(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体導管要素（１）であって、前記流体導管要素は、第１の流体導管部材（１１）及び第２の流体導管部材（１２）を含み、前記流体導管部材（１１、１２）は、相互に接合され、各流体導管部材（１１、１２）は、ライナ（１１５、１２５）と、接合面（１１１、１２１）であって、その接合面（１１１、１２１）で前記流体導管部材（１１、１２）が相互に接合される、接合面（１１１、１２１）とを含む、流体導管要素（１）において、
前記第１の流体導管部材接合面（１１１）は、凸状に形状付けされ、それによって、第１の流体導管部材内側壁（１１６）が、第１の流体導管部材外側壁（１１７）よりも前記接合面（１１１）上を軸方向に更に延び、
前記第２の流体導管部材接合面（１２１）は、凹状に形状付けされ、それによって、第２の流体導管部材外側壁（１２７）が、第２の流体導管部材内側壁（１２６）よりも前記接合面（１２１）上を軸方向に更に延び、
前記第１及び第２の流体導管部材（１１、１２）の少なくとも一方は、前記それぞれの流体導管部材ライナ（１１５、１２５）に結合されたバタリング層（１３）を含み、前記バタリング層（１３）が、前記それぞれの接合面（１１１、１２１）と、軸方向断面内で前記それぞれの接合面（１１１、１２１）に当接する前記それぞれの流体導管部材ライナ（１１５、１２５）の前記外側壁と、の一方上に少なくとも配置され、
前記第１の流体導管部材（１１）の前記接合面（１１１）及び前記第２の流体導管部材（１２）の前記接合面（１２１）は、少なくとも概ね相補的に形状付けされ、したがって、前記２つの流体導管部材（１１、１２）を接合するとき、残留ギャップは、少なくとも概ね消えるか若しくは最小化される、流体導管要素（１）。
【請求項２】
前記バタリング層（１３）は、前記第１及び第２の流体導管部材ライナ（１１５、１２５）の個々と異なる材料から作られると共に、前記第１及び第２の流体導管部材ライナ（１１５、１２５）の少なくとも一方上に溶接される、請求項１に記載の流体導管要素。
【請求項３】
前記バタリング層（１３）は、前記第２の流体導管部材ライナ（１２５）上に設けられる、請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の流体導管要素。
【請求項４】
前記第１及び第２の流体導管部材ライナ（１１５、１２５）は、異なる材料から作られる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体導管要素。
【請求項５】
前記第１及び第２の流体導管部材ライナの一方は、オーステナイト材料及びニッケル基合金の一方から作られ、他方のライナは、フェライト及びマルテンサイト材料の一方から作られる、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の流体導管要素。
【請求項６】
前記第１の流体導管部材（１１）の接合面（１１１）は、凸状に面取りされた面を含み、前記第２の流体導管部材（１２）の接合面（１２１）は、凹状に面取りされた面を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の流体導管要素。
【請求項７】
前記接合面（１１１、１２１）の断面に対して測定したときの面取り角度（α）は、２０度から６０度の間であり、及び／又は、流体導管要素軸に対して測定したときの面取り角度（β）は、３０度から７０度の間である、請求項６に記載の流体導管要素。
【請求項８】
前記第１の流体導管部材（１１）の前記接合面（１１１）の前記面取り角度は、前記第２の流体導管部材（１２）の前記接合面（１２１）の前記面取り角度と同じか又は実質上同じである、請求項６に記載の流体導管要素。
【請求項９】
流体導管要素（１）を製造するための方法であって、当該方法が、
第１の導管部材ライナ（１１５）を含む第１の流体導管部材（１１）であって、前記第１の導管部材ライナ（１１５）が凸状に形状付けされた第１の面（１１１）を有する、第１の流体導管部材（１１）を提供することと、
第２の導管部材ライナ（１２５）を含む第２の流体導管部材（１２）であって、前記第２の流体導管部材ライナ（１２５）が凹状に形状付けされた第２の面（１２１）を有する、第２の流体導管部材（１２）を提供することと、
