(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）少なくとも１つの基材素材であって、該少なくとも１つの基材素材は、酸性雰囲気、腐食性雰囲気、摩耗性雰囲気、又は、酸化性雰囲気での使用に適合していることを特徴とする、基材素材と、
（ｂ）少なくとも１つのクラッド層であって、
（ｉ）前記少なくとも１つのクラッド層は、耐酸化性、耐腐食性、又は、耐摩耗性素材をさらに含み、
（ｉｉ）前記少なくとも１つの基材素材を、酸性雰囲気、腐食性雰囲気、摩耗性雰囲気、又は、酸化性雰囲気で使用することが可能となるように、前記少なくとも１つのクラッド層は、前記少なくとも１つの基材素材と接合することを特徴とする、
クラッド層と、
（ｃ）前記少なくとも１つの基材素材と前記少なくとも１つのクラッド層との間にある少なくとも１つの表面活性化層であって、
（ｉ）前記表面活性化層は、前記基材素材又はクラッド層のどちらかに、化学積層、コールドスプレー、又は、メッキされ、
（ｉｉ）前記表面活性化層は、前記少なくとも１つの基材素材及び前記少なくとも１つのクラッド層の両方に作用を及ぼし、
（ｉｉｉ）前記表面活性化層は、溶融点の減少剤を含むことを特徴とする、
表面活性化層と、
（ｄ）抵抗シーム溶接機であって、該抵抗シーム溶接機は、前記少なくとも１つの表面活性化層に熱と圧力を加え、該熱と圧力は、該熱と圧力を加えた後、前記少なくとも１つの表面活性化層が十分冷めたとき、前記少なくとも１つの基材素材と前記少なくとも１つのクラッド層との間に接合部を形成するのに十分な熱と圧力となるように、動作することを特徴とする抵抗シーム溶接機と、
を具備するクラッド構造を作るためのシステム。
【請求項２】
前記基材素材の形状は、実質的に平板状であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記基材素材の形状は、実質的に丸い形状であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの基材素材は、さらに、パイプライン鋼を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのクラッド層は、ステンレス鋼、特殊鋼、インコネル合金、又は、超硬合金を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの表面活性化層は、少なくとも１つのＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｂ共晶合金を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの表面活性化層は、ニッケル燐合金、又は、ニッケルボロン合金を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記表面活性化層は、クラッド構造を作る前に前記少なくとも１つの基材上に積層されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記表面活性化層は、クラッド構造を作る前に前記少なくとも１つのクラッド層上に積層されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
（ａ）少なくとも１つの基材素材であって、該少なくとも１つの基材素材は、酸性雰囲気、腐食性雰囲気、摩耗性雰囲気、又は、酸化性雰囲気での使用に適合していることを特徴とする、基材素材と、
（ｂ）少なくとも１つのクラッド層であって、
（ｉ）前記少なくとも１つのクラッド層は、耐酸化性、耐腐食性、又は、耐摩耗性素材をさらに含み、
（ｉｉ）前記少なくとも１つの基材素材を、酸性雰囲気、腐食性雰囲気、摩耗性雰囲気、又は、酸化性雰囲気で使用することが可能となるように、前記少なくとも１つのクラッド層は、前記少なくとも１つの基材素材と接合することを特徴とする、
クラッド層と、
