JPH1085953A

JPH1085953A - 金属管の液相拡散接合部構造

Info

Publication number: JPH1085953A
Application number: JP24087896A
Authority: JP
Inventors: Eiji Tsuru; 英司津留; Hiroshi Hasegawa; 泰士長谷川; Yuichi Sato; 有一佐藤; Shigekatsu Ozaki; 茂克尾崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、金属管同士を液相拡散接合方法に
より接合する場合に、目違いや段差、軸心のずれの発生
を簡易な調心手段で極力最小化するとともに、接合部に
生じる応力集中を緩和して強固な接合部を安定確保でき
る、金属管の液相拡散接合構造を提供する。【解決手段】接合対象の金属管の端部外周面に形成さ
れた端面側に縮径するテーパーと、継手筒または他方の
金属管の端部拡管部に形成された端面側に拡径する内周
テーパー間に接合面が形成され、この接合面に非晶質を
介在させた金属管の液相拡散接合部構造で、金属管の外
周テーパーの縮径開始側と継手筒または他方の金属管の
内周テーパーの拡径開始側の接合面、非接合面にグルー
ブが形成されている。このグルーブの間隔を管端側に広
くし、大きさは管端側に小さくすることがより有効。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接合対象の相対す
る金属管を直接または継手筒を介して、接合材を介在さ
せ、液相拡散接合により接合して得られる金属管の液相
拡散接合部構造、より具体的には、接合面がテーパー面
に形成されており、この接合面およびその近傍に応力集
中の緩和手段（疲労強度向上手段）を有する金属管の液
相拡散接合部構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属管の接合方法としては、従来、各種
の溶接方法が一般に適用されているが、近年、溶接方法
に代わって液相拡散接合方法も適用されるようになって
きている。この液相拡散接合方法は、接合しようとする
材料の間に箔、粉末、あるいはメッキ等の形態で被接合
材よりも融点の低い共晶組成を有する合金（非晶質金
属）を介在させて加圧し、挿入合金の液相線直上の温度
に接合部を加熱することによってこの合金を溶融、等温
凝固させる接合法であり、固相接合法の１種と考えられ
ている。

【０００３】この液相拡散接合は、比較的低い面圧で短
時間で強固な接合部が得られるものであり、従来、ステ
ンレス鋼、高ニッケル基合金、耐熱合金鋼またはこれら
と炭素鋼を接合する場合など溶接方法の適用が難しいも
のを対象として、広く用いられているものであるが、最
近では一般鋼管を接合対象として適用することも試みら
れており、金属管を接合対象として適用分野が拡大する
ことが予想される。

【０００４】この液相拡散接合方法を金属管を接合対象
として適用する場合には、相対する金属管の接合面に接
合材として非晶質金属（箔）を介在させるのが一般的で
あり、液相拡散接合に際しては接合面と非晶質金属箔が
均一に接触し、軸心が平行で一致するように調心する必
要がある。この調心は、一般の溶接方法の場合に比較し
てはるかに高い精度で行う必要がある。（参考技術日
本機械学会第１回材料、材料加工技術講演会講演論文
５０９「アモルファス接合システム」１９９３年１１
月１９日Ｐ３２９に記載）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、上記のような要
請に応えられる調心手段がなく、調心作業負担が大き
く、また、図１２に示すような接合対象の金属管ｐａと
Ｐｂの管端の突き合わせ面において、目違いａや図１３
に示すような金属管ｐａとＰｂの管端の突き合わせ面に
おいて、軸心ずれｂが生じ、切り欠き効果により、調心
精度が十分ではなく、引張軸力、あるいは曲げ負荷時の
接合部強度が低下するという問題や、接合面に間隙を生
じ、十分な接合材による液相の浸透が得られず、強固な
接合部が得られないという問題を生じることがあり、金
属管を接合対象とした液相拡散接合においては、液相拡
散接合の長所を十分に享受できないことが多かった。接
合面の目違いや管軸のずれを軽減する手段として、開先
形状を工夫する方法もあるが、金属管の真円度、偏肉の
影響、施工現場での軸合わせの困難さなどから理想的な
形状の接合を実現することは難しい。

【０００６】本発明は、金属管を液相拡散接合方法によ
り接合する場合に、簡易な調心手段で目違いや段差、軸
心のずれの発生を極力最小化するとともに、接合部に生
じる応力集中を緩和して強固な接合部を安定確保でき
る、金属管の液相拡散接合構造を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の発明は、
継手筒を用いて金属管同士を液相拡散接合した金属管の
液相拡散接合部構造において、継手筒の端部と金属管の
管端部とに互いに接するように設けたテーパーを接合面
とし、継手筒および金属管の該テーパーのテーパー開始
側に複数列のグルーブを設けたことを特徴とする金属管
の液相拡散接合部構造。