バタリング層（１３）を、前記第２の面（１２１）と、軸方向断面内で前記第２の面（１２１）に当接する前記第２の流体導管部材の外側壁（１２７）と、の少なくとも一方上に作出することと、
前記バタリング層（１３）及び前記第１の面（１１１）が相互に面するように、前記第１及び第２の流体導管部材（１１、１２）を配置することと、
前記第１及び第２の流体導管部材（１１、１２）を相互に接合させることと
を含み、
前記第１の流体導管部材（１１）の前記第１の面（１１１）及び前記第２の流体導管部材（１２）の前記第２の面（１２１）は、少なくとも概ね相補的に形状付けされ、したがって、前記２つの流体導管部材（１１、１２）を接合するとき、残留ギャップは、少なくとも概ね消えるか若しくは最小化される方法。
【請求項１０】
前記バタリング層（１３）を前記作出するステップは、物質対物質を結合させるステップを含み、前記物質対物質を結合させるステップが溶接又は半田付けするステップの一方を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バタリング層（１３）が作出された後で、熱処理工程を前記第２の流体導管部材（１２）に適用する、請求項９又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
機械加工するステップを前記バタリング層（１３）に適用する、請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の流体導管部材（１１、１２）を接合することは、半田付けする及び溶接するステップの一方を含む、請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２の流体導管部材（１１、１２）を相互に配置する前記ステップは、前記第１及び第２の流体導管部材（１１、１２）を相互に面一に配置することを含む、請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に流体導管システムの分野に関し、特に、例えば、異なる材料から構成された配管セクションが接合される流体導管システムに関する。より具体的には、請求項１の前文に記載したような流体導管要素に関する。更にまた、流体導管要素の部材を接合するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、動力発生設備の中で流体を案内するために使用されるなどの流体導管システムでは、プロセス工学や多くの他の分野においても、異なる材料から作られた導管セグメントを接合することが多くの場合に望まれている。例えば、パイプや他の導管は、マルテンサイト鋼やフェライト鋼、例えば、頻繁に使用されるＡＳＭＥ  ＳＡ３３５フェライト鋼などから高頻度で作られる。前記導管を導管セグメントに接合すること、或いは、それをオーステナイト鋼やニッケル基材料から作られた別のタイプの流体導管構成要素に連結することは、望ましいことがある。典型的には、非類似材料から作られたそれらの材料は、溶接工程の適用において接合されることがあり、非類似金属溶接（ＤＭＷ）境界部として知られているものがもたらされる。典型的には、前記溶接工程は、標準Ｖ又は狭幅ギャップ突合せ溶接を流体導管の外側上に適用することを含む。溶接工程の結果として、複雑な冶金学的状態が融合線に見うけられ、それに限定されないが、オーステナイト相材料の隣の硬くてもろいマルテンサイト層、炭素激減ゾーン、もろい沈殿物などが含まれる。容易に理解されるように、そういった状態は、非類似金属溶接連結部で流体導管の初期故障を招くことがある。また、非類似材料のある種のパラメータは、かなり異なっていることがある。例えば、オーステナイト鋼の熱膨張係数は、フェライト鋼のそれよりも約５０％高いことがある。これは差別的な熱膨張を招き、流体導管システムのすべての熱サイクルを介して冶金学的臨界の融合線に交互の複雑な３次元負荷を生じさせる。その上、溶接工程自体、特に、関係する熱が材料の中に摂取される外側から適用される溶接は、溶接連結部に残留３次元負荷を、とりわけ、残留引張応力をもたらすであろう。その結果、融合線、特に、溶接融合線での流体導管は、初期のクラック発生についての、特に、熱サイクル負荷状態における、脆弱性の増大を被ることもある。
【０００３】
その問題は、定期検査や必要に応じた早期の交換によって取り組むことができる。
【０００４】
