JPH08118042A

JPH08118042A - 二重管の拡散接合法

Info

Publication number: JPH08118042A
Application number: JP28901194A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kasagi; 靖之笠木
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1996-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】内管と内管の周囲に一定距離離間して設けら
れた外管とを備える二重管同士を突き合わせて接合する
際に、内管および外管の固着を防止する。【構成】接合を行う前に、拡散接合を行われる二重管
１，２のうちの一方１の接合面を流路９を頂点とする環
状の凸面とするとともにもう一方２の接合面を凸面と嵌
合する凹面としておき、接合を行う際には、二重管１が
下に位置するとともに内管３および４，外管７および８
の間にインサート材１５，１６を介在させて二重管１，
２を鉛直向きに突き合わせ、この状態で、インサート材
１５，１６を下部１５ａ，１６ａから上部１５ｂ，１６
ｂに向けて移動しながら加熱して、インサート材１５，
１６の外周側の流路９，１０へのしみ出しを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内管と内管の周囲に一
定距離離間して設けられる外管とを備える二重管の拡散
接合法に関し、このような二重管同士を突き合わせて接
合する際に内管および外管が固着することを防止できる
ようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より検討されている高速増殖炉（Ｆ
ＢＲ）を用いる発電所の構成例を図３に簡単に示す。同
図に示すように、発電所３１では、原子炉３２において
制御された高速中性子による核分裂連鎖反応を発生させ
て中性子エネルギを発生させ、発生した中性子エネルギ
を減衰させずに除熱能力が高いという特性を有する液体
ナトリウムを冷却材として一次冷却系３３を構成して熱
交換器３４に送り、さらに蒸気発生器故障時にナトリウ
ムが水と活発に反応して原子炉３２に悪影響を与えるこ
とを防止するため、液体ナトリウムを用いる二次冷却系
３５を構成し、この二次冷却系３５を介して蒸気発生器
３６に二次冷却水を送り、この蒸気発生器３６により発
生させた蒸気をタービン３７に送って発電が行われる。

【０００３】ところで、蒸気発生器３６に多数設置され
る伝熱管の長さは一本当り８０ｍ程度と極めて長大とな
り、高速増殖炉を用いる発電所の建設費上昇の一因とな
るため、近年、建設費抑制の観点から上述の二次冷却系
３５を用いない案が有力視され、鋭意検討されている。
図４には二次冷却系を用いない改良型発電所の構成例を
簡単に示す。

【０００４】図４に示す改良型発電所４１では、原子炉
４２から取り出された中性子エネルギは液体ナトリウム
を冷却材として用いる一次冷却系４３により蒸気発生器
４４に送られ、蒸気発生器４４で発生された蒸気により
タービン４５を運転しようというものである。

【０００５】したがって、図４に示す構造の改良型発電
所４１を成立させるためには、蒸気発生器４４の信頼性
を向上して水と液体ナトリウムとの接触を確実に防止す
ることが安全上の観点から極めて重要になり、特に一次
冷却水である高温の液体ナトリウムと蒸気となる水との
熱交換を行う伝熱管である二重管４６における液体ナト
リウムと水との接触を確実に防止することが重要であ
る。

【０００６】図５に、この二重管の構造を断面で示す。
二重管５０は、クロムモリブデン鋼製の筒状の内管５１
に囲まれた流路５２を中心部に備えるとともに、内管５
１とこの内管５１の外側に一定距離（通常の場合０．４
ｍｍ程度）離間して設けられるクロムモリブデン鋼製の
筒状の外管５３とに囲まれた外周部の間隙に環状のもう
一つの流路５４を備える。このような二重管５０は、内
管５１、外管５３およびこれらの間に直径０．５ｍｍ程
度のクロムモリブデン鋼製の線材を網状に組んで製造さ
れる組網線を組んで全体に圧力をかけて外管を縮径させ
その後に熱処理を行うことにより製造され、内管５１と
外管５３との間には組網線が介在しているため、外管の
縮径および熱処理により組網線はつぶれるものの、完全
につぶれて内管５１と外管５３とが固着することはな
く、通気性を有する０．４ｍｍ程度の厚さの流路５４が
確保される。

