| 【発明の名称】 |
ベンド管およびその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】越賀 博
【氏名】西村 信一
|
| 【要約】 |
【課題】従来のベンド管における性能上の問題、加工上の問題、製造コスト上の問題を解決した耐摩耗性に優れたベンド管及びその製造方法を新しく提供することを課題とする。
【解決手段】上記の課題は、入口１１と出口１２とを有し、入口および出口を連通する内面を備えた湾曲する管体から成るベンド管であって、この管体は、管体の中心軸を含む平面に対して垂直で、しかも管体の中心軸に沿っており、さらに入口１１および出口１２を横断しないように広がる曲面によって２分割されていて、入口１１および出口１２のうちの少なくとも一方を有する第一分割部２と、第二分割部３とから成り、管体の内面のうちの少なくとも外側に湾曲する部分には、自溶合金を溶射溶着することによって耐摩耗性溶着層４が形成されており、この耐摩耗性溶着層を形成した後に、第一分割部２と第二分割部３とを会合して溶接接合されていることを特徴とするベンド管とすることによって解決される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 入口と出口とを有し、前記入口および前記出口を連通する内面を備えた湾曲する管体から成るベンド管であって、前記管体は、前記管体の中心軸を含む平面に対して垂直で、しかも前記管体の中心軸に沿っており、さらに前記入口および前記出口を横断しないように広がる曲面によって２分割されていて、前記入口および前記出口のうちの少なくとも一方を有する第一分割部と、第二分割部とから成り、前記管体の内面のうちの少なくとも外側に湾曲する部分には、自溶合金を溶射溶着することによって耐摩耗性溶着層が形成されており、前記耐摩耗性溶着層を形成した後に、前記第一分割部と前記第二分割部とを会合して溶接接合されていることを特徴とするベンド管。
【請求項２】 前記第一分割部は、外側に湾曲しており、しかも前記入口と前記出口の両方を有していることを特徴とする請求項１に記載のベンド管。
【請求項３】 さらに、前記入口及び前記出口のうち少なくとも前記入口の縁端部にも前記耐摩耗性溶着層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のベンド管。
【請求項４】 入口と出口とを有し、前記入口および前記出口を連通する内面を備えた湾曲する管体から成るベンド管の製造方法であって、前記管体を、前記管体の中心軸を含む平面に対して垂直で、しかも前記管体の中心軸に沿っており、さらに前記入口および前記出口を横断しないように広がる曲面によって切断して、前記入口および前記出口のうちの少なくとも一方を有する第一分割部と、第二分割部とに分離し、前記管体の内面のうち少なくとも外側に湾曲している部分に、自溶合金を溶射溶着することによって耐摩耗性溶着層を形成し、しかる後に、前記第一分割部と前記第二分割部とを会合させて溶接することを特徴とするベンド管の製造方法。
【請求項５】 前記第一分割部は、外側に湾曲しており、しかも前記入口と前記出口の両方を有していることを特徴とする請求項４に記載のベンド管の製造方法。
【請求項６】 さらに、前記入口及び前記出口のうち少なくとも前記入口の縁端部にも前記耐摩耗性溶着層が形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のベンド管。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管製ベンド管の内面に、自溶合金を溶射溶着することにより耐摩耗性溶着層を形成させたベンド管、さらに詳しくは、中径管以下のベンド管に関するものである。本発明によるベンド管は、合成樹脂ペレットを搬送するパイプラインなどの産業分野での使用に適している。
【０００２】