他のアプローチでは、問題は、特定の溶加材、卑金属、溶接後熱処理を適用すること、動作パラメータを適合させること、臨界領域で付加的な曲げを回避することなどの材料特性を融合線で最適化することにおいて取り組まれる。それらの措置が流体導管の他の性能の態様に妥協することがあるということが明らかになるであろう。冶金学的な最適化へのアプローチは、例えば、Ｊ．Ｎ．ＤｕＰｏｎｔ及びＲ．Ｅ．Ｍｉｚｉａ「Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ＮＧＮＰ  Ｈｅｌｉｃａｌ−Ｃｏｉｌ  Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」、Ｌｅｈｉｇｈ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ及びＩｄａｈｏ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ「Ｎｅｘｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｌａｎｔ  Ｐｒｏｊｅｃｔ」、（２０１０）ＩＮＬ／ＥＸＴ−１０−１８４５９、及び、Ｃ．Ｄ．Ｌｕｎｄｉｎ「Ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｗｅｌｄｓ．Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｊｏｉｎｔｓ  Ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ  Ｒｅｖｉｅｗ」、Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ（１９８２）：５８−６３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第３，７２７，０２５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示したデバイス及び方法の主題は、非類似材料、特に、非類似金属を、例えば、溶接することによって、接合することに関係する問題に取り組むことである。本開示のもう１つの特定の態様では、非類似金属の溶接が取り組まれている。本開示の他の態様では、従来技術から公知であるそれらに対する代替的な解決策が提供されることになる。更に他の態様では、当技術分野で公知である解決策の改善が提供されることになる。
【０００７】
それは、請求項１に記載したデバイスによって、また、独立する方法の請求項に記載した方法によって、達成される。
【０００８】
したがって、流体導管要素は、提案されて、第１の導管部材及び第２の導管部材を含み、２つの導管部材は、相互に接合される。各流体導管部材は、ライナと接合面を含み、接合面で導管部材が相互に接合される。２つの部材を相互に接合及び連結することは、例えば、溶接連結部におけるような物質対物質の結合によって達成することができる。他の結合する技術を適用してもよい。容易に明らかになるように、流体導管部材のライナは、内側流体導管空間を区切り、ライナは、流体導管空間を区切っている流体導管内側壁と、流体導管部材外側壁とを提供し、更にまた、そこで流体導管空間が開かれる面を提供するであろう。第１の導管部材は、凸状に形状付けされる接合面を含む。即ち、一般に第１の導管部材内側壁は、第１の導管部材外側壁よりも接合面上を軸方向に更に延びる。それは、一般に任意の段階的又は連続的なやり方で達成することができる。しかしながら、下で概説するように、ある種の条件下では、面取りを、特に、ストレート面取りを、接合面の導管壁上に設けることが有益であると判定されることもある。第２の導管部材は、凹状に形状付けされる接合面を含む。即ち、一般に第２の導管部材外側壁は、第２の導管部材内側壁よりも接合面上を軸方向に更に延びる。それもまた、一般に任意の段階的又は連続的なやり方で達成することができる。しかしながら、下で概説するように、ある種の条件下では、面取りを、特に、ストレート面取りを、接合面の導管壁上に設けることが有益であると判定されることもある。この文脈におけるストレート面取りは、唯一且つ一定の面取り角度を有する面取りとして理解するものとする。上で述べたように、前面は、ライナ上に設けられる。