JPH02134485A - 異種金属管継手の製造方法 - Google Patents

異種金属管継手の製造方法

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JPH02134485A
JPH02134485A JP63285359A JP28535988A JPH02134485A JP H02134485 A JPH02134485 A JP H02134485A JP 63285359 A JP63285359 A JP 63285359A JP 28535988 A JP28535988 A JP 28535988A JP H02134485 A JPH02134485 A JP H02134485A
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Masayasu Kojima
正康 小嶋
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、例えばチタン管と鋼管、あるいはステンレス
鋼管とチタン管というような材質の異なる金属管同志を
接続するための異種金属管継手の製造方法に関するもの
である。
(従来の技術) 各種プラントでは用途、環境、価格等を考慮して、構成
する各種化学装置、機器を各種の金属材料、例えばステ
ンレス鋼、チタン、アルミニウム等で制作し、これら装
置、機器の間を配管で接続するということがしばしば行
われる。この場合、例えばステンレス鋼製の装置、機器
から引出される配管はステンレス鋼管、チタン製の装置
、機器から引出される配管はチタン管であることが通例
であり、このような場合にはこれら異種材質管同志を接
続することになる。
一般に管同志を接続する場合には、作業能率にすぐれ、
且つ安価な融接で行うのが有利であるが、接続する両金
属管材料の組合せによっては融接できない場合がある。
例えばステンレス鋼管とチタン管の場合には、溶接部に
非常に脆い合金層を生ずるために融接が不可能であるこ
とがよく知られている。
従って、融°接で接続できない場合には、フランジ接合
等のメカニカルな接続方法、あるいは固相接合された継
手による接続方法が採用される。
第9図は前者、すなわちメカニカルな接続方法の−例を
示し、例えばステンレス鋼管11とチタン管12といっ
た異種材質管と、これらと同一材質のそれぞれのフラン
ジ13.14を夫々の管端15.16で融接し、フラン
ジ13.14をポル1−17とナツト18で締結するも
のである。この方法は簡便に異種材質管の接続を行うこ
とができるが、高度のシール性が要求される場合には採
用し難く、またフランジ13.14のために余分なスペ
ースを必要とするという問題もある。
第10図は後者、すなわち固相接合された継手による接
続方法の場合を示し、管状或いはリング状の継手19を
使用し、その両端19a、19bを配管接続せんとする
異種材質管、例えばステンレス鋼管11とチタン管12
に融接するものである。もちろん、管継手19の少なく
とも両端19a、19bはそれぞれ前記した金属管11
,12と同一材質である。すなわち、管継手19は、例
えば中央の接合面20を境にして材質が異なっており、
例えばステンレス鋼とチタンといった異種材質(第10
図に夫々A、Bで示す)を固相接合することによって製
造される。固相接合の方法としては、摩擦圧接、圧延圧
着、熱間静水圧圧着(HIP法)、爆発圧着などの方法
があるが、管継手19の製造には摩擦圧接が簡便である
。その−例を第11図に示す。第11図(イ)は、第1
0図のステンレスIAの材質の管状素材21、チタンB