【０００８】第二の発明は、管端部を拡径した金属管を
用いて金属管同士を液相拡散接合した金属管の液相拡散
接合部構造において、一方の金属管の管端部外周に設け
た外周テーパーと、他方の金属管の拡径した管端部内周
に前記外周テーパーに接するように設けた内周テーパー
との間を接合面とし、外周テーパーおよび内周テーパー
の開始側に複数列のグルーブを設けたことを特徴とする
金属管の液相拡散接合部構造。

【０００９】第三の発明は、第一の発明または第二の発
明において、テーパー開始側に設けた複数列のグルーブ
の間隔を管の端面側に向かって広くしたことを特徴とす
る金属管の液相拡散接合部構造。第四の発明は、第一の
発明〜第三の発明のいずれかにおいて、テーパー開始側
に設けた複数列のグルーブの大きさを管の端面側に向か
って小さくしたことを特徴とする金属管の液相拡散接合
部構造。

【００１０】第五の発明は、第一の発明〜第四の発明の
いずれかにおいて、テーパー開始側の液相拡散接合の接
合端近傍の非接合面にもグルーブを設けたことを特徴と
する金属管の液相拡散接合部構造。第六の発明は、金属
管同士を直接、または継手筒を介して液相拡散接合した
金属管の液相拡散接合部構造において、金属管の外周面
と、他方の金属管または継手筒の端部に形成した互いに
接するように設けたテーパーを接合面とし、該接合端近
傍の非接合面にのみグルーブを設けたことを特徴とする
金属管の液相拡散接合部構造である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、例えば一般鋼やステン
レス鋼、高ニッケル合金等による金属管を液相拡散接合
方法により接合する場合に、目違いや段差、軸心のずれ
の発生を極力最小化して、管本体の引張破断強度以上の
強度を有する強固な接合部を安定確保するためのもので
あり、非晶質金属を介在させ液相拡散接合する接合面
を、相対する管端部間に直接または管端部と継手環間に
形成されたテーパー面に形成して、調心性を高めるとと
もに、相対する管の端部が位置する接合面に複数のグル
ーブ（溝や凹部等）を形成して、接合部に生じる応力集
中を緩和するようにした金属管の液相拡散接合部構造で
ある。

【００１２】接合対象の相対する金属管の端部を直接ま
たは継手筒を介して液相拡散接合により接合する際の施
工上の重要課題は、前記したように相対する管端部間に
目違いや段差、軸心のずれがない状態で、非晶質金属を
介在させ、接合面に間隙がない状態で面圧を負荷して接
合面と非晶質金属の密着性を十分に確保することであ
る。

【００１３】本発明においては、接合対象の金属管と金
属管または金属管と継手筒の相対する接合面が互いに接
するようなテーパーになっており、この相対するテーパ
ーが干渉を始めるため、特別な調心作業を行わなくても
接合対象の金属管と金属管の調心性を高めることがで
き、軸心を合わせることができ、接合面と非晶質金属の
密着性を十分に確保して、十分な接合部強度を確保する
ことができる。

【００１４】自動調心性を円滑にかつ十分に確保すると
ともに接合部強度を十分に確保するためには、接合面を
形成する一方の金属管と他方の金属管（または継手筒）
の端部テーパー面の角度と長さを十分に考慮する必要が
ある。

【００１５】接合面を形成するためのテーパーについて
は、軸方向距離１に対して、直径増減値１／２０〜１／
３の範囲になるような径の増分値で表すと、軸線と平行
な長さ１に対して１／２０〜１／３の範囲になるように
選択することが望ましい。

【００１６】１／２０未満では、重なり部分が長くなり
過ぎ接合長さ損失が増加する。１／３超では、自立性が
失われるとともに心ずれに対しても自動調心効果が低下
する。また、１／３超の場合は一方の管と他方の管（ま
たは継手筒）との係合抵抗が大きくなり円滑な係合がで
きなくなるとともに十分な接合面積を確保できず、十分
な接合部強度を確保することができなくなる。

【００１７】本発明では、上記のように、相対した互い
に接するテーパーを接合面とするが、相対するテーパー
を接合面とし液相拡散接合して得られる接合部において
は、特に接合端部あるいはこれらと未接合部の境界部
（近傍部を含む）において、拡散接合面に沿った脆性破
壊の進行が懸念される。また、断面積変化部の応力集中
に起因して、繰り返しの曲げ荷重、あるいは回転曲げが
負荷されるような使用環境においては接合面近傍に沿っ
た疲労亀裂の進展が懸念される。この脆性破壊や疲労亀
裂は拡散接合による急激な断面積の変化のため、形状の
不連続点に応力が集中する結果生じるものである。

