CN102300664B - 管材的焊接方法及保护气体填充用发泡剂 - Google Patents

管材的焊接方法及保护气体填充用发泡剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种管材的焊接方法，该方法包括：在管材(1)的内部形成泡沫层S，向由该泡沫层S密封的空间中填充保护气体，然后进行管材(1、1)的焊接。此时，在所述泡沫层形成时，使用了含角蛋白蛋白质的保护气体填充用发泡剂。此外，本发明向喷射装置(2)中填充保护气体填充用发泡剂，并经由喷射装置(2)的喷嘴(22)向管材(1)的内部喷射保护气体填充用发泡剂。

Description

管材的焊接方法及保护气体填充用发泡剂
技术领域
本发明涉及管材的焊接方法及保护气体填充用发泡剂，更详细来说，本发明涉及能够提高保护气体保持性能及施工性的管材的焊接方法及保护气体填充用发泡剂。
背景技术
近年来，管材的焊接方法采用如下方法：在进行例如钢管、合金钢管、不锈钢管、铝管等焊接时，在管材的内部形成泡沫层从而密封管材内部，向由该泡沫层密封的空间中填充保护气体(back shield)并对管材进行焊接的方法。另外，在形成该泡沫层的过程中使用保护气体填充用发泡剂。而且，利用所述焊接方法，通过泡沫层适当地保持管材内部的保护气体氛围，能够提高焊接品质。
在所述的现有管材焊接方法中，已知有专利文献1记载的技术。另外，在专利文献1～专利文献3中记载了保护气体填充用发泡剂，已知在该发泡剂中使用混合有饱和脂肪酸的烷醇胺盐、饱和脂肪酸的烷醇酰胺、和作为溶剂的水及醇的药剂的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平6-75788号公报
专利文献2：日本特公平8-26301号公报
专利文献3：日本专利第3233747号公报
发明内容
发明要解决的问题
在管材的焊接方法中，有时从泡沫层的形成到管材的焊接为止需要较长时间，根据施工的情况，有时需要长达数天的长期保持性能。就保护气体填充用发泡剂而言，要求形成的泡沫层能够长时间保持稳定，但在以往的技术中，虽然形成的泡沫层能够保持24小时以上，但没有关于保持数天以上的性能的明确说明。因此，在实际施工时，为了不出现问题地进行操作，需要进一步提高保护气体的保持性能。另外，在实际施工中，有时在部分修补等坡口对合(開先合せ)之后必须由缝隙填充泡沫，而在以往的技术中，由缝隙填充泡沫是较为困难的，因此具有无法应对这样的问题，所以期望在提高保护气体保持性能的同时提高施工性。
在此，本发明是鉴于上述问题而得到的发明，其目的在于提供一种管材的焊接方法及保护气体填充用发泡剂，该管材的焊接方法可以提高泡沫层的保护气体保持性能及施工性。
解决问题的方法
为了实现上述目的，本发明中涉及的管材的焊接方法包括：在管材的内部形成泡沫层，同时向由所述泡沫层密封的空间中填充保护气体，并对所述管材进行焊接，其中，该管材的焊接方法在所述泡沫层形成时，使用含角蛋白蛋白质的保护气体填充用发泡剂。
另外，本发明涉及的保护气体填充用发泡剂通过喷射到管路中并起泡来形成泡沫层，从而对所述管路进行密封，该保护气体填充用发泡剂含有角蛋白蛋白质。
发明的效果
与使用不含蛋白质的保护气体填充用发泡剂及含胶原蛋白蛋白质的保护气体填充用发泡剂相比，本发明的管材的焊接方法及保护气体填充用发泡剂由于泡沫层的保持性和耐压性提高，因此具有提高保护气体保持性能的优点。另外，由于角蛋白蛋白质具有两亲性(amphipathic)，因此泡剂的粘度降低，喷射时在喷嘴部产生的压力损失会进一步变小，这样一来，还具有能够利用更细长的喷嘴进行施工等施工性得到提高的优点。
附图说明
[图1]图1是示出本实施方式涉及的管材的焊接方法的说明图。
[图2]图2是示出本实施方式涉及的管材的焊接方法的说明图。