【０００７】そして、前述の図４に示す改良型発電所４
１の蒸気発生器の伝熱管としてこの二重管を用いる場合
には、流路５２には160kg/cm²程度の圧力の水が流さ
れ、二重管５０の周囲には 5 kg/cm²程度の圧力の液体
ナトリウムが流され、さらに流路５４には水と液体ナト
リウムとの直接的な接触を防止するために20 kg/cm²程
度の圧力のＨｅガスが流されている。すなわち、Ｈｅガ
ス中の水の含有量や液体ナトリウム中のＨｅガスの含有
量を常時測定することで、水と液体ナトリウムとが接触
する前に内管５１または外管５３からの洩れを検出し、
内管５１または外管５３からの洩れに起因する水と液体
ナトリウムとの接触を確実に防止しようとしている。

【０００８】このような二重管５０の長さは蒸気発生器
において熱交換される熱量の計算から、一本の全長が約
８０ｍ程度必要となるが、一体的に成形することは極め
て困難であるため、数本の二重管をそれぞれの端面で突
き合わせて接合することにより制作しなければならな
い。

【０００９】二重管同士を突き合わせて接合するには、
実用化されていないものの、図６（ａ）に示すように外
管６２，６２´の端面である接合面６２ａ，６２ａ´が
軸方向（図面上の左右方向）に対して斜めになるように
開先加工を行っておき、内管６１，６１´の端面６１
ａ，６１ａ´を突き合わせるとともに外管６２，６２´
の端面６２ａ，６２ａ´を軸方向に一定距離離間させて
内管６１，６１´および外管６２，６２´を水平状態で
突き合わせて個別に溶接して二重管６５，６５´をＴＩ
Ｇ溶接する方法や、図６（ｂ）に示すように内管６１，
６１´の端面６１ａ，６１ａ´、および外管６２，６２
´の端面６２ａ，６２ａ´を二重管６５，６５´の軸方
向に垂直となるように加工しておき、内管６１，６１´
および外管６２，６２´を水平状態でかつそれぞれの端
面に、内管６１，６１´および外管６２，６２´とは異
種のアモルファスからなる箔状のインサート材を介在さ
せて突き合わせて加熱することにより拡散接合を行う方
法等が考えられる。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）
において符号６３，６３´は中心側の流路を示し、符号
６４，６４´は外周側の流路を示す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図６（ａ）お
よび図６（ｂ）に示す従来から考えられていた二重管の
接合法では、接合に伴って内管６１および外管６２、内
管６１´および外管６２´が部分的に固着してしまうお
それがあることがわかった。

【００１１】すなわち、図６（ａ）に示す方法では、外
管６２，６２´の端面６２ａ，６２ａ´のＴＩＧ溶接の
際に余盛りを解消することができず、余った溶接材料は
内管６１，６１´まで達してしまい、内管６１および外
管６２、内管６１´および外管６２´が固着してしま
う。

【００１２】また、図６（ｂ）に示す方法では、Ａ部で
は外管６２，６２´の端面６２ａ，６２ａ´から内管６
１，６１´に向けて、一方Ｂ部では内管６１，６１´の
端面６１ａ，６１ａ´から外管６２，６２´に向けてそ
れぞれ溶融したインサート材がしみ出てしまい、内管６
１および外管６２、内管６１´および外管６２´が固着
してしまう。

【００１３】二重管の内管と外管とが固着すると、この
固着部を貫通するクラックが生じた場合に、水と液体ナ
トリウムとが前述のＨｅガスを介さず何の前兆もなく突
然に接触するおそれがあり、前述の改良型発電所の安全
性維持の観点から大きな問題である。