（ｃ）前記少なくとも１つの基材素材と前記少なくとも１つのクラッド層との間にある少なくとも１つの表面活性化層であって、
（ｉ）前記表面活性化層は、前記基材素材又はクラッド層のどちらかに、化学積層、コールドスプレー、又は、メッキされ、
（ｉｉ）前記表面活性化層は、前記少なくとも１つの基材素材及び前記少なくとも１つのクラッド層の両方に作用を及ぼし、
（ｉｉ）前記表面活性化層は、溶融点の減少剤を含み、
（ｉｖ）前記少なくとも１つの表面活性化層は、抵抗シーム溶接機に敏感なようになっていて、
（ｖ）該抵抗シーム溶接機は、前記少なくとも１つの表面活性化層に熱と圧力を加え、該熱と圧力は、該熱と圧力を加えた後、前記少なくとも１つの表面活性化層が十分冷めたとき、前記少なくとも１つの基材素材と前記少なくとも１つのクラッド層との間に接合部を形成するのに十分な熱と圧力となるように、動作することを特徴とする、
表面活性化層と、
を具備するクラッド構造。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの基材素材は、さらに、パイプライン鋼を含むことを特徴とする請求項１０に記載のクラッド構造。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのクラッド層は、ステンレス鋼、特殊鋼、インコネル合金、又は、超硬合金を含むことを特徴とする請求項１０に記載のクラッド構造。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの表面活性化層は、少なくとも１つのＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｂ共晶合金、ニッケル燐合金、又は、ニッケルボロン合金を含むことを特徴とする請求項１０に記載のクラッド構造。
【請求項１４】
前記基材素材は、ラインパイプであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記基材素材は、ラインパイプであることを特徴とする請求項１０に記載のクラッド構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０１２年６月２６日に出願された米国仮特許出願番号６１/６６４，４２３、表題「パイプのクラッディングに用いるための抵抗シーム溶接」及び、２０１３年３月１５日に出願された米国仮特許出願番号６１/７８８，４０５、表題「パイプのクラッディングに用いるための抵抗シーム溶接」に基づく優先権を主張するものであり、これらの開示内容は、そのすべてを参照として本出願に組み込むものであり、あらゆる意味で現米国実用特許出願の一部をなす。本出願は、２００９年３月２７日に出願された米国特許出願番号１２/４１２，６８５、表題「移動抵抗エネルギー源を用いるクラッド構造を作り出す方法」の一部継続出願であり、この開示内容は、そのすべてを参照として本出願に組み込むものであり、あらゆる意味で現米国実用特許出願の一部をなす。
【背景技術】
【０００２】
産業（例えばオイル及びガス）において、例えば、酸性、腐食性、摩耗性、及び酸化性雰囲気のような、腐食性又は浸食性媒体が懸念される多くの状況が存在する。クラッド材は、このような雰囲気で用いる個々の素材の特性を最大限に発揮させる機会を与える。重工業におけるクラッド材を作り出す現在の製造方法には、アーク蒸着から爆着までの範囲の技術が含まれる。これらの技術は、素材を堆積する種々の機構を提示するが、すべて高い間接コストを含んでいる。
【０００３】
クラッドパイプは一般に鋼鉄製外装ケースとニッケルベースライナとを用い、３ｍｍ程度の厚さとなる。現在の製造方法又は製造プロセスは、ロール圧接と機械的クラッディングを含む。前者は、ミルでクラッディング素材を鋼板に拡散接合し、使用する厚さに圧延し、そして、ＵＯＥ（Ｕ成形、Ｏ成形、及び最終拡張）処理を用いてパイプを作る複合的方法である。この方法は、高度な冶金的全体接合を作るが非常に費用のかかる方法となる。機械的クラッディングは、クラッディング素材をチューブに成形し、候補パイプに挿入し、そして、機械的にライナを引き延ばす工程を含む。これはパイプをライニングする費用効果の高い方法であるが、ライナと基材との間で冶金的接合が形成されない。従って、オイル用及びガス用として使用するクラッドパイプ作るための、効率的で費用のかからない方法の必要性が依然として存在する。
