(57)【要約】【課題】チタンおよびチタン合金からなる接合管のマッシュシーム接合方法として、従来に比べて溶接欠陥の発生を抑止し、高品質な接合部が得られるチタンおよびチタン合金の接合管のマッシュシーム接合方法を提供する。【解決手段】チタン板またはチタン合金板を管状に成形し、両端部の一部を重ね合わせた後、該重ね合わせ部を接合するマッシュシーム接合方法において、管外面に接触するように回転型電極を配置し、管内面に接触するように、長さが管全長以上で、かつ外径が管内径の１／２以上、管内径未満である金属棒を配置し、前記回転型電極を回転移動させて前記重ね合わせ部を接合することを特徴とするチタンまたはチタン合金管のマッシュシーム接合方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン板またはチタン合金板を管状に成形し、両端部の一部を重ね合わせた後、該重ね合わせ部を接合するマッシュシーム接合方法において、管外面に接触するように回転型電極を配置し、管内面に接触するように、長さが管全長以上で、かつ外径が管内径の１／２以上、管内径未満である金属棒を配置し、前記回転型電極を回転移動させて前記重ね合わせ部を接合することを特徴とするチタンまたはチタン合金管のマッシュシーム接合方法。
【請求項２】
前記金属棒が銅からなることを特徴とする請求項１に記載のチタンまたはチタン合金管のマッシュシーム接合方法。
【請求項３】
前記管内径が１０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のチタンまたはチタン合金管のマッシュシーム接合方法。
【請求項４】
前記管全長が０．２ｍ以上、３０ｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のチタンまたはチタン合金管のマッシュシーム接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力・原子力発電プラントの復水器、多段蒸発式海水淡水化プラントの伝熱管、石油精製や石油化学プラントの熱交換器等に多く用いられるチタンおよびチタン合金板からなる接合管のマッシュシーム接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に火力・原子力発電プラントの復水器、多段蒸発式海水淡水化プラントの伝熱管、石油精製や石油化学プラントの熱交換器等に多く用いられるチタンおよびチタン合金からなる接合管を製造する方法としてＴＩＧ溶接方法が多く用いられている。
チタン板およびチタン合金板を未溶融電極型のＴＩＧアーク溶接して溶接管を製造するとき、図３に示すように、アルゴンガス雰囲気下で被溶接物（試験体１）の端面を突き合わせて、被溶接物（試験体１）に対向するように配置されたタングステン電極６との間にアーク放電８を発生させて、そのとき発生する熱で被溶接物（試験体１）を突合せ溶接する。ＴＩＧアーク溶接は、簡易で高品質な溶接継手が得られるため、薄鋼板特にステンレス薄板の溶接に最適であり、いわんや、大気中で高温・酸化雰囲気にさらされると容易に酸化してしまうチタン板およびチタン合金板の溶接にも適合している。
しかし、ＴＩＧアーク溶接はあくまで溶融溶接であり、アンダーカットを抑制し良好な溶接を確保するためには溶接速度に上限があり生産性が低く、溶接コストが管のコストを大きく押し上げている。しかも、ギャップ等のくいちがいによる開先変動に敏感でギャップが広すぎると溶け落ちが発生しやすい、また開先性状によってはアルゴンガス起因のブローホールが発生しやすいという欠点があり、歩留まりの悪さがそのまま管のコストを一層高いものにしている。
【０００３】
現在、溶け落ちについては目視で外観検査を行い、ブローホールについてはＸ線透過試験を行うことで、不良品を選別し除外して良品のみを出荷することで対応している。しかし、１００％不良品を除外できるかといえば確定的ではない。検査精度を上げようとすると検査費用がかさむ等の問題があり、製品の品質保証のために何らかの方策が求められている。
一方、図２に示すように、従来から飲料スティール缶などの直径：約５０ｍｍ以上、缶長さ：約２００ｍｍ以下、板厚約０．３ｍｍ程度のブリキ接合缶を接合する方法として、マッシュシーム接合方法が多く用いられている。このマッシュシーム接合方法は、ある間隔で重ねあわされた接合缶１を一対の電極輪（上電極輪２、下電極輪３）で挟み込むことで通電路を確保し、抵抗発熱で温度上昇させて塑性流動により圧潰させる固相接合である。この際、抵抗発熱を司る電流密度と塑性流動を司る加圧力密度が接合を左右するパラメータとなるが、一定の溶接電流、加圧力のもとでこれらのパラメータをともに支配するのが重ね代である。この重ね代および電極輪の加圧力の管理がマッシュシーム接合現象を左右する。
【０００４】
