JP3650486B2 - Liquid phase diffusion joint structure of metal pipe - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合対象の相対する管を直接または継手筒を介して、液相拡散接合により接合して得られる金属管の液相拡散接合部構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
金属管の接合方法としては、従来、各種の溶接方法が一般に適用されているが、近年、溶接方法に代わって液相拡散接合方法も適用されるようになってきている。
この液相拡散接合方法は、接合しようとする材料の間に箔、粉末、あるいはメッキ等の形態で被接合材よりも融点の低い共晶組成を有する合金(非晶質金属)を介在させて加圧し、挿入合金の液相線直上の温度に接合部を加熱することによってこの合金を溶融、等温凝固させる接合法であり、固相接合法の1種と考えられている。
【0003】
この液相拡散接合は、比較的低い面圧で短時間で強固な接合部が得られるものであり、従来、ステンレス鋼、高ニッケル基合金、耐熱合金鋼またはこれらと炭素鋼を接合する場合など溶接方法の適用が難しいものを対象として広く用いられているものであるが、最近では一般鋼管を接合対象として適用することも試みられており、金属管を接合対象として適用分野が拡大することが予想される。
【0004】
この液相拡散接合方法を金属管を接合対象として適用する場合には、相対する金属管の接合面に接合材として非晶質金属(箔)を介在させるのが一般的であり、液相拡散接合に際しては接合面と非晶質金属箔が均一に接触し、軸心が平行で一致するように調心する必要がある。
この調心は、一般の溶接方法の場合に比較してはるかに高い精度で行われる必要がある。(参考技術 日本機械学会 第1回材料、材料加工技術講演会講演論文 509 「アモルファス接合システム」1993年11月19日 P329に記載)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記のような要請に応えられる調心手段がなく、調心作業負担が大きく、また、図5に示すような接合対象の金属管Paと金属管Pbの管端の突き合わせ面において、目違いaや図6に示すような金属管Paと金属管Pbの管端の突き合わせ面において、軸心ずれbが生じ、切り欠き効果により、調心精度が十分ではなく、引張軸力、あるいは曲げ負荷時の接合部強度が低下するという問題や、接合面に間隙を生じ、十分な接合材による液相の浸透が得られず、強固な接合部が得られないという問題を生じることがあり、金属管を接合対象とした液相拡散接合においては、液相拡散接合の長所を十分に享受できないことが多かった。
【0006】
接合面の目違いや管軸のずれを軽減する手段として、開先形状を工夫する方法もあるが、管の真円度、偏肉の影響、施工現場での軸合わせの困難さなどから理想的な形状の接合を実現することは難しい。
【0007】
本発明は、金属管を液相拡散接合方法により接合する場合に、目違いや段差、軸心のずれの発生を簡易な調心手段で極力最小化し、強固な接合部を安定確保できる、金属管の液相拡散接合構造を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1発明は、継手筒の両側から金属管を挿入して、継手筒と金属管との間に配した接合材を液相拡散させて金属管同士を接合した金属管の液相拡散接合部構造において、端面方向に縮径する外周テーパーを管端部に設けた金属管と、端面方向に拡径する内周テーパーを前記外周テーパーに接するように設けた継手筒との間、及び継手筒の内側中央部に形成した環状壁と金属管の管端面との間のいずれか一方又は両方を液相拡散接合の接合面としたことを特徴とする金属管の液相拡散接合部構造。
【0009】
第2の発明は、金属管の管端部に継手筒を挿入して、継手筒と金属管との間に配した接合材を液相拡散させて金属管同士を接合した金属管の液相拡散接合部構造において、端面方向に拡径する内周テーパーを管端部に設けた金属管と、端面方向に縮径する外周テーパーを前記内周テーパーと接するように設けた継手筒との間、及び継手筒の外側中央部に形成した環状壁と金属管の管端面との間のいずれか一方又は両方を液相拡散接合の接合面としたことを特徴とする金属管の液相拡散接合部構造。
【0010】
第3の発明は、第1の発明又は第2の発明において、接合材が非晶質金属であることを特徴とする液相拡散接合部構造である。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば一般鋼やステンレス鋼、高ニッケル合金等による金属管を液相拡散接合方法により接合する場合に、目違いや段差、軸心のずれの発生を極力最小化して、現場での接合作業で管本体の引張破断強度以上の強度を有する強固な接合部を安定確保するためのものであり、接合材を介在させ液相拡散接合する接合面を、相対する管端部間の管同士または管端部と継手筒との間に互いに接するようにテーパーを形成して、調心性を高める金属管の液相拡散接合部構造である。
【0012】
