JP2007056904A - 熱可塑性樹脂の融着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外周に被覆膜が形成された鋼管の端部同士を溶接してなる継手部の防食方法であり、従来の方法より簡便で防食性能も高い方法を提供することを主たる課題とする。
【解決手段】 外周に被覆膜が形成された鋼管の端部同士を溶接してなる継手部の防食方法であって、前記継手部を、透明または半透明な熱可塑性樹脂からなる第１シート部材で覆い、前記第１シート部材をその表面側から空気で冷却しつつ、その表面側から光を照射し、その後シート部材の表面側から加圧をすることにより、前記シート部材を前記継手部に融着せしめる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、都市ガスや水道、あるいは石油配管、地域暖房等の蒸気配管などのパイプラインにおいて使用される、外周に防食用の被覆膜が形成された鋼管の現場溶接により生じる継手部の防食方法に関する。

通常、都市ガス、水道水、石油、蒸気等の輸送用配管として鋼管が使用されている。このような鋼管の鋼材は水や酸素の存在下で腐食しやすい欠点があるため、一般的には、鋼管表面にアスファルト，コールタールエナメルまたはポリエチレン（ＰＥ），エポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂等を被覆して防食し、これにより、鋼管表面に防食被覆膜（この防食被覆膜は工場で被覆形成されるものであり、工場塗覆装ともいう）を設けるようにしている。

しかしながら、このような防食被覆膜が形成された防食被覆鋼管を用いると、その端部同士を溶接接続して配管工事を行う際に、溶接時の高温度で防食被覆膜が劣化するという問題がある。

上記防食被覆膜の劣化を防ぐため、両防食被覆鋼管の端部近傍の防食被覆膜を予め除去しておき、配管工事現場で端部同士を溶接接続したのち（この溶接部分およびその周辺が継手部となる。）、当該継手部の外周および防食被覆膜が除去され鋼管表面が露出した隣接部分の外周、さらに防食被覆膜の外周に、（１）ゴム材料に粘着材が施された粘着テープを巻きつけたり、（２）チューブ内層に粘着材が施された、加熱により収縮するシュリンクチューブを設置し、バーナーや加熱装置などにより当該チューブを収縮させたりする方法が行われてきた。（例えば、特許文献１参照）
特開平０９−０１４５７３号公報

しかしながら、継手部の腐食を防止するために用いられる粘着テープやシュリンクチューブを接着するために用いられる粘着材と、鋼管表面に設けられている防食被覆膜との密着性が乏しい場合があり、そうすると、鋼管表面の防食被覆膜と、粘着テープやシュリンクチューブが重なり合う部分から剥離が生じ、この部分から水分が浸透してしまうことが懸念される。特に、鋼管表面の防食被覆膜の材質がポリエチレンの場合には、当該部分の接着性が低いため当該問題が深刻化する。

本発明はこのような状況に鑑みなされたものであり、外周に被覆膜が形成された鋼管の端部同士を溶接してなる継手部の防食方法であり、従来の方法より簡便で防食性能も高い方法を提供することを主たる課題とする。

上記課題を解決するための、本願発明は、外周に被覆膜が形成された鋼管の端部同士を溶接してなる継手部の防食方法であって、前記継手部を、透明または半透明な熱可塑性樹脂からなる第１シート部材で覆い、前記第１シート部材をその表面側から空気で冷却しつつ、その表面側から光を照射し、その後シート部材の表面側から加圧をすることにより、前記シート部材を前記継手部に融着せしめることを特徴とする。

また、前記発明においては、前記継手部とシート部材との間に、有色不透明な第２シート部材を介在せしめるようにしてもよい。

上記の発明によれば、透明または半透明な熱可塑性樹脂からなる第１シート部材を用い、当該第１シート部材を熱により溶融することで、鋼管の継手部外周、防食被覆膜が除去され鋼管表面が露出した隣接部分の外周、さらには防食被覆膜の外周のそれぞれを被覆処理するので、従来からの方法のように、粘着材を用いることがなく、その結果当該部分をより強固に密着せしめることができる。

また、前記第１シート部材を熱融着するに際し、当該シート部材の表面側から加圧処理を行うのでより密着性を向上せしめることができる。さらに、前記加圧処理は、前記第１シート部材をその表面側から空気で冷却しつつ行われるので、第１シート部材の表面部分が過剰に溶融することを防止することができ（つまり、第１シート部材における鋼管と接触する部分（裏面側）を選択的に溶融せしめることができ）、これにより、例えば前記加圧処理を行う際に用いられるローラの表面に第１シート部材が付着してしまうことを防止することができる。

また、上記の発明において、継手部とシート部材との間に、有色不透明な第２シート部材を介在せしめることにより、当該第２シート部材が光を効率よく吸収し、当該部分において効率よく熱を発生させることができるので、当該第２シート部材の上に存在する第１シート部材を効率よく溶融せしめることができる。