【００１８】図１は、本発明を適用する金属管の液相拡
散接合例を概念的に示したものである。この例では継手
筒を用いて金属管同士を液相拡散接合しており、金属管
１の管端部と継手筒２端部との接合面は、金属管１の外
周テーパー１ｔと継手筒２の内周テーパー２ｔ間に形成
されており、この接合面に接合材３を介在させて加熱装
置４で加熱し、押圧装置５で加圧して液相拡散接合する
が、この場合、図３に示すように、一方の接合端部Ａお
よび他方の接合端部Ｂにおいて応力集中を生じる。

【００１９】また、図２は、本発明を適用する金属管の
液相拡散接合例の他例を概念的に示したものである。こ
の例では継手筒を用いずに金属管同士を直接に液相拡散
接合しており、一方の金属管１の端部と他方の金属管２
との接合面は、一方の金属管１の外周テーパー１ｔと他
方の金属管２の拡径端部の内周テーパー２ｔに形成され
ており、この接合面に接合材３を介在させて加熱装置４
で加熱し、押圧装置５で加圧して液相拡散接合するが、
この場合も、図１の場合と同様、図３に示すように、一
方の接合端部Ａ、および他方の接合端部Ｂにおいて、図
１の場合と同様応力集中を生じる。

【００２０】本発明者等は、図１のように金属管の外周
テーパーと継手筒の内周テーパー間、または図２のよう
な金属管の外周テーパーと他方の金属管の拡径部内周テ
ーパー間の接合端部での応力集中を緩和するためには、
接合部での急激な断面積の増加を軽減することが有効で
あるとの認識に立ち検討の結果、本発明に到達した。

【００２１】以下に本発明の各発明について概要を説明
する。第一の発明の金属管の液相拡散接合構造では、継
手筒を用いて（介して）金属管同士を液相拡散接合して
いるのに対して、第二の発明の金属管の液相拡散接合構
造では、継手筒を用いず金属管同士を直接に液相拡散接
合している点で両者は発明としては区別されるが、接合
面が互いに接するテーパー間に形成され、このテーパー
の縮径開始部側、拡径開始部側に複数のグルーブが形成
されている点で共通している。

【００２２】したがって、ここでは、継手筒を用いて
（介して）金属管同士を液相拡散接合している第一の発
明の金属管の液相拡散接合構造例により、第一の発明と
第二の発明の金属管の液相拡散接合構造例を代表説明す
る。ここでいう継手筒と、金属管同士を直接に液相拡散
接合している場合の管端部に拡径部を有する他方の金属
管とは同じものではないが、ここでは、相対するテーパ
ー間に形成される接合部は共通しており、金属管と他方
の金属管を直接に液相拡散接合している第二の発明の金
属管の液相拡散接合構造例は、「継手筒」を「他方の金
属管」と読み替え、そのまま置き換えられるものであ
る。後述する第三の発明〜第六の発明の金属管の液相拡
散接合構造例においても同様である。

【００２３】図４において、金属管１の先端部外周に
は、端面側に縮径する外周テーパー１ｔが形成されてお
り、この外周テーパーの縮径開始部側には、複数のグル
ーブ１ｇがほぼ等間隔に形成されている。金属管１と接
合する継手筒２の内周には、端面側に拡径する内周テー
パー２ｔが前記外周テーパー１ｔと接するように形成さ
れており、この内周テーパーの拡径開始部側には、複数
のグルーブ２ｇがほぼ等間隔に形成されている。

【００２４】接合面は、金属管１の外周テーパー１ｔと
継手筒２の内周テーパー２ｔとの係合面に形成され、こ
の接合面には液相拡散接合の接合材３が介在している。
この接合面が形成された状態で、金属管１の複数のグル
ーブ１ｇには、継手筒２の内周のテーパー２ｔの拡径終
端部（端部）が相対しており、継手筒２の複数のグルー
ブ２ｇには、金属管１の外周テーパー面１ｔの縮径終端
部（管端部）が相対している。

【００２５】このグルーブによる応力集中の低減効果
は、接合面を境とした高応力側で大きいため、グルーブ
１ｇは金属管１の外周テーパー１ｔの縮径開始部に、ま
た、グルーブ２ｇは内周テーパー２ｔの拡径開始部に配
設するのが有効である。

【００２６】このグルーブが接合端部側での応力集中を
防止して、脆性亀裂、疲労亀裂発生伝播による接合部破
断強度の低下を防止することについて、図５（ａ），
（ｂ）に基づき説明する。接合部に特に曲げ荷重が負荷
されると接合面の段差に起因して、材料によっては接合
面に沿って脆性亀裂が発生しやすくなる。また、曲げ荷
重が繰り返されたときには疲労亀裂が発生する。これは
接合部で断面積が急激に変化し応力集中が起るためであ
る。

