異種金属の溶射方法および溶射機
【課題】異種金属を成分の偏りがない状態で鋳鉄管などの管の被溶射物に良好に溶射することができる異種金属の溶射方法および溶射機を提供する。
【解決手段】被溶射物Xである管を、その管軸心Oを中心に回転させながら、互いに種類の異なる異種金属を管の表面に溶射する異種金属の溶射方法であって、異種金属からなる2つの線材A、Bを、溶射機1に個別に設けられた各線材送出部3、4から被溶射物Xの被溶射面に向けて送り出す線材送出動作と、異種金属の溶融箇所に微粒子化用気体を供給する微粒子化用気体供給動作と、溶射形状が楕円となるように形状制御用気体供給部5から気体を供給する形状制御用気体供給動作とを並行して行い、前記線材送出動作において、前記線材A、Bを、これらの線材A、Bの接触箇所で、管軸心Oに対して略直交する方向に並んだ状態で接触させる。
【解決手段】被溶射物Xである管を、その管軸心Oを中心に回転させながら、互いに種類の異なる異種金属を管の表面に溶射する異種金属の溶射方法であって、異種金属からなる2つの線材A、Bを、溶射機1に個別に設けられた各線材送出部3、4から被溶射物Xの被溶射面に向けて送り出す線材送出動作と、異種金属の溶融箇所に微粒子化用気体を供給する微粒子化用気体供給動作と、溶射形状が楕円となるように形状制御用気体供給部5から気体を供給する形状制御用気体供給動作とを並行して行い、前記線材送出動作において、前記線材A、Bを、これらの線材A、Bの接触箇所で、管軸心Oに対して略直交する方向に並んだ状態で接触させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、異種金属を管に溶射する溶射方法および溶射機に関する。
【背景技術】
【0002】
既に、本出願人は、ダクタイル製の鋳鉄管などの管の防食性を向上させるために、亜鉛と亜鉛合金など犠牲陽極作用がある異種の金属皮膜を管の外面に形成することを提案している(特許文献1参照)。すなわち、前記特許文献1に開示されているように、例えば、Zn線材を第1の線材として用いるとともに、Zn−Sn−Mg線材、またはこれにTi、Co、Ni、Pのうち少なくともいずれか一つを含ませた亜鉛合金線材を第2の線材として用いて、管の外面に同時にアーク溶射を行っている。
【0003】
この溶射方法を用いると、鉄表面にZn−Sn−Mg合金の溶射皮膜が形成できる。この亜鉛合金は鉄よりも電位が低いため犠牲陽極として作用し、亜鉛合金中の亜鉛が溶け出すと考えられる。溶け出した亜鉛は、表面に比較的安定な腐食生成物を形成し、それにより、残りの亜鉛の消耗または溶解を抑制すると考えられている。また、Zn−Sn−Mg合金などの同種の亜鉛合金同士を線材として使用して得られた溶射被膜の気孔率よりも、亜鉛とZn−Sn−Mg合金などの亜鉛合金とを線材として使用して得られた溶射被膜の気孔率が低いことから、防食性能が向上したとも考えられる。このような理由から、亜鉛と亜鉛合金とを線材として使用して溶射すると、管の外面の防食性を向上できると考えられる。
【0004】
鋳鉄管などの金属管への一般的な溶射方法としては、主にアーク溶射が用いられており、図7、図8(a)、(b)に示すように、鋳鉄管などの金属管からなる被溶射物Xをその管軸心Oを中心として回転させながら、溶射機(いわゆる溶射ガン)50を被溶射物Xに対して管軸心方向に沿って相対的に移動させることで施工している。例えば、鋳鉄管に亜鉛と亜鉛合金との異種金属の溶射を行う場合には、溶射機50のプラス極の線材送出部52に亜鉛の線材A、マイナス極の線材送出部53に亜鉛合金の線材Bを送出箇所で互いに接触するようにセットして溶射している(逆に、プラス極の線材送出部52に亜鉛合金の線材B、マイナス極の線材送出部53に亜鉛の線材Aをセットして溶射することも可能である)。なお、図8(a)、(b)における51は微粒子化用(アトマイズ用)の圧縮空気などのガス(気体)を供給する微粒子化用ガス供給部、Yは溶射皮膜である。この方法を用いることにより、異種金属よりなる2本の線材A、Bを1つの溶射機50に同時に送り込みながら連続的に溶融させ、これらの溶融金属を、高速で吹き付ける微粒子化用ガスによって被溶射物Xに対して微粒子状に吹き付けることができる。
【0005】
この場合に、従来は、単に、溶射機50のプラス極の線材送出部52に亜鉛の線材A、マイナス極の線材送出部53に亜鉛合金の線材Bをセットして溶射しており、鋳鉄管などの被溶射物Xへ付着させる異種金属の溶射皮膜Yの溶射形状(いわゆる溶射パターン)は、図9の左側に簡略的に示すように、ほぼ丸形である。しかし、溶射形状が丸形であると、溶射幅が小さく、かつ、その幅内でも溶射量の変動が大きいため、単位時間当たりの溶射面積が小さくて生産効率が悪いとともに、歩留まりが低い欠点がある。
【0006】
この欠点を解消するものとして、図9の右側に簡略的に示すように、被溶射物Xへ付着させる異種金属の溶射皮膜Yの溶射形状を楕円形にすることが提案されている。すなわち、図10(a)、(b)、図11に示すように、溶射機60において、微粒子化用ガス供給部61の左右に異種金属よりなる2本の線材A、Bを送り込む線材送出部62、63をそれぞれ設けるとともに、これらの微粒子化用ガス供給部61および線材送出部62、63の上方と下方とに、圧縮空気などのガス(気体)を供給する形状制御用ガス供給部64を、管軸心と略平行な方向(いわゆる横方向)に複数並べて配設している。そして、形状制御用ガス供給部64から噴出させる圧縮空気などのガスにより、微粒子状になった溶融金属が上下に拡散することを抑制して溶射皮膜Yの横長の楕円扁平形状となるように構成している。なお、異種金属よりなる2本の線材A、Bを送り込む線材送出部62、63は、上記したように、微粒子化用ガス供給部61の左右など、管軸心Oの延びる方向に沿った方向に並べられて配置されている。この図10(a)、(b)、図11に示す溶射機60と、微粒子化用ガス供給部、線材送出部、形状制御用ガス供給部の配置構成および溶射皮膜Yの溶射形状が同様なアーク溶射装置が特許文献2等に開示されているが、このアーク溶射装置では、図10(a)、(b)、図11に示すような構成に加えて、吹出し軸と同軸をなす仮想円錐面に沿って前方に吹出す微粒子化用ガス供給部も有している。
