JPH0677854B2 - 多重円筒部材の製造方法 - Google Patents

多重円筒部材の製造方法

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JPH0677854B2
JPH0677854B2 JP61026707A JP2670786A JPH0677854B2 JP H0677854 B2 JPH0677854 B2 JP H0677854B2 JP 61026707 A JP61026707 A JP 61026707A JP 2670786 A JP2670786 A JP 2670786A JP H0677854 B2 JPH0677854 B2 JP H0677854B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多重円筒部材、特にドラム式連鋳モールド、電
極部品として有利に適用しうる多重円筒部材の製造方法
に関する。
〔従来の技術〕
これまでに、円筒状部材を二重管の状態に接合する方法
として次のような方法があつた。
(1) 押出し、または引抜きによる方法 (2) 焼ばめ、または冷しばめによる方法 (3) 外筒が内筒よりも熱膨張係数の小さい材質と
し、加熱時に発生する熱応力を利用して拡散溶接する方
法 (4) 被接合材である外筒、内筒の両者よりも熱膨張
係数の小さい材質の治具を外筒のさらに外側に密着させ
て配置し、(3)と同様に拡散溶接する方法 (5) 外筒と内筒の端面をシール溶接して熱間静水圧
プレス装置(HIP)に入れ加熱加圧する方法 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、前記従来方法とは下記のような欠点があつた。
(1) 押出し、引抜きによる方法では、外筒、内筒の
肉厚を減らす方向に大きく変形させるので、薄肉品しか
できない。
(2) 焼ばめ、冷しばめによる方法では、機械的な摩
擦力のみによる結合なので、接合強度が弱く、気密、水
密が保持できない。
(3) 外筒と内筒の熱膨張差を利用する方法では、材
質の組合せが限定され、外筒よりも内筒の熱膨張係数が
大きいことが必須条件となる。
(4) 被接合材のさらに外側に治具を配置する方法で
は、各部材が充分に密着するように寸法精度よく加工し
なければならないので、加工工数が大きく、また昇温途
中で治具がクリープ変形すると加圧力が伝わらないの
で、治具の肉厚が多大になる。
(5) HIP法では、小物には適するが、大型構造物を
接合する場合には装置が莫大な物になり高価である。
このように、大型の円筒状部材を二重管の状態に接合す
る場合に信頼性の高い接合方法はなかつた。
本発明は上述した従来法におけるような欠点のない多重
円筒部材の製造方法を提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は複数個の円筒部材を互いに嵌合させ、該嵌合部
を真空または不活性雰囲気に保ち、最外側の円筒部材を
外部から冷却させながら最内側の円筒部材の内部を加熱
して拡散接合することを特徴とする多重円筒部材の製造
方法である。
そして上記本発明を実施する際、最外側の円筒部材側か
ら静水圧を加えること及び最内側の円筒部材の内部を加
熱する手段として急激な発熱を伴うテルミット反応を利
用することを好ましい実施態様とするものである。
〔作用〕
内筒の温度を外筒よりも高めることにより、内筒が熱膨
張して拡がろうとするが、外筒は温度が低いためにあま
り拡がらず、したがつて界面に加圧力が発生し、拡散溶
接を可能にする。
以下本発明の一実施態様を第1図〜第3図によつて説明
する。
被接合材である外筒1と内筒2を互いにはめ合い、内側
にテルミツト反応を起こして発熱する系の粉末(テルミ
ツト剤)3を充填する。テルミツト剤としては、Al+Fe
3O4,Mg+Fe3O4,Ti+Fe3O4などが代表としてあげられ、
一般的には活性金属と金属酸化物の粉末を混合したもの
で、高温で化学反応を起こし、発熱する組合わせのもの
が用い得る。
外筒と内筒の間、即ち接合面の部分は、真空または、不
活性雰囲気にする必要があるので、シール板4を端面に
溶接し、排気管5を通して真空ポンプ6で排気する。
このような状態のものに、外筒の外側から冷却水、冷却
ガスなどの冷媒7をノズル8から吹きつけて冷却しなが
ら、点火コイル9などで、テルミツト剤に点火すると、
内側からはテルミツト反応で発熱して加熱され、外側か
らは冷却されるので内筒は膨張して外筒に押しつけら
れ、加圧力が発生する。なお、冷却の方法としては、第
2図のように外筒の外側に冷却パイプ10を巻きつける方
法や、第3図のように外筒の外側に二重管構造になるよ
うな冷却筒11を設け冷媒7を通す方法も有効である。
本発明のこの第一実施態様は、円筒部材を二重管の状態
に接合するにあたり、内筒の温度を外筒よりも高めるこ
とにより、内筒が熱膨張して拡がろうとするのを冷却し