以下に、本発明の継手部の防食方法について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の方法で行われる各工程を説明するための説明図である。

先ず、図１を用いて本発明の方法を工程順に説明する。

図１（１）は、本発明の方法により防食処理を行う前の継手部の断面図である。

図示するように、防食被覆鋼管１，１は、その端部ａ，ａ近傍の被覆膜２，２が予め除去されており、端部ａ，ａ同士が溶接３により接続された状態となっている。本願においては、当該部分全体を指して継手部と呼ぶ。

このような防食被覆鋼管１の被覆膜２の材質としては、通常アスファルト、コールタールエナメルまたはポリエチレン（ＰＥ）、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などが用いられるが、本発明の方法はこれを特に限定することはない。しかしながら、ポリエチレン製の被覆膜２が形成されている場合に特に効果的である。

図１（２）は、継手部を、透明又は半透明な熱可塑性樹脂からなる第１シート部材で覆った状態を示す断面図である。

図示するように、本発明の方法にあっては、被覆膜２が除去され表面が露出した鋼管１，１、被覆膜２，２、さらに溶接部分３の全てを覆うように、第１シート部材１０を設置することが好ましい。この場合、従来の方法にあっては、被覆膜２，２と第１シート部材１０との密着性（図中の符号Ｘの部分）に問題が生じる場合があったが、本発明の方法によれば粘着材を用いることがないので、当該部分も強固に融着することができる。

本発明の方法で用いる第１シート部材１０は、透明又は半透明な熱可塑性樹脂からなる。ここで、透明または半透明な熱可塑性樹脂とは、この後、ランプ等から照射される光が透過する程度の透明度を有する熱可塑性樹脂を意味し、具体的には曇度（ヘイズ）測定値が８０％以下の熱可塑性樹脂が好ましい。また、熱可塑性樹脂の具体例としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイソブチレン、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアセタール、フッ素樹脂やそれぞれの変性樹脂などが挙げることができる。

図１（２）’は、継手部を、前記第１シート部材で覆った状態の別の態様を示す断面図である。

図示するように、本発明の方法にあっては、継手部と第１シート部材との間に、有色不透明な第２シート部材１１を介在せしめてもよい。第２シート部材を介在せしめることにより、当該第２シート部材が光を効率よく吸収し、当該部分において効率よく熱を発生させることができるので、当該第２シート部材の上に存在する第１シート部材を効率よく溶融せしめることができる。

また、図１（２）’に示すように、溶接をするために防食被覆膜２が除去された部分に合わせて当該第２シート部材１１を介在せしめることにより、防食被覆膜２と鋼管表面との段差を、当該第２シート部材１１によって埋めることができ、これにより第１シート部材１０の接着性をより向上せしめることができる。

本発明の方法で用いる第２シート部材１１は、有色不透明なシートであれば特に限定されることはないが、その材料としては、前記第１シート部材１０の材料と同一の樹脂材料を着色して用いることができる。第２シート部材１１の着色方法についても特に限定されることはなく、例えば、上述の第１シート部材の材料と同一の熱可塑性樹脂内に顔料を混練する方法などを挙げることができる。また、樹脂を着色する場合の色についても特に限定されることはないが、ランプ等からの光の吸収効率を考慮すると、黒色に着色することが好ましい。また、当該第２シート部材１１については、樹脂全体が一様に不透明である必要はなく、その表面部分のみ不透明であったり、部分的に不透明であってもよい。さらに、第２シート部材の材質は、必ずしも第１シート部材の材質と一致させることはなく、上述した樹脂から任意に選択して用いることができる。また、第２シート部材１１は、必ずしも１種類の樹脂から構成されている必要はなく、複数の樹脂が積層されたシート部材を用いることもできる。この場合、例えば、第１シート部材と接する側の表面は、第１シート部材１０と同一の材料からなり、鋼管と接する側の表面は粘着材が塗布されているような構成としてもよい。

図１（３）は、第１シート部材１０をその表面側から空気で冷却しつつ、その表面側から光を照射した状態を示す断面図である。

図示するように、本発明の方法にあっては、継手部を前記第１シート部材１０で覆った後、当該第１シート部材１０の表面側から空気で冷却しつつ光を照射する工程を行う。当該工程を行うことにより、照射された光は、第１シート部材１０を通過して防食被覆膜２との界面や露出した鋼管との界面で吸収されて熱に変換され、当該熱により第１シート部材１０が溶融され、防食被覆膜２や露出した鋼管と密着する。また、この際に、本発明の方法は第１シート部材１０の表面側から空気を吹き付けることにより第１シート部材１０の表面を冷却しているので、第１シート部材１０の裏面側（つまり、防食被覆膜２との界面や露出した鋼管との界面）を集中的に溶融することができる。