【００２７】したがって、金属管１の外周テーパー１ｔ
の縮径開始側から継手筒２の内周テーパー２ｔの拡径開
始側に、あるいは継手筒２の内周テーパー２ｔの拡径開
始側から金属管１の外周テーパー１ｔの縮径開始側に応
力を滑らかに伝達させることにより、応力集中を防止し
て脆性亀裂や疲労亀裂の発生を防止することができる。
そのためには、例えば図５（ａ），（ｂ）に示すように
接合面の応力が集中する部位にグルーブ（溝や凹等）を
配設することが有効である。

【００２８】このように接合面にグルーブを配設した場
合、グルーブ底には応力が集中するが、接合界面には応
力が回り込みにくくなり、端部近傍で未接合部が生じて
もグルーブがない場合に比べ応力集中が小さくなる。ま
た、脆性亀裂、疲労亀裂が発生しても、グルーブが亀裂
伝播停止機能を有し、最終破断までの寿命を延長させ
る。

【００２９】このグルーブは、加工性からは円周方向に
連続する溝（環状溝、スパイラル状溝）が望ましいが、
連続する溝であることは不可欠ではなく、円周方向に断
続する溝であってもよいし、ディンプル状の凹部でもよ
い。しかし、脆性亀裂あるいは疲労亀裂を生じた場合
に、その伝播を防止するためには、同心状に複数配列す
ることがより有効である。

【００３０】このグルーブの断面形状は、半円形または
それに類する円弧面を有する形状であることが望まし
く、管の厚みに対して５〜２０％の深さで、軸方向に複
数列配列されていることが望ましい。このグルーブが多
すぎると接合面積が減少して接合強度を低下させること
になるので、接合強度を低下させない範囲内でその大き
さ、数、配置を選択するが、接合面を形成するテーパー
面における非接合面を除いた接合面積が管体断面積の４
倍以上あれば接合強度上、問題はない。

【００３１】図３の状態で、加熱装置４により接合面お
よびその周辺部（以下「接合部」という。）を加熱しな
がらクランプ機構５ｃと圧縮応力付与機構５ｐを備えた
押圧装置５で矢印方向に圧縮応力を負荷して、前記の接
合面に介在させた接合材３を溶融させ、金属管１と他方
の金属管２の管端部を液相拡散接合して、第一の発明
（第二の発明）の金属管の液相拡散接合構造を得ること
ができる。

【００３２】この第一の発明（第二の発明）の金属管の
液相拡散接合部構造においては、前記したように接合対
象の金属管と継手筒（または金属管同士）の相対する接
合面がテーパー面になっており、この相対するテーパー
面が干渉を始めるため、特別な調心作業を行わなくても
接合対象の管の調心性を高めることができ、軸心を合わ
せることができ、接合面と非晶質金属の密着性を十分に
確保して、十分な接合部強度を確保することができる。

【００３３】そして、金属管のテーパー縮径開始側、継
手筒の拡径開始側に配設したグルーブにより金属管側、
継手筒側のそれぞれの断面積が小さくなっており、断面
積の変化量が緩和されているので、接合開始部と接合終
了部、これらと非接合部との境界部における応力集中を
緩和することができ、ここでの脆性破壊あるいは疲労破
壊の発生を防止して接合部強度を安定確保することがで
きる。

【００３４】なお、上記加熱装置（手段）４としては、
各種考えられるが、接合部を簡易に均一加熱できる誘導
加熱装置、通電加熱装置、電熱ヒーター等の電気加熱装
置が適性が高い。加熱装置は接合部の外側に配設する場
合が多いが、接合対象の金属管を継手筒を介して液相拡
散接合する場合は、加熱装置４は継手筒に内蔵してもよ
いし、継手筒自体を発熱体として用いてもよい。

【００３５】液相拡散接合のための加熱温度は、接合材
３が溶融し、接合対象の管の特性が低下しない範囲で、
管の材質、接合材の種類、接合部に要求される特性等を
考慮して選択するが、通常の場合は９００〜１２００℃
である。

【００３６】接合部での圧縮応力負荷は通常の場合１〜
１００ＭＰａ（メガパスカル）で十分であり、そのため
の押圧置５は、クランプ機構５ｃと圧縮応力付与機構５
ｐを備えた簡易な構造のものを用いて十分である。接合
材としては、均一な液相拡散性が容易に得られるＦｅ
系、Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｔｉ系の非晶質金属箔が好適であ
る。