【発明の概要】
【０００４】
以下に本願発明の例示的実施の形態の概要を提示する。この概要は広範囲にわたる外観ではなく、本願発明の主要なポイント又は決定的な特徴又は要素を特定しようとするものでもなくまた本願発明の技術的範囲を画定しようとするものでもない。
【０００５】
本発明の１つの特徴によれば、クラッド材を作る第１のシステムが提供される。このシステムは、少なくとも１つの基材、少なくとも１つのクラッド層、前記少なくとも１つの基材と前記少なくとも１つのクラッド層との間にある少なくとも１つの表面活性化層、及び抵抗シーム溶接機を含み、前記抵抗シーム溶接機は、前記少なくとも１つの表面活性化層で反応させるのに十分な熱と圧力を生じさせ、前記少なくとも１つの表面活性化層が冷めたとき前記少なくとも１つの基材と前記少なくとも１つのクラッド層との間に接合部を形成するよう動作することを特徴とする。
【０００６】
本発明の他の１つの特徴によれば、クラッド材を作る第２のシステムが提供される。このシステムは、少なくとも１つの金属基材、少なくとも１つの耐酸化耐腐食クラッド層、前記少なくとも１つの基材と前記少なくとも１つのクラッド層との間にある少なくとも１つの表面活性化層であって、前記少なくとも１つの表面活性化層は、少なくとも１つのＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｂ共晶合金をさらに含むことを特徴とする少なくとも１つの表面活性化層、及び、抵抗シーム溶接機を含む。抵抗シーム溶接機は、前記少なくとも１つの表面活性化層を溶融もしくは反応させるのに十分な熱と圧力を生じさせ、前記少なくとも１つの表面活性化層が冷めたとき前記少なくとも１つの基材と前記少なくとも１つのクラッド層との間に接合部を形成するよう動作することを特徴とする。
【０００７】
本発明のさらに他の１つの特徴によれば、クラッド材が提供される。このクラッド材は、少なくとも１つの基材、少なくとも１つのクラッド層、及び前記少なくとも１つの基材と前記少なくとも１つのクラッド層との間にある少なくとも１つの表面活性化層を含む。前記少なくとも１つの表面活性化層は、抵抗シーム溶接機に敏感なようになっていて、前記抵抗シーム溶接機は、前記少なくとも１つの表面活性化層を溶融もしくは反応させるのに十分な熱と圧力を生じさせ、前記少なくとも１つの表面活性化層が十分冷めたとき前記少なくとも１つの基材と前記少なくとも１つのクラッド層との間に接合部を形成するよう動作することを特徴とする。
【０００８】
本願発明のさらなる特徴及び性状は、以下の例示的実施の形態の詳細な説明を読み理解することにより、本技術分野における通常の知識を有する者にとって明らかのものとなろう。当業者には当然のことであるが、本発明の技術的範囲及び本発明の精神から離れることなく本発明のさらなる実施形態が可能である。従って、図面及びその説明は、本質的に概略説明のためであり、限定するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付図は、本明細書に組み込まれ本明細書の一部をなすものであり、本発明の１つ以上の例示的実施の形態を概略的に示し、上記説明及び下記詳細な説明と共に、本発明の本質を説明するためのものである。
【図１】本願発明の例示的実施の形態によるクラッド構造の第１の透視図である。
【図２】この構造の内部の溶接ホイールの配置を示す、本願発明の例示的実施の形態によるクラッド構造の第２の透視図である。
【図３】この構造の内部の溶接ホイールと、この構造の外部の溶接ホイールと、この構造の一方の端のベースプレートとローラーとの配置を示す、本願発明の例示的実施の形態によるクラッド構造の第３の透視図である。