凸状又は凹状の幾何形状は、それぞれの接合面の側面上のそれぞれの流体導管部材ライナのそれによって基本的に画定される。更に、バタリング層は、第１及び第２の導管部材ライナの少なくとも一方に結合され、それぞれの接合面と、軸方向断面内でそれぞれの接合面に当接するそれぞれの導管部材ライナの外側壁と、の少なくとも一方上に配置される。即ち、一実施形態のバタリング層は、流体導管部材接合面の側面上のそれぞれのライナ面をカバーし、したがって、流体導管部材接合面の部分を形成する。バタリング層は、他の実施形態では、接合面に当接して外側壁のセクションに沿ってそれぞれ流体導管部材の外側壁又はライナの周りにカラーのように配置される。更に別の実施形態では、バタリング層は、ライナの接合面側上に、同じく、前述の実施形態の組合せの外側壁上に、配置される。
【０００９】
基本的にライナ面は、上で概説したように幾何形状を決定し、ライナ面は、第１及び第２の流体導管部材を互いに結合することに加わる物理的な要素であるが、以下では、接合面について一般的に言及がなされる。当業者は、この一般論と本明細書で使用した一般化した用語の意味を容易に認識及び理解するであろう。
【００１０】
示されてきたことは、上で概説したように接合面の幾何形状を適用するときに、また、流体導管部材をそれらの接合面で接合するときに、圧縮応力が、引張応力の代わりに、２つの導管部材の間の境界部で形成された臨界の融合線で誘発される、ということである。バタリング層は、使用する材料にもよるが、流体導管部材ライナ又はそれら用に適用された材料のそれぞれと比べて、多少向上した弾性を提供することができ、したがって、融合線中の応力を軽減及び／又は支えることができる。そういった応力は、一方で、例えば、溶接などの熱的な結合工程からの残留応力によって誘発されることがあり、また、流体導管要素が使用される配管システムの動作中に負荷によって付加されることがある。また、バタリング層は、物質対物質の結合を適用するときに冶金学的境界部を提供するのに役立つこともあり、また、望ましくない希釈効果が非類似溶接中に典型的に起こることを特に防止できる。特に、耐疲労性は、そういうことで、流体導管部材が、例えば、標準Ｖ又は狭幅ギャップ突合せ溶接によって接合される場合と比べて、大いに向上する。
【００１１】
本開示の１つの実施形態では、バタリング層は、第１及び第２の導管部材ライナの個々とは異なる材料から作られ、また、第１及び第２の導管部材ライナの少なくとも一方上に特に溶接される。そういったことは、それぞれの導管部材上へのバタリング層の付加溶接によって達成することができる。
【００１２】
別の態様では、バタリング層は、第２の導管部材ライナ上に設けられ、また、それに結合、即ち、凹状の面上に又はそれに当接させて結合させることができる。
【００１３】
更に別の態様では、第１及び第２の導管部材ライナは、異なる材料から作られる。特に、ライナの一方は、オーステナイト材料から作られ、他方は、フェライト及びマルテンサイト材料の一方から作られる。特に、第１の導管部材ライナは、オーステナイト材料、即ち、より具体的には、オーステナイト鋼又はニッケル基合金から作ることができ、第２の導管部材ライナは、フェライト材料か、又は、マルテンサイト材料、即ち、より具体的には、フェライト若しくはマルテンサイト鋼、のどちらか一方から作ることができる。即ち、オーステナイト材料から作られたライナを含む流体導管部材は、凸状の接合面を具備し、その一方、フェライト又はマルテンサイト材料から作られたライナを含む流体導管部材は、凹状の接合面を具備する。フェライト鋼の一例は、広く使用されるＡＳＭＥ  ＳＡ３３５によって提供することができる。オーステナイト鋼の一例は、ＡＳＭＥ  ＳＢ４４６によって提供することができる。バタリング層は、例えば、ＮｉＣｒＭｏ−３などのオーステナイト合金から作ることができる。
【００１４】
本開示に係る１つの実施形態では、バタリング層は、流体導管部材の一方のライナ上だけに設けられる。より具体的な実施形態では、バタリング層は、凹状の接合面を具備する流体導管要素のライナ上に設けられる。更に別の実施形態では、バタリング層は、フェライト又はマルテンサイト材料から作られた流体導管部材ライナ上に設けられる。
【００１５】
接合面は、第１の導管部材の接合面及び第２の導管部材の接合面が少なくとも概ね相補的に形状付けされるように形成することができ、したがって、２つの導管部材を接合するとき、残留ギャップは、少なくとも概ね消えるか若しくは最小化され、その結果、流体導管部材は、それらの接合部で少なくとも基本的に面一である。