【００１４】本発明は、このような従来の技術が有する
問題に鑑みてなされたものであり、内管と内管の周囲に
一定距離離間して設けられる外管とを備える二重管同士
を突き合わせて接合する際に、内管および外管が固着す
ることを防止できる接合法を提供しようとするものであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる二重管の
拡散接合法は、筒状の内管に囲まれた流路を中心部に備
えるとともに、内管とこの内管の外周側に一定距離離間
して同心状に設けられる筒状の外管とに囲まれたもう一
つの流路を外周部に備える二重管同士を突き合わせて拡
散接合を行う方法であって、拡散接合を行う前に、拡散
接合を行う二つの二重管のうちの一方の二重管の環状の
接合面の全周を二重管軸方向を含む垂直断面において外
周側の流路を頂点とする凸面とするとともにもう一方の
二重管の環状の接合面の全周を二重管軸方向を含む垂直
断面において前記の凸面と嵌合する凹面としておき、拡
散接合を行う際には、凸面を有する二重管を下方に位置
させるとともに内管同士の間と外管同士の間とにそれぞ
れインサート材を介在させて、二つの二重管を鉛直向き
または略鉛直向きの状態で突き合わせ、突き合わせ部を
下部から上部に向けて移動しながら加熱するようにして
拡散接合を行うことを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】本発明にかかる二重管の拡散接合法では、接合
される二つの二重管それぞれの接合面が内管および外管
の間に形成される流路を頂点とする環状の凸面およびこ
れと嵌合する凹面とされ、かつ接合される二つの二重管
は凸面を有する二重管が下方に位置するようにしてイン
サート材を介して鉛直向きまたは略鉛直向きの状態で突
き合わされ、拡散接合の際における加熱も突き合わせ部
の下部から上部に向けて行われるため、拡散接合の加熱
の際に溶融してしみ出すインサート材は、重力の作用に
より、内管および外管の間に形成される流路を頂点とし
て水平面に対して下方向きに傾斜して形成される接合面
にそってしみ出す。

【００１７】そのため、溶融したインサート材は、外管
同士の接合面の外周側、および内管同士の接合面の内周
側に向けてしみ出し、内管および外管の間に形成される
流路側へはしみ出さない。そのため、二重管の拡散接合
において、内管および外管の間に形成される流路へのイ
ンサート材のしみ出しが完全に解消され、内管と外管と
の固着が解消されるようになる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明にかかる二重管の拡散接合法
を前述した図４に示す改良型発電所４１の蒸気発生器４
４において用いる伝熱管である二重管４６の突き合わせ
接合に適用した一実施例を、添付図面を参照しながら詳
細に説明する。

【００１９】図１（ａ）は本発明にかかる二重管の拡散
接合法を適用されて拡散接合される二つの二重管の突き
合わせ前の状況を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１
（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

【００２０】クロムモリブデン鋼製のこれらの二重管
１，２は、それぞれ筒状の内管３，４に囲まれた水の流
路５，６を中心部に備える。また、内管３，４の外周側
に約０．４mm離間して同心状に筒状の外管７，８がそれ
ぞれ設けられており、内管３，４と外管７，８との間に
はＨｅガスの流路９，１０がそれぞれ形成されている。

【００２１】二重管１，２は、内管３，４の外周部にク
ロムモリブデン鋼製の線材を網状に組んだ組網線を巻付
けてから外管７，８の内部に挿入した後、全体を加圧し
て外径を目標値に縮径し、さらに適当な条件で熱処理を
行うことにより製造され、同心状に二つの流路５，６お
よび９，１０が形成される。

