(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼ内の溶融合金を、ノズルのスリット状をなす開口からテーパ付き冷却ロールのテーパ面に噴出させて管同士を接合するための円錐台リング状接合材に用いる急冷凝固箔を製造する方法において、θ1 ，θ2 ，φ1 およびφ2 の関係が下式を満足する冷却ロールを用いて製造することを特徴とする円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の製造方法。
ｓｉｎθ1 ＝（φ1 ／φ2 ）×ｓｉｎθ2 
ここで、θ1 ＝冷却ロールのテーパ角
θ2 ＝接合面開先のテーパ角
φ1 ＝鋳造中心位置での冷却ロール径
φ2 ＝管の内径と外径の平均値（平均径）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管等の管同士を接合する際、接合面に挿入される円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管等の管同士の接合手段として、図２に示すような方法がある。すなわち、接合しようとする管１０および管１１の端面を加工し、一方の管１０には凹テーパ１２を、他方の管１１には凸テーパ１３を形成し、両テーパ１２，１３の間に円錐台リング状接合材９を挿入して管１０と管１１を嵌合させ、加熱して接合する方法である。この方法は、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接に比べて安価かつ簡易な方法であり、油井鋼管の現地施工等に採用されている。
【０００３】
円錐台リング状接合材９は、接合対象材中への拡散元素（ボロン等）を含有する合金の急冷凝固箔からなる。従来の円錐台リング状接合材は、シート状の箔材から切り出して製造されるため、切り捨て部分な多く発生し、製造歩留が低いとともに、切り出し作業に時間がかかるという問題があった。
【０００４】
この問題を解消するために本発明者らは、例えば特開平５−１２３８９０号公報により、図１に示すような方法を提案した。すなわち、冷却ロール３の表面にテーパ面２を形成し、このテーパ面２とほぼ平行になるようにスリット５を配置させたるつぼ７から、高速回転する冷却ロール３のテーパ面２に、溶融合金６を噴出させて急冷凝固箔１を製造する方法である。
【０００５】
この方法により、接合すべき管の径および開先形状に合わせた冷却ロールを用いて急冷凝固箔を製造し、得られた急冷凝固箔から管の開先一周分の長さ分を切り出せば、管接合用の円錐台リング状接合材な得られるようになった。つまり、冷却ロール形状を管の径および開先サイズに合わせて選択さえすれば、いかなる径および開先形状にも適合する円錐台リング状接合材が得られるようになった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では用いる冷却ロールの径を、接合する管の径に合わせなければならないから、接合する管の径が例えば１ｍ程度まで大きくなると、必要な冷却ロールの径も１ｍ程度となり、かなり大規模な急冷凝固装置を必要とすることになる。また、管の径の数だけ冷却ロールを準備しなければならない。つまり、実際の接合に用いる円錐台リング状接合材の量はそれほどではないのに、大規模な急冷凝固装置や多くの冷却ロールを必要とするために、製造設備の建設費用な嵩んだり、急冷凝固箔製造の作業性も煩雑になるなどの改善点を有していた。
【０００７】
本発明は、鋼管等の管同士を接合する際、接合面に挿入される円錐台リング状接合材用急冷凝固箔を製造するにあたり、いかなる径およびテーパ角の円錐台リング状接合材の場合でも、小型の急冷凝固箔製造装置で、さらには数少ない冷却ロールで、該円錐台リング状接合材用の急冷凝固箔の製造を可能とする方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の構成を要旨とする。すなわち、
