2. 爆発圧接法の牧草

研 究 姶 文一

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Mr

爆 発 圧 接 ラ イ ニ ン グ につい^て

西尾 安弘 ･疎谷 保博 ･益盃 実事

t . ま え が き

爆発圧按は爆薬の燦光エネルギー を利用 して二つの 金属 を接 合させ るものであるが接合扱桝が通常の辞蝕 好機 と典なる一種の冷聞圧接であるため,従来溶蝕浮 接では接 合不可 とされた金属間の接合が行ない うる特 徴 を有 している｡このため化学工兵に於 ける各税扱答 の耐食材料のライニングに於いて従来の製作法にかわ って僻発圧接 ライニンg' が脚光 を浴びている｡本文は この爆発圧技法について,その圧接の綴構,圧接部の 滞性質,ライニング牧草の製作 と非鼓填捜査等につい て述べ る｡

2. 爆発圧接法の牧草

二つの金城板が衝突 した際,接合 をお こす現無が認 め られ.以後火難 を使って金属板 を接合させ る研究が 行なわれ る様になった｡そ して,その後諸実験が繰返 さ

l ) : )

t

) I

● )らによっ てその結果が報告 された｡又圧接の槻満についても荊 速 で祈突する二金属板の挙動 を流体力学的考察 を加え て,Cowanl

nS ) 6

T )らがい ろいろ解析 している｡現在では米国 (デ ュポ ン社).日 本 ( 旭化成)苛で適切なる爆薬 の開発が行なわれ,共 用皮掛 こ入った訳である｡この爆発圧技法は通常の溶 挺溶接 と異なる一概の冷問圧接であ り従来溶蘇溶接で は不L p I位 と思われる組合せの金属問の接合を行ない う る特赦 をもつ｡圧接の施行にあたっては 2 つの金城板 を全机 或は線状,点状の部分的にも接合することが 可能でそれぞれの対条織器に従って

い分 けていけば 良い といえる｡国内では既に多数の槻器に爆発圧接 ラ イニング法が採用 され稼動に入っている｡材料的には ステンレス鋼,チタニ ウム,南 といったものが虫たる ものであるが,今技数多 くの化学機掛 こ本法が採用 さ れ る共に化学工業以外の諸工業にも広 く使われてい く

ことは刷

いない と考えてよかろう｡

3 . 圧接の地柵

爆発正接の圧接槻解 に つ い ては未知の ところが多 く.国内の研究 も圧接扱構そのものに放れたものは少

昭

2 咋1 0 J J

●三召丘 工 菜挽先金吐 技持本多 広島訳文抗 広島市柾守新町 4T

2 2号

YoI .2 ? .No.I .1 9 ▲ 8

い｡ここでは

a n

らの･

報告 をもとにごく簡岬に考察する｡爆発圧接の施行法‑

としては図 1 の如 く何棟塀かあるが大別するな らばニ̲

巨,;̲.:.::Liilt

こ う

鷲EIB卓7

^{t E コ 全 貫}

^花川

^岩

図 1 熔接法 と浸接の過粗

金拭板 を平行に対向 させ るもの とある角度 をもって

?･ r ･ 向 させ るもの とに分 けられる｡図

の右は

I)

の場合 の熔接過投を示 したものであるが合材 と母

材が衝突に よ り

衝突点に於いて金属ジェットを生成

し接合が促 進 されるというものである｡この金属 ジ

ットの放念 は二金城蚊の両面に爆薬 をセ ･ Jトし,同時

に煙発 させ た時 を考えれば容易に理解出来 る｡即 ち図

の

学 く街

･. :一 隻 ･ 3

図 2 非粘性 ･非旺拓流件

の二つの流れの対称掛'

