JPH10158810A - 金属製薄肉パイプ外周面への溶射方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属製薄肉パイプの溶射において、パイプの
変形や溶損がなく、密着性の良い金属被膜を形成するこ
とができる、生産性の高い溶射方法を提供する。 【解決手段】 溶融した溶射材料２２を溶射ガン２１に
より噴射し、金属製薄肉パイプ２０表面に付着・積層さ
せて溶射被膜２３を形成する溶射方法である。金属製薄
肉パイプ２０を補強し、かつ、放熱効果を得るため、金
属製薄肉パイプ２０を中子１３に装填して溶射を行う。
さらに冷却効果を得るためにエアーコンプレッサー１７
により中子１３を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、金属製薄肉パイ
プ外周面への溶射方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 従来、金属製パイプの外周面に耐食
性、若しくは強度を有する被膜を形成するための加工方
法として、例えばプラズマ溶射等のように、溶融した溶
射材料を噴射して、基材表面に付着・積層させて被膜を
形成する溶射が用いられている。該溶射の際には、図２
に示すように、加工対象の金属製パイプ１を直接パイプ
固定用治具２により固定し、次いで該金属製パイプを回
転装置５により回転させ、パイプ内及び／又はパイプ外
表面をエアーコンプレッサー等の手段３により空気冷却
し、回転する金属製パイプ１に対して溶射距離を一定に
保持した状態で溶射ガン４を上下方向に反復運動させな
がら溶射材料を噴射することにより溶射被膜６を形成し
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、前記
従来の方法は加工の際に極めて高いエネルギーを有する
高速流体を用いるため、加工対象の金属製パイプが強度
及び放熱性の低い薄肉パイプとなると、放熱が間に合わ
ず、加工の際に該高速流体の超高温、高速流により、し
ばしばパイプが変形、溶損するという問題点があった。

【０００４】 また、溶射金属被膜の密着性を上げるた
め前加工として、例えばアルミナ、炭化ケイ素等の砥粒
を加工対象に噴射して加工表面を粗面化するブラスト加
工を行うが、この際にも砥粒の衝撃により、特にパイプ
両端開口部近傍が変形し、反りが生じるとともに変形部
分の被膜の密着性が低下し被膜が剥離するという問題点
もあった。

【０００５】 さらに、パイプをパイプ固定用治具に直
接固定することにより、パイプが変形したり、パイプ回
転時に溶射距離を保つためにパイプの振れを最小限に調
整しなければならず、固定に時間がかかるため生産性の
低下を招いていた。また、パイプ内周面が開放されてい
るため溶射材料の未溶解粒子及びヒューム（すす）がパ
イプ内周面に付着するという問題点もあった。

【０００６】 本発明は、ブラスト加工時及び溶射時に
パイプの変形や溶損がなく、密着性のよい金属被膜を形
成することができる、生産性の高い金属製薄肉パイプ外
周面への溶射方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、溶融した溶射材料を噴射して、基材表面に付着・
積層させて被膜を形成する金属製薄肉パイプ外周面への
溶射方法において、該金属製薄肉パイプを中子に装填し
て溶射を行うことを特徴とする金属製薄肉パイプ外周面
への溶射方法が提供される。

【０００８】 また、本発明においては、金属製薄肉パ
イプを形成する金属材料と同等、若しくはそれ以上の熱
膨張率を有する金属材料からなる中子を用いることが好
ましい。さらに本発明においては、溶射時の金属製薄肉
パイプの内径と中子の外径とのクリアランスが０〜０．
５ｍｍであることが好ましい。

【０００９】 また、本発明においては、溶射時に中子
の外部を空気冷却し及び／又は中子の内部を水冷するこ
とが好ましい。さらに本発明においては、溶射前に金属
製薄肉パイプ内に中子を装填してブラスト加工をした後
に溶射を行うことが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】 本発明では、金属製薄肉パイプ
内に中子を装填してブラスト加工及び溶射を行う。この
ようにして、ブラスト加工及び溶射を行うことにより、
金属製パイプが薄肉であってもパイプ内に挿入された中
子により強度及び冷却効果が担保されるため、パイプの
変形や溶損を防止できる効果がある。

【００１１】 本発明の方法によれば、例えば図３に示
すように、金属製中子７を固定用チャック８により固定
した後、金属製薄肉パイプ９を金属製中子７に装填し、
該金属製中子７を前記固定用チャック８に機械的に接続
された回転装置１０により回転してブラスト加工又は溶
射を行う。この際に、金属製中子７の外部をエアーコン
プレッサー１１により空冷し、あるいは金属製中子７内
部に埋設された冷却管１２に通水することにより水冷し
て溶射を行うことも可能である。

