JPS58110618A - プラズマジエツトによる鋼管内面の硬化方法及び装置 - Google Patents

プラズマジエツトによる鋼管内面の硬化方法及び装置

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JPS58110618A
JPS58110618A JP12438981A JP12438981A JPS58110618A JP S58110618 A JPS58110618 A JP S58110618A JP 12438981 A JP12438981 A JP 12438981A JP 12438981 A JP12438981 A JP 12438981A JP S58110618 A JPS58110618 A JP S58110618A
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steel pipe
torch
plasma jet
plasma
hardening
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Takao Mihara
三原 孝夫
Toshiaki Morichika
森近 俊明
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼管内面の再溶融による硬化法に関する。
鋼管を継いで流体を通す場合、鋼管内面の継目部分が流
体に侵され易い。そこで鋼管の端部内面に予め硬化処理
を施した後、鋼管を接続することが行なわれている。
鋼管の内面の硬化処理又は欠陥の改善の為に従来より炭
酸ガスアーク溶接法、TIG溶接法等によって管内面を
再溶融させることが行なわれている。ところが上記の溶
接法では深い溶込みが得られず且つ溶込み深さを均一に
することが困難で品質が一定しない。又消耗電極式の溶
接法を用いる場合、溶接棒の選択を誤まると所望の硬度
或は改善結果が得られない問題があった。
そこで本出願人は以前、再溶融の熱源にプラズマジェッ
トを用いて深い溶は込みが得られ、又溶は込み深さを均
一にして良好な硬化層を得る方法を提案した(特願昭5
6−19209号)。
本発明は上記方法を基礎とし更に実験を重ね、入熱量が
同じであればトーチを管軸方向にウィービングさせた方
がウィービングさせない場合よりも溶融量が大であるこ
とを見出し、トーチのウィービングによって効率よく管
内面に硬化層を形成する方法及びその装置を提供するも
のである。
以下図面に示す実施例に基づき本発明を具体的に説明す
る。
鋼管内面の硬化装置は、プラズマジェットトーチ(2)
の支持台(3)と鋼管を回転駆動する駆動装置(4)と
を鋼管(1)の長さより少し距離を離して対向配備し、
該駆動装置(4)と支持台(3)との間に、鋼管(1)
を回転自由に支える一対の受台(5161)を配備して
構成される。
各受台+51511は鋼管(1)の長手方向と直交する
面内で回転する一対のローラ(5り@を対向配備してお
り、更に受台に内蔵した昇降装置(図示せず)によって
ローラ可@の高さ位置を調節出来る。
駆動装置(4)は基台(4υ上に高さ位置が調節可能に
支持板(@を設け、支持板(O上に鋼管の端部を把持す
るチャック装置(43及び該チャック装置(431にサ
イクロン減速機等の減速機(4滲を介して連繋したDC
モータ(心を搭載している。
駆動装置(4)及び該駆動装置(4)側の受台(5)に
は車輪(46)を配備し、床面ヘトーチ支持台(3)側
に向けて敷設した軌条(4′7)(4′il)に載せて
いる。
トーチ支持台(3)は、本実施例では公知のマニプレー
タを用い、マニプレータの水平方向に往復動する腕部C
11lの先端Cとプラズマジェットトーチ(2)を取付
けたが、支持台(3)はマニプレータに限定されること
はな(、トーチを支持する腕部と該腕部を管軸方向に往
復させる装置を具えておれば可い。
トーチ(2)はノズル口が3.2〜6wnφのものを使
用した。
次に上記鋼管内面の硬化装置を用いて鋼管内面を硬化さ
せる方法を示す。