【００１６】
本開示の態様では、流体導管部材の内径及び外径が、整合する、即ち、少なくとも概ね同一である場合、有益であると判定されることもある。
【００１７】
更に、少なくとも１つの導管部材の接合面は、面取りされた面を含み、特に、第１の導管部材の接合面は、凸状に面取りされた面を含み、第２の導管部材の接合面は、凹状に面取りされた面を含み、特に、ストレート面取りを備える。上で述べたように、また、下で更に詳細に概説するように、そのことが、ある種の場合に、特に、流体導管部材を相互に結合させるときにおいて、例えば、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）が適用されるとき、有利であると判定されることもある。
【００１８】
本開示に係る実施形態では、接合面の断面に対して測定したときの接合面の面取り角度は、２０度から６０度の間、特に２５度から４５度の間であり、とりわけ２５度から３５度の間である。別の態様では、流体導管要素軸に対して測定したときの前記の面取り角度は、３０度から７０度の間、特に４５度から６５度の間であり、とりわけ５５度から６５度の間である。前記の軸は、流体導管内側壁の、又は、接合面でそれに正接する表面の、中心線として画定することができる。認識されることは、前記の軸が接合面の断面に垂直である必要がないこと、及び、面取りが対称である必要がないこと、である。しかしながら、殆どの場合、前記の軸が接合面の断面に垂直であり、面取りが回転対称である、ということである。対称な構成の場合、及び／又は、軸が接合表面の断面に垂直な場合、デバイスの組立ては、促進され、他方、そうでなくても規定の配向における組立てが支持される。
【００１９】
別の態様では、第１の流体導管部材の接合面の面取り角度は、第２の流体導管部材の接合面の面取り角度と同じか又は実質上同じである。
【００２０】
本開示の別の態様では、流体導管部材は、凹状に形状付けされる接合面を含んで設けられ、それによって、外側壁が、部材内側壁よりも接合面上を軸方向に更に延び、更に、バタリング層は、導管部材上に設けられ、バタリング層は、接合面側と、軸方向断面内で接合面に当接する導管部材ライナの外側壁と、の一方上に少なくとも、流体導管部材ライナ上に配置される。
【００２１】
また、容易に認識されるように、本明細書で説明したような種類の１セットの相補的な第１及び第２の流体導管部材は、開示され、流体導管部材は、それらのそれぞれの接合面が面一に且つそれらの間に残留ギャップを何ら伴うことなく少なくとも概ね接合されることがあるやり方で、特に相補的である。
【００２２】
本明細書で説明した本発明の他の態様によれば、流体導管要素を製造するための方法は、開示され、この方法は、第１の流体導管部材ライナを含み、前記第１の導管部材ライナが凸状に形状付けされた第１の面を有する、第１の導管部材を提供することと、第２の流体導管部材ライナを含み、前記第２の導管部材ライナが凹状に形状付けされた第２の面を有する、第２の導管部材を提供することと、バタリング層を、第２の面と、軸方向断面内で第２の面に当接する第２の導管部材の外側壁と、の少なくとも一方上に作出することと、バタリング層及び第１の面が相互に面するように、第１及び第２の導管部材を配置することと、第１及び第２の導管部材を相互に結合させることとを含む。これらのステップは、この順序で実行することが好ましく、最後の２つのステップは、部材を配置することと部材を結合させることである。本方法の実施形態によれば、オーステナイト材料や例えば、ＮｉＣｒＭｏ−３などのニッケル基材料は、バタリング層を提供するために使用することができ、他方、別の実施形態では、第２の部材ライナは、フェライト又はマルテンサイト材料から作ることができる。バタリング層を作出することは、溶接又は半田付けするステップの一方を含むことができ、特に、レーザ溶接を含むことができる。第１及び第２の流体導管部材を結合させることは、例えば、溶接などの物質対物質を結合させるステップを含むことができる。
【００２３】