また、特許文献１および２等で、チタン板およびチタン合金板をマッシュシーム接合する方法も知られているが、これらの方法はいずれも鋼板を突合せ溶接して作製した接合継手をプレス成形加工する、自動車用テーラードブランク材の接合に関するものである。
しかし、火力・原子力発電プラントの復水器、多段蒸発式海水淡水化プラントの伝熱管、石油精製や石油化学プラントの熱交換器等に多く用いられるチタンおよびチタン合金板からなる接合管は、内径が３０ｍｍ程度と小さく、かつ管長さが１５ｍｍ程度と長い。このような接合管へのマッシュシーム溶接方法の適用を考えたとき、接合管の内部に、少なくとも接合管内径より小さな下電極輪３を挿入する必要があるが、良好な接合を行なうためには下電極３を小さくするのには限界があった。例えば、下電極３を小さくなるほど都合時の加圧力不十分となり十分な圧接がされず、最悪、接合できない事態となる。したがって、このような管内径の小さい熱交換器用チタン管等の接合に従来のマッシュシーム溶接方法を適用することは困難であった。
【特許文献１】特願２００２−１１１９６８号公報
【特許文献２】特願２０００−２９０８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、火力・原子力発電プラントの復水器、多段蒸発式海水淡水化プラントの伝熱管、石油精製や石油化学プラントの熱交換器等に多く用いられるチタンおよびチタン合金からなる接合管のマッシュシーム接合方法として、従来に比べて溶接欠陥の発生を抑止し、高品質な接合部が得られるチタンおよびチタン合金の接合管のマッシュシーム接合方法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】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）チタン板またはチタン合金板を管状に成形し、両端部の一部を重ね合わせた後、該重ね合わせ部を接合するマッシュシーム接合方法において、管外面に接触するように回転型電極を配置し、管内面に接触するように、長さが管全長以上で、かつ外径が管内径の１／２以上、管内径未満である金属棒を配置し、前記回転型電極を回転移動させて前記重ね合わせ部を接合することを特徴とするチタンまたはチタン合金管のマッシュシーム接合方法。
（２）前記金属棒が銅からなることを特徴とする（１）に記載のチタンまたはチタン合金管のマッシュシーム接合方法。
（３）前記管内径が１０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載のチタンまたはチタン合金管のマッシュシーム接合方法。
（４）前記管全長が０．２ｍ以上、３０ｍ以下であることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載のチタンまたはチタン合金管のマッシュシーム接合方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、火力・原子力発電プラントの復水器、多段蒸発式海水淡水化プラントの伝熱管、石油精製や石油化学プラントの熱交換器等に多く用いられるチタンおよびチタン合金からなる接合管をマッシュシーム接合方法を用いて接合する際に、溶接欠陥の発生を抑止し、高品質の接合部が安定して得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の実施形態を図を用いて説明する。
本発明では、火力・原子力発電プラントの復水器、多段蒸発式海水淡水化プラントの伝熱管、石油精製や石油化学プラントの熱交換器等に多く用いられるチタンまたはチタン合金からなる接合管のように、内径５０ｍｍ以下で長さが２００ｍｍ以上の小径・長尺の接合管を高品質で接合するために、図１に示すように、従来のマッシュシーム接合方法で下電極５に用いられていた回転型電極を固定型棒状電極（下電極棒５）に変えることにより給電と剛性の確保を両立させることを考案した。つまり、本発明では、チタン板またはチタン合金板を管状に成形（試験体１）し、両端部の一部を重ね合わせた後、該重ね合わせ部を接合するマッシュシーム接合方法において、管外面に接触するように回転型電極（上電極輪１）を配置し、管内面に接触するように、長さが管全長以上で、かつ外径が管内径の１／２以上、管内径未満である金属棒（下電極棒５）を配置し、前記回転型電極を回転移動させて前記重ね合わせ部を接合することを特徴とする。なお、図１中の溶接電源は、上電極輪１と下電極棒５に接続され、接合時に上電極輪１と下電極棒５と接触している試験体１間に通電し、加圧された状態で重ね合わせ部を加熱し圧接するために用いられる。
【０００９】
本発明において、固定型電極である金属棒の長さは、溶接時に回転型電極（上電極輪１）と金属棒（下電極棒５）に接触している管の重ね合わせ部に安定して通電し、良好な加圧接合を行なうためには、その長さを管全長以上とする必要がある。