【0007】
前記溶射機60を用いて、鋳鉄管などからなる被溶射物Xに対して、管軸心方向に対して横長の楕円形となるように異種金属を溶射すると、溶射形状が丸形である場合と比較して、溶射幅が大きく、かつ、幅方向に対して溶射量の変動が小さいため、単位時間当たりの溶射面積を大きくすることができて生産効率を向上させることができるとともに、歩留まりも向上させることができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2009−256792公報
【特許文献2】特開2001−181818公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、図10(a)、(b)、図11に示すような溶射機60を用いて異種金属を溶射すると、線材送出部62、63が、微粒子化用ガス供給部61の左右など、管軸心Oの延びる方向に沿った方向に並べられて配置されているので、図12に示すように、溶射皮膜Yにおける横長の楕円形状部分の左右の端部で、線材Aの原料である第1の金属(例えば亜鉛)の成分割合が大きい部分Cと線材Bの原料である第2の金属(例えば亜鉛合金)の成分割合が大きい部分Dとができてしまい、溶射した鋳鉄管などの被溶射物Xの表面での溶射金属の成分割合が、鋳鉄管などの被溶射物Xの軸心方向に対して変動する恐れがある。そして、この場合には、鋳鉄管などの被溶射物Xの外面の防食性を良好には向上できなくなる。
【0010】
本発明は上記課題を解決するもので、異種金属を成分の偏りがない状態で鋳鉄管などの管の被溶射物に良好に溶射することができる異種金属の溶射方法および溶射機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明は、被溶射物である管を、その管軸心を中心に回転させながら、互いに種類の異なる異種金属を管の表面に溶射する異種金属の溶射方法であって、異種金属からなる2つの線材を、溶射機に個別に設けられた各線材送出部から、溶射機外部で接触させて溶融するように被溶射物の被溶射面に向けて送り出す線材送出動作と、異種金属の溶融箇所に微粒子化用気体を供給する微粒子化用気体供給動作と、溶射形状が楕円となるように形状制御用気体供給部から気体を供給する形状制御用気体供給動作とを並行して行い、前記線材送出動作において、前記線材を、これらの線材の接触箇所で、管軸心に対して略直交する方向に並んだ状態で接触させることを特徴とする。
【0012】
また、本発明の溶射機は、管軸心を中心に回転される管からなる被溶射物に対して、異種の金属を溶射する溶射機であって、互いに異なる材料の線材を外部で接触して溶融するように送り込む2つの線材送出部と、溶融された金属を微粒子状にする気体を供給する微粒子化用ガス供給部と、溶射形状が前記管軸心に沿う方向に対して長い楕円形となるように気体を供給する形状制御用気体供給部とを備え、前記2つの線材送出部が、前記管軸心に対して略直交する方向に並べられて配設されていることを特徴とする。
【0013】
上記溶射方法や溶射機によれば、異種金属を溶射すると、横長の楕円形状部分の大部分の箇所では線材の原料である2つの金属の成分割合が同じであるが、横長の楕円形状部分の縦方向の端部では線材の原料である2つの金属の成分割合が異なる部分は少ないものの若干できてしまう。しかし、被溶射物である管は管軸心を中心に回転されているため、すなわち、横長の楕円形状部分の縦方向に沿って溶射箇所の表面が移動するように、被溶射物が回転されながら溶射されるので、継続して被溶射物に溶射されると、最終的には溶射皮膜の成分割合がほぼ同一となった良好な状態で溶射できる。
【0014】
なお、本発明の溶射機としては、微粒子化用ガス供給部が、2つの線材送出部の間に配設されていることが好ましく、また、形状制御用気体供給部が、管軸心に直行する方向に対して2つの線材送出部を間に挟んだ状態で、管軸心に沿う方向に複数並べられ、または、管軸心に沿う方向につながった状態で配設されていることが好ましい。この構成により、良好な楕円形に溶射することができる。
【発明の効果】
【0015】
以上のように本発明によれば、線材送出動作において、線材を、これらの線材の接触箇所で、管軸心に対して略直交する方向に並んだ状態で接触させたり、異種金属を溶射する溶射機において、2つの線材送出部を、前記管軸心に対して略直交する方向に並べられて配設させたりすることにより、異種金属を被溶射物の全面に溶射皮膜の成分割合がほぼ同一となった良好な状態で溶射でき、管の防食性を良好に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】(a)および(b)は、本発明の実施の形態に係る、異種金属の溶射方法および溶射機を示す側面断面図および平面断面図である。
【図2】同実施の形態に係る溶射機の簡略的な正面図である。
【図3】同実施の形態に係る溶射方法の溶射状態を示す図である。
【図4】(a)は本発明の実施の形態に係る異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍の電子顕微鏡写真、(b)は従来の異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍の電子顕微鏡写真を示す。
【図5】(a)は、図4(a)に対応する、本発明の実施の形態に係る異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍の亜鉛の分布状態を示す図、(b)は、図4(b)に対応する、従来の異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍の亜鉛の分布状態を示す図である。