の材質の管状素材22をそれぞれチャック24.25で
つかみ、夫々の端面23を密着させて相対的に逆方向に
回転させる状況を示した説明図である。すなわち、回転
に伴って夫々の端面23は摩擦熱によって温度が上昇し
、これに軸圧縮力が付加されるために、第11図(ロ)
のように内、外面にバリ26を形成しつつ、界面20゛
が接合される。そしてその後、バリ26を切削除去し、
両管端を仕上げることによって管継手19が得られる。
(発明が解決しようとする課題) ところで、第10図に示す管継手19では接合強度が重
要であることは云うまでもなく、管継手19に軸方向引
張力あるいは曲げ力が加わった時に接合面20が分離し
てはならない。接合面の単位面積当たりの接合強度を一
定とすると、接合面20の面積が大きいほど全体として
の接合強度は大となるが、管継手19の接合面20は軸
心に対して垂直であり、面積を増加させるには肉厚を増
加させねばならない。これは管継手19の重量増加とな
り、また経済的でない。
これに対し第5図に示す管継手27のように接合面28
を肉厚方向に傾斜させることができれば、接合面積が増
加するが、このような管継手27を摩擦圧接で製造する
ことは、第11図の加工法から考えて掻めて困難である
本発明は上記したような問題点を解決し、第5図に示す
如き、接合面が肉厚方向に任意の傾斜を有する異種材質
管継手を自在に製造しうる方法を提供することを目的と
している。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明は、両面それぞれの材
質が前記金属管と同一材質のクラッド板を深絞り加工し
て底部側が小径、上部開口部側が大径の容器形状と成し
、その後底部を切断除去すると共に、少なくとも両管端
が異なる単一材質で構成されるように切削加工すること
としているのである。
本発明で使用するクラッド板は圧延によって能率的に製
造することが好ましいが、爆発圧着を採用することも可
能である。また、深絞り加工は熱間、冷間のいずれも可
能である。
(実 施 例) 以下、本発明方法を第1図〜第8図を参照して詳細に説
明する。
第1図(イ)は、本発明方法で製造する異種金属管継手
の素材である円形のクラッド板1を示す。
クラッド板lは第5図、第6図に示す異種金属管継手を
構成する材質A、Bの板材2.3が一体的に接合された
ものである。材質A、Bの組合わせによっては、接合面
4近傍に生ずる金属間化合物が接合強度あるいは耐食性
を劣化させることがあり、その場合には適当なインサー
ト板を接合面4にはさむことが行われるが、第1図(イ
)のクラソド板lはそれも含んでいる。なお、接合には
圧延圧着、爆発圧着などの公知の方法が採用される。
ところで、第1図(イ)のクラッド板lを構成する材M
Aの板材2の厚さT。A、材質Bの板材3の厚さT。、
は、深絞り加工品の肉厚及び削り代を考慮して決定する
が、この点については後述する。
また、外径り。は、第5図の異種金属管継手27あるい
は第6図の異種金属管継手29が採取できる大きさに設
定することは云うまでもないが、これについては後で補
足説明する。
次に、クラット板1の深絞り方法について説明する。深
絞り方法には2つの公知の方法が用いられる。1つはし
わ押さえなし絞り、他の1つはしわ押さえ絞りである。
しわ押さえ絞りは、第7図(イ)に示すフランジしわ3
2を防止するのが目的である。
第1図(ロ)及び(ハ)はしわ押さえなし絞りの説明図
で、(ロ)は素材であるクラッド板lをダイス30にセ
ットした状態を示す。
ダイス30は上方からクラッド板lを安定して支持する
ための平面部30a、テーパ状の傾斜面30c、その下
方にはダイス穴33が設けられており、それぞれの境界