･

Aにおけるジ

･ Jト生

成の起 る流れ形態 突する金塊坂が流体の流れ として

較辞 うと仮定 し,併 角

rで祈突点に近づ く非圧縮,非

粘性流体の二つの

放れの対称衝突 を考えると,圧接材即 ち流体は

L o

生成の

ないmi 宋 1 9 3 ジェット生成の

ない衝突 とジェ･ /ト生 成衝突における

荒れ形怨 潜 にもっていってやる必要がある訳である

｡次に,ジ ネットが発生すると何故接合が可能になるか

を考えて みる｡図

点のまわ りの閉

じた曲線 は圧力が最大にな り C で停符圧 力 Ps となる

一

C点では極めて大きな圧力が発生する｡その値は,逮 等圧線で 度 が 4, 0 0 0 m/ s e c の時 ,Al に対 しては 2 4 9 Kb a

r ,オ ー ステナイ トステンレス鋼 では 7 2 7Kb a r , W で

I , 83 5 Kb a r とい う大きな依 となる｡又二つ は

の額の B ,

F の流線はまず最初に金属の内側で C 点で接触 し,級 に B' B

^{,FJ F} 〟 の如 く位匿する様にな

り.金属板 は非常に強 くセン断を受ける｡これ らによ

って酸化物 や敦収 されたガスが存在する盤面屈は坊間

から除去さ れ金属結合に好適な碑浄な金属面 を蕗出せ

しめ鯉薬の 衝牽正により社歌が進行 し接合されると考

えられる｡

ここでは冒額に記 した如 く全 く概略的に圧

接現象を鋭 胡 するということであるから一定の燥速に対

するジ三

･

/ト発生の盛界角や一定の衝突角に対する

蕗界適度の 存在又この現象に基づ く平行法 と有効法の

圧接条件の 盛典或はジェット発生 と適正な畑苑の爆兜

速度との閑 迎 といったことは触れないことにするが,

いずれにし ても金属の材質により投薬の爆適.術突角等を適宜考 慮することにより爆薬による金属の接 合が可能

になる 訳である｡

A. 良 免 ^{圧接ライニング法}

倭技法には,

̲ 8 2

I)

金属板を全面的に按合させる全面爆 技法

線状に按合させる緑燥横法

(3) 点状に

接合させる点熔接法 があげられるが,全面爆接法はク

ラッド幻の製作に使 われ,後二者はライニング用に使

われる｡ライニング にあたっては,辞接組立され構造

化された母材本体内 にライニング材をそう入 し,燥嬢

によってライニング する方法 と平板状の母材に内破材

を線爆接して魚類接 合板を製作 し, しかる後その合衣

を曲ゲ加工,プレス 加工,スピニング加工等を行なう

ことによって製品を 得る方法 とがある｡線煩按合板を製

作し加工 してい く 方法は,合板弓 削f : 掛 まクラッド

餌の加工に 準 ず れ ば 良 く,工作上ならびにコス ト的にみ

て,今後実用度が 拡大 していくと思われる｡ク形線燦

接合額はT T‑ル曲 げ加工により容群の親板や塔額な

どを製作でき,円形 線爆按合板はプレス加工,スピニ

ング等により容器の 鏡額 を製作できる,燥接は原理

的にはライニング材の 概掛 こ無関係に圧接することが

可能であ る が, 板 塀 2 mm 以上になると茶盆が香 しく

多 くなるため,現在 ではライニング材の板野が 2 mm

以下のものについて の爆薬 ( 線爆薬,点爆薬)しか

市放 されていない｡た だ銀 爆 按 において適当な手段 を

蔚ずることにより, 2mm 用の線燥苑で抜 群 3 mm ま

で圧接することは可 位である｡母材はあまり帝いと爆

発時に変形を起 こす 恐れがあるが.圧接上母材板塀

には制限はない｡僚発 可縫な板の大きさにも制限 は な い｡ 爆横 ピッチ Z Omm t : は,

' ッチまで圧捷可健である｡

5.

特発圧捷辞の性甘

捷 含 牡 サ

圧接材の接合放すに影響を及ぼす因子 としては , (I ) 圧接材の材質,板塀

(2

)

燦邦

(3) 炭紫朗母材の衣面状況

圧接材と

炭素鋼母材の間げき などがあげられるが,これ らの緒

条件を適正なものに した際の圧接部の按合致サを虫 )に

示す｡農燥法敵 ま 全討食材 ともすべてノ ､ク斑紋験お

いて討食材母材部破 断 となる良好な壌合致サを示 し,

またステンレス鍬 こ おいては ASTM のクラッド鋼に

要求される接着強サ をはるかに遵ナ,ナぐれた接合致す

を有ナることがわ かる ｡ SUS2 7 と SS41 の偵接触を

例 に と る と.