[图3]图3是示出本实施方式涉及的管材的焊接方法的说明图。
[图4]图4是示出本实施方式涉及的管材的焊接方法的说明图。
[图5]图5是示出本实施方式涉及的管材的焊接方法的说明图。
[图6]图6是示出用于图1～图5所述的管材的焊接方法的喷射装置的说明图。
[图7-1]图7-1是示出与泡沫层的保持性相关的性能试验结果的表。
[图7-2]图7-2是示出与泡沫层的保持性相关的性能试验结果的表。
[图8]图8是示出与泡沫层的保持性相关的性能试验的评价方法的表。
[图9]图9是示出泡沫层的评价装置的结构图。
[图10]图10是示出与泡沫层的耐压性相关的性能试验结果的表。
[图11]图11是示出与泡沫层的耐压性相关的性能试验评价方法的表。
[图12]图12是示出与泡沫层的移动距离相关的性能试验试验方法的说明图。
[图13]图13是示出与泡沫层的移动距离相关的性能试验结果的表。
符号说明
1管材
2喷射装置(喷射罐)
21主体部
22喷嘴
23制动器(stopper)
3评价装置
31压力调整用丙烯酸管
32流量计
33压力计
34压力调整阀
35内压释放阀
36连接管
10丙烯酸管
20不锈钢管
G保护气体
S泡沫层
具体实施方式
下面，参照附图对本发明进行详细说明。需要说明的是，该实施方式不对本发明构成限定。另外，在本实施方式的构成要素中包含在保持发明的同一性的同时能够替换并且明显替换的部分。另外，本实施方式中记载的多种变形例在本领域技术人员了解的范围内可以任意地组合。
[管材的焊接方法]
该管材的焊接方法可适用于：在对例如钢管、合金钢管、不锈钢管、铝管等进行焊接时，在管材的内部形成泡沫层从而对管材的内部进行密封，向由该泡沫层密封的空间中填充保护气体(back shield)并对管材进行焊接的管材的焊接方法。下面，参照附图对该管材的焊接方法进行详细说明(参考图1～图6)。
在该管材的焊接方法中，首先，设置作为焊接对象的一对管材1、1，使其焊接部对接(参考图1)。例如，在该实施例中，设置长条且细长的一对圆筒管1、1，使其端部相对。
接下来，在管材1内的特定位置上形成泡沫层S(参考图2)。例如，由圆筒管1、1的对接部向圆筒管1的内部插入喷射装置2的喷嘴22，经由该喷嘴22向管材1内喷射保护气体填充用发泡剂。然后，通过保护气体填充用发泡剂发泡，在管材1内的特定位置处形成泡沫状的泡沫层S。此外，在对接的一对管材1、1上分别形成该泡沫层S(参考图3)。另外，将在下文对该保护气体填充用发泡剂进行描述。
需要说明的是，喷射装置2是用于喷射保护气体填充用发泡剂的装置，其具有例如主体部21、喷嘴22、制动器(制导(guide))23(参考图6)。主体部21是收纳保护气体填充用发泡剂的容器。喷嘴22是从主体部21引出的长条状管，其形成保护气体填充用发泡剂的喷射通路。该喷嘴22由挠性材料(例如塑料、氟树脂等树脂材料)构成，从而可以边弯曲边插入到管材1的内部。例如，在该实施例中，喷嘴22由氟树脂材料构成。由此，可以提高保护气体填充用发泡剂的泡沫消除的优异程度(泡切れの良さ)以及喷嘴22的耐磨损性。另外，由所述氟树脂形成的喷嘴22不会伤及管材1的内壁，因此优选。需要说明的是，喷嘴22的前端形状可以为例如开放端形状、喇叭形状、在侧部具有喷射孔的形状等结构。制动器23是用来控制喷嘴22在管材1内的插入长度的部件，例如制动器23由硅橡胶材料制成。在喷嘴22从管材1的端部向内部插入时，该制动器23与管材1、1的对接部接触。由此，控制了管材1中喷嘴22的插入长度，从而将喷嘴22的端部设置在特定的位置(应形成泡沫层S的位置)。设定喷嘴22的长度为30[cm]～50[cm]的范围，使得能够在不受焊接时产生的热的影响的程度下在距焊接部足够远的距离处形成泡沫。