相対する管端部を液相拡散接合により接合する際の施工上の重要課題は、前記したように相対する管端部間に目違いや段差、軸心のずれがない状態で、接合材を介在させ、接合面に間隙がない状態で面圧を負荷して接合面と接合材の密着性を十分に確保することである。
本発明においては、いずれも相対するテーパー面が干渉を始めるため、特別な調心作業を行わなくても接合対象の管の調心性を高め、軸心を合わせて、接合面と非晶質金属の密着性を十分に確保でき、十分な接合強度を確保することができる。
【0013】
自動調心性を円滑にかつ十分に確保するとともに接合強度を十分に確保するためには、接合面を形成する一方の金属管と他方の金属管(または継手筒)の端部テーパー面の角度と長さを十分に考慮する必要がある。
接合面を形成するためのテーパー面については、径の増減値で表すと、軸方向距離1に対して、直径増減値が、1/20〜1/3の範囲になるように選択することが望ましい。
【0014】
ここで、1/20未満では、自動調心効果が低下すると共に、継手を用いない場合重なり部分が長くなり過ぎ管全体の長さ損失が大きくなる。1/3度超では、自立性が失われるとともに心ずれに対しても自動調心効果が低下する。また、一方の管と他方の管(または継手筒)との係合抵抗が大きくなり円滑な係合ができなくなるとともに十分な接合面積を確保できず、十分な接合部強度を確保することができなくなる。
【0015】
以下に本発明の各発明について概要を説明する。
図1および図2は第1の発明の液相拡散接合部構造例を示している。
接合対象の金属管1aと1bの端部外周には、端面方向に縮径する外周テーパー1tが形成されており、この外周テーパー1tは、金属管より外径が大径の継手筒2の両側部内周に形成された端面方向に拡径する内周テーパー2tと係合している。
ここでは、この係合面を接合面としており、この係合面に液相拡散接合の接合材3aを介在させている。
【0016】
また、継手筒2の内周中央部には、環状壁2wが形成されており、金属管1a,1bの管端面はこの環状壁2wの側面に衝接している。ここでは、この衝接面も接合面としており、この衝接面に液相拡散接合の接合材3bを介在させている。
この状態で、継手筒2の外側に配設した加熱装置4により接合面およびその周辺部(以下「接合部」という。)を加熱しながらクランプ機構5cと圧縮応力付与機構5pを備えた押圧装置5で矢印方向に圧縮応力を負荷して、前記の接合面に介在させた接合材3a,3bを溶融させ、金属管1aと1bの端部を継手筒2を介して液相拡散接合し、第1の発明の金属管の液相拡散接合構造を得ることができる。
【0017】
この金属管の液相拡散接合構造例では、接合面は、金属管1a,1bの端部の外周テーパー1tと継手筒2の内周テーパー2t間、金属管1a,1bの管端面と継手筒2の環状壁2wの間に形成されるため、調心が容易で接合面積を大きくすることができ、接合部強度を高めることができる。
また、金属管1a,1bの端部を継手筒2内に挿入する場合、その最終段階で管端面が環状壁2wの側面に衝接することにより圧縮応力負荷が過度になることはなく、接合部が変形することはない。
【0018】
また、金属管1a,1bの端部を継手筒2に圧入後は、接合面である相対するテーパー1tと2t、金属管の管端面と環状壁は圧入荷重を除荷しても面圧が付与された状態で自立しているため、加熱時にあらたに面圧を付与する必要がなく加熱作業を著しく簡易にすることができる。
【0019】
図1では、金属管1a,1bの端面と環状壁2wの衝接面は直面になっているが、図2では、金属管1a,1bの管端面をテーパー形状とし、このテーパーに衝接する環状壁2wの形状を楔状にして、衝接面をテーパー形状とし、自立したときの金属管1a,1bの管端面と環状壁2wとの衝接面での面圧を高めるようにしている。
【0020】
この金属管の液相拡散接合部構造例では、継手筒2と金属管の管端部間において、接合面が管端部のテーパーと環状壁2wによって拘束された状態で広い面積で形成されており、継手筒による補強効果が有効に作用する結果、接合部の剛性が管本体部に比べて大きく、圧縮、引張り、曲げ等の荷重による塑性変形が起こりにくい。
接合面は、荷重の方向、大きさによっては、管端部と継手筒とのテーパー面あるいは環状壁2wとの衝接面のみに形成しても十分な場合もある。
【0021】
主に曲げを被る例えば鋼管杭の接合においては、環状壁2wと管端面との衝接面のみを接合する場合も有り得るが、この場合、テーパー長さを管直径の0.5〜1.0にすることでテーパー面を結合しなくても管端部が継手筒に拘束されるため、管体曲げ強度以上の接合強度を得ることができる。
この設計により、管端部のテーパー面での接合材の使用を回避でき、コストを削減し、施工性を向上させることができる。
【0022】
図3および図4は、第2の発明の液相拡散接合部構造例を示している。
上記の第1の発明では、接合対象の相対する金属管の端部を金属管より外径が大径の継手筒内周側で接合材により液相拡散接合しているが、第2の発明では、接合対象の相対する金属管の端部に金属管より外径が小径の継手筒を挿入し、金属管と継手筒との間に配した接合材により液相拡散接合している。
【0023】
