(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温で使用される難溶接性材料からなる一対の配管のうち一方の配管を希土類酸化物粒子分散強化型合金で形成するとともに、前記一対の配管のうちいずれか一方の端部の肉厚を他方の配管よりも肉厚とし、かつ前記一対の配管の端部のうち一方の端部にテーパー状のメスネジ加工を施し他方の端部にテーパー状のオスネジ加工を施して前記一対の配管を互いにテーパーネジ結合する工程と、
テーパーネジ結合された配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみをシール溶接加工であるシール手段によりシールする工程とを具え、
もって、高温で使用される難溶接性材料からなる配管を互いにネジ構造として、前記配管結合部の機械的強度を確保するとともに、前記配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみを前記シール手段によりシールして前記配管結合部の気密性を確保するようにしたことを特徴とする高温で使用される難接合性配管の連結方法。
【請求項２】
高温で使用される難溶接性材料からなる一対の配管のうち一方の配管を希土類酸化物粒子分散強化型合金で形成するとともに、前記一対の配管のうちいずれか一方の端部の肉厚を他方の配管よりも肉厚とし、かつ前記一対の配管の端部のうち一方の端部にテーパー状のメスネジ加工を施し他方の端部にテーパー状のオスネジ加工を施して前記一対の配管を互いにテーパーネジ結合する工程と、
テーパーネジ結合された配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみをロウ接合であるシール手段によりシールする工程とを具え、
もって、高温で使用される難溶接性材料からなる配管を互いにネジ構造として、前記配管結合部の機械的強度を確保するとともに、前記配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみを前記シール手段によりシールして前記配管結合部の気密性を確保するようにしたことを特徴とする高温で使用される難接合性配管の連結方法。
【請求項３】
高温で使用される難溶接性材料からなる一対の配管のうち一方の配管を希土類酸化物粒子分散強化型合金で形成するとともに、前記一対の配管のうちいずれか一方の端部の肉厚を他方の配管よりも肉厚とし、かつ前記一対の配管の端部のうち一方の端部にテーパー状のメスネジ加工を施し他方の端部にテーパー状のオスネジ加工を施して前記一対の配管を互いにテーパーネジ結合する工程と、
テーパーネジ結合された配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみを固相／液相拡散接合であるシール手段によりシールする工程とを具え、
もって、高温で使用される難溶接性材料からなる配管を互いにネジ構造として、前記配管結合部の機械的強度を確保するとともに、前記配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみを前記シール手段によりシールして前記配管結合部の気密性を確保するようにしたことを特徴とする高温で使用される難接合性配管の連結方法。
【請求項４】
高温で使用される難溶接性材料からなる一対の配管のうち一方の配管を希土類酸化物粒子分散強化型合金で形成するとともに、前記一対の配管のうちいずれか一方の端部の肉厚を他方の配管よりも肉厚とし、かつ前記一対の配管の端部のうち一方の端部にテーパー状のメスネジ加工を施し他方の端部にテーパー状のオスネジ加工を施して前記一対の配管を互いにテーパーネジ結合する工程と、
テーパーネジ結合された配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみをパルス通電焼結接合であるシール手段によりシールする工程とを具え、
もって、高温で使用される難溶接性材料からなる配管を互いにネジ構造として、前記配管結合部の機械的強度を確保するとともに、前記配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみを前記シール手段によりシールして前記配管結合部の気密性を確保するようにしたことを特徴とする高温で使用される難接合性配管の連結方法。
【請求項５】
前記希土類酸化物粒子分散強化型合金は希土類酸化物粒子分散強化型鉄基合金であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のうちいずれか一項に記載の高温で使用される難接合性配管の連結方法。
【請求項６】
前記一対の難溶接性材料の配管のうち、他方の配管はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ耐熱合金で形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のうちいずれか一項に記載の記載の高温で使用される難接合性配管の連結方法。
【請求項７】
高温で使用される難溶接性材料からなる一対の配管であって、一方の配管が希土類酸化物粒子分散強化型合金で形成されるとともに、いずれか一方の配管の端部の肉厚を他方の配管よりも肉厚とし、しかも前記一対の配管の端部のうち一方の端部にテーパー状のメスネジ加工が施され他方の端部にテーパー状のオスネジ加工が施されて互いがテーパーネジ結合された一対の配管と、