接下来，经由管材1、1的对接部向管材1内填充保护气体G，在泡沫层S、S之间形成保护气体氛围(参考图4)。然后，使管材1、1的端部对接，然后在该保护气体氛围下进行管材1、1的焊接。此时，由于泡沫层S适当地保持管材1内部的保护气体氛围，因此能抑制内面焊接金属的氧化，提高焊接的品质。然后，用水对管材1的内部进行清洗，以除去泡沫层S(参考图5)。此时，由于形成泡沫层S的泡沫(保护气体填充用发泡剂)是水溶性的，因此容易用水对泡沫层S进行清洗，从而减少管材1内的残留异物。另外，可以使用例如氩气、氦气等非活泼气体作为保护气体G。此外，在管材1的焊接中使用例如电弧焊接机。
[保护气体填充用发泡剂]
在此，在该管材的焊接方法中，优选在形成泡沫层S时，使用含角蛋白蛋白质的保护气体填充用发泡剂。这样的构成与使用不含蛋白质的保护气体填充用发泡剂及含胶原蛋白蛋白质的保护气体填充用发泡剂的构成相比，具有以下优点：(1)泡沫层S(泡沫的泡沫性状)的保持性提高，另外(2)泡沫层S的耐压性提高。此外，由于角蛋白蛋白质具有两亲性，因此具有(3)泡剂粘度降低的优点。
例如，如果(1)泡沫层S的保持性得到提高，则可长时间适当地保持保护气体氛围。在管材焊接的施工现场，在考虑全部步骤的情况下，有时需要将管材的焊接方法中从泡沫层S的形成到管材1的焊接为止的时间设定为恒定的时间。为此，泡沫层S能够保持的时间越长，则可以将从泡沫层S的形成到管材1的焊接为止的时间设定成更长的时间，从而使管材的焊接方法与其它步骤的调整变得容易，从工程的情况方面考虑优选。
另外，如果(2)泡沫层S的耐压性得到提高，则泡沫层S不会在保护气体G的压力下流动，而保持在特定的位置。另外，在管材焊接的施工现场，由于单元内的温度差导致产生大气的比重差，有时会导致在管材内部产生压差。此时，如果由于该压差而导致泡沫层S在管材内部流动，则担心会导致保护气体氛围发生劣化。因此，通过提高泡沫层S的耐压性，可以防止上述事态的发生。
另外，如果(3)泡剂的粘度降低，则喷射的泡沫的粘度下降，施工的自由度更宽，因此优选。例如，泡沫的粘度越低，喷射时在喷嘴部产生的压力损失越小，由此可以使用更为细长的喷嘴(例如，内径为2[mm]且长度为500[mm]的喷嘴)22来形成泡沫层S。在这样的情况下，即使从管材1、1的对接部的狭小缝隙之间也能够插入喷嘴22，因此可形成泡沫层S，而无需在坡口对合前后选择时期。这样一来，无需调整用于形成泡沫层S的其他步骤。另外，对于在部分修补等坡口对合后必须从缝隙填充泡沫的情况也能够进行应对。需要说明的是，LPG的配合率优选在10[％]～40[％]的范围，更优选在15[％]～35[％]的范围。
需要说明的是，角蛋白蛋白质是从动物的毛、皮肤外皮的角质、毛发、指甲等中提取出的，特别是，人的毛发的8成以上由角蛋白蛋白质构成。角蛋白蛋白质的氨基酸组成中含有约1成其它的蛋白质中几乎不存在的胱氨酸。由于胱氨酸在分子内具有二硫键(S-S键)，因此角蛋白蛋白质的肽链通过胱氨酸来源的二硫键结成网状，其结果使得角蛋白蛋白质具有一定的机械强度，这一点是广为人们所知的。
需要说明的是，在该管材的焊接方法中，优选保护气体填充用发泡剂中涉及的角蛋白蛋白质的浓度为0.1[％]以上5[％]以下。在所述构成中，由于保护气体填充用发泡剂的泡沫的保持性、耐压性、粘度得到优化，因此具有同时兼顾保护气体填充用发泡剂的保护气体保持性能和施工性的优点。例如当角蛋白蛋白质的浓度超过5[％]时，泡沫的粘性过大，则会丧失施工性，因此不优选。另外，如果角蛋白蛋白质的浓度低于0.1[％]，则无法充分体现通过添加角蛋白蛋白质而获得的提高泡沫保持性和耐压性的效果，因此不优选。
实施例
在本实施例中，针对彼此具有不同成分的的保护气体填充用发泡剂，进行了与泡沫层S的保持性、耐压性及移动距离相关的性能试验。下面，对这些性能试验进行说明。
[与泡沫层的保持性相关的性能试验]
