JPS63299815A - 二重管の製造方法 - 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〉 開示技術は化学産業、原子カプラント産業等に用いられ
る配管の耐蝕性や耐摩耗性を有する二手管の製造技術分
野に属する。

〈要旨の８！！要〉 而して、この出願の発明は精油産業や原子力発電産業や
農産業等に用いられる耐蝕性流体や固形物混合スラリー
等の流体輸送用に用いられる配管等に供Ｖられる二重管
の製造方法において、ステンレス′ｕＡ製等の内管に相
対重層した炭素鋼の外管をその熱収縮により内管に緊着
させて締結するようにした二重管の製造方法に関する発
明であり、特に、予め水冷や空冷等によって冷却状態に
した内管に外管を径方向リング状の所定の間隔を介して
相対重層し、次いで、該外管に設定温度状態で降伏強度
が所定に低下するように軸方向に引張り応力を印加し、
その状態で外管の軸方向に対して局部的な加熱作用を周
方向に与えて当該加熱部分の外管を降伏させて塑性変形
させ、内管に外接するようにし、かかる周方向の加熱を
外管の軸方向に所定間隔を介して、或は、軸方向に連続
して付与するようにし、長さ方向に設定間隔、或は、全
長的に緊着締結するようにした二重管の製造方法に係る
発明である。

〈従来技術〉 周知の如く、流体輸送用の配管は農業、工業はもとより
、第三次産業から情報産業に至るまで広く用いられてお
り、その機能は単に液体や気体の輸送のみならず、情報
伝達から管体として構造物の部材にまで及ぶようになっ
てぎており、したがって、あらゆる産業にとって不可欠
なものとなってきている。

而して、近時の各産業分野に於ける技術の向上は境界領
域を越えて各産業相互の交流を生み出すようになってき
ており、したがって、配管の機能も原油や工場廃液等の
腐蝕性流体やスラリー等の摩耗性流体の輸送に耐えるよ
うな機能が求められてきており、これに対処するに、例
えば、内管をステンレスｍ製にし、外管を炭素鋼製にし
たり、内管をセラミックス製にし、外管を樹脂製にする
等の素材の特殊性を具備するような新しい機能を有する
二重管が採用されるようになってきている。

かかる極めて重要な機能を有する二重管の製造について
は、大別して冶金的な接合を行うクラッド法と冶金的な
緊着締結を行う重層法があり、前者においては外管と内
管とを熱間にて引き恢きを行うプロセスで両者を冶金的
に接合するものであり、後者は更に水圧拡管法とロール
拡管法等の拡径法と焼嵌め法、及び、線状加熱法等の縮
径法がある。

そして、クラッド法と重層法との間には出願人の多くの
先願発明によって開発された所謂熱拡管法がある。

而して、クラッド法は装置が大がかりで、結果的に、製
造コストが高くなるという不利点がおるうえに、外管と
内管が一体化されるために両者の素材に特有な熱処理を
個別に管理することが出来ないという欠点がある。

又、水圧拡管法は内管と外管と相対重層したまま該内管
に水圧を印加して外管に対し内管を膨張密着させて両者
を一体増径させ、内圧を除去した時点で外管と内管の降
伏強度の差に応じた緊着式を得るようにすることが出来
るために、外管の降伏強度が内管のそれより優れていな
ければ行えず、外管より内管の強度が大きかったりその
差がない条件では締結がなし得ないという不都合さがあ
る。

そして、ロール拡管法では熱間と冷間の二種があるが、
大量生産には向くものの、コストダウンが図れないとい
う不都合さがあり、理論的にも設定通りの嵌合度が１ｑ
られないという難点がある。

又、焼嵌め法は理論的には設計通りの正確な嵌合が１９
られるものの、１００分の数ミリという極めてシビアな
加工精度が外管と内管の接合面に要求され、したがって
、需要の多い薄肉長尺管に対しては適用不可能であると
いう不自由さがある。

又、洗浄加熱法は著しく手軽で低コストに製造し得る縮
径法ではあるものの、１回の洗浄加熱による縮径が直径
の０．４〜０．５％程度と少く、管径の４〜６％の縮径
を行うためには複数回洗浄加熱を反復する必要があり、
したがって、多くの工程を要し長時間がかかり管素材の
変質や損耗等が生じる虞があるという不具合がある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 そして、比較的新しい熱拡管法は加熱を介して膨張した
外管内に予め冷却縮管した内管を相対重層して内管を塑
性的に拡管して外管に内接させ、両管密着重複した状態
で液圧を除去し、加熱膨張した外管は内管に密着状態で
熱収縮し両管を嵌合することが出来、薄肉長尺管に対し
ても加熱加工を接合面に行うことなく二重管を有する点
で理論的に確実に設定通りの嵌合度が得られることが出
来る利点はあるものの、実製造においては外管加熱の際
の温度管理と内管加圧の液圧管理等が極めてデリケート
で複雑な配慮を必要とし、したがって、蓄積された実験
のデータや理論計算に基づく必要があり、しかも、管の
肉厚、径、長さ、温度、冷却速度、拡管液間等の総合デ
ータの事前の相関調整や制御の管理が難しいという難点
がある。