るつぼ内の溶融合金を、ノズルのスリット状をなす開口からテーパ付き冷却ロールのテーパ面に噴出させて管同士を接合するための円錐台リング状接合材に用いる急冷凝固箔を製造する方法において、下記の（１）式を満足する冷却ロールを用いて製造することを特徴とする円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の製造方法である。
ｓｉｎθ1 ＝（φ1 ／φ2 ）×ｓｉｎθ2           …（１）
ここで、θ1 ＝冷却ロールのテーパ角
θ2 ＝接合面開先のテーパ角
φ1 ＝鋳造中心位置での冷却ロール径
φ2 ＝管の内径と外径の平均塙値（平均径）
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の方法を詳細に説明する。
本発明は、例えば径が３００〜４００mm程度の冷却ロールからなる小型の急冷凝固装置を用いて、いかなる後およびテーパ角を有する円錐台リング状接合材の場合でも該円錐台リング状接合材用の急冷凝固箔の製造を可能とする方法である。すなわち、小型の急冷凝固装置でも例えば１ｍ程の大きな径の管を接合するための円錐台リング状接合材に用いる急冷凝固箔の製造を可能とする方法である。
【００１０】
図１、図２を用いて具体的に説明する。例えば、図２に示すように接合面開先のテーパ角がθ2 である凹テーパ１２および凸テーパ１３を有する管１０，１１同士を接合する際、接合材として用いる円錐台リング状接合材９を製造するにあたり、図１に示すような、テーパ角θ1 のテーパ面２を有する冷却ロール３を用いて円錐台リング状接合材用急冷凝固箔１を製造する。得られた該急冷凝固箔１は十分に長い箔で、該急冷凝固箔１を図２の凸テーパ１３に沿って一周分を切り出せば、管１０，１１接合用の円錐台リング状接合材９が得られるというものである。なお、図１に示すように、該急冷凝固箔１は、回転軸４により高速回転している冷却ロール３のテーパ面２上に、るつぼ７に保持した溶融合金６をるつぼ７の下部に設けたスリット５を介して噴出し、冷却ロール３上で鋳造して得る。
【００１１】
但し、これを実現するためには、用いる急冷凝固装置の冷却ロールのテーパ角θ1 と管の接合面開先のテーパ角θ2 との間には前述の（１）式な成り立つようにしなければいけない。すなわち、該急冷凝固箔を接合する際に用いる冷却ロールのテーパ角θ1 を、（１）式を満足するように設定すれば、接合しようとする管の径および接合面開先のテーパ角θ2 において制限なく、いかなる形状でも円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の製造が可能となる。ここで、（１）式中、φ1 は鋳造中心位置での冷却ロール径であり（図１中に図示）、φ2 は接合する管の内径と外径の平均値（図示していない。以下、単に平均径と称す）である。
【００１２】
本発明において冷却ロールのテーパ角θ1 を算出するのに用いる（１）式の意味について図５を用いて説明する。図５に、２つの円錐台リングＡ，Ｂを同一中心線上に重ねて示す。それぞれの円錐台リングの面のテーパ角は図中に示すようにθ1 ，θ2 であり、円錐台リングの中心位置での径はφ1 ，φ2 である（半径はそれぞれ、φ1 ／２，φ2 ／２となる）。また、円錐台Ａ，Ｂののりの長さをそれぞれ、Ｌ1 ，Ｌ2 とする。
【００１３】
ここで、Ｌ1 とＬ2 が等しいと仮定すると、円錐台リングＡを上方へ広げていくと、θ1 がθ2 となったときに円錐台リングＡは円錐台リングＢとなる。すなわち、本発明により得られる急冷凝固箔を円錐台リングＡとみなし、円錐台リング状接合材を円錐台リングＢとみなすと、Ｌ1 とＬ2 を等しくするように設計すれば、円錐台リングＡの形状の急冷凝固箔を製造することにより、円錐台リングＢの形状の円錐台リング状接合材を製造することができる。もちろん、得られる急冷凝固箔は冷却ロール表面を転写した形状となるから、円錐台リングＡの形状の冷却ロールを用いればよいことになる。
【００１４】
よって、図５に示すＬ1 とＬ2 が等しくなるような関係式を満足すればよいことになる。
すなわち、図５に示すように、
Ｌ1 ｓｉｎθ1 ：φ1 ／２
だから、  Ｌ1 ：（φ1 ／２）／ｓｉｎθ1                   …（２）
