JPS6036454B2 - 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

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
、Ｔに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、溶接棒の選択を謀
まると所望の硬度或い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け込みが得られ、又溶け込み深
さを均一にして良好な硬化層を得る方法を提案したく特
豚昭５６−１９２０ｙ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−ビングさせた方
がウイ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、トーチのウイ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いき本発明に具
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５，５１を配備して構成される。

各受台５，５１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５２，５２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−ラ
５２，５２の高さ位置を調節出来る。

駆動装置４は基台４１上に高さ位置が調節可能に支持板
４２を設け、支持板４２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４３にサイクロン減速
機等の減速機４４を介して連繋したＤＣモータ４５を搭
載している。

駆動装置４及び該駆動装置４例の受台５には車輪４６を
配備し、床面へトーチ支持台３側に向けて敷設した軌条
４７，４７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−夕を
用い、マニプレータの水平方向に往復動する腕部３１の
先端に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なく、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
おれば可し、。

トーチ２はノズル口が３．２〜６肋ぐもそのを便用した
。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の長さに合う様に駆動装置４を位置決めし、鋼管
１をチャック装置４３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夕の腕部３１を延
ばしてトーチ２を鋼管の軸万向に移動させる（属３図矢
印イ方向）。

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５仇肋程度
であれば充分である。

トーチ２が管軸方向に所定の距離でレナ移動すればトー
チ２の移動を止め、ほぼ同時に鋼管１を少し回転させる
（第羽図矢印口方向）。

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万
向の前記とは逆方向に同じ距離だけ移動させる（第３図
矢印ハ方向）。

次にトーチ２を止めた状態で鋼管１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。

上記工程を第４図にトーチの軌跡８で示す様に鋼管１が
１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、管内面を一端から池端に向けて徐々に
再溶融させて実験した縞課を下記の表に示す。

尚、管の材質は炭素鋼でり、肉厚は４０側である。

実 験 結 果 各実施例の末尾に示した結果の（０）はブローホ−ルが
無く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％の日２
を含むＡｒ、プラズマガス組成は純Ａｒ、プラズマガス
流量１．０〜２．０そ／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く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１２〜２１
肋、溶込み深さは１仇ゆであった。

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（Ｎｏ
．１）はブローホールが発生した。

シールドガス中に日２を５％以上添加すると溶湯温度が
高くなるから、溶込みを深く出来る（舷．２、舵．４）
。しかし日２が２０％以上になると（Ｍ．１５）アーク
が活性化するため溶融プールが渡洋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
凸が大きくなって汚ない。従ってシールドガス組成は５
〜２０％のりを含む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、１．０そ／
分以下では深い熔込みが得られない。

従ってプラズマガス流量は１．０〜２０〆／分が好まし
い。ｂ 入熱量の影響。

プラズマガス或は母材から発生するガスが再び溶融層内
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
長く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ノズル孔径によって決まるので本
実施例の場合ノズル孔径６肋、５００Ａ電源で最大４０
０Ａであった。逆に電流の下限は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、溶込みは深くなる。これは電圧が低けれ
ばアーク長が短か〈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力が強いからである。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
る塵れがあり、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万向に移動させながら内
面を熔融する場合、即ちトーチをウイービングさせた場
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９×１ぴＪｏ山ｅ／Ｖの時の溶融量〔横
断面マクロ面積（磯）×移動速度（肌／ｍｉｎ）〕はト
ーチをウイービングさせない場合は４．５×１ぴ側３／
ｍｉｎであり、ト−チをウイービングさせた場合は１９
×１ぴ側３／ｍｉｎであった。

上記のことから、トーチをウイ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く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の麹
方向に移動させる手段はマニプレ−夕の腕部の往復によ
ることに限らず、先端が内に臨出する様な適当な腕部の
先端に、溶融トーチをウイービングさせる公知のウイー
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をウイービングさせても可し
、。

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、本発明の鋼管に銭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、即ちウイー
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
量は大かくなり、必要範囲を高能率で溶融出来、作業時
間が短縮出釆る等、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。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼管内にプラズマジエツトトーチを配備し、鋼管の
   回転を止めた状態でプラズマジエツトトーチからプラズ
   マジエツ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エツトトー
   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エツトによる鋼管内面の硬化
   法。 ２ プラズマジエツトは、シールドガス組成は５〜２０
   ％のＨ＿２を含むＡｒ、プラズマガス組成は純Ａｒ、プ
   ラズマガス流量１．０〜２．０ｌ／分、電流１００〜４
   ００Ａの条件で発生させている特許請求の範囲第１項に
   記載のプラズマジエツトによる鋼管内面の硬化法。 ３ 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ヤツク及び該チヤツク
   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エツ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エ
   ツトによる鋼管内面の硬化装置。 ４ 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エツトによる鋼管内面の硬化
   装置。 ５ 往復駆動装置は腕部とトーチとの間に配備されたウ
   イーピング装置である特許請求の範囲第４項に記載のプ
   ラズマジエツトによる鋼管内面の硬化装置。