しかも、かかる従来、及び、在来技術による二重管の製
造方法では、前述した如く、新素材による二重管の製造
に要求される充分な態様がなされていないきらいがあっ
た。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上）ホ従来技術に基づく二重管
の問題点を解決すべき技術的課題とし、理論的に極めて
合理的であり、しかも、実操作に際しては複雑な工程や
管理を必要とばず、しかも、経済的に見合って新素材に
対しても確実に対応出来、軸方向部分的にも、又、全長
的にも確実な緊着締結状態を現出することが出来るよう
にして各種産業における配管技術利用分野に益する優れ
た二重管の製造方法を提供せんとするものである。

〈問題点を解決するための手段・作用〉上述目的に沿い
先述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は前述問題点を解決するために、金属製等の内管を予め
水、空気等の流体等を介して所定温度に冷却しておき、
該内管に対し径方向所定リーイズのリング状間隙を介し
て外管を相対的に重層し、この際、該外管に於いてはそ
の常温における降伏強度が所定の温度に昇温した状態で
は降伏強度が低下する状態を予め実験、及び、理論にお
いて設定しておぎ、当該昇温状態における降伏強度の引
張り力に相当する引張りを外管に印加し、そこで、外管
の軸方向所定部位に於ける周方向に当該降伏強度に相当
する温度に加熱を与えることにより、外管の局部的な周
方向部分は当該引張り応力を介して長さ方向の伸長変形
を生ずると共に、ポアソン比変形の原則に従って径方向
の縮径変形を生じ、そのため、当該加熱部分に於いては
外管は内管に外接し、そこで縮径する外管は内管により
径方向の縮径変形を阻止され、したがって、長さ方向の
伸長変形に対する抵抗が増ＩＪ口し、印加された引張り
応力では軸方向の伸長変形が停止し、そこで、当該加熱
温度に伴う昇温状態で外管は内管により冷却作用を受け
、内管との間の温度差によって外管は内管に対し熱収縮
を介して嵌合が発生し、緊着締結状態が現出され、而し
て、かかる周方向の加熱を介しての外管の内管に対する
緊着締結現象を軸方向長さ設定間隔で付与し、或は、連
続的に加熱を軸方向に一方端から他端へ、或は、所定の
部位から両端側へと連続的に付与することにより所望に
確実に部分的、或は、全長的に外管の内管に対する締結
を形成された二ｋＦ２が得られるようにし、しかも、か
かる緊着締結現象は外管と内管の一方、或は、双方の金
属製素材の管のみならず新素材のセラミックス等の管や
樹脂製の管に対しても行うことが出来るようにした技術
的手段を講じたものである。

〈発明の原理的前日〉 而して、この出願の発明は次の４つの技術的な理論上の
原理に基づいているものである。

その第一原理は金属管の局部的な周方向部分に於ける降
伏強度が加熱によって低下することであり、例えば、近
時広く油井管用材料として多く用いられている炭素鋼Ｌ
−８０（０，４ＣＯ，３５Ｓ　ｉｌ、９０　Ｍｎ　　Ｏ
，２５Ｎ　ｉ　　　Ｏ，３５Ｃｕ　）について第１図に
示す様に横軸に温度Ｔ（°Ｃ）を、縦軸に０．２％降伏
強度ＣＫｙ／ｍｍ２）をとると、常温における降伏強度
が６５Ｋｇ／＃２であるのに対し、温度５００℃におい
ては降伏強度が３０ＫＣ１／ｍｍ２に低下することが分
る。

この降伏低下の現象は第１図Ｑ特性曲線に示されている
。

次に、第二原理は金属管に軸方向の引張り力を印加する
と、管は軸方向に伸長し、塑性変形を与えた場合には径
方向に縮径して塑性変形が発生してポアソン比変形が生
ずるという理論向背銀である。

当該原理は第３図によって示され、外管１に引張り力Ｆ
を印加した場合その軸方向長ざはａｌ−だけ伸び、径は
ΔＤだ（プ縮小してＤ−，６Ｄの外管１′に変形する。

この場合、ポアソン比により引張り力Ｆによる管の歪は
弾性限界内の場合は１／３程度、又、歪が塑性領域に於
いて行われる場合には１／２程度であることが知られて
いる。