【図４】この構造の内部の溶接ホイールと、この構造の外部の溶接ホイールと、散水冷却を行うための、この構造の内部及び外部の両方に配置した導管の配置を示す、本願発明の例示的実施の形態によるクラッド構造の第４の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本願発明の例示的実施の形態を図を参照してここに記載する。以下の詳細な説明には説明のために多くの細目が含まれているが、本技術分野における通常の知識を有する者は、以下の詳細を変形したもの変更したものの多くが本発明の技術的範囲内に入ることを理解するであろう。従って、本発明の以下の実施形態は、特許請求の範囲に記載した発明の一般性を損なうために開示したものではなく、限定するために開示したものでもない。
【００１１】
本願発明のフレキシブルなクラッディングシステムの応用範囲は、オイル、自動車、発電、発電、及び消費財を含む産業分野にわたる。特に重要なのは、ラインパイプへの耐腐食性合金（ＣＲＡ）素材への応用である。本発明の技術は、クラッド平板から作られる大きな構造物（船舶）にも有用である。他の応用範囲には耐摩耗性コーティングが含まれる。これらのクラッドには、管状及び平板状に接合した特殊鋼から超硬合金までの範囲の素材とすることができる。実施例には、腐食性の高いラインパイプへの応用、切削工具／用具、及び自動車エンジンのシリンダライナが含まれる。他の応用例として、燃焼システム及びボイラ（熱交換器）のような耐酸化性を必要とするものがある。
【００１２】
製品、すなわち本願発明のシステムを用いて作られた構造物は、形状は平らでも丸くてもよい。多くの実施形態において、単一のクラッド層を、米国特許出願番号１２/４１２，６８５に開示された装置、又は、例えばＭｅｄＷｅｌｄ３００５コントローラの付いた４００ｋＶＡ交流（ＡＣ）抵抗シーム溶接機のような、商業的に入手可能な適切な装置を用いて、クラッド構造の内面又は外面及び／又は上面又は下面に積層することができる。このシステムにより製造されたクラッド構造は、基材成分、クラッド層、及び表面活性化層を含む。基材成分は一般に鋼鉄のような金属である。基材素材の具体例は、パイプライン鋼を代表する、公称厚さ１２．５ｍｍの１０１８熱間圧延鋼である。クラッド層は、一般に、超硬合金、ステンレス鋼、工具鋼、又はインコネル合金である。インコネル合金は、圧力や熱を受ける厳しい雰囲気での使用に適した耐酸化性のそして耐腐食性の素材である。クラッド層の具体例として、厚さ１．８ｍｍのインコネル６２５、厚さ３．１ｍｍのインコネル８２５、及び厚さ２ｍｍの３１６ステンレス鋼が含まれる。表面活性化は特有のコーティング（例えばＮｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂ）又はロウ付け素材を用いて行うことができる。ロウ付け素材又は合金の具体例は、厚さ０．００８ｍｍのＡＷＳ規格ＢＮｉ−９ホイルである。表面活性化層は、基材又はクラッド層に、化学積層、コールドスプレー、及び／又は、メッキする。本発明の具体的な利点には、（ｉ）表面のテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）を必要としない、（ii）クラッド層の厚さを先行技術における構造よりはるかに厚くできる、（iii）システムに必要な電力が少なくなる、（iv）相互に用いることのできる素材の組み合わせが先行技術によるシステムよりもはるかに広範囲となる、（v）処理速度が先行技術によるシステムより速くなる、（vi）出来上がった表面プロフィールが高品質である、すなわち、歪みが少ない。最終製品は固体溶接の外観を有する。
【００１３】
