JPH0669618B2 - 無散水消雪用放熱管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は積雪寒冷地の路面上に降る雪を融かし、路面
の凍結をも防ぐための無散水消雪用放熱管の製造方法に
係り、特に路面内に埋設した放熱管の内部に温かい地下
水や不凍液が円滑に流れ、路面に均一に放熱してその上
に降る雪を一様に融かし、凍結をも防ぐための無散水消
雪用放熱管の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の無散水消雪用放熱管の製造方法は、白鋼管を所定
の長さに切断し、これをＵ字形に曲げ加工をし、管端表
面の亜鉛被膜を機械的に研削除去した後、２本の鋼管の
各端部を突き合わせ、その突き合わせ部をガスバーナー
で加熱熔融して２本の鋼管を互いに逆方向に押し付けて
一体化させ、順次鋼管の突き合わせ、加熱熔融、押し付
けを繰り返し、多数の鋼管を接合して無散水消雪用放熱
管の製造を行っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような従来の無散水消雪用放熱管の製造方
法では、Ｕ字形に曲加工をし、管端表面の亜鉛被膜を機
械的に研削除去した後に２本の鋼管の端部を互いに突き
合わせ、ガスバーナーで加熱熔融し、互いに逆方向への
押し付けを行う際に熔融部が盛り上がって接合され、放
熱管の内面と外面に突条や突起が生じ、流体が内部を円
滑に流れないので協力なポンプで圧送することが必要と
なり、運転費用が高くなるという欠点があった。

また、前記突条や突起を生じた放熱管を路面内に埋設す
ると、その凸部に応力集中が発生し、亀裂や接合に緩み
が生じて漏水したり、路面に亀裂を生じさせる恐れがあ
った。

さらに、鋼管の上記加熱熔融接合では長時間にわたって
ガスを燃焼しつづけて加熱熔融する必要から加工費用が
高くなるという欠点を有していた。

本発明は上記の多くの欠点を除くためになされたもので
あり、鋼管をＵ字形に曲げ、管端の亜鉛を電解剥離し、
交互に管端を当接してティグ熔接を行い、塗装をして無
散水消雪用放熱管を製造することにより、流体が管内を
円滑に流れて路面の上に降る雪を一様に融かすととも
に、凍結防止をも可能とする無散水消雪用放熱管の製造
方法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を達成するため、外径21.7mm,内径1
6.1mmの配管用炭素鋼鋼管の白鋼管を路面形状に合うよ
うに所定の長さに切断し、Ｕ字形に曲加工する第１工程
と、硝酸アンモニウムの10％〜13％の電解質溶液中に陰
極の金属板を配置し、前記Ｕ字形鋼管の管端を陽極とし
て該陽極鋼管の管端を前記電解質溶液中に直立浸漬し、
電圧30Vで、電流値がＵ字状に形成した鋼管端部の電解
質溶液中への浸漬箇所１箇所あたり最大10Aの直流電流
を供給して該Ｕ字形鋼管端部の表面を被覆している亜鉛
被膜を電解剥離する第２工程と、前記管端の亜鉛を除去
したＵ字形鋼管の各端部を交互にそれぞれ当接し、該当
接部をアルゴンガスで不活性雰囲気として、２％トリエ
テッドタングステン電極棒を使用してティグ熔接をし、
該熔接部に塗装をする第３工程とを連続して行う無散水
消雪用放熱管の製造方法である。

〔作用〕

次に本発明の作用について説明すると、路面の形状に一
致するように切断してＵ字形に曲加工を行った白鋼管の
管端外表面の亜鉛被膜を電解質溶液中で除去を行う。こ
の際電圧30V、電流が最大10Aの直流電流に接続されたＵ
字形鋼管の端部1cm〜2cmを硝酸アンモニウムの電解質溶
液（濃度10％〜13％、pH7.5〜8.5）の中に約７分間直立
浸漬すると鋼管端部外表面のイオン化傾向の大きな亜鉛
被膜が前記電解質溶液中にイオンとして溶出し、亜鉛被
膜が電解剥離されるが、鋼管端部内面の亜鉛被膜は除去
されずにそのまま残る。この溶出した亜鉛は陰極の金属
板表面に溶出した亜鉛イオンと当量の金属亜鉛が析出し
て電解質溶液中に沈殿する。この際10％〜13％の硝酸ア
ンモニウム電解質溶液を調整した直後のpHは弱酸性の4.
5付近であるが、電解質溶液として使用すると間もなくp
H8.0の弱アルカリ性に落ち着いて安定する。長時間使用
によって電解液を劣化した際には新しい硝酸アンモニウ
ム溶液を追加補充すれば電解能力がすぐに回復し、pH8.
0付近で安定している。