【従来の技術】従来、粉粒体やスラリーを輸送するパイプラインに使用されるベンド管は、耐摩耗性向上のため様々な対策がとられてきた。すなわち、古くからベンド管内面に耐摩耗性金属を肉盛溶接する方法がある。しかし、この方法は、大口径ベンド管では比較的容易に内面への肉盛溶接ができるものの、口径が１５ｃｍ以下の中小口径のベンド管では、内面への肉盛溶接が不可能である。そこで、中口径以下のベンド管では、内面への肉盛溶接を容易にするため、例えば図４に示す方法がある。この方法は、管体１をその曲率円の中心方向に切断して、いくつかの横割りされた分割部（２１、２２…）をつくり、得られた分割部の内面に耐摩耗性金属を肉盛溶接した後、切断面を再び合せ溶接接合して一体化する方法をとっている。しかしながら、この方法では、外側に湾曲する管体の内面にも溶接接合個所ができる。この溶接部の内面での耐摩耗性金属肉盛層は一体化が不十分であったり、段差ができるなどしている。しかも、この外側に湾曲する管体の内面は、ベンド管を通過する物体が最も激しく衝突する部分である。従って、ここに溶接部が形成されると、ここから摩耗が進行するので、ベンド管の寿命を十分に延長できない。また、多数の分割部を一体化するための溶接個所が多くなると、製造コストも高くなるなどの問題がある。一方、例えば図５に示すように、管体１を中心軸を含む平面に垂直で、しかもその中心軸を含む曲面に沿って切断し、２つの分割部に分離し、これらの分割部の内面に耐摩耗性金属を肉盛溶接した後、これらの分割部を会合させて溶接して一体化する方法がある。しかし、この方法は、耐摩耗性金属を肉盛溶接することにより大きな変形を生じ、元の形状に復元するのに非常な加工手間を要する。さらに、端部が真円になっていないので、フランジ取付が困難であるなどの問題がある。また、管体の中心軸を含む平面で、管体を分割する方法もある。しかしながら、この方法で得られたベンド管には、外側に湾曲する部分に溶接部が形成されるので、ベンド管の耐摩耗性を十分に向上することはできないという問題がある。
【０００３】このような問題を回避するため、ベンド鋼管を切断しないで、例えば特公昭６２−４５９８では、図６に示すように、湾曲する管体１の外側に溶接または鋳かけ等により耐摩耗性金属の硬化肉盛層２５を形成し、さらに、この硬化肉盛層を強化プラスチックからなる被覆層で覆う方法が開示されている。この方法では、外側から耐摩耗性金属の肉盛溶接等を行うため、上記の内面への肉盛溶接上の問題は解消される。しかしながら、この方法で得られたベンド管の内面には、硬さの低いベンド管素材があるため、初期摩耗が激しく、その時に発生する摩耗粉などが、その中を通過する粉粒体やスラリー等に混入する。このため、輸送する物質によっては、汚染が問題となることがある。さらに、この方法では、硬化肉盛層の外側に強化プラスチックの保護層が必要なため、その加工に手間を要するなどの問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の耐摩耗性ベンド管では、上記従来の技術で記載したとおり、ベンド管の性能上の問題、加工上の問題、製造コスト上の問題などがある。そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を全て解決した耐摩耗性に優れたベンド管及びその製造方法を新しく提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題を解決するため種々検討を重ねた結果、入口および出口を有し、前記入口と前記出口とを連通する内面を備えた湾曲する管体から成るベンド管であって、前記管体は、前記管体の中心軸を含む平面に対して垂直でしかも前記管体の中心軸を含み前記入口および前記出口を横断しない曲面に沿って切断して分離されていて、前記入口および前記出口のうちの少なくとも一方を有する第一分割部と、第二分割部とから成り、少なくとも外側に湾曲する前記管体の内面には、自溶合金を溶射溶着することによって耐摩耗性溶着層が形成されており、前記耐摩耗性溶着層を形成した後に、前記第一分割部は前記第二分割部と会合して溶接されていることを特徴とするベンド管とすることによって解決できることを見いだした。
【０００６】また、上記の第一の分割部は、外側に湾曲しており、しかも入口と出口の両方を有していることが好ましい。さらに、上記の耐摩耗性溶着層は、少なくとも入口の縁端部にも形成されていることが好ましい。以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【０００７】図１は本発明の一実施例によるベンド管の製造方法を示す図である。まず、図１（ａ）に示すように、入口１１および出口１２を有し、この入口と出口とを連通する内面を備えた湾曲する管体１を用意する。なお、本発明においては、この管体は、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼など自溶合金を溶射溶着することにできる材料であれば、如何なる材料から構成されていてもよい。
