JPH0220880B2

JPH0220880B2 -

Info

Publication number: JPH0220880B2
Application number: JP59016855A
Authority: JP
Inventors: Sadahiko Sugyama; Kyoshi Nosetani; Keizo Nanba; Hiromichi Sano
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1984-01-31
Filing date: 1984-01-31
Publication date: 1990-05-10
Also published as: FR2558926A1; JPS60164089A; US4949895A; FR2558926B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、チタン内張２重管とチタン管板との
組付方法に係り、特に内管として薄肉のチタン管
を用い、これを所定の外管の内面に圧着せしめて
なる２重管を、目的とする凝縮器などの機器のチ
タン管板に効果的に組み付ける方法に関するもの
である。

従来から、凝縮器乃至は熱交換器における伝熱
管として、内管として耐食性のある薄肉のチタン
管を用い、一方外管にチタンとは異なる金属材料
からなる管を用いて、該外管内面に前記チタン管
を圧着せしめたチタン内張２重管を使用すること
が検討されてきており、例えば、外管としてフイ
ン付きアルミ管を用い、これに内管としての薄肉
チタン管を組み合わせた２重管等が知られてい
る。そして、このような２重管を用いた凝縮器に
あつては、構成材の特性、すなわちフイン付きア
ルミ管（外管）における作動流体凝縮時の高伝熱
性能、薄肉チタン管（内管）における高い海水耐
食性等の特徴を生かして、かかる２重管の管内に
は、海水又はそれと同等の腐食性を有する流体
（冷却流体）が、また管外面には、アルミ材料の
腐食の問題を考慮しなくてもよいような凝縮性の
流体（高温流体）が、それぞれ流通せしめられる
ようにした熱交換特性が採用されている。具体的
には、この２重管を用いた凝縮器として、凝縮性
作動流体としてアンモニアやフロンを用いた海洋
温度差発電用凝縮器、縦型のフロン・タービン・
コンデンサ、及びLNGの液化装置のコンデンサ
等が挙げられるのである。

ところで、かくの如き２重管の前記凝縮器にお
ける装着は、一般に該凝縮器の缶体内を仕切る管
板に取り付けられることによつて行なわれ、該管
板にて仕切られた室内に導かれた海水等の腐食性
の冷却流体が、該管板に取り付けた２重管の管内
を流通せしめられるようになつている。そして、
このように、管板も腐食性の冷却流体に晒される
ものであるところから、かかる管板をチタン材料
にて形成することが望ましいのであるが、かかる
チタン管板を用いた場合において、それと前記チ
タン内張２重管との間の組付けには、幾つかの解
決すべき問題が内在している。すなわち、このよ
うな２重管とチタン管板との組付けに際しては、
従来より採用されている管と管板の接合方法、例
えば、機械的拡管、シール溶接などの技術が適用
できると考えられるが、それらにはそれぞれ種々
の欠点が内在しているのである。

すなわち、機械的拡管手法によつてチタン内張
２重管とチタン管板とを組み付ける場合において
は、該２重管の端部が機械的に拡管されて、管板
の取付穴の内面に圧着されるに過ぎないものであ
るところから、リーク・タイトでなく、また熱伝
導性が低く、更には取付け強度の点で信頼性に欠
ける問題を有する他、かかる２重管の外管を構成
するアルミ管等の耐食性に劣る材料が、該２重管
の管端面に露出し、これが、該２重管内を流通せ
しめられる腐食性の流体によつて腐食される問題
があり、このためかかる２重管の管端面に適当な
防食塗装や、該管端面をカバーする保護キヤツプ
を装着せしめる必要がある等の問題がある。

また、シール溶接、換言すればチタン内張２重
管の端部外周部にチタンスリーブを嵌挿せしめ、
そしてこれをチタン管板の取付穴に挿入した後、
該２重管の端部を、その周方向に沿つてチタン管
板に溶接せしめる円周溶融溶接の場合にあつて
も、溶接部は外管構成材料たるアルミ等の、チタ
ンとは異なる耐食性に劣る金属とチタンから構成
されるため、溶接部が著しい腐食を受ける問題が
ある。また、このような溶接部の腐食を防止する
ために、かかる溶接部をカバーする保護キヤツプ
等を設けたりすると、そのための組付け工数の増
大を招き、また材料も面倒であつて、コストアツ
プの要因となる。