図１は、本発明による管状クラッド構造１０の例示的実施の形態を一般化した説明図であり、クラッド層２０（切れ目２２を有する）、表面活性化層２５、及び基材３０を含む。本発明のシステムを用いて作られた製品の具体例には、直径が公称３５０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、２ｍｍのＩＮ６２５のクラッドを有する陳列パイプを含む。クラッド製品は公称６ｍｍ〜７ｍｍ幅の継ぎ目を設けて作られた。名目的に完全に接合した製品を作るために継ぎ目を覆うことで、周囲に接合を行った。製品は区分化され接合線の完全性が検査された。結果は、クラッドと基材との間で接合が事実上希薄になっている個所を特定することはできなかった。これらの初期の結果は、溶接力、電流、移動速度に相互依存することを示している。
【００１４】
本願発明は、少なくとも部分的に、（２００９年３月２７日に出願された）Ｗｏｒｋｍａｎ他による、米国特許出願番号１２／４１２，６８５、表題「移動抵抗エネルギー源を用いたクラッド構造の製造方法」に基づくものであり、これは、あらゆる意味でそのすべてを参照として本出願に組み込むものである。今までの研究は、主として、ステンレス鋼とニッケルをベースにしたクラッディングを溶融に基づき平らな炭素鋼に接合する方向に向かっていた。処理は、すでに異なる金属厚の抵抗シーム溶接に適用するものに基づいていた（Ｇｏｕｌｄ，Ｊ．Ｅ．，Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｗ.とＷｏｒｋｍａｎ，Ｄ.とによる「新しい抵抗シームクラッディング処理の開発」、Ｄｅｅｐ  Ｏｆｆｓｈｏｒｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｍｏｎａｃｏ２００９、ＰｅｎｎＷｅｌｌ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｔｕｌｓａ、ＯＫ、Ｐａｐｅｒ１２７（２００９）、及び、Ｇｏｕｌｄ，Ｊ．Ｅ．による、「耐腐食性合金の鋼鉄基材への抵抗シームクラッディング温度分析」Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００９−Ｊｏｉｎｉｎｇ  ｏｆ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  ａｎｄ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ２００９（ＪＡＳＭ ＸＩ）、ＡＳＭ、Ｍｅｔａｌｓ  Ｐａｒｋ、ＯＨ（２００９）参照、両方とも、あらゆる意味でそのすべてを参照として本出願に組み込むものである）。加えて、研究ではＷＯ２００９/１２６４５９Ａ２（米国出願番号１２／４１２，６８５と等価な国際出願）「鋼鉄パイプの内側への公称３ｍｍ厚さの耐腐食性合金（ＣＲＡ)のクラッディング」に記載された特許請求の範囲を利用することを試みた。この研究で、ニッケルベース合金の鋼鉄パイプへのクラッディングは、（ｉ）非常に溶接速度が遅いので商業的に実行可能性が制限される、（ii）歪みによりクラッドと基材との間での適切な結合が妨げられる、（iii）その応用例に求められる厚さの幅（３ｍｍ）でクラッドライナを溶接することが難しい、という困難な問題があるとされた。
【００１５】
本願発明は、局所的な接合を生じさせるための抵抗過熱を用いる抵抗シーム溶接クラッディングと称される技術を用いる。この接合は、次に、拡張区画に広がり製品を作る。製品の形態にはチューブ（パイプ）及び平面（平板）形状が含まれる。量の多い生産での他のクラッディング方法より、この方法は顕著なコスト的利点がある。抵抗シーム溶接クラッディング（ＲＳｅＷＣ）は 抵抗シーム溶接（ＲＳＥＷ）の一種であり、平板素材の結合について十分確立した技術である（溶接ハンドブック、第９版、Ｖｏｌ.３、溶接プロセス、Ｐａｒｔ２、米国溶接協会、マイアミ、ＦＬ、１〜４８ページ（２００７）；抵抗溶接の推奨プラクティス、ＡＷＳ  Ｃ１．１Ｍ/Ｃ１．１：２００（Ｒ２００６）；及び米国溶接協会、マイアミ、ＦＬ（２００６）；抵抗溶接マニュアル、第４版、抵抗溶接機製造協会、マイアミ、ＦＬ（２００３）参照、こられのすべては、あらゆる意味でここに参照として組み込まれる）。この処理は一般に、加工中の製品に電流を流すとともに溶接力を加える少なくとも１つの電極ホイールにより行われる。