このようにして得られた無散水消雪用鋼管の各端部を交
互に当接して、自動ガスタングステンアーク熔接の熔接
ヘッドの中に設けたガス小室の中に固定する。続いてこ
のガス小室にアルゴンガスを噴射しつづけ、もともとガ
ス小室にあった空気を外に追い出し、不活性雰囲気とす
る。ティグ熔接に先立って、２本の鋼管の熔接開始位置
を予備的に加熱してから熔接を始めるが、熔接はタング
ステン電極棒が２本の鋼管の当接部の周面に対して、一
定距離を保ちながらアーク放電して一周し熔接を終了す
る。

このようにして出来た熔接継手部は、その熱影響部の結
晶組織が熔接金属から順次マルテンサイト、マルテンサ
イトと微細パーライトの混合組織、及び微細パーライト
となっているため極めて強度が高く、かつ靱性に優れ、
繰り返し曲荷重にも十分耐えることが出来る。

また、本熔接方法において、２％トリエテッドタングス
テン製の電極棒の先端を鋭利な構造にしてアーク放電す
るため溶接部の熔融部分を極めて狭い範囲に収めること
ができ、かつその熔接部にアルゴンガスを吹き付けて冷
却する構成をとっているため熔接金属が盛り上がること
なく、直ちに凝固するとともに、熱影響部も急冷され前
記の好ましい結晶組織となるものである。

このようにして順次熔接して得られた無散水消雪用放熱
管の熔接部表面に塗装をして錆を防ぐものである。

〔実施例〕

次に、本発明に係る製造方法の実施例を第１図乃至第４
図の図面を参照して説明する。

まず第１工程は数区画に分けた路面の形状に適合するよ
うに、内径16.1mmの白鋼管１を切断し、第１図に示す如
くその鋼管の中心部をパイプベンダーのテーブル２の上
で、コマ３と共に回転するパイプホルダー４とクランプ
５で白鋼管１を挟み付けて固定し、コマの回転によって
鋼管をＵ字形に曲加工を行う。この曲加工の半径はコマ
を交換することとにより10cm〜5cmの任意の曲げ半径を
選ぶことが可能であり、Ｕ字形に曲加工を行った後のパ
イプの間隔は20cm〜10cmとなる。

第２工程は第２図に示す６内には硝酸アンモニウムの電
解質溶液７が満たされており、この電解質溶液は硝酸ア
ンモニウム10％〜13％濃度で、溶液調整直後はpHが4.5
付近であるが、使用を始めると間もなくpH8.0の弱アル
カリ性に落ち着いて安定し、無散水消雪用鋼管1a端部の
外表面だけの亜鉛剥離に最も適している。

このように硝酸アンモニウムを用いることによって、容
易にpHが7.5〜8.5の弱アルカリ性に維持でき、この電解
質溶液は通常の温度（５℃〜25℃）で充分亜鉛被膜の電
解剥離効果があり特に加熱する必要はない。

この浴槽６の底部には、排出口８が設けられており、こ
の排出口には管路９が接続されている。

この管路にはケミカルポンプ10を介して濾過装置11が接
続されている。この濾過装置は電解質溶液中に析出した
亜鉛を濾過し、電解質溶液を常に清澄に保つためのもの
である。この濾過装置には濾過後の電解質溶液を浴槽６
へ導く管路12が接続されている。このように浴槽６より
管路９を介してケミカルポンプ10によつて電解液が排出
され、濾過装置11で濾過され、管路12を介して浴槽６に
再び供給される還流経路が形成されている。

また、浴槽６内には電解液の表面より所定位置下がった
位置に絶縁台13が設けられている。この絶縁台上にＵ字
形に形成された無散水消雪用鋼管1aを垂直状態に直立さ
せて、複数本の管端部が電解質溶液内に浸漬される。こ
の鋼管はJIS規格Ｇ−3452で規定された化学組成を有す
る亜鉛メッキ鋼管であり、この鋼管に直流電源14の陽極
が接続されている。また、浴槽内の絶縁台の両方の側面
に陰極板15が設けられており、この陰極板には直流電源
の陰極が接続されている。

この装置によって直流電源に接続された鋼管の端部外表
面のわずか１〜2cmの外表面のみのイオン化傾向の大き
な亜鉛被膜が電解質溶液中にイオンとして溶出し亜鉛被
膜が電解剥離されるが、内面の亜鉛は除去されずに残
る。この溶出した亜鉛は陰極板の表面に溶出した亜鉛イ
オンと当量の金属亜鉛が析出して沈殿する。

