WO2015087551A1 - 鋼管の電気めっき装置 - Google Patents

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pipe
cap
steel pipe
anode
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雅也 木本
石井　一也
真宏 大島
山本　達也
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新日鐵住金株式会社
バローレック・オイル・アンド・ガス・フランス
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    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/04—Tubes; Rings; Hollow bodies

Definitions

  • the present invention relates to a steel pipe electroplating apparatus. More specifically, the present invention relates to an electroplating apparatus for performing electroplating on an internal thread formed as an element of a threaded joint at a pipe end portion of a steel pipe.
  • oil well pipes are used to mine underground resources (eg oil, natural gas).
  • the oil well pipe is formed by sequentially connecting steel pipes, and a threaded joint is used for the connection.
  • This type of threaded joint is roughly divided into a coupling type and an integral type.
  • the coupling type one of the pair of pipes to be connected is a steel pipe having a long overall length, and the other pipe is a coupling having a short full length.
  • male threads are formed on the outer periphery of both ends of the steel pipe, and female threads are formed on the inner periphery of both ends of the coupling. Then, the male screw of the steel pipe is screwed into the female screw of the coupling, and thereby both are fastened.
  • both of the pair of pipes to be connected are steel pipes, and no separate coupling is used.
  • a male thread is formed on the outer periphery of one pipe end of the both ends of the steel pipe, and a female thread is formed on the inner periphery of the other pipe end.
  • the external thread of one steel pipe is screwed in the internal thread of the other steel pipe, and both are fastened by this.
  • lubricating oil When fastening steel pipes, lubricating oil (dope) is applied to the male and female threads. This is to prevent screw seizure and improve the sealing performance of the threaded joint.
  • Conventionally used lubricating oil is a lubricant (hereinafter also referred to as “API dope”) defined by API (American Petroleum Institute) standards. This API dope contains heavy metals such as Pb (lead) and is excellent in lubricity.
  • a threaded joint obtained by electroplating the female thread of the coupling has high reliability. Due to this high reliability, there is an increasing demand for electroplating the female thread at the end of a steel pipe even in integral type threaded joints.
  • Patent Document 1 discloses an apparatus for electroplating a region of a male screw formed at one end of a steel pipe, that is, an outer peripheral surface of the pipe end of the steel pipe.
  • bubbles such as hydrogen and oxygen are usually generated at the same time as the plating layer is formed.
  • Patent Document 1 when electroplating is performed on the external thread formed on the outer periphery of the pipe end, the bubbles are quickly detached from the surface of the external thread and float. For this reason, bubbles do not become a problem.
  • electroplating is performed on the internal thread formed on the inner periphery of the tube end portion, bubbles remain particularly in the upper portion of the inner periphery of the tube end portion. This bubble residual region is unintentional non-plating.
  • the plating solution must be quickly removed from the tube end. This is because corrosion by the plating solution proceeds and the surface of the plating layer changes color.
  • the electroplating apparatus disclosed in Patent Document 1 since the pipe end and the cell containing the plating solution are completely closed, it takes time to discharge the used plating solution from the cell. .
  • discoloration occurs in the plating layer formed on the female thread.
  • An object of the present invention is to provide a steel pipe electroplating apparatus having the following characteristics: ⁇ Prevent air bubbles from being generated during the plating process regardless of the size of the steel pipe; -Quickly remove used plating solution after plating treatment; ⁇ Reduce the amount of wastewater.
  • An electroplating apparatus for a steel pipe is an electroplating apparatus that performs electroplating on a female screw formed at a pipe end of a steel pipe.
  • the electroplating apparatus includes an in-tube seal member, a cap, a drainage port, an opening, a cylindrical insoluble anode, and a plating solution supply mechanism.
  • the in-pipe seal member is inserted into the steel pipe and partitions the inside of the steel pipe in the longitudinal direction inside the region of the female screw.
  • the cap is attached to the tube end in a sealed state.
  • the drain port is provided in the cap and discharges the plating solution in the cap.
  • the opening is provided in the cap and promotes discharge of the plating solution in the cap.
  • the insoluble anode passes through the cap while being sealed with respect to the cap, and is disposed inside the tube end.
  • the plating solution supply mechanism supplies the plating solution to the inside of the tube end portion sealed by the tube sealing member and the cap.
  • the plating solution supply mechanism includes a plating solution supply pipe and a plurality of nozzles.
  • the plating solution supply pipe extends along the axis of the insoluble anode and protrudes from the tip of the insoluble anode inside the pipe end.
  • the nozzle is attached to the tip of the plating solution supply pipe, and jets the plating solution between the outer peripheral surface of the insoluble anode and the inner peripheral surface of the tube end.
  • the insoluble anode has a structure in which the plating solution ejected from the nozzle does not enter the inside.
  • the opening is provided in an upper part of the cap and is open to the atmosphere when the used plating solution is discharged.
  • a lid is provided at the tip of the insoluble anode, and the plating solution supply pipe is sealed with respect to the lid.
  • a configuration that penetrates the lid is preferable.
  • the steel pipe electroplating apparatus of the present invention has the following remarkable effects: ⁇ Be able to prevent residual bubbles generated during the plating process regardless of the size of the steel pipe; -The used plating solution can be removed quickly after the plating process; -The amount of drainage can be reduced.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of a steel pipe electroplating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the plating layer can be stably formed regardless of the size of the steel pipe. Specifically, when a small-diameter tube is targeted, the occurrence of non-plating and surface discoloration is prevented. When large diameter pipes are targeted, an increase in the amount of waste water is prevented.
  • the small diameter pipe means a steel pipe having an outer diameter of 4 inches or less
  • the medium diameter pipe means a steel pipe having an outer diameter of more than 4 inches and not more than 9 inches
  • the large diameter pipe means an outer diameter of 9 inches. It means a steel pipe exceeding an inch.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of a steel pipe electroplating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the electroplating apparatus 1 is an apparatus that performs electroplating on the female thread 20 b of the steel pipe 20.
  • the female screw 20 b is formed on the inner periphery of one pipe end 20 a of the steel pipe 20.
  • FIG. 1 the aspect by which the steel pipe 20 was arrange
  • the steel pipe 20 may be tilted so that the electroplating apparatus 1 side is slightly lowered.
