JP2004035960A

JP2004035960A - 円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置

Info

Publication number: JP2004035960A
Application number: JP2002195783A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Arimoto; 有本　満
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】円形鋼構造物の内壁面の被溶射面に精度の高い膜厚分布の均等な溶射皮膜を自動施工できる円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置を提供する。
【解決手段】円形鋼構造物である吸出し管１上流のランナー（羽根車）シュラウドが対向する出口ライナーの内壁面を自動溶射して皮膜を施工する円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置１０であって、円形開口部入口ライナーもしくは出口ライナーを跨いで設置され、円形開口に沿った旋回移動を可能にする旋回駆動輪１３ａ，１３ｂを備えている回転架台１１と、該回転架台１１に対し円形開口部の直径方向へ移動可能な直径方向スライド機構１４ａ，１４ｂと軸方向スライド機構１５ａ，１５ｂとを備え、被溶射面の平行面２ａ，垂直面２ｂに向けられて取り付けられている溶射ガン１２とを具備して構成した。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水力、火力、原子力発電所などに設置されている大形鋼管のような円形鋼構造物の内壁面を自動溶射する円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置に関する。
特に、本発明は円形鋼構造物の内壁面の被溶射面が中心軸に対し垂直面及び平行面よりなる階段状であるもの、たとえばフランシス水車などのランナー（羽根車）のシュラウドが対向する入口もしくは出口ライナーの内壁面を、土砂などに対する耐摩耗性、耐食性を向上させるために溶射して皮膜を施工するのに有効である。
しかしながら、本発明は、円形鋼構造物の内壁面の被溶射面が中心軸に対し垂直面、平行面もしくは傾斜面（円錐台壁面）に対して適用可能なものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶射法は、金属（合金）、セラミック、サーメットなどの材料をプラズマジェットや可燃性の炭化水素と酸素との燃焼フレームなどの熱源によって溶融若しくは軟化状態の微粒子として、被処理体の表面に吹き付けて皮膜を形成する表面処理方法である。
従って、熱エネルギーによって溶融・軟化するものであれば、金属材料はもちろんのこと、酸化物、硼化物、ガラス、プラスチックなども成膜できるため、材料が保有する多彩な機能を表面皮膜として利用できる特徴がある。
【０００３】
また、炭化物のように硬質であるものの、熱源中で明確な融点を示さず、分解したり、酸化して変質しやすい材料には、金属質を混在させることによって、これをバインダーとして金属質の接合力を利用して炭化物粒子を相互に結合させることによって、皮膜を形成させることが可能であり耐摩耗皮膜として汎用されている。
【０００４】
一方、溶射装置は溶射ガン、熱源（電気、燃料など）及び溶射粉末供給装置があれば、容易に施工できることなどから可搬性で現地作業に富んだ表面処理装置として評価され、大形の鋼構造物の防食・耐高温環境性皮膜などの施工に適用されている。
【０００５】
たとえば、屋外の大形鋼構造物の防食対策として亜鉛・アルミニウム及びそれらの合金溶射として溶射皮膜の品質（ＪＩＳ　Ｈ８３００　１９９９）、溶射皮膜試験法（ＪＩＳ　Ｈ８６６１　１９９９）などが制定されている。ただ、これらの現地溶射の大部分は、作業者が溶射ガンを持って施工するいわゆる人力による皮膜形成であり、施工した溶射皮膜の品質管理が十分に行われていない状態にある。亜鉛・アルミニウム溶射皮膜のように鋼構造物に対して犠牲陽極作用によって防食する場合には、厳格な膜厚管理を必要としない場合が多いので、このような場合には膜厚の分布が大きくて偏っても問題となることは少ない。
【０００６】
