革新的なクラッド技術（爆発圧接）により、コスト効果の高い異種金属（ステンレス／炭素鋼）レデューサーおよびキャップの製造が可能に

革新的なクラッド技術（爆発圧接）により、コスト効果の高い異種金属（ステンレス／炭素鋼）レデューサーおよびキャップの製造が可能に

エグゼクティブサマリー

爆発圧接技術 が、ステンレスと炭素鋼の複合部品製造における画期的な製造プロセスとして登場しました。この技術により 二金属レデューサーおよびキャップ を製造可能にしました。これは、ステンレス鋼の耐食性と炭素鋼の構造的強度および経済性を組み合わせたものです。この高度なクラッド技術は、異種金属間の 冶金的結合 を制御された爆発によって生成し、製造業者が高性能配管部品を約 40〜60%低いコストで 産業用の過酷な環境において機械的完全性と耐食性能を維持しながら、ソリッド合金の代替品と比較して優れています。

1 技術概要：爆発圧接プロセス

1.1 基本原理

爆発圧接はまた 爆発溶接 とも呼ばれ、正確に制御された爆発によって異種金属間に永久的な冶金的結合を形成する技術です：

• 爆轟速度 : 通常2,000〜3,500 m/sで、最適な結合のために正確に制御されます

• 衝突角度 : 母材プレート間の衝突角度は5〜25度

• 衝撃圧力 : 数ギガパスカル (GPa) 以上で、材料の降伏強度を超える

• ジェット形成 : 表面の不純物がジェット状に放出され、クリーンな金属接触が可能となる

• 波状界面 : 特徴的な波形が見られ、冶金的結合の成立を示す

1.2 工程の流れ

1. 表面の準備 : 結合面の機械的および化学的清掃

2. スタンドオフ距離 : ベース材とクラッド材の間隔を正確に保持

3. 爆薬の配置 ：特殊爆薬の均一な分布

4. 爆轟 ：制御された点火により進行的な結合波を発生

5. 処理後 ：熱処理、検査および最終機械加工

2 材料の組み合わせと応用

2.1 一般的なクラッド組み合わせ

表：圧力部品に用いられる一般的な二金属組み合わせ

2.2 構成品の用途

• リデューサー ：腐食環境用の同心異径管および偏心異径管

• オーバーキャップ ：容器および配管用の半球形および楕円形エンドキャップ

• 移行継手 ：合金鋼と炭素鋼配管システム間用

• 分岐接続 : 圧力容器におけるノズルおよび継手

• フランジ : 被覆面を有する鍛造フランジ

3 従来技術との比較における技術的利点

3.1 性能特性

表: 被覆材とソリッド合金部品の性能比較

3.2 機械的特性

• 接着強度 ：母材の強度を超えるのが一般的

• 疲労強度 ：HAZが存在しないため溶接堆積より優れる

• 衝撃靭性 ：最適化されたインターフェース設計により維持

• 高温性能 ：400°Cまでの使用に適している

• 熱伝導性 ：インターフェースを通じて効率的な熱伝達

4 クラッドレデューサーおよびキャップの製造工程

4.1 生産順序

1. クラッド鋼板の生産 : ステンレス鋼と炭素鋼の爆発圧接

2. 非破壊検査 : 超音波探傷検査（UT）、放射線透過検査（RT）、および接合品質の検証

3. 形作る : レデューサー／キャップ形状へのホットまたはコールドフォーミング

4. 溶接 : 適合溶材による縦継手溶接

5. 熱処理 : 応力除去および正火処理

6. 機械加工 : 最終的な寸法調整および表面仕上げ

7. 品質検証 最終の非破壊検査および寸法検査

4.2 成形時の考慮事項

• スプリングバック制御 材料の弾性回復に対する補正

• 板厚管理 板厚制御のための予測モデリング

• 界面の完全性 変形中における接合部の維持

• 残留応力 工程の最適化による最小化

5 品質保証および試験

5.1 非破壊試験

• 超音波検査 : ASME SB-898に準拠した完全なボンド界面試験

• レントゲン検査 : 溶接部および母材の健全性の確認

• 浸透探傷試験 : すべてのアクセス可能な領域の表面試験

• 視覚検査 : すべての表面の100%目視試験

5.2 破壊試験

• 引張試験 : 結合強度を確認するための界面にわたる試験

• 曲げ試験 : 変形下での界面の健全性

• マイクロ硬度 : 結合界面にわたるプロファイル

• 金属組織学 : 結合品質の微視的評価

5.3 認証要件

• 材料トレーサビリティ : 原材料メーカーから完成部品まで

• 熱処理記録 : 熱処理工程の完全な文書化

• 溶接記録書類 : PQR/WPQおよび溶接工程記録

• 最終検査報告書 ：包括的な品質保証パッケージ

