金属管材用プロテクタの製造方法
【課題】耐摩耗性および耐腐食性に優れているとともに、基材に対する被膜の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属管材用プロテクタの製造方法を提供すること。
【解決手段】半円筒形のプロテクタ基材１０の外周面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜１１Ａを形成する工程と、プロテクタ基材１０の内周面を、円柱状の基台２０の外周面に当接させることにより、プロテクタ基材１０を基台２０に装着し、プロテクタ基材１０が装着された基台２０に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与するとともに、基台２０の半径方向であってプロテクタ基材１０の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波誘導加熱によって溶射被膜１１Ａを再溶融処理することにより、プロテクタ基材１０の外周面に自溶合金層１１Ｂを形成する工程とを含む。
【解決手段】半円筒形のプロテクタ基材１０の外周面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜１１Ａを形成する工程と、プロテクタ基材１０の内周面を、円柱状の基台２０の外周面に当接させることにより、プロテクタ基材１０を基台２０に装着し、プロテクタ基材１０が装着された基台２０に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与するとともに、基台２０の半径方向であってプロテクタ基材１０の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波誘導加熱によって溶射被膜１１Ａを再溶融処理することにより、プロテクタ基材１０の外周面に自溶合金層１１Ｂを形成する工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管材用プロテクタの製造方法に関し、さらに詳しくは、磨耗および腐食からボイラチューブなどの金属管材を保護するために取り付けられるプロテクタであって、耐摩耗性および耐腐食性に優れているとともに、基材に対する被膜の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属管材用プロテクタを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚ボイラ、ごみ焼却ボイラ、流動床ボイラなどにおいて、燃焼煤塵や流動媒体などによるボイラ部品の磨耗（エロージョン）が問題となる。また、ボイラにおける燃焼温度の高温化などに伴い、ボイラ部品の腐食（コロージョン）も問題となっている。
【０００３】
ボイラ部品であるボイラチューブを磨耗や腐食から保護するための手段として、図６に示すような半円筒形のプロテクタ１（ボイラチューブプロテクタ）が知られている。
【０００４】
図７は、図６に示すプロテクタ１がボイラチューブ２に取り付けられている状態を示している。図７に示すように、プロテクタ１は、磨耗・腐食環境に曝されるボイラチューブ２の保護対象面３を覆うように被せられ、その両端部において、取付け治具５（保護対象面３と反対側のボイラチューブ２の外周面４に当接される半円環状の取付け治具）に溶接されることによりボイラチューブ２に取付けられている。図７（Ｂ）において、Ｗは溶接部である。
【０００５】
図６および図７に示したプロテクタ１は、ステンレスなどの金属材料からなる。また、かかるボイラチューブプロテクタの外周面にセラミックの溶射被膜を形成することにより、耐摩耗性および耐腐食性を向上させることが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２６２３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のプロテクタのように、セラミックの溶射被膜を形成してなるボイラチューブプロテクタは、プロテクタ基材（金属材料）に対する溶射被膜（セラミック）の密着性が十分ではなく、また、十分な膜厚で耐久性の良好な溶射被膜を形成することができない。
【０００８】
そこで、本発明者は、耐摩耗性および耐食性に優れているとともに、金属材料との密着性が良好で、厚膜形成も可能である自溶合金層（溶射−再溶融処理による被膜）をプロテクタ基材の外周面に形成することについて検討を行った。
【０００９】
しかしながら、半円筒形状のプロテクタ基材の外周面に自溶合金を溶射し、溶射被膜を再溶融処理（フェージング）したところ、図８に示すように、得られたプロテクタ６は、外周面側が凸になるような撓みを生じて直線性に劣るものであった。
一例を示すと、長さ（Ｌ）が１ｍの半円筒形のプロテクタ基材の外周面に対して自溶合金を溶射し、溶射被膜を再溶融処理したところ、得られたプロテクタの撓み量（ｄ）は０．５ｍｍ程度であった。このような撓みは、円筒状の基材（例えばチューブ自体）に形成した溶射被膜に対して再溶融処理を行う場合には生じないものである。
【００１０】
このような撓みのあるプロテクタを直管状のボイラチューブに取り付けることは不可能またはきわめて困難である。
このような場合に、ボイラチューブへの取付け前または取付け時において、撓みのあるプロテクタにプレス加工などを行って機械的に矯正することも考えられるが、撓みの矯正作業は煩雑であり、また、撓みの矯正時に自溶合金の被膜が割れてしまうことがある。
なお、ボイラチューブに対してプロテクタが適正に取り付けられていない場合（例えば、ボイラチューブの外周面（保護対象面）からプロテクタの内周面が離間している場合）には、ボイラチューブによって十分に冷却されないためにプロテクタの温度が過大となり、その消耗速度が著しく増大することがある。