ASTM A2 6 4 ‑ 4 4T に基 づ くセン断強サ妖艶では, SUS27 圧延クラッド餌が 3 0 . a ,3 2 . 5 ,3 0 . 9 k g/ mm のセン新盤サを示 した の に対 し ,4) . 0.42 . 5 ,

4 4. 0 kg/ mm 'の良い餌を示す｡点熔接部は

. ' lク擬強すがセ

ン新改サに比べて位が低いが,参考のために併記 した

抵抗溶矧 こ対する

表 1

1 41 6

I )MT I ′Wli 8 5 8 8

yo

l .2 7 .No.I . t 9 一 〇

4

＼J

観 聾 1｢ l ll t

^基

SUS2 7XSS41 SUS3 8×SS41 Ct J ( DC UP2 ‑1 / 2 H)×SS 41 AI ( At Pl ‑1 / 3 H)XSS4t

' ■ ' ∴ ■ ' ･.･ : ‑,I . 1L . : :::. ::

アームスブロンズ 7 0 ‑ 3 0 キュブt zニッケル Ti ( J I S2梯)xSS41 ( ABPI ll / 2 H)xSS41 ( CNP3)x

S41

写真 1

泣 く×1 0 0 )

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I l∫

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I l z F○L e y e ]

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I S US 2 7tS S 41 40 ^{90 80 70 6} 50 30 20

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l l l

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l l II

A RISS 41 囲 J SUS2 7xSS4l ,Al xSS41 ,倍按証の

線1イタt ,アナライ

ザによる放散状況

接

合部の組稔

各討食材 と成瀬飼圧接拓のミクロ敏枝 を写

1に示 す｡圧接面には熔接餌特有のさざ波状の変形が見

られ る｡ 圧接布には判然 とした合金層や添憩屑は見 ら SUS3 8 と SS4 れず,

1 僻按部 を磁子顔微鏡にて 1万倍まで 倍率をあげ親和 した ところ,再結晶温妊近 くま

で昇温 した形跡が見 られたが,明 りような溶絶倒の生

成は検 出されなかった｡また各耐食材によ1 )波間控

除,波高 が異なるが. SUS2 7 圧接部では,波間

鮫皮約 1 0 9p, 波高約 3 0. " 程度でチタニウム圧

接部では 波 間 距 擬 約 45 0〝 ,波高約 5 O p 程度であ

る｡ 図 4 は SUS2 7 および Alと SS41 の爆接部の

X

線マイク｡アナラ

イザーによる解析結果である ｡ SUS2 7

表 2廼嬢的我 の耐食材及び炭素鈎母材 (SS41)の租税的性常 (酎食材 の稔横 的性 賓)

討 食 材 唖

別

引 破 釈 放l〉 引

醍 軌

( k g / m

母 材 63.5(58.7), 64.0(57.6), 63.3(5700)

‑

爆弗加工後 圧延 のまま 爆発加工食

圧延 のまま 4847..75((223l..0)5),, 4478..7(5(2a0)..00)),, 4747..36((230.4.56))

爆発加工後

T!(J巧 2唖) 45.2(22.0), 45.2(21.5), 45.2 (21.0) 圧延 のまま l 42.0(粥.0). 4日(35.2), 42.2

(31.2) CuP CUR2‑1/2H) 緑井加工後 28.1(13.2), 28.2(l7.2), 28.2()

3.0) 母 材 圧延 のまま 27.0(26.5), 29.0(29.6), 2

9.0(26.2) ‑ Al(AⅠPトト2H) 2.0 緑井加工後 13.3(2.3), 12.I(2.

3). 14.4(2.3) 加工拓 JZ:旭 のまま 12.4(18.0), 12.4(17.8), 12.5(l7.3) ‑ ア ー ムス ブ t

(ABPl‑I/2H)7ンズ 爆 発加工後 64.9(16.0),

65.2(Ⅰ

9.4). 64.8(19.6) 圧延 の まま 65.0(30.6), 65.9(3L.0). 65.

3(29.