そして、第三原理は上述第二原理による外管の軸方向の
伸び変形に対応する径方向の縮み変形が外管の内管への
外接により阻止されると、伸びの変形抵抗が増大すると
いうことであり、第４図に示す様に、外管１はその軸方
向の引張り力Ｆの印加により本来的には軸方向にａＬだ
け伸長し、径方向にはｊＤだけ縮径した外管１′の外管
に変形するはずである。

しかしながら、予めＤ−ｊＤよりは大きな径の内管２が
相対単層されている場合には、上述外管１の縮径プロヒ
スにおいて、内管２に外接し、したかつて、最終縮径状
態のＤ−，６Ｄに至る前に外管１は内管２に外接し、そ
の縮径は阻止され、したがって、軸方向伸長の変形抵抗
が増大し、Ｆの引張り力ではｄｉの伸長が阻止されてｚ
Ｌ′に止どまり、そのため、外管１は軸方向長ざ１−十
ａ１′、Ｄ−ΔＤ′の径の縮小に止どまることになる。

次に、最侵の第四原理については加熱により降伏強度の
低下した外管がその変形により当該外管よりも低温状態
にある内管に外接することにより、外管は内管により熱
伝導作用を受けて冷却され、局部的に外管の内管に対す
る外接円周部分のみが熱収縮するという原理であり、第
５図に示す様に、常温における長さし、径りの外管１を
図示しないＴ′の温度の冷水により冷却しておきｊＤだ
（プ径の小さな内管２に対し相対重層し、軸方向にＦの
引張り力を印加すると、この外管１に［の引張り力を印
加した状態において、所定部位の外管の外周面に所定の
加熱装置４による加熱作用を軸方向１の長さに付与した
場合に外管１の軸方向長ざ）の分の周方向の加熱により
王に昇温されてその局部加熱により前述第一原理に従っ
てその降伏強度が低下し、当該局部加熱部分ｊは塑性変
形して１十ＪＪに伸長変形をすると同時に上述第二原理
に従いその径りはＤ−、ｊＤへと縮径し内管２に外接す
る。

当該外接時点において上述第三原理に従い外管の縮径プ
ロセスは阻止され、同時に軸方向変形抵抗が増大するた
めに軸方向の伸長も停止し、併せて外管１に対してはＴ
′の低温状態の内管２かうの伝導による直接冷却が作用
して当該局部部分に於（プる外管１は熱収縮を始め、内
管２に対し緊着締結がなされていく。

〈実施例〉 次に、上述原理に基づくこの出願の発明の実施例を第１
図、及び、第６図以下の図面に従って説明すれば以下の
通りである。尚、第３〜５図と同一態様部分は同一符号
を用いて説明するものとする。

第６図に示す実施例は実験に基づくデータに従って行わ
れた基本的態様であり、炭素鋼製の外管（Ｌ−８０）　
　１はその長さし、径りであり、当該径よりも７Ｄだけ
小径のステンレス鋼製の内管２に相対重層されており、
この際の数字的なデータとしては内管２の径を１００ｍ
とし、間隙、６　Ｄ　ｔ、Ｉ　Ｄの３〜４％とし、相対
重層時の外管１の温度は常温の窄温にされているものと
する。

ぞして、内管２は水冷により予め１０〜２０℃の低温に
されている。

そして、当該第６図に示す様に、加熱装置４により管端
部５に加熱を印加した時の外管１の昇温温度は５００℃
にするようにされ、又、当該加熱状態では外管１の加熱
による輻則作用によって内管２は約１００℃の温度にな
ることがデータにより予め分っている。

したがつ′で、上述原理に従う外管１の軸方向引張り力
Ｆの印加による降伏強度の低下は６５Ｋｇ／ｒｒｖｎ２
から３０に！ｊ／ｍｍ２に設定されていることになる。

したがって、当該実施例においては外管１の軸方向の引
張り力Ｆは当該低下した降伏強度の３ＯＮ！？／ＩｒＩ
！ｒＩ２相当する。

このようにセットされた状態において、外管１の軸方向
にＦの引張り力Ｆを印加し、端部５に局部的な周方向の
加熱装置４による加熱を付与することにより軸方向長さ
１部分の周方向部位に於いては加熱による昇温温度５０
０℃によってその降伏強度は６５に’ｊ／ｍｍ２から３
０ＫＩ／１ｒｉ２に低下し、したがって、当該軸方向ノ
端部５の外管１は塑性変形し、その軸方向長ざは１から
１＋、６１に伸長し、又、径方向に塑性変形して縮径す
る。

そして、縮径して１００℃の内管２に外接し、その縮径
は阻止され、１００’Ｃの内管２から熱伝導により冷却
作用を受け、したがって、５００℃以上に加熱昇温を続
けようとしてもそれはあだわず緊着と締結が生ずる。

