複合金属管の摩擦肉盛方法及び摩擦肉盛により形成した複合金属管
【課題】金属管に摩擦肉盛を行うに際し、形成した摩擦肉盛金属の希釈率を最小に抑え、しかも、肉盛対象物である金属管の変形も実用に支障のない程度に抑えることが可能な複合金属管の摩擦肉盛方法及び摩擦肉盛により形成した複合金属管を提供する。
【解決手段】複合金属管の摩擦肉盛方法は、母材となる金属管１０の内部１１に金属管１０の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材１２を配置し、耐食性又は耐摩耗性を有し母材とは異なる摩擦肉盛材料１３を、高速で回転させながら金属管１０の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で金属管１０の外側表面を移動させて、摩擦肉盛する。摩擦肉盛により形成した複合金属管１４は、摩擦肉盛材料１３により形成した摩擦肉盛金属２０の母材に対する希釈率が２質量％以下である。
【解決手段】複合金属管の摩擦肉盛方法は、母材となる金属管１０の内部１１に金属管１０の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材１２を配置し、耐食性又は耐摩耗性を有し母材とは異なる摩擦肉盛材料１３を、高速で回転させながら金属管１０の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で金属管１０の外側表面を移動させて、摩擦肉盛する。摩擦肉盛により形成した複合金属管１４は、摩擦肉盛材料１３により形成した摩擦肉盛金属２０の母材に対する希釈率が２質量％以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、発電用ボイラー管、プラント用熱交換器等に用いられる金属管に摩擦肉盛層を形成する複合金属管の摩擦肉盛方法及び摩擦肉盛により形成した複合金属管に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温腐食や摩耗が酷な環境で使用される管材（例えば、ボイラー用鋼管）の母材にニッケル基合金やステンレス鋼を肉盛溶接することは、例えば特許文献１に開示されている。具体的には、ＭＩＧ又はＭＡＧ溶接法を用い、ウィービングを行いながら母材表面に肉盛溶接している。
また、特許文献２、３には、摩擦肉盛方法が開示されている。この摩擦肉盛方法は、肉盛材料を所定の回転速度に調節した後、肉盛材料の軸方向に圧力をかけて母材に接触させ、肉盛材料を十分に加熱させた時点で、母材に対し肉盛材料を移動させることにより、肉盛材料と母材との界面に定常的な摩擦熱を発生させ、肉盛材料を母材上に塑性的に圧着させて、摩擦肉盛層を形成する方法である。この方法を使用し、母材となる金属板の表面に摩擦肉盛層を形成する場合は、例えば、台上に母材の金属材料を配置し、肉盛材料を高速で回転させて母材に押付け、肉盛材料が摩擦熱で高温になり軟化した後、母材の金属材料を配置した台を水平に移動させて、摩擦肉盛層を母材の表面上に形成させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９３７３２号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０３０号公報
【特許文献３】特開２００９−２８７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いて、母材の表面を肉盛溶接すると、溶接金属が母材によって希釈され、肉盛溶接金属の化学成分が変化して性能が劣化し、肉盛金属が有する本来の性能を発揮できない場合があるという問題があった。
そこで、金属管への肉盛層の形成に、特許文献２、３に記載の摩擦肉盛方法を用いることを考えて実験を行ったが、この摩擦肉盛方法は、肉盛材料を母材に押圧しながら行うので、金属管に摩擦肉盛する場合は、金属管が潰れたりあるいは曲がる等の支障があった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、金属管に摩擦肉盛を行うに際し、形成した摩擦肉盛金属の希釈率を最小に抑え、しかも、肉盛対象物である金属管の変形も実用に支障のない程度に抑えることが可能な複合金属管の摩擦肉盛方法及び摩擦肉盛により形成した複合金属管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法は、母材となる金属管の内部に該金属管の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材を配置し、耐食性又は耐摩耗性を有し前記母材とは異なる摩擦肉盛材料を、高速で回転させながら前記金属管の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で該金属管の外側表面を移動させて、摩擦肉盛する。
【０００７】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料はニッケルクロム鉄合金からなるものを使用できる。このニッケルクロム鉄合金には、例えばＪＩＳ Ｇ ４９０１（耐食耐熱超合金棒）で定めるものがある。
【０００８】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記ニッケルクロム鉄合金は、Ｎｉ：５８．０質量％以上、Ｃｒ：２０．０質量％以上２３．０質量％以下、Ｆｅ：０質量％又は０を超え５．０質量％以下、であることが好ましい。このような組成のニッケルクロム鉄合金には、例えば、ＪＩＳ Ｇ ４９０１のＮＣＦ６２５がある。
【０００９】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料は、直径が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下（好ましくは、下限値が２０ｍｍ、上限値が３５ｍｍ）、長さが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下（好ましくは、下限値が１００ｍｍ、上限値が２００ｍｍ）の金属棒材又は金属管材を使用できる。
ここで、摩擦肉盛材料の直径が１０ｍｍ未満の場合、母材の金属管材と摩擦肉盛材料の金属棒材や金属管材との接触面積が小さくなり、摩擦熱が十分発生しないため、母材の金属管材に孔が開いたり、また摩擦肉盛材料の金属棒材や金属管材が損傷したりする。一方、摩擦肉盛材料の直径が５０ｍｍを超える場合、金属棒材や金属管材を高速で回転する際のトルクが増大し、摩擦肉盛を行う装置への負荷が著しく過大になる。
また、摩擦肉盛材料の長さが５０ｍｍ未満の場合、摩擦肉盛材料の交換頻度が頻繁になり、摩擦肉盛の作業性が大幅に低下する。逆に、摩擦肉盛材料の長さが３００ｍｍを超える場合、摩擦肉盛材料は高速で回転するため、その軸が振れたり、また座屈を起こして曲がったりする。
【００１０】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料は、回転速度を１００ｒｐｍ以上１０００ｍｍ以下とし、押付け圧力を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とし、前記摩擦肉盛材料の送り速度は、０．１ｍｍ／秒以上１０ｍｍ／秒以下にするのがよい。
ここで、摩擦肉盛材料の回転速度が１００ｒｐｍ未満の場合、摩擦熱が十分得られないので、下限値を１００ｒｐｍとした。なお、上限値は、摩擦肉盛が可能な回転数として、１０００ｒｐｍとしたが、好ましくは、下限値を２５０ｒｐｍ、上限値を３５０ｒｐｍにする。
押付け圧力も、上記した理由から、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下としたが、好ましくは、下限値を４ＭＰａ、上限値を８ＭＰａにする。
ここで、摩擦肉盛材料（例えば、金属棒材や金属管材）の回転速度を大きくすると、摩擦肉盛材料は、高温になって著しく軟化するが、押付け圧力を増大させると、摩擦肉盛材料がバリになって金属管に形成する摩擦肉盛金属の外部へ排出され、この摩擦肉盛金属の厚みが必ずしも厚くならない。言い換えれば、摩擦肉盛材料の回転速度、押付け圧力、及び摩擦肉盛金属の厚みには、一定のバランス関係が維持されていることが推定される。
また、摩擦肉盛材料の送り速度が０．１ｍｍ／秒未満では、摩擦肉盛材料（例えば、金属棒材や金属管材）のみならず、母材の金属管も高温になって軟化し、金属管自体が変形したり、孔が開く等の損傷が発生する。一方、送り速度が１０ｍｍ／秒を超えると、摩擦肉盛金属の厚みが著しく薄くなり、その性能が大幅に低下する。このため、摩擦肉盛材料の送り速度を０．１ｍｍ／秒以上１０ｍｍ／秒以下としたが、好ましくは、下限値を１ｍｍ／秒、上限値を５ｍｍ／秒にする。
【００１１】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記金属管に対して前記摩擦肉盛材料を、該金属管の一表側を軸方向に沿って摩擦肉盛した後、該金属管の１８０度裏側を軸方向に沿って摩擦肉盛する工程を、順次角度を変えて行うことが好ましい。
【００１２】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料で形成した摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚を、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にしているが、好ましくは、下限値を１ｍｍ、上限値を５ｍｍにする。
ここで、摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚は、摩擦肉盛材料の回転速度、押付け圧力、及び送り速度によって決定づけられる。発明者らが多くの実験を行い、試行錯誤で見出した結果によると、摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であることが判明した。
【００１３】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記金属管の軸方向に沿って行う摩擦肉盛の１パス当りの長さを、１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の範囲（好ましくは、下限値を３００ｍｍ、上限値を６００ｍｍ）であって、前記金属管に対して１パス区間の全周の摩擦肉盛を行った後、該金属管を長さ方向に移動させ、次の区間の摩擦肉盛をすることを繰返して、長尺の前記金属管の主要部全長の摩擦肉盛を行うのがよい。
【００１４】
前記目的に沿う第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管は、母材となる金属管の内部に該金属管の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材を配置し、耐食性又は耐摩耗性を有し前記母材とは異なる摩擦肉盛材料を、高速で回転させながら前記金属管の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で該金属管の外側表面を移動させ、摩擦肉盛して形成した複合金属管であって、
前記摩擦肉盛材料により形成した摩擦肉盛金属の前記母材に対する希釈率が２質量％以下である。
【００１５】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属はニッケルクロム鉄合金からなることが好ましい。このニッケルクロム鉄合金には、例えばＪＩＳ Ｇ ４９０１で定めるものがある。
【００１６】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、前記ニッケルクロム鉄合金は、Ｎｉ：５８．０質量％以上、Ｃｒ：２０．０質量％以上２３．０質量％以下、Ｆｅ：０質量％又は０を超え５．０質量％以下、であることが好ましい。このような組成のニッケルクロム鉄合金には、例えば、ＪＩＳ Ｇ ４９０１のＮＣＦ６２５がある。
【００１７】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚が、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にしているが、好ましくは、下限値を１ｍｍ、上限値を５ｍｍにする。
【００１８】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、王水溶液中における前記摩擦肉盛金属の表面の腐食減量は、１２時間で１．０ｍｍ以下にするのがよい。
