(57)【要約】【課題】  ろう付けの際の接合部分への適切な圧力印加の維持と接合ヘッドの小型化との双方を実現し得る接合方法を提供する。【解決手段】  第１段階では、被接合管材２１，２２を、常温において接合端部２１Ｅ，２２Ｅ同士が第１の距離ｇを維持するように、それより大きい第２の距離Ｌだけ隔てられた位置にてクランプ装置１０により保持し、接合端部２１Ｅ，２２Ｅ間にろう材２５を配置する。第２段階では、接合端部２１Ｅ，２２Ｅとろう材２５とを高周波加熱コイル２ｃにより所定範囲内の温度に誘導加熱することで、被接合管材２１，２２を膨張させて接合端部２１Ｅ，２２Ｅによりろう材２５を挟持させ、接合端部２１Ｅ，２２Ｅ及びろう材２５を溶融させ、しかる後に凝固させる。第３段階では、凝固した接合部分に印加される加圧力が所定範囲内となるように、高周波加熱コイル２ｃによる加熱を制御する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の被接合材の第１の接合端部と第２の被接合材の第２の接合端部とを接合する方法であって、
前記第１の被接合材と前記第２の被接合材とを前記第１の接合端部と前記第２の接合端部とが隔てられて対向するように保持し、前記第１の接合端部と前記第２の接合端部との間にろう材を配置する第１段階と、
前記第１の接合端部と前記第２の接合端部と前記ろう材とを加熱装置により所定範囲内の温度に加熱することで、前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材を膨張させて前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部により前記ろう材を挟持させ、該ろう材、前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部を溶融させ、しかる後に前記ろう材、前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部を凝固させる第２段階と、
凝固した前記ろう材、前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部に印加される加圧力が所定範囲内となるように、前記加熱装置による凝固した前記ろう材、前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部の加熱を制御する第３段階と、
を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記所定範囲内の温度は前記ろう材の融点以上で且つ前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材の融点より低いことを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記第１段階における前記第１の被接合材と前記第２の被接合材との保持は、これら第１及び第２の被接合材の延在方向に関する前記加熱装置による加熱範囲と同等の距離だけ隔てた位置にてなされることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の接合方法。
【請求項４】
前記温度の所定範囲は１２００℃〜１３００℃であり、前記加圧力の所定範囲は０．３Ｋｇｆ／ｍｍ２〜０．８Ｋｇｆ／ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の接合方法。
【請求項５】
前記第２段階では、前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部により挟持された前記ろう材を溶融させ、該ろう材中の融点降下元素を前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部へと拡散させ、これにより前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部をその融点を降下させることで溶融させ、しかる後に前記融点降下元素を前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材にて更に拡散させ、これにより前記第１の接合端部、前記第２の接合端部及び前記ろう材をその融点を上昇させることで凝固させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の接合方法。
【請求項６】