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、その目的とするとこ
ろは、チタン内張２重管とチタン管板との有利な
組付方法を提供することにあり、また他の目的
は、リーク・タイトであり、且つ熱伝導性が改善
された継手が得られ、また取付け強度の点におい
ても信頼度が高く、更には腐食の点においても何
等問題のない取付部を与え得る組付方法を提供す
ることにある。

そして、かかる目的を達成するために、本発明
にあつては、チタンとは異なる金属材料からなる
外管の内面に内管としてのチタン管が圧着されて
なるチタン内張２重管を伝熱管として用いた凝縮
器乃至は熱交換器における該チタン内張２重管の
チタン管板に対する組付けにおいて、(a)前記外管
の端面に対して所定長さのチタンカラーを直接に
圧着せしめることにより、或いは該チタンカラー
を、該外管との間に健全な溶接部を形成し得る金
属材料からなる所定長さの補助カラーの一端に圧
接する一方、該補助カラーの他端を前記外管の端
面に融接せしめることにより、該外管の先端部に
チタンカラー部を形成せしめる工程と、(b)該チタ
ンカラー部を含む前記外管の内側に前記内管とし
てのチタン管を嵌挿せしめ、該チタン管を該外管
内面に圧着せしめる２重管の加工工程と、(c)かか
る２重管の加工工程において得られたチタン内張
２重管を、前記チタン管板の所定の取付穴に嵌挿
せしめ、該チタン内張２重管の先端に位置する前
記チタンカラー及びチタン管と、該チタン管板と
を、一体的に溶接・固定せしめる工程とを、含む
ように構成したのである。

すなわち、かかる本発明に従えば、チタン内張
２重管の先端部の外管部分にチタンカラーが配置
せしめられ、その先端部分がチタン材料のみから
構成されることとなるため、同様にチタン材料か
らなるチタン管板に対して通常のチタン溶接を行
なうことができ、更にこれによつて、その溶接部
に他の金属との合金層を形成することなく、健全
な溶融溶接部が得られ、以てリーク・タイトな組
付構造と為し得るのであり、またこれによつて熱
伝導性も高められ、更に組付け強度の点において
も、信頼性が著しく高められ得たのである。

加えて、かかるチタン溶接により形成される溶
融溶接部は、実質的にチタンよりなるものである
ところから、それが海水などの腐食性の冷却流体
に晒されたところで、それが腐食する等の問題は
殆ど生ずることがないのであり、このためかかる
溶接部に防食塗装を施したり、保護キヤツプを装
着せしめたりする等の対策を採る必要も全くない
のである。

また、チタンカラーと外管乃至は補助カラーと
の接合が、溶融溶接部ではなく、圧接により行な
われているところから、その接合部に溶融溶接部
によつて生ずるような脆弱な合金層が殆ど形成さ
れることがなく、健全な接合部とすることが出来
るのである。

以下、本発明の実施例を示す図面を参照しつ
つ、本発明の構成を更に具体的に明らかにする。

まず、第１図は、本発明方法の一実施例を示す
工程図であり、そこにおいて、２は、チタン内張
２重管を構成する外管であり、該外管２の端面に
対して、ここでは所定長さ：ｌのチタンカラー
（パイプ）４が、所定の圧接手法によつて接合せ
しめられることとなる。この外管２とチタンカラ
ー４との接合のための圧接操作は、公知の手法に
従つて実施され得るものであつて、例えば、摩擦
溶接法、爆発圧接法、超音波溶接法、抵抗溶接
（フラツシユ及びアプセツト溶接）法、拡散溶接
法、冷間圧接法などが採用され、これによつて外
管２の先端部にチタンカラー４部分を接続したも
のが形成される。そして、このような圧接手法の
採用によつて、外管２とチタンカラー４との接合
部には、溶融溶接によつて生ずるような、チタン
とは異なる金属材料とチタンの脆弱な合金層が形
成されるようなことはないのである。けだし、そ
のような合金が生じても、接合部側部にバリ８と
なつて排除されるようになるからである。また、
このような圧接方法の種類に応じて、少なくと
も、該外管２及びチタンカラー４の接合面及びそ
の周辺に対して、適宜脱脂などの前処理が施され
る。