【００１９】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属のビッカース硬さはＨｖ３００以上にするのがよい。
【００２０】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、常温で３時間王水中に浸漬した後の前記摩擦肉盛金属の表面粗さは１００μｍ以下にするのがよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法及び摩擦肉盛により形成した複合金属管は、摩擦肉盛法を用いて金属管の表面を肉盛しているので、摩擦肉盛材料により形成した摩擦肉盛金属の母材による希釈率が極めて小さい。従って、摩擦肉盛材料の有する特性を十分に発揮した肉盛が可能となる。
また、母材と摩擦肉盛材料との境界は完全に圧着しているので、接合や溶射等と比較して十分な接合強度を確保できる。
更には、金属管の内部に出し入れ可能な支持部材を配置して、金属管の表面から摩擦肉盛材料を摩擦肉盛しているので、金属管の変形を最小限に抑えることができる。
しかも、金属管に対する摩擦肉盛の順序について、一表側の摩擦肉盛を行った後、その裏側を摩擦肉盛する場合、金属管の曲がり変形を最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る複合金属管の摩擦肉盛方法を用いて摩擦肉盛が行われている金属管の斜視図、正面図である。
【図２】同複合金属管の摩擦肉盛方法により形成する摩擦肉盛層の形成順番を示す説明図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同複合金属管の摩擦肉盛方法に使用する第１の変形例に係る支持部材の部分側断面図、部分拡大側断面図、正面図である。
【図４】同複合金属管の摩擦肉盛方法に用いる摩擦肉盛装置の説明図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第２〜第４の変形例に係る支持部材の正面図である。
【図６】（Ａ）は実施例に係る複合金属管を王水に３時間浸漬した後の金属組織を示す写真、（Ｂ）は比較例に係る複合金属管を王水に３時間浸漬した後の金属組織を示す写真である。
【図７】（Ａ）は実施例に係る複合金属管の王水浸漬後の表面粗さを示すグラフ、（Ｂ）は比較例に係る複合金属管の王水浸漬後の表面粗さを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る複合金属管の摩擦肉盛方法は、母材となる金属管１０の内部１１に金属管１０の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材１２を配置し、母材とは異なる摩擦肉盛材料（肉盛金属）１３を、高速で回転させながら金属管１０の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で金属管１０の外側表面を移動させて、摩擦肉盛し、複合金属管１４を製造する方法である。以下、詳しく説明する。
【００２４】
まず、摩擦肉盛がなされる金属管１０を準備する。
この金属管１０は、例えば、発電用ボイラー管、プラント用熱交換器等に用いられる鋼管である。例えば、表１に示すボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４６１）、ボイラ・熱交換器用合金鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４６２）、及びボイラ・熱交換器用ステンレス鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４６３）がある（３規格、４７種類）。
【００２５】
【表１】
【００２６】
この金属管１０は、例えば、長さ：１〜１０ｍ（特に、３〜５ｍｍ）程度、内径：４０〜７０ｍｍ（特に、５０〜６０ｍｍ）程度、厚み：２〜１５ｍｍ（特に、４〜１０ｍｍ）程度のものである。
【００２７】
次に、この金属管１０の内部１１に支持部材１２を装入する。
この支持部材１２は、金属管１０の内側対向面にそれぞれ当接し、金属管１０を内側から支持する裏当て金具１５、１６を有している。各裏当て金具１５、１６は、金属管１０の軸方向に渡って同一形状となっており、金属管１０の内面１７に当接する側に、断面形状が円弧状の支持面１８、１９が形成されている。なお、裏当て金具１５と裏当て金具１６との間には、拡縮手段（図示しない）が配置され、各裏当て金具１５、１６を、金属管１０の内面１７に当接及び離脱させることが可能な構成となっている。
これにより、金属管１０に対し、支持部材１２の裏当て金具１５、１６側から力が加わっても、金属管１０に潰れや曲がり等が発生することを抑制、更には防止できる。
【００２８】
このように、内部１１に支持部材１２が配置された金属管１０に対し、摩擦肉盛材料１３を摩擦肉盛する。
摩擦肉盛材料１３には、耐食性と耐摩耗性を有するニッケルクロム鉄合金（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金）を使用できる。このニッケルクロム鉄合金には、例えば、Ｎｉ：５８．０質量％以上、Ｃｒ：２０．０質量％以上２３．０質量％以下、Ｆｅ：０質量％又は０を超え５．０質量％以下のものを使用できる。具体的には、ＪＩＳ Ｇ ４９０４の熱交換器用継目無ニッケルクロム鉄合金管に記載のＮＣＦ６００ＴＢ、ＮＣＦ６２５ＴＢ、ＮＣＦ６９０ＴＢ、やＪＩＳ Ｇ ４９０１の耐食耐熱超合金棒に記載のＮＣＦ６００、ＮＣＦ６２５、ＮＣＦ６９０である。
【００２９】
摩擦肉盛材料１３は、例えば、直径が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下（好ましくは、下限を２０ｍｍ、上限を３５ｍｍ）、長さが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下（好ましくは、下限を１００ｍｍ、上限を２００ｍｍ）の金属棒材で構成されている。
なお、摩擦肉盛材料は、金属管材で構成してもよい。摩擦肉盛材料に金属管材を使用する場合は、金属管材の内部から補助材料を供給できる。この補助材料には、例えば、不活性ガスや添加材がある。このように、摩擦肉盛材料に金属管材を使用する場合、摩擦肉盛材料の押付け圧力は断面積Ｓに比例し、摩擦肉盛材料の幅（直径）は金属管材の直径に比例するので、押付け圧力を小さくして比較的幅広ビードの肉盛を行うことができる。
上記した方法は、金属棒材の中央に貫通孔を設けて、補助材料を供給する方法でも実施できる。
【００３０】
そして、金属管１０の軸方向に沿って、摩擦肉盛材料１３による摩擦肉盛を行う。この摩擦肉盛は、摩擦肉盛材料１３を、高速で回転させながら金属管１０の外側表面に高圧力で押付け、かつ摩擦肉盛材料１３が高温になり軟化した後、金属管１０を配置した台（図示しない）を一定速度で水平方向に移動させて、摩擦肉盛金属２０を金属管１０の外側表面上に形成させる。以下、詳しく説明する。
【００３１】
摩擦肉盛材料１３の摩擦肉盛は、例えば、回転速度を１００ｒｐｍ以上１０００ｒｐｍ以下（好ましくは、２５０〜３５０ｒｐｍ）、押付け圧力を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下（好ましくは、４〜８ＭＰａ）、送り速度を０．１ｍｍ／秒以上１０ｍｍ／秒以下（好ましくは、１〜５ｍｍ／秒）の条件で行う。なお、摩擦肉盛ができれば、この肉盛条件に限定されるものではない。
これにより、金属管１０の軸方向に沿って１パスの摩擦肉盛金属２０が形成されるが、この摩擦肉盛金属２０の１パス当りにおける平均肉厚は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内、好ましくは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内にある。
【００３２】
このように、金属管１０の一表側を軸方向に沿って１パスの摩擦肉盛をした後、この金属管１０の１８０度裏側を軸方向に沿って１パスの摩擦肉盛をする工程を、順次角度を変えて行う。これを、図２を参照しながら説明する。なお、図２は、金属管１０の外側周囲に複数の摩擦肉盛金属２０を形成し、金属管１０の表面に摩擦肉盛層２１を形成した複合金属管１４を示している。また、各摩擦肉盛金属２０に記載した丸で囲まれた数字は、各摩擦肉盛金属２０の形成の順番を示している。
まず、上記したように、支持部材１２の一方の裏当て金具１５が当接する金属管１０の頂面に対し、金属管１０の軸方向に沿って第１回目の摩擦肉盛を行い、摩擦肉盛金属２０を形成する。
【００３３】
次に、金属管１０を、その軸心を中心に１８０度回転させ、支持部材１２の他方の裏当て金具１６が当接する金属管１０の１８０度裏側の面（図２においては底面）に対し、金属管１０の軸方向に沿って第２回目の摩擦肉盛を行い、摩擦肉盛金属２０を形成する。
そして、第３回目に形成する摩擦肉盛金属２０の幅方向の一端部が、第２回目の摩擦肉盛で形成した摩擦肉盛金属２０の幅方向の他端部に、摩擦肉盛金属２０の長さ方向に渡って重なるように、金属管１０を回転させた後、金属管１０の軸方向に沿って第３回目の摩擦肉盛を行う。
【００３４】
このように、第３回目の摩擦肉盛を行った後は、上記した第２回目の摩擦肉盛と同様に、金属管１０を１８０度回転させ、更に、第３回目の摩擦肉盛と同様に、形成する摩擦肉盛金属２０の幅方向の一端部が、第１回目の摩擦肉盛で形成した摩擦肉盛金属２０の幅方向の他端部に、摩擦肉盛金属２０の長さ方向に渡って重なるように、金属管１０の軸方向に沿って第４回目の摩擦肉盛を行う。
なお、第３回目以降の摩擦肉盛を行うに際しては、摩擦肉盛を行う領域の金属管１０の内面１７に、支持部材１２の裏当て金具１５又は裏当て金具１６が配置されるように、必要に応じて支持部材１２も金属管１０の軸心を中心に回転させる。
【００３５】
以上の方法により、金属管１０の外側全周に、合計１４回の摩擦肉盛を行うことで、隙間なく摩擦肉盛金属２０を形成し、その結果、摩擦肉盛層２１を形成して、複合金属管１４を製造する。なお、摩擦肉盛の回数（形成する摩擦肉盛金属２０の数に対応）は、金属管１０の大きさや摩擦肉盛金属２０のビード幅により、種々変更できる。
また、上記した方法では、金属管１０に対して摩擦肉盛材料１３を、金属管１０の一表側を軸方向に沿って摩擦肉盛した後、この金属管１０の１８０度裏側を、軸方向に沿って摩擦肉盛した場合について説明した。しかし、金属管１０を１８０度回転させることなく、隣合う摩擦肉盛金属の幅方向の一端部が、その長さ方向に渡って重なるように、金属管１０を順次所定角度ずつ回動させて、摩擦肉盛を行ってもよい。
【００３６】
更に、上記した方法では、第３回目の摩擦肉盛を、第２回目に行った摩擦肉盛に隣合うように行った場合について説明した。この場合、第２回目の摩擦肉盛が終了した後、第３回目の摩擦肉盛を行う位置までの金属管１０の回動角度を小さくできるため、作業性が良好になると共に、複合金属管１４の製造時間の短縮も図れる。
しかし、第２回目の摩擦肉盛を行った後、第３回目の摩擦肉盛を、第１回目に形成した摩擦肉盛金属に隣合うように（第３回目の摩擦肉盛と第４回目の摩擦肉盛を入れ替えて、以降の摩擦肉盛も同様）行ってもよい。また、第２回目の摩擦肉盛を行った後、第３回目の摩擦肉盛を、第１回目で形成した摩擦肉盛金属又は第２回目で形成した摩擦肉盛金属とは、金属管の軸心を中心として９０度回動させた位置で行ってもよい。
【００３７】
以上に示した摩擦肉盛金属の１パス当りの長さは、例えば、５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の範囲で可能であるが、作業性及び支持部材１２の長さ等を考慮すれば、１００ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲にするのが好ましい。
従って、長尺の金属管の主要部全長（肉盛層形成領域）に渡って摩擦肉盛を行う場合は、前記したように、金属管に対して１パス区間の全周の摩擦肉盛を行った後、この金属管を長さ方向に移動させ、次の区間の全周の摩擦肉盛をすることを繰返す。
これにより、長尺の金属管に対しても、作業性よく容易に、金属管の表面に摩擦肉盛層を形成できる。
なお、複合金属管１４の隣合う摩擦肉盛金属２０が重なった部分は、機械加工により研削し、その表面状態を滑らかにするのが好ましい。
【００３８】