前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材は鋼からなり、前記ろう材は鋼に前記融点降下元素としてのホウ素を添加してなるアモルファスシートであることを特徴とする、請求項５に記載の接合方法。
【請求項７】
前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材は管状をなしていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項８】
第１の被接合材の第１の接合端部と第２の被接合材の第２の接合端部とを接合する装置であって、
前記第１の被接合材と前記第２の被接合材とを保持する保持手段と、
前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部並びにこれらの間に配置されるろう材を含んでなる接合部分を加熱する加熱装置と、
前記接合部分の温度を検知する温度検知手段と、
前記接合部分に印加される加圧力を検知する加圧力検知手段と、
前記温度検知手段により検知される温度の信号及び前記加圧力検知手段により検知される加圧力の信号が入力され、前記加熱装置に駆動信号を出力する制御装置と、
を含んで構成され、
前記制御装置が出力する前記駆動信号は、前記加熱装置をして、前記温度検知手段から入力される信号が所定範囲内の温度を示すように前記接合部分を加熱させることで、前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材を膨張させて前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部により前記ろう材を挟持させ、前記接合部分を溶融させ、しかる後に該接合部分を凝固させ、また、前記加熱装置をして、前記加圧力検知手段から入力される信号が所定範囲内の加圧力を示すように前記接合部分を加熱させるものであることを特徴とする接合装置。
【請求項９】
前記加熱装置は高周波加熱装置であることを特徴とする、請求項８に記載の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電プラント等のボイラ内部において熱交換のために使用される通液配管を形成している管状部材等の損傷部分の補修の際に、切除された当該損傷部分に代わって新規管状部材等を接合するのに適用可能な液相拡散接合の方法及び装置に関するものである。特に、本発明は液相拡散接合における加圧力の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、火力発電プラントや化学プラントなどの各種プラントの密集した配管（例えば、ボイラ用の高温環境下で使用される鋼製の配管）を形成する管状部材の損傷部分を補修する方法として、当該損傷部分を切除し、その部分にほぼ同等な寸法で同等な材質の新規管状部材を拡散接合即ちろう付けにより接合することがなされている。この接合に先立ち、新規管状部材の両端部及びこれらに接合される既設管状部材の切断端部に開先加工が施される。また、接合時には、新規管状部材と既設管状部材との互いに接合される端部である接合端部及びこれらの間に配置されるろう材（例えば、鋼に硼素（Ｂ）等を添加することにより低融点化したアモルファスシート）からなる接合部分に対して加熱及び加圧がなされる。
【０００３】
以上のようなろう付けの場合には、新規管材の長さは切除された既設管材損傷部分の長さより小さいので、新規管材の一方の端部についての接合を完了した後に他方の端部についての接合を行う際には、接合端部同士の距離（ギャップ）が例えば３ｍｍ程度と大きくなる。適切なろう付けを行うためには、接合端部同士の距離を短縮し且つ接合端部同士をろう材を介在させて突き当て、接合部分に適正な圧力を発生させることが必要である。このため、既設管材と新規管材とを保持するクランプ装置に油圧またはバネによる加圧力発生手段を組み込んでおき、これにより接合部分に適正な圧力を印加するようにしている。
【０００４】
しかるに、この圧力印加のための油圧またはバネによる加圧力発生手段をクランプ装置に装備することは、クランプ装置と接合部分の加熱のための高周波加熱装置とを含み接合部分の周囲に配置される接合ヘッドの小型化を困難なものとし、より密集した配管の管状部材の補修に適用するには不利である。
【０００５】
一方、特許第３２７６５１３号公報（特許文献１）には、上記加圧力印加のために、ろう材加熱用の高周波加熱装置とは別の加熱装置により、接合端部以外の管材部分に対する加熱を行って該管材を膨張させて接合端部同士の距離を減少させ、接合端部同士をろう材を介在させて突き当てて適切な加圧力を発生させることが記載されている。これと同様な技術が特開平９−２４２７２５号公報（特許文献２）にも開示されている。