更に、熱処理工程、特に、溶接後熱処理工程は、バタリング層が作出された後で、第２の流体導管部材に適用することができる。このステップは、特に、バタリング層及び第２の流体導管部材ライナの材料が、非類似材料、特に、既に説明したような非類似金属であるときに、溶接工程のせいで起こり得るバタリング層と流体導管部材ライナの間の境界部中の応力を軽減するのに役立つことがある。更に、認識されることは、本方法が、熱処理ステップの前又は後にバタリング層のための機械加工するステップを含むことがある、ということである。このように、流体導管部材の特に接合面でのバタリング層の円滑且つ幾何形状的に良好に画定された表面は、達成することができ、他方の流体導管部材にそれを接合するのを容易化させるであろう。特に、面取り角度は、正確に機械加工することができる。
【００２４】
また、本明細書で説明したような方法は、第１及び第２の導管部材を接合するために半田付けする及び溶接するステップの一方を含むことができる。本発明の１つの態様では、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）は、第１及び第２の流体導管部材を自生的に接合するために適用することができる。ＥＢＷによって深部溶接（ｄｅｅｐ  ｗｅｌｄｉｎｇ）が可能であり、外側上の単なる溶接とは対照的に、融合が流体導管部材ライナの壁厚全体を通して起こる。その上、ＥＢＷの速度のおかげで、導管部材ライナ双方の材料への熱の摂取が最小化され、その上、この溶接方法では、材料が追加されず、溶接境界部での材料の微細構造の変態に起因する冶金学的問題を、回避とはいかないまでも、結果的に最小化する。特に、ＥＢＷを適用するときにおいて、接合面での流体導管部材の面が面取りされ、長手方向断面内で直線を示し、したがって、溶接用に適用される電子ビームが、すべての合流点を通して到達でき、かくして溶接するステップが、特に、出来る限り均一に、壁厚全体に適用できる場合に、有益であると判定されることもある。
【００２５】
理解されることは、上で概説した特徴及び実施形態が容易に相互組合せできる、ということである。
【００２６】
要約すると、本開示及び権利請求した本発明の教示を適用するときにおいて、材料境界部要素は、配管システム内で異なる材料を接合するために設けることができる。即ち、上で概説したようなデバイスを提供するときに、要素は、例えば、非類似金属の溶接の臨界ステップが完了して設けられ、境界部要素は、流体導管又は材料境界部要素の部材の個々をその自由端部で類似材料特性の配管端部によく知られた従来形式で接合して、配管システムの中に容易に一体化させることができる。この文脈における自由端部は、流体導管空間が外部に展開する、即ち、接合面を除いて流体導管壁に設けられた開口が存在する、任意の面として理解すべきである。
【００２７】
機械的な観点から、本明細書で開示したような本発明の何らかの利益は、例えば、接合面の幾何形状のおかげで非類似金属の溶接境界部での引張応力が低減され及び／又は圧縮応力が代わりに誘発される点で理解することができる。更にまた、バタリング層は、冶金学的及び微細構造的な見地からそれが支える利益を除いて、流体導管部材自体の材料と比べて、可撓性を比較的有する層を提供するのに役立つことがある。前記の利益は、バタリング層用の材料の選択に左右され、流体導管部材ライン用に使用されるものよりも伸張性の高い材料にすることができる。
【００２８】
工程側に基づく利益は、例えば、非類似材料を接合及び結合させるステップが、製造メーカの完全制御下で最新式結合技術を適用して実行することが可能であるという事実において理解することができる。完成した材料境界部要素は、その後に現場で設置することができ、そこでは、各自由端部をそれぞれの類似材料の配管セクションによく知られた従来形式で接合することによって、配管システムの中に容易に一体化させることができる。
【００２９】
本明細書に開示した本発明の更なる利点及び利益は、本明細書に明白に記載されていないが、明らかになり得る。
【００３０】
理解されることは、本明細書で言及する流体導管部材が、任意の断面幾何形状の単なるチューブにすることができ、これに対して、円形断面が、最も頻繁に使用することができるが、流体導管要素を熱交換器又は他のデバイスに接合するために、例えば、連結部片を提供するためなどに、特に、それらの自由端部で任意の幾何形状が流体合流点などを含むことができる、ということである。
【００３１】