  • Such an inclined arrangement of the steel pipe 20 prevents the plating solution from leaking from the inside of the steel pipe 20 to the side opposite to the plating apparatus 1 or the plating solution remaining on the pipe end 20a when the plating solution is discharged. This is useful in terms of reducing.
  • the steel pipe 20 is a long seamless oil well pipe connected by an integral type threaded joint is taken as an example.
  • the electroplating apparatus 1 includes an in-tube seal member 2, a cap 3, an insoluble anode 4, and a plating solution supply mechanism 5. Hereinafter, these elements will be sequentially described.
  • the in-pipe seal member 2 is inserted into the steel pipe 20 and is disposed at a predetermined position 20c inside the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 1) from the region of the female screw 20b.
  • the in-pipe sealing member 2 is in contact with the entire circumference of the inner peripheral surface of the steel pipe 20, and partitions the inside of the steel pipe 20 at a predetermined position 20c. Thereby, the inside of the pipe end portion 20a is sealed from the inside by the pipe sealing member 2.
  • the predetermined position 20 c here is not particularly limited as long as it is inside in the longitudinal direction from the region of the female screw 20 b of the steel pipe 20.
  • the configuration of the in-pipe seal member 2 may be any configuration as long as the inside of the steel pipe 20 is partitioned and the inside of the pipe end 20a can be sealed from the inside.
  • a hexa plug used for closing a pipe in piping work in a plant such as oil, gas, chemical, etc.
  • the hexaplug includes a rubber ring having a C-shaped cross section and a pair of flat plates sandwiching the rubber ring.
  • the rubber ring is expanded in diameter by being fastened by a pair of flat plates.
  • a rubber ring contacts over the perimeter of the inner peripheral surface of piping, and a rubber ring and a flat plate integrally seal the inside of piping.
  • the cap 3 has a cylindrical cap body 3a whose end face is closed.
  • the cap main body 3 a is attached to the pipe end 20 a of the steel pipe 20.
  • the cap body 3a is in close contact with the outer peripheral surface of the tube end portion 20a, and is further in close contact with the end surface of the tube end portion 20a.
  • the cap 3 seals the inside of the pipe end portion 20a of the steel pipe 20 from the outside by attaching the cap body 3a in close contact with the pipe end portion 20a of the steel pipe 20.
  • the inside of the tube end portion 20a is sealed by the in-tube seal member 2 and the cap 3.
  • the cap body 3a is provided with a drainage port 3c and an opening 3b.
  • the drainage port 3c is provided mainly for discharging the used plating solution after the plating process is completed. Further, the drain port 3c is used to continuously discharge and collect the plating solution in the cap body 3a during the plating process, and to supply the collected plating solution from the plating solution supply mechanism 5 into the cap body 3a. Provided. Furthermore, the drainage port 3c is provided for discharging waste water during washing with water after the plating solution is discharged.
  • the drainage port 3 c is disposed at a position lower than the inner peripheral surface of the pipe end portion 20 a of the steel pipe 20.
  • a drain pipe 7 is connected to the drain port 3c.
  • the drainage pipe 7 is opened to a bathtub 9 that stores the plating solution.
  • the drainage pipe 7 is provided with a valve (for example, a three-way valve) 8 for switching the plating solution discharge path.
  • a wastewater pipe 12 is connected to the drainage valve 8.
  • the waste water pipe 12 is opened to an external waste water tank (not shown).
  • the drainage valve 8 opens a path to the bathtub 9. This is because the plating solution in the cap body 3a is continuously collected and circulated. Similarly, when discharging the used plating solution after the completion of the plating process, the path to the bathtub 9 is opened. This is because the bath 9 collects the plating solution in the cap body 3a. At the time of washing with water after the plating solution is discharged, the drain valve 8 opens a path to the waste water pipe 12. This is to discharge the waste water in the cap body 3a to the waste water tank.
  • the opening 3b is provided to facilitate the discharge of the used plating solution.
  • the position of the opening 3b is not particularly limited as long as the discharge of the plating solution can be promoted.
  • the opening 3b is provided in the upper part of the cap main body 3a.
  • the opening 3b is preferably arranged at a position higher than the inner peripheral surface of the pipe end 20a of the steel pipe 20.
  • a solenoid valve (not shown) is connected to the opening 3b, and the opening 3b can be opened and closed by the solenoid valve.
  • the electromagnetic valve is opened and the opening 3b is opened to the atmosphere.
  • atmospheric pressure acts on the plating solution in the cap body 3a, and the discharge of the plating solution from the drainage port 3c is promoted.
  • a hose (not shown) extending upward is connected to the opening 3b.
  • the pressure of the plating solution supplied into the cap body 3a from the plating solution supply mechanism 5 by the pump 10 described later balances the weight of the plating solution flowing into the hose so that the plating solution Blowing out of the cap body 3a is prevented.
  • the insoluble anode 4 is a cylindrical electrode (anode) for electroplating the female screw 20b.
  • the anode 4 passes through the end surface of the cap body 3 a and extends to the inside of the pipe end portion 20 a of the steel pipe 20. Thereby, the anode 4 is arrange
  • the cap body 3a and the anode 4 penetrating the cap body 3a are sealed by an O-ring or the like.
  • the anode 4 is supported by the cap body 3a.
  • anode 4 a titanium plate coated with iridium oxide, a stainless steel plate or the like formed into a cylindrical shape is used.
  • a current bar 6 is connected to the anode 4.
  • Examples of the current bar 6 include a titanium bar and a stainless steel bar.
  • the anode 4 gives a potential difference between the pipe end 20a of the steel pipe 20 surrounding the anode 4 through a plating solution. Thereby, electroplating is applied to the female thread 20b of the steel pipe 20.
  • the anode 4 has a hollow cylindrical shape. For this reason, the anode 4 is lightweight and easy to handle. In addition, the material cost can be reduced.
  • the anode 4 has a structure in which a plating solution ejected from a nozzle 5b described later does not enter the inside. Thereby, after the plating process is completed, the plating solution is quickly discharged. As a result, surface discoloration of the plating layer formed on the female screw 20b is further prevented.
  • the structure in which the plating solution does not enter the anode 4 is not particularly limited.
  • a donut-shaped lid 4a is provided at the tip of the anode 4 disposed inside the tube end portion 20a.