【特許文献１】特許第３２７６５１３号公報
【特許文献２】特開平９−２４２７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１及び２に記載の方法及び装置では、ろう材加熱用高周波加熱装置とは別に管材を加熱するための加熱装置を設けているので、装置構成とくに接合ヘッドの構成が依然として大きく、密集した配管に適用するには、更なる接合ヘッドの小型化が望まれる。
【０００７】
本発明は、上記の様な技術的課題を解決し、特にろう付けの際の接合部分への適切な圧力印加の維持と接合ヘッドの小型化との双方を実現し得る接合方法および接合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
第１の被接合材の第１の接合端部と第２の被接合材の第２の接合端部とを接合する方法であって、
前記第１の被接合材と前記第２の被接合材とを前記第１の接合端部と前記第２の接合端部とが隔てられて対向するように保持し、前記第１の接合端部と前記第２の接合端部との間にろう材を配置する第１段階と、
前記第１の接合端部と前記第２の接合端部と前記ろう材とを加熱装置により所定範囲内の温度に加熱することで、前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材を膨張させて前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部により前記ろう材を挟持させ、該ろう材、前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部を溶融させ、しかる後に前記ろう材、前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部を凝固させる第２段階と、
凝固した前記ろう材、前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部に印加される加圧力が所定範囲内となるように、前記加熱装置による凝固した前記ろう材、前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部の加熱を制御する第３段階と、
を含むことを特徴とする接合方法、
が提供される。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記所定範囲内の温度は前記ろう材の融点以上で且つ前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材の融点より低い。本発明の一態様においては、前記第１段階における前記第１の被接合材と前記第２の被接合材との保持は、これら第１及び第２の被接合材の延在方向に関する前記加熱装置による加熱範囲と同等の距離だけ隔てた位置にてなされる。本発明の一態様においては、前記温度の所定範囲は１２００℃〜１３００℃であり、前記加圧力の所定範囲は０．３Ｋｇｆ／ｍｍ２〜０．８Ｋｇｆ／ｍｍ２である。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記第２段階では、前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部により挟持された前記ろう材を溶融させ、該ろう材中の融点降下元素を前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部へと拡散させ、これにより前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部をその融点を降下させることで溶融させ、しかる後に前記融点降下元素を前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材にて更に拡散させ、これにより前記第１の接合端部、前記第２の接合端部及び前記ろう材をその融点を上昇させることで凝固させる。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材は鋼からなり、前記ろう材は鋼に前記融点降下元素としてのホウ素を添加してなるアモルファスシートである。本発明の一態様においては、前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材は管状をなしている。
【００１２】
また、本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