この液相拡散接合部構造においては、第1の発明と同様の効果が得られ他、継手筒が管の外径を拡大しない効果があり、例えば、地中に打ち込まれる金属管杭や、外径より僅かに大きい空間に挿入されて施工される金属管などを接合する場合に適用して好適である。
【0024】
この液相拡散接合部構造では、接合対象の金属管6aと6bの端部内周に、端面方向に拡径する内周テーパー6tが形成されており、この内周テーパーは、金属管より外径が小径の継手筒7の両側部外周に形成された端面側に縮径する外周テーパー7tと係合している。ここでは、この係合面を接合面としており、この係合面に液相拡散接合の接合材3aを介在させている。
【0025】
また、継手筒7の外周中央部には、金属管6a,6bの管端面が衝接するように環状壁7wを形成している。ここでは、この衝接面も接合面としており、この衝接面に液相拡散接合の接合材3bを介在させている。
【0026】
図4では、金属管6a,6bの管端面がテーパー形状に形成され、この管端面のテーパー面と係合する環状壁2wの形状を楔状にして、衝接面をテーパー形状とし、自立したときの金属管6a,6bの管端面と環状壁7wとの衝接面での面圧を高めるようにしている。
【0027】
この状態で、金属管の管端部の外側に配設した加熱装置4により接合面およびその周辺部(以下「接合部」という。)を加熱しながらクランプ機構5cと圧縮応力付与機構5pを備えた押圧装置5(図1参照)で圧縮応力を負荷して、前記の接合面に介在させた接合材3a,3bを溶融させ、管6aと6bの端部を継手筒7を介して液相拡散接合し、第2の発明の液相拡散接合部構造を得ることができる。
【0028】
上記した本発明の各実施例で用いる加熱装置(手段)4としては、各種考えられるが、接合部を簡易に均一加熱できる誘導加熱装置、通電加熱装置、電熱ヒーター等の電気加熱装置が適性が高く、継手筒の外周側に配設するのが一般的と言えるが、継手筒内に内蔵させたり、継手筒自体を発熱体として用いてもよい。
【0029】
加熱温度は、接合材が溶融し、接合対象の管の特性が低下しない範囲で、金属管の材質、接合材の種類、接合部に要求される特性等を考慮して選択するが、通常の場合は900〜1200℃である。
【0030】
接合部での圧縮応力負荷は通常の場合1〜100MPa(メガパスカル)で十分であり、そのための押圧装置5は、クランプ機構5cと圧縮応力付与機構5pを備えた簡易な構造のものを用いて十分である。
継手筒は、接合部の補強を兼ねるものであり、接合対象の金属管の強度と同等以上の強度を有し、金属管と液相拡散接合して十分な接合強度を確保できる金属で形成することが好ましい。
【0031】
また、本発明における接合は液相拡散接合であるため、接合材としては、均一で安定した液相拡散性を有する例えばFe系、Ni系、Cu−Ti系の非晶質金属(箔)が好適である。
なお、本発明でいう拡散接合とは、液相拡散が50%以上である液相拡散接合を意味し、拡散ろう付け接合を含むものである。
【0032】
【実施例】
本発明の各発明の実施結果と評価結果について、表1〜表3に基づいて説明する。
この実施例では、外径267mm、肉厚9.3mmの鋼管(材質、STK400)を接合対象とし、非晶質金属箔を接合材とする液相拡散接合を実施し、得られた接合部について、引張破断試験を実施し、その破断強度(kN)について評価した。接合材としては、B:8wt%、Si:10wt%、V:12wt%、Fe:残部の成分の非晶質金属箔を用いた。
なお、各表の接合面テーパーの数値は、軸線に平行な距離1に対する径の増・減分値で示したものである。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】
【表3】
【0036】
(1)表1は、第1の発明の実施例を示したものである。
サンプルNo.1〜5は図1に示すような内周面にテーパー面と環状壁を有する継手筒を用い、その内周テーパーと鋼管の外周テーパーの係合面、継手管の内側中央部に形成した環状壁面と鋼管の管端面間との衝接面を接合面として液相拡散接合した場合のものであり、表1のサンプルNo.6は継手筒の内周テーパーと鋼管の外周テーパーの係合面のみを接合面として液相拡散接合した場合のものである。
【0037】
また、表1のサンプルNo.7は図1に示すような内周面にテーパーと環状壁を有する継手筒を用い、その環状壁面(テーパー面)と鋼管の管端面(テーパー面)の衝接面のみを接合面として接合した比較例である。
表1のサンプルNo.8は図2に示すような内周面にテーパーと環状壁を有する継手筒を用い、その内周テーパーと鋼管の外周テーパーの係合面、継手管の内側中央部に形成した環状壁面(テーパー面)と鋼管の管端面(テーパー面)の衝接面を接合面として液相拡散接合した場合のものであり、表1のサンプルNo.9は継手筒の内周テーパーと鋼管の外周テーパーの係合面のみを接合面として液相拡散接合した場合のものである。
【0038】
また、表1のサンプルNo.10は図2に示すような内周面にテーパー面と継手管の内側中央部に形成した環状壁を有する継手筒を用い、その環状壁面(テーパー面)と鋼管の管端面(テーパー面)の衝接面のみを接合面として液相拡散接合した比較例である。
これら第1の発明の実施例では、破断強度(kN)は3370〜3400と、管体より高い強度の十分に満足できる接合部が得られた。