【図6】(a)は、図4(a)に対応する、本発明の実施の形態に係る異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍のSnの分布状態を示す図、(b)は、図4(b)に対応する、従来の異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍のSnの分布状態を示す図である。
【図7】管への溶射方法を簡略的に示す図である。
【図8】(a)および(b)は、従来の溶射方法を示す側面断面図および平面断面図である。
【図9】被溶射物への溶射形状を簡略的に示す図である。
【図10】(a)および(b)は、他の従来の溶射方法を示す側面断面図および平面断面図である。
【図11】同他の従来の溶射方法に用いる溶射機の簡略的な正面図である。
【図12】同他の従来の溶射方法での溶射状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態に係る異種金属の溶射方法およびこの溶射方法で用いる溶射機などを図面に基づき説明する。
図1(a)、(b)、図2などに示すように、本発明の実施の形態に係る異種金属の溶射方法では、アーク溶射が用いられており、鋳鉄管などの金属管かならなる被溶射物Xをその管軸心Oを中心として図外の回転用ローラなどで回転させながら、溶射機(いわゆる溶射ガン)1を被溶射物Xに対して管軸心方向(図7における矢印e方向)に相対的に移動させる(この実施の形態では、溶射機1を移動させる)ことで施工している。溶射機1はその溶射方向が、被溶射物Xの被溶射面にほぼ直交するように、すなわち、管軸心Oに向くように配置され、図1(a)、(b)においては、溶射機1が被溶射物Xの左側方で略水平に離れて対向させている場合を図示している。また、この実施の形態では、被溶射物Xとしてのダクタイル製などの鋳鉄管に、第1の金属としての亜鉛と、第1の金属とは異なる第2の金属としての亜鉛合金との溶射を行うよう構成されており、この場合には、溶射機1のプラス極の線材送出部3に第1の線材である亜鉛の線材A、マイナス極の線材送出部4に第2の線材である亜鉛合金の線材Bを、送出箇所前方で互いに接触するようにセットして溶射している(逆に、プラス極の線材送出部3に亜鉛合金の線材B、マイナス極の線材送出部4に亜鉛の線材Aをセットして溶射してもよい)。
【0018】
本発明の実施の形態に係る溶射機1でも、互いに異なる材料の線材A、Bを外部で接触させて溶融するように送り込む上記した2つの線材送出部3、4に加えて、溶融された金属を微粒子状にする圧縮空気などからなるガスを供給する微粒子化用ガス供給部2と、溶射形状が管軸心に沿う方向に対して長い楕円形となるように圧縮空気などからなるガスを供給する形状制御用気体供給部5とを備えている。ところが、本発明の実施の形態に係る溶射機1では、互いに異なる材料の線材A、Bを送り込む2つの線材送出部3、4が、図1(a)、図2に示すように、管軸心Oに対して略直交する方向に、この実施の形態では上下方向に、並べられて配設されている。また、溶融された金属を微粒子状にする圧縮空気などからなるガスを供給する微粒子化用ガス供給部2は、2つの線材送出部3、4の間、この実施の形態では、溶射機1の中心に配設されている。
【0019】
また、この溶射機1の形状制御用ガス供給部5は、線材送出部3、4より管の周方向に所定距離離れた位置、この実施の形態では上方と下方とに離れた箇所において、管軸心方向(管軸心Oに沿って延びる方向)と略平行な方向(いわゆる横方向)に複数並べて配設されている。そして、形状制御用ガス供給部5から噴出させる圧縮空気などのガスにより、微粒子状になった溶融金属が上下(管の周方向)に拡散することが抑制されて横長の楕円扁平形状となるように構成されている。
【0020】
この構成において、異種金属からなる2つの線材A、Bを、溶射機1に個別に設けられた各線材送出部3、4から高電圧をかけた状態で、溶射機1の前方箇所で接触させて溶融するように被溶射物Xの被溶射面に向けて送り出す線材送出動作と、微粒子化用ガス供給部2から異種金属の溶融箇所に微粒子化用気体としての圧縮空気を供給する微粒子化用気体供給動作と、溶射形状が楕円となるように形状制御用気体供給部5から圧縮空気を供給する形状制御用気体供給動作とを並行して行わせる。そして特に、前記線材送出動作において、異種金属からなる2つの線材A、Bを、これらの線材A、Bの接触箇所で、管軸心Oに対して略直交する方向に並んだ状態で接触させる。このようにして、鋳鉄管などの金属管かならなる被溶射物Xの表面に、亜鉛(Zn)などの第1の金属と亜鉛合金(例えばZn−Sn−Mg合金)などの第2の金属とが混ぜ合わされた溶射皮膜Yを形成する。
【0021】
なお、溶射時には、鋳鉄管からなる被溶射物Xをその管軸心Oを回転させると同時に、溶射機1を被溶射物Xに対して管軸心方向に相対的に移動させて施工するが、被溶射物Xを管軸心Oを中心として1回転させる際の管軸心方向への移動距離は、溶射皮膜Yの幅よりも小さくなるように設定する。また、鋳鉄管かならなる被溶射物Xの回転速度が、管軸心方向への移動速度よりも十分に大きい状態で行い、溶射皮膜Yが被溶射物Xの全周面(外面)に隙間無く形成されるようにする。
【0022】
この溶射方法によれば、異種金属を溶射すると、溶射した瞬間においては、溶融する際の線材A、Bの位置が、僅かではあるが、管軸心Oに対して略直交する方向に異なる。したがって、図3に示すように、溶射部分における楕円形状部分の管軸心Oに対して略直交する方向(図3では上下方向)の大部分の箇所、詳しくは上下方向の中心寄り箇所では、異種金属同士が良好に混ざり合って2つの金属の成分割合が同じであるが、縦方向の端部(この実施の形態では上縁部と下縁部)では線材A、Bの原料である2つの金属の成分割合が異なる部分ができてしまう。すなわち、異種金属を溶射すると、溶射した瞬間においては、溶射皮膜Yの上縁部では亜鉛などの線材Aの原料である第1の金属の成分割合が大きい部分Cができてしまい、また、溶射皮膜Yの下縁部では亜鉛合金などの線材Bの原料である第2の金属の成分割合が大きい部分Dとができてしまう。