第１の被接合材の第１の接合端部と第２の被接合材の第２の接合端部とを接合する装置であって、
前記第１の被接合材と前記第２の被接合材とを保持する保持手段と、
前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部並びにこれらの間に配置されるろう材を含んでなる接合部分を加熱する加熱装置と、
前記接合部分の温度を検知する温度検知手段と、
前記接合部分に印加される加圧力を検知する加圧力検知手段と、
前記温度検知手段により検知される温度の信号及び前記加圧力検知手段により検知される加圧力の信号が入力され、前記加熱装置に駆動信号を出力する制御装置と、
を含んで構成され、
前記制御装置が出力する前記駆動信号は、前記加熱装置をして、前記温度検知手段から入力される信号が所定範囲内の温度を示すように前記接合部分を加熱させることで、前記第１の被接合材及び前記第２の被接合材を膨張させて前記第１の接合端部及び前記第２の接合端部により前記ろう材を挟持させ、前記接合部分を溶融させ、しかる後に該接合部分を凝固させ、また、前記加熱装置をして、前記加圧力検知手段から入力される信号が所定範囲内の加圧力を示すように前記接合部分を加熱させるものであることを特徴とする接合装置、
が提供される。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記加熱装置は高周波加熱装置である。
【発明の効果】
【００１４】
以上のような本発明の接合方法及び接合装置においては、第２段階で使用する加熱装置と同一の加熱装置を用いて第３段階での所定範囲内の加圧力発生のための加熱制御を行うので、液相拡散接合の接合ヘッドを小型化し且つ接合部分への適切な圧力の印加を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明による液相拡散接合の方法及び装置の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は液相拡散接合装置の構成の概略を示すブロック図であり、図２はこの装置の使用状態における接合ヘッド部分を示す模式図である。
【００１７】
本実施形態の液相拡散接合装置は、加熱装置としての高周波加熱装置２、温度検知手段としての温度センサ４、加圧力検知手段としての加圧力センサ６及び制御装置８を備えている。高周波加熱装置２は、高周波電源２ａと整合トランス２ｂと高周波加熱コイル２ｃとを有する。高周波電源２ａは制御装置から発せられる駆動信号により動作の制御を受ける。高周波電源２ａの電力は整合トランス２ｂを経て高周波加熱コイル２ｃに供給される。高周波加熱コイル２ｃ、温度センサ４及び加圧力センサ６、並びに保持手段としてのクランプ装置１０を含んで接合ヘッド１２が構成される。
【００１８】
温度センサ４は、例えば熱電対からなり、図２に示されているように、第１及び第２の被接合材としての１対の被接合管材２１，２２のうちの一方である被接合管材２２の接合端部の外面に固定しておくことができる。加圧力センサ６は、例えばロードセルからなり、図２に示されているように、第１及び第２の被接合管材２１，２２を保持する保持手段であるクランプ装置１０に付設しておくことができる。加圧力センサ６としては、被接合管材２１，２２のうちの一方の接合端部近傍の外面に付された歪ゲージを用いてもよい。クランプ装置１０は、一方の被接合管材２１を所定位置にて把持する第１の把持部１０ａと、他方の被接合管材２２を所定位置にて把持する第２の把持部１０ｂと、これらの把持部同士を連結する連結部１０ｃとを備えている。クランプ装置は、把持部の把持が例えば油圧駆動によりなされるものである。加圧力センサ６は、連結部１０ｃと第２の把持部１０ｂとの結合部分に介在しており、１対の被接合管材２１，２２の間に発生する管材長手方向（上下方向）の加圧力を検知することができる。
【００１９】
図２に示されているように、高周波加熱コイル２ｃは、第１の被接合管材２１の上端部（第１の接合端部）２１Ｅと、これに対向する第２の被接合管材２２の下端部（第２の接合端部）２２Ｅとの径方向外方に位置しており、第１及び第２の接合端部に対して高周波誘導による加熱を行うことができる。即ち、高周波加熱コイル２ｃは、被接合管材２１，２２の延在方向である上下方向に関して長さＬ０の加熱範囲を有する。高周波加熱コイル２ｃは、クランプ装置１０に取り付けられていて、縦方向（上下方向）に延びた分割面により分割された２つの部分からなり、一方の部分に対して他方の部分がヒンジなどにより回動可能に結合されている。従って、接合ヘッド１２を接合のための位置に配置し或いはその位置から退去させる際に、高周波加熱コイル２ｃを第１及び第２の被接合管材２１，２２に対して所定の位置に配置し或いは該所定の位置から除去することができる。尚、従来の液相拡散接合装置と同様に、高周波加熱コイル２ｃの周囲にシールドガスを供給する手段を設けておくことができる。