ただ、防食を目的とした溶射皮膜でも、ボイラ蒸発管壁のように大面積の平面を対象とする場合には特開平１０−３１０８６０号公報に開示されているような自動溶射装置が適用されている。この自動溶射装置は、軸線が水平に対して傾斜したボイラ炉壁管から成る垂直な火炉壁に対して自動溶射するものであるが、しかし、この場合の溶射皮膜でも防食を目的としているため、厳格な膜厚管理を必要とせず、最小膜厚を管理しているのみである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の大形鋼構造物の溶射皮膜施工を目的とした自動溶射装置には、次の問題点がある。
（１）被溶射面が平面またはボイラ鋼管のような円筒の形状を示すもののほぼ平面として取り扱えるため、溶射ガンの移動が往復運動に限定されている。
（２）皮膜材質が金属（合金）に限定され、膜厚の許容範囲が大きく、仮に膜厚分布に大きな幅が存在しても耐食性に必要な最小膜厚が確保されていれば問題がないので、厳格な膜厚管理を無視した装置となっている。
（３）硬質で耐摩耗性及び耐キャビテーション・エロージョン性に優れた性能を示す炭化物サーメット皮膜は現地作業によって成膜後、これを機械加工などにより膜厚を均一にすることは困難であるため、精度の高い膜厚分布を有する皮膜の施工可能な自動装置の開発が望まれているが、未だに完成されていない。
（４）特に、本発明が対象とするような大形円形鋼構造物の内壁面の被溶射面が階段状になっていて、しかも、その中心軸に対し平行面と垂直面とに硬質の炭化物サーメット皮膜を精度の高い膜厚分布で施工する自動溶射装置は開発されていない。
【０００８】
本発明は以上述べた事情に鑑みなされたもので、その課題は、円形鋼構造物の内壁面の被溶射面に精度の高い膜厚分布の均等な溶射皮膜を自動施工できる円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の発明は、円形鋼構造物の内壁面を自動溶射して皮膜を施工する円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置であって、円形構造物の被溶射面が存在する円形開口部を跨いで設置され、前記円形開口に沿った旋回移動手段を備えている回転架台と、該回転架台に対し前記円形開口部中心軸の直径方向へ移動可能な直径方向移動手段と中心軸方向移動手段とを備え、前記円形鋼構造物の内壁面の被溶射面に向けられて取り付けられている溶射ガンと、を具備して構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
このような本発明の円形鋼構造物の自動溶射装置によれば、円形構造物の被溶射面が存在する円形開口部を跨いで設置され、前記円形開口に沿った旋回移動手段を備えている回転架台と、該回転架台に対し前記円形開口部の直径方向へ移動可能な直径方向移動手段と中心軸方向移動手段とを備え、前記円形鋼構造物の内壁面の被溶射面に向けられて取り付けられている溶射ガンと、を具備して構成したので、直径方向移動手段及び中心軸方向移動手段によって溶射ガンを被溶射面の最適位置に調整した後、旋回移動手段で円形鋼構造物の内壁面の被溶射面に沿って旋回させれば、円形鋼構造物の被溶射面に対して精度の高い膜厚分布の均等な溶射皮膜を自動施工することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の円形鋼構造物の自動溶射装置において、前記被溶射面が中心軸に対しして垂直面及び平行面よりなる階段状であり、前記溶射ガンは、垂直面用溶射ガンと平行面用溶射ガンとを一緒にまたは交換可能に取り付けられていることが好ましく、これにより、垂直面及び平行面よりなる階段状の被溶射面を自動施工することが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の円形鋼構造物の自動溶射装置において、前記被溶射面が垂直面及び平行面よりなる階段状であり、前記溶射ガンには、垂直面及び平行面から溶射方向を選択して回転させる溶射方向切換手段を設けることが好ましく、これにより、一台の溶射ガンで垂直面及び平行面よりなる階段状の被溶射面を自動施工することが可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置において、前記回転架台が、前記円形開口部の直径方向長さを調整する長さ調整手段を備えていることが好ましく、これにより、径の異なる円形構造物に応じて回転架台の長さを調整すれば、多様な径の円形構造物に使用できるようになる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の円形鋼構造物自動溶射装置において、前記円形開口部中心軸が傾斜または水平であっても、前記回転架台が安定に旋回出来るよう走行部に電磁石もしくは永久磁石を取り付けていることを特徴としており、これにより、円形開口部の中心軸の向きがどのような方向であっても安定した自動溶射が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