【０００８】次に、図１（ｂ）に示すように、管体１を、湾曲する管体の中心軸１３を含む平面に対して垂直で、しかも管体の中心軸１３に沿っており、さらに入口１１および出口１２を横断しないように広がる曲面に沿って切断する。これによって、管体１は、外側に湾曲する分割部２と、内側に湾曲する分割部３とに分離される。これら分割部２及び３の内面に対して、後述する好適な溶射角度で自溶合金を溶射することができる。上記の曲面は、管体の中心軸１３を含む平面に対して垂直であり、しかも管体の中心軸１３を含んでいるので、本発明によるベンド管は、管体の内面のうちの最も激しい摩耗部分である外側に湾曲した部分には溶接部が形成されない。また、上記の曲面は、管体１の入口１１および出口１２を横断しないので、管体の入口及び出口の近傍には溶接部が形成されない。
【０００９】ここで、本発明に従って管体１を切断すると、管体１は以下のいずれかの形態で分割されている。
（１）入口１１および出口１２の両端部を有する外側に湾曲する分割部２と、内側に湾曲する分割部３（図２（ｂ１））
（２）外側に湾曲する分割部２と、入口１１および出口１２の両端部を有する内側に湾曲する分割部３（図２（ｂ２）
（３）入口１１を有する外側に湾曲する分割部２と、出口１２を有する内側に湾曲する分割部３（図２（ｂ３））
（４）出口１２を有する外側に湾曲する分割部２と、入口１１を有する内側に湾曲する分割部３（図２（ｂ４））
本発明は、上記のいずれの場合であっても所期の目的を達成することができるが、好ましくは、図２（ｂ１）又は図２（ｂ３）のように分割することが好ましく、更に好ましくは図２（ｂ１）のように分割することが好ましい。
【００１０】本発明においては、入口１１および出口１２を含む端部の長さは特に限定されないが、好ましくは、この端部の長さは、管体の内径の１／２〜２倍になっている。これによって、後述する好適な溶射角度で自溶合金を溶射することができる。
【００１１】次に、外側に湾曲した分割部２および内側に湾曲した分割部３の内面に、自溶合金を溶射溶着することによって耐摩耗性溶着層４を形成する。
【００１２】自溶合金の溶射溶着層の形成方法は、通常、母材となる鉄鋼素材面に、ガスフレーム溶射機またはプラズマ溶射機を用い、自溶合金粉末を溶射し、溶射皮膜を形成させる溶射工程と、その後、溶射皮膜の溶融温度まで該皮膜および母材を加熱して、皮膜内の気孔が消滅して、緻密化し、かつ母材と冶金的に結合した自溶合金の溶着層を形成させる溶着工程からなる。本発明では、この方法を用いているので、自溶合金溶着層を形成する際に生じる変形を極めて小さくすることができる。また、自溶合金溶着層は耐摩耗・耐食性に優れ、その厚さは均一で、表面も平滑であるので、ベンド管内面に均一かつ平滑な耐摩耗性溶着層を形成することができる。
【００１３】本発明では、前記のとおり管体を外側に湾曲した分割部と内側に湾曲した分割部とに分割してあるので、この切割により作られた開放口から自溶合金を溶射することができる。健全な溶射皮膜を形成するためには、通常１０〜２５ｃｍの長さの溶射距離を必要とし、かつ母材面に対して垂直方向から４５°以内の溶射角度で溶射を行う必要があるが、この条件を満たす溶射距離および溶射角度でこれらの分割部内面に自溶合金を溶射することができる。本発明で使用する自溶合金粉末は市販品の中から選択できる。好適な自溶合金粉末としては、０〜２０％のＣｒ、２〜４％のＢ、２．５〜５％のＳｉ、０〜１％のＣ、０〜５％のＦｅおよび残部Ｎｉの粉末が挙げられる。また、この粉末に炭化タングステン粉末や炭化タングステン‐コバルト合金粉末を混合した粉末を使用してもよい。
【００１４】本発明によると、自溶合金から成る耐摩耗性溶着層は、少なくとも外側に湾曲した分割部の内面に形成されていれば十分であるが、より好ましくは、内側に湾曲した分割部の内面にも形成される。この場合、内側に湾曲する分割部の耐摩耗性溶着層は、外側に湾曲する分割部の耐摩耗性溶着層よりも、薄くなっていてもよい。また、内側に湾曲する分割部の耐摩耗性溶着層は、外側に湾曲する分割部の耐摩耗性溶着層と、異なる材料から構成されていてもよい。
【００１５】また、図３に拡大して示すように、好ましくは、管体の縁端部１４、特に管体の入口１１側の縁端部１４にも耐摩耗性溶着層４は形成されている。管体１の縁端部１４から摩耗が進行するのを防止することができる。