テーパーネジ結合された配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみをシールするシール溶接加工であるシール手段とを具え、
前記高温で使用される難溶接性材料からなる配管を互いにネジ構造で結合することにより配管結合部の機械的強度を確保するとともに、配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみを前記シール手段によりシールして、配管結合部の気密性を確保するようにしたことを特徴とする高温で使用される難接合性配管の連結構造。
【請求項８】
高温で使用される難溶接性材料からなる一対の配管であって、一方の配管が希土類酸化物粒子分散強化型合金で形成されるとともに、いずれか一方の配管の端部の肉厚を他方の配管よりも肉厚とし、しかも前記一対の配管の端部のうち一方の端部にテーパー状のメスネジ加工が施され他方の端部にテーパー状のオスネジ加工が施されて互いがテーパーネジ結合された一対の配管と、
テーパーネジ結合された配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみをシールするロウ接合であるシール手段とを具え、
前記高温で使用される難溶接性材料からなる配管を互いにネジ構造で結合することにより配管結合部の機械的強度を確保するとともに、配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみを前記シール手段によりシールして、配管結合部の気密性を確保するようにしたことを特徴とする高温で使用される難接合性配管の連結構造。
【請求項９】
高温で使用される難溶接性材料からなる一対の配管であって、一方の配管が希土類酸化物粒子分散強化型合金で形成されるとともに、いずれか一方の配管の端部の肉厚を他方の配管よりも肉厚とし、しかも前記一対の配管の端部のうち一方の端部にテーパー状のメスネジ加工が施され他方の端部にテーパー状のオスネジ加工が施されて互いがテーパーネジ結合された一対の配管と、
テーパーネジ結合された配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみをシールする固相／液相拡散接合であるシール手段とを具え、
前記高温で使用される難溶接性材料からなる配管を互いにネジ構造で結合することにより配管結合部の機械的強度を確保するとともに、配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみを前記シール手段によりシールして、配管結合部の気密性を確保するようにしたことを特徴とする高温で使用される難接合性配管の連結構造。
【請求項１０】
高温で使用される難溶接性材料からなる一対の配管であって、一方の配管が希土類酸化物粒子分散強化型合金で形成されるとともに、いずれか一方の配管の端部の肉厚を他方の配管よりも肉厚とし、しかも前記一対の配管の端部のうち一方の端部にテーパー状のメスネジ加工が施され他方の端部にテーパー状のオスネジ加工が施されて互いがテーパーネジ結合された一対の配管と、
テーパーネジ結合された配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみをシールするパルス通電焼結接合であるシール手段とを具え、
前記高温で使用される難溶接性材料からなる配管を互いにネジ構造で結合することにより配管結合部の機械的強度を確保するとともに、配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみを前記シール手段によりシールして、配管結合部の気密性を確保するようにしたことを特徴とする高温で使用される難接合性配管の連結構造。
【請求項１１】
前記希土類酸化物粒子分散強化型合金は希土類酸化物粒子分散強化型鉄基合金であることを特徴とする請求の範囲第７項乃至第１０項のうちいずれか一項に記載の記載の高温で使用される難接合性配管の連結構造。
【請求項１２】
前記一対の難溶接性材料の配管のうち、他方の配管はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ耐熱合金で形成されていることを特徴とする請求の範囲第７項乃至第１０項のうちいずれか一項に記載の高温で使用される難接合性配管の連結構造。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、石油精製プラント、石油化学プラント、発電プラント、製鉄プラント、原子力施設、ＬＮＧプラント、航空宇宙産業等の高温下で使用される加熱管あるいは高温のプロセス配管など、高温状況下で使用される難接合性材料からなる配管の連結方法及び構造に関する。
背景技術
上述した各プラント等の設備において、高温下で使用される配管の材質は、高融点、高温強度という物性に優れる一方、互いに連結する際の溶融接合（溶接）が難しく、また連結しても高温使用状態において十分な接合強度が得られない場合が多い。
このため、難溶接材の配管を連結する際、難溶接材に対しロウ接合、固相/液相拡散接合、摩擦圧接、パルス通電焼結法など母材を溶融しない接合方法が開発されているが、高温における機械的強度が低く、また適用可能である材料や形状が限定されていたり、実験室レベルの域を超えていない技術が多く、これらの接合方法では、難溶接材の配管を連結するには至らないのが現状である。即ち、これらの接合方法は、常温強度、シール性という観点からみて、常温付近で使用するに耐える接合は可能であるが、目的とする高温における使用に耐える接合がないのが現状である。