【００１２】 まず、本発明において用いられる加工方
法について説明する。溶射とは、酸素ガスと、アセチレ
ン、若しくはプロパン等の可燃性ガスによる燃焼炎ある
いはアーク、プラズマ等の電気エネルギーを用いて溶射
材料を溶融させて溶射粒子とし、これを噴射して基材表
面に付着・積層させて溶射被膜を形成する加工方法をい
う。

【００１３】 溶射材料としては、通常アルミニウム、
モリブデン等の金属、ニッケル−クロム等の合金、アル
ミナ、ジルコニア等のセラミックスを用いるが、本発明
においてはニッケル系、クロム系、鉄系の合金及びステ
ライト合金、ハステロイ、ステンレス等が好適に用いら
れる。溶射被膜とは、溶射材料を溶射粒子として噴射し
て形成した膜状の積層体をいう。一般に気孔を内在し層
状の断面構造を有する。本発明においては、１００〜６
００μｍ程度の薄層を形成することを目的とする。

【００１４】 溶射方法としては、使用するエネルギー
の種類等により、ガス溶射、爆発溶射、線爆溶射、フレ
ーム溶射、アーク溶射、プラズマ溶射等があるが、本発
明においては、高密度、高強度の被膜を形成し得るプラ
ズマ溶射が好ましい。加工雰囲気としては大気中若しく
は不活性ガス中で行うことが好ましい。

【００１５】 ブラスト加工は、アルミナ、炭化ケイ素
等の砥粒を圧縮空気流等により高速飛行させ、これを基
材に吹き付けて表面を粗面化する加工方法であり、基材
表面の酸化物や汚れを除去するとともに、溶射粒子のア
ンカー効果を高めて溶射被膜の基材への密着性を向上さ
せる効果があるため、溶射における基材の前処理として
行われる。

【００１６】 本発明に用いる金属製薄肉パイプは、板
厚が０．２〜１．０ｍｍである、アルミニウム若しくは
アルミニウム合金等からなるパイプを対象とすることが
好ましい。熱変形、熱溶損され易いアルミニウム若しく
はアルミニウム合金に対しては、本願発明が、より効果
的に適用される。

【００１７】 本発明において用いる中子とは、金属製
薄肉パイプの補強と放熱効果を担保するために該薄肉パ
イプ内部に装填する治具であり、外径が装填すべきパイ
プ内径とほぼ同等で、長さが該パイプ長より大なる円筒
状の装填部とそれに続く円錐台部分及び円錐台下端の外
径と同径の円筒部分からなる台座により構成される。

【００１８】 装填部は溶射、若しくはブラスト加工時
にパイプを装填する部分である。パイプ内径と同等若し
くはやや小なる外径を有していればよいが、具体的には
そのクリアランスは０〜０．５ｍｍの範囲であることが
必要である。さらには、クリアランスが０であることが
好ましい。こうすることにより、加工対象のパイプと中
子が密着し、放熱の面でもパイプ強度補強の面でも効果
を奏する。また、装填されるパイプのパイプ長より装填
部を長くすることにより、パイプ内周面が露出しなくな
り、溶射の未溶解粒子やヒュームの付着を防止すること
ができる。

【００１９】 材質は、例えば高温に対する耐久性のあ
る金属等からなり、パイプ材質と同材質であるか、これ
より熱膨張率の大きい材質であることが好ましい。こう
することにより、溶射時に薄肉パイプが膨張してもこれ
に伴い中子も同等以上に膨張するので、中子外周面とパ
イプ内周面が密着し、より補強効果が発揮される。さら
に、パイプ装填時にパイプを余熱して膨張させてから装
填することにより、いわゆる焼きばめの状態となり一層
クリアランスを少なくできる。なお、溶射終了後には中
子を冷却することにより、パイプは簡単に取り外しがで
きる。

【００２０】 装填部に連続する円錐台の部分は、加工
対象のパイプが落ちないように固定する役目と当該部分
にエアーコンプレッサー等の手段による空気を噴射して
放熱効果を持たせる部分である。円錐台下部に連続する
円筒部分は、中子固定用のチャックにより掴持、挾持、
把持できる構造となっている。