部30b、30dには材料をスムースにすべり込ませる
べく、丸味が与えられている。ダイス30の上方には、
これと同芯状にポンチ31が図示しない加圧装置にとり
付けられている。ポンチ31を降下すると、ポンチ底面
31aはクラット板1をそのR部30bを支点にして下
に凸となるように曲げ、クラッド板1はR部30bを通
過し、外径を減少しつつダイス傾斜面30cをすべりお
りる。
第1図(ハ)は深絞り加工されたワーク端面34の全周
が境界部30dを通過し、ダイス穴33に完全に絞り込
まれた状態を示している。ダイス穴33は大径部30e
1テーパ部30f1小径部30gを有し、絞り成形品3
5の外郭形状はこれに沿った゛ものとなる。また、ポン
チ31は大径部31e、テーパ部31d1小径部31c
を有し、絞り成形品35の内郭形状はこれに沿ったもの
となる。
以上のしわ押さえなし絞りが適用できるのは前述したよ
うに、第7図(イ)に示すフランジしわ32が発生しな
い場合であるが、ダイス30に傾斜面30cを設けるの
は、このフランジしわを発生しにくくするのが目的であ
り、JIS Z 2249のコニカルカップ試験にも適
用されている。
第1図(ロ)、(ハ)に示す傾斜面30cの角度φは4
5°以下が好ましい。このようなダイス30を使用して
も、第1図(イ)に示すクラット板1において、TOA
/ Do 、 Tom/ Do <0.015の場合は
フランジしわが生ずる危険がある。
なお、深絞り加工では、第7図(ロ)に示すような破断
36が生ずる危険があり、第1図(ロ)、(ハ)に示す
ポンチ小径部31cの外径dl′と第1図(イ)に示す
クラット板1の外径り。の比d l ’ / D Oは
0.4以上、好ましくは0.5以上とすることが推奨さ
れる。
上述のしわ押さえなし絞りは、冷間、熱間のいずれにも
適用されるが、熱間加工の場合はワーク抽出後の冷却収
縮を考慮してポンチ外郭寸法、ダイス穴内郭寸法を決定
する必要があることは云うまでもない。
ところで、第1図(ロ)においては、材質Aの面をダイ
ス側に、材質Bの面をポンチ側に向けてセットしている
が、これは第5図あるいは第6図のように材質A、Bで
構成された管継手を得るためであり、第5図あるいは第
6図で材質A、Bが逆に構成された管継手を得る場合に
は、第1図(ロ)において、材質への面をポンチ側に、
材質Bの面をダイス側に向けてセットすればよい。
第2図はしわ押さえ絞りの説明図で、(イ)は素材であ
るクラット板1をダイス37にセットし、上方より図示
しない加圧装置にとり付けられたしわ押さえ仮38を降
下せしめ、ダイス平面部37aとの間で押圧保持した状
態を示している。
ついで、上方より図示しない別の加圧装置に、ダイス3
7に同芯状に取り付けられたポンチ31を降下せしめる
と、ポンチ底面31aはクラッド板1の中央部分−帯を
下に凹となるように曲げ、クランド+Fi、lの周縁部
をしわ押さえ仮38で挟持した状態のままダイス肩部3
7bを通過してダイス穴39内に絞り込む。しわ押さえ
仮38に付加する押圧力は第7図(イ)に示す如きフラ
ンジしわ32が発生しない範囲で小さなものとする。こ
れは第7図(ロ)の破断36を防止するためである。
第2図(ロ)はワークを完全に絞り込んだ状態を示して
おり、絞り成形品35の外郭形状はダイス穴39の大径
部37c、テーパ部37d、小径部37eに沿ったもの
となる。
また絞り成形品35の内郭形状はポンチ31の大径部3
1e、テーパ部31d、小径部31cに沿ったものとな
る。以上のしわ押さえ絞りでは、主としてしわ押さえ仮
38、ダイス平面部37a間の摩擦力の影客によって第
7図(ロ)の破断36が前述のしわ押さえなし絞りより
