JP6499046B2 - ガス圧接用加熱トーチ - Google Patents

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Description

本発明は、ガス圧接により一対の金属製棒材を軸心方向に接合するためのガス圧接装置等に用いられるガス圧接用加熱トーチに関する。
例えば、鉄筋コンクリートを施工するに際して所定の形状に配設される鉄筋は、製造上或いは運搬上の取扱が容易な一定の長さとされている。そのため、施工される鉄筋コンクリートの長さが鉄筋の全長以上となる場合には、鉄筋が軸心方向に接続されて必要な長さに延長されて用いられる。この鉄筋等の金属製棒材の接続方法には様々なものがあり、2本の鉄筋の一部を重ねて固定する重ね継手、鉄筋の突き合わせ部に鋼製のスリーブを被せて接続するスリーブ継手、鉄筋の端面を軸心方向に互いに所定の力で押圧しつつガス等によって加熱するガス圧接、或いは鉄筋の端面を互いに所定距離離隔して保持し、加熱すると共にその端面間に溶接材料を流し込む溶接等が用いられているが、強度や信頼性の面からガス圧接或いは溶接等が好ましく、更に、作業の容易性の面からガス圧接が多く用いられている。
上記の金属製棒材のガス圧接は、例えば、加圧装置やガス圧接用加熱トーチ等を備えたガス圧接装置を用いて以下のように行われる。すなわち、先ず、棒材保持装置によって、一対の鉄筋等の金属製棒材をそれらの軸心方向が一致し且つそれらの端面が互いに突き合わされた状態で保持する。次いで、加圧装置によって、その棒材保持装置により保持された一対の金属製棒材を互いに押圧する方向に加圧すると共に、ガス圧接用加熱トーチによって、それら一対の金属製棒材の前記端面近傍をその外周側から加熱する。この加熱によって端面近傍が軟化させられることにより、その端面近傍が径方向に膨らむと同時に軸心方向の加圧力が予め定められた所定圧力まで低下した後、加圧装置によって再度加圧すると共に更に加熱する。そして、端面近傍の膨らみ部が所定の大きさとなった後加熱を停止することにより、一対の金属製棒材が接合される。
特許第2971801号公報
ところで、ガス圧接装置に用いられるガス圧接用加熱トーチは、例えば、燃料ガスボンベに接続される共通管部およびその共通管部から分岐する一対の分岐管部を有する燃料供給管と、それら一対の分岐管部の先端部側にその長手方向に沿って所定間隔を隔てて設けられ、一対の金属製棒材の端面近傍の外周面に向かうフレーム(火炎)をそれぞれ形成する複数のノズルチップとを備えている。これら複数のノズルチップから形成されるフレームは、一対の金属製棒材に当たると専ら分岐管部の側方に向かって反射され、その反射方向に熱の流れが形成される。そのため、ノズルチップがその熱の流れに曝されて高温に加熱され、燃料ガスの発火点以上の温度にもなり得ることから、逆火(backfire)が生じ易いという問題があった。
特許文献1には、燃料供給管の外周面に冷却気体を供給するための冷却気体供給管を含んで構成され、さらに断熱材をコーティングしているガス圧接用加熱トーチが記載されている。これにより、燃料供給管が冷却気体によって積極的に冷却されるとともに、燃料供給管を介してノズルチップも冷却される。そのため、燃料ガスの流速が比較的低い燃料供給管内や高温に曝されるノズルチップでの逆火の発生を抑制することができる。しかしながら、特許文献1によるガス圧接用加熱トーチは、燃料供給管に加えて冷却気体供給管や断熱材等の部品を有するため、ガス圧接用加熱トーチの先端部の質量が増加する。このため、特に作業者がガス圧接用加熱トーチを手で持って鉄筋を加熱するガス圧接作業では作業効率の低下を引き起こす新たな問題が発生している。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、逆火を生じ難くするとともに軽量化されたガス圧接用加熱トーチを提供することにある。