鋼管(1)の長さに合う様i駆動装置(4)を位置決め
し、鋼管(1)をチャック装置(41で把む。
プラズマジェットトーチ(2)を鋼管(1)の端部内面
に位置させ、鋼管(1)を静止させた状態で、トーチ(
2)からプラズマジェット(6)を噴射させつつマニプ
レータの腕部(31)を延ばしてトーチ(2)を鋼管の
軸方向に移動させる(第3図矢印■方向)。
トーチ(2)の移動距離は鋼管端からどの程度奥迄管内
面を硬化させるかによって決まり、通常管端から50m
m程度であれば充分である。
トーチ(2)が管軸方向に所定の距離だけ移動すればト
ーチ(2)の移動を止め、はぼ同時に鋼管(1)を少し
回転させる(第3図矢印@方向)。
鋼管(1)の回転角度は第4図に示す如くプラズマガス
による溶融幅(7)だけ鋼管(1)がトーチに対して位
置ずれする角度に決める。
鋼管(1)の回転を止めるのと略同時にトーチを鋼管の
軸方向の前記とは逆方向に同じ距離だけ移動させる(第
3図矢印O方向)。
次にトーチ(2)を止めた状態で鋼管は)を前記回転方
向と同方向に同じ角度だけ回転させて1工程を完了する
上記工程をg44図にトーチの軌跡(8)で示す様に鋼
管(1)が1回転する迄繰り返せば鋼管の端部内面が管
端から必要長さだけプラズマジェットによって再溶融さ
れ、冷えてかたまった際に溶融前よりも硬度が増す。
上記トーチ(2)からプラズマガス、シールドガス、プ
ラズマガス流量、電流、電圧等の諸条件を変えてプラズ
マジェットを噴射し、管内面を一端がら他端に向けて徐
々に再溶融させて実験した結果を下記の表に示す。
尚、管の材質は炭素鋼であり、肉厚は40閣である。
(以下余白) 実  験  結  果 (ノズル口3.2〜6Ill111φ)各実施例の末尾
に示した結果の0)はブローホールが無(良好な表面が
得られたことを示し、(×)はブローホールが発生した
ことを示す。
表からも判る様にシールドガス組成は5〜10%のH2
を含むAr、プラズマガス組成は純Ar、プラズマガス
流量1.0〜2.Ot /分、電流100〜400Aの
条件下でプラズマジェットを発生させた時、管内面にブ
ローホールを発生せず、アークも安定し、又スパッタが
トーチに付着することもな(良好な結果が得られた。
又、上記プラズマガスによる溶融プールの直径は12〜
21111%溶込み深さは10+mであった。
以下、前記数値限定の理由を述べる。
a、シールドガス、プラズマガスの影響シールドガス、
プラズマガスが共に純Arの場合(煮1)はブローホー
ルが発生した。
シールドガス中にH2を5%以上添加すると溶湯温度が
高(なるから、溶込みを深(出来る(厘2、&4)。し
かしH2が20%以上になると(JK 15 )アーク
が活性化するため溶融プールが攪拌され易くなりブロー
ホール発生の虞れがあり、又、凝固後もビード表面の凹
凸が太き(なって汚ない。
従ってシールドガス組成は5〜20%のH2を含むAr
、プラズマガス組成は純Arが好ましい。
プラズマガスの流量は溶込み深さに影響し、1.01/
分以下では深い溶込みが得られない。
従ってプラズマガス流量は1.0〜2.01 /分が好
ましい。
50人熱量の影響 プラズマガス或は母材から発生するガスが再溶融層内に
巻込まれるのを防止するためには溶融プールの状態を長
(保持することが重要であり、そのために電流は高い程
、又、トーチと母材の相対移動は遅い程よい。電流は電
源の容量及びクズ15孔径によって決まるので本実施例
の場合ノズル孔径q聰、500A電源で最大400Aで
あった。
逆に電流の下限はトーチと母材との相対移動速度によっ
て変るが、安定したアークを維持するためには100A
であった。
従って電流は100〜400Aが好ましい。
電圧は低い程、溶込みは深(なる。これは電圧が低けれ
ばアーク長が短かくなり、従ってプラズマトーチから出
るプラズマジェットのカが強いからである。
しかし、電圧が低過ぎるとトーチと溶融プールとの距離
が小さくなり、溶融プールの乱れによりトーチにスパッ
タが付着する虞れがあり。
通常30V以上は必要である。
又、溶融前の管の下地処理とプラズマジェットによる溶