以上の方法で製造された複合金属管１４は、形成した摩擦肉盛金属２０（特に、表面から１〜２ｍｍの表層部）の母材に対する希釈率が２質量％以下（好ましくは１．５質量％以下、更には１質量％以下）である。
この希釈率は、「編者：社団法人溶接学会、書名：第２版 溶接・接合便覧、発行所：丸善株式会社、発行日：平成１５年２月２５日、肉盛溶接法（Ｐ．６５８）」に記載された以下に示す算出式で得られる。
Ｐ＝（Ｃｗ−Ｃｆ）／（Ｃｐ−Ｃｆ）×１００
ここで、
Ｃｗ：金属管に形成した摩擦肉盛金属の化学成分量（質量％）
Ｃｆ：摩擦肉盛に使用する摩擦肉盛材料の化学成分量（質量％）
Ｃｐ：母材となる金属管の化学成分量（質量％）
Ｐ：希釈（溶込み）率（質量％）
【００３９】
また、複合金属管１４は、王水溶液中における摩擦肉盛金属２０の表面の腐食減量が、１２時間で１．０ｍｍ以下である。これにより、腐食環境下においても、長期に渡って複合金属管を使用できる。
そして、複合金属管１４は、摩擦肉盛金属２０のビッカース硬さがＨｖ３００以上（上限は、Ｈｖ５００程度）である。これにより、損傷が発生し易い環境下においても、長期に渡って複合金属管を使用できる。
更に、複合金属管１４は、常温で３時間王水中に浸漬した後の摩擦肉盛金属２０の表面粗さが１００μｍ以下である。これにより、長期に渡って外観や高温耐食性が良好な複合金属管を提供できる。
【００４０】
なお、以上に示した複合金属管の摩擦肉盛方法には、図３（Ａ）〜（Ｃ）及び図４に示す第１の変形例に係る支持部材３１を有する摩擦肉盛装置３０を使用することもできる。
摩擦肉盛装置３０は、金属管１０の内側に支持部材３１を当接させて金属管１０を内側から支持すると共に、高速回転させた摩擦肉盛材料１３を金属管１０の外面上の接合部へ押し付け、金属管１０をその長さ方向へ移動させながら金属管１０の外面を摩擦肉盛した後、金属管１０を回動（回転）又は移動させて金属管１０の外面を順次摩擦肉盛することで、金属管１０の外面の一部又は全部に摩擦肉盛層２１を形成する装置である。なお、ここでは、回転する摩擦肉盛材料１３を金属管１０の上方から押し付けて摩擦肉盛を行う場合について、以下に説明するが、他の方向から行ってもよい。
【００４１】
図４に示すように、摩擦肉盛装置３０は、架台３２と、この架台３２上に配置される治具テーブル３３と、取り付けられた摩擦肉盛材料１３を高速回転させる主軸ヘッド３４と、この主軸ヘッド３４を昇降自在とし、摩擦肉盛材料１３を金属管１０の外上面の接合部に対して押し付けるシリンダー３５とを有している。
この治具テーブル３３には、摩擦肉盛が行われる金属管１０を位置決めする複数の金属管荷重受け治具３６と、この金属管荷重受け治具３６の両側に配置され、金属管荷重受け治具３６に載置された金属管１０の位置決め（クランプのみ）を行うフリー側チャック３７、及び金属管１０の回転及び位置決め（回転とクランプ）を行う駆動側チャック３８とが設けられている。なお、駆動側チャック３８には、ＮＣ回転テーブル（回転用モータ）３９が設けられ、金属管１０をその軸心を中心として回転（回動）できる構成となっている。これにより、金属管１０は、治具テーブル３３に固定されて位置決めされる。
【００４２】
この治具テーブル３３は、治具テーブル移動用サーボモータ４０により、架台３２上を移動自在な構成となっており、治具テーブル３３に固定された金属管１０を、その長さ方向に移動させることができる。この架台３２と治具テーブル３３には、摩擦肉盛する際に、金属管１０をその長さ方向に移動させるボールねじ送り機構が設けられている。なお、ボールねじ送り機構は、従来公知の送り機構を使用してもよく、また手動で行ってもよい。
金属管１０内に配置される支持部材３１のフリー側チャック３７側には、シャフト４１が接続され、金属管１０内から突出したシャフト４１が、支持部材用支持治具４２により吊り下げ支持されている。また、この支持部材用支持治具４２の近傍には、金属管１０を吊り下げ支持する金属管用支持治具４３が配置されている。
このシャフト４１の端部には、シャフト４１の回転（回動）用モータ（サーボモータ）４４が接続されている。
【００４３】
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、支持部材３１は、金属管１０の内面１７に当接し金属管１０を内側から支持する裏当て金具４５を有している。
この裏当て金具４５は、例えば、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）で構成され、金属管１０の軸方向の裏当て金具４５の長さＬ１が例えば３００〜８００ｍｍ程度である。なお、裏当て金具４５は、支持部材３１の長さ方向中央部を中心として左右対称となっている。
裏当て金具４５は、金属管１０の軸心を中心として２つに分割された同一形状の分割金具部４６、４７を有している。この２つの分割金具部は異なる形状でもよい。
【００４４】
この分割金具部４６、４７には、それぞれ金属管１０の内面１７に当接する側に、金属管１０の内面１７に符合する円弧状の支持面４８、４９が形成されている。この支持面４８（支持面４９も同様）は、摩擦肉盛を行うに際し、金属管１０を内側から支持するための面であるため、金属管１０を正断面視した場合、金属管１０の軸心を中心として、支持面４８の中心角θ１を、９０度以上１５０度以下（好ましくは、下限を１００度、更には１１０度、上限を１４０度、更には１３０度）の範囲内で規定するとよい。
また、分割金具部４６（分割金具部４７も同様）の支持面４８と反対側（軸心側）には、軸方向にガイド溝５４（ガイド溝５５も同様）が形成され、分割金具部４６の上下方向の厚み（溝底部の厚み）が、その長さ方向中央部に向かって徐々に厚くなるようにテーパー状となって、傾斜面５０、５１が形成されている。この傾斜面５０（傾斜面５１も同様）は、その傾斜角度θ２を、分割金具部４６の長さ方向に１度以上１０度以下（好ましくは、下限を２度、上限を５度）の範囲にして傾斜させている。
【００４５】
支持部材３１は、裏当て金具４５を金属管１０の内面１７に当接及び離脱させる操作手段の一例であるテーパー金具（楔金具）５２、５３を有している。
テーパー金具５２、５３は、例えば、銅又は銅合金で構成された同一形状のものである。このテーパー金具５２とテーパー金具５３は、支持部材３１の長さ方向中央部を中心として対向配置され、長さＬ２が、裏当て金具４５の長さＬ１の半分よりも短く（例えば５０〜１８０ｍｍ程度）なっている。
また、テーパー金具５２（テーパー金具５３も同様）は、軸方向と直交する断面が長方形となっており、上下方向の幅（分割金具部４６、４７と接触する面間の距離）が、支持部材３１の長さ方向中央部に向かって徐々に狭くなるように縮幅している（楔機構を形成している）。
【００４６】
前記した各分割金具部４６、４７は、テーパー金具５２、５３に対し、傾斜面５０、５１を介して摺動自在になっている。なお、テーパー金具５２（テーパー金具５３も同様）の縮幅は、分割金具部４６、４７の傾斜面５０の角度θ２に対応して縮幅させているため、各分割金具部４６、４７で構成される裏当て金具４５の上下方向の幅は、裏当て金具４５の長さ方向に渡って同一である。
この分割金具部４６、４７の傾斜面５０は、それぞれ分割金具部４６、４７の長さ方向に渡って凹状となったガイド溝５４、５５内（即ち、溝底）に形成され、このガイド溝５４内にテーパー金具５２（テーパー金具５３も同様）の上部が、ガイド溝５５内にテーパー金具５２の下部が、それぞれ摺動自在に嵌め込まれている。なお、テーパー金具にガイド溝を形成することもでき、この場合、ガイド溝内に分割金具部の上部及び下部を摺動自在に嵌め込む。
【００４７】
支持部材３１は、その軸心を金属管１０の軸心と一致させ、金属管１０の軸心を中心として、時計回り又は反時計回りに回転する（即ち、周方向に回転する）回転軸部５６を有している。
この回転軸部５６には雄ねじ部が形成され、この雄ねじ部が、テーパー金具５２、５３の軸心方向に形成された雌ねじ部に螺合し、回転軸部５６とテーパー金具５２、５３とを連結している。なお、この雄ねじ部と雌ねじ部で、ねじ機構５７が構成されている。このねじ機構５７は、台形ねじであるが、角ねじ又はボールねじでもよい。
回転軸部５６には、支持部材３１の長さ方向中央部を中心として両側、即ちテーパー金具５２側に右ねじ、テーパー金具５３側に左ねじが、それぞれ同ピッチで形成され、回転軸部５６を一方向に回転させることで、対向するテーパー金具５２とテーパー金具５３を近づけ又は遠ざけることができる。なお、右ねじと左ねじは逆でもよい。
【００４８】
また、回転軸部５６には、対向配置されたテーパー金具５２とテーパー金具５３との間に配置され、回転軸部５６の径よりも突出し、分割金具部４６、４７の長さ方向中央部の凹部５８、５９内に回転自在に配置される位置決め部６０が設けられている。これにより、回転軸部５６に対する裏当て金具４５の各分割金具部４６、４７の位置ずれを防止できる。
このように構成することで、支持部材３１の使用にあっては、回転軸部５６を回転させることで、対向するテーパー金具５２、５３を、金属管１０の長さ方向で近づけ又は遠ざけて、裏当て金具４５への押圧力を調整し、金属管１０の径方向の裏当て金具４５の幅を調節できる。
【００４９】
なお、摩擦肉盛に際しては、支持部材３１に熱が伝わるため、例えば、分割金具部４６、４７及びテーパー金具５２、５３のいずれか一方又は双方の摺動面側に、窒化処理等の焼きつき防止処理を施すとよいが、施さなくてもよい。
また、テーパー金具と回転軸部の熱膨張の差により、テーパー金具と回転軸部のねじのピッチがずれる恐れもあるので、テーパー金具を、その長さ方向に２又は３以上に分割し、例えば、１ピッチ又は２ピッチ以上の隙間をあけて、回転軸部に螺合させるとよい。これにより、熱膨張の差を隙間で吸収でき、テーパー金具に対する回転軸部の回転をスムーズにできる。
【００５０】
以上に示した支持部材３１の回転軸部５６は、回転用モータ４４に接続されたシャフト４１に、ユニバーサルジョイントを介して接続されている。これにより、摩擦肉盛の開始前又は終了後、回転軸部５６を回転させて、裏当て金具４５の分割金具部４６、４７を金属管１０の内面１７に当接又は内面から離脱させる。なお、回転用モータを使用することなく、手動で回転させてもよい。
これにより、裏当て金具４５で金属管１０を支持することができる。
なお、テーパー金具は、支持部材の長さ方向中央部を中心として対向配置させることなく、１つのテーパー金具のみを使用してもよい。この場合、その形状に応じて、裏当て金具は前記した裏当て金具の半分の長さになる。
また、テーパー金具を、金属管の長さ方向に渡って複数配置してもよい。この場合、その形状に応じて、裏当て金具の長さを決定する。
【００５１】
続いて、図５（Ａ）に示す第２の変形例に係る支持部材７０について説明するが、この支持部材７０は、金属管１０の内面１７に当接し金属管１０を内側から支持する裏当て金具７１を有している。
この裏当て金具７１は、例えば、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）で構成され、金属管１０の長さ方向の長さが例えば３００〜８００ｍｍ程度である。また、裏当て金具７１は、金属管１０の内面１７に当接する側に、断面形状が円弧状の支持面７２が形成され、その反対側には、金属管１０の長さ方向に渡って、位置決めのための凹部７３が形成されている。
この裏当て金具７１の支持面７２は、摩擦肉盛を行うに際し、金属管１０を内側から支持するための面であるため、金属管１０を正断面視した場合、金属管１０の軸心を中心として、９０度以上１５０度以下（好ましくは、下限を１００度、更には１１０度、上限を１４０度、更には１３０度）の範囲内で規定するとよい。
【００５２】
また、支持部材７０は、裏当て金具７１を金属管１０の内面１７に当接及び離脱させる断面楕円形の楕円形金具（操作手段の一例）７４を有している。なお、楕円形金具７４は、金属管１０の軸方向に渡って同一形状となっている。
この楕円形金具７４の断面（楕円形状）の長径は、この長軸が金属管１０の径方向に配置され、長径の両外面が、裏当て金具７１の凹部７３内とその反対側に位置する金属管１０の内面１７にそれぞれ当接した場合、金属管１０の内面１７に裏当て金具７１の支持面７２が当接する長さに設定されている。一方、楕円形金具７４の短径は、この短軸が金属管１０の径方向に配置された場合、金属管１０の内面１７から裏当て金具７１の支持面７２が離れる長さに設定されている。
なお、楕円形金具７４には、この楕円形金具７４を回動自在とする回転軸部が取付けられている。
【００５３】
このように構成することで、回転軸部を所定角度（ここでは、９０度）回動させることにより、裏当て金具７１を金属管１０の内面１７に当接又は離脱させることができる。