も生じ易い(頃向にある。したがって、第2図に示すポ
ンチ小径部31cの外径d1°と第1図(イ)に示すク
ラッド板1の外径り。の比d+’/Doは0.5以上好
ましくは0.55以上とすることが推奨される。
しわ押さえ絞りは前記と同様、冷間、熱間のいずれにも
適用できるが、熱間加工の場合は、第2図(イ)におい
てしわ押さえ板38とダイス平面部37aで挟持された
部分の材料温度が低下するので、絞り込みの抵抗が増加
し、第7図(ロ)の破断36が生じ易(なる。したがっ
て、しわ押さえ仮38、ダイス37を予熱してワークの
温度低下を極力抑制する必要があり、冷間で実施する方
が作業性の点から優れている。
第3図は上記深絞り加工で得られた成形品35を示す。
大径部35aの外径D3、内径り、は、各々第1図(ロ
)(ハ)、第2図におけるダイス六大径部内径り、゛、
ポンチ大径部外径D+”に略々等しい。また深絞り成形
品35の小径部35cの外径d3、内径d、は、各々第
1図(ロ)(ハ)、第2図におけるダイス穴大径部内径
d31、ポンチ小径部外径d、lに略々等しい。ここで
、略々というのは金型か゛らワークを抽出した後のスプ
リングバックあるいは熱間加工での冷却収縮が伴うため
である。
深絞り加工では、周知のように開口部側では増肉が生ず
るため、第3図の深絞り成形品35の大径部35aのA
、B材の肉厚T’s 、Tiは素材クラット仮1での肉
厚T。4% TONより数10%程度大きくすることも
可能である。しかし大径部35aを軸心に平行に仕上げ
るためには、例えば第1図(ロ)(ハ)においてダイス
穴大径部30eとポンチ大径部31eの間でしごきを付
加することが好ましく、本発明者らの実験によれば、T
A、Tsは各々TOA、 TOIと略々同一に仕上げる
ことが可能であった。また、深絞り加工では、周知のよ
うに底部側では減肉が生ずるので、第3図の深絞り成形
品35の小径部35cのA、B材の肉厚t4、Lmは素
材クラッド板1での肉I7.T o A−T o aよ
り小さくなる。この場合も小径部35cを軸心に平行に
仕上げるために、例えば第1図(ロ)(ハ)においてダ
イス穴小径部30gとポンチ小径部31cの間でしごき
を付加することが好ましい。
次に深絞り成形品35から異種金属管継手を採取する方
法について説明する。
第3図に示す一点鎖線40は、第5図に示す同径の異種
金属管継手27を示す。はじめに第3図のイの位置で深
絞り成形品35の底部を切り離し、ついで内外削と長さ
方向の切り揃えを行って異種金属管継手27を採取する
のである。従って、管継手27の傾斜した接合面28は
、第3図に示すように、絞り成形品35のテーパ部35
bから採取される。なお、傾斜した接合面28の傾斜角
θ(第5図)は、第3図における深絞り成形品35のテ
ーパ部35bの傾斜角θ′より若干小さい。
すなわち、第1図(ロ)(ハ)、第2図におけるダイス
穴33.39のテーパ部30f、37dの傾斜角θ”を
選定することによって、第5図の接合面28の傾斜角θ
を自在に調整することができるのである。
次に異種金属管継手27と深絞り成形品35の寸法関係
について第3図を用いて説明すると、深絞り成形品3°
5の大径部内径D1および小径部35cにおける接合界
面42の直径d2は管坩手27の内径d、より削り化分
だけ小さい。また、深絞り成形品35の大径部35aに
おける接合界面41の直径D2および小径部外径d3は
管継手27の外径d0より削り代分だけ大きい。厚みに
付いて:1えば、大径部35aにおける内層材肉厚To
、小径部35cにおける外層材肉厚tAは管継手27の
肉J’lJ tよりも削り代分だけ大きい。
次に第6図に示す異径異種金属管継手29の場合の!!