【００３７】前記したように、接合対象の相対する金属
管と継手筒、または金属管同士間の接合面をテーパー面
とし、液相拡散接合して得られる接合部においては、特
に接合開始部、接合終了部あるいはこれらと未接合部の
境界部（近傍部を含む）において、拡散接合により継手
部では管体部に比べ急激に断面積が変化しているため、
形状の不連続点に応力が集中する結果、拡散接合面に沿
った脆性破壊を生じる懸念がある。

【００３８】前記第一の発明、第二の発明では、接合端
部の接合面にグルーブを配設して接合面積を減少させ、
接合面積の急激な変化を緩和し接合端部での応力集中を
緩和しているが、応力の集中は接合端で顕著で接合中心
に向かって漸減するため、このグルーブ効果をより一層
高めるためには、グルーブによる断面積の変化を応力の
変化に対応させるように配置することが好ましい。

【００３９】そこで、第三の発明の液相拡散接合部構造
では、図６に示すように、金属管１の外周テーパー１ｔ
の縮径開始側に配設される複数のグルーブ１ｇと、継手
筒２の内周テーパー２ｔの拡径開始側に形成される複数
のグルーブ２ｇの大きさが同じの場合には、このグルー
ブ配置間隔ｘ1 ，ｘ2 を管端側に向かって広くなるよう
に配置する。こうすることにより、接合端部Ａ，Ｂにお
ける応力分布を、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように
平滑化して応力の局部集中を解消させることができる。

【００４０】また、第四の発明の金属管の液相拡散接合
部構造では、第一の発明〜第三の発明の液相拡散接合部
構造において、金属管１の外周テーパー１ｔと継手筒２
の内周テーパー２ｔに配設される複数のグルーブ１ｇ，
２ｇの大きさを管の軸方向に変化させるものである。

【００４１】すなわち、図８に示すように、金属管１の
外周テーパー１ｔの縮径開始側と継手筒２の内周テーパ
ー２ｔの拡径開始側に形成される複数のグルーブ１ｇ，
２ｇの大きさを、それぞれの管端面に向かって小さくし
ている。大きさを小さくするとは、接合面でのグルーブ
の面積、グルーブの深さ、グルーブの容積等を小さくし
て行くことをいうが、この図では、グルーブの径をｄ
1，ｄ2 ，ｄ3 と、深さをｈ1 ，ｈ2 ，ｈ3 と、それぞ
れの管端側に向かって小さくしており、容積もそれぞれ
の管端側に向かって小さくしている。こうすることによ
り、接合端部Ａ，Ｂにおける応力分布を、図９（ａ）、
図９（ｂ）に示すように平滑化して応力の局部集中を解
消させることができる。

【００４２】第三の発明と第四の発明の金属管の液相拡
散接合部構造において、いずれも接合部での応力分布を
なるべく平滑化させるようにしており、接合面にグルー
ブを有しない場合の応力分布を考慮して、配設するグル
ーブの配置間隔、大きさの変化条件を選択する。

【００４３】上記の第一の発明〜第四の発明の金属管の
液相拡散接合部構造においては、グルーブはいずれも相
対するテーパーのテーパー開始部側の接合面に配設され
ているが、このグルーブは、接合面の終端近傍の非接合
面のみに配設しても接合端側での応力集中の緩和に有効
である。

【００４４】また、第一の発明〜第四の発明の場合のよ
うにテーパー開始部側の接合面にグルーブを配設し、さ
らに接合面の終端近傍の非接合面にもグルーブを配設し
た場合には、第一の発明〜第四の発明の場合の効果に加
え、接合端側での応力集中の緩和の効果を同時に得るこ
とができる。

【００４５】第五の発明の金属管の液相拡散接合部構造
においては、図１０に示すように、金属管１の管端部の
外周テーパー１ｔの縮径開始側の接合端近傍の非接合面
にグルーブ６ｇを配設し、継手筒２の端部の内周テーパ
ー２ｔの拡径開始側の接合端近傍の非接合面にもグルー
ブ７ｇを配設しており、主に接合端側での応力集中をよ
り確実に緩和するようにしている。

【００４６】また、第六の発明の金属管の液相拡散接合
部構造においては、図１１に示すように、金属管同士を
直接、または継手筒を介して液相拡散接合した金属管の
液相拡散接合部構造において、金属管１の外周面と、他
方の金属管または継手筒２の端部内周に形成した互いに
接するように形成した外周テーパー１ｔと内周テーパー
２ｔを接合面とし、該接合端近傍の非接合面にのみグル
ーブ６ｇ，７ｇを配設しており、接合端側での応力集中
の緩和効果を得るようにしている。