【００１１】
本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。
本発明の第１の目的は、耐摩耗性および耐腐食性に優れているとともに、基材に対する被膜の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属管材用プロテクタを製造する方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、耐摩耗性および耐腐食性に優れているとともに、基材に対する被膜の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属管材用プロテクタを提供することにある。
本発明の第３の目的は、耐摩耗性および耐腐食性に優れているとともに、基材に対する被膜の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属部材用プロテクタを製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記第１の目的を達成するために、本発明の金属管材用プロテクタの製造方法は、半円筒形のプロテクタ基材の外周面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜を形成する工程と、
前記プロテクタ基材の内周面を、円柱状または円筒状の基台の外周面に当接させることにより、前記プロテクタ基材を前記基台に装着し、前記プロテクタ基材が装着された前記基台に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、前記基台の半径方向であって、前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波誘導加熱によって前記溶射被膜を再溶融処理することにより、前記プロテクタ基材の外周面に自溶合金層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
（ａ）このような製造方法によれば、自溶合金の溶射被膜を再溶融処理することにより、耐摩耗性および耐腐食性に優れ、基材に対する密着性にも優れた被膜（自溶合金層）をプロテクタ基材の外周面に形成することができる。
【００１４】
（ｂ）また、円柱状または円筒状の基台にプロテクタ基材を装着した状態で溶射被膜の再溶融処理が施されるので、基台の有する撓み剛性によってプロテクタ基材が撓みにくくなり、得られるプロテクタの直線性が確保されやすくなる。
【００１５】
（ｃ）また、基台に対して軸方向の引張力（Ｘ）を付与することにより、プロテクタ基材の装着側が凸になるような基台（プロテクタ基材）の撓みが解消され、再溶融処理の際に、基台およびプロテクタ基材の直線性が維持される。
【００１６】
（ｄ）また、基台に対して軸方向の引張力（Ｘ）を付与することにより、自重によって下側（通常、プロテクタ基材の装着位置の反対側）が凸になるような基台（プロテクタ基材）の撓みが解消され、再溶融処理の際に、基台およびプロテクタ基材の直線性が維持される。
【００１７】
（ｅ）また、基台の半径方向（軸方向に直交する方向）であってプロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与することにより、再溶融処理の際に、プロテクタ基材の装着側が凸になるような基台およびプロテクタ基材の撓みを迅速に解消することができる。
【００１８】
（ｆ）また、基台の半径方向（軸方向に直交する方向）であってプロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与することにより、再溶融処理の際に、プロテクタ基材の装着位置の反対側が凸になるような基台およびプロテクタ基材の撓み状態（逆反り形状）を形成することができる。
そして、基台をこのような撓み状態（逆反り形状）にして再溶融処理することによれば、再溶融処理の際に基台およびプロテクタ基材の直線性を維持するだけでは直線性の良好なプロテクタを得ることができない場合であっても、形成した撓み状態（逆反り形状）によって、得られるプロテクタの直線性を十分に確保することができる。
【００１９】
（２）本発明の製造方法において、前記軸方向に離間する前記基台の複数の箇所において、前記基台の半径方向であって、前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与することが好ましい。
【００２０】
このような製造方法によれば、プロテクタ基材の装着側が凸になるような基台の撓みを迅速かつ容易に解消して、基台（プロテクタ基材）の直線性を維持することができるとともに、引張力（Ｙ）を調整することにより、プロテクタ基材の装着位置の反対側が凸になるような基台およびプロテクタ基材の撓み状態（逆反り形状）を迅速かつ容易に形成することができる。なお、引張力（Ｙ）が付与される複数の箇所のうち、少なくとも一箇所は、基台（プロテクタ基材）の軸方向の中央付近であることが好ましい。
【００２１】
（３）本発明の製造方法において、前記プロテクタ基材が装着された前記基台の直線性が維持されるように、前記引張力（Ｘ）および前記引張力（Ｙ）を調整することが好ましい。このような製造方法によれば、得られるプロテクタの直線性を向上させること（撓み量を減少させること）ができる。
【００２２】
（４）本発明の製造方法において、前記プロテクタ基材の装着位置の反対側が凸になるような基台の撓み状態（逆反り形状）が維持されるように、前記引張力（Ｙ）を調整することが好ましい。