なお、図５（Ｂ）に示す第３の変形例に係る支持部材７５のように、断面が多角形（ここでは、八角形）の直線部分に丸みを持たせた形状の楕円形金具（操作手段の一例）７６を使用することもできる。
更に、図４（Ｃ）に示す第４の変形例に係る支持部材７７について説明するが、裏当て金具７８として、金属管１０の軸心を中心として２つに分割された分割金具部７９、８０を有するものを使用してもよい。この分割金具部７９、８０は、同一形状であり、前記した裏当て金具７１と同様、金属管１０の内面１７と当接する面とは反対側に、分割金具部７９、８０の長さ方向に渡って、位置決めのための凹部８１、８２が形成されている。
【００５４】
なお、操作手段である楕円形金具８３の軸心は、金属管１０の軸心と一致している。
この楕円形金具８３の断面（楕円形状）の長径は、この長軸が金属管１０の径方向に配置され、その長径の両外面が、分割金具部７９、８０の凹部８１、８２内にそれぞれ当接した場合、金属管１０の内面１７に分割金具部７９、８０が当接する長さに設定されている。一方、楕円形金具８３の断面の短径は、この短軸が金属管１０の径方向に配置された場合、金属管１０の内面１７から分割金具部７９、８０が離れる長さに設定されている。
以上により、回転軸部を所定角度（ここでは、９０度）回動し、楕円形金具７４、７６、８３を回動させて、摩擦肉盛材料が押し付けられる金属管１０を裏当て金具７１、７８で支持し、金属管１０に摩擦肉盛層２１が形成された複合金属管１４を製造できる。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、実施例に係る複合金属管の摩擦肉盛方法を用いて摩擦肉盛された複合金属管と、比較例に係るＭＩＧ溶接法により肉盛溶接された複合金属管について、形成された肉盛層の希釈率を比較した結果について説明する。
ここで、使用する摩擦肉盛材料の寸法と化学成分、摩擦肉盛金属（肉盛層）の形成条件、形成された摩擦肉盛金属の寸法と化学成分、及び希釈率を、表２に示す。なお、実施例はφ２５、長さ１５０ｍｍの摩擦肉盛材料を用いて摩擦肉盛を行い、また比較例はワイヤーを用いてＭＩＧ溶接をした。また、肉盛層を形成した母材の金属管には、前記した表１に記載のＪＩＳ Ｇ ３４６１のＳＴＢ ３４０を用いた。この化学成分量は、Ｎｉ：０．０１質量％、Ｃｒ：０．０１質量％、Ｆｅ：９９．２質量％である。
【００５６】
【表２】
【００５７】
表２から、実施例１〜６に示す肉盛層の希釈率が２質量％以下であったのに対し、比較例１〜３に示す肉盛層の希釈率は４．８質量％以上であり、実施例１〜６と比較して高かった。なお、形成された肉盛層の希釈率は、前記実施の形態で示した方法で算出した。
【００５８】
次に、実施例に係る摩擦肉盛された複合金属管と、比較例に係るＭＩＧ溶接により肉盛溶接された複合金属管の金属組織を比較検討した結果を、図６（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。
図６（Ａ）には、摩擦肉盛された複合金属管（実施例１）の肉盛層を表面から約１ｍｍ研磨した面の金属組織の一例を、（Ｂ）には、肉盛溶接された複合金属管（比較例１）の同様の面における金属組織の一例を、それぞれ示している。なお、各複合金属管の金属組織は、王水に３時間浸漬させた後の状態を示している。
図６（Ａ）、（Ｂ）から、摩擦肉盛された複合金属管の金属組織は密（一様に微細な結晶粒）であったが、ＭＩＧ溶接した複合金属管の金属組織は、均一でないことが判った。
【００５９】
そして、実施例に係る摩擦肉盛された複合金属管と、比較例に係るＭＩＧ溶接により肉盛溶接された複合金属管の表面粗さを比較検討した結果を、図７（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。なお、図７（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ横軸に複合金属管の長さ方向（Ｘ）、縦軸に複合金属管の厚み方向（Ｚ）をとっている。また、図７（Ａ）に示す実施例１と図７（Ｂ）に示す比較例１の各複合金属管の表面粗さは、各複合金属管を王水に３時間浸漬した後に測定した。この表面粗さ測定には、市販の３次元レーザ顕微鏡を使用した。
図７（Ａ）に示すように、実施例１の複合金属管の表面粗さは、２０μｍ以下の非常に小さい範囲内で推移し、表面が非常に平滑であることが分かった。一方、図７（Ｂ）に示すように、比較例１の複合金属管の表面粗さは、最大で３００μｍ程度であり、実施例１と比較して非常に大きく、表面の凹凸が大きいことが判った。
【００６０】
更に、実施例に係る摩擦肉盛された複合金属管と、比較例に係るＭＩＧ溶接により肉盛溶接された複合金属管の耐食性について比較検討した結果を、表３を参照しながら説明する。この表３には、実施例１と比較例１について、２つの腐食条件で試験を行った結果を示している。なお、腐食試験１は、試験片を王水溶液に１２時間浸漬した後の結果であり、腐食試験２は、試験片を王水溶液に３時間浸漬した後の結果である。
【００６１】
【表３】
【００６２】
表３の腐食試験１から、実施例１の試験片は、重量と厚みのいずれも、腐食減量がほとんど無いことが分かった（厚み：１．０ｍｍ以下）。なお、表３において、腐食後の重量が腐食前よりも増加しているのは、測定誤差の範囲である。
一方、比較例１の試験片は、重量と厚みのいずれも、腐食減量が大きかった。
また、表３の腐食試験２から、実施例１の試験片は、比較例１の試験片と比較して、表面粗さを大幅に小さくできることを確認できた（表面粗さ：１００μｍ以下）。
なお、実施例１の試験片は、摩擦肉盛金属のビッカース硬さがＨｖ３５０（Ｈｖ３００以上）であり、使用に際して充分な硬度を備えることも確認できた。
【００６３】
以上のことから、本発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法を用いることで、管の変形を抑えながら、形成した摩擦肉盛金属の希釈率を最小に抑えることができ、高品質の複合金属管を提供できることを確認できた。
【００６４】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の複合金属管の摩擦肉盛方法及び摩擦肉盛により形成した複合金属管を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態に係る複合金属管の摩擦肉盛方法に用いた装置構成は、この実施の形態の装置構成に限定されるものではなく、摩擦肉盛時に金属管を内部から支持し、しかも摩擦肉盛の終了後に金属管から取出せるものであれば、その他の装置構成であっても、本発明は適用される。
【符号の説明】
【００６５】
１０：金属管、１１：内部、１２：支持部材、１３：摩擦肉盛材料、１４：複合金属管、１５、１６：裏当て金具、１７：内面、１８、１９：支持面、２０：摩擦肉盛金属、２１：摩擦肉盛層、３０：摩擦肉盛装置、３１：支持部材、３２：架台、３３：治具テーブル、３４：主軸ヘッド、３５：シリンダー、３６：金属管荷重受け治具、３７：フリー側チャック、３８：駆動側チャック、３９：ＮＣ回転テーブル、４０：治具テーブル移動用サーボモータ、４１：シャフト、４２：支持部材用支持治具、４３：金属管用支持治具、４４：回転用モータ、４５：裏当て金具、４６、４７：分割金具部、４８、４９：支持面、５０、５１：傾斜面、５２、５３：テーパー金具（操作手段）、５４、５５：ガイド溝、５６：回転軸部、５７：ねじ機構、５８、５９：凹部、６０：位置決め部、７０：支持部材、７１：裏当て金具、７２：支持面、７３：凹部、７４：楕円形金具（操作手段）、７５：支持部材、７６：楕円形金具（操作手段）、７７：支持部材、７８：裏当て金具、７９、８０：分割金具部、８１、８２：凹部、８３：楕円形金具（操作手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、発電用ボイラー管、プラント用熱交換器等に用いられる金属管に摩擦肉盛層を形成する複合金属管の摩擦肉盛方法及び摩擦肉盛により形成した複合金属管に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温腐食や摩耗が酷な環境で使用される管材（例えば、ボイラー用鋼管）の母材にニッケル基合金やステンレス鋼を肉盛溶接することは、例えば特許文献１に開示されている。具体的には、ＭＩＧ又はＭＡＧ溶接法を用い、ウィービングを行いながら母材表面に肉盛溶接している。
また、特許文献２、３には、摩擦肉盛方法が開示されている。この摩擦肉盛方法は、肉盛材料を所定の回転速度に調節した後、肉盛材料の軸方向に圧力をかけて母材に接触させ、肉盛材料を十分に加熱させた時点で、母材に対し肉盛材料を移動させることにより、肉盛材料と母材との界面に定常的な摩擦熱を発生させ、肉盛材料を母材上に塑性的に圧着させて、摩擦肉盛層を形成する方法である。この方法を使用し、母材となる金属板の表面に摩擦肉盛層を形成する場合は、例えば、台上に母材の金属材料を配置し、肉盛材料を高速で回転させて母材に押付け、肉盛材料が摩擦熱で高温になり軟化した後、母材の金属材料を配置した台を水平に移動させて、摩擦肉盛層を母材の表面上に形成させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９３７３２号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０３０号公報
【特許文献３】特開２００９−２８７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いて、母材の表面を肉盛溶接すると、溶接金属が母材によって希釈され、肉盛溶接金属の化学成分が変化して性能が劣化し、肉盛金属が有する本来の性能を発揮できない場合があるという問題があった。
そこで、金属管への肉盛層の形成に、特許文献２、３に記載の摩擦肉盛方法を用いることを考えて実験を行ったが、この摩擦肉盛方法は、肉盛材料を母材に押圧しながら行うので、金属管に摩擦肉盛する場合は、金属管が潰れたりあるいは曲がる等の支障があった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、金属管に摩擦肉盛を行うに際し、形成した摩擦肉盛金属の希釈率を最小に抑え、しかも、肉盛対象物である金属管の変形も実用に支障のない程度に抑えることが可能な複合金属管の摩擦肉盛方法及び摩擦肉盛により形成した複合金属管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法は、母材となる金属管の内部に該金属管の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材を配置し、耐食性又は耐摩耗性を有し前記母材とは異なる摩擦肉盛材料を、高速で回転させながら前記金属管の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で該金属管の外側表面を移動させて、摩擦肉盛する。
【０００７】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料はニッケルクロム鉄合金からなるものを使用できる。このニッケルクロム鉄合金には、例えばＪＩＳ Ｇ ４９０１（耐食耐熱超合金棒）で定めるものがある。
【０００８】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記ニッケルクロム鉄合金は、Ｎｉ：５８．０質量％以上、Ｃｒ：２０．０質量％以上２３．０質量％以下、Ｆｅ：０質量％又は０を超え５．０質量％以下、であることが好ましい。このような組成のニッケルクロム鉄合金には、例えば、ＪＩＳ Ｇ ４９０１のＮＣＦ６２５がある。
【０００９】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料は、直径が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下（好ましくは、下限値が２０ｍｍ、上限値が３５ｍｍ）、長さが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下（好ましくは、下限値が１００ｍｍ、上限値が２００ｍｍ）の金属棒材又は金属管材を使用できる。
ここで、摩擦肉盛材料の直径が１０ｍｍ未満の場合、母材の金属管材と摩擦肉盛材料の金属棒材や金属管材との接触面積が小さくなり、摩擦熱が十分発生しないため、母材の金属管材に孔が開いたり、また摩擦肉盛材料の金属棒材や金属管材が損傷したりする。一方、摩擦肉盛材料の直径が５０ｍｍを超える場合、金属棒材や金属管材を高速で回転する際のトルクが増大し、摩擦肉盛を行う装置への負荷が著しく過大になる。