一方、配管の連結に関して、従来ではネジ構造による配管の結合もある。
このネジ構造による配管結合は、−５０℃〜室温〜３００℃位の温度範囲では、石油採掘現場における油井管の継ぎ手として実用に供されているが、材料がクリープ変形を生じるような高温環境下、つまりクリープ領域では、ネジ部の高温変形量が大きいことから、シール性および強度の観点で、高温下での使用は考えられないとされていた。
この発明は上述した事情に鑑み、これまで難接合性という点で配管の連結に用いられていなかった素材の配管を、配管の連結に適用できるようにした、高温で使用される難接合性配管の連結方法及び構造を提供することを目的としている。
発明の開示
本発明の高温で使用される難接合性配管の連結方法では、高温で使用される難溶接性材料からなる配管の端部にメスネジあるいはオスネジ加工して配管を互いにネジ結合する工程と、ネジ結合された配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみをシール手段によりシールする工程とを具え、これにより高温で使用される難溶接性材料からなる配管を互いにネジ構造で結合することにより配管結合部の機械的強度を確保するとともに、配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみをシール手段によりシールして、配管結合部の気密性を確保するようにしている。
また本発明の高温で使用される難接合性配管の連結構造では、端部にメスネジあるいはオスネジ加工が施された高温で使用される難溶接性材料からなる配管と、ネジ結合された配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみをシールするシール手段とを具え、前記高温で使用される難溶接性材料からなる配管を互いにネジ構造で結合することにより配管結合部の機械的強度を確保するとともに、配管結合部の内外面、あるいは内面のみ、あるいは外面のみを前記シール手段によりシールして、配管結合部の気密性を確保するようにしている。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明に係わる高温で使用される難接合性配管の連結方法及び構造の一実施例を示す配管結合部の要部拡大図。
第２図は、他の実施例を示す配管結合部の要部拡大図。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明に係わる高温で使用される難接合性配管の連結方法及び構造の一実施例を詳述する。
図１は、この発明に係わる配管連結方法及び構造の第１実施例を示す配管結合部１の要部断面図で、この配管結合部１内にはナフサ等の加熱流体が通過し、その際、管壁温度は室温から約１１００℃まで上昇するものである。
この配管結合部１は、一端がオスネジ２ａに機械加工された肉厚であって長さの短い配管２と、一端がメスネジ３ａに機械加工された配管３とからなり、これら各一端がネジ加工された配管２と配管３とがそれぞれネジ結合して配管結合部１を構成している。
また、上述したオスネジ２ａ及びメスネジ３ａの各ネジ形状は、ＡＰＩ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ５Ｂに準拠したテーパーネジである。
また各配管２、３の材質のうち、一端がオスネジ２ａに機械加工された肉厚の配管２の材質は、従来から使用されているＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ耐熱合金であり、また、一端３ａがメスネジ３ａに機械加工された配管３の材質は、優れた高温特性を持つ難溶接材料である希土類酸化物粒子分散強化型鉄基合金である。
一方、この発明の連結方法及び構造では、ネジ結合された配管結合部１の内外面の気密性を確保するため、シール手段を用いて配管結合部１の内外面に存在する両管２、３の接合部４、５を密封している。
このシール手段の一例としては、実施例に記載したシール溶接加工であり、内周面の円周方向に沿って形成された接合部４の凹部６を第１溶接材料７である、配管３の材質組成のうち酸化物を含まない共金組成の合金あるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ耐熱合金の溶接に用いる共金合金で溶接し、また外周面の円周方向に沿って形成された接合部５の凹部８を第２溶接材料９である配管３の材質組成のうち酸化物を含まない共金組成の合金あるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ耐熱合金の溶接に用いる共金合金で溶接している。
このような連結方法及び構造により連結した一対の配管２、３の配管連結部１に対して以下の（１）乃至（５）の強度試験を行ったところ、いずれの試験結果についても、配管結合部１は配管２あるいは配管３よりも強度が高く、かつシール性についても良好な結果を得ることができた。
（１）１１００℃における高温引張り試験、
（２）１１００℃における高温クリープ試験
（３）常温バースト試験
（４）９５０℃における内圧クリープ試験
（５）９５０℃と２００℃との昇温降温を繰り返す熱サイクル試験（２５回）
次に第２実施例について詳述する。