【００２０】
以上のような高周波加熱装置２、温度センサ４及び加圧力センサ６としては、従来知られているものを使用することができる。
【００２１】
制御装置８は、温度センサ４により検知される温度の信号及び加圧力センサ６により検知される加圧力の信号が入力され、これに基づき高周波加熱装置２に駆動信号を出力する。
【００２２】
以下、本実施形態の接合装置を用いた本発明による液相拡散接合方法の一実施形態を説明する。
【００２３】
図３（ａ）に示されるように、火力発電プラントのボイラ内部には熱交換用の通水配管を形成する壁状に密集配置された上下方向の複数の管材３０が設けられている。管材３０は、例えば炭素鋼からなる。これらのうちの経時劣化による損傷部分３１のある管材につき、図３（ｂ）に示されるように、損傷部分３１を切除する。この切除により分断された管材３０の２つの部分により、既設管材２１，２３が形成される。下側の既設管材２１の上向き端面２１ａ及び上側の既設管材２３の下向き端面２３ａに対して、接合のための所要の表面粗さに仕上げる開先加工を施す。
【００２４】
次に、図３（ｃ）に示されるように、切除された損傷部分３１と同等な寸法（但し、長さは既設管材２１，２３の端面２１ａ，２３ａ間の距離より常温において僅かに［例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度］短い）で欠陥のない新規管材２２を用意し、その両端面に対して接合のための所要の表面粗さに仕上げる開先加工を施す。そして、新規管材２２の上向き端面と既設管材２３の下向き端面とを液相拡散接合により接合する。この接合の際には、新規管材２２と既設管材２３との間に印加する加圧力を発生させる手段として油圧機構によるものを利用したクランプ装置１０’を用いることができる。即ち、管材２２，２３の接合端部の間にろう材としてのアモルファスシートを介在させ、これら管材２２，２３及びアモルファスシートに対して高周波加熱装置による加熱を行い、その際にロードセル等の加圧力検知手段を用いて加圧力を検知しつつ、所要の加圧力が得られるように油圧機構を制御する。アモルファスシートとしては、例えば管材２１，２２，２３と同等な炭素鋼に融点降下元素としてのホウ素（Ｂ）等を添加することにより低融点化したものを使用することができる。尚、この新規管材２２と既設管材２３との液相拡散接合は、後述のように本発明に従って行うことも可能である。
【００２５】
次に、図３（ｄ）に示されるように、新規管材２２の下向き端面と既設管材２１の上向き端面とを液相拡散接合により接合する。この接合は、本発明に従い、次のようにして行われる。
【００２６】
第１段階として、図２に示されるように、第１の被接合材としての既設管材２１と第２の被接合材としての新規管材２２とを、第１の接合端部である既設管材２１の上端部２１Ｅと第２の接合端部である新規管材２２の下端部２２Ｅとが常温において第１の距離ｇを維持するように、該第１の距離ｇと同一またはそれより大きい第２の距離Ｌだけ隔てられた位置にてクランプ装置１０で保持し、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの間にろう材としてのアモルファスシート２５を配置する。アモルファスシート２５の厚さは例えば２５μｍ程度であり、第１の距離ｇは例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度である。また、第２の距離Ｌは、第１の距離ｇと関連づけて後述のようにして設定される。装置の小型化の点から及び後述の第１の距離ｇと第２の距離Ｌとの互いに関連付けられた設定の容易さの点から、第２の距離Ｌは、上記高周波加熱コイル２ｃの加熱範囲Ｌ０と同等にすることが好ましい。即ち、既設管材２１と新規管材２２との保持を高周波加熱コイル２ｃの加熱範囲Ｌ０と同等の距離だけ隔てた該加熱範囲の両端の直近の位置にて行うことが好ましい。尚、新規管材２２の下端部２２Ｅには予め温度センサ４を取り付けておく。
【００２７】