融層との関係を調べた結果、管に例えばガス切断による
スラグの様な強固な酸化物が付着していない限り、健全
な溶融層を得ることが出来た。
本発明の様にトーチを鋼管の軸方向に移動させながら鋼
管内面を溶融する場合、即ちトーチをウィービングさせ
た場合と、させない場合との入熱量に対する鋼管内面の
溶融量を実験で確めた。
例えば入熱量が9 X 10’ Joule/V  の
時の溶融量〔横断面マクロ面積(m2) X移動速度(
wIv/m1n)〕はトーチをウィービングさせない場
合は4.5 X 10  調/minであり1.トーチ
をウィービングさせた場合は19×103Mn3/mi
nであった。
上記のことから、トーチをウィービングさせた方が溶融
量が大になって、鋼管内面の溶融に要する時間、従って
硬化処理に要する時間は短か(出来ることは明らかであ
る。
尚、本発明の実施に際して、トーチ(2)を鋼管(1)
の軸方向に移動させる手段はマニプレータの腕部の往復
によることに限らず、先端が鋼管内に臨出する様な適当
な腕部の先端に、溶接トーチをウィービングさせる公知
のウィービング装置(図示せず)を介してプラズマジェ
ットトーチ(2)を取付け、該トーチ(2)をウィービ
ングさせても可い。
更に、管内面に凹凸があっても管内面とトーチ先端との
距離を常に一定に保つ様に、トーチにトーチ上下位置を
自動修正するサーボユニットを連繋することも可能であ
る。
又、本発明の鋼管に鋳鋼管も含まれるのは勿論である。
本発明は上記の如く、深い溶込みと溶込み深さが一定す
るプラズマジェットを利用して管内面を溶融するから、
溶融後の固化した管表面の硬度は一定し、又、引巣が生
じていても溶融時に消えて管の欠陥が改善される。
又、プラズマジェットトーチを鋼管の軸方向に移動して
、即ちウィービングさせて溶融させるから入熱量に対す
る鋼管の溶融量は大きくなり、必要範囲を高能率で溶融
出来1作業時間が短縮出来る等、優れた効果を有す。
尚、本発明は上記構成に限定されることはなく特許請求
の範囲に記載の技術範囲内で種々の変形が可能であるの
は勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は装置の平面図、第2図は装置の正面図、第3図
は溶融状態の管の拡大断面図、第4図は溶融する順序を
線で示した説明図である。 (1)・・・鋼 管       (2)・・・プラズ
マジェットトーチ(3)・・・支持台     (4)
・・・駆動装置出願人  久保田鉄工株式会社 手続補正書くO方式〉 1.事件の表示  特願昭56−12.43893、補
正をする者   出願人 5、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄 特許請求の範囲 つ 鋼管内にプラズマジェットトーチを配備し、鋼管の
回転を止めた状態でプラズマジェットトーチからプラズ
マジェットを噴射しつつトーチを鋼管の軸方向に移動し
、次にトーチを静止させ、プラズマガスによる溶融幅に
合せて鋼管を回転させ、鋼管の回転の停止後、トーチを
鋼管の軸方向に且つ前記とは逆方向に移動し、トーチが
静止した後、再び鋼管を前記と同じ方向に同じ角度だけ
回転させ、上記動作を繰り返してプラズマジェットトー
チに対向する鋼管内面の対向部分を順次再溶融させるこ
とを特徴とするプラズマジェットによる鋼管内面の硬化
法。 ■ プラズマジェットは、シールドガス組成は5〜20
%のH2を含むAr、プラズマガス組成は純Ar、プラ
ズマガス流量1.0〜2.01/分、電流100〜40
0Aの条件で発生させている特許請求の範囲第1項に記
載のプラズマジェットによる鋼管内面の硬化法。 ■ 鋼管を回転自由に水平に支持・する受台と、鋼管の
一端側に配備され鋼管端部を掴むチャック及び該チャッ
クを回転駆動する駆動装置を具えた回転装置と、鋼管の
他端側に配備され鋼管側に向けた腕部の先端に鋼管内に
侵入可能なプラズマジェットトーTを具えたトーチ支持
台と、トーチ支持台」−に配備されトーチを鋼管の軸方
向に往復動させる往復駆動装置とで構成されるプラズマ