この工程において照射する光としては、熱量をもつ光であることが好ましく、具体的には、紫外線〜赤外線、特に近赤外線領域の光を用いることが好ましい。したがって、図示するようなランプ２０を用いて光を照射する場合には、当該ランプ２０は、このような光を照射可能なランプであることが必要である。また、樹脂を融着する場合にあっては、点または線でなくある程度の面積に対し均一に光を照射することが必要となるため、鋼管の軸方向に沿って棒状に照射することができるランプ２０を用いることが好ましい。さらにまた、照射効率を上げるために、図示するような反射板２１を用いて光を集光するようにしてもよい。なお、ランプ２０と透明または第１シート部材１０表面との距離については、用いるランプ２０および反射板２１における集光距離に応じて適宜調整すればよい。

また、空気で冷却する場合の具体的な方法については、特に限定されることはなく、図示するような空気噴出口３０を設け、ここから適量の空気を噴出するようにしてもよい。この場合、噴出せしめる空気は特に冷却する必要はなく室温（２０〜２５℃）程度で良い。

図１（４）は、第１シート部材１０の表面側から加圧した状態を示す断面図である。

本発明の方法における当該工程にあっては、例えば第１シート部材１０の表面温度を１７０℃以下に保持出来るように空気で冷却することが好ましい。このような制御を行い、第１シート部材と鋼管表面との界面の温度を１３０〜１７０℃に保持することにより、好適に融着せしめることができる。

図示するように、本発明の方法にあっては、第１シート部材１０を溶融・融着後、さらに第１シート部材１０側から加圧する工程を行う。当該工程を行うことにより、第１シート部材１０の密着性をより向上せしめることができる。

第１シート部材１０を加圧する方法としては特に限定されることはなく、図示するようなローラー４０を用いて加圧してもよい。ローラー４０を用いる場合において、当該ローラー４０の材質や形状を特に限定することはないが、その表面にあっては、第１シート部材１１の表面に加圧痕や傷が生じることを防止するためにゴム等の弾性を有する材料で、同時に広い面積を加圧するようにすることが好ましい。

また、加圧する際の圧力についても適宜設定すればよく、特に限定することはないが、例えば０．１ＭＰａ〜１．０ＭＰａ程度が好ましい。また、加圧するためのローラー４０は１つに限定されることはなく、２つ以上用いてもよい（図示せず）。この場合には、１つ目のローラーは第１シート部材１０が浮き上がることなどを押さえることを主目的として用い、２つ目以降のローラーで圧着せしめることを主目的とすることが好ましく、その場合には、１つ目のローラーによる加圧に比べて、２つ目のそれによる加圧を大きくすることが好ましい。

次に本発明の方法を実現するための装置について図面を用いて説明する。

図２は、本発明の方法を実現するための装置を説明するための概略図である。なお、図２（１）は、鋼管の軸方向に対して平行な視点からの概略図であり、図２（２）は、鋼管の軸方向に対して垂直な視点からの概略図である。

図２（１）に示すように、当該装置１００は、鋼管の外周に周方向に取り付けられるレール１０１と、当該レール上に設置され、ランプ１０３および空気噴出口１０４を支持するための治具１０２と、当該治具１０２に支持されたランプ１０３および空気噴出口１０４、とからなる。また、前記治具１０２は、モーターＭ１を具備しており、当該モーターＭ１を作動させることにより、当該装置全体が、鋼管に取り付けられたレール１０１上を周方向に移動するようになっている。

このような構成からなる装置によれば、装置１００を鋼管の周方向に順次移動させながら、空気噴出口１０４により空気を噴出しつつ、ランプ１０３により光を照射することができ、継手部を覆うように設置された第１シート部材１０を、その表面を適度に冷却しつつ、その内側を中心に溶融せしめることができる。なお、ランプ１０３および空気噴出口１０４は、治具１０２上を鋼管の軸方向に（図２（１）においては、左右に）移動可能としてもよく、その数や位置関係は任意に設定可能である。また、設置するランプ１０３は必ずしも１つである必要はなく、同一の治具１０２上に並列または直列に複数個のランプを設置してもよい（この場合、それぞれのランプの位置関係は適宜設定可能である）（図示せず）。

また、図２（２）に示すように、当該装置１００は、図２（１）に示したレール１０１と同一レール上に、別の治具１０５を有しており、当該治具１０５には、第１シート部材１０を加圧するためのローラー１０６が支持されており、モーターＭ２も具備している（つまり、図２（１）におけるランプ１０３をローラー１０６に置き換えた構造となる）。