なお、外管２は、目的とするチタン内張２重管
が凝縮管として使用される場合にあつては、その
外周面にフインを有していることが望ましく、図
示の例にあつては、第２図に示されるように、所
定高さのフイン６の複数本が、互いに平行に管軸
方向に一体的に設けられている。尤も、このフイ
ンは、かかる外管２の管周方向に、一本ないしは
複数本の割合で設けるようにすることも可能であ
る。そして、このようなフイン６の設けられた外
管２は、後述するチタン管板への取付けのため
に、その端部から所定長さ：ｍにわたつてフイン
６が除去されている。また、この外管２は、チタ
ン以外の熱伝導性の良好な金属材料、例えばアル
ミニウム若しくはその合金、銅若しくはその合金
又は鋼などからなるものである。

また、このような外管２とチタンカラー４との
圧接によつて、図示の如く、その接合部には、内
側と外側にそれぞれバリ８が生ずるところから、
このような内外のバリ８は、適当な手段によつて
除去せしめられ、以て外管２先端のフイン６除去
部分とチタンカラー４の内外面が、それぞれ面一
となるようにされる。

さらに、このような圧接に際し、圧接部での脆
弱な合金層の形成を更に有利に防止するために
は、外管２とチタンカラー４の突合わせ面に適当
なインサート材（例えば、Agメツキ層、Niメツ
キ層など）を介在せしめることが有効であり、本
発明では、必要に応じて、そのような対策が採用
されることとなる。

次いで、このようにして得られた先端部にチタ
ンカラー４を接続した外管２に対して、その管内
に、目的とするチタン内張２重管の内管となるチ
タン管１０が嵌挿せしめられ、そして該チタン管
１０の内面に対して液圧などを加えることによつ
て、前記外管２の内面にかかるチタン管１０が圧
着せしめられ、以て目的とするチタン内張２重管
１２が形成されるのである。この際、外管２の先
端部に接続されたチタンカラー４の内面にも、チ
タン管１０が圧着せしめられることとなり、これ
によつて、チタン内張２重管１２の先端部には、
チタンカラー４とチタン管１０にて構成されるチ
タン材料のみからなる、所定長さ(l)の接続用筒状
部分１４が形成されることとなる。

そして、この接続用筒状部分１４を有するチタ
ン内張２重管１２は、所定のチタン管板１６に取
り付けられるのである。すなわち、チタン内張２
重管１２は、その先端のチタンのみからなる接続
用筒状部分１４から、チタン管板１６の所定の取
付穴１８内に嵌挿せしめられ、そして該２重管１
２の先端の接続用筒状部分１４（チタンカラー４
及びチタン管１０）の端部において、チタン管板
１６との間で、通常のチタン溶接に採用されるア
ーク溶接などの溶接手法によつて溶接・固定せし
められるのである。

このように、２重管１２のチタン管板１６への
取付けには、従来から用いられているアーク溶接
法などの溶接手法が適用され得、それはまた、工
場内或いは現場で溶接施工されることとなるので
ある。この時、２重管１２の端面、換言すればチ
タンカラー４の端面や管板１６の端面に、適宜開
先を設けて、溶込み形状を調節するのが有効であ
り、また必要に応じてメルト・ランを行なつた
り、溶加材を供給したりする手段が採用されるこ
ととなる。なお、第３図には、チタン管板１６側
に開先を設けた例が示されており、そこにおいて
は、チタン管板１６の取付穴の周囲に沿つて溝２
０が設けられ、所定の開先部とされているのであ
り、そしてこの開先を設けた取付穴１８の周縁部
と２重管１２の先端部とがアーク溶接手法によつ
て溶接され、該２重管１２の管端部が、チタン管
板１６に対して完全に円周溶融溶接せしめられる
のである。

さらに、かかる溶接操作に先立つて、チタン管
板１６の取付穴１８内に挿入された２重管１２の
先端部分に対して、適度の拡管操作を加え、該取
付穴１８の内面に該２重管先端部分を圧接してお
くことも有効である。