また、摩擦肉盛材料の長さが５０ｍｍ未満の場合、摩擦肉盛材料の交換頻度が頻繁になり、摩擦肉盛の作業性が大幅に低下する。逆に、摩擦肉盛材料の長さが３００ｍｍを超える場合、摩擦肉盛材料は高速で回転するため、その軸が振れたり、また座屈を起こして曲がったりする。
【００１０】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料は、回転速度を１００ｒｐｍ以上１０００ｍｍ以下とし、押付け圧力を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とし、前記摩擦肉盛材料の送り速度は、０．１ｍｍ／秒以上１０ｍｍ／秒以下にするのがよい。
ここで、摩擦肉盛材料の回転速度が１００ｒｐｍ未満の場合、摩擦熱が十分得られないので、下限値を１００ｒｐｍとした。なお、上限値は、摩擦肉盛が可能な回転数として、１０００ｒｐｍとしたが、好ましくは、下限値を２５０ｒｐｍ、上限値を３５０ｒｐｍにする。
押付け圧力も、上記した理由から、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下としたが、好ましくは、下限値を４ＭＰａ、上限値を８ＭＰａにする。
ここで、摩擦肉盛材料（例えば、金属棒材や金属管材）の回転速度を大きくすると、摩擦肉盛材料は、高温になって著しく軟化するが、押付け圧力を増大させると、摩擦肉盛材料がバリになって金属管に形成する摩擦肉盛金属の外部へ排出され、この摩擦肉盛金属の厚みが必ずしも厚くならない。言い換えれば、摩擦肉盛材料の回転速度、押付け圧力、及び摩擦肉盛金属の厚みには、一定のバランス関係が維持されていることが推定される。
また、摩擦肉盛材料の送り速度が０．１ｍｍ／秒未満では、摩擦肉盛材料（例えば、金属棒材や金属管材）のみならず、母材の金属管も高温になって軟化し、金属管自体が変形したり、孔が開く等の損傷が発生する。一方、送り速度が１０ｍｍ／秒を超えると、摩擦肉盛金属の厚みが著しく薄くなり、その性能が大幅に低下する。このため、摩擦肉盛材料の送り速度を０．１ｍｍ／秒以上１０ｍｍ／秒以下としたが、好ましくは、下限値を１ｍｍ／秒、上限値を５ｍｍ／秒にする。
【００１１】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記金属管に対して前記摩擦肉盛材料を、該金属管の一表側を軸方向に沿って摩擦肉盛した後、該金属管の１８０度裏側を軸方向に沿って摩擦肉盛する工程を、順次角度を変えて行うことが好ましい。
【００１２】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料で形成した摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚を、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にしているが、好ましくは、下限値を１ｍｍ、上限値を５ｍｍにする。
ここで、摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚は、摩擦肉盛材料の回転速度、押付け圧力、及び送り速度によって決定づけられる。発明者らが多くの実験を行い、試行錯誤で見出した結果によると、摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であることが判明した。
【００１３】
第１の発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記金属管の軸方向に沿って行う摩擦肉盛の１パス当りの長さを、１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の範囲（好ましくは、下限値を３００ｍｍ、上限値を６００ｍｍ）であって、前記金属管に対して１パス区間の全周の摩擦肉盛を行った後、該金属管を長さ方向に移動させ、次の区間の摩擦肉盛をすることを繰返して、長尺の前記金属管の主要部全長の摩擦肉盛を行うのがよい。
【００１４】
前記目的に沿う第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管は、母材となる金属管の内部に該金属管の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材を配置し、耐食性又は耐摩耗性を有し前記母材とは異なる摩擦肉盛材料を、高速で回転させながら前記金属管の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で該金属管の外側表面を移動させ、摩擦肉盛して形成した複合金属管であって、
前記摩擦肉盛材料により形成した摩擦肉盛金属の前記母材に対する希釈率が２質量％以下である。
【００１５】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属はニッケルクロム鉄合金からなることが好ましい。このニッケルクロム鉄合金には、例えばＪＩＳ Ｇ ４９０１で定めるものがある。
【００１６】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、前記ニッケルクロム鉄合金は、Ｎｉ：５８．０質量％以上、Ｃｒ：２０．０質量％以上２３．０質量％以下、Ｆｅ：０質量％又は０を超え５．０質量％以下、であることが好ましい。このような組成のニッケルクロム鉄合金には、例えば、ＪＩＳ Ｇ ４９０１のＮＣＦ６２５がある。
【００１７】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚が、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にしているが、好ましくは、下限値を１ｍｍ、上限値を５ｍｍにする。
【００１８】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、王水溶液中における前記摩擦肉盛金属の表面の腐食減量は、１２時間で１．０ｍｍ以下にするのがよい。
【００１９】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属のビッカース硬さはＨｖ３００以上にするのがよい。
【００２０】
第２の発明に係る摩擦肉盛により形成した複合金属管において、常温で３時間王水中に浸漬した後の前記摩擦肉盛金属の表面粗さは１００μｍ以下にするのがよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法及び摩擦肉盛により形成した複合金属管は、摩擦肉盛法を用いて金属管の表面を肉盛しているので、摩擦肉盛材料により形成した摩擦肉盛金属の母材による希釈率が極めて小さい。従って、摩擦肉盛材料の有する特性を十分に発揮した肉盛が可能となる。
また、母材と摩擦肉盛材料との境界は完全に圧着しているので、接合や溶射等と比較して十分な接合強度を確保できる。
更には、金属管の内部に出し入れ可能な支持部材を配置して、金属管の表面から摩擦肉盛材料を摩擦肉盛しているので、金属管の変形を最小限に抑えることができる。
しかも、金属管に対する摩擦肉盛の順序について、一表側の摩擦肉盛を行った後、その裏側を摩擦肉盛する場合、金属管の曲がり変形を最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る複合金属管の摩擦肉盛方法を用いて摩擦肉盛が行われている金属管の斜視図、正面図である。
【図２】同複合金属管の摩擦肉盛方法により形成する摩擦肉盛層の形成順番を示す説明図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同複合金属管の摩擦肉盛方法に使用する第１の変形例に係る支持部材の部分側断面図、部分拡大側断面図、正面図である。
【図４】同複合金属管の摩擦肉盛方法に用いる摩擦肉盛装置の説明図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第２〜第４の変形例に係る支持部材の正面図である。
【図６】（Ａ）は実施例に係る複合金属管を王水に３時間浸漬した後の金属組織を示す写真、（Ｂ）は比較例に係る複合金属管を王水に３時間浸漬した後の金属組織を示す写真である。
【図７】（Ａ）は実施例に係る複合金属管の王水浸漬後の表面粗さを示すグラフ、（Ｂ）は比較例に係る複合金属管の王水浸漬後の表面粗さを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る複合金属管の摩擦肉盛方法は、母材となる金属管１０の内部１１に金属管１０の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材１２を配置し、母材とは異なる摩擦肉盛材料（肉盛金属）１３を、高速で回転させながら金属管１０の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で金属管１０の外側表面を移動させて、摩擦肉盛し、複合金属管１４を製造する方法である。以下、詳しく説明する。
【００２４】
まず、摩擦肉盛がなされる金属管１０を準備する。
この金属管１０は、例えば、発電用ボイラー管、プラント用熱交換器等に用いられる鋼管である。例えば、表１に示すボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４６１）、ボイラ・熱交換器用合金鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４６２）、及びボイラ・熱交換器用ステンレス鋼鋼管（ＪＩＳ Ｇ ３４６３）がある（３規格、４７種類）。
【００２５】
【表１】
【００２６】
この金属管１０は、例えば、長さ：１〜１０ｍ（特に、３〜５ｍｍ）程度、内径：４０〜７０ｍｍ（特に、５０〜６０ｍｍ）程度、厚み：２〜１５ｍｍ（特に、４〜１０ｍｍ）程度のものである。
【００２７】
次に、この金属管１０の内部１１に支持部材１２を装入する。
この支持部材１２は、金属管１０の内側対向面にそれぞれ当接し、金属管１０を内側から支持する裏当て金具１５、１６を有している。各裏当て金具１５、１６は、金属管１０の軸方向に渡って同一形状となっており、金属管１０の内面１７に当接する側に、断面形状が円弧状の支持面１８、１９が形成されている。なお、裏当て金具１５と裏当て金具１６との間には、拡縮手段（図示しない）が配置され、各裏当て金具１５、１６を、金属管１０の内面１７に当接及び離脱させることが可能な構成となっている。
これにより、金属管１０に対し、支持部材１２の裏当て金具１５、１６側から力が加わっても、金属管１０に潰れや曲がり等が発生することを抑制、更には防止できる。
【００２８】
このように、内部１１に支持部材１２が配置された金属管１０に対し、摩擦肉盛材料１３を摩擦肉盛する。
摩擦肉盛材料１３には、耐食性と耐摩耗性を有するニッケルクロム鉄合金（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金）を使用できる。このニッケルクロム鉄合金には、例えば、Ｎｉ：５８．０質量％以上、Ｃｒ：２０．０質量％以上２３．０質量％以下、Ｆｅ：０質量％又は０を超え５．０質量％以下のものを使用できる。具体的には、ＪＩＳ Ｇ ４９０４の熱交換器用継目無ニッケルクロム鉄合金管に記載のＮＣＦ６００ＴＢ、ＮＣＦ６２５ＴＢ、ＮＣＦ６９０ＴＢ、やＪＩＳ Ｇ ４９０１の耐食耐熱超合金棒に記載のＮＣＦ６００、ＮＣＦ６２５、ＮＣＦ６９０である。
【００２９】
摩擦肉盛材料１３は、例えば、直径が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下（好ましくは、下限を２０ｍｍ、上限を３５ｍｍ）、長さが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下（好ましくは、下限を１００ｍｍ、上限を２００ｍｍ）の金属棒材で構成されている。
なお、摩擦肉盛材料は、金属管材で構成してもよい。摩擦肉盛材料に金属管材を使用する場合は、金属管材の内部から補助材料を供給できる。この補助材料には、例えば、不活性ガスや添加材がある。このように、摩擦肉盛材料に金属管材を使用する場合、摩擦肉盛材料の押付け圧力は断面積Ｓに比例し、摩擦肉盛材料の幅（直径）は金属管材の直径に比例するので、押付け圧力を小さくして比較的幅広ビードの肉盛を行うことができる。