このような製造方法によれば、再溶融処理の際に基台およびプロテクタ基材の直線性を維持するだけでは直線性の良好なプロテクタを得ることができない場合であっても、プロテクタ基材の装着位置の反対側が凸になるような基台の撓み（逆反り）によって、得られるプロテクタの直線性を十分に確保することができる。
【００２３】
（５）本発明の製造方法において、前記プロテクタ基材の内周面と前記基台の外周面との前記軸方向の摺動を許容した状態で、前記プロテクタ基材を前記基台に装着することが好ましい。
【００２４】
プロテクタ基材と基台が異種の金属材料からなる場合には、両者の線膨張率の差に起因して、再溶融処理時に仮止め溶接部が破断して、プロテクタ基材が基台から脱着したり、再溶融処理後にプロテクタ基材に応力が残留したりすることがある。
然るに、上記のような製造方法によれば、再溶融処理時において、プロテクタ基材の内周面と基台の外周面とが軸方向に摺動することにより、プロテクタ基材が基台から脱着したり、プロテクタ基材に応力が残留したりすることを回避することができる。
【００２５】
（６）本発明の製造方法において、前記プロテクタ基材が装着された前記基台の両端部以外の部分を支持体により支持しながら、前記溶射被膜を再溶融処理することが好ましい。 このような製造方法によれば、長尺のプロテクタ基材に形成された溶射被膜を再溶融処理する際に、自重によって下側が凸になるような長尺の基台（プロテクタ基材）の撓みを支持体で支持することによって防止（矯正）することができ、これにより、直線性に優れた長尺のプロテクタを製造することができる。
【００２６】
（７）上記第２の目的を達成するために、本発明の金属管材用プロテクタは、本発明の製造方法により得られ、長さが３０ｃｍ以上、好ましくは５０ｃｍ以上、更に好ましくは１ｍ以上で、撓み量が±１ｍｍ以内であることを特徴とする。
（８）本発明の金属管材用プロテクタは、熱交換器の伝熱管を保護するために当該伝熱管に取り付けられるものであることが好ましい。
（９）本発明の金属管材用プロテクタは、ボイラチューブを保護するために当該ボイラチューブに取り付けられるもの（ボイラチューブプロテクタ）であることが好ましい。
【００２７】
（１０）上記第３の目的を達成するために、金属部材用プロテクタの製造方法は、プロテクタ基材の一面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜を形成する工程と、
前記プロテクタ基材の他面を、柱状または筒状の基台の周面に当接させることにより、前記プロテクタ基材を前記基台に装着し、前記プロテクタ基材が装着された前記基台に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、前記軸方向に直交する方向であって前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波誘導加熱によって前記溶射被膜を再溶融処理することにより、前記プロテクタ基材の一面に自溶合金層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１〜６に係る製造方法によれば、耐摩耗性および耐腐食性に優れ、基材に対する被膜（自溶合金層）の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた寸法精度の高い金属管材用プロテクタを確実に製造することができる。
請求項７〜９に係る金属管材用プロテクタは、耐摩耗性および耐腐食性に優れ、基材に対する被膜（自溶合金層）の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れている。
請求項１０に係る製造方法によれば、耐摩耗性および耐腐食性に優れ、基材に対する被膜（自溶合金層）の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属部材用プロテクタを確実に製造することができる。得られたプロテクタは、例えば、燃焼室の内壁を構成するボイラ部品を保護するライニング材（ボイラ部品プロテクタ）などとして好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の製造方法の一実施形態を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図２】本発明の製造方法の他の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図３】本発明の製造方法の更に他の実施形態を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）の III−III 断面図である。
【図４】本発明の製造方法の更に他の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図５】本発明の製造方法（ボイラ部品プロテクタの製造方法）の実施形態を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】従来のボイラチューブプロテクタを示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のVI−VI断面図である。
【図７】図６に示したプロテクタがボイラチューブに取り付けられている状態を示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）の VII−VII 断面図、（Ｃ）は（Ａ）のVIII−VIII断面図である。