次に、第２段階として、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとアモルファスシート２５とを高周波加熱装置２により所定範囲（後述のＴａ）内の温度に加熱する。この温度の所定範囲は、アモルファスシート２５の融点以上で且つ管材２１，２２の融点より低い範囲であり、例えば１２００℃〜１３００℃である。この加熱により、既設管材２１と新規管材２２とが膨張せしめられ、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとによりアモルファスシート２５が挟持され、即ち既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとがアモルファスシート２５を介して突き当てられる。また、この温度への加熱により、アモルファスシート２５と、既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅとが溶融せしめられる。即ち、この加熱温度がアモルファスシート２５の融点以上であることから、アモルファスシート２５が溶融せしめられ、該アモルファスシート２５中の融点降下元素であるホウ素が既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅへと拡散する。これにより、既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅの融点が降下して、この加熱温度で溶融せしめられるようになる。しかる後に、ホウ素は既設管材２１及び新規管材２２にて更に拡散し、溶融部分のホウ素濃度が低下する。また、これらと並行して、溶融したアモルファスシート２５中のホウ素濃度も低下する。これにより、溶融状態にある既設管材上端部２１Ｅ、新規管材下端部２２Ｅ及びアモルファスシート２５は、それらの融点が上昇することで、この加熱温度で凝固する。
【００２８】
以上のようにして凝固した既設管材上端部２１Ｅ、新規管材下端部２２Ｅ及びアモルファスシート２５からなる接合部分は、微細空孔が残留し、金属組織が十分に緻密化及び均質化していないことがあるので、第３段階で、その組織緻密化及び均質化を促進するために適正圧力印加の処理を行う。
【００２９】
即ち、第３段階として、接合部分に印加される加圧力が所定範囲（後述のＰｂ）内となるように、高周波加熱装置２による接合部分の加熱を制御する。この加圧力の所定範囲は、微細空孔を排除し且つ接合部分の組成を他の管材部分と均質化するために凝固後の管材におけるホウ素の拡散を促進するのに有利な加圧力範囲であり、例えば、０．３Ｋｇｆ／ｍｍ２〜０．８Ｋｇｆ／ｍｍ２であり、好ましくは０．４Ｋｇｆ／ｍｍ２〜０．６Ｋｇｆ／ｍｍ２である。
【００３０】
上記第２の距離Ｌは、次のようにして設定される。即ち、常温をＴ０とし、上記所定範囲Ｔａ内の温度をＴとし、既設管材２１及び新規管材２２の線膨張率をβとすると、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの距離が、常温Ｔ０ではｇであり且つ所定範囲内温度Ｔでは零となることから、以下の関係式
β（Ｔ−Ｔ０）（Ｌ−ｇ）≧ｇ
が成り立つ。従って、第２の距離Ｌは第１の距離ｇに応じて、
Ｌ≧［１＋β（Ｔ−Ｔ０）］ｇ／［β（Ｔ−Ｔ０）］
を満たすように設定される。
【００３１】
尚、ここでは、第２の距離Ｌは常温Ｔ０と所定範囲内温度Ｔとで同一であると近似している。また、所定範囲内温度Ｔでは既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅ並びにアモルファスシート２５が溶融することで、これらの部分の上下方向寸法がアモルファスシート２５の厚さ程度減少するものと近似している。更に、線膨張係数βは温度範囲Ｔ０〜Ｔにおいて一定であると近似している。また、クランプ装置１０による保持位置間の管材の温度は一様であると近似している。
【００３２】
上記のように、第２の距離Ｌが加熱範囲Ｌ０と同等である場合については、例えば、β＝１２×１０−６／℃，ｇ＝１［ｍｍ］，Ｔ０＝２０［℃］，Ｔ＝１２５０［℃］とすれば、Ｌ＝Ｌ０≧６８．８ｍｍとなる。溶融による管材端部の収縮を見込んで、可能な最小値より若干大きめのＬ即ちＬ０を設定する。尚、この収縮量は、管材の外径及び厚み等に応じて異なるが、たとえば０．２〜０．５ｍｍである。
【００３３】
一方、上記関係式に基づき、第１の距離ｇは第２の距離Ｌに応じて、
ｇ≦β（Ｔ−Ｔ０）Ｌ／［１＋β（Ｔ−Ｔ０）］
を満たすように設定される。
【００３４】
上記のように、第２の距離Ｌが加熱範囲Ｌ０と同等である場合については、例えば、β＝１２×１０−６／℃，Ｌ＝Ｌ０＝５０［ｍｍ］，Ｔ０＝２０［℃］，Ｔ＝１２５０［℃］とすれば、ｇ≦０．７３ｍｍとなる。上記のような溶融による管材端部の収縮を見込んで、可能な最大値より若干小さめのｇを設定する。