本開示は、下で概説した実施形態に鑑みて、添付図面を参照して、より容易に明らかになるであろう。前記の図面は簡潔に示している。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本明細書で説明及び権利請求しているような流体導管要素の例示的な実施形態の簡略化した概略図である。
【図２】例示的な実施形態の第１の流体導管部材の図である。
【図３】例示的な実施形態の第２の流体導管部材の図である。
【図４】完全に組み立てられたときの例示的な実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
すべての図面は、例示的な実施形態の縦断面を示す。理解と描写を容易にするために、本発明に、及び／又は、本発明の理解に、必須でない特徴については省略している。
【００３４】
本明細書で開示したような流体導管要素又は材料境界部要素の例示的な実施形態は、本開示の図面を参照して更に示される。この例示的な実施形態では、流体導管部材は、図形描写及び理解を容易にするために、円形の内側及び外側の断面を備えた単純なチューブであるが、留意することは、上で概説したように、流体導管部材が原則的に任意の空想の幾何形状を前提にしてもよいということである。また、接合面は、例示的なやり方で示しているだけであり、本明細書で説明及び又は権利請求している本発明から逸れることなく、特許請求の範囲の範囲内の他の幾何形状を前提にしてもよい。
【００３５】
次の解説のより良好な理解のために、図１は、本発明の範囲内で流体導管要素１の大部分が単純化された図を示す。それは、第１の流体導管部材１１と、第２の流体導管部材ライナ１２５に取り付けられたバタリング層１３を含む第２の流体導管部材１２とを基本的に含む。例示的な実施形態では、第１の流体導管部材ライナ１１５は、例えば、ＡＳＭＥ  ＳＢ４４６などのオーステナイト鋼から作ることができる。第２の流体導管部材ライナ１２５は、例えば、ＡＳＭＥ  ＳＡ３３５などのフェライト鋼から、例えば、作ることができる。バタリング層１３は、例えば、ＮｉＣｒＭｏ−３から作ることができる。しかしながら、前記の例示的な材料の仕様は、本明細書に開示した本発明の範囲を決して限定する意図はないものとする。下で更に詳細に概説するように、バタリング層１３は、第２の流体導管部材１２の接合面上に設けられ、又は、第２の流体導管部材ライナ１２５に取り付けられ、いずれも同じく、第２の流体導管部材１２の外側表面１２７上にカラーのようにされる。第１の流体導管部材１１は、ライナ１１５を含んで、内側壁１１６及び外側壁１１７を提供すると共に内部に流体導管空間１１９を区切っている。その上、この例示的な実施形態の第１の流体導管部材１１は、カラー１１８を含んで、第１の流体導管部材接合面に当接すると共に、バタリング層１３を含む第２の流体導管部材のそれに釣り合う拡大外径Ｄを提供するのに役立っている。第２の流体導管部材１２は、ライナ１２５を含んで、内側壁１２６及び外側壁１２７を提供すると共に内部に流体導管空間１２９を区切っている。流体導管ライナ１１５、１２５は、それぞれの接合前面に対して面取り角度αを備えて、或いは、それぞれの流体導管部材軸に対して角度βで、それぞれの接合面で面取り加工される。第１の流体導管部材１１の接合面では、面取りは、接合面が凸状であるようにされ、それに対して、第２の流体導管部材１２の接合面では、面取りは、下で更に詳細に概説するように、接合面が凹状であり且つ第１の流体導管部材のそれに相補的であるようにされる。更に、各流体導管部材は、自由端部１１４、１２４をそれぞれ含む。
【００３６】
図２は、第１の流体導管部材１１を示す。第１の流体導管部材１１は、述べたように、ライナ１１５を含んで、接合面１１１で周方向に配置した面取り１１３を備えて面取り加工される。面取りは、接合面断面及び流体導管部材軸に対してそれぞれ測定した面取り角度α及びβを備えて配置され、したがって、内側壁１１６は、外側壁１１７よりも接合面で軸方向に更に延びる。第１の導管部材接合面１１１は、そういうことで凸状である。周方向カラー１１８は、バタリング層を含む第１の流体接触部材のそれに基本的に釣り合うために、接合面で第１の流体導管部材１１の外径Ｄを増大させている。
【００３７】