加工中の製品に抵抗過熱を行った結果、垂直に力を加えることと相俟って、局所的な接合が形成される結果となる。この接合は、連続した継ぎ目を作るために加工中の製品にホイールを横断させることで、広がってゆく。ボンディングは、個々の溶接塊の溶融と再固化、又は、局所的変形のどちらかの結果となることがある（Ｂｕｅｒ，Ｆ．Ｙ．及びＢｅｇｅｍａｎ，Ｍ.，Ｌ. によるせん断剥離試験による、抵抗シーム溶接の評価、溶接ジャーナル研究補遺、４１（３）：１２０ｓ〜１２２ｓ （１９６２）；Ｇｏｕｌｄ，Ｊ．Ｅ．による、鋼板の抵抗メッシュシーム溶接における結合特性の理論的分析、溶接ジャーナル研究補遺、８２（１０）：２６３ｓ〜２６７ｓ （２００３）参照、これらは両方ともあらゆる意味でここに参照として組み込まれる）。処理は鋼板の接合のみならず、ステンレス鋼及びニッケルベースの合金の領域にも有効である。
【００１６】
ＲＳｅＷＣ法に関して、クラッド材は挿入物として（機械的クラッド材として用いられる方法に類似する）、ＲＳＥＷホイールを用いて基材に局所的に接合するものとして用意される。かなりな程度、この処理は異なる厚さの異なる素材を抵抗溶接する処理に類似している。この処理は、具体的には、比較的薄い層のクラッド材をそれよりはるかに厚い基材に溶接する処理に応用される。加えてクラッド層は一般に実質的に高い抵抗値を持つ。今までの研究では、電極の設計、電極素材の選定、及び溶接時間または処理速度の適切な選定により、適切な熱バランスを達成できることが示されている（Ｆｏｎｇ，Ｍ．、Ｔｓａｎｇ，Ａ．、及び Ａｎａｎｔｈａｎａｒａｙａｎａｎ，Ａ．による、くぼみの少ない表面抵抗溶接のための温度の類似性の法則（ＬＯＴＳ）の開発、板金溶接会議ＩＸ、デトロイトＡＷＳセクション、デトロイト、ＭＩ、論文５〜６（２０００）；及び、Ａｇａｓｈｅ，Ｓ．及びＺｈａｎｇ，Ｈ．による、抵抗スポット溶接における熱バランスに基づくスケジュールの選定、板金溶接会議Ｘ、デトロイトＡＷＳセクション、デトロイト、ＭＩ、論文１〜２（２００２）参照、これらは両方ともあらゆる意味でここに参照として組み込まれる）。これらのアプローチは、最近、４：１厚み変化を有する積層に抵抗スポット溶接を行うために用いられている（Ｇｏｕｌｄ，Ｊ．Ｅ．、Ｐｅｔｅｒｓｏｎ，Ｗ．、及びＣｒｕｚ，Ｊ．による、複合積層の抵抗スポット溶接のための電気サーボガンの検査、世界の溶接、ＤＯＩ１０．１００７／ｓ４０１９４−０１２−００１９−ｘ参照）。
【００１７】
すでに指摘されている技術上の問題に対処するために、さらなる研究では実際のクラッドパイプの製造に焦点を絞る。この研究から得られる本発明には以下の特徴がある。すなわち、（１）ミクロン単位の活性金属合金（すなわち、表面活性化層２５）のクラッド層による片側のストリップコーティング、（２）このストリップのクラッド材としての使用、（３）連続的な継ぎ目に正確に重ねることを容易にする、溶接ホイールの正確な位置決めを行う工作機械の改善、（４）溶接機自体の特有のゆがみを許容するとともに、数ミリメートルのオーダーで接合された継ぎ目を提供するような溶接ホイールの適切なデザイン、（５）前もって明確に定められた大きさで形成されたものを用いてクラッドを行う能力、（６）クラッドと基材との間で容易に接合を行うための安価な清掃手順、（７）（ａ）溶接機の繰り出し力と（ｂ）必要なクラッドメタル層とを含む、活性金属層の還流を可能とする抵抗過熱手順、（８）クラッドメタルと基材の両方に表面損傷を与えることを防止する散水冷却手順、である。ＣＲＡライナを鋼鉄パイプにクラッディングすることに関し、これらの特徴のうちの５つが特に重要である。
【００１８】
Ｎｉ−Ｐ共晶合金での一面ストリップコーティングに関し、本発明の重要な特徴は、ＣＲＡ及び基材の両方に作用を及ぼす、薄く安価な融点の活性層を含むことである。これは一般に一面に無電解ニッケルメッキを用いることにより行われる。無電解ニッケルは、公称、Ｎｉと１１％〜１３％のＰの組成を持つ。このコーティングは営利業者又は他の手段で提供してもらうことができる。この量のリンにより、堆積させたニッケルの融点を公称５００°Ｃ下げる。堆積処理そのものは、完成品に約１０μｍのコーティングを行う結果となるだけである。単一面のコーティングにより、接合を行う領域のみに溶融点の減少を加えることができ、それにより溶接電極に損傷を与える可能性を最小限にする。交互にコーティングする方法には、無電解法又は電解法を含む多くの方法がある。