そして、このようにして、チタン内張２重管１
２が、その先端部のチタンのみから構成される接
続用筒状部分１４において、チタン管板１６に溶
接せしめられて組み付けられるものであるところ
から、その溶接部２２は、実質的にチタンのみに
て形成されることとなり、それ故従来の如き溶接
部に脆弱な合金層が形成されることがなく、極め
て健全な溶接部２２を得ることができるのであ
る。しかも、２重管１２とチタン管板１６とは、
溶接によつて取り付けられているところから、そ
れらの取付部はリーク・タイトとなることは勿
論、熱伝導性においても改善され、また取付け強
度においても信頼性が高められ、更に溶接部２２
がチタンにて形成されるところから、かかる溶接
部の腐食に対する耐久性が効果的に改善され得た
のである。

なお、このようにしてチタン管板１６に取り付
けられるチタン内張２重管１２においては、その
先端部に設けられるチタンカラー４は、その長さ
（管軸方向）：ｌに関して、それが、摩擦圧接操作
が可能な程度において適当な長さを有するように
されるが、一般にかかるチタンカラー４と外管２
との圧接部（接合部）が、管板１６内、換言すれ
ば取付穴１８内に位置するような長さに選定され
ることとなる。

また、本発明にあつては、第４図に示される如
き手法に従つて実施することも可能である。この
第４図に示された方法は、前述の第１図における
実施例の如く、チタンカラー４が直接に外管２の
端面に圧接により接続せしめられるものとは異な
り、補助カラー２４を介して、チタンカラー４が
外管２に接続されている点に大きな特徴がある。

すなわち、第４図において、補助カラー２４と
チタンカラー４とは、それらが外管２に接続せし
められるに先立つて、前述の如き圧接手法によつ
て接続せしめられ、またその圧接部の内側及び外
側に形成されるバリ８なども同様に除去されて、
複合カラー２６が形成されるのである。

なお、このチタンカラー４に圧接せしめられる
補助カラー２４は、外管２との間に健全な溶接部
を形成し得る金属材料からなるものであり、一般
に、それは外管２と同様な金属材料にて構成され
ている。

そして、このようにチタンカラー４と補助カラ
ー２４とを圧接せしめてなる複合カラー２６は、
その補助カラー２４側の端部において、外管２の
端面に融接（溶融溶接）せしめられ、以てかかる
外管２の先端部にチタンカラー４部分が形成され
るのである。なお、かかる複合カラー２６の補助
カラー２４と外管２との融接には、TIG及び
MIG溶接の如きイナート・ガス・アーク溶接法、
ガス、プラズマ、並びに電子線溶接法などが用い
られる。また、そのような融接に先立つて、外管
２や補助カラー２４の接合部分には、適宜、脱脂
などの前処理が施されることとなる。

また、高性能を有する２重管を得るには、融接
後に、必要に応じて外管２及び複合カラー２６の
管内面の加工を施し、内面粗度の均一性、内径公
差などの調整をすることが望ましい。さらに、か
かる融接操作時には、管内面にビードが生じない
ように、適当な裏当て治具を用いるのが有効であ
り、また溶接手法に応じて、適宜、第５図ａ〜ｄ
に示される如き開先形状となるような開先加工が
施されて、裏ビードの発生を抑制せしめる対策が
好適に採用される。なお、第５図において、ａは
Ｉ型開先を、ｂはＶ型開先を、またｃは重ね合わ
せ型開先を、更にｄはＵ型開先をそれぞれ示して
いる。また、その溶接姿勢は、下向き（溶接トー
チ固定−管回転）の姿勢の方が健全な溶接部が得
られ、望ましい。なお、場合によつて、溶接トー
チ回転−管固定の方式を用いなければならない時
は、溶接諸欠陥、特にブローホールの発生防止に
関し、充分な配慮が為されなければならない。

そして、このように、補助カラー２４部分を介
してチタンカラー４を接続せしめてなる外管２に
は、前例と同様にして、内管としてのチタン管１
０が嵌挿された後、圧着せしめられることによつ
て、目的とするチタン内張２重管１２が形成され
ることとなるが、このようにして得られる２重管
１２にあつても、その先端部は、チタンカラー４
と内管としてのチタン管１０のみからなり、外管
２の端部が露出せしめられるものではないところ
から、チタン管板１６への取付けにあつても、通
常のチタンに対する溶融溶接の手法が有利に適用
され、そこに健全な溶接部２２を効果的に形成す
ることができるのである。