上記した方法は、金属棒材の中央に貫通孔を設けて、補助材料を供給する方法でも実施できる。
【００３０】
そして、金属管１０の軸方向に沿って、摩擦肉盛材料１３による摩擦肉盛を行う。この摩擦肉盛は、摩擦肉盛材料１３を、高速で回転させながら金属管１０の外側表面に高圧力で押付け、かつ摩擦肉盛材料１３が高温になり軟化した後、金属管１０を配置した台（図示しない）を一定速度で水平方向に移動させて、摩擦肉盛金属２０を金属管１０の外側表面上に形成させる。以下、詳しく説明する。
【００３１】
摩擦肉盛材料１３の摩擦肉盛は、例えば、回転速度を１００ｒｐｍ以上１０００ｒｐｍ以下（好ましくは、２５０〜３５０ｒｐｍ）、押付け圧力を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下（好ましくは、４〜８ＭＰａ）、送り速度を０．１ｍｍ／秒以上１０ｍｍ／秒以下（好ましくは、１〜５ｍｍ／秒）の条件で行う。なお、摩擦肉盛ができれば、この肉盛条件に限定されるものではない。
これにより、金属管１０の軸方向に沿って１パスの摩擦肉盛金属２０が形成されるが、この摩擦肉盛金属２０の１パス当りにおける平均肉厚は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内、好ましくは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内にある。
【００３２】
このように、金属管１０の一表側を軸方向に沿って１パスの摩擦肉盛をした後、この金属管１０の１８０度裏側を軸方向に沿って１パスの摩擦肉盛をする工程を、順次角度を変えて行う。これを、図２を参照しながら説明する。なお、図２は、金属管１０の外側周囲に複数の摩擦肉盛金属２０を形成し、金属管１０の表面に摩擦肉盛層２１を形成した複合金属管１４を示している。また、各摩擦肉盛金属２０に記載した丸で囲まれた数字は、各摩擦肉盛金属２０の形成の順番を示している。
まず、上記したように、支持部材１２の一方の裏当て金具１５が当接する金属管１０の頂面に対し、金属管１０の軸方向に沿って第１回目の摩擦肉盛を行い、摩擦肉盛金属２０を形成する。
【００３３】
次に、金属管１０を、その軸心を中心に１８０度回転させ、支持部材１２の他方の裏当て金具１６が当接する金属管１０の１８０度裏側の面（図２においては底面）に対し、金属管１０の軸方向に沿って第２回目の摩擦肉盛を行い、摩擦肉盛金属２０を形成する。
そして、第３回目に形成する摩擦肉盛金属２０の幅方向の一端部が、第２回目の摩擦肉盛で形成した摩擦肉盛金属２０の幅方向の他端部に、摩擦肉盛金属２０の長さ方向に渡って重なるように、金属管１０を回転させた後、金属管１０の軸方向に沿って第３回目の摩擦肉盛を行う。
【００３４】
このように、第３回目の摩擦肉盛を行った後は、上記した第２回目の摩擦肉盛と同様に、金属管１０を１８０度回転させ、更に、第３回目の摩擦肉盛と同様に、形成する摩擦肉盛金属２０の幅方向の一端部が、第１回目の摩擦肉盛で形成した摩擦肉盛金属２０の幅方向の他端部に、摩擦肉盛金属２０の長さ方向に渡って重なるように、金属管１０の軸方向に沿って第４回目の摩擦肉盛を行う。
なお、第３回目以降の摩擦肉盛を行うに際しては、摩擦肉盛を行う領域の金属管１０の内面１７に、支持部材１２の裏当て金具１５又は裏当て金具１６が配置されるように、必要に応じて支持部材１２も金属管１０の軸心を中心に回転させる。
【００３５】
以上の方法により、金属管１０の外側全周に、合計１４回の摩擦肉盛を行うことで、隙間なく摩擦肉盛金属２０を形成し、その結果、摩擦肉盛層２１を形成して、複合金属管１４を製造する。なお、摩擦肉盛の回数（形成する摩擦肉盛金属２０の数に対応）は、金属管１０の大きさや摩擦肉盛金属２０のビード幅により、種々変更できる。
また、上記した方法では、金属管１０に対して摩擦肉盛材料１３を、金属管１０の一表側を軸方向に沿って摩擦肉盛した後、この金属管１０の１８０度裏側を、軸方向に沿って摩擦肉盛した場合について説明した。しかし、金属管１０を１８０度回転させることなく、隣合う摩擦肉盛金属の幅方向の一端部が、その長さ方向に渡って重なるように、金属管１０を順次所定角度ずつ回動させて、摩擦肉盛を行ってもよい。
【００３６】
更に、上記した方法では、第３回目の摩擦肉盛を、第２回目に行った摩擦肉盛に隣合うように行った場合について説明した。この場合、第２回目の摩擦肉盛が終了した後、第３回目の摩擦肉盛を行う位置までの金属管１０の回動角度を小さくできるため、作業性が良好になると共に、複合金属管１４の製造時間の短縮も図れる。
しかし、第２回目の摩擦肉盛を行った後、第３回目の摩擦肉盛を、第１回目に形成した摩擦肉盛金属に隣合うように（第３回目の摩擦肉盛と第４回目の摩擦肉盛を入れ替えて、以降の摩擦肉盛も同様）行ってもよい。また、第２回目の摩擦肉盛を行った後、第３回目の摩擦肉盛を、第１回目で形成した摩擦肉盛金属又は第２回目で形成した摩擦肉盛金属とは、金属管の軸心を中心として９０度回動させた位置で行ってもよい。
【００３７】
以上に示した摩擦肉盛金属の１パス当りの長さは、例えば、５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の範囲で可能であるが、作業性及び支持部材１２の長さ等を考慮すれば、１００ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲にするのが好ましい。
従って、長尺の金属管の主要部全長（肉盛層形成領域）に渡って摩擦肉盛を行う場合は、前記したように、金属管に対して１パス区間の全周の摩擦肉盛を行った後、この金属管を長さ方向に移動させ、次の区間の全周の摩擦肉盛をすることを繰返す。
これにより、長尺の金属管に対しても、作業性よく容易に、金属管の表面に摩擦肉盛層を形成できる。
なお、複合金属管１４の隣合う摩擦肉盛金属２０が重なった部分は、機械加工により研削し、その表面状態を滑らかにするのが好ましい。
【００３８】
以上の方法で製造された複合金属管１４は、形成した摩擦肉盛金属２０（特に、表面から１〜２ｍｍの表層部）の母材に対する希釈率が２質量％以下（好ましくは１．５質量％以下、更には１質量％以下）である。
この希釈率は、「編者：社団法人溶接学会、書名：第２版 溶接・接合便覧、発行所：丸善株式会社、発行日：平成１５年２月２５日、肉盛溶接法（Ｐ．６５８）」に記載された以下に示す算出式で得られる。
Ｐ＝（Ｃｗ−Ｃｆ）／（Ｃｐ−Ｃｆ）×１００
ここで、
Ｃｗ：金属管に形成した摩擦肉盛金属の化学成分量（質量％）
Ｃｆ：摩擦肉盛に使用する摩擦肉盛材料の化学成分量（質量％）
Ｃｐ：母材となる金属管の化学成分量（質量％）
Ｐ：希釈（溶込み）率（質量％）
【００３９】
また、複合金属管１４は、王水溶液中における摩擦肉盛金属２０の表面の腐食減量が、１２時間で１．０ｍｍ以下である。これにより、腐食環境下においても、長期に渡って複合金属管を使用できる。
そして、複合金属管１４は、摩擦肉盛金属２０のビッカース硬さがＨｖ３００以上（上限は、Ｈｖ５００程度）である。これにより、損傷が発生し易い環境下においても、長期に渡って複合金属管を使用できる。
更に、複合金属管１４は、常温で３時間王水中に浸漬した後の摩擦肉盛金属２０の表面粗さが１００μｍ以下である。これにより、長期に渡って外観や高温耐食性が良好な複合金属管を提供できる。
【００４０】
なお、以上に示した複合金属管の摩擦肉盛方法には、図３（Ａ）〜（Ｃ）及び図４に示す第１の変形例に係る支持部材３１を有する摩擦肉盛装置３０を使用することもできる。
摩擦肉盛装置３０は、金属管１０の内側に支持部材３１を当接させて金属管１０を内側から支持すると共に、高速回転させた摩擦肉盛材料１３を金属管１０の外面上の接合部へ押し付け、金属管１０をその長さ方向へ移動させながら金属管１０の外面を摩擦肉盛した後、金属管１０を回動（回転）又は移動させて金属管１０の外面を順次摩擦肉盛することで、金属管１０の外面の一部又は全部に摩擦肉盛層２１を形成する装置である。なお、ここでは、回転する摩擦肉盛材料１３を金属管１０の上方から押し付けて摩擦肉盛を行う場合について、以下に説明するが、他の方向から行ってもよい。
【００４１】
図４に示すように、摩擦肉盛装置３０は、架台３２と、この架台３２上に配置される治具テーブル３３と、取り付けられた摩擦肉盛材料１３を高速回転させる主軸ヘッド３４と、この主軸ヘッド３４を昇降自在とし、摩擦肉盛材料１３を金属管１０の外上面の接合部に対して押し付けるシリンダー３５とを有している。
この治具テーブル３３には、摩擦肉盛が行われる金属管１０を位置決めする複数の金属管荷重受け治具３６と、この金属管荷重受け治具３６の両側に配置され、金属管荷重受け治具３６に載置された金属管１０の位置決め（クランプのみ）を行うフリー側チャック３７、及び金属管１０の回転及び位置決め（回転とクランプ）を行う駆動側チャック３８とが設けられている。なお、駆動側チャック３８には、ＮＣ回転テーブル（回転用モータ）３９が設けられ、金属管１０をその軸心を中心として回転（回動）できる構成となっている。これにより、金属管１０は、治具テーブル３３に固定されて位置決めされる。
【００４２】
この治具テーブル３３は、治具テーブル移動用サーボモータ４０により、架台３２上を移動自在な構成となっており、治具テーブル３３に固定された金属管１０を、その長さ方向に移動させることができる。この架台３２と治具テーブル３３には、摩擦肉盛する際に、金属管１０をその長さ方向に移動させるボールねじ送り機構が設けられている。なお、ボールねじ送り機構は、従来公知の送り機構を使用してもよく、また手動で行ってもよい。
金属管１０内に配置される支持部材３１のフリー側チャック３７側には、シャフト４１が接続され、金属管１０内から突出したシャフト４１が、支持部材用支持治具４２により吊り下げ支持されている。また、この支持部材用支持治具４２の近傍には、金属管１０を吊り下げ支持する金属管用支持治具４３が配置されている。
このシャフト４１の端部には、シャフト４１の回転（回動）用モータ（サーボモータ）４４が接続されている。
【００４３】
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、支持部材３１は、金属管１０の内面１７に当接し金属管１０を内側から支持する裏当て金具４５を有している。
この裏当て金具４５は、例えば、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）で構成され、金属管１０の軸方向の裏当て金具４５の長さＬ１が例えば３００〜８００ｍｍ程度である。なお、裏当て金具４５は、支持部材３１の長さ方向中央部を中心として左右対称となっている。
裏当て金具４５は、金属管１０の軸心を中心として２つに分割された同一形状の分割金具部４６、４７を有している。この２つの分割金具部は異なる形状でもよい。
【００４４】
この分割金具部４６、４７には、それぞれ金属管１０の内面１７に当接する側に、金属管１０の内面１７に符合する円弧状の支持面４８、４９が形成されている。この支持面４８（支持面４９も同様）は、摩擦肉盛を行うに際し、金属管１０を内側から支持するための面であるため、金属管１０を正断面視した場合、金属管１０の軸心を中心として、支持面４８の中心角θ１を、９０度以上１５０度以下（好ましくは、下限を１００度、更には１１０度、上限を１４０度、更には１３０度）の範囲内で規定するとよい。
また、分割金具部４６（分割金具部４７も同様）の支持面４８と反対側（軸心側）には、軸方向にガイド溝５４（ガイド溝５５も同様）が形成され、分割金具部４６の上下方向の厚み（溝底部の厚み）が、その長さ方向中央部に向かって徐々に厚くなるようにテーパー状となって、傾斜面５０、５１が形成されている。この傾斜面５０（傾斜面５１も同様）は、その傾斜角度θ２を、分割金具部４６の長さ方向に１度以上１０度以下（好ましくは、下限を２度、上限を５度）の範囲にして傾斜させている。
【００４５】
支持部材３１は、裏当て金具４５を金属管１０の内面１７に当接及び離脱させる操作手段の一例であるテーパー金具（楔金具）５２、５３を有している。
テーパー金具５２、５３は、例えば、銅又は銅合金で構成された同一形状のものである。このテーパー金具５２とテーパー金具５３は、支持部材３１の長さ方向中央部を中心として対向配置され、長さＬ２が、裏当て金具４５の長さＬ１の半分よりも短く（例えば５０〜１８０ｍｍ程度）なっている。
また、テーパー金具５２（テーパー金具５３も同様）は、軸方向と直交する断面が長方形となっており、上下方向の幅（分割金具部４６、４７と接触する面間の距離）が、支持部材３１の長さ方向中央部に向かって徐々に狭くなるように縮幅している（楔機構を形成している）。