【0023】
しかし、被溶射物Xである管は管軸心Oを中心に回転されているため、すなわち、横長の楕円形状部分の縦方向に沿って溶射箇所の表面が移動するように、被溶射物Xが回転されながら溶射されることとなる。したがって、被溶射物Xである管が管軸心Oを中心に回転されながら溶射されると、第1の金属の成分割合が大きい部分Cの上に第2の金属の成分割合が大きい部分Dが重なり、最終的には溶射皮膜Yの成分割合が、場所により偏ることがなくなって、ほぼ同一となった良好な状態で溶射できる。これにより、管の防食性を良好に向上させることができる。
【0024】
また、上記溶射方法によっても、鋳鉄管などからなる被溶射物Xに対して、管軸心方向に対して横長の楕円形となるように異種金属を溶射することができるので、溶射形状が丸形である場合と比較して、溶射幅が大きく、かつ、幅方向に対して溶射量の変動が小さくなり、単位時間当たりの溶射面積を大きくすることができて生産効率を向上させることができるとともに、歩留まりも向上させることができる。
【0025】
なお、上記のように溶射機1としては、微粒子化用ガス供給部2が、2つの線材送出部3、4の間に配設されていることが好ましいが、これに限るものではない。また、形状制御用気体供給部5が、管軸心Oに沿う方向に複数並べられ、または、管軸心Oに沿う方向につながった状態で配設されていることが好ましく、この構成により、良好な楕円形に溶射することができるが、これに限るものではない。
【0026】
ここで、本実施の形態の溶射機1ならびに溶射方法による溶射状態を確認すべく、以下の試験を行った。
すなわち、被溶射物Xとして直径100mmの鋳鉄管を使用するとともに、第1の金属の線材Aとして直径3.17mmのZn(亜鉛)線、第2の金属の線材Bとして直径3.17mmのZn−40%Sn−0.3%Mg(亜鉛合金)線(Sn:40質量%、Mg:0.3質量%、Zn:残部)を使用して電気式アーク溶射を行った。溶射量は325g/m2で、溶射皮膜Yの厚さは約50μmである。鋳鉄管からなる被溶射物Xの外周面(外面)に溶射皮膜Yを形成した。ここで、図4(a)、(b)は溶射皮膜Y部分を含む被溶射物Xの電子顕微鏡写真を示すもので、図4(a)は本発明の実施の形態に係る溶射機1および溶射方法によるもの、図4(b)は図10(a)、(b)、図11に示す従来の溶射機60および溶射方法によるものである。また、図5(a)、(b)は図4(a)、(b)に対応する部分のZn(亜鉛)元素の存在箇所を分析した図であり、図6(a)、(b)は図4(a)、(b)に対応する部分のSn(スズ)元素の存在箇所を分析した図である。なお、被溶射物Xおよび溶射皮膜Yを電子顕微鏡写真で撮像する際は、断面を良好な状態で撮像するために、被溶射物Xおよび溶射皮膜Yを切断した後に研磨するが、図4(a)、(b)におけるFは、切断および研磨時に試料を埋め込むための樹脂である。
【0027】
図6(b)に示すように、図10(a)、(b)、図11に示す従来の溶射機60および溶射方法で溶射すると、溶射皮膜YにおけるSn(スズ)が認められない箇所が存在した。これに対して、本発明の実施の形態に係る溶射機1および溶射方法では、溶射皮膜YにおいてSn(スズ)が良好に分布しており、成分の偏りは認められず、溶射皮膜Yの成分割合がほぼ同一となった良好な状態で溶射されていることが確認できた。
【0028】
なお、上記実施の形態では、溶射機1が被溶射物Xの左側または右側に水平に離れた位置に配設されている場合を示したが、これに限るものではなく、溶射機1はその溶射方向が、被溶射物Xの被溶射面にほぼ直交するように、すなわち、管軸心Oに向くように配置されていればよく、被溶射物Xの上方や下方、または斜め方向に配設されていてもよい。また、上記実施の形態では、被溶射物Xが鋳鉄管などの金属管である場合を述べたが、樹脂管などの金属以外の管にも適用可能である。
【符号の説明】
【0029】
1 溶射機
2 微粒子化用ガス供給部
3 プラス極の線材送出部
4 マイナス極の線材送出部
5 形状制御用気体供給部
A 第1の線材
B 第2の線材
O 管軸心
X 被溶射物
Y 溶射皮膜
【技術分野】
【0001】
本発明は、異種金属を管に溶射する溶射方法および溶射機に関する。
【背景技術】
【0002】
既に、本出願人は、ダクタイル製の鋳鉄管などの管の防食性を向上させるために、亜鉛と亜鉛合金など犠牲陽極作用がある異種の金属皮膜を管の外面に形成することを提案している(特許文献1参照)。すなわち、前記特許文献1に開示されているように、例えば、Zn線材を第1の線材として用いるとともに、Zn−Sn−Mg線材、またはこれにTi、Co、Ni、Pのうち少なくともいずれか一つを含ませた亜鉛合金線材を第2の線材として用いて、管の外面に同時にアーク溶射を行っている。
【0003】
この溶射方法を用いると、鉄表面にZn−Sn−Mg合金の溶射皮膜が形成できる。この亜鉛合金は鉄よりも電位が低いため犠牲陽極として作用し、亜鉛合金中の亜鉛が溶け出すと考えられる。溶け出した亜鉛は、表面に比較的安定な腐食生成物を形成し、それにより、残りの亜鉛の消耗または溶解を抑制すると考えられている。また、Zn−Sn−Mg合金などの同種の亜鉛合金同士を線材として使用して得られた溶射被膜の気孔率よりも、亜鉛とZn−Sn−Mg合金などの亜鉛合金とを線材として使用して得られた溶射被膜の気孔率が低いことから、防食性能が向上したとも考えられる。このような理由から、亜鉛と亜鉛合金とを線材として使用して溶射すると、管の外面の防食性を向上できると考えられる。
【0004】