【００２２】後述するように、本発明にかかる二重管の
拡散接合法では接合される二重管をほぼ垂直に配置して
接合する。そこで、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す
ように、下側に配置される二重管１の内管３の上部には
内管３の上端外周側から内周側に向けて内側に傾斜する
傾斜面３ａが環状に形成されるとともに外管７の上部に
は外管７の上端内周側から外周側に向けて外側に傾斜す
る傾斜面７ａが環状に形成されている。このようにし
て、二重管１の環状の接合面１１は二重管１の軸方向
（図１（ｂ）上の上下方向）を含む垂直断面、すなわち
図１（ｂ）に示す断面において流路９を頂点とする凸面
として成形される。内管３の上部に傾斜面３ａを設ける
こと、および外管７の上部に傾斜面７ａを設けること
は、ともにこれら上部を切削加工することにより行う。

【００２３】一方、二重管２の下部の接合面１２には、
二重管１の接合面１１に設けられた上述の凸面に嵌合す
る凹面が形成される。すなわち、図１（ａ）および図１
（ｂ）に示すように、内管４の下部には内管４の下端内
周側から外周側に向けて傾斜面３ａと嵌合する角度で外
側に傾斜する傾斜面４ａが環状に形成されるとともに、
外管８の下部には外管８の下端外周側から内周側に向け
て傾斜面７ａと嵌合する角度で内側に傾斜する傾斜面８
ａが環状に形成されて、環状の接合面１２は二重管２の
軸方向（図１（ｂ）上の上下方向）を含む垂直断面、す
なわち図１（ｂ）に示す断面において流路１０を頂点と
する凹面として形成される。内管４の下部に傾斜面４ａ
を設けること、および外管８の下部に傾斜面８ａを設け
ることは、前述の傾斜面３ａ、７ａを設けることと同様
に、ともにこれら下部を切削加工することにより行う。

【００２４】このようにして、本発明にかかる二重管の
拡散接合法で接合される二つの二重管１，２のうちの一
方の二重管１の環状の接合面１１の全周を二重管軸方向
を含む垂直断面において外周側の流路１１を頂点とする
凸面とするとともに、もう一方の二重管２の環状の接合
面１２の全周が垂直断面において流路１０を頂点とし前
述の凸面と嵌合する凹面とされる。

【００２５】そして、接合を行う際には、凸面に形成さ
れた接合面１１を有する二重管１を二重管２に対して下
方に位置させるとともに、内管３と内管４との間および
外管７と外管８との間にそれぞれ、内管３，４および外
管７，８の素材とは異種であるＮｉ基アモルファス箔か
らなる環状のインサート材１５，１６を介在させて、二
つの二重管１，２を鉛直向きまたは略鉛直向きの状態で
突き合わす。

【００２６】図２にはこのようにして突き合わされた二
つの二重管１，２の嵌合状況を管軸方向を含む垂直断面
で示すが、二つの二重管１，２が鉛直向きに配置される
と、傾斜面３ａと傾斜面４ａとの嵌合時の嵌合面１３、
および傾斜面７ａと傾斜面８ａとの嵌合時の嵌合面１４
は、ともに、下方に向けた環状の傾斜面となる。本発明
にかかる二重管の拡散接合法において重要な点の一つ
は、これらの嵌合面１３および１４の全ての部分が下方
に向けた傾斜面となるようにして拡散接合を行うことで
ある。したがって、凸面に形成された接合面１１を有す
る二重管１を二重管２に対して下方に位置させる必要が
ある。

【００２７】しかし、必ずしも、本実施例で示すように
二つの二重管１，２を鉛直向きに配置する必要があるわ
けではなく、嵌合面１３および１４の全ての部分が下方
に向けた傾斜面となる範囲で二重管１，２を鉛直向きか
ら傾斜させて略鉛直向きとして配置してもよい。