図２は、この発明に係わる配管連結方法及び構造の第２実施例を示す配管結合部１０の要部断面図で、この配管結合部１０内にも上述した第１実施例と同様にナフサ等の加熱流体が通過し、その管壁温度は室温から約１１００℃まで上昇する。
この配管結合部１０は、一端がメスネジ１２ａに機械加工された肉厚であって長さの短い配管１２と、一端がオスネジ１３ａに機械加工された配管１３とからなり、これら一端がネジ加工された配管１２と配管１３とがそれぞれネジ結合して配管結合部１０を構成している。
また、上述したメスネジ１２ａ及びオスネジ１３ａの各ネジ形状も上述した第１実施例と同様に、ＡＰＩ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ５Ｂに準拠したテーパーネジである。
また各配管１２、１３の材質のうち、一端がメスネジ１２ａに機械加工された肉厚の配管１２の材質は、従来から使用されているＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ耐熱合金であり、また、一端がオスネジ１３ａに機械加工された配管１３の材質は、優れた高温特性を持つ難溶接材料である希土類酸化物粒子分散強化型鉄基合金である。
そして、この第２実施例でも、ネジ結合された配管結合部１０の内外面の気密性を確保するため、シール手段を用いて配管結合部１０の内外面に存在する両管１２、１３の接合部１５、１６を密封している。
このシール手段も上述した第１実施例と同様に、シール溶接加工であり、内周面の円周方向に沿って形成された接合部１６の凹部１７を第１溶接材料１８である配管１３の材質組成のうち酸化物を含まない共金組成の合金あるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ耐熱合金の溶接に用いる共金合金で溶接し、また外周面の円周方向に沿って形成された接合部１５の凹部１８を第２溶接材料１９である配管１３の材質組成のうち酸化物を含まない共金組成の合金あるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ耐熱合金の溶接に用いる共金合金で溶接している。
このような連結方法及び構造により連結した一対の配管１２、１３の配管結合部１０に対しても第１実施例と同様に、以下の（１）乃至（５）の強度試験を行ったところ、いずれの試験結果についても、配管結合部１０は配管１２あるいは配管１３よりも強度が高く、かつシール性についても良好な結果を得ることができた。
（１）１１００℃における高温引張り試験、
（２）１１００℃における高温クリープ試験
（３）常温バースト試験
（４）９５０℃における内圧クリープ試験
（５）９５０℃と２００℃との昇温降温を繰り返す熱サイクル試験（２５回）
なお、上述した連結方法及び構造では、配管結合部１、１０のシール手段としてシール溶接加工を例にして述べたが、この発明は上記各実施例に限定されることなく、シール手段として、他にロウ接合、固相/液相拡散接合、パルス通電焼結接合、金属製Ｏリング／ガスケット等が適用可能である。
また、気密性を確保するためのシール手段は、必ずしも配管結合部１、１０の内外面双方に適用する必要はなく、目的（外圧支配、内圧支配）に応じて、外面のみ、あるいは内面のみに実施するようにしてもよい。
次に、上述した本願発明に係わる配管の連結方法及び構造の要点をまとめると、以下のようになる。
（Ａ）優れた高温特性を持つ高温用材料を、ネジ構造の継ぎ手で接合する。
（Ｂ）ネジの設計に関しては、最も機械的強度が小さい部位である最小肉厚部の強度が母材素管部の強度を上回るよう、材料の強度を考慮した上で最小肉厚部の断面積を決定し、これによりクリープ領域における継ぎ手の強度が母材以上の強度となるネジ設計を行う。
（Ｃ）配管材料としては、酸化物分散強化型合金やセラミックなどの優れた高温特性を持つが難溶接である材料を使用する。
（Ｄ）ネジ形状としては、配管の肉厚と強度を考慮して、並行ネジとテーパーネジを使い分ける。
（Ｅ）接合部の気密性は、配管の内面と外面に存在する両管の接合部を溶接あるいはロウ接合、固相/液相拡散接合、パルス通電焼結接合などの方法でネジ部の接合部の気密性を確保する。
（Ｆ）上述したＢにおけるネジ部の最小肉厚強度が母材素管部の強度を上回る設計ができない場合には、必要に応じて配管端部のネジ加工部の増肉加工を行う。
以上、この発明に係わる高温で使用される難接合性配管の連結方法及び構造では、これまで難接合性という点で配管の連結に用いられていなかった複合材料をはじめとする材料を配管の連結として適用できるようになり、このため石油精製プラント、石油化学プラント、発電プラント、製鉄プラント、原子力施設、ＬＮＧプラント、航空宇宙産業などの高温下で使用される加熱管あるいは高温のプロセス配管に対する、運転温度の高温化、配管の寿命延長、安全性の向上などの利点をもたらすことができる。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係わる、高温で使用される難接合性配管の連結方法及び構造では、加熱管あるいは高温のプロセス配管に対する運転温度の高温化、配管の寿命延長、安全性の向上等を図ることが必要な、石油精製プラント、石油化学プラント、発電プラント、製鉄プラント、原子力施設、ＬＮＧプラント、航空字宙産業などに適している。
【図１】
0004089899.tif 000002
【図２】
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