【００４７】ここで、相対するテーパー面間に形成され
る接合面の接合端近傍の非接合面に配設されるグルーブ
の深さは、管の厚みに対して１５％以下、より好ましく
は５〜１０％の範囲とする。１５％超になると、減肉部
の疲労強度の低下が著しくなり、５％未満では軸方向の
グルーブの加工場所により疲労強度がばらつく傾向があ
る。

【００４８】また、グルーブの幅については、２〜５mm
の範囲であれば、疲労強度を向上させ、十分な接合部破
断強度を確保することができる。このグルーブの断面形
状は、半円形またはそれに類する円弧面を有する形状で
あることが望ましく、軸方向に１〜複数列されているこ
とが望ましい。

【００４９】なお、上記の例では、継手筒２の内周テー
パー２ｔと、金属管１の外周テーパー１ｔを係合するよ
うにして、継手筒２の内周側を接合面として接合してい
るが、継手筒２の外周と金属管１の内周にテーパー面を
形成して、継手筒２の外周側を接合面として接合する場
合にも本発明を適用するようにしてもよい。また、本発
明でいう拡散接合とは、主に液相拡散接合を意味し、拡
散ろう付け接合を含むものである。

【００５０】

【実施例】本発明の各発明について、以下に実施結果と
評価結果について表１、表２に基づいて説明する。外径
１７８mm、肉厚１０．４mmの鋼管（材質Ｋ−５５）を接
合対象とし鋼管を、この鋼管と同材質で外径１８９mm、
肉厚１８mm、長さ３００mmの継手筒と、または端部を１
１mm拡径した他方の鋼管と直接に係合し、この係合面を
接合面として、非晶質金属を接合材とする液相拡散接合
を実施し、得られた鋼管の接合部について、曲げ試験お
よび疲労試験を実施し、疲労寿命（ｃｙｃ）で評価して
いる。接合材としては、Ｂ：８wt％、Ｓｉ：１０wt％、
Ｖ：１２wt％、Ｆｅ：残部の成分よりなる非晶質金属を
用いた。なお、本発明の実施例において、テーパー面に
配設したグルーブの深さはすべて０．９mmにした。ま
た、表中のテーパの数値は、軸線に平行な長さ１に対す
る径の増・減分値で示している。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】

【表３】

【００５４】

【表４】

【００５５】

【表５】

【００５６】表１は、第一の発明の実施例で、図１に示
すように継手筒２を用いた液相拡散接合において、図４
に示すように、金属管１の縮径開始側の接合面（テーパ
ー面）と継手筒２の拡径開始側の接合面（テーパー面）
に、それぞれ同じ大きさの複数のグルーブを等間隔（等
ピッチ）で配置した場合のものである。

【００５７】表１のサンプルNo．４はグルーブを設けな
い比較例で、曲げ応力（ＭＰａ）３２０の繰り返し負荷
で、疲労寿命（ｃｙｃ）は３００００と各段に短く、十
分満足できる接合部は得られなかった。表１のサンプル
No．１〜３は第一の発明の実施例で、曲げ応力（ＭＰ
ａ）３２０の繰り返し負荷で疲労寿命（ｃｙｃ）は３０
００００〜６０００００で、グルーブを設けない比較例
の場合に比べ十分に満足できる接合部が得られた。

【００５８】表２は、第二の発明の実施例で、図２に示
すように金属管と端部を拡径した他方の金属管を直接接
合する液相拡散接合において、図４に示すように、金属
管１の縮径開始側の接合面（テーパー面）と他方の金属
管２の拡径開始側の接合面（テーパー面）に、それぞれ
大きさの同じ複数のグルーブ（１ｇ，２ｇ）を等間隔
（等ピッチ）で配置した場合のものである。

【００５９】表２のサンプルNo．４はグルーブ（１ｇ，
２ｇ）を設けない比較例で、曲げ応力（ＭＰａ）３２０
の繰り返し負荷で、疲労寿命（ｃｙｃ）は３００００と
各段に短く、十分満足できる接合部は得られなかった。
表２のサンプルNo．１〜３は第一の発明の実施例で、曲
げ応力（ＭＰａ）３２０の繰り返し負荷で疲労寿命（ｃ
ｙｃ）は２５００００〜５３００００で、グルーブを設
けない比較例の場合に比べ十分に満足できる接合部が得
られた。

【００６０】表３は、第三の発明と第四の発明の実施例
で、サンプルNo．１〜２は図２に示すように金属管１と
端部を拡径した他方の金属管２を直接接合する液相拡散
接合において、図６に示すように、金属管１の縮径開始
側の接合面（テーパー面）と他方の金属管２の拡径開始
側の接合面（テーパー面）に、それぞれ大きさの同じ複
数のグルーブ（１ｇ，２ｇ）を管体側で間隔を狭く、管
端側で広くして配置した場合のものである。