6 経済分析とコストメリット

6.1 コスト比較

表：12インチSch40レデューサーのコスト分析

6.2 ライフサイクルコストの利点

• 維持 費 を 削減 する ：腐食性環境での長寿命

• 在庫削減 ：複数の素材システムに代わる単一コンポーネント

• 設置コストの削減 ：設置および溶接要件の簡素化

• 交換回避 ：交換までの期間延長

7つの設計上の考慮点および適用ガイドライン

7.1 設計パラメーター

• 圧力評価 ：腐食余裕量を考慮した基材の特性に基づく

• 温度制限 ：熱膨張係数の差による影響を考慮

• 腐食余裕度 ：通常、複合側で3mm、炭素鋼側で1.5mm

• 加工余裕量 ：成形および機械加工のための追加材料

7.2 適用上の制限

• 最高使用温度 ：連続使用の場合400°C

• 周期的なサービス ：限定的な熱サイクリング用途に限る

• 摩耗抵抗性サービス ：過酷な摩耗環境には非推奨

• 真空環境対応 ：ボンド界面の完全性に関する特別な検討が必要

8 業界での応用例とケーススタディ

8.1 化学プロセス産業

• ケーススタディ ：硫酸環境用レダーサー、5年間の使用でも劣化なし

• 費用 削減 ：全体合金構造と比較して55％削減

• パフォーマンス : 漏洩や腐食による故障なし

8.2 石油・ガス用途

• オフショアプラットフォーム : 海水冷却システム用キャップおよびレダクター

• 使用寿命 : 海上環境での8年以上の実績

• 検査結果 : 腐食が最小限で、接合部の完全性に優れる

8.3 発電

• FGDシステム : スクラバーシステムにおける二相系ステンレス鋼レダクター

• コスト削減 : 600MWユニットの改造で320万ドルの節約

• 可用性の向上 ：メンテナンスダウンタイムの短縮

9 標準および規格の適合性

9.1 適用可能な規格

• ASME SB-898 ：ボンド付き複合鋼板の規格仕様

• ASME 第VIII編 ：圧力容器に関する第1分冊の要求事項

• ASTM A263/A264 ：耐食性クラッド鋼板の仕様

• NACE MR0175 : 硫化水素応力腐食割れ耐性用途の材料

9.2 認証の要件

• ASME U Stamp : 圧力容器用途における認証

• PED 2014/68/EU : 欧州圧力機器指令

• ISO 9001 : 品質管理システム認証

• NORSOK M-650 : ノルウェー石油産業規格

10 エンドユーザー向けの実施戦略

10.1 仕様ガイドライン

• 材料指定 ：クラッド材およびその厚さを明確に記載すること

• 試験要件 ：非破壊検査および破壊試験の要求事項を定義すること

• ドキュメント ：完全な材料のトレーサビリティおよび認証を要求すること

• 検査 ：第三者検査の要件を明記すること

10.2 調達に関する検討事項

• サプライヤー認定 ：爆薬溶接の経験および能力を確認すること

• 納期 ：通常、カスタム部品は12〜16週間の納期が必要

• スペアパーツ ：重要なクラッド部品の在庫を検討すること

• 技術サポート ：製造元のエンジニアリングサポートが必要

11 今後の開発とトレンド

11.1 技術の進歩

• 改良された爆薬 ：薄いクラッド材へのより精密なエネルギー制御

• 自動化 ：ロボットによる取扱いとプロセス制御

• 新しい材料の組み合わせ ：高級合金および非金属クラッド材

• デジタルツイン ：最適化のためのボンディングプロセスのシミュレーション

11.2 市場動向

• 採用の拡大 ：重要用途における受容性の向上

• 標準化 ：クラッド部品に関する業界標準の開発

• 費用削減 ：製造コストを削減するための継続的な工程改善

• 世界規模拡大 ：クラッド部品の地理的な供給範囲の拡大

12 まとめ

爆薬接合技術は 画期的な進歩を示しています 異種金属同心異径管、キャップ、その他の圧力部品の製造において 腐食に強い ステンレス鋼の特性と 構造的強度 と 経済 的 な 益 炭素鋼製であり、この技術は多くの産業用途において最適なソリューションを提供します。

The 40〜60％のコスト削減 一体型合金部品と比較して 優れた性能特性 と 信頼性が証明された 、爆薬クラッド部品を化学プロセス、石油・ガス、発電およびその他の産業分野における新設および改造用途において魅力的な選択肢にしています。

技術がさらに成熟し、広く受け入れられるにつれ、爆薬クラッド部品は腐食抵抗性と構造的完全性、経済的効率性を必要とする用途において 標準溶液 主要な選択肢となるでしょう。