JP3869894B2 - 金属基材表面への薄金属シート被覆方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海洋構造物、橋梁、各種プラント等の鋼構造物（以下、単に金属基材という）の防食や海洋生物等の付着防止のため、耐食性や防汚性の薄金属シートを金属基材の表面に被覆する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前記金属構造物の防食や防汚は有機・無機塗料の塗装によるものが一般的であった。この方法では数年で塗り直しが必要となるためメンテナンスが煩雑であり、また塗り直し作業は危険を伴う作業であった。このため近年は腐食環境等の特に厳しいところに設置される金属構造物の防食や防汚には、長期に渡って耐食性や防汚性を有する金属、例えば銅、銅合金、ステンレス、チタン、モネル等の特殊金属シート（以下金属シートという）を単独または普通鋼とクラッドしたものを金属基材の表面に貼り付け被覆する金属シート被覆法が用いられてきている。
【０００３】
また、海水用熱交換器や化学薬品用タンク等の化学プラントの中でも特に高耐食性を要求される機器類には、普通鋼とチタン等の耐食性金属からなるクラッド鋼を材料として用い、これを成形加工する方法や普通鋼を加工した後、表面に耐食性金属を被覆し、線状或いは点状に部分的に爆発接合する方法が用いられている。また、屋根材には端部を被覆面と垂直になるように折り曲げた２枚の被覆金属の立ち上がり部を対向するローラー電極により抵抗シーム溶接する方法（ＲＴ工法）が用いられているものもある。これらの金属シート被覆法は、メンテナンスが不要で長期にわたり高い防食性や防汚性が期待できるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の金属シート被覆法には以上の如く各種の方法があったが、それぞれ以下の課題があった。
（１）単独の金属シートを金属基材に重ねて隅肉溶接により金属シートの外周を金属基材に接合する方法においては、異種金属の溶接は難しく、溶接品質の確保が困難であった。また、板厚が厚い金属基材に十分溶け込ませるためには溶接入熱を高くする必要があるが、反面、金属シートの過溶融を防ぐためには板厚を１mm以上にしなければならなかった。このため高価な特殊金属シートの材料コストが高価になるとともに、重くなり、取扱いが不便であった。
【０００５】
（２）また、金属シートにクラッド鋼を用い、クラッド鋼の普通鋼の部分を金属基材（普通鋼）に溶接したのち、被覆金属同士を溶接するという方法では、それぞれ同種金属の溶接となり溶接品質は確保できるが、前記と同様の理由で金属シートを薄くすることはできず、クラッド鋼の製造コストの高価さ及び金属シートの取扱いの不便さを解消することはできなかった。
さらに、これら金属シートに単独、クラッド鋼のいずれを用いた場合も、金属基材の表面が曲線状に変化しているような複雑な形状の構造物に被覆する場合は、金属シートが厚く剛性が高いため成形が難しく、金属基材表面と金属シートの密着性が悪くなるという品質上の課題もあった。
【０００６】
（３）また、クラッド鋼を材料として用い、これらを成形加工して化学薬品用のタンクを製作する場合、曲げ加工や接合に高度な技術と大規模な装置が必要であり、製作できるタンクの大きさにも制限があった。さらに、普通鋼を加工した後、表面に耐食性金属を被覆し、線状或いは点状に部分的に爆発接合する方法では、耐食性金属の厚さを爆発の衝撃で破損しないまでに厚くしなければならず、材料コストが高価になるとともに、金属シートが重くなり、取扱いが不便であった。また、火薬類を取り扱うため特別な安全対策が必要であった。
【０００７】
（４）また、屋根材の加工に使われるＲＴ工法では、被覆金属の端部を被覆面と垂直になるように折り曲げているため、一定の幅毎に線状の突起ができるので美観が損なわれるとともに、その突起が他作業の障害になるという課題があった。このため抵抗シーム溶接後、突起をさらに折り曲げる工程が必要であった。
【０００８】
（５）最近、粘着剤、接着剤の性能向上にともない金属シートを粘着剤や接着剤のみで金属基材の表面に貼りつけ被覆する方法が提案されている。この方法は溶接による金属シートの過溶融の問題がないため、金属シートの厚さを薄くできる利点があるが、金属シートの外周部の粘着剤または接着剤が光、外気、水等に接するため、この部分から劣化が進行し、金属シートが剥離しやすくなるという課題があった。
【０００９】
本発明者らは、これらの課題の一部を解決する手段として先に、特開平７−１５５９６１号公報および特開平７−２０４８６８号公報に記載の手段を提案している。これは図５に示すように、金属シート１１を粘着剤や接着剤５で金属基材１の表面に貼りつけた後、端部に局部真空装置１２を装着して金属シートの外周部３を爆発接合により密封シールする方法である。
【００１０】