つゝある外筒で拘束し、加圧力を発生させて拡散溶接を
行なうものである。
拡散溶接は2つ以上の部材を真空中で加熱、加圧して接
合する方法であるのでこの3つの要素が満足できれば充
分な接合が行なわれる。円筒状の部材を拡散溶接して二
重管を作る場合に、真空状態を作ることと、加熱するこ
とは比較的簡単であるが、加圧力を発生させることが最
も困難なことであつた。しかし、この実施態様によれ
ば、特殊な装置を用いなくとも加圧力を発生させること
ができる。
即ち、第4図に示す如く、内筒2の内面温度T1、中心温
度T2、内筒と外筒の界面温度T3、外筒1の中心温度T4
外面温度T5を T1>T2>T3>T4>T5 ……(1) となるように温度勾配をつければ、温度の高い内筒は熱
膨張で拡がろうとするが、外筒は温度が低いためにあま
り拡がらずに内筒の膨張を拘束し、接合界面に加圧力が
発生する。この際に、内筒、外筒の各材質の熱膨張係数
と、温度、直径、はめ込み時の外筒と内筒の間隙は、次
の式を満足していなければならない。
(T2-T0)×D2×α−(T4-T0)×D4×α>H ……
(2) T0:初期温度 D2:内筒の板厚中央部の直径 α2:内筒の熱膨張係数 D4:外筒の板厚中央部の直径 α1:外筒の熱膨張係数 H:はめ込み時の間隙(外筒の内径と内筒の外径の差) (2)式の左辺第一項は、内筒の平均温度がT2まで上昇
した時に、内筒の平均直径が拡がる量であり、第二項
は、外筒の平均温度がT4まで上昇した時に、外筒の平均
直径が拡がる量である。この差が初期間隙よりも大きい
場合にのみ、内筒は外筒に押しつけられ、接合面に加圧
が働き、拡散溶接が可能となる。
以下、本発明のこの一実施態様に属する実施例をあげ、
更に詳細に説明する。
〔実施例1〕 外筒材にCu(外径700.0φ、内径650.0φ、長さ400mm、
熱膨張係数16.8×10-6/℃)、内筒材に、SUS304(外径6
49.5φ、内径400φ、長さ400mm、熱膨張係数16.8×10-6
/℃)を用い、内筒の内側には、AlとFe3O4の粉末を重量
比で2:3となるように充分混合して充填した。
その後第1図に示すように内筒と外筒の間を真空引きし
つゝ、外筒の外側に冷却空気を吹きつけながら、AlとFe
3O4の混合粉末に点火すると、テルミツト反応が起こつ
て激しく発熱し、内筒の平均温度は980℃、外筒の平均
温度は350℃であつた。この時(2)式の左辺に当る量
は、約8mmであり、初期間隙を充分に埋め、接合面に加
圧力が発生することが確認された。
接合完了後、せん断試験で接合強度を測定したところ、
14kg/mm2が得られ、超音波探傷検査やミクロ組織観察で
も接合面に欠陥は見られず、良好な接合状態が得られて
いることが判明した。
〔実施例2〕 外筒材にSUS316L(外径800.0φ、内径790.0φ、長さ100
0mm、熱膨張係数16.8×10-6/℃)、内筒材にSS41(外径
789.0φ、内径600.0φ、長さ1000mm、熱膨張係数12×10
-6/℃)を用い、内筒の内側にはMgとFe3O4の粉末を重量
比で1:2となるように充分混合して充填した。
その後第2図に示すように内筒と外筒の間を真空引きし
つゝ、外筒の外側にCu製の冷却パイプを巻きつけ、内部
に冷却水を通して冷却しながらMgとFe3O4の粉末に点火
するとテルミツト反応が起こつて激しく発熱し、内筒の
平均温度は1050℃、外筒の平均温度は550℃であつた。
この時、(2)式の左辺に当る量は、1.53mmであり初期
間隙を充分に埋め、接合面に加圧力が発生することが確
認された。
接合完了唆、せん断試験で接合強度を測定したところ、
18kg/mm2が得られ、超音波探傷検査やミクロ組織観察で
も接合面に欠陥のない良好な接合状態が得られているこ
とが判明した。
〔実施例3〕 外筒材にハステロイC(外径1200.0φ、内径1150.0φ、
長さ300mm、熱膨張係数14×10-6/℃)、内筒状にSUS410
(外径1149.0φ、内径1000.0φ、長さ300mm、熱膨張係
数10.5×10-6/℃)を用い、内筒の内側には、TiとFe3O4
の粉末を重量比で2:3となるように充分混合して充填し
た。
また、第3図に示すように内筒と外筒の間を真空引きし
つゝ、外筒の外側には、SS41製の水冷ジヤケツトを設
け、冷却水を流しながらTiとFe3O4の混合粉末に点火す
ると、テルミツト反応が起こつて激しく発熱し、内筒の
平均温度は1100℃、外筒の平均温度は700℃であつた。
この時(2)式の左辺に当る量は10.1mmであり、初期間
隙を充分に埋め、接合面に加圧力が発生することが確認
された。
接合完了後、せん断試験で接合強度を測定したところ、
22kg/mm2が得られ、超音波探傷検査やミクロ組織観察で
も接合面に欠陥のない良好な接合状態が得られているこ
とが判明した。
次に本発明の他の実施態様を第5図によつて説明する。
被接合材である外筒1と内筒2を拡散溶接するために接