また、上記金属棒の外径は、管内径の１／２未満となると、マッシュシーム接合時に上電極からの加圧時に管の溶接変形を弾性範囲内に収めることができなくなるので、上記金属棒の（下電極棒５）の外径の下限を実質上の限界である管内径の１／２とした。一方、金属棒（下電極棒５）の外径の上限は、製造する管内径に応じてきめられ、管内部に挿入でききる金属棒の最大外径として、管内径未満とした。
従来のマッシュシームにおいて回転型電極を下電極として用いて管径が小さい管を接合する場合には、下電極としての回転型電極の回転半径が小さくなるために、管の全長が２００ｍｍ以上となると、片持ち梁方式で接合するためには充分な剛性が得られず、下電極としての回転型電極を支える片持ち梁が撓んでマッシュシーム接合が不可能になる。
【００１０】
これに対して、上記の本発明方法により、たとえば最小内径１０ｍｍ、最大長さ３０ｍの小径・長尺接合管を溶接する際に従来に比べて溶接欠陥の発生や溶接変形を抑止し、高品質な接合部が得られるチタンまたはチタン合金管の製造が可能となる。
本発明方法において接合の対象とする管内径の下限は、工業的に製造可能な最小サイズを考慮して１０ｍｍとした。一方、管内径の上限は、従来のマッシュシーム溶接方法では接合部の品質向上効果が期待できず、本発明法により接合部の品質向上効果が十分に発揮されるサイズの上限として５０ｍｍとした。
本発明方法において接合の対象とする管全長の上限は特に無いが工業的に意味のあるものとして３０ｍを設定した。一方、管全長の下限は工業的に製造可能な最小サイズと、従来のマッシュシーム溶接方法では接合部の品質向上効果が期待できず、本発明法により接合部の品質向上効果が十分に発揮されるい最小サイズを考慮して、管全長の下限を２００ｍｍとした。
また、本発明において上記金属棒（下電極棒５）の素材としてはマッシュシーム溶接用の電極としての通電加熱の機能上、熱伝導率が高く、高温強度な特性と有する銅が好ましい。
【実施例】
【００１１】
以下に実施例により本発明法の効果を説明する。
表１に示される板厚０．５ｍｍのチタン板を管状に成形した後、表１および２に示される接合条件で本発明および従来の各マッシュシーム接合、ＴＩＧ溶接をおこなった。なお、各マッシュシーム接合は表１に示す重ね代で重ね合わせ接合を行い、ＴＩＧ溶接は突合せ溶接をおこなった。表２には接合時の溶け落ちの発生数および接合管の接合部中のブローホール欠陥発生率および管形状不良発生状況を測定した結果も示す。
【表１】
2005279664.tif 000002
【００１２】
なお、ブローホールについては、Ｘ線透過写真から発生状況とサイズを判別し、そのサイズがほぼ０．１ｍｍであることが確認できたので、接合線単位長さあたりの発生個数で評価した。また、溶け落ちについては、外観試験で発生状況を把握し、接合線単位長さあたりの発生個数で評価した。
実施Ｎｏ.１、２、６、７、１１および１２は、本発明で規定する条件を満足する条件でマッシュシーム接合をしたため、いずれの場合も接合時の溶け落ちの発生はなく、接合部のブローホール欠陥の発生もなく、良好な接合部を有するチタン管がえられた。
一方、実施Ｎｏ.３、８および１３は、本発明で規定する下電極である金属棒の外径の下限から低く外れた条件でマッシュシーム接合をしたため、いずれの場合も接合時の溶け落ちや接合部のブローホール欠陥は発生しなかったが、管が塑性変形したまま戻らず真円度を確保できず形状不良となった。
実施Ｎｏ.４、９および１４は、従来の下電極として回転型電極を用いて（金属棒を用いない）マッシュシーム接合をしたため、都合時に片持ち梁が撓んで電極との接触不良となり十分な通電路を確保できず、圧着接合が不可能となった。
実施Ｎｏ.５、１０および１５は、従来のＴＩＧ溶接法を用いて接合をしたため、溶接部の溶け落ちおよび接合部のブローホール欠陥発生率が高くなり、接合部の品質不良が生じた。
【表２】
2005279664.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるチタン板およびチタン合金板のマッシュシーム接合で小径の接合管を製造するため下電極に金属棒を用いる態様を示す図である。
【図２】従来用いられてきたマッシュシーム接合による接合管を製造する態様を示す図である。
【図３】従来用いられてきた溶融接合であるＴＩＧアーク溶接により、チタン板およびチタン合金板の溶接管を製造する態様を示す図である。
【符号の説明】
【００１４】
１  試験体
２  上電極輪
３  下電極輪
４  溶接電源
５  下電極棒
６  タングステン電極
７  溶接電源
８  アーク
【図１】
2005279664.tif 000004
【図２】
2005279664.tif 000005
【図３】
2005279664.tif 000006