なお、この補助カラー２４を介してチタンカラ
ー４を外管２の先端に接続する方式にあつても、
チタンカラー４の長さ：ｌや補助カラー２４の長
さ：ｎは、好ましくは、該チタンカラー４と補助
カラー２４との圧接部や、該補助カラー２４と外
管２との融接部が、チタン管板１６の取付穴１８
内に位置するような長さにおいて選定されること
となる。

また、この第４図に示された手法に従えば、チ
タンカラー４の圧接が短尺の補助カラー２４との
間において行なわれ、第１図の実施例の如く、比
較的長尺となる外管２に対してチタンカラー４を
圧接せしめるものでないところから、そのような
チタンカラー４と補助カラー２４とを圧接せしめ
てなる複合カラー２６を、予め工場において製作
しておけば、現場においては、外管２と該複合カ
ラー２６との溶融溶接によつて、そのような外管
２の先端部にチタンカラー４部分を容易に接続す
ることができ、これによつて現場溶接施工が極め
て容易と為され得る利点がある。具体的には、簡
便なアーク溶接機にて現場施工ができ、特殊な設
備が不要となるのである。

以下、本発明方法を更に具体的に明らかにする
ために、本発明の一つの実施例を示すが、本発明
が、そのような実施例によつて何等限定的に解釈
されるものではないこと、言うまでもないところ
である。

実施例第４図に示された工程に従つて、それぞれ外径
が26.9mm、内径が21.5mm、肉厚が2.7mmのチタンカ
ラー４（純チタン製）及び補助カラー２４（アル
ミニウム合金：A6063製）とを用い、摩擦溶接方
法にてそれら２つのカラーを接続せしめ、複合カ
ラー２６を得た。なお、摩擦圧力：20Kg／cm²、ア
プセツト圧力：20Kg／cm²、回転数：2400rpmであ
る摩擦溶接条件が採用された。そして、この得ら
れた複合カラー２６にバリ８の除去などの成形を
施し、外径が26.9mm、内径が22.4mm、肉厚が2.25
mm、チタンカラー４部分20mm、補助カラー２４部
分20mm（合計40mm）の複合カラー２６とした。

一方、別途用意された、フイン高さ：1.35mm、
最大外径：26.9mm、フイン底径：24.2mm、内径
22.4mmのフイン付き外管２（アルミニウム合金：
A6063製）に対して、その端部のフインを切削、
除去し、外径が24.2mmの端部とした後、この端部
と上記複合カラー２６のアルミカラー部分２４と
を、それらの突合わせ部をＵ型開先加工した後、
下記条件下にて溶融溶接せしめた。なお、前処理
として、ワイヤブラシかけを、フイン外管２及び
複合カラー２６の溶接部に対して施した。

溶接姿勢：下向き（管回転）溶接方法：ACTIGアーク溶接溶接電流：45〜55A 溶接速度：12cm／分シールドガス：アルゴン、12／分溶接棒：A5356BY、1.6mmφ 次いで、かくして得られた先端部にチタンカラ
ー４が接続されてなるフイン付き外管２に対し
て、その管内に外径22mm、肉厚0.2mmの薄肉チタ
ン管１０を嵌挿せしめ、そしてかかるチタン管１
０内に液圧を作用せしめることによつて、該チタ
ン管１０をフイン外管２の内面に圧着せしめた
後、厚さが50mmのチタン管板１６の取付穴１８
（内径：27.1mm）内に、第４図に示される如く挿
入せしめ、チタン内張２重管１２の先端部のチタ
ンカラー４及びチタン管１０と、チタン管板１６
の取付穴１８の周囲との間においては、下記条件
下に円周シール溶接を行なつた。なお、前処理と
してアセトン脱脂処理が採用された。