鋳鉄管などの金属管への一般的な溶射方法としては、主にアーク溶射が用いられており、図7、図8(a)、(b)に示すように、鋳鉄管などの金属管からなる被溶射物Xをその管軸心Oを中心として回転させながら、溶射機(いわゆる溶射ガン)50を被溶射物Xに対して管軸心方向に沿って相対的に移動させることで施工している。例えば、鋳鉄管に亜鉛と亜鉛合金との異種金属の溶射を行う場合には、溶射機50のプラス極の線材送出部52に亜鉛の線材A、マイナス極の線材送出部53に亜鉛合金の線材Bを送出箇所で互いに接触するようにセットして溶射している(逆に、プラス極の線材送出部52に亜鉛合金の線材B、マイナス極の線材送出部53に亜鉛の線材Aをセットして溶射することも可能である)。なお、図8(a)、(b)における51は微粒子化用(アトマイズ用)の圧縮空気などのガス(気体)を供給する微粒子化用ガス供給部、Yは溶射皮膜である。この方法を用いることにより、異種金属よりなる2本の線材A、Bを1つの溶射機50に同時に送り込みながら連続的に溶融させ、これらの溶融金属を、高速で吹き付ける微粒子化用ガスによって被溶射物Xに対して微粒子状に吹き付けることができる。
【0005】
この場合に、従来は、単に、溶射機50のプラス極の線材送出部52に亜鉛の線材A、マイナス極の線材送出部53に亜鉛合金の線材Bをセットして溶射しており、鋳鉄管などの被溶射物Xへ付着させる異種金属の溶射皮膜Yの溶射形状(いわゆる溶射パターン)は、図9の左側に簡略的に示すように、ほぼ丸形である。しかし、溶射形状が丸形であると、溶射幅が小さく、かつ、その幅内でも溶射量の変動が大きいため、単位時間当たりの溶射面積が小さくて生産効率が悪いとともに、歩留まりが低い欠点がある。
【0006】
この欠点を解消するものとして、図9の右側に簡略的に示すように、被溶射物Xへ付着させる異種金属の溶射皮膜Yの溶射形状を楕円形にすることが提案されている。すなわち、図10(a)、(b)、図11に示すように、溶射機60において、微粒子化用ガス供給部61の左右に異種金属よりなる2本の線材A、Bを送り込む線材送出部62、63をそれぞれ設けるとともに、これらの微粒子化用ガス供給部61および線材送出部62、63の上方と下方とに、圧縮空気などのガス(気体)を供給する形状制御用ガス供給部64を、管軸心と略平行な方向(いわゆる横方向)に複数並べて配設している。そして、形状制御用ガス供給部64から噴出させる圧縮空気などのガスにより、微粒子状になった溶融金属が上下に拡散することを抑制して溶射皮膜Yの横長の楕円扁平形状となるように構成している。なお、異種金属よりなる2本の線材A、Bを送り込む線材送出部62、63は、上記したように、微粒子化用ガス供給部61の左右など、管軸心Oの延びる方向に沿った方向に並べられて配置されている。この図10(a)、(b)、図11に示す溶射機60と、微粒子化用ガス供給部、線材送出部、形状制御用ガス供給部の配置構成および溶射皮膜Yの溶射形状が同様なアーク溶射装置が特許文献2等に開示されているが、このアーク溶射装置では、図10(a)、(b)、図11に示すような構成に加えて、吹出し軸と同軸をなす仮想円錐面に沿って前方に吹出す微粒子化用ガス供給部も有している。
【0007】
前記溶射機60を用いて、鋳鉄管などからなる被溶射物Xに対して、管軸心方向に対して横長の楕円形となるように異種金属を溶射すると、溶射形状が丸形である場合と比較して、溶射幅が大きく、かつ、幅方向に対して溶射量の変動が小さいため、単位時間当たりの溶射面積を大きくすることができて生産効率を向上させることができるとともに、歩留まりも向上させることができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2009−256792公報
【特許文献2】特開2001−181818公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、図10(a)、(b)、図11に示すような溶射機60を用いて異種金属を溶射すると、線材送出部62、63が、微粒子化用ガス供給部61の左右など、管軸心Oの延びる方向に沿った方向に並べられて配置されているので、図12に示すように、溶射皮膜Yにおける横長の楕円形状部分の左右の端部で、線材Aの原料である第1の金属(例えば亜鉛)の成分割合が大きい部分Cと線材Bの原料である第2の金属(例えば亜鉛合金)の成分割合が大きい部分Dとができてしまい、溶射した鋳鉄管などの被溶射物Xの表面での溶射金属の成分割合が、鋳鉄管などの被溶射物Xの軸心方向に対して変動する恐れがある。そして、この場合には、鋳鉄管などの被溶射物Xの外面の防食性を良好には向上できなくなる。
【0010】
本発明は上記課題を解決するもので、異種金属を成分の偏りがない状態で鋳鉄管などの管の被溶射物に良好に溶射することができる異種金属の溶射方法および溶射機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明は、被溶射物である管を、その管軸心を中心に回転させながら、互いに種類の異なる異種金属を管の表面に溶射する異種金属の溶射方法であって、異種金属からなる2つの線材を、溶射機に個別に設けられた各線材送出部から、溶射機外部で接触させて溶融するように被溶射物の被溶射面に向けて送り出す線材送出動作と、異種金属の溶融箇所に微粒子化用気体を供給する微粒子化用気体供給動作と、溶射形状が楕円となるように形状制御用気体供給部から気体を供給する形状制御用気体供給動作とを並行して行い、前記線材送出動作において、前記線材を、これらの線材の接触箇所で、管軸心に対して略直交する方向に並んだ状態で接触させることを特徴とする。
【0012】
また、本発明の溶射機は、管軸心を中心に回転される管からなる被溶射物に対して、異種の金属を溶射する溶射機であって、互いに異なる材料の線材を外部で接触して溶融するように送り込む2つの線材送出部と、溶融された金属を微粒子状にする気体を供給する微粒子化用ガス供給部と、溶射形状が前記管軸心に沿う方向に対して長い楕円形となるように気体を供給する形状制御用気体供給部とを備え、前記2つの線材送出部が、前記管軸心に対して略直交する方向に並べられて配設されていることを特徴とする。