ジェットによる鋼管内面の硬化装置。 ■ トーチ支持台はマニプレータである特許請求の範囲
第3項に記載のプラズマジェットによる鋼管内面の硬化
装置。 ■ 往復駆動装置は腕部とトーチとの間に配備されたウ
ィービング装置である特許請求の範囲第4項に記載のプ
ラズマジェットによる鋼管内面の硬化装置。 手続補正書伯発、9 2、発明の名称    プラズマジェットによる鋼管内
面の硬化方法及び装置 3、補正をする者   出願人 5、補正の対象 明細書の発明の名称の欄 5′手続補正命令の日付  昭和58年1月25日(発
送日)6、補正の内容 明細書の「発明の名称」の欄を び装置」に補正。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■ 鋼管内にプラズマジェットトーチを配備し、鋼管の
    回転を止めた状態でプラズマジェットトーチからプラズ
    マジェットを噴射しつつトーチを鋼管の軸方向に移動し
    、次にトーチを静止させ、プラズマガスによる溶融幅に
    合せて鋼管を回転させ、鋼管の回転の停止後、トーチを
    鋼管の軸方向に且つ前記とは逆方向に移動し・ トーチ
    が静止した後、再び鋼管を前記と同じ方向に同じ角度だ
    け回転させ、上記動作を繰り返してプラズマジェットト
    ーチに対向する鋼管内面の対向部分を順次再溶融させる
    ことを特徴とする一プラズマジェットによる鋼管内面の
    硬化法。 ■ プラズマジェットは、シールドガス組成は5〜20
    %のH2を含むAr、プラズマガス組成は純Ar、プラ
    ズマガス流量1.0〜2.Ol1分、電流100〜40
    0Aの条件で発生させている特許請求の範囲′@1項に
    記載のプラズマジェットによる鋼管内面の硬化法。 ■ 鋼管を回転自由に水平に支持する受台と、鋼管の一
    端側に配備され鋼管端部を握むチャック及び該チャック
    を回転駆動する駆動装置を具えた回転装置と、鋼管の他
    端側に配備され鋼管側に向けた腕部の先端に鋼管内に侵
    入可能なプラズマジェットトーチを具えたトーチ支持台
    と、トーチ支持台上に配備されトーチを鋼管の軸方向に
    往復動させる往復駆動装置とで構成されるプラズマジェ
    ットによる鋼管内面の硬化装置。 ■ トーチ支持台はマニプレータである特許請求の範囲
    第3項に記載のプラズマジェットによる鋼管内面の硬化
    装置。 ■ 往復駆動装置は腕部とトーチとの間に配備されたウ
    ィービング装置である特許請求の範囲第4項に記載のプ
    ラズマジェットによる鋼管内面の硬化装置。 ■ トーチはトーチの先端か管内面に対して常に一定距
    離を保てる様に上下位置を自動修正するサーボユニット
    に連繋されている特許請求の範囲第3項乃至第5項の何
    れかに記載のプラズマジェットによる鋼管内面の硬化装
    置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110168143A (zh) * 2017-06-15 2019-08-23 俄铝工程技术中心有限责任公司 通过分离等离子体切割进行电解质结壳破裂的方法和装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110168143A (zh) * 2017-06-15 2019-08-23 俄铝工程技术中心有限责任公司 通过分离等离子体切割进行电解质结壳破裂的方法和装置
EP3553206B1 (en) * 2017-06-15 2022-08-03 Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'yu "Obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr" Method for breaking electrolyte crust by plasma cutting

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