合面3の間を真空排気することが必要である。そこで外
気と遮断する目的で真空シール板4を端面に溶接し、排
気管5を通して真空ポンプ6で真空状態を作る。外筒の
外側には治具12を配置し、その端面と外筒1の端面を静
水圧シール板13を溶接して気密空間14を作り、圧縮機15
から配管16を通して高圧流体を気密空間14へ送り込む。
このような状態にしたものをヒータ、ガスバーナーなど
の加熱源15で加熱すれば外筒1と内筒2は拡散溶接され
る。
拡散溶接は2つ以上の部材を真空中で加熱、加圧して接
合する方法であるのでこの3つの要素が満足できれば充
分な接合が行なわれる。円筒状の2つの部材を拡散溶接
して二重管を作る場合に、真空状態を作ることと加熱す
ることは比較的簡単であるが、加圧力を発生させること
が最も困難なことであつた。しかし、本発明のこの実施
態様によれば、外筒1の外側からは静水圧が加えられ、
内筒2の内側からは真空との差圧、即ち大気圧が加えら
れるので、接合面3には充分な加圧力が発生できる。
以下、この実施態様に属する実施例をあげ、更に詳細に
説明する。
〔実施例4〕 外筒材にCu(外径600φ、内径550φ、長さ1000mm)、内
筒材にSUS304(外径550φ、内径500φ、長さ1000mm)を
用い、外筒材の外側に治具としてSS41(外径700φ、内
径650φ、長さ1000mm)を配置し、(第5図参照)、Ni
製の真空シ−ル板及び冷却及び加圧用の静水圧シール板
をそれぞれCu-SUS、Cu-SS間の端面にTIG溶接で取りつけ
た。
このような状態のものを接合面間の真空度を5×10-4To
rr、外側の静水圧を50気圧(空気注入)にし、内側から
ガスバーナーで900℃に2時間加熱して拡散溶接を実施
した。
接合完了後、せん断試験で接合強度を測定したところ、
14kg/mm2が得られ、また超音波探傷検査やミクロ組織観
察でも接合面に欠陥は見られず、良好な接合状態が得ら
れていることが判明した。
〔実施例5〕 外筒材にSUS316L(外径1500φ、内径1400φ、長さ300m
m)、内筒材にSS41(外径1400φ、内径800φ、長さ300m
m)を用い、外筒材の外側に治具としてSS41(外径1600
φ、内径1520φ、長さ300mm)を配置し(第5図参
照)、SUS304製の真空シール板、及び冷却及び加圧用の
静水圧シール板をそれぞれ外筒‐内筒間、外筒‐治具間
の端面にTIG溶接で取りつけた。
このような状態のものを接合面間の真空度を5×10-4To
rr外側の静水圧を200気圧(空気注入)にし、内側から
ヒーターで1000℃に2時間加熱して拡散溶接を実施し
た。
接合完了後、せん断試験で接合強度を測定したところ、
25kg/mm2が得られ、また、超音波探傷検査やミクロ組織
観察でも接合面には欠陥は見られず、良好な接合状態が
得られていることが判明した。
以上、本発明の実施例をあげたが、これら実施例では2
重管の製造についてのみ記載したが、3重管以上の多重
管についても本発明を適用し得る。
〔発明の効果〕
本発明により、大がかりな設備や治具を用いることな
く、簡便な装置で大気中において円筒状部材の拡散溶接
が可能となつた。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図及び第5図は本発明の実施態様を説明す
るための図、第4図は本発明の実施態様の温度分布を説
明するための図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 隆博 広島県広島市西区観音新町4丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 平井 章三 広島県広島市西区観音新町4丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−16322(JP,A) 特開 昭55−117515(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数個の円筒部材を互いに嵌合させ、該嵌
    合部を真空または不活性雰囲気に保ち、最外側の円筒部
    材を外部から冷却させながら最内側の円筒部材の内部を
    加熱して拡散接合することを特徴とする多重円筒部材の
    製造方法。
JP61026707A 1986-02-12 1986-02-12 多重円筒部材の製造方法 Expired - Lifetime JPH0677854B2 (ja)

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JP2009192049A (ja) * 2008-02-18 2009-08-27 Yaskawa Electric Corp 非分離型アンギュラ玉軸受

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