【0039】
(2)表2は、第2の発明の実施例を示したものである。
サンプルNo.1〜3は図3に示すような外周面にテーパー面と外側中央部に環状壁を有する継手筒を用い、その外周テーパーと鋼管の内周テーパーの係合面、環状壁面と鋼管の管端面の衝接面を接合面として液相拡散接合した場合のものであり、表2のサンプルNo.4は、その外周テーパー面と鋼管の内周テーパー面の係合面のみを接合面として接合した場合のものである。
【0040】
また、表2のサンプルNo.5は図3に示すような内周面にテーパーと環状壁を有する継手筒を用い、その環状壁面(テーパー面)と鋼管の管端面(テーパー面)の衝接面のみを接合面として接合した比較例である。
表2のサンプルNo.6は図4に示すような内周面にテーパーと外側中央部に環状壁を有する継手筒を用い、その外周テーパーと鋼管の内周テーパーの係合面、環状壁面と鋼管の管端面の衝接面を接合面として液相拡散接合した場合のものであり、表2のサンプルNo.7は、その外周テーパーと鋼管の内周テーパーの係合面のみを接合面として液相拡散接合した場合のものである。
【0041】
また、表2のサンプルNo.8は図4に示すような内周にテーパー面と環状壁を有する継手筒を用い、その環状壁面(テーパー面)と鋼管の管端面(テーパー面)の衝接面のみを接合面として液相拡散接合した比較例である。
これら第2の発明の実施例では破断強度(kN)は3360〜3390と、管体より高い強度の十分に満足できる接合部が得られた。
【0042】
(3)表3は、第1の発明と第2の発明の実施例において、継手筒の環状壁と管の端面の衝接面のみを接合面として接合した場合の鋼管の曲げ試験結果を示したものである。
表3のサンプルNo.1,2は図1に示すような第1の発明の実施例であり、表3のサンプルNo.3,4は図3に示すような第2の発明の実施例である。
いずれも継手筒の環状壁と鋼管の管端面の衝接面のみを接合面として液相拡散接合しているが、鋼管の管端部の外周テーパーと継手筒の内周テーパーとの係合面の長さを鋼管の直径の0.5〜1.0倍にすることにより、鋼管本体以上の曲げ強度を有する接合部が得られた。
【0043】
なお、本発明は、上記の例に限定されるものではなく、炭素鋼の他、ステンレス鋼、その他の合金鋼からなる金属管を接合対象とする液相拡散接合にも適用できるものであり、液相拡散接合条件(加熱温度、圧縮応力負荷、接合面形状等)、スリーブ、加熱装置、押圧装置等の接合装置構成等については、接合対象管の材質および特性、接合材の材質、要求される接合部特性等に応じて、本発明の範囲内で変更されるものである。
【0044】
【発明の効果】
本発明の液相拡散接合部構造においては、接合対象の金属管を管同士または継手筒を介して加熱、圧縮して液相拡散接合する場合の接合面を互いに接するテーパー面(環状壁面)とし、目違いや段差、軸心のずれの発生を防止して広い接合面に介在させた接合材を均一に密着させ、強固な接合部を安定確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の金属管の液相拡散接合部構造例(第1の発明の第1例)を概念的に示す側断面説明図。
【図2】 本発明の金属管の液相拡散接合部構造例(第1の発明の第2例)を概念的に示す側断面説明図。
【図3】 本発明の金属管の液相拡散接合部構造例(第2の発明の第1例)を概念的に示す側断面説明図。
【図4】 本発明の金属管の液相拡散接合部構造例(第2の発明の第2例)を概念的に示す側断面説明図。
【図5】 金属管と金属管の接合面における目違いの状態を示す側断面説明図。
【図6】 金属管と金属管の接合面における軸心ずれの状態を示す側断面説明図。
【符号の説明】
1a,1b :金属管
1t :外周テーパー面
2 :継手筒
2t :内周テーパー面
2w :環状壁
3,3a,3b:接合材(非晶質金属箔)
4 :加熱装置
5 :押圧装置
5c :クランプ機構
5p :圧縮応力付与機構
6a,6b :金属管
6t :内周テーパー面
7 :継手筒
7t :外周テーパー面
7w :環状壁
Pa :金属管
Pb :金属管 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid phase diffusion joint structure of a metal tube obtained by joining opposing pipes to be joined directly or via a joint cylinder by liquid phase diffusion joining.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various welding methods are generally applied as a method for joining metal pipes, but in recent years, a liquid phase diffusion joining method has been applied instead of the welding method.