I )

*

J

ケル (C

NP3 )

4.3) 注 l)JISZ2201

5号錬敬片

(庚薬餌母材 (SS41)の槻稜的性質 (SUS27

XSS41樺按)

種

別

㌍ 荒

島 急

謂 均) 引取OP(長)(平均)引或観 )(平均) 圧 壊称近傍 の炭索鋼 枠材 1 49055 4.5 4350.3 刀.0 55.0

637 37 32 0 7 3 51.2 37I

299

I

380く36.0) 65949(60.5) 6 49.8 304 375

0

注 1

喪 3 椿

披 鞍 の 腐 食 供洪 敢敬 結(虜 食果

丑 m

m/ y 飽

酎 食 材 蔀

鍵液浸

聴液

液

蔽浸

‑

11

‑

頒 嫉妬 33.15

‑

‑

Cy(DCUP2‑I/2H) 素 材

‑

‑

‑

5.5

接合部の耐食性 燥発加工 を受けた耐食材の耐食 性 を嗣漉 した結果 を

にに示す｡

各耐食材 とも架材部に比べ耐食性 が劣下 した点は見 られず良好な

を示 している｡

5.6

結合部の疲労

墳接鰍 こ繰返 し′ ､ク裸荷歪を負 荷 し,その耐ハク挺性 を調査 した 結果 を図 6 に示す｡試

はS US2 7

XSS : 41 媒接部について行ない, SUS2 7 圧延クラ･ /ド銅 と比校 試 験 した｡繰返 し荷虚が約 40 0 kg 以 下になると両者 とも SUS2 7 の母 材部よ り破断 している｡この様に SUS2 7XSS4 Ⅰ燥按部はす ぐれた 疲労致 さを有 してお り,圧延クラ ッド鋼 と変わ 1 )ないことがわかる

4. 熔接ライニング地券の製作 ライニング法 としては前述 した 如 く2 方法があげられるが,本文 では線燥按合板加工法による機器 の剖作状況 を示す｡線爆接法,点 億按法 ともに旭化成( 樵)から市既

耐 食劫 0

ss4I 20 l l . 0 4ー ′ 1 3 1

l 2ー E .

∈2 2 { . 0 t ) t t らt G) 71 2 80

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1

孤 曝抜合板 の ロール dilげ加工

線根城

^合

写 真 2 菰 熔 接 合 板 の 加 工 と 製 作 さ れ た 闘 技 ･

兎 域 : 7 . 熔接ライニング機器の品質検査 封作された

ライニング授器の非放浪検査法の縫立は 盃繋な周遊である｡従来

は金属ハ ンマーによる打者や . 超音波検査な どで圧接部

のノ ､ク鞍の有無 を調べていた が

I f L 者は人間

の能力にたよるもので極めて不i E柚で . あ り ,後者

は曲率 をもった容器内で測起困難 という欠 . 点がある｡こ

こで述べる検査法は電気抵抗の変化によ り圧綾部の剥離

を検知するもので図

はその僻理屈で

̲ ある｡使用する計器･

は電気抵抗式金属厚み測定串 と呼 . ばれるもので測定

しようとする金属棒に4 本 ( Xは6

‑ 本)の抜放･ ‑ T .

をあて,左右

本の接触子に一定の政流 電流 を流すと

,その間に生ずる磁位差が金城仲の内厚 に比5. 1して変

化 し,この電位差 を測定することにより 金属棒の内輝 を一方の封

から電圧計で測定できるもの である｡熔接部が完全に

接合 していると

には肉仰 t

‑t

2に対1 , i ; する相克抵抗が あらわれ, 揺 合が不完全

であれば完全な場合に比べて抵抗仇が大 き くな り, 完全

に剥離 している時は肉厚

に対する大 きな 塩 L zL

抵 抗があ らわれる｡この抵抗変化を冠位差 l く pV)

で検出するものである｡ 按 政 子は上下に偶蝉

yoI .2 1 .No.I .1 9 1 8 に移動できる

し,可籍式の小寸法のものであるか ら, 曲率 をもった と

ころでも決あいな場所 でも容易に検査 を実施することが出来る,写粗は製作完

了 した機器内 で検査 しているところである｡

a

以上爆発比按に つ い て F F . 按の概要.