溶接姿勢：横向き（溶接トーチ回転）溶接方法：DCTIGアーク溶接溶接電流：40〜50A 溶接速度：20cm／分シールドガス：アルゴン、12／分溶接棒：なし以上の如き組付け方法によつて、チタン内張２
重管１２の先端部とチタン管板１６との溶接部２
２には、何等脆弱な合金層も形成されず、また割
れ等の問題も生じず、健全な溶接部が形成されて
いることが認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す工程図であ
り、第２図は第１図における−断面図、第３
図は第１図におけるＡ部拡大説明図であり、第４
図は本発明の他の実施例を示す工程説明図であ
り、第５図ａ〜ｄはそれぞれ第４図における外管
と補助カラーとの融接部における開先形状の異な
る例を示す説明図である。２：外管、４：チタンカラー、６：フイン、
８：バリ、１０：チタン管（内管）、１２：チタ
ン内張２重管、１４：接続用筒状部分、１６：チ
タン管板、１８：取付穴、２０：溝、２２：溶接
部、２４：補助カラー、２６：複合カラー。

Claims

【特許請求の範囲】１チタンとは異なる金属材料からなる外管の内
面に内管としてのチタン管が圧着されてなるチタ
ン内張２重管を伝熱管として用いた凝縮器乃至は
熱交換器における該チタン内張２重管のチタン管
板に対する組付けにおいて、前記外管の端面に対して所定長さのチタンカラ
ーを直接に圧接せしめることにより、或いは該チ
タンカラーを、該外管との間に健全な溶接部を形
成し得る金属材料からなる所定長さの補助カラー
の一端に圧接する一方、該補助カラーの他端を前
記外管の端面に融接せしめることにより、該外管
の先端部にチタンカラー部を形成せしめる工程
と、該チタンカラー部を含む前記外管の内側に前記
内管としてのチタン管を嵌挿せしめ、該チタン管
を該外管内面に圧着せしめる２重管の加工工程
と、かかる２重管の加工工程において得られたチタ
ン内張２重管を、前記チタン管板の所定の取付穴
に嵌挿せしめ、該チタン内張２重管の先端に位置
する前記チタンカラー及びチタン管と、該チタン
管板とを、一体的に溶接・固定せしめる工程と
を、含むことを特徴とするチタン内張２重管とチタン
管板との組付方法。２前記チタンカラーの圧接により前記外管また
は前記補助カラーとの接合部に生じた内側及び外
側のビードがそれぞれ除去せしめられる特許請求
の範囲第１項記載の組付方法。３前記チタンカラーの長さまたは、該チタンカ
ラーの長さ及び前記補助カラーの長さが、前記外
管とチタンカラーとの圧接部または、該外管と該
補助カラーとの融接部及び該補助カラーと該チタ
ンカラーとの圧接部が前記チタン管板の取付穴内
に位置するように、選定される特許請求の範囲第
１項又は第２項記載の組付方法。４前記外管と前記補助カラーとの融接が、Ｉ
型、Ｖ型、Ｕ型または重ね合わせ型の開先形状を
用いて行なわれる特許請求の範囲第１項記載の組
付方法。５前記圧接操作が、摩擦溶接法、爆発圧接法、
超音波溶接法、抵抗溶接法、拡散溶接法または冷
間圧接法にて行なわれる特許請求の範囲第１項記
載の組付方法。６前記チタン内張２重管を前記チタン管板の取
付穴に嵌挿せしめた後、該２重管を拡管して該取
付穴に圧着せしめ、更にその後チタン管板への前
記溶接・固定を行なう特許請求の範囲第１項記載
の組付方法。７前記チタン管板の取付穴の周囲に開先部を設
けて、該取付穴に嵌挿せしめられる前記チタン内
張２重管の先端のチタンカラー及びチタン管部分
と該開先部とを溶接し、それらを一体的に固定せ
しめる特許請求の範囲第１項記載の組付方法。８前記外管が、その外周面に１本若しくは複数
本のフインを管軸方向または管周方向に有する特
許請求の範囲第１項乃至第７項の何れかに記載の
組付方法。９前記外管が、アルミニウム若しくはその合金
からなる管である特許請求の範囲第１項乃至第８
項の何れかに記載の組付方法。１０前記補助カラーが、前記外管と同様な金属
材料にて形成されている特許請求の範囲第１項乃
至第９項の何れかに記載の組付方法。