【００２８】嵌合面１３および１４に介在させるインサ
ート材１５，１６は、Ｎｉ基アモルファス箔を環状に成
形したものである。このＮｉ基アモルファス箔は、Ｆ
ｅ，Ｓｉ、Ｓｉ，Ｂ，Ｐ，Ｃｒ，ＭｏさらにはＷ等を適
宜添加したＮｉ基合金を溶解炉で溶製し、溶融状態にあ
るこのＮｉ基合金を急冷用の回転ホイールに薄い噴射流
として噴射してから１００万℃／秒の冷却速度で超急冷
する，いわゆる急冷凝固法により製造され、本実施例で
用いるためにこのＮｉ基アモルファス箔は、流路９およ
び１０を上方から覆わずに嵌合面１３，１４に介在させ
るため、傾斜面３ａ，４ａ、傾斜面７ａ，８ａそれぞれ
の幅に適合させた幅の環状の箔体に加工される。Ｎｉ基
アモルファス箔からなるインサート材１５，１６が流路
９および１０を上方から覆う位置に配置されていると、
加熱されて溶融したインサート材１５，１６が流路９お
よび１０内にしみ出し、内管３および外管７の固着を生
じてしまうからである。

【００２９】このインサート材１５，１６は本実施例の
ように同種材料を拡散接合する際に接合面に液相を形成
して拡散接合を行うために用いられ、本実施例で特にア
モルファス箔を用いたのはアモルファス箔は酸化物等の
介在物を含んでいないために表面活性性、流動性さらに
は間隙浸透性等が優れ、本実施例のようなクロムモリブ
デン鋼からなる母材同士の拡散接合に適するからであ
る。

【００３０】なお、インサート材１５，１６の材質は接
合する二重管１，２の材質に応じて適宜決定される。

【００３１】図２に示す状態で、二重管１，２の嵌合面
１３および１４を、インサート材１５，１６の融点以上
二重管１，２の融点以下の温度域に加熱することにより
拡散接合を行うが、インサート材１５，１６が流路９お
よび１０内へしみ出すことを完全に防止するため、本発
明にかかる二重管の拡散接合法では、嵌合面１３および
１４の全体を同時にまとめて加熱するのではなく、嵌合
面１３および１４の下部から上部に向けて移動しながら
加熱を行う。

【００３２】このように、嵌合面１３および１４の下部
から上部に向けて移動しながら加熱を行うことにより、
インサート材１５，１６の下部に位置する部分１５ａ，
１６ａから溶融が開始され、順次溶融開始部分が上方に
移動していき、最後に上部に位置する部分１５ｂ、１６
ｂの溶融が行われる。そのため、溶融してしみ出すイン
サート材１５，１６の全てが、傾斜面３ａ，７ａと傾斜
面４ａ，８ａとを沿うようにして斜め下方向きに流れ、
流路９および１０側には全く流れない。もし、嵌合面１
３および１４の下部から上部に向けて移動しながら加熱
するのではなく、全体を均一に、ないしは上部から下部
に向けて移動しながら加熱すると、上部に位置する部分
１５ｂ，１６ｂは既に溶融しているにもかかわらず下部
に位置する部分１５ａ，１６ａが溶融していないため、
上部で溶融したインサート材１５，１６が上部側である
流路９および１０側に溢れ出し、内管３および外管７，
内管４および外管８を固着させるおそれがあるからであ
る。

【００３３】嵌合面１３および１４の下部から上部に向
けて移動しながら加熱する装置は特定のものに限定する
必要はない。本実施例では、部分的な加熱を行えるこ
と，加熱時間が短く接合する二重管に熱歪みを与えるお
それが少ないこと，加熱作業が容易で熟練作業者を必要
としないこと，二重管の強度低下を引き起こすおそれが
ないこと，二重管に生じる酸化スケールが少なくインサ
ート材のはみ出し量が少ないこと，さらには加熱雰囲気
の選択の自由度が大きいこと等から、二重管１，２の周
囲からおよそ５ｍｍ程度離間して環状に配置される高周
波コイルを備える高周波誘導加熱装置を用い、この高周
波コイルの内部を、図２に示す状態で突き合わされた二
重管１および２を上方から下方に向けて移動させること
により、突き合わせ部を下部から上部に向けて誘導加熱
した。