【0013】
上記溶射方法や溶射機によれば、異種金属を溶射すると、横長の楕円形状部分の大部分の箇所では線材の原料である2つの金属の成分割合が同じであるが、横長の楕円形状部分の縦方向の端部では線材の原料である2つの金属の成分割合が異なる部分は少ないものの若干できてしまう。しかし、被溶射物である管は管軸心を中心に回転されているため、すなわち、横長の楕円形状部分の縦方向に沿って溶射箇所の表面が移動するように、被溶射物が回転されながら溶射されるので、継続して被溶射物に溶射されると、最終的には溶射皮膜の成分割合がほぼ同一となった良好な状態で溶射できる。
【0014】
なお、本発明の溶射機としては、微粒子化用ガス供給部が、2つの線材送出部の間に配設されていることが好ましく、また、形状制御用気体供給部が、管軸心に直行する方向に対して2つの線材送出部を間に挟んだ状態で、管軸心に沿う方向に複数並べられ、または、管軸心に沿う方向につながった状態で配設されていることが好ましい。この構成により、良好な楕円形に溶射することができる。
【発明の効果】
【0015】
以上のように本発明によれば、線材送出動作において、線材を、これらの線材の接触箇所で、管軸心に対して略直交する方向に並んだ状態で接触させたり、異種金属を溶射する溶射機において、2つの線材送出部を、前記管軸心に対して略直交する方向に並べられて配設させたりすることにより、異種金属を被溶射物の全面に溶射皮膜の成分割合がほぼ同一となった良好な状態で溶射でき、管の防食性を良好に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】(a)および(b)は、本発明の実施の形態に係る、異種金属の溶射方法および溶射機を示す側面断面図および平面断面図である。
【図2】同実施の形態に係る溶射機の簡略的な正面図である。
【図3】同実施の形態に係る溶射方法の溶射状態を示す図である。
【図4】(a)は本発明の実施の形態に係る異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍の電子顕微鏡写真、(b)は従来の異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍の電子顕微鏡写真を示す。
【図5】(a)は、図4(a)に対応する、本発明の実施の形態に係る異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍の亜鉛の分布状態を示す図、(b)は、図4(b)に対応する、従来の異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍の亜鉛の分布状態を示す図である。
【図6】(a)は、図4(a)に対応する、本発明の実施の形態に係る異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍のSnの分布状態を示す図、(b)は、図4(b)に対応する、従来の異種金属の溶射方法による溶射部分およびその近傍のSnの分布状態を示す図である。
【図7】管への溶射方法を簡略的に示す図である。
【図8】(a)および(b)は、従来の溶射方法を示す側面断面図および平面断面図である。
【図9】被溶射物への溶射形状を簡略的に示す図である。
【図10】(a)および(b)は、他の従来の溶射方法を示す側面断面図および平面断面図である。
【図11】同他の従来の溶射方法に用いる溶射機の簡略的な正面図である。
【図12】同他の従来の溶射方法での溶射状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態に係る異種金属の溶射方法およびこの溶射方法で用いる溶射機などを図面に基づき説明する。
図1(a)、(b)、図2などに示すように、本発明の実施の形態に係る異種金属の溶射方法では、アーク溶射が用いられており、鋳鉄管などの金属管かならなる被溶射物Xをその管軸心Oを中心として図外の回転用ローラなどで回転させながら、溶射機(いわゆる溶射ガン)1を被溶射物Xに対して管軸心方向(図7における矢印e方向)に相対的に移動させる(この実施の形態では、溶射機1を移動させる)ことで施工している。溶射機1はその溶射方向が、被溶射物Xの被溶射面にほぼ直交するように、すなわち、管軸心Oに向くように配置され、図1(a)、(b)においては、溶射機1が被溶射物Xの左側方で略水平に離れて対向させている場合を図示している。また、この実施の形態では、被溶射物Xとしてのダクタイル製などの鋳鉄管に、第1の金属としての亜鉛と、第1の金属とは異なる第2の金属としての亜鉛合金との溶射を行うよう構成されており、この場合には、溶射機1のプラス極の線材送出部3に第1の線材である亜鉛の線材A、マイナス極の線材送出部4に第2の線材である亜鉛合金の線材Bを、送出箇所前方で互いに接触するようにセットして溶射している(逆に、プラス極の線材送出部3に亜鉛合金の線材B、マイナス極の線材送出部4に亜鉛の線材Aをセットして溶射してもよい)。
【0018】
本発明の実施の形態に係る溶射機1でも、互いに異なる材料の線材A、Bを外部で接触させて溶融するように送り込む上記した2つの線材送出部3、4に加えて、溶融された金属を微粒子状にする圧縮空気などからなるガスを供給する微粒子化用ガス供給部2と、溶射形状が管軸心に沿う方向に対して長い楕円形となるように圧縮空気などからなるガスを供給する形状制御用気体供給部5とを備えている。ところが、本発明の実施の形態に係る溶射機1では、互いに異なる材料の線材A、Bを送り込む2つの線材送出部3、4が、図1(a)、図2に示すように、管軸心Oに対して略直交する方向に、この実施の形態では上下方向に、並べられて配設されている。また、溶融された金属を微粒子状にする圧縮空気などからなるガスを供給する微粒子化用ガス供給部2は、2つの線材送出部3、4の間、この実施の形態では、溶射機1の中心に配設されている。