!造方法であるが、これも第4図に示す一点鎖線43部
分を削り出すことによって採取することができる。この
場合の異種金属管継手29と深絞り成形品35の寸法関
係について説明すれば、深絞り成形品35の大径部外径
D3、小径部35cにおける接合界面42の直径d2は
それぞれ異種金属管継手29の大径部外径doI、小径
部外径d。2より削り代分だけ大きい。また、深絞り成
形品35の大径部35aにおける接合界面41の直径D
2、小径部内径d、はそれぞれ異種金属管継手29の大
径部内径dil、小径部内径(Figより削り代分だけ
小さい。
厚みについて言えば、大径部35aにおける外層材肉厚
T0、小径部35cにおける内層材肉厚Lmはそれぞれ
、管継手29の大径部肉厚t6、小径部肉厚t2よりも
削り代分だけ大きい。
なお、第6図における1頃斜接合面28゛の傾斜角θは
、第4図における深絞り成形品35のテーバ部35bの
傾斜角θ゛より若干小さい。
第3図及び第4図においては、長さ2の異種金属管継手
が採取できる深さの深絞り成形品35が示されているが
、これが第1図(ロ)(ハ)あるいは第2図に示す1回
の深絞り加工で得られない場合には主知の如く複数回の
深絞り加工を繰り返し、各工程で成形品外径を徐々に減
らしていけばよい。
ところで、以上の説明においては、段付形状の深絞り成
形品35から同径あるいは異径の異種金属管継手を採取
するものを示したが、これは材料の歩留りを出来るだけ
向上しようとするためである。歩留りを度外視すれば、
第8図に示すような採取方法も考えられる。
第8図(イ)はすり林状成形品44から同径異種金属管
継手27を採取する一例、同図(ロ)は同じくすり林状
成形品44から異径異種金属管継手29を採取する一例
、同図(ハ)は直胴のコツプ状成形品45から異径異種
金属管継手29を採取する一例である。これらの方法で
はいずれも第3図、第4図の場合よりも厚い素材クラッ
ド板1を必要とし、歩留りが低下する。
次に本発明方法を用い”C実際に異種金属管継手を製造
した場合の結果を示す。
そのl) 板厚みが24mm、直径がφ360 mmの5US30
4ステンレス鋼とチタンのクラッド板(厚み構成: 5
US304ステンレスLm  12 mm 、チタン 
12mm)を900°Cに加熱し、第1図(ロ)(ハ)
に示す仮押さえなし絞り加工を5US304ステンレス
鋼側をダイス側に向けて実施し、第3図に示すD3−φ
244 mm、Dl−φ196 mm、 d、=φ21
8謳、dl−φ178鴫の段付容器を得た後、底部切断
、開口部切り揃えと内、外削を実施し、第5図に示すd
、=φ216.3++o、t=8.2 nun、 i 
=90mm、θ−22°−22°全径異継手を製作した
同管継手の接合部を浸透探傷試験で検査したところ、剥
離等の欠陥は全く認められなかった。また、接合部の強
度を調べるために同継手の両端から引張試験を実施した
ところ、破断は全厚がチタンからなる部位で生じた。こ
れは、接合部の強度が十分であることを示している。
その2) 板厚が2011IIn、直径がφ230IIIIIlの
5US304ステンレス鋼とインコネルのクラッド板(
厚み構成: 5IJS304ステンレス鋼10mm、イ
ンコネル 10M)を冷間深絞り加工し′ζ外径φ13
8 +nn、内径φ93mmの5US304ステンレス
鋼が内側の庇付直胴容器とした後、第1図(ロ)(ハ)
に示すポンチ、ダイスを使用して、D、−φ133 m
m、 D、  =φ98−1d3=φ116 nun、
 d 、 =φ84鵬の段付容器に冷間成形し、焼鈍後
、底部切断、開口部切り揃えと内、外削を実施し、第5
図に示すd、=φ114.3 trm、 t = 5m
m、ffi=90mm、θ=17゛の同径異種金属管継
手を製作した。同管継手の接合部を浸透探傷試験で検査
したところ、剥離等の欠陥は全く認められなかった。ま
た、接合部の強度を調べるために同管継手の両端から引
張試験を実施したところ、破断は全厚か5US304ス
テンレス鋼らかなる部位で生した。
これは、接合部の強度が十分であることを示す。
その3) 板厚みが23鵬、直径がφ380胴のチタンとアルミニ
ウムのクラッド1反(+”Iみ十簿成:チタン 12m
m、アルミニウム 1liun )を冷間深絞り加工し
て、外径φ240鵬、内径φ194 mm、アルミニウ