【００１９】
ＣＲＡ層としてストリップインサートを用いることに関し、ＣＲＡ層は、１つの面に公称１０μｍの共晶素材を積層したニッケルベースＣＲＡのストリップ材で製造することができる。機械的クラッディングの現行の方法では（前もって形成することのできる）ＣＲＡの前もって形成したチューブ部分を用いるのに対し、クラッドストリップ材を直接用いることに利点がある。この方法において、ストリップ素材はパイプの軸に平行に機械的に巻かれている。このストリップは、基材パイプの内径（ＩＤ）に適合する幅に切断される。ストリップがいったん挿入されると、拡張することができる。ストリップのスプリングバックにより、ＣＲＡと基材パイプとの間にフィットアップが生じる。組み立てるとき、ＣＲＡは通常コイルの先端が当たるところで隙間を生じる。一旦ＲＳｅＷＣが完成すると、残りの隙間は、例えばガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）のような様々な２次的な接合技術により閉じられ、クラッディングの処理が完了する。
【００２０】
ＲＳｅＷＣの最中に重複継ぎ目を容易に再現するための工作機械の改良に関して、ＲＳｅＷＣは、一般に、数キロニュートンから数十キロニュートンまでの範囲の垂直荷重で行われる。加えて、この加工は表面に（１００μｍのオーダーの）小さな歪みを引き起こすことが知られており、加工中、複雑な力が工具に作用する。高い垂直荷重と表面の歪みとの組み合わせにより、加工中、正確な追尾が行われなくなることがある。平らな面での最初の研究で、堅固な工具を用い、この加工に適した追尾が行われることを示した。本発明は、溶接中にパイプを保持することとともに、溶接加工の一部としてインデックスを提供することの両方に用いる工作機械の技術に改良をもたらす。この工作機械の１つの実施形態は、パイプを支えるためのばね懸架式ベースプレート、溶接ホイールの下でパイプを回転させるローラー、及び、ＲＳｅＷＣの進捗に従ってパイプにインデックスを付けるねじ機構を用いる。図３に示した汎用システムには、ベースプレート７０、サポート７２、ローラー７４、及び、軸７６が含まれる。
【００２１】
溶接機械の歪みに順応する溶接ホイールの適切な設計、及び、単一パスの接合幅に関し、接合する明確な接触領域を作ること、及び、溶接機械のどのような歪みに対しても十分堅固なことの両方を満たすようホイールを設計する。ホイールの直径は、主として、曲げようとするクラッド面の内径により定まる。通常、ホイールは、力を加えたとき接触幅の４〜６倍の接触長さとなるような、あるいは、接触幅の６〜８倍の接触長さとなるような最大径で設計する（図２参照）。この設計で表面傷を防止又は最小限にする。ホイールはまた、溶接機械の歪を許容すること、及び、適切な接合幅をもたらすことの両方を可能とする、幅と面半径を有する。本発明の１つの実施形態では、ホイールは、約２０ｍｍの幅と１５０ｍｍの面半径とを有する設計となっている。ホイールにこの設計を用いることは、以下の説明を考えあわせて、１回通過当たり厚さ２ｍｍのクラッドの８ｍｍ程度の幅での接合もたらす。
【００２２】
ＣＲＡコーティング面とパイプ壁そのものとの間で適切な接合を容易に行う安価なクリーニング処理に関し、無電解ニッケル板ＣＲＡと鋼鉄パイプとの間の高品質な接合を行うための他の重要な特徴は、適切に表面の前処理を行うことである。接合は、主として、無電解ニッケルの還流、及び、これらの基材との潜在的な作用に依存する。ＳｉＣ又は鋼鉄媒体のいずれかによるショットブラストは、適切な処理であり、一般に、優れた結合形成をもたらす結果となる。
【００２３】