【0019】
また、この溶射機1の形状制御用ガス供給部5は、線材送出部3、4より管の周方向に所定距離離れた位置、この実施の形態では上方と下方とに離れた箇所において、管軸心方向(管軸心Oに沿って延びる方向)と略平行な方向(いわゆる横方向)に複数並べて配設されている。そして、形状制御用ガス供給部5から噴出させる圧縮空気などのガスにより、微粒子状になった溶融金属が上下(管の周方向)に拡散することが抑制されて横長の楕円扁平形状となるように構成されている。
【0020】
この構成において、異種金属からなる2つの線材A、Bを、溶射機1に個別に設けられた各線材送出部3、4から高電圧をかけた状態で、溶射機1の前方箇所で接触させて溶融するように被溶射物Xの被溶射面に向けて送り出す線材送出動作と、微粒子化用ガス供給部2から異種金属の溶融箇所に微粒子化用気体としての圧縮空気を供給する微粒子化用気体供給動作と、溶射形状が楕円となるように形状制御用気体供給部5から圧縮空気を供給する形状制御用気体供給動作とを並行して行わせる。そして特に、前記線材送出動作において、異種金属からなる2つの線材A、Bを、これらの線材A、Bの接触箇所で、管軸心Oに対して略直交する方向に並んだ状態で接触させる。このようにして、鋳鉄管などの金属管かならなる被溶射物Xの表面に、亜鉛(Zn)などの第1の金属と亜鉛合金(例えばZn−Sn−Mg合金)などの第2の金属とが混ぜ合わされた溶射皮膜Yを形成する。
【0021】
なお、溶射時には、鋳鉄管からなる被溶射物Xをその管軸心Oを回転させると同時に、溶射機1を被溶射物Xに対して管軸心方向に相対的に移動させて施工するが、被溶射物Xを管軸心Oを中心として1回転させる際の管軸心方向への移動距離は、溶射皮膜Yの幅よりも小さくなるように設定する。また、鋳鉄管かならなる被溶射物Xの回転速度が、管軸心方向への移動速度よりも十分に大きい状態で行い、溶射皮膜Yが被溶射物Xの全周面(外面)に隙間無く形成されるようにする。
【0022】
この溶射方法によれば、異種金属を溶射すると、溶射した瞬間においては、溶融する際の線材A、Bの位置が、僅かではあるが、管軸心Oに対して略直交する方向に異なる。したがって、図3に示すように、溶射部分における楕円形状部分の管軸心Oに対して略直交する方向(図3では上下方向)の大部分の箇所、詳しくは上下方向の中心寄り箇所では、異種金属同士が良好に混ざり合って2つの金属の成分割合が同じであるが、縦方向の端部(この実施の形態では上縁部と下縁部)では線材A、Bの原料である2つの金属の成分割合が異なる部分ができてしまう。すなわち、異種金属を溶射すると、溶射した瞬間においては、溶射皮膜Yの上縁部では亜鉛などの線材Aの原料である第1の金属の成分割合が大きい部分Cができてしまい、また、溶射皮膜Yの下縁部では亜鉛合金などの線材Bの原料である第2の金属の成分割合が大きい部分Dとができてしまう。
【0023】
しかし、被溶射物Xである管は管軸心Oを中心に回転されているため、すなわち、横長の楕円形状部分の縦方向に沿って溶射箇所の表面が移動するように、被溶射物Xが回転されながら溶射されることとなる。したがって、被溶射物Xである管が管軸心Oを中心に回転されながら溶射されると、第1の金属の成分割合が大きい部分Cの上に第2の金属の成分割合が大きい部分Dが重なり、最終的には溶射皮膜Yの成分割合が、場所により偏ることがなくなって、ほぼ同一となった良好な状態で溶射できる。これにより、管の防食性を良好に向上させることができる。
【0024】
また、上記溶射方法によっても、鋳鉄管などからなる被溶射物Xに対して、管軸心方向に対して横長の楕円形となるように異種金属を溶射することができるので、溶射形状が丸形である場合と比較して、溶射幅が大きく、かつ、幅方向に対して溶射量の変動が小さくなり、単位時間当たりの溶射面積を大きくすることができて生産効率を向上させることができるとともに、歩留まりも向上させることができる。
【0025】
なお、上記のように溶射機1としては、微粒子化用ガス供給部2が、2つの線材送出部3、4の間に配設されていることが好ましいが、これに限るものではない。また、形状制御用気体供給部5が、管軸心Oに沿う方向に複数並べられ、または、管軸心Oに沿う方向につながった状態で配設されていることが好ましく、この構成により、良好な楕円形に溶射することができるが、これに限るものではない。
【0026】
ここで、本実施の形態の溶射機1ならびに溶射方法による溶射状態を確認すべく、以下の試験を行った。
すなわち、被溶射物Xとして直径100mmの鋳鉄管を使用するとともに、第1の金属の線材Aとして直径3.17mmのZn(亜鉛)線、第2の金属の線材Bとして直径3.17mmのZn−40%Sn−0.3%Mg(亜鉛合金)線(Sn:40質量%、Mg:0.3質量%、Zn:残部)を使用して電気式アーク溶射を行った。溶射量は325g/m2で、溶射皮膜Yの厚さは約50μmである。鋳鉄管からなる被溶射物Xの外周面(外面)に溶射皮膜Yを形成した。ここで、図4(a)、(b)は溶射皮膜Y部分を含む被溶射物Xの電子顕微鏡写真を示すもので、図4(a)は本発明の実施の形態に係る溶射機1および溶射方法によるもの、図4(b)は図10(a)、(b)、図11に示す従来の溶射機60および溶射方法によるものである。また、図5(a)、(b)は図4(a)、(b)に対応する部分のZn(亜鉛)元素の存在箇所を分析した図であり、図6(a)、(b)は図4(a)、(b)に対応する部分のSn(スズ)元素の存在箇所を分析した図である。なお、被溶射物Xおよび溶射皮膜Yを電子顕微鏡写真で撮像する際は、断面を良好な状態で撮像するために、被溶射物Xおよび溶射皮膜Yを切断した後に研磨するが、図4(a)、(b)におけるFは、切断および研磨時に試料を埋め込むための樹脂である。
【0027】