在与泡沫层的保持性相关的性能试验中，首先，将配制的保护气体填充用发泡剂与作为喷射剂的LPG(液化石油气(Liquefied petroleum gas))以重量比2∶1(LPG的重量比33.3[％])的比例填充到喷射罐2(参考图6)中。接下来，向圆筒形状的丙烯酸管(内径为50[mm]且长度为300[mm])的内部喷射该保护气体填充用发泡剂，从而在丙烯酸管的内部形成泡沫层S。然后，将两端放开的丙烯酸管以竖直状态放置在温度20[℃]的条件下。之后，在经过特定时间后，通过肉眼对泡沫层S的性状进行观察，以进行评价。评价分成◎、○、△及×4等级进行，越接近◎一侧，越优选(参考图8)。
在图7-1中，实施例1、比较例1及比较例2的保护气体填充用发泡剂由(a)硬脂酸三乙醇胺盐(triethanolamine stearate)、(b)椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、(c)醇、(d)蛋白质及(e)水来配制。(a)硬脂酸三乙醇胺盐及(b)椰子油脂肪酸二乙醇酰胺作为使微细气泡(泡沫)稳定的发泡剂使用。(c)醇作为溶剂及稳定剂使用。(d)蛋白质主要是用于确保泡沫的保水性及与金属的密合性。(e)水作为溶剂使用。需要说明的是，能够在本领域技术人员了解的范围内对这些成分的配合比进行优化。另外，除(d)蛋白质之外，其它成分是共通的(参考图7-1)。就该(d)蛋白质而言，在实施例1中使用角蛋白蛋白质(配合比5[％])。另外，在比较例1中，使用胶原蛋白蛋白质，在比较例2中使用酪蛋白蛋白质。另一方面，现有技术例的保护气体填充用发泡剂为市售品(商品名“Sunform P-30”)，其未配合角蛋白蛋白质。
如试验结果所示，实施例1在喷射刚结束及放置24小时后的泡沫性状保持为“◎：硬且稳定的泡”不变，与比较例1及比较例2相比，更为优选(参考图7-1及图8)。另外，放置48小时后的泡沫性状维持在“○：比较硬的泡(泡的致密性降低)”，与“△：泡的致密性丧失”的现有技术例相比，更为优选。如上可知：通过使保护气体填充用发泡剂中含有角蛋白蛋白质，泡沫层S的保持性得到提高。
另外，在图7-2中，实施例6、实施例7及比较例3的保护气体填充用发泡剂由(a)硬脂酸三乙醇胺盐、(b)椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、(c)醇、(d)角蛋白蛋白质及(e)水而制备。另外，(d)角蛋白蛋白质的配合比从0.5[％]、0.1[％]及0.0[％]中选择，并相应地调整(e)水的配合比。
如试验结果所示，在实施例6及实施例7中，喷射刚结束后及放置48小时后的泡沫性状保持在“○：比较硬的泡”，与比较例3相比更为优选(参考图7-2及图8)。如上可知：通过使保护气体填充用发泡剂中含有角蛋白蛋白质，泡沫层S的保持性得到提高。特别地，即使是像实施例7那样、配合少量(0.1[％])的角蛋白蛋白质时，也可以得到与未配合角蛋白蛋白质的比较例3相比更为优选的试验结果。另外，对实施例6和实施例7进行比较，具有0.5[％]的配合比的实施例6，在经过1周的时间后泡沫性状维持在“△：泡的致密性丧失”，与具有0.1[％]的配合比的实施例7相比，更为优选。因此可知：通过优化角蛋白蛋白质的配合比，可以提高泡沫层S的保持性。
[与泡沫层的耐压性相关的性能试验]
在与泡沫层的耐压性相关的性能试验中，将配制的保护气体填充用发泡剂与作为喷射剂的LPG以重量比2∶1(LPG的重量比33.3[％])的比例填充到喷射罐2(参考图6)中。接下来，向圆筒形状的丙烯酸管10(内径为50[mm]且长度为300[mm])的内部喷射该保护气体填充用发泡剂，从而在丙烯酸管10的内部形成泡沫层S。然后，将两端放开的丙烯酸管10以竖直状态放置在温度20[℃]的条件下。接下来，放置特定时间后，利用评价装置3对丙烯酸管10施加内压。然后，以5[mmH2O/min]的速度使内压加压，测量内压的升高停止(泡沫层S瓦解)时的内压，进行评价(参考图9)。评价分成◎、○、△及×4个等级进行，越接近◎一侧，泡越难以瓦解，因此优选(参考图8)。