【００３５】
以上のように、β（Ｔ−Ｔ０）（Ｌ−ｇ）≧ｇの関係式を満たし、且つ溶融による管材端部の収縮を見込んで、Ｌとｇとの関係を適宜設定することで、本発明の液相拡散接合が可能になる。第２の距離Ｌが加熱範囲Ｌ０より大きい場合には、厳密には、上記関係式において、加熱範囲外であってクランプ装置１０による管材保持位置の間にある管材部分の温度分布を考慮するのが好ましい。この温度分布は、管材の材質、外径及び厚み等に応じて異なるので、種々の条件で予めシミュレーションまたは実験などで求めておく。そして、この温度分布を考慮して、上記関係式を適宜補正して第２の距離Ｌと第１の距離ｇとの関係を適宜設定する。
【００３６】
第１の距離ｇは使用される新規管材２２の長さを変更することで変化させることができる。即ち、第２の距離Ｌが固定されている場合には、それに対応する適切な長さの管材を使用する。予め長さの少しずつ異なる管材を用意しておき、そのうちから適宜のものを選択使用することも可能である。一方、第２の距離Ｌは、クランプ装置１０による管材保持位置を変更することで変化させることができる。即ち、第１の距離ｇが固定されている場合には、管材保持位置を変更する。第２の距離Ｌを加熱範囲Ｌ０と同等に設定する場合において、第２の距離Ｌを変化させる時には、伸縮などにより加熱範囲Ｌ０が可変の高周波加熱コイル２ｃを用いるのが好ましい。
【００３７】
但し、第２段階における接合部分の溶融時に印加される加圧力が該接合部分の過大な変形を招くことがないようにすることから、第２の距離Ｌには上限がある。即ち、該第２の距離Ｌの上限は、第２段階において接合部分の溶融時に印加される加圧力が上限値例えば１Ｋｇｆ／ｍｍ２を超えることのないような範囲（後述のＰａ）に、設定される。
【００３８】
図４は、以上のような接合における、特に第２段階及び第３段階における、接合部分の温度及び加圧力の変化の一例を示すグラフである。
【００３９】
時刻０において、既設管材上端部２１Ｅ、新規管材下端部２２Ｅ及びアモルファスシート２５からなる接合部分（未だ接合が完了していない状態であっても、便宜上、接合部分という）の温度［単位は℃：以下同様］は常温Ｔ０であり且つ加圧力［単位はＫｇｆ／ｍｍ２：以下同様］は０である。
【００４０】
時刻０において、制御装置８から出力された駆動信号の高周波電源２への入力が開始される。これにより、高周波加熱コイル２ｃによる接合部分の加熱が開始され、接合部分の温度が上昇し、既設管材２１及び新規管材２２が熱膨張し、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの間の距離は次第に小さくなる。時刻０から時刻ｔ１までの時間は、例えば３０秒程度である。
【００４１】
やがて、時刻ｔ１において、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとによるアモルファスシート２５の挟持が開始される。この時点で、接合部分の温度は上記所定範囲Ｔａ内にあり、以後、時刻ｔ２までは、接合部の温度が上記所定範囲Ｔａ内の温度Ｔ（例えば１２５０℃）を維持するように、高周波加熱装置２の駆動制御がなされる。尚、所定範囲Ｔａ内の温度Ｔは、一定値ではなくある程度の幅をもった温度範囲（例えば１２４０〜１２６０℃）であってもよい。時刻ｔ１以降において、アモルファスシート２５の溶融及びそれに続く既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅの溶融が生ずる。また時刻ｔ２の前後において、アモルファスシート２５、既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅの凝固が生ずる。時刻ｔ１において、接合部分に印加される加圧力の上昇が開始される。そして、時刻ｔ１より後の時刻ｔ１’において、接合部分に印加される加圧力が上記範囲Ｐａの下限に到達する。この加圧力範囲Ｐａは、溶融したアモルファスシート内のホウ素の既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅへの拡散に有利で且つ接合部分の過大な変形を抑制し得る範囲であり、その下限値は例えば０．３Ｋｇｆ／ｍｍ２であり、また上限値は上記の如く例えば１Ｋｇｆ／ｍｍ２である。時刻ｔ１’以降において、加圧力は更に上昇し、時刻ｔ２において加圧力範囲Ｐａの上限に到達する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は、例えば３０秒〜６０秒である。
【００４２】