ム内側の庇付直胴容器とした後、第1図(ロ)(ハ)に
示すポンチ、ダイスを使用して、D3−φ220閣、D
、=φ174 mm、 d 3−φ187 mm、 d
 + =149 mmの段付容器に冷間成形し、焼鈍後
、底部切断、開口部切り揃えと内、外削を実施し、第6
図に示すdol=φ216.3閣、t + =8.21
11111. d at=φ165.2閣、t ! =
7.1 mm、 l =152.4 mm、θ=8°の
異径異種金属管継手を製作した。同管継手の接合部を浸
透探傷試験で検査したところ、剥離等の欠陥は全(認め
られなかった。また、テーパ部より3M厚、長さ70m
m、幅10mmの試験片を接合部がほぼ中央に位置する
ように切出し、長手方向引張試験を実施したところ、破
断は全厚がアルミニウムの部分で生じた。これは接合部
の強度が十分であることを示す。
その4) 板厚が18mm;直径がφ720 mmのチタンとアル
ミニウムのクラッド+a<ry−み構成:チタン 9鵬
、アルミニウム 9mm)を冷間にて第2図に示す仮押
さえ絞り加工をチタン側をダイス側に向けて実施し、第
3図に示すD3−φ530 a+m、 D、 =φ49
4 mm、 d3−φ510 mm、 d 、−φ48
2ml11の段付容器を得た後、底部切断、開口部切り
揃えと内、外削を実施し、第5図に示ずdo−φ508
 mm、 L=4.8 tma、 l =150 rn
rn、θ=6.5°の同径異種金属管継手を製作した。
同管継手の接合部を浸透探傷試験で検査したところ、剥
離等の欠陥は全く認められなかった。また、接合部の強
度を調べるために軸心方向が長手方向の引張試験片を切
り出して引張試験を実施したところ、破断は全厚がアル
ミニウムの部分で生じた。これは、接合部の強度が十分
であることを示す。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明にかかる製造方法によれば
、素材にクラッド板を使用し、プレスによる深絞り加工
でクランド容器を成形し、容器底部の切断および開口部
の切り揃えによって段付筒状となし、内、外削加工で仕
上げるという掻めて簡単な工程により、接合面が肉厚方
向に任意の角度で1頃斜した接合面の面積が広い異種金
属管継手を製造することができるのである。すなわち、
本発明方法はクラッド板の製造と深絞り加工が可能であ
ればどのような組合わせの金属に対しても所望の異種金
属管継手が製造でき、工業的に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)は本発明方法で製造する異種金属管継手の
素材°を示す図、同図(ロ)(ハ)は本発明方法の一工
程であるしわ押さえなし絞りの説明図、第2図(イ)(
ロ)は第1図(ロ)(ハ)と同様の他の工程であるしわ
押さえ絞りの説明図、第3図及び第4図は深絞り加工で
得られた絞り成形品の一例を示す図、第5図及び第6図
は本発明方法により製造した異種金属管継手の一例を示
す図、第7図(イ)(ロ)は深絞り成形品の欠陥説明図
、第8図(イ)〜(ハ)は他の形状の成形品から異種金
属管継手を採取する例を示す図面、第9図及び第10図
は従来の異種金属管の接続方法の説明図、第11図(イ
)(ロ)は摩擦圧接方法の説明図である。 1はクラット板、30.37はダイス、31はポンチ、
35は絞り成形品。 第1図 第3図 第5図 M6図 (イ) 第7囚 第8図 2A 第11@ (イ) l。 2゜ 3゜ 4゜ 手続補正 占 (自発) 事件の表示 特願昭63−285359号 発明の名称 異種金属管継手の製造方法 補正をする者 事件との関係    出願人

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)材質が異なる金属管同志を接続するための異種金
    属管継手の製造方法であって、両面それぞれの材質が前
    記金属管と同一材質のクラッド板を深絞り加工して底部
    側が小径、上部開口部側が大径の容器形状と成し、その
    後底部を切断除去すると共に、少なくとも両管端が異な
    る単一材質で構成されるように切削加工することを特徴
    とする異種金属管継手の製造方法。
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