一方、    Ｌ2 ｓｉｎθ2 ＝φ2 ／２
だから、  Ｌ2 ：（φ2 ／２）／ｓｉｎθ2                   …（３）
ここで、Ｌ1 とＬ2 が等しくなければならないから、
（φ1 ／２）／ｓｉｎθ1 ＝（φ2 ／２）／ｓｉｎθ2 
すなわち、φ1 ：（φ1 ／φ2 ）×ｓｉｎθ2 
となり、（１）式が導かれる。
【００１５】
また、本発明の方法は、小型の急冷凝固装置で大きな径の管用の円錐台リング状接合材用急冷凝固箔を製造することを可能とするだけではなく、逆に小型の急冷凝固製造装置でも製造しにくい小さな径の管用の円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の製造をも可能とする。
【００１６】
例えば２５０mm以下の径の管用の円錐台リング状接合材用急冷凝固箔を前述した従来の製造方法によって製造するには、冷却ロールの径も２５０mm以下としなければならなかった。一般に、冷却ロールの径が小さくなると、急冷凝固箔の製造は困難となる。なぜなら、良好な形状の急冷凝固箔を製造するためにはある程度の冷却速度が必要で、そのためには冷却ロールの回転数を高めて、冷却ロールの表面速度を大きくする必要がある。冷却ロールの径が小さくなると冷却ロールの表面速度を大きくするために、回転数をかなり上げなければならず、冷却ロールの径が２５０mm以下の場合冷却ロールの回転数は数千rpm 以上としなければならなくなる。円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の製造における製造因子の好ましい範囲については後述するが、冷却ロールの回転数をあまり上げると冷却ロールの振れな大きくなったり、遠心力が増加して良好な急冷凝固箔の製造が困難になる。
【００１７】
このような理由から、前述した従来の円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の製造方法では接合しようとする管の径が小さくなると、その管接合用の円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の製造は困難であったが、本発明によれば冷却ロールの径が３００〜４００mmである、つまり急冷凝固箔を製造し易い小型の急冷凝固装置で、径がさらに小さい管用の円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の製造が可能となる。
【００１８】
本発明で言う円錐台リング状接合材には、例えば図３に示すような管１０，１１の開先が垂直な面の場合に用いる水平な形状の接合材９も含まれる。つまり、管の接合面開先のテーパ角θ2 には９０°の場合も含まれる。逆に、この管の接合面開先のテーパ角θ2 の小さく側に関しては、あまり小さくなると開先長さが長くなり、開先の加工上好ましくないので、本発明においてはおよそ５°以上を対象とする。
【００１９】
なお、実際に管を接合する際の作業について簡単に述べると、接合使用とする管の開先に合わせて本発明法により得た円錐台リング状接合材を開先部分に挿入し、例えば１０〜３０ＭＰａ程度の範囲の応力で両側から押しつけ、接合部分を加熱して挿入した円錐台リング状接合材のみを溶かし、しばらくそのまま保持すると接合できる。
【００２０】
次に、本発明により円錐台リング状接合材用急冷凝固箔を急冷凝固装置により製造する際の作業手順および製造因子の好ましい範囲について説明する。該急冷凝固箔を製造する際は、接合しようとする管の平均径（φ2 ）、管の接合面開先のテーパ角（θ2 ）および用いる冷却ロールの鋳造中心位置での径（φ1 ）から、冷却ロールのテーパ角（θ1 ）を前述の（１）式から決め、そのテーパ角でテーパ加工した冷却ロールを準備する。すでにθ1 ’の冷却ロールがあれば、（１）式を満足するように鋳造中心位置φ1 をθ1 ’に合わせて変更する方法でもよい。
【００２１】