第1発明の要旨とするところは、金属製棒材の周囲から前記金属製棒材の外周面に向かうフレームを形成するための燃料噴射孔をそれぞれ有する複数のノズルチップと、前記複数のノズルチップが所定間隔を隔てて設けられ、内部に形成された燃料供給路に接続された前記燃料噴射孔に燃料を供給するための燃料供給管とを備えたガス圧接用加熱トーチであって、前記ノズルチップに嵌め着けられる円筒部と前記円筒部の前記金属製棒材側の端部から径方向に突き出した鍔部とを有するノズルチップカバーが前記ノズルチップに設けられ、前記鍔部の前記複数のノズルチップの配設方向に対して直交する方向の側端部が前記ノズルチップから離れるほど前記燃料供給管側へ近づくように傾斜させられていることにある。
第2発明の要旨とするところは、前記ノズルチップカバーは、耐熱合金から構成されていることにある。
第1発明によれば、ガス圧接用加熱トーチは、円筒部と傾斜を有する鍔部とからなるノズルチップカバーがノズルチップに嵌め着けられた構成となっている。これにより、金属製棒材に当たって反射してくるフレームがノズルチップカバーの鍔部の傾斜に沿ってノズルチップから逃げる構造となるため、ノズルチップの温度上昇を抑制しノズルチップでの逆火の発生を抑制することができる。さらに、簡素な部品構造で逆火の発生を抑制できることによりガス圧接用加熱トーチの軽量化を図ることができる。
第2発明によれば、ノズルチップカバーは耐熱合金で生成されるため、ノズルチップカバーの熱伝導率を低くすることができるので、より効率的にノズルチップの温度上昇を抑制しノズルチップでの逆火の発生を抑制することができる。
本発明のガス圧接用の手動式バーナ装置を有するガス圧接装置の使用状態を模式的に示す図である。 図1のガス圧接用手動式バーナ装置を説明する斜視図である。 図1のガス圧接用手動式バーナ装置に用いられるガス圧接用加熱トーチを詳細に示す平面図である。 図3のA−A視断面図である。 図3のB−B視断面図である。 図3〜図5のノズルチップカバーをその一部を切り欠いて拡大に示す図であり、(a)は平面図(b)は側面図を示す図である。 図1のガス圧接装置に用いられるその他の実施例のガス圧接用加熱トーチを詳細に示す平面図であって、図3に相当する図である。
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において各図の寸法比は必ずしも正確に描かれていない。
図1は、本発明の一実施例のガス圧接用の手動式バーナ装置10を含む鉄筋用のガス圧接装置12を示している。このガス圧接装置12は、断面形状が円形の一対の鉄筋14aおよび14bを互いに突き合わせられ且つそれらの軸心Cを一致させた状態で保持する鉄筋保持装置18と、その鉄筋保持装置18に油圧を供給する油圧ポンプユニット20と、燃料ガスであるアセチレンガスおよび酸素ガスを上記手動式バーナ装置10に供給するための減圧弁付のアセチレンガスボンベ22および酸素ガスボンベ24とを備えている。
上記鉄筋保持装置18は、一方の鉄筋14bの側面をボルト26にて押圧することによりそれを固定する第1固定部28aとこの第1固定部28aに対して直角を成す第1円筒状部28bとを一体的に有する第1固定部材28と、その第1固定部材28に対して一軸方向に相対移動可能に嵌合され、他方の鉄筋14aの側面をボルト30にて押圧することによりそれを固定する第2固定部32aとこの第2固定部32aに対して直角を成し且つ上記第1円筒状部28b内に摺動可能に嵌め入れられた第2円筒状部32bとを一体的に有する第2固定部材32と、第2固定部材32を駆動するための第1固定部材28に固定された油圧シリンダ34を備えており、手動式バーナ装置10に設けられたスイッチ36が操作されて、油圧ポンプユニット20からの油圧がホース38を介して油圧シリンダ34に供給されると、互いに同心位置とされた上記一対の鉄筋14aおよび14bの相対向する軸端が互いに接触させられるとともに、さらに互いに押圧されるようになっている。第1固定部28aおよび第2固定部32aに固定されることにより一対の鉄筋14aおよび14bが相互の軸心Cを一致させた状態で保持された状態では、上記第1円筒状部28bおよび第2円筒状部32bは、上記鉄筋14aおよび14bと平行となっている。