図6(b)に示すように、図10(a)、(b)、図11に示す従来の溶射機60および溶射方法で溶射すると、溶射皮膜YにおけるSn(スズ)が認められない箇所が存在した。これに対して、本発明の実施の形態に係る溶射機1および溶射方法では、溶射皮膜YにおいてSn(スズ)が良好に分布しており、成分の偏りは認められず、溶射皮膜Yの成分割合がほぼ同一となった良好な状態で溶射されていることが確認できた。
【0028】
なお、上記実施の形態では、溶射機1が被溶射物Xの左側または右側に水平に離れた位置に配設されている場合を示したが、これに限るものではなく、溶射機1はその溶射方向が、被溶射物Xの被溶射面にほぼ直交するように、すなわち、管軸心Oに向くように配置されていればよく、被溶射物Xの上方や下方、または斜め方向に配設されていてもよい。また、上記実施の形態では、被溶射物Xが鋳鉄管などの金属管である場合を述べたが、樹脂管などの金属以外の管にも適用可能である。
【符号の説明】
【0029】
1 溶射機
2 微粒子化用ガス供給部
3 プラス極の線材送出部
4 マイナス極の線材送出部
5 形状制御用気体供給部
A 第1の線材
B 第2の線材
O 管軸心
X 被溶射物
Y 溶射皮膜
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被溶射物である管を、その管軸心を中心に回転させながら、互いに種類が異なる異種金属を管の表面に溶射する異種金属の溶射方法であって、
異種金属からなる2つの線材を、溶射機に個別に設けられた各線材送出部から、溶射機外部で接触させて溶融するように被溶射物の被溶射面に向けて送り出す線材送出動作と、異種金属の溶融箇所に微粒子化用気体を供給する微粒子化用気体供給動作と、溶射形状が楕円となるように形状制御用気体供給部から気体を供給する形状制御用気体供給動作とを並行して行い、
前記線材送出動作において、前記線材を、これらの線材の接触箇所で、管軸心に対して略直交する方向に並んだ状態で接触させることを特徴とする異種金属の溶射方法。
【請求項2】
管軸心を中心に回転される管からなる被溶射物に対して、異種の金属を溶射する溶射機であって、
互いに異なる材料の線材を外部で接触させて溶融するように送り込む2つの線材送出部と、溶融された金属を微粒子状にする気体を供給する微粒子化用ガス供給部と、溶射形状が前記管軸心に沿う方向に対して長い楕円形となるように気体を供給する形状制御用気体供給部とを備え、
前記2つの線材送出部が、前記管軸心に対して略直交する方向に並べられて配設されていることを特徴とする溶射機。
【請求項3】
微粒子化用ガス供給部が、2つの線材送出部の間に配設されていることを特徴とする請求項2記載の溶射機。
【請求項4】
形状制御用気体供給部が、管軸心に直行する方向に対して2つの線材送出部を間に挟んだ状態で、管軸心に沿う方向に複数並べられ、または、管軸心に沿う方向につながった状態で配設されていることを特徴とする請求項2または3に記載の溶射機。
【請求項1】
被溶射物である管を、その管軸心を中心に回転させながら、互いに種類が異なる異種金属を管の表面に溶射する異種金属の溶射方法であって、
異種金属からなる2つの線材を、溶射機に個別に設けられた各線材送出部から、溶射機外部で接触させて溶融するように被溶射物の被溶射面に向けて送り出す線材送出動作と、異種金属の溶融箇所に微粒子化用気体を供給する微粒子化用気体供給動作と、溶射形状が楕円となるように形状制御用気体供給部から気体を供給する形状制御用気体供給動作とを並行して行い、
前記線材送出動作において、前記線材を、これらの線材の接触箇所で、管軸心に対して略直交する方向に並んだ状態で接触させることを特徴とする異種金属の溶射方法。
【請求項2】
管軸心を中心に回転される管からなる被溶射物に対して、異種の金属を溶射する溶射機であって、
互いに異なる材料の線材を外部で接触させて溶融するように送り込む2つの線材送出部と、溶融された金属を微粒子状にする気体を供給する微粒子化用ガス供給部と、溶射形状が前記管軸心に沿う方向に対して長い楕円形となるように気体を供給する形状制御用気体供給部とを備え、
前記2つの線材送出部が、前記管軸心に対して略直交する方向に並べられて配設されていることを特徴とする溶射機。
【請求項3】
微粒子化用ガス供給部が、2つの線材送出部の間に配設されていることを特徴とする請求項2記載の溶射機。
【請求項4】
形状制御用気体供給部が、管軸心に直行する方向に対して2つの線材送出部を間に挟んだ状態で、管軸心に沿う方向に複数並べられ、または、管軸心に沿う方向につながった状態で配設されていることを特徴とする請求項2または3に記載の溶射機。
【図1】
【図2】
【図3】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図4】
【図5】
【図6】
【図2】
【図3】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図4】
【図5】
【図6】
【公開番号】特開2012−167341(P2012−167341A)
【公開日】平成24年9月6日(2012.9.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−30315(P2011−30315)
【出願日】平成23年2月16日(2011.2.16)
【出願人】(000001052)株式会社クボタ (4,415)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年9月6日(2012.9.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年2月16日(2011.2.16)
【出願人】(000001052)株式会社クボタ (4,415)
【Fターム(参考)】
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