二重管は、軸方向直角断
面の検査により、内管、外管は緊密に締結はして
おらず、約0.1mmの間隙が生じていた。 以上の諸実施例および比較例における管の材料
の組合わせ、熱膨張係数の関係、および締結緊着
成績を下記の表に示す。

【表】 この表より、本発明の方法における内管、外管
の材料の組合わせは、熱膨張係数に関してのみ外
管の前記係数を内管のそれよりも大きくしておけ
ば、材料の選定は任意であることが分る。加熱温
度、加圧力、圧縮力などは、内管を高熱下で拡管
し、外管内面に密着させるための変形に要するも
のであるから、内管の強度、直径、肉厚などを考
慮して容易に決定することができる。 本発明は、内管と外管夫々の材料の熱膨張係数
の差異を利用して、外管により内管を締付けるの
であるから、両材料は加熱の高温度に耐え得るこ
とは当然必要なことであるが、実施に当つては従
来の焼ばめ法などより許容温度範囲が広く、工程
の管理は楽である。また、内管に内圧を加え拡管
して外管に密着させるのであるから、外管の内径
と内管の外径の寸法精度は、焼ばめ法における程
には精密さは要求されず、実施に当つて有利であ
る。このことは更に長尺の二重管製造に当り甚だ
有効である。前記実施例は直径50mm程度の管に関
するが、特別の大径・小径の管を除き各種直径の
管に本発明を適用することができる。更には、内
管の加圧・拡管温度を高くすることにより、二重
管としての使用温度上限を高めることもできる。 以上の如く本発明の二重管の製造方法は、安価
な外管に、高耐食性または耐熱性の高価な材料よ
りなる内管の内貼をするには最適で、全体的に見
て割安の高耐食性または耐熱性管の提供を可能な
らしめるので、従来高価な材料の管を使用せざる
を得なかつた装置や管などへの適用により、産
業・技術に大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は管全長を加熱して気体による加圧で拡
管する二重管製造装置の縦断面説明図、第２図は
帯域加熱と気体による拡管に加え軸方向の圧縮力
負荷により拡管を援助する二重管製造装置の縦断
面説明図である。 １……外管、２……内管、３……シールキヤツ
プ、４……内管加圧用ガスボンベ、５……管状電
気炉、６……雰囲気調整チヤンバー、７……加熱
コイル、８……高周波電源装置、９……加熱コイ
ル移動装置、１０……真空排気装置、１１……雰
囲気調整ガスボンベ、１２……圧縮加工装置、１
３……荷重測定器、１４……圧縮加工用ピスト
ン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外管の内側に内管を挿入して外管と内管とを
   重ねあわせて接合する二重管の製造方法におい
   て、内管の材料の熱膨張係数が外管の材料の熱膨
   張係数よりも小さいようなそれぞれの材料を選定
   し製作した外管内に内管を挿入して重ねあわせ管
   とし、この重ねあわせ管の全長にわたつて帯域加
   熱手段を移動させながら前記の内・外管をともに
   加熱すると同時に、前記内管内に気体を導入して
   この内管のみを加圧拡管するとともに、内管の軸
   方向に圧縮力を負荷し、次いで重ねあわせ管全体
   を冷却することにより、内管と外管とを締結させ
   ることを特徴とする二重管の製造方法。 ２ 二重管とした後、拡管もしくは縮管して、二
   重管を所定の寸法とする特許請求の範囲第１項記
   載の二重管の製造方法。