【００４６】
前記した各分割金具部４６、４７は、テーパー金具５２、５３に対し、傾斜面５０、５１を介して摺動自在になっている。なお、テーパー金具５２（テーパー金具５３も同様）の縮幅は、分割金具部４６、４７の傾斜面５０の角度θ２に対応して縮幅させているため、各分割金具部４６、４７で構成される裏当て金具４５の上下方向の幅は、裏当て金具４５の長さ方向に渡って同一である。
この分割金具部４６、４７の傾斜面５０は、それぞれ分割金具部４６、４７の長さ方向に渡って凹状となったガイド溝５４、５５内（即ち、溝底）に形成され、このガイド溝５４内にテーパー金具５２（テーパー金具５３も同様）の上部が、ガイド溝５５内にテーパー金具５２の下部が、それぞれ摺動自在に嵌め込まれている。なお、テーパー金具にガイド溝を形成することもでき、この場合、ガイド溝内に分割金具部の上部及び下部を摺動自在に嵌め込む。
【００４７】
支持部材３１は、その軸心を金属管１０の軸心と一致させ、金属管１０の軸心を中心として、時計回り又は反時計回りに回転する（即ち、周方向に回転する）回転軸部５６を有している。
この回転軸部５６には雄ねじ部が形成され、この雄ねじ部が、テーパー金具５２、５３の軸心方向に形成された雌ねじ部に螺合し、回転軸部５６とテーパー金具５２、５３とを連結している。なお、この雄ねじ部と雌ねじ部で、ねじ機構５７が構成されている。このねじ機構５７は、台形ねじであるが、角ねじ又はボールねじでもよい。
回転軸部５６には、支持部材３１の長さ方向中央部を中心として両側、即ちテーパー金具５２側に右ねじ、テーパー金具５３側に左ねじが、それぞれ同ピッチで形成され、回転軸部５６を一方向に回転させることで、対向するテーパー金具５２とテーパー金具５３を近づけ又は遠ざけることができる。なお、右ねじと左ねじは逆でもよい。
【００４８】
また、回転軸部５６には、対向配置されたテーパー金具５２とテーパー金具５３との間に配置され、回転軸部５６の径よりも突出し、分割金具部４６、４７の長さ方向中央部の凹部５８、５９内に回転自在に配置される位置決め部６０が設けられている。これにより、回転軸部５６に対する裏当て金具４５の各分割金具部４６、４７の位置ずれを防止できる。
このように構成することで、支持部材３１の使用にあっては、回転軸部５６を回転させることで、対向するテーパー金具５２、５３を、金属管１０の長さ方向で近づけ又は遠ざけて、裏当て金具４５への押圧力を調整し、金属管１０の径方向の裏当て金具４５の幅を調節できる。
【００４９】
なお、摩擦肉盛に際しては、支持部材３１に熱が伝わるため、例えば、分割金具部４６、４７及びテーパー金具５２、５３のいずれか一方又は双方の摺動面側に、窒化処理等の焼きつき防止処理を施すとよいが、施さなくてもよい。
また、テーパー金具と回転軸部の熱膨張の差により、テーパー金具と回転軸部のねじのピッチがずれる恐れもあるので、テーパー金具を、その長さ方向に２又は３以上に分割し、例えば、１ピッチ又は２ピッチ以上の隙間をあけて、回転軸部に螺合させるとよい。これにより、熱膨張の差を隙間で吸収でき、テーパー金具に対する回転軸部の回転をスムーズにできる。
【００５０】
以上に示した支持部材３１の回転軸部５６は、回転用モータ４４に接続されたシャフト４１に、ユニバーサルジョイントを介して接続されている。これにより、摩擦肉盛の開始前又は終了後、回転軸部５６を回転させて、裏当て金具４５の分割金具部４６、４７を金属管１０の内面１７に当接又は内面から離脱させる。なお、回転用モータを使用することなく、手動で回転させてもよい。
これにより、裏当て金具４５で金属管１０を支持することができる。
なお、テーパー金具は、支持部材の長さ方向中央部を中心として対向配置させることなく、１つのテーパー金具のみを使用してもよい。この場合、その形状に応じて、裏当て金具は前記した裏当て金具の半分の長さになる。
また、テーパー金具を、金属管の長さ方向に渡って複数配置してもよい。この場合、その形状に応じて、裏当て金具の長さを決定する。
【００５１】
続いて、図５（Ａ）に示す第２の変形例に係る支持部材７０について説明するが、この支持部材７０は、金属管１０の内面１７に当接し金属管１０を内側から支持する裏当て金具７１を有している。
この裏当て金具７１は、例えば、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）で構成され、金属管１０の長さ方向の長さが例えば３００〜８００ｍｍ程度である。また、裏当て金具７１は、金属管１０の内面１７に当接する側に、断面形状が円弧状の支持面７２が形成され、その反対側には、金属管１０の長さ方向に渡って、位置決めのための凹部７３が形成されている。
この裏当て金具７１の支持面７２は、摩擦肉盛を行うに際し、金属管１０を内側から支持するための面であるため、金属管１０を正断面視した場合、金属管１０の軸心を中心として、９０度以上１５０度以下（好ましくは、下限を１００度、更には１１０度、上限を１４０度、更には１３０度）の範囲内で規定するとよい。
【００５２】
また、支持部材７０は、裏当て金具７１を金属管１０の内面１７に当接及び離脱させる断面楕円形の楕円形金具（操作手段の一例）７４を有している。なお、楕円形金具７４は、金属管１０の軸方向に渡って同一形状となっている。
この楕円形金具７４の断面（楕円形状）の長径は、この長軸が金属管１０の径方向に配置され、長径の両外面が、裏当て金具７１の凹部７３内とその反対側に位置する金属管１０の内面１７にそれぞれ当接した場合、金属管１０の内面１７に裏当て金具７１の支持面７２が当接する長さに設定されている。一方、楕円形金具７４の短径は、この短軸が金属管１０の径方向に配置された場合、金属管１０の内面１７から裏当て金具７１の支持面７２が離れる長さに設定されている。
なお、楕円形金具７４には、この楕円形金具７４を回動自在とする回転軸部が取付けられている。
【００５３】
このように構成することで、回転軸部を所定角度（ここでは、９０度）回動させることにより、裏当て金具７１を金属管１０の内面１７に当接又は離脱させることができる。
なお、図５（Ｂ）に示す第３の変形例に係る支持部材７５のように、断面が多角形（ここでは、八角形）の直線部分に丸みを持たせた形状の楕円形金具（操作手段の一例）７６を使用することもできる。
更に、図４（Ｃ）に示す第４の変形例に係る支持部材７７について説明するが、裏当て金具７８として、金属管１０の軸心を中心として２つに分割された分割金具部７９、８０を有するものを使用してもよい。この分割金具部７９、８０は、同一形状であり、前記した裏当て金具７１と同様、金属管１０の内面１７と当接する面とは反対側に、分割金具部７９、８０の長さ方向に渡って、位置決めのための凹部８１、８２が形成されている。
【００５４】
なお、操作手段である楕円形金具８３の軸心は、金属管１０の軸心と一致している。
この楕円形金具８３の断面（楕円形状）の長径は、この長軸が金属管１０の径方向に配置され、その長径の両外面が、分割金具部７９、８０の凹部８１、８２内にそれぞれ当接した場合、金属管１０の内面１７に分割金具部７９、８０が当接する長さに設定されている。一方、楕円形金具８３の断面の短径は、この短軸が金属管１０の径方向に配置された場合、金属管１０の内面１７から分割金具部７９、８０が離れる長さに設定されている。
以上により、回転軸部を所定角度（ここでは、９０度）回動し、楕円形金具７４、７６、８３を回動させて、摩擦肉盛材料が押し付けられる金属管１０を裏当て金具７１、７８で支持し、金属管１０に摩擦肉盛層２１が形成された複合金属管１４を製造できる。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、実施例に係る複合金属管の摩擦肉盛方法を用いて摩擦肉盛された複合金属管と、比較例に係るＭＩＧ溶接法により肉盛溶接された複合金属管について、形成された肉盛層の希釈率を比較した結果について説明する。
ここで、使用する摩擦肉盛材料の寸法と化学成分、摩擦肉盛金属（肉盛層）の形成条件、形成された摩擦肉盛金属の寸法と化学成分、及び希釈率を、表２に示す。なお、実施例はφ２５、長さ１５０ｍｍの摩擦肉盛材料を用いて摩擦肉盛を行い、また比較例はワイヤーを用いてＭＩＧ溶接をした。また、肉盛層を形成した母材の金属管には、前記した表１に記載のＪＩＳ Ｇ ３４６１のＳＴＢ ３４０を用いた。この化学成分量は、Ｎｉ：０．０１質量％、Ｃｒ：０．０１質量％、Ｆｅ：９９．２質量％である。
【００５６】
【表２】
【００５７】
表２から、実施例１〜６に示す肉盛層の希釈率が２質量％以下であったのに対し、比較例１〜３に示す肉盛層の希釈率は４．８質量％以上であり、実施例１〜６と比較して高かった。なお、形成された肉盛層の希釈率は、前記実施の形態で示した方法で算出した。
【００５８】
次に、実施例に係る摩擦肉盛された複合金属管と、比較例に係るＭＩＧ溶接により肉盛溶接された複合金属管の金属組織を比較検討した結果を、図６（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。
図６（Ａ）には、摩擦肉盛された複合金属管（実施例１）の肉盛層を表面から約１ｍｍ研磨した面の金属組織の一例を、（Ｂ）には、肉盛溶接された複合金属管（比較例１）の同様の面における金属組織の一例を、それぞれ示している。なお、各複合金属管の金属組織は、王水に３時間浸漬させた後の状態を示している。
図６（Ａ）、（Ｂ）から、摩擦肉盛された複合金属管の金属組織は密（一様に微細な結晶粒）であったが、ＭＩＧ溶接した複合金属管の金属組織は、均一でないことが判った。
【００５９】
そして、実施例に係る摩擦肉盛された複合金属管と、比較例に係るＭＩＧ溶接により肉盛溶接された複合金属管の表面粗さを比較検討した結果を、図７（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。なお、図７（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ横軸に複合金属管の長さ方向（Ｘ）、縦軸に複合金属管の厚み方向（Ｚ）をとっている。また、図７（Ａ）に示す実施例１と図７（Ｂ）に示す比較例１の各複合金属管の表面粗さは、各複合金属管を王水に３時間浸漬した後に測定した。この表面粗さ測定には、市販の３次元レーザ顕微鏡を使用した。
図７（Ａ）に示すように、実施例１の複合金属管の表面粗さは、２０μｍ以下の非常に小さい範囲内で推移し、表面が非常に平滑であることが分かった。一方、図７（Ｂ）に示すように、比較例１の複合金属管の表面粗さは、最大で３００μｍ程度であり、実施例１と比較して非常に大きく、表面の凹凸が大きいことが判った。
【００６０】
更に、実施例に係る摩擦肉盛された複合金属管と、比較例に係るＭＩＧ溶接により肉盛溶接された複合金属管の耐食性について比較検討した結果を、表３を参照しながら説明する。この表３には、実施例１と比較例１について、２つの腐食条件で試験を行った結果を示している。なお、腐食試験１は、試験片を王水溶液に１２時間浸漬した後の結果であり、腐食試験２は、試験片を王水溶液に３時間浸漬した後の結果である。
【００６１】
【表３】
【００６２】
表３の腐食試験１から、実施例１の試験片は、重量と厚みのいずれも、腐食減量がほとんど無いことが分かった（厚み：１．０ｍｍ以下）。なお、表３において、腐食後の重量が腐食前よりも増加しているのは、測定誤差の範囲である。
一方、比較例１の試験片は、重量と厚みのいずれも、腐食減量が大きかった。
また、表３の腐食試験２から、実施例１の試験片は、比較例１の試験片と比較して、表面粗さを大幅に小さくできることを確認できた（表面粗さ：１００μｍ以下）。
なお、実施例１の試験片は、摩擦肉盛金属のビッカース硬さがＨｖ３５０（Ｈｖ３００以上）であり、使用に際して充分な硬度を備えることも確認できた。
【００６３】
以上のことから、本発明に係る複合金属管の摩擦肉盛方法を用いることで、管の変形を抑えながら、形成した摩擦肉盛金属の希釈率を最小に抑えることができ、高品質の複合金属管を提供できることを確認できた。
【００６４】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の複合金属管の摩擦肉盛方法及び摩擦肉盛により形成した複合金属管を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態に係る複合金属管の摩擦肉盛方法に用いた装置構成は、この実施の形態の装置構成に限定されるものではなく、摩擦肉盛時に金属管を内部から支持し、しかも摩擦肉盛の終了後に金属管から取出せるものであれば、その他の装置構成であっても、本発明は適用される。