In this liquid phase diffusion bonding method, an alloy (amorphous metal) having a eutectic composition having a melting point lower than that of a material to be bonded is interposed between materials to be bonded in the form of foil, powder, or plating. This is a joining method in which the alloy is melted and isothermally solidified by pressurizing and heating the joint to a temperature just above the liquidus of the inserted alloy, and is considered a kind of solid-phase joining method.
[0003]
This liquid phase diffusion bonding provides a strong joint in a short time at a relatively low surface pressure. Conventionally, when stainless steel, high nickel-base alloy, heat-resistant alloy steel, or carbon steel and these are joined. Although it is widely used for those where it is difficult to apply welding methods, recently it has also been attempted to apply general steel pipes as objects to be joined. is expected.
[0004]
When this liquid phase diffusion bonding method is applied to a metal tube as an object to be bonded, it is common to interpose an amorphous metal (foil) as a bonding material on the bonding surface of the opposite metal tube. At the time of joining, it is necessary to align so that the joining surface and the amorphous metal foil are in uniform contact and the axes are parallel and coincide.
This alignment needs to be performed with much higher accuracy than in the case of a general welding method. (Reference Technology The Japan Society of Mechanical Engineers 1st Material, Material Processing Technology Lecture Paper 509 “Amorphous Bonding System”, described on P329, November 19, 1993).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, there is no aligning means in response to the wishes described above, the aligning work load is large, and in abutting surfaces of the pipe end of the metal tube Pa and the metal tube Pb to be joined as shown in FIG. 5, the eyes in difference a or abutting surfaces of the pipe end of the metal tube Pa and the metal pipe Pb as shown in FIG. 6, occurs axial misalignment b, the notch effect, aligning accuracy is not sufficient, the tensile axial force, or flexural There may be a problem that the joint strength at the time of loading decreases, a gap in the joint surface, a liquid phase penetration by a sufficient bonding material cannot be obtained, and a strong joint cannot be obtained, In the liquid phase diffusion bonding intended for bonding metal pipes, the advantages of the liquid phase diffusion bonding cannot often be fully enjoyed.
[0006]
There is a way to devise a groove shape as a means to reduce misalignment of the joint surface and tube axis deviation, but it is ideal because of the roundness of the tube, the influence of uneven thickness, difficulty in alignment at the construction site, etc. It is difficult to realize a joint with a specific shape.
[0007]
The present invention minimizes the occurrence of misunderstandings, steps, and axial misalignment as much as possible with simple aligning means when joining metal tubes by liquid phase diffusion joining, and ensures a stable and secure joint. A liquid phase diffusion bonding structure of a tube is provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
1st invention of this invention inserts a metal pipe from the both sides of a joint pipe, and carries out liquid phase diffusion of the joining material distribute | arranged between the joint pipe and the metal pipe, and the liquid phase of the metal pipe which joined metal pipes during the diffusion bonding portion structure, a metal tube having a periphery tapered reduced in diameter in the end face direction tube end, the joint pipe provided with an inner peripheral taper diameter increases in the end face direction so as to be in contact with the outer peripheral tapered, And one or both of the annular wall formed at the inner central portion of the joint tube and the tube end surface of the metal tube as a bonding surface of the liquid phase diffusion bonding, Construction.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a liquid phase of a metal tube in which a joint tube is inserted into a tube end portion of the metal tube, and a joining material disposed between the joint tube and the metal tube is subjected to liquid phase diffusion to join the metal tubes together. during the diffusion bonding portion structure, and a metal tube provided with an inner peripheral taper diameter increases in the end face direction tube end, a joint cylinder with the outer peripheral tapered disposed in contact with the inner peripheral tapered reduced in diameter in the end face direction And any one or both of the annular wall formed at the outer central portion of the joint tube and the tube end surface of the metal tube as a bonding surface of the liquid phase diffusion bonding. Part structure.