【００３４】なお、二重管１および２を誘導加熱するた
めには高周波電源および高周波変流器等も必要である
が、これらは前述の高周波誘導加熱装置とともにいずれ
も公知のものであるため、図２への記載およびこれ以上
の説明は省略する。また、二重管１および２を往復移動
させる機構も二重管１および２を保持する治具に公知の
移動機構を適宜適用すればよく、これ以上の説明は省略
する。

【００３５】また、二重管１および２を下方へ移動させ
る速度は、嵌合面１３，１４に介在させたインサート材
１５，１６の溶融状況に応じて適宜決定する。

【００３６】本実施例では、このようにして、内管３，
４と内管３，４の周囲に一定距離離間して設けられた外
管７，８とを備える二重管１，２同士を突き合わせて拡
散接合を行う際に、内管３および外管７，内管４および
外管８がそれぞれ固着することが防止される。

【００３７】したがって、図４に示す改良型発電所４１
において、蒸気発生器４４に設けられた二重管４６の内
管と外管とが固着してこの固着部にクラックが生じた場
合に水と液体ナトリウムとがＨｅガスを介さずに何の前
兆もなく突然に接触することがなくなり、改良型発電所
の安全性が大幅に改善される。

【００３８】

【発明の効果】本発明にかかる二重管の拡散接合法で
は、接合を行う前に、拡散接合を行われる二つの二重管
のうちの一方の接合面を外周側の流路を頂点とする環状
の凸面とするとともにもう一方の接合面をこの凸面と嵌
合する凹面としておき、接合を行う際には、凸面を有す
る二重管が下方に位置するともに凸面および凹面の間に
インサート材を介在させて、これら二つの二重管が鉛直
向きまたは略鉛直向きに配置されるようにして突き合わ
せ、この状態で、突き合わせ部を下部から上部に向けて
加熱するように構成するため、加熱により溶融するイン
サート材は、外管同士の接合面の外周側、および内管同
士の接合面の内周側に向けてしみ出し、内管および外管
の間に形成される流路側へはしみ出さなくなる。

【００３９】そのため、二重管の拡散接合において、内
管および外管の間に形成される流路へのインサート材の
しみ出しが完全に解消され、内管と外管との固着が解消
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明にかかる二重管の拡散接合
法を適用されて拡散接合される二つの二重管の突き合わ
せ前の状況を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１
（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

【図２】本発明にかかる二重管の拡散接合法において、
突き合わされた二つの二重管の嵌合状況を示す管軸方向
を含む断面図である。

【図３】高速増殖炉を用いる発電所の構成例を示す説明
図である。

【図４】高速増殖炉を用いる改良型発電所の構成例を示
す説明図である。

【図５】二重管の軸方向を含む段面図である。

【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）はいずれも従来の
二重管の接合法を示す説明図である。

【符号の説明】

１，２二重管３，４内管３ａ，４ａ傾斜面５，６流路７，８外管７ａ，８ａ傾斜面９，１０流路１１，１２接合面１３，１４嵌合面１５，１６インサート材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状の内管に囲まれた流路を中心部に備
えるとともに、前記内管と当該内管の外周側に一定距離
離間して同心状に設けられる筒状の外管とに囲まれたも
う一つの流路を外周部に備える二重管同士を突き合わせ
て拡散接合を行う方法であって、拡散接合を行う前に、
拡散接合を行う二つの二重管のうちの一方の二重管の環
状の接合面の全周を二重管軸方向を含む垂直断面におい
て外周側の前記流路を頂点とする凸面とするとともにも
う一方の二重管の環状の接合面の全周を二重管軸方向を
含む垂直断面において前記凸面と嵌合する凹面としてお
き、拡散接合を行う際には、前記凸面を有する二重管を
下方に位置させるとともに前記内管同士の間と前記外管
同士の間とにそれぞれインサート材を介在させて、二つ
の前記二重管を鉛直向きまたは略鉛直向きの状態で突き
合わせ、突き合わせ部を下部から上部に向けて移動しな
がら加熱するようにして拡散接合を行うことを特徴とす
る二重管の拡散接合法。