実際の鋳造においては図１に示すように、下部にスリット５を有するるつぼ７に用いる合金を挿入し、高周波誘導加熱（図１には図示していない）などにより合金を溶解する。合金溶解前に予め、スリット５と冷却ロール３のテーパ２とのギャップを所定の値にセットし、一旦冷却ロール３のテーパ面２から上方に離しておく。合金溶解後、予めセットしたギャップの位置までるつぼ７を降ろし、スリット５から溶融合金６を冷却ロール３のテーパ面２に噴出する。この時冷却ロール３は所定の速度で回転させておく。そうすることにより、急冷凝固箔１が形成される。急冷凝固箔１を剥離用ノズル８で冷却ロール３のテーパ面２から剥離してやれば、連続して鋳造が可能で、鋳造後にはかなり長い１本の急冷凝固箔１が得られる。
【００２２】
ここで、スリットと冷却ロールのテーパ面とのギャップは０．０５〜３mmの範囲が好ましく、急冷凝固箔の板厚や合金の種類あるいはその他の製造条件に応じて、上記の範囲で最適な値を選ぶことができる。溶融合金の噴出圧力は０．０１〜３kg／cm2 、冷却ロールのテーパ面の平均表面速度（テーパ面故冷却ロールの幅方向で表面速度な異なる）は５〜５０ｍ／秒の範囲が好ましい。これらの条件も目的とする急冷凝固箔の板厚や合金の種類、さらにはその他の製造条件に合わせて最適な値を選択する。
【００２３】
もちろん、図４に示すように冷却ロールのサイドの面を用いて鋳造する場合も、同様の手順で鋳造を行う。この時の製造因子の好ましい範囲も前述の範囲と同様である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２４】
【実施例１】
図２に示すような７０°開先を有する鋼管同士（鋼管サイズ：外径９１３mm、内径８７３mm、肉厚２０mm）を接合するための円錐台リング状接合材を得るために、図１に示すような直径が４００mm程度の小型テーパ付き冷却ロールを用いて急冷凝固箔の製造を行った。
【００２５】
用いた冷却ロールはテーパ角（θ1 ）が２５°、長径４１３mm、短径３８０mm、幅３５mmの銅製の冷却ロールであった。なお、冷却ロールのテーパ角（θ1 ）は前述の（１）式を用い、冷却ロールの鋳造中心位置での直径（φ1 ）、管の平均径（φ2 ）および開先のテーパ角（θ2 ）をそれぞれ、４０１．５mm，８９３mmおよび７０°として算出した値である。冷却ロール３を１２００rpm （表面速度でおよそ２５ｍ／ｓ）の速さで高速回転させ、るつぼ７から、重量２００ｇのＦｅ−９wt％Ｓｉ−１．５wt％Ｂからなる組成の溶融合金６を、噴出圧０．２kg／cm2 で、スリット５（スリットサイズ：０．６mm×２２mm）からテーパ面２に噴出した。噴出位置は、冷却ロール３のテーパ面の径が４０１．５mmのところに、スリットの中心部が位置するようにした。また、スリット５と冷却ロール３のテーパ面２とのギャップは０．２mmとした。
【００２６】
結果として、１枚の急冷凝固箔１が得られた。得られた急冷凝固箔１の幅は２２mm、厚さはおよそ２０μｍであった。この急冷凝固箔１を、鋼管の７０°開先の周長に合わせて１周長さ分を切り出したところ、円錐台リング状の接合材となり、この鋼管接合用として長さ、幅、傾きのすべての寸法が一致した。
【００２７】
この結果から、大きな径の鋼管接合用の円錐台リング状接合材用の急冷凝固箔を、小型の冷却ロールからなる急冷凝固装置で製造できることを確認できた。
【００２８】
【実施例２】
図３に示すような９０°開先を有する鋼管同士（鋼管サイズ：外径８１８mm、内径７８２mm、肉厚１８mm）を接合するための水平リング状接合材を得るために、図１に示すような直径が４００mm程度の小型テーパ付き冷却ロールを用いて急冷凝固箔の製造を行った。
【００２９】
用いた冷却ロールはテーパ角（θ1 ）が３０°、長径４２０mm、短径３８０mm、幅３５mmの銅製の冷却ロールであった。なお、冷却ロールのテーパ角（θ1 ）は前述の（１）式を用い、冷却ロールの鋳造中心位置での直径（φ1 ）、管の平均径（φ2 ）および開先のテーパ角（θ2 ）をそれぞれ、４００mm，８００mmおよび９０°として算出した値である。冷却ロール３を１２００rpm の速さで高速回転させ、るつぼ７から、重量２００ｇのＦｅ−９wt％Ｓｉ−１．５wt％Ｂからなる組成の溶融合金６を、噴出圧０．２kg／cm2 で、スリット５（スリットサイズ：０．６mm×２０mm）からテーパ面２に噴出した。噴出位置は、冷却ロール３のテーパ面の幅方向中央部に、スリットの中心部が位置するようにした。ギャップは０．３mmとした。