需要说明的是，评价装置3具备压力调整用丙烯酸管31、流量计32、压力计33、压力调整阀(流量可变阀)34、内压释放阀35(参考图9)。另外，经由连接管36使压力调整用丙烯酸管31与形成有泡沫层S的丙烯酸管10连接。在该评价装置3中，通过流量计32向压力调整用丙烯酸管31中导入压缩空气。然后，使用压力计33及压力调整阀34，对压力调整用丙烯酸管31内的空气压进行调整。由此来调整丙烯酸管10内的空气压。
在图10中，实施例2～实施例5的保护气体填充用发泡剂由(a)硬脂酸三乙醇胺盐、(b)椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、(c)醇、(d)角蛋白蛋白质及(e)水而制备，具有相同的成分。但是，(d)角蛋白蛋白质的配合比从3.0[％]、4.0[％]及5.0[％]中选择，相应地对其它的成分(a)～(c)及(e)进行调整。另一方面，现有技术例的保护气体填充用发泡剂为市售品(商品名“Sunform P-30”)，其未配合角蛋白蛋白质。
如试验结果所示，在实施例2～实施例5中，喷射刚结束后，泡沫层S的耐压性具有“◎：20[mmH2O/min]”水平，与“△：5[mmH2O/min]”的现有技术例相比，更为优选(参考图10及图11)。如上可知：通过使保护气体填充用发泡剂中含有角蛋白蛋白质，泡沫层S的耐压性得到提高。另外，在实施例2及实施例3中，在放置1周后，泡沫层S的耐压性为“○：10[mmH2O/min]”水平，与实施例4及实施例5相比，更为优选。如上可知：通过对(d)角蛋白蛋白质的比率进行优化，可以提高泡沫层S的耐压性。
[与泡沫层的移动距离相关的性能试验]
在与泡沫层的移动距离相关的性能试验中，将配制的保护气体填充用发泡剂与作为喷射剂的LPG以重量比2∶1(LPG的重量比33.3[％])的比例填充到喷射罐2(参考图6)中。接下来，向圆筒形状的不锈钢管20(内径为50[mm]且长度为600[mm])的内部喷射该保护气体填充用发泡剂，从而在不锈钢管20的内部形成泡沫层S。然后，利用评价装置3(参考图9)对不锈钢管20施加内压5[mmH2O]。然后，将直立不锈钢管20放置在温度20[℃]的条件下(参考图12)。接下来，在放置一定时间后，测定泡沫层S的长度及移动距离。然后，基于该测定结果进行评价。
在该性能试验中，对含角蛋白蛋白质的实施例1的保护气体填充用发泡剂(参考图7-1)，与现有技术例的保护气体填充用发泡剂进行比较。
如试验结果所示，就实施例1的保护气体填充用发泡剂而言，与现有技术例的保护气体填充用发泡剂相比，泡沫层的经时移动距离短(参照图13)。即，实施例1的保护气体填充用发泡剂，即使在施工现场因大气比重差(因单元内的温度差引起)等导致管材1内部产生压差的情况下，泡沫层S也不易移动，因此与现有技术例相比，可以更适当地确保保护气体氛围。因此可知：通过使保护气体填充用发泡剂含有角蛋白蛋白质，可以在压差条件下提高保护气体保持性能。
工业实用性
如上所述，本发明涉及的管材的焊接方法及保护气体填充用发泡剂，由于可以提高保护气体保持性能及施工性，因此是有用的。

Claims (2)

1.一种管材的焊接方法，该方法包括：在管材的内部形成泡沫层，同时向由所述泡沫层密封的空间中填充保护气体，并对所述管材进行焊接，
其中，在所述泡沫层形成时，使用了以重量比0.1％以上且5％以下的浓度含有角蛋白蛋白质的保护气体填充用发泡剂。
2.一种保护气体填充用发泡剂，其通过喷射到管路中并起泡来形成泡沫层，从而对所述管路进行密封，其中，所述发泡剂以重量比0.1％以上且5％以下的浓度含有角蛋白蛋白质。
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