JPH0526074B2

JPH0526074B2 -

Info

Publication number: JPH0526074B2
Application number: JP63285359A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Kojima; Chihiro Hayashi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1993-04-14
Also published as: JPH02134485A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、例えばチタン管と銅管、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つては融
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。

従つて、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
の一例を示し、例えばステンレス鋼管１１とチタ
ン管１２といつた異種材質管と、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をボル
ト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１９
ａ，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つて
おり、例えばステンレス鋼とチタンといつた異種
材質（第１０図に夫々Ａ，Ｂで示す）を固相接合
することによつて製造される。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。その一例
を第１１図に示す。第１１図イは、第１０図のス
テンレス鋼Ａの材質の管状素材２１、チタンＢの
材質の管状素材２２をそれぞれチヤツク２４，２
５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、回転に伴つて夫々の端面２３は摩
擦熱によつて温度が上昇し、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の切削除去し、両管端を
仕上げることによつて管継手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つた時
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２
７を摩擦圧接で製造することは、第１１図の加工
法から考えて極めて困難である。第６図は第５図
の変形タイプで、異経管の接続に使用される異材
管継手２９であり、この場合の接合面２８′も肉
厚方向に傾斜している。この場合、管継手２９を
摩擦圧接で製造することは更に困難である。

本発明は上記したような問題点を解決し、第５
図、第６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山質のクラツド板
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ツド板は圧延によつて能
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ツド板１を示す。ク
ラツド板１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
よつては、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図イのクラツド
板１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図イのクラツド板１を構成する
材質Ａの板材２の厚さT_0A、材質Ｂの板材３の厚
さT_0B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D₀は、第５図の異種金属管継手２
７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、クラツド板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３２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ツド板１をダイス３０に
セツトした状態を示す。

ダイス３０は上方からクラツド板１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はクラツド板１をそのＲ部３０ｂを支点に
して下に凸となるように曲げ、クラツド板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３
３は大径部３０ｅ、テーパ部３０ｆ、小径部３０
ｇを有し、絞り成形品３５の外郭形状はこれに沿
つたものとなる。また、ポンチ３１は大径部３１
ｅ、テーパ部３１ｄ、小径部３１ｃを有し、絞り
成形品３５の内郭形状はこれに沿つたものとな
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 Z2249のコニカ
ルカツ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
45゜以下が好ましい。このようなダイス３０を使
用しても、第１図イに示すクラツド板１におい
て、T_0A／D₀、T_0B／D₀＜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d₁′と第１図イに示
すクラツド板１の外径D₀の比d₁′／D₀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ツ
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Ａの面をポンチ側に、材質Ｂの面をダ
イス側に向けてセツトすればよい。

第２図はしわ押さえ絞りの説明図で、イは素材
であるクラツド板１をダイス３７にセツトし、上
方より図示しない加圧装置にとり付けられたしわ
押さえ板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
３７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はクラツド板１の
中央部分一帯を下に凹となるように曲げ、クラツ
ド板１の周縁部をしわ押さえ板３８で挟持した状
態のままダイス肩部３７ｂを通過してダイス穴３
９内に絞り込む。しわ押さえ板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３
７ｅに沿つたものとなる。

また絞り成形品３５の内郭形状はポンチ３１の
大径部３１ｅ、テーパ部３１ｄ、小径部３１ｃに
沿つたものとなる。以上のしわ押さえ絞りでは、
主としてしわ押さえ板３８、ダイス平面部３７ａ
間の摩擦力の影響によつて第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傾向に
ある。したがつて、第２図に示すポンチ小径部３
１ｃの外径d₁′と第１図イに示すクラツド板１の
外径D₀の比d₁′／D₀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３
７ａ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３
６が生じ易くなる。したがつて、しわ押さえ板３
８、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D₁は、
各々第１図ロ，ハ、第２図におけるダイス穴大径
部内径D₃′、ポンチ大径部外径D₁′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d₁は、各々第１図ロ，ハ、第２図におけるダ
イス穴大径部内径d₃′、ポンチ小径部外径d₁′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ツクあるいは熱
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_A，T_Bは素材クラ
ツド板１での肉厚T_0A，T_0B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，T_Bは各々
T_0A，T_0Bと略々同一に仕上げることが可能であ
つた。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t_A，t_Bは素
材クラツド板１での肉厚T_0A，T_0B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つて
異種金属管継手２７を採取するのである。従つ
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３５ｂ
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つて、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３５の大径部内径D₁および小径部３
５ｃにおける接合界面４２の直径d₂は管継手２７
の内径d_iより削り代分だけ小さい。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。厚みに付いて言え
ば、大径部３５ａにおける内層材肉厚T_B、小径
部３５ｃにおける外層材肉厚t_Aは管継手２７の肉
厚ｔよりも削り代分だけ大きい。