【符号の説明】
【００６５】
１０：金属管、１１：内部、１２：支持部材、１３：摩擦肉盛材料、１４：複合金属管、１５、１６：裏当て金具、１７：内面、１８、１９：支持面、２０：摩擦肉盛金属、２１：摩擦肉盛層、３０：摩擦肉盛装置、３１：支持部材、３２：架台、３３：治具テーブル、３４：主軸ヘッド、３５：シリンダー、３６：金属管荷重受け治具、３７：フリー側チャック、３８：駆動側チャック、３９：ＮＣ回転テーブル、４０：治具テーブル移動用サーボモータ、４１：シャフト、４２：支持部材用支持治具、４３：金属管用支持治具、４４：回転用モータ、４５：裏当て金具、４６、４７：分割金具部、４８、４９：支持面、５０、５１：傾斜面、５２、５３：テーパー金具（操作手段）、５４、５５：ガイド溝、５６：回転軸部、５７：ねじ機構、５８、５９：凹部、６０：位置決め部、７０：支持部材、７１：裏当て金具、７２：支持面、７３：凹部、７４：楕円形金具（操作手段）、７５：支持部材、７６：楕円形金具（操作手段）、７７：支持部材、７８：裏当て金具、７９、８０：分割金具部、８１、８２：凹部、８３：楕円形金具（操作手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材となる金属管の内部に該金属管の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材を配置し、耐食性又は耐摩耗性を有し前記母材とは異なる摩擦肉盛材料を、高速で回転させながら前記金属管の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で該金属管の外側表面を移動させて、摩擦肉盛することを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項２】
請求項１記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料はニッケルクロム鉄合金からなることを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項３】
請求項２記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記ニッケルクロム鉄合金は、Ｎｉ：５８．０質量％以上、Ｃｒ：２０．０質量％以上２３．０質量％以下、Ｆｅ：０質量％又は０を超え５．０質量％以下、であることを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料は、直径が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、長さが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の金属棒材又は金属管材であることを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料は、回転速度を１００ｒｐｍ以上１０００ｒｐｍ以下とし、押付け圧力を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とし、送り速度を０．１ｍｍ／秒以上１０ｍｍ／秒以下としたことを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記金属管に対して前記摩擦肉盛材料を、該金属管の一表側を軸方向に沿って摩擦肉盛した後、該金属管の１８０度裏側を軸方向に沿って摩擦肉盛する工程を、順次角度を変えて行うことを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料で形成した摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項８】
請求項６及び７のいずれか１項に記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記金属管の軸方向に沿って行う摩擦肉盛の１パス当りの長さは、１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の範囲であって、前記金属管に対して１パス区間の全周の摩擦肉盛を行った後、該金属管を長さ方向に移動させ、次の区間の摩擦肉盛をすることを繰返して、長尺の前記金属管の主要部全長の摩擦肉盛を行うことを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項９】
母材となる金属管の内部に該金属管の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材を配置し、耐食性又は耐摩耗性を有し前記母材とは異なる摩擦肉盛材料を、高速で回転させながら前記金属管の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で該金属管の外側表面を移動させ、摩擦肉盛して形成した複合金属管であって、
前記摩擦肉盛材料により形成した摩擦肉盛金属の前記母材に対する希釈率が２質量％以下であることを特徴とする摩擦肉盛により形成した複合金属管。
【請求項１０】
請求項９記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属はニッケルクロム鉄合金からなることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１１】
請求項１０記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、前記ニッケルクロム鉄合金は、Ｎｉ：５８．０質量％以上、Ｃｒ：２０．０質量％以上２３．０質量％以下、Ｆｅ：０質量％又は０を超え５．０質量％以下、であることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚が、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、王水溶液中における前記摩擦肉盛金属の表面の腐食減量は、１２時間で１．０ｍｍ以下であることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属のビッカース硬さはＨｖ３００以上であることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、常温で３時間王水中に浸漬した後の前記摩擦肉盛金属の表面粗さは１００μｍ以下であることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１】
母材となる金属管の内部に該金属管の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材を配置し、耐食性又は耐摩耗性を有し前記母材とは異なる摩擦肉盛材料を、高速で回転させながら前記金属管の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で該金属管の外側表面を移動させて、摩擦肉盛することを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項２】
請求項１記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料はニッケルクロム鉄合金からなることを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項３】
請求項２記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記ニッケルクロム鉄合金は、Ｎｉ：５８．０質量％以上、Ｃｒ：２０．０質量％以上２３．０質量％以下、Ｆｅ：０質量％又は０を超え５．０質量％以下、であることを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料は、直径が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、長さが５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の金属棒材又は金属管材であることを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料は、回転速度を１００ｒｐｍ以上１０００ｒｐｍ以下とし、押付け圧力を１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とし、送り速度を０．１ｍｍ／秒以上１０ｍｍ／秒以下としたことを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記金属管に対して前記摩擦肉盛材料を、該金属管の一表側を軸方向に沿って摩擦肉盛した後、該金属管の１８０度裏側を軸方向に沿って摩擦肉盛する工程を、順次角度を変えて行うことを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記摩擦肉盛材料で形成した摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項８】
請求項６及び７のいずれか１項に記載の複合金属管の摩擦肉盛方法において、前記金属管の軸方向に沿って行う摩擦肉盛の１パス当りの長さは、１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下の範囲であって、前記金属管に対して１パス区間の全周の摩擦肉盛を行った後、該金属管を長さ方向に移動させ、次の区間の摩擦肉盛をすることを繰返して、長尺の前記金属管の主要部全長の摩擦肉盛を行うことを特徴とする複合金属管の摩擦肉盛方法。
【請求項９】
母材となる金属管の内部に該金属管の凹みを防止する出し入れ可能な支持部材を配置し、耐食性又は耐摩耗性を有し前記母材とは異なる摩擦肉盛材料を、高速で回転させながら前記金属管の外側表面に高圧力で押付け、かつ一定速度で該金属管の外側表面を移動させ、摩擦肉盛して形成した複合金属管であって、
前記摩擦肉盛材料により形成した摩擦肉盛金属の前記母材に対する希釈率が２質量％以下であることを特徴とする摩擦肉盛により形成した複合金属管。
【請求項１０】
請求項９記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属はニッケルクロム鉄合金からなることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１１】
請求項１０記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、前記ニッケルクロム鉄合金は、Ｎｉ：５８．０質量％以上、Ｃｒ：２０．０質量％以上２３．０質量％以下、Ｆｅ：０質量％又は０を超え５．０質量％以下、であることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属の１パス当りにおける平均肉厚が、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、王水溶液中における前記摩擦肉盛金属の表面の腐食減量は、１２時間で１．０ｍｍ以下であることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、前記摩擦肉盛金属のビッカース硬さはＨｖ３００以上であることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の摩擦肉盛して形成した複合金属管において、常温で３時間王水中に浸漬した後の前記摩擦肉盛金属の表面粗さは１００μｍ以下であることを特徴とする摩擦肉盛して形成した複合金属管。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２４０７００（Ｐ２０１０−２４０７００Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９３２６３（Ｐ２００９−９３２６３）
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（５９１２０９２８０）株式会社フジコー (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（５９１２０９２８０）株式会社フジコー (25)
【Ｆターム（参考）】
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