[0010]
A third invention is Oite the first invention or the second invention, a liquid phase diffusion bonding part structure, wherein the bonding material is an amorphous metal.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention minimizes the occurrence of misunderstandings, steps and axial misalignment as much as possible when metal pipes made of, for example, general steel, stainless steel, high nickel alloy, etc. are joined by the liquid phase diffusion bonding method. In order to secure a stable joint having a strength higher than the tensile breaking strength of the pipe body in the joining operation, the joining surface for liquid phase diffusion joining with the joining material interposed between the pipe ends facing each other This is a liquid phase diffusion junction structure of a metal pipe that is tapered so as to be in contact with each other or between the pipe end part and the joint tube to enhance alignment.
[0012]
The important construction issues when joining opposite pipe ends by liquid phase diffusion bonding are as described above, with no joints, steps, or axial misalignment between the opposite pipe ends. The contact pressure is applied in a state where there is no gap on the joint surface, and sufficient adhesion between the joint surface and the joining material is ensured.
In the present invention, since the opposing tapered surfaces start to interfere, the alignment of the pipes to be joined is improved without performing special alignment work, and the joint surface and the amorphous metal are aligned with the axis. Can be sufficiently secured, and a sufficient bonding strength can be secured.
[0013]
In order to ensure the self-alignment smoothly and sufficiently, and to ensure sufficient bonding strength, the angle between one metal tube forming the bonding surface and the end tapered surface of the other metal tube (or joint tube) It is necessary to fully consider the length.
The taper surface for forming the joint surface can be selected so that the diameter increase / decrease value is in the range of 1/20 to 1/3 with respect to the axial distance 1 in terms of the increase / decrease value of the diameter. desirable.
[0014]
Here, if it is less than 1/20, the self-aligning effect is reduced, and when the joint is not used, the overlapping portion becomes too long, and the length loss of the entire pipe increases. If it exceeds 1/3 degrees, self-sustainability is lost and the self-aligning effect is reduced even for misalignment. In addition, the engagement resistance between one tube and the other tube (or joint tube) increases, and smooth engagement cannot be achieved, and a sufficient joint area cannot be secured, so that a sufficient joint strength can be secured. Disappear.
[0015]
The outline of each invention of the present invention will be described below.
1 and 2 show an example of a liquid phase diffusion junction structure according to the first invention.
The outer periphery taper 1t which is diameter-reduced to an end surface direction is formed in the outer periphery of the edge part of the metal pipes 1a and 1b to be joined, and this outer periphery taper 1t is both sides of the
Here, this engagement surface is used as a bonding surface, and a bonding
[0016]
Further, an
In this state, the pressing device provided with the
[0017]
In this example of the liquid phase diffusion bonding structure of the metal tube, the bonding surface is between the outer peripheral taper 1t of the end of the metal tube 1a, 1b and the inner
Further, when the end portions of the metal tubes 1a and 1b are inserted into the
[0018]
In addition, after the ends of the metal tubes 1a and 1b are press-fitted into the
[0019]
In FIG. 1 , the end surfaces of the metal tubes 1a and 1b and the abutting surface of the
[0020]
In this metal pipe liquid phase diffusion joint structure example, the joint surface is formed in a wide area between the
Depending on the direction and size of the load, it may be sufficient to form the joining surface only on the tapered surface of the pipe end and the joint tube or the abutting surface of the
[0021]
For example, in joining steel pipe piles that are mainly bent, only the contact surface between the
With this design, it is possible to avoid the use of a bonding material on the tapered surface of the pipe end, thereby reducing costs and improving workability.
[0022]
3 and 4 show an example of a liquid phase diffusion junction structure according to the second invention.
In the first aspect of the invention described above, although the outer diameter of a metal tube end opposing the metal pipe to be joined are liquid phase diffusion bonding by a bonding material in the joint barrel peripheral side of the large diameter, the second invention Then, a joint tube having a smaller outer diameter than the metal tube is inserted into the end portion of the metal tube to be joined, and liquid phase diffusion bonding is performed using a joining material disposed between the metal tube and the joint tube.
[0023]
In this liquid phase diffusion joint structure, the same effects as in the first invention can be obtained, and the joint tube has an effect of not expanding the outer diameter of the pipe. For example, a metal pipe pile driven into the ground, It is suitable for application when joining a metal tube or the like that is inserted into a space slightly larger than the diameter.