  • the lid 4a is joined to the anode 4 by welding or the like, and isolates the inside and outside of the anode 4 from each other.
  • a plating solution supply pipe 5a described later passes through the lid 4a.
  • the lid 4a and the plating solution supply pipe 5a penetrating the lid 4a are sealed by an O-ring or the like.
  • the plating solution supply mechanism 5 supplies the plating solution to the inside of the tube end portion 20 a sealed by the tube sealing member 2 and the cap 3.
  • the plating solution supply mechanism 5 includes a plating solution supply pipe 5a and a plurality of nozzles 5b.
  • the plating solution supply pipe 5a extends along the axis of the anode 4 and protrudes from the tip of the anode 4 (the lid 4a in the plating apparatus 1 shown in FIG. 1) inside the pipe end portion 20a.
  • a nozzle 5b is attached to the tip of the plating solution supply pipe 5a protruding from the tip of the anode 4.
  • the rear end portion 5aa of the plating solution supply pipe 5a penetrates the side portion of the rear end portion 4b of the anode 4 projecting outside from the cap body 3a and extends to the outside.
  • the plating solution supply pipe 5 a is supported by the cap body 3 a through the anode 4.
  • the main pipe 11 from the bathtub 9 that stores the plating solution is connected to the rear end 5aa of the plating solution supply pipe 5a.
  • the main pipe 11 is provided with a pump 10 for sending the plating solution to the plating solution supply pipe 5a. Further, the main pipe 11 is provided with a valve (for example, a three-way valve) 13 for switching a plating solution supply path between the pump 10 and the bathtub 9.
  • a water pipe 15 from a water tank 14 for storing water for washing is connected to the liquid supply valve 13.
  • the liquid supply valve 13 opens a path from the bathtub 9 to the plating solution supply pipe 5a. Furthermore, the pump 10 operates. As a result, the plating solution is supplied into the cap body 3a through the plating solution supply pipe 5a. When the used plating solution is discharged after the completion of the plating process, the operation of the pump 10 is stopped. Thereby, supply of the plating solution into the cap body 3a is stopped, and the plating solution in the cap body 3a is collected in the bathtub 9. At the time of washing with water after the plating solution is discharged, a path from the water tank 14 to the plating solution supply pipe 5a is opened by the supply valve 13. Furthermore, the pump 10 operates. Thereby, water is introduced into the cap body 3a through the plating solution supply pipe 5a, and the pipe end portion 20a of the steel pipe 20 is washed with water.
  • Each nozzle 5b is disposed on the inner side in the longitudinal direction of the steel pipe 20 with respect to the tip of the anode 4, and the tip 5ba faces the outer side in the longitudinal direction of the tube end portion 20a.
  • the plating solution fed into the plating solution supply pipe 5a is between each nozzle 5b and the outer peripheral surface of the anode 4 and the inner peripheral surface of the tube end portion 20a (strictly speaking, a female screw 20b formed on the tube end portion 20a).
  • the number of nozzles 5b is not particularly limited, but is preferably 2 or more, and more preferably 3 or more.
  • a simple configuration is a configuration in which the nozzle is provided on the end surface of the cap body 3a, that is, a configuration in which the nozzle is arranged outside the tube end portion 20a in the longitudinal direction.
  • the plating apparatus of the present embodiment does not employ the configuration for the following reason.
  • the size of the steel pipe 20 varies, for example, from an outer diameter of about 60 mm to 410 mm.
  • the outer diameter of the cylindrical anode 4 becomes small.
  • the plating solution ejected from the nozzle strongly influences the return flow of the plating solution from the inside of the tube end portion 20a toward the external drainage port 3c. receive. For this reason, a sufficient jet from the nozzle cannot be obtained. As a result, air bubbles may stay and unplating may occur.
  • the plating solution can be sufficiently jetted and air bubbles are retained. There is no unplating.
  • the nozzle is arranged outside the tube end portion 20a, it takes time to discharge the plating solution when the used plating solution is discharged after the completion of the plating process, and the plating formed on the female screw 20b. Discoloration occurs on the surface of the layer. Further, when washing with water after the plating solution is discharged, if the nozzle is disposed outside the tube end portion 20a, the amount of waste water for washing increases and the cost of waste water treatment increases.
  • the steel pipe 20 is a small diameter pipe having an outer diameter of 2-7 / 8 inch (73.03 mm)
  • the position of the tip of the nozzle is outside the pipe end portion 20a, it is uniform and sufficient. A jet cannot be obtained, bubbles remain, and non-plating occurs.
  • the position of the tip 5ba of the nozzle 5b is on the inner side in the longitudinal direction of the steel pipe 20 than the tip of the anode 4 as in the present embodiment described above, non-plating and surface discoloration do not occur. This is because a uniform and sufficient jet is formed between the female screw 20b and the anode 4, and the plating solution does not remain.
  • the outer diameter (2-7 / 8 inch (73.03 mm)) of the steel pipe 20 shown here is one of the nominal outer diameters stipulated in the API standard.
  • the steel pipe 20 is a large diameter pipe having an outer diameter of 13-3 / 8 inch (339.73 mm), a sufficient jet flow can be obtained even if the position of the nozzle tip is outside the pipe end portion 20a. In addition, non-plating due to the retention of bubbles does not occur. However, since it takes time to discharge the plating solution having a large capacity, surface discoloration is likely to occur.
  • the nozzle 5b is arranged inside the longitudinal direction of the steel pipe 20 with respect to the tip of the anode 4 as in the above-described embodiment, the capacity of the plating solution is substantially reduced, and the plating solution The discharge becomes quick. For this reason, surface discoloration does not occur. Moreover, the amount of waste water is reduced to about 1/10, and the waste water treatment cost is greatly reduced.
  • the nozzle 5b and its tip 5ba are arranged on the inner side in the longitudinal direction of the steel pipe 20 than the tip of the anode 4, and the tip 5ba faces the outer side in the longitudinal direction of the pipe end portion 20a.
  • each nozzle 5b is preferably present between the female screw 20b and the anode 4 in the radial direction of the steel pipe 20.
  • each nozzle 5b shown in FIG. 1 is formed linearly toward the female screw 20b.
  • the tip 5ba of each nozzle 5b depends on the diameter of the steel pipe 20, the size of the female screw 20b, etc., for example, the radius of the steel pipe 20 You may incline toward the outer side of a direction.