【００２１】 中子固定用チャックとは、中子を掴持、
挾持、把持等の手段により固定する固定具である。該中
子固定用チャックは、中子回転装置に接続され任意の回
転数で中子を回転させることが可能である。中子固定用
チャックに、常時中子を固定することにより、パイプを
直接チャックにより固定する従来の方法に比べ、パイプ
の回転軸のブレを調整する必要がなくなり、パイプのセ
ッティングも容易となるため、生産性を向上させること
が可能となる。

【００２２】 本発明においては、加工対象となる金属
製パイプが薄肉パイプであっても、パイプの溶損や変形
がないため、例えばナトリウム−硫黄電池の主極に用い
られるアルミニウム製薄肉パイプへの耐腐食性被膜の形
成に好適に用いることができる。

【００２３】 以下、本発明の方法を図面を参照しなが
ら説明する。図１において、中子１３は、アルミニウム
合金Ａ５０５６からなり、外径３０ｍｍの円筒状の装填
部１４と、これに続く円錐台部分１５と、更に続く円筒
部分１６とから構成されている。

【００２４】 １７は、中子１３の円錐台部分１５の上
方に配設された空気冷却用のエアーコンプレッサーであ
る。これにより圧縮空気を台座に噴射して溶射時の高温
により薄肉パイプに蓄積される熱を放熱させることがで
きる。１８は、中子１３の円筒部分１６の外側面に配設
された固定用チャックであり、この固定用チャック１８
により中子１３の円筒部分１６を挾持して固定し、該固
定用チャック１８に接続された回転装置１９により薄肉
パイプ２０を８０〜５００ｒｐｍで回転させ、ブラスト
加工若しくは溶射を行う。

【００２５】 ２１は、中子の装填部側部に配設された
溶射ガンである。薄肉パイプ２０からの溶射距離が３０
〜２００ｍｍとなるように配設され、回転する薄肉パイ
プ２０の側面に沿って上下方向に１０〜３５ｍｍ／ｓｅ
ｃ．の速度で往復運動を行いながら、溶射粒子２２を噴
射することにより溶射被膜２３を形成する。なお、ブラ
スト加工を行う場合には、溶射ガンの代わりに直圧式ブ
ラスト装置を設置する。

【００２６】

【実施例】 以下、本発明を実施例により詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。 （実施例１） 図１に示すように、アルミニウム合金Ａ
１０５０からなるパイプ長さ１３０ｍｍ、パイプ内径３
０．１０ｍｍである金属製薄肉パイプを用い、外径３
０．００ｍｍである中子に該金属製薄肉パイプを装填し
た。このときの金属製薄肉パイプと中子のクリアランス
は０．０５ｍｍとした。

【００２７】 次いで、中子を回転数１００ｒｐｍで回
転し、ブラスト距離８０ｍｍで、６０メッシュのアルミ
ナ砥粒を用いて、直圧式ブラスト装置により、０．１、
０．３、０．５、１．０ｍｍの４種類の板厚の前記金属
製薄肉パイプを用いてブラスト加工を行った。その結
果、全てのパイプ板厚においてパイプの変形はみられず
良好な結果を得た。その結果を表１に示す。

【００２８】（比較例１） 前記実施例１と同様に、中
子を使用せず、アルミニウム合金Ａ１０５０からなるパ
イプ長さ１３０ｍｍ、パイプ内径３０．１０ｍｍである
金属製薄肉パイプを用い、パイプ自体をチャックで挾持
して、回転数１００ｒｐｍで回転しながら、ブラスト距
離８０ｍｍで、６０メッシュのアルミナ砥粒を用いて、
直圧式ブラスト装置により、０．１、０．３、０．５、
１．０ｍｍの４種類の板厚の前記金属製薄肉パイプを用
いてブラスト加工を行った。その結果、板厚が厚めであ
る０．５、１．０ｍｍのパイプにおいて若干の変形がみ
られ、板厚が薄い０．１、０．３ｍｍのパイプでは著し
い変形を生じた。その結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】（実施例２） 前記方法により、アルミニ
ウム合金Ａ１０５０からなるパイプ長さ１３０ｍｍ、パ
イプ内径３０．１０ｍｍ、パイプ板厚０．４ｍｍである
金属製薄肉パイプを用い、パイプ内径３０．００ｍｍで
ある中子に該金属製薄肉パイプを装填した。このときの
金属製薄肉パイプと中子のクリアランスは０．０５ｍｍ
となる。