【００１６】その後、外側に湾曲する分割部２に、内側に湾曲する分割部３を、それらの切断面を合わせて会合して溶接接合してベンド管を得る。本発明によると、分割部２および３は、殆ど変形することなく耐摩耗性溶着層が形成されるので、従来は必要であった形状を復元する作業を省略して溶接接合ができる。そして必要に応じてベンド管の両端に、パイプラインを構成する他の直管やベンド管との結合を容易化するためのフランジ６が取り付けられる。本発明によると、ベンド管の端部は略真円のままであるので、この端部へのフランジ６の取付は極めて容易である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。管体として、外径１００ｍｍおよび内径８３ｍｍを有し、曲率半径５００ｍｍのステンレス鋼管（ＪＩＳ ＳＵＳ３０４）を用意した。このステンレス鋼管は、両端に直管部１００ｍｍを有している。そして、ステンレス鋼管の入口側の端部から８０ｍｍのところで、湾曲する管体の内側から管体の中心軸まで切断し、次いでこの中心軸に沿って管体を半截し、このステンレス鋼管の出口側の端部から８０ｍｍのところで、湾曲する管体の内側に向かって切断した。この切断には、レーザ切断法を用いた。そして、切断により得られた２個の分割部の内面に、アルミナグリットによってブラスト処理を行った後、ガスフレーム式粉末溶射機を用いて自溶合金を溶射した。
【００１８】この実施例において使用した自溶合金粉末は、Ｃｒ；１７％、Ｂ；３．５％、Ｓｉ；４．５％、Ｃ；０．７％、Ｆｅ；３．５％、Ｍｏ；２．０％、Ｃｕ；２．５％、Ｎｉ；残部の組成を有するＪＩＳ ＳＦＮｉ４種に相当する粉末であり、その粒度は４５〜１０５μｍのものである。外側に湾曲した分割部の内面において約１．５ｍｍ、また内側に湾曲した分割部において約０．７ｍｍの厚さの溶射皮膜を形成した。所定の厚さに溶射された皮膜は、剥離や亀裂などの欠陥はなく、健全な皮膜であることが確認された。次いで、内面に自溶合金が溶射された分割部をアルゴン雰囲気電気炉中に入れ、炉内を徐々に昇温して１０５０℃で３０分間保持した後、電源を切り、炉中で冷却した。この溶着工程により得られた分割部の溶射皮膜は外観上は溶融されており、平滑な表面状態を呈しており、母材であるベンド鋼管との間で剥離もなく、健全な耐摩耗性溶着層の形成が観察された。また、ここで、分割部を切断して内部構造を顕微鏡観察したが、耐摩耗性溶着層には、粗大な気孔やピンホールなどは確認されず、またこの溶着層は母材のステンレス鋼管との間に合金層を形成して冶金的に結合していることが確認された。さらにまた、この溶着層の硬さを測定した結果、そのビッカース硬さは、Ｈｖ６５０〜７５０を示し、この種の自溶合金溶射溶着層の本来の硬さを所持していることがわかった。そして、２個の分割部の切断面を会合させて、溶接棒（ＪＩＳ ＳＵＳ ３０４）を用い、ＴＩＧ溶接により溶接接合５を行って、分割部を一体化させた。この溶接を行う前に、切断面を予めグラインタで削って溶接開先を作った。その後、外側に湾曲した分割部に内側に湾曲した分割部をはめ込んで、内側に湾曲した分割部の両端および中央部の３ヵ所にバイスを使用して、両分割部を締め付けた。この際、両分割部の変形によって中央部に僅かな隙間が確認されたが、バイスの締め付けで容易に密着させることができた。その後、ステンレス鋼管の両端にフランジ６を溶接した。
【００１９】このようにして得られたベンド管を、ガラス繊維３０〜５０％の入ったナイロン樹脂ペレット輸送用のパイプラインにおいて３年以上使用したが、ベンド管の内面には目立った摩耗は確認されなかった。なお、内面に自溶合金溶射溶着層が施されていないステンレス鋼（ＪＩＳ ＳＵＳ ３０４）のみのベンド鋼管の寿命は６ヶ月〜１年程度であることから、本発明によるベンド管は、寿命を３倍〜６倍に延長できることが分かった。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】５００００１０６８
【氏名又は名称】日本オーバー・レイ工業株式会社
【識別番号】０００２３９４２６
【氏名又は名称】福田金属箔粉工業株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１２年５月２３日（２０００．５．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８０３２
【弁理士】
【氏名又は名称】武石 靖彦 （外２名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−２４１５８７（Ｐ２００１−２４１５８７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月７日（２００１．９．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１５０９３８（Ｐ２０００−１５０９３８） |
|