図１及び図２に示す本発明の第１の実施形態では、大形の円形鋼構造物であるフランシス水車のランナー（羽根車）のシュラウドが対向する入口ライナーもしくは出口ライナーを被溶射面として自動溶射する場合について、特に、階段状内壁面となる出口ライナーに自動溶射する場合に適用した例を示す。
【００１７】
図１において、符号１はフランシス水車などの吸出し管であり、この吸出し管の上流端はランナー（羽根車）シュラウドが対向する入口ライナー３および出口ライナー２が設けられている。ここで出口ライナーは中心軸に対し平行面２ａ及び垂直面２ｂよりなる階段状内壁面を有しており、この階段状内壁面が自動溶射の対象壁面（被溶射面）となっている。
【００１８】
本実施形態によれば、円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置（以下、「自動溶射装置」と略す）１０は、出口ライナー２に自動溶射して皮膜を施工するもので、回転架台１１と、溶射ガン１２とを具備して構成される。
【００１９】
回転架台１１は、円形構造物の被溶射面が存在する円形開口部を跨いで、すなわち入口ライナー３を直径方向に跨いで設置される梁状の部材である。この回転架台１１は、入口ライナー３を旋回移動するため、旋回駆動輪１３ａ，１３ｂを備えている。
【００２０】
一方の旋回駆動輪１３ａは、円形開口部中心軸に対し垂直面３ｂ上を旋回走行する。また、他方の旋回駆動輪１３ｂは、円形開口部中心軸に対し平行な壁面である平行面３ａに当接して旋回走行する。
なお、旋回駆動輪１３ａ，１３ｂは、少なくとも一方（両端のいずれか一方のみでもよい）が図示省略の駆動機構に連結された駆動輪となる。
【００２１】
溶射ガン１２は、回転架台１１の所定位置に固定支持して取り付けられ、回転架台１１に対して円形開口部の直径方向へ移動可能とする直径方向スライド機構（直径方向移動手段）と、この直径方向スライド機構に対して中心軸方向へ移動可能とする中心軸方向スライド機構（軸方向移動手段）とを備えている。
図示の例では、直径方向スライド機構及び軸方向スライド機構を備えている溶射ガン１２が２台（１２ａ，１２ｂ）設けられ、一方の溶射ガン１２ａが平行面２ａへ向けて取り付けられた平行面専用となり、他方の溶射ガン１２ｂが垂直面２ｂに向けて取り付けられた垂直面専用となっている。
【００２２】
そして、一方の溶射ガン１２ａが直径方向スライド機構１４ａと軸方向スライド機構１５ａとを備え、かつ、他方の溶射ガン１２ｂが直径方向スライド機構１４ｂと軸方向スライド機構１５ｂとを備えているが、これらの溶射ガンユニットは基本構成が同じであり、補助部材を用いるなどして回転架台１１に対する取り付け方向を９０度変化させた構成となっている。
また、直径方向スライド機構１４ａ，１４ｂ及び軸方向スライド機構１５ａ，１５ｂとしては、たとえば電動機でスクリューネジを適宜回動させて直径方向または軸方向の移動量を調整するものなど、公知の移動量調整機構から適宜選択して採用することができる。
【００２３】
なお、図示の構成では平行面２ａ専用の溶射ガン１２ａと、垂直面２ｂ専用の溶射ガン１２ｂとを設けてあるが、溶射ガン１２の溶射方向を変更できる機能を設ければ、１台の溶射ガン１２で平行面２ａ、垂直面２ｂ及び傾斜面のいずれにも溶射することが可能になり、あるいは、平行面２ａ専用の溶射ガン１２ａと、垂直面２ｂ専用の溶射ガン１２ｂとを適宜交換可能な構成とすれば、１台の溶射ガン１２で平行面２ａ及び垂直面２ｂの両面を溶射できるようになる。
【００２４】
さて、以上述べた自動溶射装置１０を用いて円形鋼構造物の中心軸に対し平行面、すなわち本実施形態によれば出口ライナー２の平行面２ａを溶射する場合には、溶射ガン１２ａの直径方向スライド機構１４ａ及び軸方向スライド機構１５ａを操作して、溶射ガン１２ａを所望の溶射位置に移動させる。被溶射面に対する最適な溶射角度は９０度であり、溶射ガン１２ａと被溶射面の平行面２ａとは、常に溶射粒子が９０度の角度で衝突すると共に、両者の距離を適切に保つ必要がある。
このため、本発明の自動溶射装置１０では、直径方向スライド機構１４ａを操作して溶射ガン１２ａを直径方向に移動させることで、自由に距離を変化させて調整することができる。また、軸方向スライド機構１５ａの操作によって、溶射ガン１２ａを上下に移動させることが可能となっているので、旋回駆動輪１３ａ，１３ｂによって回転架台１１を旋回させれば、精度の高い溶射皮膜を被溶射面の全面にわたって略均等に形成させることができる。
【００２５】