図３は、第２の流体導管部材１２を更に詳細に示す。第２の流体導管部材１２は、ライナ１２５を含んで、接合面１２１で周方向に配置した面取り１２３を備えて面取り加工される。面取りは、接合面断面及び流体導管部材軸に対してそれぞれ測定した面取り角度α及びβを備えて配置され、したがって、外側壁１２７は、内側壁１２６よりも接合面で軸方向に更に延びる。第２の導管部材接合面１２１は、そういうことで凹状である。第２の流体導管部材１２は、バタリング層１３を更に含む。バタリング層１３は、接合面１２１でライナ１２５の面取り上に配置され、更に、接合面に当接する流体導管部材の軸方向スパンに沿って第２の流体導管外側壁１２７の周りにカラーのようにされる。前記のカラーは、接合面で第２の流体接触部材の外径を直径Ｄに増大させている。バタリング層１３は、付加レーザ溶接工程によって作出されてもよかった。溶接後熱処理は、レーザ溶接工程の終了後に第２の流体接触部材に適用されてもよかった。また、バタリング層１３の表面は、バタリング層の寸法精度を保証するために、特に、明確な面取り角度を作り出すために、及び／又は、ライナ１２５の面取りによって提供される面取り角度を維持するために、機械加工されてもよい。バタリング層１３は、特に、第１の流体導管部材接合面のそれに相補的である幾何形状を提供するために機械加工されてもよい。第１及び第２の流体導管部材１１及び１２は、そういうことで、図１に示すように、著しいギャップを少しも伴うことなく、それぞれの接合面が互いに面一に適合するように、配置されてもよい。
【００３８】
さて図４は、完全に組み立てられた流体導管要素を示す。第１及び第２の流体導管部材１１及び１２は、溶接部１４によって接合される。溶接部１４は、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）工程によって形成されてもよかった。前記のＥＢＷ工程は、ライナの接合面全体をカバーするなどのための溶接部１４を作り出すことができる。溶接部１４は、流体導管要素の周囲の周りに均一な層で基本的に延びる。理解されるように、溶接工程は、ライナ自体の間ではなくて、第１の流体導管部材ライナ１１とバタリング層１３の間で実行される。そういうことで、第２の流体導管材料ライナ１２５の材料の微細構造は、溶接工程によって影響を及ぼされない。また、ＥＢＷ工程の特性のおかげで、溶接工程中の流体導管部材ライナ１１５、１２５の中への熱の摂取が最小化される。接合面の幾何形状と、外側からの溶接というよりむしろ利用可能な全溶接表面を含む溶接部のおかげで、引張応力が低減され、及び／又は、圧縮応力が融着領域で誘発される。バタリング層は、第１及び第２の流体導管部材の差別的な熱膨張のための弾性部材として機能することができる。耐疲労性は、そういうことで、従来技術と比較したとき、相当改善される。結果として生じる流体導管部材は、自由端部１１４、１２４を含んで、従来の工程によって、非類似の金属溶接に関係する問題を少しも伴うことなく、それぞれの流体導管部材ライナのそれに類似の材料特性を有するパイプに接合することができる。この点に関して、組み立てられた流体導管要素は、非類似材料境界部要素として機能する。
【００３９】
第１の流体導管部材１１の接合面の面取り角度は、図に示されたように、第２の流体導管部材１２の接合面の面取り角度と同じか又は実質上同じであることが好ましい。
【００４０】
本発明は、例示的な実施形態に照らして概説してきたが、理解されることは、この実施形態が、権利請求した本発明の範囲を限定することを決して意図していないということである。
【符号の説明】
【００４１】
１  流体導管要素、材料境界部要素
１１  第１の流体導管部材
１２  第２の流体導管要素
１３  バタリング層
１４  溶接部
１１１  第１の流体導管部材接合面
１１３  面取り
１１４  第１の流体導管部材自由端部
１１５  第１の流体導管部材ライナ
１１６  第１の流体導管部材内側壁
１１７  第１の流体導管部材外側壁
１１８  カラー
１１９  第１の流体導管部材流体空間
１２１  第２の流体導管部材接合面
１２３  面取り
１２４  第２の流体導管部材自由端部
１２５  第２の流体導管部材ライナ
１２６  第２の流体導管部材内側壁
１２７  第２の流体導管部材外側壁
１２９  第２の流体導管部材流体空間
Ｄ  接合面の外径
α  接合面断面に対して測定した面取り角度
β  軸に対して測定した面取り角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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