【００３０】
結果として、１枚の急冷凝固箔１が得られた。得られた急冷凝固箔１の幅は２０mm、厚さはおよそ２０μｍであった。この急冷凝固箔１を、鋼管の９０°開先の周長に合わせて１周長さ分を切り出したところ、水平リング状の接合材となり、この鋼管接合用として長さ、幅、傾きのすべての寸法が一致した。
【００３１】
この結果から、大きな径の鋼管接合用の水平リング状接合材用の急冷凝固箔を、小型の冷却ロールからなる急冷凝固装置で製造できることが確認できた。
【００３２】
【実施例３】
図２に示すような４５°開先を有する鋼管同士（鋼管サイズ：外径２５８mm、内径２３８mm、肉厚１０mm）を接合するための円錐台リング状接合材を得るために、図４に示すような直径が４００mm程度の冷却ロール３を用いて急冷凝固箔１の製造を行った。
【００３３】
径４００mm、幅３５mmの銅製の冷却ロールを用い、鋳造は冷却ロール３の側面、冷却ロールの中心から半径１７５mmの位置を中心として行った（冷却ロールのテーパ角：９０°）。なお、冷却ロールのテーパ角（θ1 ）は前述の（１）式を用い、冷却ロールの鋳造中心位置での直径（φ1 ）、管の平均径（φ2 ）および開先のテーパ角（θ2 ）をそれぞれ、３５０mm，２４８mmおよび４５°として算出した値である。冷却ロール３を１４００rpm （表面速度でおよそ２６ｍ／ｓ）の速さで高速回転させ、るつぼ７から、重量２００ｇのＦｅ−９wt％Ｓｉ−１．５wt％Ｂからなる組成の溶融合金６を、噴出圧０．２kg／cm2 で、スリット５（スリットサイズ：０．６mm×１５mm）からテーパ面２に噴出した。ギャップは０．２mmとした。急冷凝固箔１の回収は、受台１４を受台回転軸１６で受棒１５を中心に回転させて連続的に行った。
【００３４】
結果として、１枚の急冷凝固箔１が得られた。得られた急冷凝固箔１の幅は１５mm、厚さはおよそ２０μｍであった。この急冷凝固箔１を、鋼管の４５°開先の周長に合わせて１周長さ分を切り出したところ、円錐台リング状の接合材となり、この鋼管接合用として長さ、幅、傾きのすべての寸法が一致した。
【００３５】
この結果から、急冷凝固箔の製造が困難な小さな径の鋼管において、鋼管接合用の円錐台リング状接合材用の急冷凝固箔を、通常の冷却ロールからなる急冷凝固装置で製造できることが確認できた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼管等の管同士を接合する際に挿入されるリング状接合材用の急冷凝固箔を、管の径および開先の形状に依らず、小型の急冷凝固装置で歩留良く製造できるようになったことから、設備費が削減されかつ作業性の改善も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す模式図である。
【図２】本発明により製造した接合箔を用いて管を接合する様子を示す模式図である。
【図３】本発明により製造した水平リング状接合箔を用いて管を接合する様子を示す模式図である。
【図４】水平リング状接合箔用の急冷凝固箔を製造するプロセスを示す模式図である。
【図５】本発明における（１）式の意味を説明する模式図である。
【符号の説明】
１：急冷凝固箔
２：テーパ面
３：冷却ロール
４：回転軸
５：スリット
６：溶融合金
７：るつぼ
８：剥離用ノズル
９：円錐台リング状接合材
１０，１１：管
１２：凹テーパ
１３：凸テーパ
１４：受台
１５：受棒
１６：受台回転軸
Ａ，Ｂ：円錐台
【図１】
0003902326.tif 000002
【図２】
0003902326.tif 000003
【図３】
0003902326.tif 000004
【図４】
0003902326.tif 000005
【図５】
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