圧接部の諸性 餐,非破壊検査などについて述べたが,

概略を絵描す る

と次の如 くである｡

(り

熔接によl ),各柾耐食

材料 と銅の接合が可能 である｡ ことに通常, 袴勝 春按

が 不可能な チタニウ ム,アル ミニウム,銅 といった材料

と鋼の接合が容易 に行ないうる｡

頒按部

は接合強サ,耐食性 , 耐疲労性 を始め としてす ぐれ

た性常を有 してお り,溶融溶接のように ミ 容按熱影響

を伴なわないため,材質の劣化現象 も見 ら れず,淳附

ヒなどの熱処F J i を必安 としない｡

(3) 熔接により,耐允材 を鋼に線

グすることも可他であ り.El他 用途に応 じて点状, 点状に庄填することができる｡

(の 畑接 ライニング槻群の晶貨換並は屯気抵抗式 の非攻城政義故によ り極 めて伯頻度の高い検査 を行な うことが出来 る｡

文 献

1 )I . Pc Ar S

n

Ex p l o s i y ewe l d i z l g.ASm C托a ‑ d▼ eMA nu hc t ur in gSe m in a r sS p

1

60

‑引)

2 )I .

c nr s o r HL n dG. A.Ha r e s ,R

c hi n

pl o s i v e ' we l d i n g,ASTMECr e a dy eh hn uhc t ur ‑ i n gSe mi n A r CS P6 3 ‑9 7(1 9 6 2‑6 3 )

) )D. E. Da y c n p o r t .E叩t OS i v ewe l d i n g,A

TME Cr 也dy eMa r t u hc l u r i n g Se ni r L a r S S P 6 2 ‑7 7 ( 1 9 6l ‑6 2 )

4)

D･E･Do y e n p o r ta nd

E.Du y a

E叩l o s i v e We l d i n g

ASTME Cr 蝕t i v e Ma nu f a c t u r i n g Se m in a r s叩 6 0‑1 61() 9 6l ‑6) )

5 )G. R . Co wA J la J I dA. H. Ho l t ma n,Fl owCo n 丘‑

gu

do T I Si nc o l l i di n gp ht e s

Ex p l o s i y eBo n d‑

iB

i ng,J o u r n a lOEAp pl i e dp hy s i c s(1 9 6 3 ‑4 )

6 )A.H.Ho l t z mA n.C.

Ru d c r s h A n g

n

氏.h q . ̲ CA mna ng h.Re c e n tA d v a n c e si nme t a lwo r k

n

w

it h e x p l o s i v e s , Du po n tTe c l mi c A lPa p e r ･ (1 9 6 2 ‑4 )

7 ) G . R. Abr A ha ms o n,Pe r ma n e n tp e r i o d i cS u r E

Je E or

a t i o

,du et oAt r Z L V e l i A g

t ,J o u r z dl o fAp p l i e dMo c hni c s( 1 9 61 ‑1 2 )

8 )

イニングに問す る研究,三

安正工

な く 1 9 6 7 ‑ 1 )･

9)深谷.

差

圧

l

応用,社内報告

( 1 9 6 6 )

tO)深谷,益瓜 爆発圧接 2軌庄按の椴輪,社内級三

% ( ) 9 6 6 )

ll)鎌谷,董瓜 爆発圧政)軌 不演鋼 と銅の爆発圧'. 8,社内報

普 く1 9 6 6 )

1 2 )

普 く 1 9 6 6 )

1 3 )

壊5

飼 ライ壬ン〆岨符の封作.牡内縁普

く 1 9 6 6 )

の非鼓税政盃,社内報

普 く 1 9 6 7 )

別t L dyomLi nhg ofCo

舶i onRe 8 i 与 t Ant肋 t e r i 81 8 t l yE叩 l o s i ▼eBo t t di t t g

byY.Ni s hi o,Y.Fuka yaa t l d M.Ma s us hi ge

St a inl e s ss t e

l ,ni c ke l ,mone l ,ha

t e l l o y,c opp

r

8 r nSbr on

,C uPr Oni c k

,du‑

m

iJ I um, t i t Ani um 8 nd Z i r c oni t n c m be s at i s f ac t or i l y bonde d t os

lbye xpl os i ve ･

bendi ng. Expl os i yebond i ngi sda s s i Ge di E L t O Sh e e tbondi ng,l i J l e Arbondi ngmds pot . bend i ng. Weha veS t l J di e dRne 打 bz l di J l gZ L nd

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s by e xpl os i ve bondi ng

described.

(

Mi t s ubi s hiHe nr yI ndus t

,Lt

m r os hi maTe c l mi c a II ns t i t t l t e,Te c l m i c a l He A dquar t er s )

(68)