そこで、浴槽内の電解質溶液の濃度を均一にするために
ケミカルポンプを作動し、電解質溶液中の亜鉛を濾過装
置によって濾過し電解質溶液を常に清澄に保つ。

また、使用にともなって電解質溶液が劣化しても少量の
補充で電解能力が回復する。本工程によって処理した鋼
管の管端外表面は、亜鉛が完全に除去されていることが
定性試験の結果明らかであった。

第３工程は第３図に示す如く、第２工程において管端外
表面の亜鉛被膜を除去したＵ字形鋼管1bの２本の端部を
図示しない自動ガスタングステンアーク熔接装置のガス
小室16の中で当接し、このガス小室の中にガスホース17
を通じてアルゴンガスを15l〜20l／分の流量で噴射しつ
づけて不活性雰囲気とし、２％トリエテッドタングステ
ン電極棒の先端部と鋼管当接部との距離を1.0mmに保持
して熔接する。

熔接を開始する前に当接部の最上部の熔接開始位置を予
備加熱する必要があるので、118Aの高電流を0.3秒、49A
の低電流を0.1秒、それぞれ交互に数回繰り返し流して
アーク放電し、合計４秒間で当接部の熔接開始位置を十
分に予備加熱した後に熔接を開始する。なお、この切り
替え時間は熔接終了まで一定である。

熔接にあたっては、熔接部全体を均一の品質とするため
熔接開始から終了までを五段階に分け、電流値と電圧と
を下記のように階段毎に変えている。また電極棒の移動
速度は1.9mm／秒に設定し終了時まで一定速度に保って
いる。

熔接の第一段階は、電極棒が鋼管当接部の最上部の位置
から動き始め、高電流値が118Aで0.3秒、低電流値が49A
で0.1秒流し、この高電流と低電流をそれぞれの所定時
間だけ交互に数回繰り返して流し、合計10秒間だけ電極
棒が当接部の周面に沿って移動し熔接する。

第二段階は、当接部が第一段階の熔接によって充分に加
熱されているため高電流値が113Aで0.3秒、低電流値が4
9Aで0.1秒を交互に数回繰り返し合計10秒間、電極棒が
当接部の周面に沿って移動し熔接する。

同様の方法で第三段階は、108Aで0.3秒、49Aで0.1秒を
数回繰り返し、合計10秒間熔接し、第四段階は95Aで0.3
秒、49Aで0.1秒を繰り返し合計9.2秒間溶接し、当接部
をほぼ一周して第四段階の終了時点では電極棒が当接部
の周上のほぼ熔接開始位置に戻る。

第五段階では、すでに熔接を行った部分の長さの７〜8m
mをオーバーラップして熔接し、高電流値、低電流値共
に徐々に下げて0Aで停止するが、アルゴンガスの噴射は
しばらくの間続け、不活性雰囲気のままで熔接金属の養
生を充分に行い、所定時間の後にアルゴンガスの噴射を
停止する。

本工程によって行なったティグ熔接の際に、鋼管外表面
の１〜2cmの亜鉛被膜を除去した端部だけが熔融し良好
に接合され、しかも亜鉛蒸気のような有毒ガスの発生が
防止できる。

また、管端内面の亜鉛被膜は第二工程の電解剥離工程で
は除去されず残るのでティグ熔接の際に、互いに当接し
た管端を外部から急速に1000℃〜3000℃に加熱して熔融
接合すると、内面に残っていた亜鉛被膜が一旦気化して
管内に充満し、アルゴンガスの冷却による熔接部18の急
冷によって、この気化した亜鉛蒸気が鉄と化合して新し
い合金をつくり、この合金が互いに熔接した管端接合部
の内面に新しい被膜を形成して内面を保護することにな
る。また鋼管の表面、内面ともに突条、あるいは凸部を
生じておらず、熔接部は母材以上の強度を持つことが実
証されている。

そして最後に、放熱管の熔接部表面に塗装を行って第３
工程を終了する。

本実施例により製造された無散水消雪用放熱管を路面に
埋設施工に際しては、第４図に示すように道路の形状に
合った施工ができ、特に道路の曲がり箇所では路面の形
状に合わせて扇状に調整して設置できるので、その路面
に均一な放熱ができ、一様に雪を融かすことができる等
の多くの効果がある。

〔発明の効果〕

上記のこの発明に係る無散水消雪用放熱管の製造方法は
次の効果を有する。

この発明は、最初直管の白鋼管をその中心部分からＵ字
形に曲加工を行うために、次の工程で行う管端の亜鉛電
解剥離がＵ字形パイプの両端の亜鉛を同時に剥離するこ
とができる。