クラッド素材及びパイプ素材の特性に顕著な変化を生じさせることなく無電解ニッケルを還流させる抵抗過熱処理に関し、特定の処理により最小限の冶金的変化しか両方の成分に生じさせないクラッドと基材の連続接合が可能となる。接合部の試料では、クラッド層と基材とが無電解ニッケルが残っている証拠はほとんどないか全くないことが示されていた。これは（親密な仕上がりを生じさせる）処理において使われる力と温度、及び、母材へのリンの急速な拡散の両方に関連している。加えて、この統合はシールドガスを用いずにおこなわれる。これは、接合領域を酸素に曝すことを妨げ真空接合雰囲気を効果的に生じさせる、抵抗処理に内在する高い接触力の結果である。接続部全体にわたる接合の均一性がこの処理により達成される。
【００２４】
ＣＲＡ及びパイプそのものへの表面損傷をなくすか最小限にする散水冷却処理に関して、本願発明の特徴は、適切な温度管理を行うことによりこれを可能とし、基材の鋼鉄パイプ又は電解／クラッド接触面のどちらにも過剰に加熱することなく、接合部の温度を適切に保持する。鋼鉄パイプの過剰な加熱も電解／クラッド接触面の過剰な加熱もどちらも生産物の性能劣化につながる。加熱は抵抗により行われ、冷却は水により行われる。水冷却は、生産物の内面及び外面の両方に対して行われる。水冷却は、通常、大量の水により行われる。具体的には、水冷却は、加工中の製品及び電極の温度分布を積極的に制御するために行われるのではなく、流体媒体の最大冷却能力を提供するものである。適切な散水冷却がなければ、溶接ホイール及びクラッドが露出する面と、基材鋼鉄パイプの冶金的性状とに損傷が起こる可能性がある。同様の目的を達成するためにホイールの冷却も行われる（図４参照）。図４に示した汎用システムは、クラッド構造１０、インナー溶接ホイール５０、アウター溶接ホイール６０、内部冷却流体導管８０、及び外部冷却流体導管９０を含む。
【００２５】
（上述したような）適切な熱バランスを達成することで、結合形成のための条件を整える。表面活性化層が銅合金である実施形態において、具体的な中間層は、クラッド又は基材のどちらよりも低い温度で溶融する（ＢＮｉ−９）を用いることができる。ＢＮｉ−９は、明確な融点が１０５５°ＣのＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｂ共晶合金である。この融点は、１０１８基材の固相線（１４９５°Ｃ）及び種々のクラッディング素材（１２７０〜１３７０°Ｃ）と比較することができる。ＢＮｉ−９でのロウ付けは、通常、真空状態で行われ、ＲＳＥＷ処理が特定した領域で（適切に設計された溶接ホイールによりもたらされる）高い接触圧力となるので、有効である。この圧力は、接合領域から周囲物質を排除し、真鍮合金を流す効果をもつ。これを「マイクロ雰囲気」と称し、抵抗過熱による温度と組み合わせてロウ付けを容易に局在化することができる。接合はまた、真鍮合金そのもののアクティブな特性により可能となる。事実上、基材と共に局所的なロウ付け用合金が溶融することで、残余の面を切り離す。この効果により、真鍮合金の濡れ、及び、結合の形成を容易にする。適切な温度バランス、広い運転温度枠、適切なマイクロ雰囲気、及びアクティブな合金特性を組み合わせることで、効果的な抵抗ロウ付けが得られる。
【００２６】
本願発明を、例示的実施の形態の記載により概略説明し、実施形態をある程度詳細に説明したが、このことは、あらゆる意味で、出願人が添付請求の範囲をこのような詳細記載の範囲に限定することを意図するものではない。当該技術分野で通常の知識を有する者にとって、さらなる利点及び修正があることは自明である。従って、本発明の広義の特徴は、具体的詳細、代表的装置及び代表的方法、及び／又は、図示し説明した概略例に限定されない。従って、出願人の全体的な発明概念の精神及び範囲から逸脱することなく、詳細な説明から離れることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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