JPS62187581A - 多重円筒部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、特にドラム式遅鈎モールド、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った。

（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）外筒が内筒よシも
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、内筒の両者よシも熱膨
張係数の小さ込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った。

（１）　押出し、引抜きＫ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、水蜜
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、外筒よシ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。

ｆ５１ＨＩＰ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シ高価である。

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った。

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状部材を互に嵌合させ、最内筒部
材の内側に発熱手段を装着した後、該発熱手段によりｅ
内筒内部を加熱して嵌合させた複数個の円筒状部材を拡
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、最外筒部材の外面を冷
却するか、最外筒部材側から静水圧を加えることを好ま
しい実施態様とするものである。

また最内筒部材の内側に装着する発熱手段として、急激
な発熱を伴うチルミント反応を利用する手段を採用する
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シ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
シ拡がらず、したがっ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図によって説明
する。

被接合材である外筒１と内筒２を互いＫはめ合い、内側
にテルミット反応を起こして発熱する系の粉末（チルミ
ント剤）３を充填する。テルミツト剤としては、Ａ／　
＋Ｆ８３０４．　Ｍｇ　十Ｆ’ｅ３ｏ４゜Ｔｌ＋　Ｆｅ
５Ｏａ　　などが代表としてあけられ、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全通して真空ポンプ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、
内側からはテルミット反応で発熱して加熱され、外側か
らは冷却されるので円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を設は冷媒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
に接合するにあたシ、内筒の温度全外筒よシも高めるこ
とによ）、内筒が熱膨張して拡がろうとするの全外筒で
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、加圧力全発生させることが最
も困難なことであった。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Ｔ４、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Ｔ　、　＞　　Ｔ　２　＞　
　Ｔ３　＞　　Ｔ　４　＞　　Ｔ　５　・・・　・・・
　（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Ｑ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−Ｔｏ）×Ｄ２×α２−　（Ｔ、−Ｔｏ）　Ｘ　
Ｄ４Ｘα、＞Ｈ・・・（２）Ｔｏ：　　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シ、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シも
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６５０．０
φ、長さ４００朋、熱膨張係数＋　６．８　Ｘ　１０−
りＣ）、内筒材に、５ＵＳ３０４（外径６４９．５φ、
内径４００φ、長さ４００ＷＭ、熱膨張係数１６．８Ｘ
１０　　／ｃ）を用い、内筒の内側には、Ａ／とＦｅ３
Ｏ４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。

その後外筒の外側に冷却空気を吹きつけながら、Ａ／と
Ｆｅ３Ｏ４の混合粉末に点火すると、チルミント反応が
起こって激しく発熱し、内筒の平均温度は９８０Ｃ，外
筒の平均温度は３５００であった。この時（２）式の左
辺に当る量は、約８玉であシ、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、ぜん断試験で接合強度を測定したところ、
＋４ｋｐ／龍２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ＫＳＵＳ３１６Ｌ（外径８００．０φ、内径７９
０．０φ、長さＩ　Ｏ００ｗｉ、熱膨張係数１６．８Ｘ
Ｉ　Ｏ−’／ｌ？）、内筒材に８８４１（外径７８９．
０φ、内径６００．０φ、長さ１０００關、熱膨張係数
＋２Ｘ１０　　／Ｃ）を用い、内筒の内側にはＭｇ　（
：　Ｆｅ３Ｏ４の粉末全重量比で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Ｆｅ、０４
の粉末に点火するとテルミット反応が起こって激しく発
熱し、内筒の平均温度は１０５０Ｃ１外筒の平均温度は
５５０Ｃであった。この時、（２）式の左辺に当る量は
、１．５３ｍであシ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、セん断試験で接合強度を測定したところ、
Ｉ　８　ｋｙ　／　ｖｍ２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〕 外筒材にへステロイＯ（外径＋　２０　［１，０φ、内
径＋　１５０．０φ、長さ３００＋＋ｏ＋＋、熱膨張係
数１４ＸＩＯ−’／Ｃ）、内筒材に５ＵＳ４　＋　０（
外径＋　１４９．０φ、内径＋　０００．０φ、長さ３
００■、熱膨張係数＋　０．５Ｘ１０−’／ｃ）を用い
、内筒の内側には、Ｔ土と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、外筒の外側には、ＳＳＪ　ｆ製の水冷ジャケラト
ラ設け、冷却水を流しながらＴ１とＦｅ５ｏ４の混合粉
末に点火すると、チルミント反応が起こって激しく発熱
し、内筒の平均温度は１１００Ｃ１外筒の平均温度は７
０００であった。この時（２）式の左辺に当る量はＩＯ
，ｌｍｆｆ１であシ、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、
２２峙／　ｙａｘ’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図によって説明する。

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′ｆ：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を作シ
、圧縮機１５から配管１６を通して高圧流体全気密空間
１４へ送シ込む。

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で加熱すれは外筒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
分な接合が行々われる。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った。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
＋ｏｏｏｍｍ）、内筒材にＳ［ＪＳ５０４（外径５５０
φ、内径５００φ、長さ１０００龍）を用い、外筒材の
外側に治具としてＳＳ４＋（外径７００φ、内径６５０
φ、長さ１０００ｍπ）を配置し、Ｎｉ　　製の真空シ
ール板、及び静水圧シール板をそれぞれＣｕ　−ＳＵＳ
、　Ｏｕ　−ＳＳ間の端面にＴＩＧ溶接でＪｌ！！２シ
つけた。

このような状態のものを接合面間の真空度を５　Ｘ　ｊ
　ＯＴｏｒｒ、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９００Ｃ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全測定したところ、
１４ｋｌｌ龍２が得らｎ、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５ＵＳ３１６Ｌ（外径１５００φ、内径１４０
０φ、長さ３００關）、内筒材に８８４１（外径１４０
０φ、内径８００φ、長さ３００ｍｍ）を用い、外筒材
の外側に治具として８８４１（外径１６００φ、内径１
５２０φ、長さ３００隨）全配置し、５ｔｒｓ３０４製
の真空シール板、及び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溶接で増シつけた
。

このような状態のものを接合面間の真空度を５　Ｘ　Ｉ
　Ｏ−’Ｔｏｒｒ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＋　０００ｔｌ’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、
２５ｋ）／龍２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けたが、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、大がかシ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
可能となった。

【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。 第４図 第ら図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数個の円筒状部材を互いに嵌合させ、最内筒部材の
   内側に発熱手段を装着した後、該発熱手段により最内筒
   内部を加熱して嵌合させた複数個の円筒状部材を拡散接
   合することを特徴とする多重円筒部材の製造方法。