また、亜鉛の電解剥離を溶解度が大きく、かつ金属酸化
物を融かす性質のある硝酸アンモニウムの電解質溶液中
に直立浸漬して行なうので鋼管端部外表面のわずか1cm
〜2cmだけに限定できるので、Ｕ字形鋼管を短時間で完
全に電解剥離が可能となり、しかも硝酸アンモニウム10
％〜13％の濃度で容易に、かつ安定したpH7.5〜8.5の電
解質溶液が得られ、使用にともなって電解質溶液が劣化
しても新しい硝酸アンモニウム溶液を少量補充するだけ
で電解能力が回復する。このため電解質溶液を全量交換
する必要がなく、少量の廃液だけを処理すればよく、こ
の電解質溶液中では亜鉛被膜の電解剥離に際して電解質
溶液を加熱する必要もなく、母材の鋼管を損傷せずに短
時間で安価に、かつ完全に亜鉛被膜を電解剥離すること
が可能である。

また、亜鉛被膜を電解剥離後は鋼管母材が熔接によって
酸化されにくくなり、無散水消雪用放熱管の端面を互い
に当接して、その当接部を遮蔽用のアルゴンガスを流し
てできる不活性雰囲気の中で行うティグ熔接によって接
合するので、管端の亜鉛メッキを電解剥離した端部だけ
が加熱熔融され良質の接合ができる。

また、管端の外表面の亜鉛だけを電解剥離し、内面の亜
鉛は残るのでティグ熔接を行う際に、内面に残した亜鉛
が加熱により一旦気化し、この亜鉛の蒸気が高温の内面
に溶け込んで新しい合金の被膜をつくって内面を保護す
る。その上有毒ガスの発生が防止でき、熔接継手部が極
めて高い強度を有し、しかも熔接部の内部に突条、ある
いは突起が形成されず、熔接ムラが無いので内部を流れ
る地下水などの流体が抵抗なく流れ、路面に埋設後も充
分耐え得る無散水消雪用放熱管を得ることができる。

また、このようにして製造した無散水消雪用放熱管には
パイプ間隔を保つための固定金具がないために運送時に
は間隔を狭めて小さくして運送ができ、さらに路面に埋
設施工に際しては道路の形状に合った施工ができ、特に
道路の曲がり箇所では路面の形状に合わせて扇状に調整
して設置でき、その路面に均一な放熱ができるので、一
様に雪を融かすことができる等の多くの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１工程の一実施例を示す斜視図、
第２図はこの発明の第２工程の一実施例を示す斜視図、
第３図はこの発明の第３工程の一実施例を示す斜視図、
第４図はこの発明による無散水消雪用放熱管を道路の曲
がり角に埋設した際の一部破断平面図である。 １……白鋼管、 1a……無散水消雪用鋼管、 1b……Ｕ字形鋼管、 1c……無散水消雪用放熱管、 ２……テーブル、３……コマ、 ４……パイプホルダー、 ５……クランプ、６……浴槽、 ７……電解質溶液、 ８……排出口、 9,12……管路、 10……ケミカルポンプ、 11……濾過装置、 13……絶縁台、 14……直流電源、15……陰極板、 16……ガス小室、17……ガスホース、 18……熔接部、19……道路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼管を所定の長さに切断し、Ｕ字形に曲加
   工をする第１工程と、電解質溶液中に陰極の金属板を配
   置し、前記Ｕ字形鋼管の管端を陽極として該陽極鋼管の
   管端を前記電解質溶液中に直立浸漬し、直流電流を供給
   して該Ｕ字形鋼管端部の表面を被覆している亜鉛被膜を
   電解剥離する第２工程と、前記の管端の亜鉛を除去した
   Ｕ字形鋼管の各端部と交互にそれぞれ当接し、該当接部
   を不活性雰囲気としてティグ熔接を行い、該熔接部表面
   に塗装をする第３工程とを接続して行うことを特徴とす
   る無散水消雪用放熱管の製造方法。
2. 【請求項２】鋼管として外径21.7mm,内径16.1mmの配管
   用炭素鋼鋼管の白鋼管を使用することを特徴とする請求
   項第１項記載の無散水消雪用放熱管の製造方法。
3. 【請求項３】電解質溶液に10％〜13％の硝酸アンモニウ
   ム溶液を使用し、直流電圧30V、電流値がＵ字形に形成
   した鋼管端部の電解質溶液中への浸漬箇所１箇所あたり
   最大10Aで管端の外表面のみの亜鉛電解剥離させること
   を特徴とする請求項第１項記載の無散水消雪用放熱管の
   製造方法。
4. 【請求項４】不活性雰囲気とするためにアルゴンガスを
   使用し、電極に２％トリエテッドタングステン電極棒を
   使用し、前記電極棒が鋼管当接部周面に沿って直流電
   流、電圧を変化させてアーク放電しながら一定速度で移
   動する請求項第１項記載の無散水消雪用放熱管の製造方
   法。