【００６１】表３のサンプルNo．３は図２に示すように
金属管と端部を拡径した他方の金属管を直接接合する液
相拡散接合において、図８に示すように、金属管１の縮
径開始側の接合面（テーパー面）と他方の金属管２の拡
径開始側の接合面（テーパー面）に、グルーブを等間隔
（等ピッチ）で配置し、大きさを管本体側で大きく、管
端側で小さくした場合のものである。

【００６２】表３のサンプルNo．４は第５の発明と第六
の発明を併用した実施例で、金属管１の縮径開始側の接
合面（テーパー面）と他方の金属管２の拡径開始側の接
合面（テーパー面）に、グルーブ（１ｇ，２ｇ）を、管
体側で大きく管端側で小さくして配置し、グルーブの配
置間隔を管体側で狭く、管端側で広くして配置した場合
のものである。

【００６３】第三の発明、第四の発明の実施例である表
３のサンプルNo．１〜４では、曲げ応力（ＭＰａ）は３
２０の繰り返し負荷で、疲労寿命（ｃｙｃ）は４５００
００〜８０００００で、グルーブを設けない場合に比べ
て各段に優れ、十分に満足できる接合部が得られた。

【００６４】表４は、第五の発明と第六の発明の実施例
で、サンプルNo．１〜２は図２に示すように金属管１と
端部を拡径した他方の金属管２を直接接合する液相拡散
接合において、図１０に示すように、金属管１の縮径開
始側の接合面（テーパー面）と他方の金属管２の拡径開
始側の接合面（テーパー面）に、グルーブ（１ｇ，２
ｇ）を等間隔（等ピッチ）で配置し、接合端の近傍の非
接合面にもグルーブ（６ｇ，７ｇ）を配設した第五の発
明の実施例である。この実施例では、曲げ応力（ＭＰ
ａ）は３２０の繰り返し負荷で、疲労寿命（ｃｙｃ）は
５０００００〜５５００００で、グルーブを設けない場
合に比べて各段に優れ、十分に満足できる接合部が得ら
れた。

【００６５】表４のサンプルNo．３は図２に示すように
金属管１と端部を拡径した他方の金属管２を直接接合す
る液相拡散接合において、金属管１の縮径開始側の接合
面（テーパー面）にのみグルーブ（１ｇ，２ｇ）を等間
隔（等ピッチで）配設した場合のもの（第二の発明の実
施例で参考までに記載）である。

【００６６】表４のサンプルNo．４，５は図２に示すよ
うに金属管１と端部を拡径した他方の金属管２を直接接
合する液相拡散接合において、図１１に示すように、金
属管１の外周テーパーと端部を拡径した他方の金属管２
の内周テーパーとの接合面（テーパー面）の、接合端近
傍の非接合面にのみグルーブ（６ｇ，７ｇ）を配設した
第六の発明の実施例である。この実施例では、曲げ応力
（ＭＰａ）は３２０の繰り返し負荷で、疲労寿命（ｃｙ
ｃ）は４０００００〜５０００００で、グルーブを設け
ない場合に比べて十分に満足できる接合部が得られた。

【００６７】表４のサンプルNo．６は図２に示すように
金属管１と端部を拡径した他方の金属管２を直接接合す
る液相拡散接合において接合面にも、非接合面にもグル
ーブを配設していない比較例である。この例では、曲げ
応力（ＭＰａ）は３２０の繰り返し負荷で、疲労寿命
（ｃｙｃ）は８００００で、グルーブを配設した本発明
の実施例より明らかに短かった。

【００６８】なお、第三の発明〜第六の発明の発明の実
施例は、いずれも図２に示すように金属管１と端部を拡
径した他方の金属管２を直接接合する液相拡散接合にお
いて適用された場合のものであるが、図１に示すように
継手筒２を用いた液相拡散接合において適用した場合の
ものでは、継手筒による補強効果もあり、曲げ応力（Ｍ
Ｐａ）３２０の繰り返し負荷での疲労寿命（ｃｙｃ）
を、２５００００〜６５００００レベルまで強化するこ
とができることを確認している。

【００６９】本発明は上記の例に限定されるものではな
く、鋼管（杭）の他、ステンレス鋼、その他の合金鋼か
らなる金属管を接合対象とする液相拡散接合に適用でき
るものであり、液相拡散接合条件（加熱温度、圧縮応力
負荷、接合面形状等）、継手筒、加熱装置、押圧装置等
の接合装置構成等については、接合対象の金属管の材質
および特性、接合材の材質、要求される接合部特性等に
応じて、本発明の範囲内で変更されるものである。