また、特開平８−７１７６３号公報には図６に示すように、金属基材１にこれと溶接可能な厚さの金属シート枠９を溶接固着し、それに同材質の薄金属シート２を重ね、ラップ部分をインダイレクト抵抗シーム溶接により密封シールする方法を提案している。この方法はチタンを普通鋼に被覆する場合のような直接溶接不可能な金属の組合せを対象としている。この場合、金属シート枠９には普通鋼に溶接可能なチタンクラッド鋼を使用し、そのチタンクラッド鋼に薄金属シート２に相当するチタンシートを重ね、ラップ部分をインダイレクト抵抗シーム溶接により密封シールすることになる。
【００１１】
これらの手段を用いると高価な金属シートを薄くできるため材料コストを低減し、かつ金属シートの外周部およびラップ部を確実に密封シールし、メンテナンスフリーで長期にわたって防食、防汚性能を維持することができる。しかし、前者では爆発接合を用いているため安全対策を要し、後者の場合は薄金属シートの接合箇所に金属シート枠を設けておく必要があり、作業が繁雑である、等の問題点があった。
【００１２】
本発明は、前述の課題を解決し、特別な安全対策が不要で、かつ取り扱いの容易な抵抗溶接法を用い、金属基材に経済的な薄金属シートを被覆する方法を提供することを目的としたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の要旨は以下の通りである。
即ち、普通鋼からなる海洋構造物、橋梁、各種プラント等の鋼構造物の表面に、該鋼構造物に直接溶接可能な、モネル或いはステンレス鋼からなる耐食性または銅合金からなる防汚性を有する、厚さ０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の薄金属シートを接触させた状態で置き、並列に配置された一対のローラー電極を有する抵抗溶接機の一方のローラー電極を薄金属シートの外周端部上に配置し、他方のローラー電極を鋼構造物上に接触させて通電しながら移動させて、前記薄金属シートの周囲を鋼構造物に接合し密封シールすることを特徴とする鋼構造物表面への薄金属シート被覆方法である。また、本発明においては、薄金属シートは同様手段で周囲のみならず、中間部も格子状に鋼構造物に接合することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる薄金属シートの材質は、金属基材に直接溶接可能であるものから選択する必要がある。金属基材が普通鋼の場合、防食を目的とするならば耐食性に優れ、普通鋼に溶接可能な金属であるモネル、ステンレス鋼等から選択する。また、防汚を目的とするならば銅合金等から選択する。薄金属シートの厚さは防食機能或いは防汚機能を発揮し、かつ強度を保持するとともに施工性を考慮して０．１〜１mm未満とし、好ましくは０．３〜０．５mmの範囲とする。これらの金属は特殊金属のため材料価格が高く、１mm以上になると材料コストの面で不利になる。
【００１５】
本発明では接合手段にインダイレクト抵抗シーム溶接法を適用することにより、極めて薄い金属シートの被覆溶接が可能で、かつ厚さ１mm未満の薄金属シートを使用するので材料コストを低減することができ、材料の成形性、ハンドリング性も向上させることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明により金属基材の表面に薄金属シートを被覆する手段を示す断面図、図２（ａ）は薄金属シートの中間部を格子状にシリーズシーム溶接した状況を示す平面図、図２（ｂ）は（ａ）の溶接部の断面図、図３は海中に設置した桟橋、海洋構造物の干満帯・飛沫帯の鋼管に本発明の方法で薄金属シートを被覆した例をそれぞれ示す。
【００１７】
図１に示すように、金属基材１の表面にその金属基材１に直接溶接可能な薄金属シート２を、被覆する目的の部分に重ねて置き、その外周端部３をインダイレクト抵抗シーム溶接法により密封シールする。また、薄金属シート２の外周端部３を除く中間部４は、そのままにしておいてもよいが、図２（ａ）に示すように、外周端部３を除く中間部４をシリーズシーム溶接により格子状に溶接することにより、薄金属シート２の密着性が向上し、また、薄金属シート２が外的衝撃等により破損した場合でも、シーム溶接線が格子状にブロック分けされているため、金属基材１と薄金属シート２の界面への水分、酸素などの腐食因子の侵入を小さな範囲に止めることが可能となる。
【００１８】
なお、薄金属シート２は、外周端部を除く中間部４に粘着剤や接着剤を塗布した後に被覆することもできる。この場合、金属基材１と薄金属シート２を全面にわたって接着でき、薄金属シート２の浮き上がり等が生じることなく、さらに内部に湿気を含んだ空気を存在させないため、防食面でより有利になるとともに、耐衝撃性が向上し、薄金属シート２の一部が破損しても粘着剤、接着剤で保護できる利点がある。
【００１９】
金属基材１上に薄金属シート２の外周端部３をインダイレクト抵抗シーム溶接するには、図１の右側面に示すように、一対のローラー電極を有する抵抗溶接機の一方のローラー電極６を薄金属シート２の外周端部３上に配置し、他方のローラー電極６を金属基材１上に接触させて通電しながら溶接方向に移動させる。また、薄金属シート２の外周端部３上に両方のローラー電極６を接触させて通電しながら抵抗シーム溶接をすることにより、金属基材１と薄金属シート２とを２箇所同時に連続的に溶接することも可能である。
【００２０】