  • the ejection direction of the plating solution from each nozzle 5b is appropriately corrected according to the diameter of the steel pipe 20 and the dimensions of the female screw 20b.
  • a degreasing solution sodium hydroxide: 50 g / L
  • a Ni strike bath nickel chloride: 250 g / L
  • hydrochloric acid 80 g / L
  • a copper plating bath copper sulfate: 250 g / L, sulfuric acid: 110 g / L
  • Example 1 when a small-diameter tube was used and the nozzle was arranged inside the tip of the anode, there was no unplating and no surface discoloration. This is because a uniform and sufficient jet is formed between the female screw and the anode, and the plating solution does not remain.
  • Example 2 when the nozzle was arranged inside the tip of the anode for the medium diameter tube, the amount of waste water was about 1/3 compared to Comparative Example 3. .
  • Comparative Example 4 when a large-diameter pipe was used as a target and the nozzle was arranged outside the end of the pipe, a sufficient jet flow was obtained, so that no unplating due to bubble retention did not occur. However, it took time for the large-capacity plating solution to be discharged, and some surface discoloration occurred.
  • Example 3 when a large-diameter tube is targeted and the nozzle is arranged inside the tip of the anode, the capacity of the plating solution is substantially reduced, and the discharge of the plating solution is quickly performed. No surface discoloration occurred. In addition, the amount of wastewater was about 1/10 compared with Comparative Example 4.
  • the electroplating apparatus according to the present invention is useful for plating all steel pipes having internal threads, including seamless oil well pipes connected by integral type threaded joints.

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Abstract

　めっき装置（１）は、鋼管（２０）の管端部（２０ａ）に形成された雌ねじ（２０ｂ）に電気めっきを施す。めっき装置（１）は、管内シール部材（２）と、キャップ（３）と、排液口（３ｃ）と、開口（３ｂ）と、筒状の不溶性陽極（４）と、めっき液供給管（５ａ）と、複数のノズル（５ｂ）と、を備える。シール部材（２）は、鋼管（２０）の内部を雌ねじ（２０ｂ）の領域よりも長手方向の内側で仕切る。キャップ（３）は管端部（２０ａ）に取り付けられる。排液口（３ｃ）はキャップ（３）内のめっき液を排出する。開口（３ｂ）はキャップ（３）内のめっき液の排出を促進する。陽極（４）は管端部（２０ａ）の内部に配置される。供給管（５ａ）は陽極（４）の先端から突出する。ノズル（５ｂ）は、陽極（４）の外周面と管端部（２０ａ）の内周面との間にめっき液を噴出する。陽極（４）は、めっき液が内部に侵入しない構造を有する。

Description

鋼管の電気めっき装置
　本発明は、鋼管の電気めっき装置に関する。より詳細には、本発明は、鋼管の管端部にねじ継手の要素として形成された雌ねじに電気めっきを施す電気めっき装置に関する。
　油井、天然ガス井等（以下、総称して「油井」ともいう）においては、地下資源（例：石油、天然ガス）を採掘するために油井管が使用される。油井管は鋼管が順次連結されて成り、その連結にねじ継手が用いられる。
　この種のねじ継手の形式は、カップリング型とインテグラル型に大別される。カップリング型の場合、連結対象の一対の管材のうち、一方の管材が全長の長い鋼管であり、他方の管材が全長の短いカップリングである。この場合、鋼管の両端部の外周に雄ねじが形成され、カップリングの両端部の内周に雌ねじが形成される。そして、鋼管の雄ねじがカップリングの雌ねじにねじ込まれ、これにより両者が締結される。インテグラル型の場合、連結対象の一対の管材がともに鋼管であり、別個のカップリングを用いない。この場合、鋼管の両端部のうちの一方の管端部の外周に雄ねじが形成され、他方の管端部の内周に雌ねじが形成される。そして、一方の鋼管の雄ねじが他方の鋼管の雌ねじにねじ込まれ、これにより両者が締結される。