【００７０】

【発明の効果】本発明の液相拡散接合部構造において
は、接合対象の管を管同士または継手筒を介して、加
熱、圧縮して液相拡散接合する場合の接合面を互いに接
するテーパー面とし、目違いや段差、軸心のずれの発生
を防止するとともに接合面に介在させた接合材を密に密
着させ、強固な接合部を安定確保することができる。

【００７１】そして、接合面の終端近傍にグルーブを配
設することにより主として接合端部での応力集中を効果
的に緩和して、接合部破断をより確実に防止してさらに
強固な接合部を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する金属管の液相拡散接合部構造
例と装置例を概念的に示す側断面説明図。

【図２】本発明を適用する他の金属管の液相拡散接合部
構造例と装置例を概念的に示す側断面説明図。

【図３】本発明を適用する金属管の液相拡散接合部構造
例での接合部に生じる応力分布を概念的に示す側断面説
明図。

【図４】本発明の液相拡散接合部構造例（第一の発明
例）を概念的に示す側断面説明図。

【図５】図４の本発明の金属管の液相拡散接合部構造例
（第一の発明、第二の発明例）での接合部の応力分布を
概念的に示す側断面説明図で、（ａ）図は金属管の外周
テーパー面の縮径開始側を、（ｂ）図は継手筒の内周テ
ーパ面の拡径開始側を示す。

【図６】本発明の金属管の液相拡散接合部構造例（第三
の発明例）を概念的に示す側断面説明図。

【図７】本発明の金属管の液相拡散接合部構造例（第三
の発明例）での接合部に生じる応力分布を概念的に示す
側断面説明図で、（ａ）図は金属管の外周テーパー面の
縮径開始側を、（ｂ）図は継手筒の内周テーパ面の拡径
開始側を示す。

【図８】本発明の金属管の液相拡散接合部構造例（第四
の発明例）を概念的に示す側断面説明図。

【図９】本発明の金属管の液相拡散接合部構造例（第四
の発明例）での接合部に生じる応力分布を概念的に示す
側断面説明図で、（ａ）図は金属管の外周テーパー面の
縮径開始側を、（ｂ）図は継手筒の内周テーパ面の拡径
開始側を示す。

【図１０】本発明の金属管の液相拡散接合部構造例（第
五の発明例）を概念的に示す側断面説明図。

【図１１】本発明の金属管の液相拡散接合部構造例（第
六の発明例）を概念的に示す側断面説明図。

【図１２】金属管同士の接合面における目違いの状態を
示す側断面説明図。

【図１３】金属管同士の接合面における軸心ずれの状態
を示す側断面説明図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ金属管１ｔ外周テーパー面１ｇグルーブ（接合面側）２継手筒または他方の金属管２ｔ内周テーパー面２ｇグルーブ３接合材４加熱装置５押圧装置５ｃクランプ機構５ｐ圧縮応力付与機構６ｇ，７ｇグルーブ（非接合面側）

フロントページの続き (72)発明者尾崎茂克千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】継手筒を用いて金属管同士を液相拡散接
合した金属管の液相拡散接合部構造において、継手筒の
端部と金属管の管端部とに互いに接するように設けたテ
ーパーを接合面とし、継手筒および金属管の該テーパー
のテーパー開始側に複数列のグルーブを設けたことを特
徴とする金属管の液相拡散接合部構造。
【請求項２】管端部を拡径した金属管を用いて金属管
同士を液相拡散接合した金属管の液相拡散接合部構造に
おいて、一方の金属管の管端部外周に設けた外周テーパ
ーと、他方の金属管の拡径した管端部内周に前記外周テ
ーパーに接するように設けた内周テーパーとの間を接合
面とし、外周テーパーおよび内周テーパーの開始側に複
数列のグルーブを設けたことを特徴とする金属管の液相
拡散接合部構造。
【請求項３】テーパー開始側に設けた複数列のグルー
ブの間隔を管の端面側に向かって広くしたことを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の金属管の液相拡散
接合部構造。
【請求項４】テーパー開始側に設けた複数列のグルー
ブの大きさを端面側に向かって小さくしたことを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載の金属管の液相拡散
接合部構造。
【請求項５】テーパー開始側の液相拡散接合の接合端
近傍の非接合面にもグルーブを設けたことを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の金属管の液相拡散接合
部構造。
【請求項６】金属管同士を直接、または継手筒を介し
て液相拡散接合した金属管の液相拡散接合部構造におい
て、金属管の外周面と、他方の金属管または継手筒の端
部に形成した互いに接するように設けたテーパーを接合
面とし、該接合端近傍の非接合面にのみグルーブを設け
たことを特徴とする金属管の液相拡散接合部構造。