また、既接合の薄金属シート２にオーバーラップして接合する場合、図１の左側電極のようにオーバーラップした薄金属シート２の外周端表面と既接合薄金属シートの表面にローラー電極６を接触させて通電移動させる。
【００２１】
中間部の薄金属シートと金属基材の接合は、図２（ｂ）に示すように薄金属シート表面に一対のローラー電極６を通電しながら接触移動させるのみで２本のシーム接合線が得られる。したがって、これを直交させることにより格子状のシーム溶接ができる。
【００２２】
溶接電流、電流印加・冷却時間、ローラー電極の加圧力等の溶接条件は、薄金属シートの材質、板厚に応じて、適当な値を選ぶ必要がある。表１は厚さ０．５mmのＳＵＳ３１６Ｌ鋼の薄金属シートを普通鋼金属基材にインダイレクト抵抗溶接する場合の溶接条件例を示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
薄金属シートの被覆範囲は規定寸法の薄金属シート１枚分の幅とするか、または、複数枚の薄金属シートどうしをラップさせて広くすることもできる。その場合、薄金属シートを金属基材に被覆する前に、薄金属シートのラップ部を対向するローラー電極を使用した抵抗シーム溶接によりあらかじめ接合しておくか、または複数枚の薄金属シートを金属基材に貼りつけた後、薄金属シートのラップ部を平行するローラー電極を用いたインダイレクトシーム溶接により接合してもよい。
【００２５】
薄金属シートのラップ部端部では、ラップ部に直交する方向の密封シールをするインダイレクトシーム溶接が不連続になる恐れがあるので、図４に示すように、金属基材１と薄金属シート２と二箇所の抵抗溶接部７間を、アーク溶接或いはレーザ、プラズマ等の高エネルギー溶接によりシール溶接８を行うことが好ましい。
以上のような手順で金属基材上に薄金属シートを被覆することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、金属基材表面に薄金属シートを操作が容易で品質が確保できる抵抗シーム溶接で密封シールする金属シート被覆法である。従って、従来の金属シート被覆法のように、金属基材の被覆範囲全面にわたり金属シートを隅肉溶接するものと比較して、薄い金属シートを使用することができるため、金属シートの材料コストを低減し、成形が容易で金属基材への密着性がよく、材料のハンドリング性を向上することができる。
また、クラッド鋼を加工する場合と比較して、装置的な制限がないため、より大きなものの製作が可能となる。さらに、屋根材の加工に使われるＲＴ工法と比較して、突起のない、美観上優れた金属被覆面を得ることができる。
【００２７】
また、金属シートの外周端部を抵抗シーム溶接して密封シールするため、金属基材は光、外気、水等から完全に遮断され、完全な防食が期待できる。さらに、端部以外の重ね合わせ部に粘着剤、接着剤を用いた場合には端部を光、外気、水等から完全に遮断できるため、粘着剤、接着剤に劣化が生じることがなく、長期にわたりメンテナンスフリーで防食や防汚性能を維持できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による薄金属シートを被覆する例を示す断面図。
【図２】（ａ）は本発明の薄金属シートを格子状に溶接した状況を示す図。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明による鋼管への薄金属シートの被覆状態を示す図。
【図４】薄金属シートラップ部端部の処置方法を示す図。
【図５】爆発接合による薄金属シートの被覆方法例を示す図。
【図６】金属シート枠による薄金属シートの被覆方法例を示す図。
【符号の説明】
１ 金属基材
２ 薄金属シート
３ 外周端部
４ 中間部（外周端部を除く重ね部分）
５ 粘着剤または接着剤
６ ローラー電極
７ 抵抗溶接部
７ａ 抵抗溶接部
８ シール溶接部
９ 金属シート枠
１０ 隅肉溶接部
１１ 金属シート
１２ 局部真空装置
Ａ 緩衝材
Ｂ 火薬類
Ｃ 雷管

Claims (2)

1. 普通鋼からなる海洋構造物、橋梁、各種プラント等の鋼構造物の表面に、該鋼構造物に直接溶接可能な、モネル或いはステンレス鋼からなる耐食性または銅合金からなる防汚性を有する、厚さ０．１ｍｍ以上１ｍｍ未満の薄金属シートを接触させた状態で置き、並列に配置された一対のローラー電極を有する抵抗溶接機の一方のローラー電極を薄金属シートの外周端部上に配置し、他方のローラー電極を鋼構造物上に接触させて通電しながら移動させて、前記薄金属シートの周囲を鋼構造物に接合し密封シールすることを特徴とする鋼構造物表面への薄金属シート被覆方法。
2. 周囲を鋼構造物に貼り付けた薄金属シートの中間部を鋼構造物の表面に接触させた状態で置き、並列に配置された一対のローラー電極を有する抵抗溶接機の両方のローラー電極を薄金属シート上に接触させて通電しながら移動させて、前記薄金属シートの中間部を格子状に鋼構造物に接合したことを特徴とする請求項１記載の鋼構造物表面への薄金属シート被覆方法。

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