　近年、油井管の生産性向上の観点から、インテグラル型のねじ継手を採用するニーズが高まっている。別個のカップリングが不要であるからである。
　鋼管同士を締結する際、雄ねじ及び雌ねじに潤滑油（ドープ）が塗布される。ねじの焼き付きを防止するとともに、ねじ継手の密封性能を高めるためである。従来から多用される潤滑油は、ＡＰＩ（American Petroleum Institute（アメリカ石油協会））の規格で規定される潤滑剤（以下、「ＡＰＩドープ」ともいう）である。このＡＰＩドープは、Ｐｂ（鉛）等の重金属を含有し、潤滑性に優れる。
　近年、環境規制が厳しくなっている。このため、ＡＰＩドープの使用が制限され、重金属を含有しない潤滑油（以下、「グリーンドープ」ともいう）を使用する必要性が生じている。しかし、グリーンドープはＡＰＩドープよりも潤滑性に劣る。したがって、グリーンドープを使用する場合、雄ねじ及び雌ねじのうちの少なくとも一方の表面に銅等の電気めっきを施す必要性が生じている。潤滑性の不足を補ってねじの焼き付きを防止するためである。
　カップリング型のねじ継手の場合、電気めっきはカップリングの雌ねじに施される。カップリングの雌ねじに電気めっきが施されたねじ継手は、高い信頼性を有する。この高い信頼性から、インテグラル型のねじ継手においても鋼管の管端部の雌ねじに電気めっきを施す要請が強まっている。
　特公昭６３－６６３７号公報（特許文献１）は、鋼管の一方の管端部に形成された雄ねじの領域、すなわち鋼管の管端部の外周面に電気めっきを施す装置を開示する。
特公昭６３－６６３７号公報
　電気めっきの際、通常、めっき層が形成されると同時に、水素、酸素等の気泡が発生する。特許文献１に開示されるように、管端部の外周に形成された雄ねじに電気めっきを施す場合、気泡は雄ねじの表面から速やかに離脱し浮上する。このため、気泡が問題とはならない。しかし、管端部の内周に形成された雌ねじに電気めっきを施す場合、特に、管端部の内周の上部に気泡が残留する。この気泡の残留域は、意図しない不めっきとなる。
　また、めっき処理が完了した後、管端部からめっき液を迅速に除去しなければならない。めっき液による腐食が進行し、めっき層の表面が変色するからである。この点、特許文献１に開示された電気めっき装置では、管端部とめっき液を収容するセルが完全に閉じた系であるため、使用済みのめっき液をセルから排出するのに時間を要する。その結果、外径の大きな鋼管を対象とした場合であって、仮に、その管端部の雌ねじに電気めっきを施した場合、雌ねじに形成されためっき層に変色が発生する。
　通常、使用済みめっき液を排出した後、セル内にはめっき液に代えて水が導入され、管端部の水洗いが実施される。水洗いで発生する廃水が多くなると、廃水処理のコストが増加する。このため、廃水量の低減が望まれる。
　本発明の目的は、下記の特性を有する鋼管の電気めっき装置を提供することである：
　・鋼管のサイズを問わず、めっき処理時に発生する気泡の残留を防止すること；
　・めっき処理後に使用済みのめっき液を迅速に除去すること；
　・廃水量を少なくすること。
　本発明の一実施形態による鋼管の電気めっき装置は、鋼管の管端部に形成された雌ねじに電気めっきを施す電気めっき装置である。
　当該電気めっき装置は、管内シール部材と、キャップと、排液口と、開口と、筒状の不溶性陽極と、めっき液供給機構と、を備える。
　管内シール部材は、鋼管の内部に挿入され、鋼管の内部を雌ねじの領域よりも長手方向の内側で仕切る。
　キャップは、管端部に封止状態で取り付けられる。
　排液口は、キャップに設けられ、キャップ内のめっき液を排出する。
　開口は、キャップに設けられ、キャップ内のめっき液の排出を促進する。
　不溶性陽極は、キャップに対して封止された状態でキャップを貫通し、管端部の内部に配置される。
　めっき液供給機構は、管内シール部材及びキャップによって封止された管端部の内部にめっき液を供給する。
　ここで、めっき液供給機構は、めっき液供給管と、複数のノズルと、を含む。
　めっき液供給管は、不溶性陽極の軸心に沿って延在し、管端部の内部で不溶性陽極の先端から突出する。
　ノズルは、めっき液供給管の先端部に取り付けられ、不溶性陽極の外周面と管端部の内周面との間にめっき液を噴出する。
　不溶性陽極は、ノズルから噴出しためっき液が内部に侵入しない構造を有する。
　上記の電気めっき装置において、前記開口は、前記キャップの上部に設けられ、使用済みのめっき液を排出する際に大気に開放される構成であることが好ましい。
　上記の電気めっき装置において、前記不溶性陽極の内部にめっき液が侵入しない構造として、前記不溶性陽極の先端に蓋が設けられ、前記めっき液供給管が前記蓋に対して封止された状態で前記蓋を貫通する構成であることが好ましい。
　本発明の鋼管の電気めっき装置は、下記の顕著な効果を有する：
　・鋼管のサイズを問わず、めっき処理時に発生する気泡の残留を防止できること；
　・めっき処理後に使用済みのめっき液を迅速に除去できること；
　・排液量を少なくできること。
図１は、本発明の一実施形態による鋼管の電気めっき装置の構成を模式的に示す縦断面図である。
　本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、以下に示す（Ａ）～（Ｄ）の知見を得た。
　（Ａ）複数のノズルから雌ねじと陽極との間にめっき液が螺旋状の噴流形態で噴出されれば、めっき処理時に発生する気泡が迅速に吹き飛ばされ、気泡の残留による不めっきが防止される。
　（Ｂ）めっき処理が完了した後、鋼管の管端部の内部に残留する使用済みめっき液を迅速に外部に排出するためには、使用済みめっき液の排出を促進させる構造を設ければよい。これにより、めっき液による腐食作用に伴うめっき層の変色が防止される。
　（Ｃ）めっき液を噴出するノズルの配置位置及び噴出方向を規定することにより、鋼管のサイズに関わらず、安定してめっき層が形成される。具体的には、小径管を対象とする場合には、不めっきと表面変色の発生が防止される。大径管を対象とする場合には、廃水量の増加が防止される。なお、小径管とは外径が４インチ以下である鋼管を意味し、中径管とは外径が４インチを超え９インチ以下である鋼管を意味し、大径管とは外径が９インチを超える鋼管を意味する。
　（Ｄ）不溶性陽極及びめっき液供給機構の形態を規定することにより、めっき液を初め、廃水量を低減することが可能になる。