[0024]
In this liquid phase diffusion junction structure, an
[0025]
Further, an
[0026]
In FIG. 4 , when the pipe end faces of the
[0027]
In this state, a
[0028]
Various heating devices (means) 4 used in the above-described embodiments of the present invention are conceivable. An electric heating device such as an induction heating device, an electric heating device, and an electric heater that can easily and uniformly heat the joint is suitable. Although it is generally high and is disposed on the outer peripheral side of the joint cylinder, it may be built in the joint cylinder or the joint cylinder itself may be used as a heating element.
[0029]
The heating temperature is selected in consideration of the material of the metal pipe, the type of the joining material, the characteristics required for the joint, etc., as long as the joining material melts and the characteristics of the pipe to be joined do not deteriorate. In the case, it is 900-1200 degreeC.
[0030]
The compressive stress load at the joint is usually 1 to 100 MPa (megapascals), and the
The joint cylinder also serves as reinforcement of the joint, and is formed of a metal having a strength equal to or higher than that of the metal pipe to be joined and capable of ensuring sufficient joint strength by liquid phase diffusion joining with the metal pipe. It is preferable.
[0031]
Further, since the bonding in the present invention is a liquid phase diffusion bonding, for example, an Fe-based, Ni-based, or Cu-Ti-based amorphous metal (foil) having a uniform and stable liquid phase diffusibility is used as a bonding material. Is preferred.
The diffusion bonding referred to in the present invention means liquid phase diffusion bonding in which liquid phase diffusion is 50% or more, and includes diffusion brazing bonding.
[0032]
【Example】
The implementation result and evaluation result of each invention of the present invention will be described based on Tables 1 to 3 .
In this example, liquid phase diffusion bonding using a steel pipe (material, STK400) having an outer diameter of 267 mm and a wall thickness of 9.3 mm as a bonding target and an amorphous metal foil as a bonding material was performed. A tensile fracture test was performed, and the fracture strength (kN) was evaluated. As the bonding material, an amorphous metal foil of B: 8 wt%, Si: 10 wt%, V: 12 wt%, Fe: remaining component was used.
In addition, the numerical value of the joint surface taper of each table | surface is shown by the increase / decrease value of the diameter with respect to the distance 1 parallel to an axis.
[0033]
[Table 1 ]
[0034]
[Table 2 ]
[0035]
[Table 3 ]
[0036]
( 1 ) Table 1 shows examples of the first invention.
Sample No. 1 to 5 use a joint cylinder having a tapered surface and an annular wall on the inner peripheral surface as shown in FIG. 1 , an engagement surface of the inner peripheral taper and the outer peripheral taper of the steel pipe, and an annular formed on the inner central portion of the joint pipe are those in the case of liquid-phase diffusion bonding as the bonding surface abutment surface between the between the pipe end face of the wall and the steel pipe, samples of Table 1 No. 6 is a case where liquid phase diffusion bonding is performed using only the engagement surfaces of the inner peripheral taper of the joint tube and the outer peripheral taper of the steel pipe as the joint surfaces.
[0037]
In addition, samples in Table 1 No. 7 is a joint cylinder having a taper and an annular wall on the inner peripheral surface as shown in FIG. 1 , and only the abutting surface of the annular wall surface (taper surface) and the pipe end surface (taper surface) of the steel pipe is joined as a joining surface. It is a comparative example.
Sample No. in Table 1 8 uses a joint cylinder having a taper and an annular wall on its inner peripheral surface as shown in FIG. 2 , an engagement surface of the inner peripheral taper and the outer peripheral taper of the steel pipe, and an annular wall surface (tapered) formed on the inner central portion of the joint pipe. is of the case where the abutment surface of the surface) and the pipe end face of the steel tube (tapered surface) and the liquid phase diffusion bonding as the bonding surface, samples of Table 1 No. Reference numeral 9 denotes a case where liquid phase diffusion bonding is performed using only the engagement surfaces of the inner peripheral taper of the joint tube and the outer peripheral taper of the steel pipe as the bonding surfaces.
[0038]
In addition, samples in Table 1 No. 2 uses a joint cylinder having a tapered surface and an annular wall formed in the inner central portion of the joint pipe as shown in FIG. 2 , and the annular wall surface (taper surface) and the pipe end surface (taper surface) of the steel pipe. This is a comparative example in which liquid phase diffusion bonding is performed using only the contact surface as a bonding surface.
In these Examples of the first invention, the fracture strength (kN) was 3370 to 3400, and a sufficiently satisfying joint having a higher strength than the tubular body was obtained.
[0039]
( 2 ) Table 2 shows examples of the second invention.