上記手動式バーナ装置10は、例えば図2に示されるように、アセチレンガスボンベ22および酸素ガスボンベ24から一対のホース40、42を介してアセチレンガスおよび酸素ガスが供給される長手管状の基端部44と、前記一対の鉄筋14aおよび14bの軸端部にフレームを放射するための複数個のノズルチップ68、72を有するガス圧接用加熱トーチ46と、基端部44とそのガス圧接用加熱トーチ46との間を連結する長手状の共通管部50とを備えたバーナ本体52を備えている。上記長手管状の基端部44は、握り管或いは吹管とも称される部分であり、アセチレンガス弁54を有するアセチレンガスホース口56および酸素ホース口58を末端に備えている。
上記基端部44と共通管部50との間には、酸素ガスの流量を設定するための酸素弁60が設けられており、長手管状の基端部44を通してそれぞれ導かれたアセチレンガスおよび酸素ガスの混合率が調節されるようになっている。また、基端部44には、作業者に把持されるための握り部材62がその基端部44の軸心まわりの回転位置が変更可能且つ軸心方向の固定位置が変更可能に設けられている。この握り部材62には、油圧ポンプユニット20からの油圧がホース38を介して油圧シリンダ34へ油圧を供給させるために操作されるスイッチ36が備えられている。
ガス圧接用加熱トーチ46は、図3に示すように、その円弧状部66,66の曲率中心E方向に垂直な方向に延びる共通管部50と、基端部においてその共通管部50に接続されると共に先端部に設けられた後述の圧接面用ノズルチップ68の最小間隔が鉄筋14a,14bに形成される膨出部の最大径よりも僅かに大きくされている分岐管部64a,64b(以下、特に区別しないときは単に分岐管部64という)とから構成された燃料供給管とを備えている。ここで、膨出部とは、図1および図5で示す鉄筋14a,14bの互いに突き合わされた端面である圧接面78およびその近傍がガス圧接における加熱と軸心C方向の押圧により膨出した部分をいう。
上記の燃料供給管の分岐管部64は、一対の分岐管64a,64bを備えており、その先端部側には鉄筋14の外周面に倣った円弧状の一対の円弧状部66,66がそれぞれ形成されている。これら円弧状部66,66には、内周側に向かって突設されたそれぞれ6つの圧接面用ノズルチップ68と6つの幅焼き用ノズルチップ72とが備えられている。図3および図4に示すように、圧接面用ノズルチップ68は円弧状部66の内周側に所定の間隔で一列に備えられている。そして、分岐管部側から1つ目の圧接面用ノズルチップ68と2つ目の圧接面用ノズルチップ68との間に位置し円弧状部66の軸心Eを隔てて両側に幅焼き用ノズルチップ72が1つずつ備えられている。同様に、分岐管部側から3つ目の圧接面用ノズルチップ68と4つ目の圧接面用ノズルチップ68との間および5つ目の圧接面用ノズルチップ68と6つ目の圧接面用ノズルチップ68との間にも幅焼き用ノズルチップ72が円弧状部66の軸心Eを隔てて両側にそれぞれ1つずつ備えられている。
上記の圧接面用ノズルチップ68は、図3および図5に示されるように、その軸心D方向が圧接面78を含む平面内に略位置するように設けられている。一方、上記幅焼き用ノズルチップ72は、図3および図4に示されるように、円弧状部66の内周側に向かうに従って、その圧接面用ノズルチップ68が設けられた平面から軸心E方向の両側に向かって離隔するように、その軸心E方向がその平面に対して例えば10〜35°程度の所定角度を成した状態で、その平面から分岐管64a,64bの周方向の両側に僅かに離隔した位置に設けられている。すなわち、幅焼き用ノズルチップ72は、その軸心D方向が内周側に向かうに従って上記平面から鉄筋14の軸心C方向の一方(図においては鉄筋14a側)に離隔する複数(本実施例においては6つ)の幅焼き用ノズルチップ72aと、他方(図においては鉄筋14b側)に離隔する複数(本実施例においては6つ)の幅焼き用ノズルチップ72bとから構成されている。