【００３１】 次いで、中子をエアーコンプレッサーに
より空気冷却を行いながら、回転数３６０ｒｐｍで回転
し、溶射距離１２０ｍｍで、溶射材料として７５クロム
−鉄を用いて、外径用溶射ガンにおいて溶射を行い、前
記金属製薄肉パイプ表面に０．１、０．３、０．５、
１．０ｍｍの４種類の被膜厚さの溶射被膜の形成を試み
た。その結果、全ての被膜厚さにおいてパイプの溶損及
び変形はみられず良好な結果を得た。その結果を表２に
示す。

【００３２】（比較例２） 前記実施例２と同様に、中
子を使用せず、アルミニウム合金Ａ１０５０からなるパ
イプ長さ１３０ｍｍ、パイプ内径３０．１０ｍｍ、パイ
プ厚さ０．４ｍｍである金属製薄肉パイプを用い、パイ
プ自体をチャックで挾持して回転数３６０ｒｐｍで回転
しながら、溶射距離１２０ｍｍで、溶射材料として７５
クロム−鉄を用いて、外径用溶射ガンにおいて溶射を行
い、前記金属製薄肉パイプ表面に０．１、０．３、０．
５、１．０ｍｍの４種類の被膜厚さの溶射被膜を形成し
た。その結果、被膜厚さ０．５ｍｍでパイプの一部が溶
損を生じ、１．０ｍｍにおいてはパイプ全体が溶損し
た。また、被膜厚さ０．１ｍｍ、０．３ｍｍにおいて若
干のパイプ変形がみられ、０．５ｍｍではパイプが大き
く変形した。その結果を表２に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】 なお、本発明は前記実施例の構成に限定
されることなく、以下のように構成を変更して具体化す
ることも可能である。 （１）ブラスト加工及び／又は溶射において、中子固定
用チャックを回転せずに、ブラスト装置及び／又は溶射
装置を被加工体である金属製薄肉パイプを中心に回転さ
せて、ブラスト加工及び／又は溶射を行うこと。 （２）図４に示すように、中子２４に装填した金属製薄
肉パイプ２５の上端を、押え治具２６により固定するこ
と。

【００３５】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、ブラスト加工又は溶射の際に、加工対象の金属製パ
イプ内に中子を装填することにより、板厚の薄い薄肉パ
イプでも変形や溶損を起こさずに加工することができ
る。また、パイプではなく中子をチャックで固定するた
め、チャックによるパイプの変形を防止でき、回転軸の
調整も不要でセッティングが容易な生産性の高い溶射を
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一の実施例を示す一部欠損正面図であ
る。

【図２】従来技術の例を示す一部欠損正面図である。

【図３】本発明の一の実施形態を示す一部欠損正面図で
ある。

【図４】本発明の別の実施形態を示す正面図（ａ）、部
分断面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１…金属製パイプ、２…パイプ固定用治具、３…エアー
コンプレッサー、４…溶射ガン、５…回転装置、６…溶
射被膜、７…金属製中子、８…固定用チャック、９…金
属製薄肉パイプ、１０…回転装置、１１…エアーコンプ
レッサー、１２…冷却管、１３…中子、１４…装填部、
１５…円錐台部分、１６…円筒部分、１７…エアーコン
プレッサー、１８…固定用チャック、１９…回転装置、
２０…薄肉パイプ、２１…溶射ガン、２２…溶射粒子、
２３…溶射被膜、２４…中子、２５…金属製薄肉パイ
プ、２６…押え治具

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融した溶射材料を噴射して、基材表面
   に付着・積層させて被膜を形成する金属製薄肉パイプ外
   周面への溶射方法において、 該金属製薄肉パイプ内に中子を装填して溶射を行うこと
   を特徴とする金属製薄肉パイプ外周面への溶射方法。
2. 【請求項２】 金属製薄肉パイプを形成する金属材料と
   同等、若しくはそれ以上の熱膨張率を有する金属材料か
   らなる中子を用いる請求項１記載の溶射方法。
3. 【請求項３】 溶射時の金属製薄肉パイプの内径と中子
   の外径とのクリアランスが０〜０．５ｍｍである請求項
   １又は２に記載の溶射方法。
4. 【請求項４】 溶射時に中子の外部を空気冷却し及び／
   又は中子の内部を水冷する請求項１から３のいずれかに
   記載の溶射方法。
5. 【請求項５】 溶射前に金属製薄肉パイプ内に中子を装
   填してブラスト加工をした後に溶射を行う請求項１から
   ４のいずれかに記載の溶射方法。