Sample No. 1 to 3 use a joint cylinder having a tapered surface on the outer peripheral surface and an annular wall at the outer central portion as shown in FIG. 3 , the engagement surface of the outer peripheral taper and the inner peripheral taper of the steel pipe, the annular wall surface and the pipe end surface of the steel pipe Sample No. in Table 2 was obtained when liquid phase diffusion bonding was performed using the contact surface of 4 is a case where only the engagement surface of the outer peripheral taper surface and the inner peripheral taper surface of the steel pipe is joined as a joint surface.
[0040]
Sample No. in Table 2 3 uses a joint cylinder having a taper and an annular wall on its inner peripheral surface as shown in FIG. 3 , and the annular wall surface (taper surface) and only the abutting surface of the pipe end surface (taper surface) of the steel pipe are joined as a joining surface. It is a comparative example.
Sample No. in Table 2 6 uses a joint tube having a taper on the inner peripheral surface and an annular wall at the outer center as shown in FIG. 4 , and the contact between the outer peripheral taper and the inner peripheral taper of the steel pipe, and between the annular wall and the pipe end surface of the steel pipe. are those in the case of liquid-phase diffusion bonding the contact surface as a bonding surface, samples in Table 2 No. 7 is a case where liquid phase diffusion bonding is performed using only the engagement surface of the outer peripheral taper and the inner peripheral taper of the steel pipe as a bonding surface.
[0041]
Sample No. in Table 2 8 uses a joint cylinder having a tapered surface and an annular wall on the inner periphery as shown in FIG. 4, and a liquid phase having only an abutting surface of the annular wall surface (taper surface) and a pipe end surface (taper surface) of the steel pipe as a joint surface. It is the comparative example which carried out diffusion bonding.
In these examples of the second invention, the fracture strength (kN) was 3360 to 3390, and a sufficiently satisfying joint having a higher strength than the tubular body was obtained.
[0042]
( 3 ) Table 3 shows the bending test results of steel pipes in the first invention and the embodiment of the second invention when only the abutting surfaces of the annular wall of the joint cylinder and the end face of the pipe are joined. It is a thing.
Sample No. in Table 3 1 and 2 are examples of the first invention as shown in FIG. 1, the sample of Table 3 No.
In both cases, liquid phase diffusion bonding is performed using only the abutting surface of the annular wall of the joint tube and the pipe end surface of the steel pipe as the joint surface, but the engagement surface between the outer peripheral taper of the pipe end of the steel pipe and the inner peripheral taper of the joint cylinder By making the length of the steel pipe 0.5 to 1.0 times the diameter of the steel pipe, a joint having a bending strength higher than that of the steel pipe main body was obtained.
[0043]
The present invention is not limited to the above example, and can be applied to liquid phase diffusion bonding in which metal pipes made of stainless steel and other alloy steels are to be joined in addition to carbon steel. Regarding the liquid phase diffusion bonding conditions (heating temperature, compressive stress load, bonding surface shape, etc.), the bonding device configuration such as sleeve, heating device, pressing device, etc., the material and characteristics of the pipe to be bonded, the material of the bonding material, and the required It is changed within the scope of the present invention in accordance with the junction characteristics and the like.
[0044]
【The invention's effect】
In the liquid phase diffusion joint structure of the present invention, when joining metal pipes to be joined together by heating or compressing each other through a pipe tube, the joining surfaces are tapered surfaces (annular wall surfaces) that contact each other. In addition, it is possible to prevent the occurrence of misplacement, step difference, and axial misalignment, and to evenly adhere the bonding material interposed on the wide bonding surface, and to secure a stable strong bonding portion.
[Brief description of the drawings]
Figure 1 is a side cross-sectional view conceptually showing a (first example of the first invention) liquid phase diffusion joint structure of a metal tube of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory side sectional view conceptually showing an example of the structure of a liquid phase diffusion bonding portion of a metal tube according to the present invention (second example of the first invention).
FIG. 3 is an explanatory side cross-sectional view conceptually showing an example of the structure of a liquid phase diffusion bonding part of a metal tube of the present invention (first example of the second invention).
Figure 4 is a side cross-sectional view conceptually showing a (second example of the second invention) liquid phase diffusion joint structure of a metal tube of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory side cross-sectional view showing a state of a mistake in the joint surface between the metal tube and the metal tube.
FIG. 6 is an explanatory side cross-sectional view showing a state of axial misalignment at the joint surface between the metal tube and the metal tube.
[Explanation of symbols]
1a, 1b: Metal pipe 1t: Outer peripheral taper surface 2:
4: Heating device 5: Pressing
Pa : Metal pipe
Pb : Metal pipe
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