　本発明の電気めっき装置は、以上の知見に基づいて完成されたものである。以下に、本発明の電気めっき装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の一実施形態による鋼管の電気めっき装置の構成を模式的に示す縦断面図である。図１に示すように、電気めっき装置１は、鋼管２０の雌ねじ２０ｂに電気めっきを施す装置である。
　雌ねじ２０ｂは、鋼管２０の一方の管端部２０ａの内周に形成される。図１には、鋼管２０が略水平に配置された態様を示す。ただし、鋼管２０は、電気めっき装置１側がわずかに低くなるように、傾けて配置されてもよい。このような鋼管２０の傾斜配置は、めっき液が鋼管２０の内部からめっき装置１とは反対側に漏洩するのを防止したり、めっき液を排出する際に管端部２０ａに残留するめっき液を低減する点で有用である。以下の説明では、鋼管２０が、インテグラル型のねじ継手で連結される長尺の継目無油井管である場合を例にとる。
　電気めっき装置１は、管内シール部材２と、キャップ３と、不溶性陽極４と、めっき液供給機構５と、を備える。以下に、これらの要素を順次説明する。
　［管内シール部材］
　管内シール部材２は、鋼管２０の内部に挿入され、雌ねじ２０ｂの領域よりも長手方向（図１における左右方向）の内側の所定位置２０ｃに配置される。管内シール部材２は、鋼管２０の内周面の全周にわたって接触し、鋼管２０の内部を所定位置２０ｃで仕切る。これにより、管端部２０ａの内部が内側から管内シール部材２によって封止された状態になる。ここでいう所定位置２０ｃは、鋼管２０の雌ねじ２０ｂの領域よりも長手方向の内側であれば、特に限定しない。
　管内シール部材２の構成は、鋼管２０の内部を仕切り、その管端部２０ａの内部を内側から封止できる限り、どのような構成であっても構わない。管内シール部材２としては、例えば、石油、ガス、化学等のプラントにおける配管工事で配管を閉塞するために用いられるヘキサプラグが例示される。ヘキサプラグは、Ｃ形断面を有するゴムリングと、このゴムリングを挟み込む一対の平板と、を含む。ゴムリングは、一対の平板で締め込まれることにより拡径する。これにより、ゴムリングが配管の内周面の全周にわたって接触し、ゴムリングと平板が一体で配管内を封止する。
　［キャップ］
　キャップ３は、端面が閉ざされた筒状のキャップ本体３ａを有する。キャップ本体３ａは、鋼管２０の管端部２０ａに取り付けられる。具体的には、キャップ本体３ａは、管端部２０ａの外周面に密着し、更に管端部２０ａの端面に密着する。このように、キャップ３は、キャップ本体３ａが鋼管２０の管端部２０ａに密着して装着されることにより、鋼管２０の管端部２０ａの内部を外側から封止する。要するに、管端部２０ａの内部は、管内シール部材２及びキャップ３によって封止された状態になる。
　キャップ本体３ａには、排液口３ｃと開口３ｂが設けられる。排液口３ｃは、主として、めっき処理が完了した後に、使用済みのめっき液を排出するために設けられる。また、排液口３ｃは、めっき処理中に、キャップ本体３ａ内のめっき液を継続的に排出して回収し、回収しためっき液をめっき液供給機構５からキャップ本体３ａ内に供給するために設けられる。更に、排液口３ｃは、めっき液が排出された後の水洗い時に、廃水を排出するために設けられる。排液口３ｃは、鋼管２０の管端部２０ａの内周面よりも低い位置に配置される。
　排液口３ｃには排液管７が接続される。排液管７は、めっき液を貯留する浴槽９に開放される。この排液管７には、めっき液の排出経路を切り替える弁（例：三方弁）８が設けられる。この排液用弁８には、廃水管１２が接続される。廃水管１２は外部の廃水タンク（図示省略）に開放される。
　めっき処理の際、排液用弁８によって浴槽９への経路が開かれる。キャップ本体３ａ内のめっき液を継続的に回収し、循環させるためである。めっき処理完了後の使用済みめっき液の排出時も同様に、浴槽９への経路が開かれる。キャップ本体３ａ内のめっき液を浴槽９で回収するためである。めっき液が排出された後の水洗い時には、排液用弁８によって廃水管１２への経路が開かれる。キャップ本体３ａ内の廃水を廃水タンクに排出するためである。
　開口３ｂは、使用済みのめっき液の排出を促進するために設けられる。開口３ｂの位置は、めっき液の排出を促進できる限り、特に限定しない。例えば、図１に示すように、開口３ｂは、キャップ本体３ａの上部に設けられる。この開口３ｂは、鋼管２０の管端部２０ａの内周面よりも高い位置に配置されることが好ましい。
　開口３ｂには電磁弁（図示省略）が接続され、電磁弁によって開口３ｂが開閉される構成とすることができる。この構成の場合、めっき処理が完了した後、電磁弁が開かれ、開口３ｂが大気に開放される。これにより、キャップ本体３ａ内のめっき液に大気圧が作用し、排液口３ｃからのめっき液の排出が促進される。
　また、開口３ｂには、上方に延びるホース（図示省略）が接続された構成とすることもできる。この場合、めっき処理中に、後述するポンプ１０によってめっき液供給機構５からキャップ本体３ａ内に供給されるめっき液の圧力と、ホース内に流入しためっき液の自重とがバランスし、めっき液がキャップ本体３ａの外部に吹き出すことが防止される。
　更に、ホースに圧縮ポンプ（図示省略）が接続された構成とすることができる。この構成の場合、めっき処理が完了した後、圧縮ポンプによって開口３ｂからキャップ本体３ａ内に圧縮空気が送り込まれる。これにより、キャップ本体３ａ内のめっき液に高い圧力が作用し、排液口３ｃからのめっき液の排出が促進される。
　このように、キャップ本体３ａに開口３ｂが設けられることにより、排液口３ｃからのめっき液の排出が促進される。したがって、使用済みのめっき液の排出が迅速に行われ、雌ねじ２０ｂに形成されためっき層の表面に変色は生じない。
　［不溶性陽極］
　不溶性陽極（以下、単に「陽極」ともいう）４は、雌ねじ２０ｂに電気めっきを施すための筒状の電極（陽極）である。陽極４は、キャップ本体３ａの端面を貫通し、鋼管２０の管端部２０ａの内部まで延びる。これにより、陽極４は、雌ねじ２０ｂの近傍に配置される。キャップ本体３ａと、当該キャップ本体３ａを貫通する陽極４とは、Ｏリング等によって封止される。陽極４はキャップ本体３ａによって支持される。
　陽極４としては、酸化イリジウムで被覆されたチタン板、ステンレス鋼板等を筒状に成形したものが使用される。
　陽極４には通電棒６が接続される。通電棒６としては、チタン棒、ステンレス鋼棒等が例示される。