一方、被溶射面が中心軸に対し垂直面、すなわち本実施形態によれば出口ライナー２の垂直面２ｂを溶射する場合には、溶射ガン１２ｂの直径方向スライド機構１４ｂ及び軸方向スライド機構１５ｂを操作して、溶射ガン１２ｂを所望の溶射位置に移動させる。被溶射面に対する最適な溶射角度は９０度であり、溶射ガン１２ｂと被溶射面の垂直面２ｂとは、常に溶射粒子が９０度の角度で衝突すると共に、両者の距離を適切に保つ必要がある。
このため、本発明の自動溶射装置１０では、軸方向スライド機構１５ｂを操作して溶射ガン１２ｂを上下方向に移動させることで、自由に距離を変化させて調整することができる。また、直径方向スライド機構１４ｂの操作によって、溶射ガン１２ｂを直径方向に移動させることが可能となっているので、旋回駆動輪１３ａ，１３ｂによって回転架台１１を旋回させれば、精度の高い溶射皮膜を被溶射面の全面にわたって略均等に形成させることができる。
【００２６】
なお、上述した溶射ガン１２には、溶射粉末材料を供給するためのホース、燃料や酸素、ときにはＡｒガスを供給するためのホースが取り付けられているが、ここでは図示及びその詳細な説明は省略する。
【００２７】
さらに、前記円形開口部中心軸が傾斜または水平であっても、前記回転架台が安定に旋回出来るよう走行部に電磁石もしくは永久磁石を取り付けていること（図示省略）により安定に円形鋼構造物の自動溶射が可能となる。
【００２８】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態を図３及び図４に基づいて説明する。なお、以下の説明では、上述した第１の実施形態と同様の部材には同じ符合を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態の自動溶射装置１０Ａでは、回転架台１１Ａが所定の間隔をもって平行に配置された一対のレール部材１１ａ，１１ｂにより構成されている。レール部材１１ａ，１１ｂの両端部は連結部材１１ｃにより一体に連結され、さらに、回転架台１１Ａの両端部には、旋回移動手段として連結部材１１ｃに旋回駆動輪１３ａ，１３ｂが設けられている。
【００２９】
さて、本実施形態の溶射ガン１２は、上述したレール部材１１ａ，１１ｂ上を直径方向へ走行移動可能な溶射ガンユニット２０に取り付けられている。この溶射ガンユニット２０は、溶射ガン１２を直径方向に移動させる直径方向移動手段として図示省略の駆動機構に連結された走行輪（直径方向スライド機構）２１を備えており、さらに、溶射ガン１２を軸方向に移動させる軸方向移動手段として軸方向スライド機構２２を備えている。
【００３０】
図３に示した例では、２台の溶射ガンユニット、すなわち、平行面２ａ専用の溶射ガン１２ａを取り付けた溶射ガンユニット２０Ａと、垂直面２ｂ専用の溶射ガン１２ｂを取り付けた溶射ガンユニット２０Ｂとが設けられているが、溶射ガン１２に平行面２ａ、垂直面２ｂ及び傾斜面から所望の溶射方向を選択切換できる旋回機構を設ければ、あるいは、平行面専用及び垂直面専用の溶射ガンを適宜交換可能な構成とすれば、図４に示すように、１台の溶射ガンユニット２０とすることも可能である。
【００３１】
このような構成とすれば、溶射ガン１２は、走行輪２１が走行して溶射ガンユニット２０を直径方向に移動させることにより、また、軸方向スライド機構２２が動作して上下方向に移動させることにより、第１の実施形態と同様に被溶射面との距離や溶射位置を調整することができる。
従って、上述した第１の実施形態と同様の自動溶射方法により、溶射による膜厚の均一化を図ることができる。
【００３２】
また、上述した第１及び第２の実施形態において、回転架台１１，１１Ａの長さについて、すなわち直径が異なる種々の円形開口部に対応できるようにするため、直径方向長さを調整する長さ調整手段を設けておけば、自動溶射装置１０，１０Ａの汎用性を大きく向上させることができる。
【００３３】
ところで、上述した本発明の自動溶射装置は、自動作業装置として、たとえばブラッシング、掃除、グラインディング、塗装及び溶接等の作業にも使用することができる。この場合、溶射ガン１２に代えて、それぞれの作業に使用する工具等を取り付ければよい。
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００３４】
【発明の効果】
上述した本発明の自動溶射装置によれば、円形構造物の被溶射面が存在する円形開口部を跨いで設置され、前記円形開口に沿った旋回移動手段を備えている回転架台と、該回転架台に対し前記円形開口部の直径方向へ移動可能な直径方向移動手段と軸方向移動手段とを備え、前記円形鋼構造物の内壁面の被溶射面に向けられて取り付けられている溶射ガンと、を具備して構成したので、直径方向移動手段及び軸方向移動手段によって溶射ガンを被溶射面の最適位置に調整し、旋回移動手段で円形鋼構造物の内壁面の被溶射面に沿って旋回させれば、円形鋼構造物の被溶射面に対して精度の高い膜厚分布の均等な溶射皮膜を自動施工により容易に形成することができる。