なお、両ノズルチップ68,72の内部には、その軸心D方向に貫通した燃料噴射孔70がそれぞれ形成されているが、両ノズルチップ68,72は何れも分岐管64a,64bに直接的に設けられていることから、それらの燃料噴射孔70は、何れも分岐管64a,64bの内部(すなわち燃料供給管の内部)に形成されている燃料供給路80に直接的に接続されている。すなわち、複数の幅焼き用ノズルチップ72は、圧接面78から鉄筋14の軸心C方向の両側にそれぞれ所定距離だけ離隔した位置のうち、一方に向かう燃料噴射孔70aをそれぞれ備えた複数の幅焼き用ノズルチップ72aと、他方に向かう燃料噴射孔70bをそれぞれ備えた複数の幅焼き用ノズルチップ72bとから構成されている。
このため、ガス圧接用加熱トーチ46がその軸心Eと鉄筋14の軸心Cとが略一致する位置に保持されて加熱が行われるとき、圧接面用ノズルチップ68からは圧接面78と平行な方向すなわち軸心E方向と垂直な方向に、幅焼き用ノズルチップ72からは内周側に向かうに従って鉄筋14の圧接面78から軸心C方向の両側に離隔するようにその圧接面78に対してそれぞれ所定角度を成す方向に、それぞれフレームが生じ、圧接面用ノズルチップ68は圧接面78を中心に加熱し、幅焼き用ノズルチップ72はその圧接面78から軸心C方向の上下に例えば十数〜数十(mm)程度の所定距離だけ離隔した位置を中心に加熱する。すなわち、圧接面用ノズルチップ68は圧接面78すなわち端面に向かうフレームを形成し、膨出部の形状を好適な略球形とするために幅焼き用ノズルチップ72はその圧接面78から軸心C方向の両側に所定距離離隔した位置に向かうフレームを形成する。
したがって、幅焼き用ノズルチップ72から形成されたフレームは、鉄筋14に当たると図3に示されるように圧接面78から離隔する方向、すなわちガス圧接用加熱トーチ46の分岐管部64から離隔する方向に向けられることとなり、そのフレームによって分岐管部64やノズルチップ68,72が加熱されることが抑制される。なお、図3は例えば呼び径D−38の鉄筋の接続に用いられるガス圧接用加熱トーチ46を示すものであり、ノズルチップ68,72の個数や幅焼き用ノズルチップ72の傾き角度等は、鉄筋径に応じて適宜変更される。
また、圧接面用ノズルチップ68には、図3で示すように、ノズルチップカバー200が嵌め着けられている。ノズルチップカバー200は、図3および図6で示すように、円筒部202と円筒部202の片側端部が径方向に突出したフランジ形状の鍔部204とで構成されており、ノズルチップカバー200の円筒部202の内周径は、圧接面用ノズルチップ68の外周径よりも僅かに大きくなるように形成されている。また、鍔部204は略円状で形成され、その外径は、図4で示すように、円弧状部66(燃料供給管64)の径よりも僅かに大きくなるように形成されている。そして、ノズルチップカバー200は、鍔部204を有さない円筒部端部206が燃料供給管64側に位置するように圧接面用ノズルチップ68に嵌め着けられた状態で例えばロー付により固定されている。
圧接面用ノズルチップ68の配設方向に対して直交する方向における鍔部204の両側端部208は、圧接面用ノズルチップ68から離れるにつれて燃料供給管64側へ近づくように、例えば、35〜45°程度の角度θで傾斜させられている。傾斜している両端部208は、略半円状をしている。また、圧接面用ノズルチップ68の配設方向における鍔部204の両側端部210は平面となっている。
そして、ノズルチップカバー200は、鍔部204が圧接面用ノズルチップ68の軸心D方向における先端部よりも燃料供給管64側に位置するように嵌め着けられている。つまり、ノズルチップカバー200を圧接面用ノズルチップ68に嵌め着けた際、圧接面用ノズルチップ68の先端が僅かにノズルチップカバー200から突き出している状態となる。ここで、ノズルチップカバー200の軸心は圧接面用ノズルチップ68の軸心Cと略同心となる。
なお、ノズルチップカバー200は、熱伝導の低い合金の耐熱合金であるSUS304で生成されている。
ガス圧接用加熱トーチ46には、図3に示されるように、帯状の鋼板から曲成された芯出しのための芯出しガイド240が着脱可能に固設されている。この芯出しガイド240は第1円筒状部28bから鉄筋14a,14bの軸芯Cまでの距離(芯高)に応じて、適当なものに交換されるようになっている。芯出しガイド240は、円弧状部66の外周外側に位置し、分岐管64bの外周と円弧状部66の先端とにネジ242で固定されている。芯出しガイド240は、円弧状部66に倣った円弧部244と平面部246と固定部248とで構成されている。