　陽極４は、当該陽極４を包囲する鋼管２０の管端部２０ａとの間に、めっき液を介して電位差を与える。これにより、鋼管２０の雌ねじ２０ｂに電気めっきが施される。
　上記のとおり、陽極４は、内部が空洞の筒状である。このため、陽極４は、軽量であり、取り扱いが容易である。しかも、その材料費を抑制することが可能である。ここで、陽極４は、後述するノズル５ｂから噴出されためっき液が内部に侵入しない構造を有する。これにより、めっき処理が完了した後、めっき液の排出が迅速になる。その結果、雌ねじ２０ｂに形成されためっき層の表面変色が一層防止される。
　陽極４内にめっき液が侵入しない構造は、特に限定しないが、例えば以下の構成を採用することができる。管端部２０ａの内部に配置された陽極４の先端に、ドーナツ状の蓋４ａが設けられる。この蓋４ａは、溶接等によって陽極４に接合され、陽極４の内部と外部を隔離する。なお、この蓋４ａには、後述するめっき液供給管５ａが貫通する。蓋４ａと、当該蓋４ａを貫通するめっき液供給管５ａとは、Ｏリング等によって封止される。
　［めっき液供給機構］
　めっき液供給機構５は、管内シール部材２及びキャップ３によって封止された管端部２０ａの内部にめっき液を供給する。具体的には、めっき液供給機構５は、めっき液供給管５ａと、複数のノズル５ｂと、を含む。めっき液供給管５ａは、陽極４の軸心に沿って延在し、管端部２０ａの内部で陽極４の先端（図１に示すめっき装置１では蓋４ａ）から突出する。陽極４の先端から突出するめっき液供給管５ａの先端部に、ノズル５ｂが取り付けられる。また、めっき液供給管５ａの後端部５ａａは、キャップ本体３ａから外部に突出する陽極４の後端部４ｂの側部を貫通し、外部に延び出す。めっき液供給管５ａは、陽極４を介してキャップ本体３ａによって支持される。
　めっき液供給管５ａの後端部５ａａには、めっき液を貯留する浴槽９からの主配管１１が接続される。この主配管１１には、めっき液をめっき液供給管５ａに送り出すポンプ１０が設けられる。更に、主配管１１には、ポンプ１０と浴槽９の間に、めっき液の供給経路を切り替える弁（例：三方弁）１３が設けられる。この給液用弁１３には、水洗い用の水を貯留する水槽１４からの水配管１５が接続される。
　めっき処理の際、給液用弁１３によって浴槽９からめっき液供給管５ａへの経路が開かれる。更に、ポンプ１０が作動する。これにより、めっき液がめっき液供給管５ａを通じてキャップ本体３ａ内に供給される。めっき処理完了後の使用済みめっき液の排出時には、ポンプ１０の作動が停止する。これにより、キャップ本体３ａ内へのめっき液の供給が停止し、キャップ本体３ａ内のめっき液が浴槽９に回収される。めっき液が排出された後の水洗い時には、給液用弁１３によって、水槽１４からめっき液供給管５ａへの経路が開かれる。更に、ポンプ１０が作動する。これにより、水がめっき液供給管５ａを通じてキャップ本体３ａ内に導入され、鋼管２０の管端部２０ａの水洗いが実施される。
　各ノズル５ｂは、陽極４の先端よりも鋼管２０の長手方向の内側に配置され、その先端５ｂａは、管端部２０ａの長手方向の外側に向く。めっき液供給管５ａに送り込まれためっき液は、各ノズル５ｂから陽極４の外周面と管端部２０ａの内周面（厳密には、管端部２０ａに形成された雌ねじ２０ｂ）との間に螺旋状の噴流形態で噴出される。ノズル５ｂの個数は、特に限定しないが、２本以上が好ましく、３本以上がより好ましい。
　ここで、ノズルの設置位置について、簡便な構成は、ノズルをキャップ本体３ａの端面に設ける構成、すなわちノズルを管端部２０ａの長手方向の外側に配置する構成である。しかし、本実施形態のめっき装置は、下記の理由から、その構成を採用しない。
　鋼管２０のサイズは、例えば外径が約６０ｍｍから４１０ｍｍまでと多種にわたる。鋼管２０が小径管である場合、筒状の陽極４の外径が小さくなる。この場合、ノズルが管端部２０ａの外側に配置されていると、ノズルから噴出しためっき液が、管端部２０ａの内部から外部の排液口３ｃに向かうめっき液の戻り流の影響を強く受ける。このため、ノズルからの十分な噴流が得られない。その結果、気泡が滞留して不めっきが生じるおそれがある。
　一方、鋼管２０が大径管である場合、ノズルが管端部２０ａの外側に配置されていても、ポンプ１０の能力さえ確保されれば、めっき液の噴流が十分になり、気泡の滞留が無く、不めっきが生じない。しかし、この場合は、ノズルが管端部２０ａの外側に配置されていると、めっき処理完了後の使用済みめっき液の排出時に、めっき液の排出に時間がかかり、雌ねじ２０ｂに形成されためっき層の表面に変色が起こる。また、めっき液が排出された後の水洗い時には、ノズルが管端部２０ａの外側に配置されていると、水洗いの廃水量が多くなり、廃水処理のコストが増加する。
　具体的に説明すると、鋼管２０が外径２－７／８ｉｎｃｈ（７３．０３ｍｍ）の小径管である場合、ノズルの先端の位置が、仮に管端部２０ａの外側であると、均一で十分な噴流が得られず、気泡が滞留し、不めっきが発生する。これに対し、上記した本実施形態のように、ノズル５ｂの先端５ｂａの位置が陽極４の先端よりも鋼管２０の長手方向の内側であると、不めっきと表面変色が発生しない。これは、雌ねじ２０ｂと陽極４との間に均一で十分な噴流が形成され、めっき液の残留もなくなるためである。なお、ここで示す鋼管２０の外径（２－７／８ｉｎｃｈ（７３．０３ｍｍ））は、ＡＰＩ規格に定められた公称外径の一つであり、以下、同様の表示とする。
　次に、鋼管２０が外径７－５／８ｉｎｃｈ（１９３．６８ｍｍ）の中径管である場合、ノズルの先端の位置が、管端部２０ａの外側であっても、不めっきと表面変色はほとんど起こらない。しかし、廃水量が増加し、廃水処理コストが増加する。
　更に、鋼管２０が外径１３－３／８ｉｎｃｈ（３３９．７３ｍｍ）の大径管である場合、ノズルの先端の位置が、管端部２０ａの外側であっても、噴流が十分に得られるため、気泡の滞留による不めっきは発生しない。しかし、容量の大きなめっき液が排出されるのに時間がかかるため、表面変色が発生しやすい。これに対して、上記した本実施形態のように、ノズル５ｂが、陽極４の先端よりも鋼管２０の長手方向の内側に配置されると、めっき液の容量が実質的に減り、めっき液の排出が迅速になる。このため、表面変色が発生しない。しかも、廃水量が約１／１０となり、廃水処理コストが大きく削減される。
　以上の理由により、電気めっき装置１では、ノズル５ｂ及びその先端５ｂａが陽極４の先端よりも鋼管２０の長手方向の内側に配置され、その先端５ｂａが管端部２０ａの長手方向の外側に向くように構成する。