【００３５】
また、自動施工が可能になることにより、溶射加工に要する作業時間を短縮でき、生産性の向上に大きく貢献できるだけでなく、紫外線や赤外線、粉塵や騒音といった作業環境から作業員を解放することも可能になる。
さらに、精度の高い膜厚分布の成膜が可能なため、硬質で耐摩耗性及び耐キャビテーション・エロージョン性に優れた高性能の皮膜を形成することができるので、被溶射面の耐久性や信頼性の向上に大きな効果を奏する。
【００３６】
特に、被溶射面が中心軸に対し平行面及び垂直面よりなる階段状の場合には、平行面用溶射ガンと垂直面用溶射ガンとを一緒にまたは交換可能に取り付けられる構成としたので、平行面及び垂直面よりなる階段状の被溶射面に対し、精度の高い膜厚分布の均等な溶射皮膜を自動施工により容易に形成することができる。また、被溶射面が平行面及び垂直面よりなる階段状の場合には、平行面及び垂直面から溶射方向を選択して回転させる溶射方向切換手段を設けた構成としたので、一台の溶射ガンにより、平行面及び垂直面よりなる階段状の被溶射面に対して精度の高い膜厚分布の均等な溶射皮膜を自動施工により容易に形成することができる。
【００３７】
さらに、回転架台の長さを調整できるように構成すれば、径の異なる円形構造物に応じて最適な長さの回転架台に調整できるので、多様な径の円形構造物に使用できる汎用性の高い装置となる。
さらに前記円形開口部中心軸が傾斜または水平であっても、前記回転架台が安定に旋回出来るよう走行部に電磁石もしくは永久磁石を取り付けていることにより前記円形開口部の中心軸の向きがどのような方向であっても安定に自動溶射可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の要部平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置を示す縦断面図である。
【図４】図３の要部平面図である。
【符号の説明】
１　吸出し管（大形の円形構造物）
２　出口ライナー
２ａ　平行面（被溶射面）
２ｂ　垂直面（被溶射面）
３　　入口ライナー
３ａ　平行面
３ｂ　垂直面
１０，１０Ａ　円形構造物の内壁面自動溶射装置（自動溶射装置）
１１，１１Ａ　回転架台
１１ａ，１１ｂ　レール部材
１１ｃ　連結部材
１２　溶射ガン
１３ａ，１３ｂ　旋回駆動輪（旋回移動手段）
１４ａ，１４ｂ　直径方向スライド機構（直径方向移動手段）
１５ａ，１５ｂ　軸方向スライド機構（軸方向移動手段）
２０　溶射ガンユニット
２１　走行輪（直径方向移動手段）
２２　軸方向スライド機構（軸方向移動手段）

Claims

円形鋼構造物の内壁面を自動溶射して皮膜を施工する円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置であって、
円形構造物の被溶射面が存在する円形開口部を跨いで設置され、前記円形開口に沿った旋回移動手段を備えている回転架台と、
該回転架台に対し前記円形開口部の直径方向へ移動可能な直径方向移動手段と円形開口部中心軸方向移動手段とを備え、前記円形鋼構造物の内壁面の被溶射面に向けられて取り付けられている溶射ガンと、
を具備して構成したことを特徴とする円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置。
前記被溶射面が円形開口部中心軸に対し垂直面及び平行面よりなる階段状であり、前記溶射ガンの向きをそれぞれの面に対し垂直となるよう切り替え可能な構成であることを特徴とする請求項１記載の円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置。
前記被溶射面が垂直面及び水平面よりなる階段状であり、前記溶射ガンには、垂直面及び水平面から溶射方向を選択して回転させる溶射方向切換手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置。
前記回転架台が、前記円形開口部の直径方向長さを調整する長さ調整手段を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の円形鋼構造物の内壁面自動溶射装置。
前記円形開口部中心軸が傾斜または水平であっても、前記回転架台が安定に旋回出来るよう走行部に電磁石もしくは永久磁石を取り付けていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の円形鋼構造物自動溶射装置。