以上のように、時刻０から時刻ｔ２までの第２段階では、温度センサ４により検知される接合部分の温度が所定範囲Ｔａ内の温度Ｔとなるように、制御装置８による高周波加熱装置２の制御がなされる。
【００４３】
次に、時刻ｔ２から時刻ｔ４までは、加圧力センサ６により検知される接合部分の加圧力が上記所定範囲Ｐｂ内の圧力Ｐ（例えば０．５Ｋｇｆ／ｍｍ２）となるように、制御装置８による高周波加熱装置２の制御がなされる。即ち、時刻ｔ２以降時刻ｔ３までは、接合部分の温度が低下するように高周波加熱装置２による加熱が制御され、これに伴い接合部分に印加される加圧力が低下する。尚、所定範囲Ｐｂ内の圧力Ｐは、一定値ではなくある程度の幅をもった圧力範囲（例えば０．４５〜０．５５Ｋｇｆ／ｍｍ２）であってもよい。そして、時刻ｔ３において、接合部分に印加される加圧力が所定範囲Ｐｂの上限に到達する。この加圧力所定範囲Ｐｂにほぼ対応する温度範囲がＴｂである。時刻ｔ３までには、アモルファスシート２５、既設管材上端部２１Ｅ及び新規管材下端部２２Ｅの凝固が完了しており、それ以降は接合部分の組成の均質化がなされる。時刻ｔ２から時刻ｔ４までの時間は、例えば８０秒〜２００秒である。
【００４４】
時刻ｔ４以降は、接合部分の温度が低下せしめられ、これに伴い接合部分の加圧力も低下する。
【００４５】
以上の実施形態では、新規管材２２の上向き端面と既設管材２３の下向き端面とを液相拡散接合により接合するに際して、本発明の接合方法を使用していないのであるが、この新規管材２２の上向き端面と既設管材２３の下向き端面との液相拡散接合による接合にも、新規管材２２の下向き端面と既設管材２１の上向き端面との接合と同様に、本発明の方法を適用することは可能である。この場合には、図３（ｃ）においてクランプ装置として図２及び図３（ｃ）に示されるような装置１０を使用し、新規管材２２の上向き端面と既設管材２３の下向き端面との間の距離が常温において第１の距離ｇとなるように、新規管材２２と既設管材２３とを第２の距離Ｌだけ隔てられた位置にてクランプ装置１０で保持する。
【００４６】
以上の実施形態では、第１及び第２の被接合材として鋼からなり且つ管状をなしているものが使用されているが、本発明においては、第１及び第２の被接合材は、鋼以外の金属からなるものであってもよいし、管状以外の例えば棒状をなしているものであってもよい。
【００４７】
更に、以上の実施形態においては、アモルファスシート２５を既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの間に配置する際に、既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとは別体の独立したアモルファスシート２５を既設管材上端部２１Ｅと新規管材下端部２２Ｅとの間に介在させているが、本発明においては、アモルファスシート２５を既設管材上端部２１Ｅの上端面または新規管材下端部２２Ｅの下端面に予め接着剤などで接着しておいてもよい。また、ろう材として、既設管材上端部２１Ｅの上端面及び／または新規管材下端部２２Ｅの下端面に予め堆積形成したものを用いてもよい。これらの場合も、本発明でいうところの、第１及び第２の接合端部の間にろう材を配置することに該当するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による液相拡散接合装置の一実施形態の構成の概略を示すブロック図である。
【図２】本発明による液相拡散接合装置の一実施形態の使用状態における接合ヘッド部分を示す模式図である。
【図３】本発明による液相拡散接合装置を用いた本発明による液相拡散接合方法の一実施形態の説明図である。
【図４】本発明による液相拡散接合方法の一実施形態の特に第２段階及び第３段階における接合部分の温度及び加圧力の変化の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
２  高周波加熱装置
２ａ  高周波電源
２ｂ  整合トランス
２ｃ  高周波加熱コイル
４  温度センサ
６  加圧力センサ
８  制御装置
１０，１０’  クランプ装置
１０ａ  第１の把持部
１０ｂ  第２の把持部
１０ｃ  連結部
１２  接合ヘッド
２１，２３  既設管材
２１ａ，２３ａ  既設管材端面
２２  新規管材
２１Ｅ  既設管材上端部
２２Ｅ  新規管材下端部
２５  アモルファスシート
３０  管材
３１  管材損傷部分
【図１】
2006255721.tif 000003
【図２】
2006255721.tif 000004
【図３】
2006255721.tif 000005
【図４】
2006255721.tif 000006