次に第６図に示す異種金属管継手２９の場合の
製造方法であるが、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つて採取することが
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d₀₁、小径部外径d₀₂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D₂、
小径部内径d₁はそれぞれ異種金属管継手２９の大
径部内径d_i1、小径部内径d_i2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T_A、小径部３５ｃにおける内層材肉厚
t_Bはそれぞれ、管継手２９の大径部肉厚t₁、小径
部肉厚t₂よりも削り代分だけ大きい。

なお、第６図における傾斜接合面２８′の傾斜
角θは、第４図における深絞り成形品３５のテー
パ部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ｌ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除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図イはすり鉢状成形品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
り鉢状成形品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４
５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ツド板１を必要とし、
歩留りが低下する。

次に本発明方法を用いて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１板厚みが24mm、直径がφ360mmのSUS304ステン
レス鋼とチタンのクラツド板（厚み構成：
SUS304ステンレス鋼12mm、チタン12mm）を900
℃に加熱し、第１図ロ，ハに示す板押さえなし絞
り加工をSUS304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＝φ244mm、D₁＝
φ196mm、d₃＝φ218mm、d₁＝φ178mm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d₀＝φ216.3mm、ｔ＝8.2mm、
ｌ＝90mm、θ＝22゜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つた。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20mm、直径がφ230mmのSUS304ステンレ
ス鋼とインコネルのクラツド板（厚み構成：
SUS304ステンレス鋼10mm、インコネル10mm）を
冷間深絞り加工して外径φ138mm、内径φ98mmの
SUS304ステンレス鋼が内側の底付直胴容器とし
た後、第１図ロ，ハに示すポンチ、ダイスを使用
して、D₃＝φ138mm、D₁＝φ98mm、d₃＝φ116mm、
d₁＝φ84mm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d₀＝φ114.3mm、ｔ＝６mm、ｌ＝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つた。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、破断は全厚がSUS304
ステンレス鋼らかなる部位で生じた。これは、接
合部の強度が十分であることを示す。

その３板厚みが23mm、直径がφ380mmとチタンとアル
ミニウムのクラツド板（厚み構成：チタン12mm、
アルミニウム11mm）を冷間深絞り加工して、外径
φ240mm、内径φ194mm、アルミニウム内側の底付
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＝φ220mm、D₁＝φ174mm、
d₃＝φ187mm、d₁＝149mm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d₀₁＝φ216.3mm、t₁＝
8.2mm、d₀₂＝φ165.2mm、t₂＝7.1mm、ｌ＝152.4mm、
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
離等の欠陥は全く認められなかつた。また、テー
パ部より３mm厚、長さ70mm、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φ720mmのチタンとアルミ
ニウムのクラツド板（厚み構成：チタン９mm、ア
ルミニウム９mm）を冷間にて第２図に示す板押さ
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＝φ530mm、D₁＝φ494mm、d₃
＝φ510mm、d₁＝φ482mm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d₀＝φ508mm、ｔ＝4.8mm、ｌ＝150mm、
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つた。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、素材にクラツド板を使用し、プレスに
よる深絞り加工でクラツド容器を成形し、容器底
部の切断および開口部の切り揃えによつて段付筒
状となし、内、外削加工で仕上げるという極めて
簡単な工程により、接合面が肉厚方向に任意の角
度で傾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
発明方法はクラツ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はクラツド板、３０，３７はダイス、３１は
ポンチ、３５は絞り成形品。

Claims

【特許請求の範囲】

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つて、両面それぞれ
の材質が前記金属管と同一材質のクラツド板を深
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。