　また、各ノズル５ｂの先端５ｂａの位置は、鋼管２０の半径方向において、雌ねじ２０ｂと陽極４との間に存在することが好ましい。
　図１に示す各ノズル５ｂの先端５ｂａは、雌ねじ２０ｂへ向けて直線状に形成されている。ただし、雌ねじ２０ｂと陽極４との間に形成される噴流の均一性を高めるために、各ノズル５ｂの先端５ｂａは、鋼管２０の径、雌ねじ２０ｂの寸法等に応じ、例えば、鋼管２０の半径方向の外側へ向けて傾斜させてもよい。また、めっき対象の鋼管２０のサイズが変更されたときには、各ノズル５ｂからのめっき液の噴出方向は、鋼管２０の径、雌ねじ２０ｂの寸法等に応じ、適宜修正されることが好ましい。
　本実施形態の電気めっき装置による効果を確認するため、前記図１に示す電気めっき装置を用い、下記の試験を実施した。めっき液として、脱脂液（水酸化ナトリウム：５０ｇ／Ｌ）、Ｎｉストライク浴（塩化ニッケル：２５０ｇ／Ｌ、塩酸：８０ｇ／Ｌ）、及び銅めっき浴（硫酸銅：２５０ｇ／Ｌ、硫酸：１１０ｇ／Ｌ）をそれぞれ建浴した。そして、それらの塩浴を順に使用し、鋼管の管端部の雌ねじに電気めっき（銅めっき）を施した。それぞれの塩浴を用いた各工程の処理条件は、下記の表１のとおりとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　試験では、外径サイズが種々異なる鋼管に対し、ノズルの位置を陽極の先端の内側と管端部の外側とに変更した。また、キャップ本体への開口の有無を変えた。評価は、不めっきの状況、めっき層表面の変色の状況、及び各工程間で実施される水洗いの廃水量で行った。下記の表２に試験の条件と結果を示す。表２に示す評価項目（不めっき及びめっき層表面の変色）の記号の意味は、下記のとおりである。
　［不めっき］
　・〇（優）：不めっきが皆無
　・×（不可）：不めっきが多く発生
　［めっき層表面の変色］
　・〇（優）：変色無
　・△（可）：多少の変色有
　・×（不可）：変色有
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２の結果から下記のことが示される。比較例１及び２に示すように、小径管を対象とし、ノズルが管端部の外側に配置された場合、均一で十分な噴流が得られず、気泡が滞留することに起因し、不めっきが発生した。また、比較例２に示すように、キャップ本体に開口が設けられていても、めっき層表面に多少の変色が発生した。
　これに対して、実施例１に示すように、小径管を対象とし、ノズルが陽極の先端の内側に配置された場合、不めっきと表面変色が皆無であった。これは、雌ねじと陽極との間に均一で十分な噴流が形成され、めっき液の残留がなくなることによる。
　比較例３に示すように、中径管を対象とし、ノズルが管端部の外側に配置された場合、不めっきは発生しなかった。ただし、表面変色は多少発生し、廃水量が著しく増加した。
　これに対して、実施例２に示すように、中径管を対象とし、ノズルが陽極の先端の内側に配置された場合、廃水量が比較例３と比較し、約１／３となった。
　また、比較例４に示すように、大径管を対象とし、ノズルが管端部の外側に配置された場合、噴流が十分に得られるため、気泡の滞留による不めっきは発生しなかった。しかし、容量の大きなめっき液が排出されるのに時間がかかり、多少の表面変色が発生した。
　これに対して、実施例３に示すように、大径管を対象とし、ノズルが陽極の先端の内側に配置された場合、めっき液の容量が実質的に減り、めっき液の排出が迅速になり、表面変色が発生しなかった。しかも、廃水量が比較例４と比較し、約１／１０となった。
　本発明による電気めっき装置は、インテグラル型のねじ継手で連結される継目無油井管を初めとし、雌ねじを有するあらゆる鋼管をめっき処理に有用である。
　１：電気めっき装置、　２：管内シール部材、
　３：キャップ、　３ａ：キャップ本体、　３ｂ：開口、　３ｃ：排液口、
　４：不溶性陽極、　４ａ：不溶性陽極の蓋、
　４ｂ：不溶性陽極の後端部、　５：めっき液供給機構、
　５ａ：めっき液供給管、　５ａａ：めっき液供給管の後端部、
　５ｂ：ノズル、　５ｂａ：ノズルの先端、　６：通電棒、
　７：排液管、　８：排液用弁、　９：浴槽、　１０：ポンプ、
　１１：主配管、　１２：廃水管、　１３：給液用弁、
　１４：水槽、　１５：水配管、
　２０：鋼管、　２０ａ：管端部、　２０ｂ：雌ねじ、　２０ｃ　所定位置
 

Claims (3)

  1. 　鋼管の管端部に形成された雌ねじに電気めっきを施す電気めっき装置であって、
    　当該電気めっき装置は、
    　前記鋼管の内部に挿入され、前記鋼管の内部を前記雌ねじの領域よりも長手方向の内側で仕切る管内シール部材と、
    　前記管端部に封止状態で取り付けられるキャップと、
    　前記キャップに設けられ、前記キャップ内のめっき液を排出する排液口と、
    　前記キャップに設けられ、前記キャップ内のめっき液の排出を促進する開口と、
    　前記キャップに対して封止された状態で前記キャップを貫通し、前記管端部の内部に配置される筒状の不溶性陽極と、
    　前記管内シール部材及び前記キャップによって封止された前記管端部の内部にめっき液を供給するめっき液供給機構と、を備え、
    　前記めっき液供給機構は、
    　前記不溶性陽極の軸心に沿って延在し、前記管端部の内部で前記不溶性陽極の先端から突出するめっき液供給管と、
    　前記めっき液供給管の先端部に取り付けられ、前記不溶性陽極の外周面と前記管端部の内周面との間にめっき液を噴出する複数のノズルと、を含み、
    　前記不溶性陽極は、前記ノズルから噴出しためっき液が内部に侵入しない構造を有する、鋼管の電気めっき装置。
  2. 　請求項１に記載の電気めっき装置であって、
    　前記開口は、前記キャップの上部に設けられ、使用済みのめっき液を排出する際に大気に開放される、鋼管の電気めっき装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の電気めっき装置であって、
    　前記不溶性陽極の内部にめっき液が侵入しない構造として、前記不溶性陽極の先端に蓋が設けられ、前記めっき液供給管が前記蓋に対して封止された状態で前記蓋を貫通する、鋼管の電気めっき装置。
     
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