この場合、外管１の線膨張係数を１．３Ｘ１０−’／°
Ｃとすると、当該外管１の熱収縮による緊着締結を介し
ての１■合ωＣは Ｃ＝Ｄｘ　２ｘａＴ／　２ ＝　１００＃Ｘ　１．３ｘｌＯ−’　／℃ｘ　４００℃
×１／２＝　２．６／　１００ｍ となる。

この場合、外管の肉厚をｔとし、内管の肉厚をｔ′とし
、内管２のヤング率をｙとすると、内管２のｂＸ合応力
は１／（↑十ｔ′　）×α／Ｔｙで表され討綿が可能で
ある。

したがって、当該実施例においては内管２と外管１の温
度差Δ王は （５００−１００）　℃＝　４００℃ でおり、容易に計算が可能である。

このようにして当該第６図に示す実施例においては内管
２の管端部５にて外管１は確実に緊着締結された状態の
二重管とすることが可能である。

而して、第７図に示す実施例は上述実施例の管端部５に
於ける外管１の内管２に対する熱収縮を介しての緊着締
結に加えて、管端部５から所定圧ｍ離隔した部位５′に
於いて有段的に同様に周方向の緊着締結を行うようにし
た態様であり、所定長の管長に２段以上の複数段の軸方
向所定間隔ごとに緊着締結を行うようにした態様であり
、セラミックス等の新素材、或は、樹脂製の素材、或は
、これらの結合の態様等軸方向仝而に緊着締結を行うこ
とが出来るようにした態様である。

次に、第１．８．９図に示す実施例は上述第６図に示し
た管端部５に於ける加熱装置４による局部的な周方向の
加熱を所定速度で相対的に一端側から他端側へ連続的に
移動して全領域に於いて内管２に対する外管１の熱収縮
により所定の緊着締結を得ることが出来るようにして、
第９図に示す二重管３を得ることが出来るようにした実
施例である。

尚、この出願の発明の実Ｍ態様は上述各実施例に限るも
のでないことは勿論であり、例えば、周方向局部的な加
熱装置による加熱をスパイラル状にするＪ：うにする等
種々の態様が採用可能である。

そして、適用対象は外管、内管共に金属管のみならず、
そのいづれか一方、或は、双方はセラミックスや樹脂等
の素材を用いた管にすることが出来ることも勿論のこと
である。

そして、対象とする二重管は流体輸送やスラリー輸送用
の二重管ばかりでなく、情報伝達用の二重管や構造部材
としての二重管にも適用出来ることは勿論のことである
。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、基本的に予め実験、そ
して理論的な解析により予め確認されて設定された引張
り力を外管の軸方向に印加するだけで外管の軸方向局部
的な周方向への加熱作用を行うだけで熱収縮を介して外
管を部分的、或は、全面的に内管に対して緊着、締結を
行い、所定の目的に沿う二重管を（ｑることか出来ると
いう優れた効果が奏される。

したがって、従来技術に基づくような加熱の調整や二重
管と内管の間の間隙の調整や各工程の管理や制御調節等
の煩瑣な作業が不要となり、極めて合理的、且つ、簡易
な設備、手段により所望の二重管を得ることが出来ると
いう優れた効果が奏される。

したがって、装置も簡単になり、動力費等も安くするこ
とが出来、工程管理もし易いという利点もある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の詳細な説明図であり、第１図は
１実施例の断面図、第２図は素材管の第一原理のグラフ
図、第３図は第二原理の断面図、第４図は第三原理の断
面図、第５図は第四原理の断面図、第６図は基本的実施
例の断面図、第７図は他の実施例の断面図、第８図は別
の実施例の断面図、第９図は二重管の部分明銭斜視図で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内管に相対重層した外管を熱収縮により該内管に
   緊着して締結するようにした二重管の製造方法において
   、冷却状態の内管に相対重層した外管に軸方向引張り応
   力を印加した状態を現出し、その状態で外管の軸方向に
   対する局部的な周方向に加熱を与えて当該加熱部分を塑
   性変形させ内管に外接し緊着させて締結するようにし、
   而して該周方向加熱を外管の軸方向に複数個所で行うよ
   うにしたことを特徴とする二重管の製造方法。
2. （２）内管に相対重層した外管を熱収縮により該内管に
   緊着して締結するようにした二重管の製造方法において
   、冷却状態の内管に相対重層した外管に軸方向引張り応
   力を印加した状態を現出し、その状態で外管の軸方向に
   対する局部的な周方向に加熱を与えて当該加熱部分を塑
   性変形させ内管に外接し緊着させて締結するようにし、
   而して該周方向加熱を外管の軸方向に連続して行うよう
   にしたことを特徴とする二重管の製造方法。