鉄筋14a,14bを接続するに際しては、先ず、鉄筋14a,14bの圧接面78をそれぞれ軸心C方向に垂直で平坦且つ酸化物が存在しないように加工する。この加工には、例えば、外周面に超硬合金等から成る加工刃を有する円板状回転切断工具を備えた切断機等が好適に用いられる。なお、アセチレンンバーナ等によって溶断した後、サンダー等でその端面(すなわち圧接面78)を平坦に加工した鉄筋14も同様にガス圧接可能であるが、接合強度を高くするためには圧接面78が可及的に平坦であることが望まれるため、上記のような切断機を用いることが好ましい。
接続する一対の鉄筋14a,14bを上述のように切断加工した後、ガス圧接用加熱トーチ46を含む手動式バーナ装置10を用いた圧接においては、先ず、一対の鉄筋14aおよび14bがその圧接面78を相対向した状態で鉄筋保持装置18に固定されるとともに、スイッチ36が操作されることにより鉄筋14aおよび14bの圧接面78が密着させられる。次いで、ノズルチップ68,72からのフレームが鉄筋14の軸端の外周から軸心Cに向かうように手動式バーナ装置10を保持することにより、圧接面78と圧接面78から軸心C方向の上下に所定距離だけ離隔した位置が加熱される。鉄筋14の加熱が開始されてから、鉄筋径により定められる所定の時間が経過すると加熱されている圧接面78の近傍は次第に軟化する。次いで、スイッチ36が操作されることにより鉄筋14の加圧が開始され、膨出部が鉄筋14aおよび14bに形成される。そして、その押圧状態で加熱が停止させられ、所定時間後にスイッチ36が操作されて押圧が解放される。
ここで、本実施例によれば、ガス圧接用ガス圧接用加熱トーチ46は、円筒部202と傾斜を有する鍔部204とからなるノズルチップカバー200がノズルチップ68に嵌め着けられた構成となっている。これにより、金属製棒材14に当たって反射してくるフレームがノズルチップカバー200の鍔部204の傾斜に沿ってノズルチップ68から逃げる構造となるため、ノズルチップ68の温度上昇を抑制しノズルチップ68での逆火の発生を抑制することができる。さらに、簡素な部品構造で逆火の発生を抑制できることによりガス圧接用加熱トーチ46の軽量化を図ることができる。
また、本実施例においては、ノズルチップカバー200は耐熱合金から構成されているため、ノズルチップカバー200の熱伝導率を低くすることができるので、より効率的にノズルチップ68の温度上昇を抑制しノズルチップ68での逆火の発生を抑制することができる。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において、前述の実施例と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略する。
図6はガス圧接装置に用いられるその他のガス圧接用加熱トーチを示す図であって、図2に対応する図である。図において、ガス圧接用加熱トーチ300は、ガス圧接用加熱トーチ46と略同様な構成であるが、幅焼き用ノズルチップ72を取り除き、ノズルチップカバー200を備えた圧接面用ノズルチップ68のみで構成されている。
したがって、本実施例によれば、ガス圧接用加熱トーチ46は、円筒部202と傾斜を有する鍔部204とからなるノズルチップカバー200がノズルチップ68に嵌め着けられた構成となっている。これにより、金属製棒材14に当たった後反射してくるフレームがノズルチップカバー200の鍔部204の傾斜に沿ってノズルチップ68から逃げる構造となるため、ノズルチップ68の温度上昇を抑制しノズルチップ68での逆火の発生を抑制することができる。さらに、簡幅焼き用ノズルチップ72を取り除いたことにより一層ガス圧接用加熱トーチ46の軽量化を図ることができる。
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に他の態様でも実施される。