このような構成からなる装置によれば、前記ランプが支持された治具１０２が通過することにより、継手部を覆うように設置された第１シート部材１０を溶融せしめ、さらに、当該溶融した第１シート部材１０を加圧して、密着性を向上せしめることができる。なお、設置するローラー１０６にあっても、同一の治具１０５に複数のローラーを設置することが可能である。特に第２シート部材を設けない場合には、防食被覆膜が除去されている部分の除去されていない部分との間に段差が生じているため、それぞれの部分に別個独立したローラーを設けることが好ましい（図示せず）。

さらに、当該装置１００にあっては、図２（２）に示すように、ランプ１０３が支持された治具１０２と、ローラー１０６が支持された治具１０５のそれぞれを２つずつ設けてもよい。このような構成とすることにより、継手部と第１シート部材１０との密着性をより向上せしめることができる。

なお、上述した各部材からなる装置はモーター１台に対して装置を一式としてもよく、各部材毎にモーターをそれぞれ取り付けてもよい。

次に、本発明の方法について実施例を用いて説明する。

（実施例１）
図２に示す装置を用い、本発明の方法により以下の条件で継手部の被覆をした。具体的には以下の通りである。

まず、６００Ａのポリエチレン樹脂製防食被覆膜が形成された鋼管を通常の方法で溶接し、図１に示すような継手部を形成した。

この継手部に、黒色のポリエチレン樹脂からなる第２シート部材を設置し、さらに当該第２シート部材の上に、厚さ１ｍｍ、ヘイズ値７０％の半透明なポリエチレン樹脂からなる第１シート部材（幅１５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍ程度）を設置した。

その後、当該第１シート部材表面から１００ｍｍの距離に設置された、２０００Ｗ、光幅１５０ｍｍ以上の近赤外線ランプ（図２（１）（２）に示す符号１０３のランプ）を用いて、近赤外線光を照射した。

また、当該ランプから近赤外線光を照射すると同時に、空気噴出口（図２（１）（２）に示す符号１０４の空気噴出口）から第１シート部材表面へ空気を噴出せしめ、当該第１シート部材表面の温度を１５０℃に保った。

その後、図２（２）に示すように、近赤外線光により溶融した第１シート部材をローラー（図２（２）に示す符号１０６のローラー）により加圧した。

その後、図２（２）に示すように、再度前記と同様の近赤外線ランプ（図２（２）に示す符号１０３’のランプ）により近赤外線光を照射した。

その後、図２（２）に示すように、再度第１シート部材をローラー（図２（２）に示す符号１０６’のローラー）により加圧した。この際、当該ローラーには０．５ｋｇの加重をかけた（図２（２）に示す符号Ｗ参照）。

なお近赤外線ランプ（１０３，１０３’）およびローラー（１０６，１０６’）は、それぞれ５０ｍｍ間隔で設置し、それぞれ１５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で周方向に移動させた。

（実施例１の結果）
上記実施例１の結果、継手部は第１シート部材によりきれいに覆われており、当該継手部を固定し、第１シート部材を１８０°の方向に曲げて引っ張ることにより融着強度試験を行ったところ、１００Ｎ／ｃｍ以上の強度で第１シート部材が破断した。当該試験結果から、両者の融着強度は非常に強いことがわかった。

（実施例２）
継手部において、防食被覆膜と鋼管表面との段差を埋めるべく鋼管表面に黒色のゴム粘着シートを設置した点、および第１シート部材の幅を６００ｍｍにした点、を除いて、全て前記実施例１と同様の条件で継手部の被覆処理を行った。

（実施例２の結果）
上記実施例２の結果、実施例１の結果と同様に、継手部は第１シート部材によりきれいに覆われており、当該継手部を固定し、第１シート部材を１８０°の方向に曲げて引っ張ることにより融着強度試験を行ったところ、１００Ｎ／ｃｍ以上の強度で第１シート部材が破断した。当該試験結果から、両者の融着強度は非常に強いことがわかった。

本発明の方法で行われる各工程を説明するための説明図である。 本発明の方法を実現するための装置を説明するための概略図である。

符号の説明

１ … 鋼管
２ … 防食被覆膜
３ … 溶接部分
１０ … 第１シート部材
１１ … 第２シート部材
２０、１０３、１０３’ … ランプ
２１ … 反射板
３０、１０４ … 空気噴出口
４０、１０６、１０６’ … ローラー
１０１ … レール
１０２、１０５ … 治具

Claims (2)

1. 外周に被覆膜が形成された鋼管の端部同士を溶接してなる継手部の防食方法であって、
   前記継手部を、透明または半透明な熱可塑性樹脂からなる第１シート部材で覆い、
   前記第１シート部材をその表面側から空気で冷却しつつ、その表面側から光を照射し、
   その後シート部材の表面側から加圧をすることにより、
   前記シート部材を前記継手部に融着せしめることを特徴とする継手部の防食方法。
2. 請求項１に記載の継手部の防食方法であって、
   前記継手部と第１シート部材との間に、有色不透明な第２シート部材を介在せしめることを特徴とする継手部の防食方法。

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