例えば、前述の実施例においては、圧接面用ノズルチップ68の配設方向に対して直交する方向における鍔部204の両側端部208は、圧接面用ノズルチップ68から離れるにつれて燃料供給管64側へ近づくように角度θで傾斜しているが、その角度θは必要に応じて適宜変更されてもよい。
また、実施例においては、接面用ノズルチップ68の配設方向に対して直交する方向における鍔部204の両側端部208が傾斜しているが、傾斜する端部は必ずしも両側端部でなくてもよい。
また、実施例においては、圧接面用ノズルチップ68の配設方向における鍔部204の両側端部210は平面となっているが、必ずしも平面でなくてもよい。
また、実施例においては、鍔部204は略円状で形成されているが、必ずしも略円形でなくてもよく、例えば多角形状であってもよい。
また、実施例においては、ノズルチップカバー200は、熱伝導の低い合金の耐熱合金であるSUS304で生成されているが、必ずしもSUS304でなくてもよい。
また、実施例においては、ガス圧接用加熱トーチ46は、分岐管64a,64bに圧接面用ノズルチップ68がそれぞれ6個づつ、幅焼き用ノズルチップ72がそれぞれ6個づつ設けられ、何れも同様な大きさに形成されていたが、例えば、圧接面用ノズルチップ68と幅焼き用ノズルチップ72の個数は揃えなくてもよい。また、例えば圧接面用ノズルチップ68の大きさを幅焼き用ノズルチップ72よりも大きくしても良い。これらの数や大きさは、鉄筋14の圧接面78およびその近傍がガス圧接に好適な加熱状態となるように、鉄筋径等に応じて適宜変更される。
また、加圧装置としては、実施例で示した油圧シリンダ34の他に、単に機械的に第2円筒状部32bを駆動するモータ等が用いられても良い。但し、接合強度の信頼性を高めるためには、鉄筋14の加圧力が鉄筋径により定められる適切な値に保たれる必要があることから、鉄筋14の変形にも拘らず一定の加圧力を与えることが可能な油圧シリンダを用いることが好ましい。なお、実施例においては油圧シリンダ34が鉄筋保持装置18から取り外し可能に構成されていたが、取り外し不能に一体に構成されていても良い。
また、実施例においては、金属製棒材として鉄筋14のガス圧接を行う場合について説明したが、本発明は、他の種々の金属製棒材のガス圧接に同様に適用され得る。
また、実施例においては、ガス圧接用加熱トーチ46はガス圧接用の手動式バーナ装置10に設けられているが、ガス圧接用加熱トーチ46は他のバーナ装置にも適用され得る。例えば、ガス圧接用加熱トーチ46は、そのガス圧接用加熱トーチ46を鉄筋14に近接あるいは離隔させる方向に移動させる移動装置やガス圧接用加熱トーチ46に点火するためのパイロットバーナを備えた加熱装置、さらに油圧シリンダ34が設けられた鉄筋保持装置18などを制御装置にて自動制御される自動バーナ装置に設けられてもよい。
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられても実施されるものである。
46:ガス圧接用加熱トーチ
64:分岐管部
68:圧接面用ノズルチップ
72:幅焼き用ノズルチップ
200:ノズルチップカバー

Claims (2)

  1. 金属製棒材の周囲から前記金属製棒材の外周面に向かうフレームを形成するための燃料噴射孔をそれぞれ有する複数のノズルチップと、前記複数のノズルチップが所定間隔を隔てて設けられ、内部に形成された燃料供給路に接続された前記燃料噴射孔に燃料を供給するための燃料供給管とを備えたガス圧接用加熱トーチであって、
    前記ノズルチップに嵌め着けられる円筒部と前記円筒部の前記金属製棒材側の端部から径方向に突き出した鍔部とを有するノズルチップカバーが前記ノズルチップに設けられ、前記鍔部の前記複数のノズルチップの配設方向に対して直交する方向の側端部が前記ノズルチップから離れるほど前記燃料供給管側へ近づくように傾斜させられていることを特徴とするガス圧接用加熱トーチ。
  2. 前記ノズルチップカバーは、耐熱合金から構成されていることを特徴とする請求項1に記載のガス圧接用加熱トーチ。
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