【図８】溶射被膜を再溶融処理して得られたプロテクタの撓み状態を誇張して示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本実施形態および後述する第２実施形態乃至第４実施形態では、金属管材用プロテクタであるボイラチューブプロテクタを製造する方法について説明する。
【００３１】
＜第１実施形態＞
本実施形態の製造方法は、半円筒形のプロテクタ基材の外周面に自溶合金の溶射被膜を形成する工程（溶射工程）と、このプロテクタ基材を基台に装着し、この基台に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、基台の半径方向であってプロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、プロテクタ基材の外周面に形成された溶射被膜を再溶融処理して自溶合金層を形成する工程（再溶融工程）とを含む。
本実施形態で使用されるプロテクタ基材は半円筒形（円筒を半割りした形状）を有し、その外径は、通常２５〜８０ｍｍとされ、その肉厚は、通常５〜１０ｍｍ程度とされる。プロテクタ基材の長さは、通常３０ｃｍ以上とされ、好ましくは１ｍ以上、更に好ましくは１．５ｍ以上とされる。３０ｃｍ以上の基材を使用する場合において、本発明の製造方法は特に効果的である。
プロテクタ基材を構成材料としては、ステンレス、炭素鋼、ＣｒＭｏ鋼などの低合金鋼、鋳鉄などの金属材料を挙げることができる。
【００３２】
溶射工程において、プロテクタ基材の外周面には自溶合金が溶射されて溶射被膜が形成される。本発明の製造方法で使用する自溶合金としては、金属材料（基材）に、耐摩耗性および耐食性を付与しうる公知の自溶合金を挙げることができるが、好ましい自溶合金として、Ｂの割合が１〜５質量％、Ｓｉの割合が１〜５質量％、Ｃｒの割合が１０〜４０質量％、Ｍｏの割合が０．０〜４質量％、Ｃの割合が１質量％以下であるＮｉ基合金を挙げることができる。
溶射処理方法としては、従来公知の方法を採用することができる。なお、必要に応じて、被処理面にショットブラストなどの表面洗浄処理を施してもよい。
【００３３】
プロテクタ基材の外周面に形成された溶射被膜は１０００〜１１００℃程度の温度で再溶融して緻密な被膜（自溶合金層）となり、その耐久性（耐摩耗性・耐食性）が更に向上する。ここに、本実施形態の製造方法により形成される自溶合金層の厚さとしては、通常０．５〜５ｍｍとされる。
【００３４】
再溶融工程（溶射被膜の再溶融処理）は、図１に示すような装置を使用し、この装置を構成する円柱状の基台２０に、溶射被膜１１Ａが形成されたプロテクタ基材１０を装着した状態で行われる。
図１において、３０は、基台２０の両端部を摺動自在に支持する支持体、４０は、引張ワイヤ４０Ｗを介して基台２０を軸方向に引張する引張手段、５０は、軸方向に離間する三箇所（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）において、引張ワイヤ５０Ｗを介して基台２０を下側に引張する引張手段、６０は、溶射被膜１１Ａの加熱手段である半円筒形の高周波コイルである。
【００３５】
図１に示すように、基台２０は、その軸方向が水平になるように、その両端部が支持体３０，３０によって支持されている。ここに、基台２０は、支持体３０，３０に対して、軸方向に摺動自在である。基台２０の長さとしては、プロテクタ基材１０の長さより０．４〜１ｍ程度長いことが好ましい。基台２０の構成材料としては、例えば炭素鋼を挙げることができる。
【００３６】
プロテクタ基材１０は、その内周面を基台２０の外周面（上側の半周面）に当接させた状態で、基台２０の外周面に対してスポット溶接により仮止め固定されている（互いに当接するプロテクタ基材１０の内周面と、基台２０の外周面とは、実質的に同じ曲率である）。図１においてＳは溶接部である。これにより、プロテクタ基材１０は基台２０と一体的に挙動し、再溶融処理の際には、同一の形状（直線または撓み形状）を維持することができる。
そして、基台２０にプロテクタ基材１０を装着した状態で再溶融処理が行われることにより、円柱状の基台２０の有する高い撓み剛性によってプロテクタ基材１０が撓みにくくなり、この結果、得られるプロテクタの直線性が確保されやすくなる。
【００３７】
本実施形態において、溶射被膜１１Ａの再溶融処理は、基台２０の軸方向（水平方向）に移動する高周波コイル６０による誘導加熱によって行われる。これにより、電気炉などによる加熱では処理できない長さのプロテクタ基材であっても確実に処理して、プロテクタを製造することができる。
【００３８】
また、本実施形態において、溶射被膜１１Ａの再溶融処理は、プロテクタ基材１０が装着された基台２０に対して、その軸方向に引張手段４０による引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、基台２０の軸方向に離間する三箇所（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）において、下方向（基台２０の半径方向であって、プロテクタ基材１０の装着位置とは反対方向）に引張手段５０による引張力（Ｙ）を付与することによって基台２０およびプロテクタ基材１０の直線性（水平度）を維持し、この状態で、高周波コイル６０を軸方向（水平方向）に移動させることにより行われる。
【００３９】
溶射被膜１１Ａの再溶融処理において、基台２０に装着されたプロテクタ基材１０は、単独で再溶融処理される場合と比較して撓みにくいものであるが、再溶融処理の際に、部分的に高温（１０００℃以上）となる基台２０（プロテクタ基材１０）には、不可避的に撓みが生じる。
再溶融処理の際に生じる基台２０の撓みとしては、上側（プロテクタ基材１０の装着側）が凸になるような撓み、基台２０の自重などにより下側（プロテクタ基材１０の装着位置の反対側）が凸になるような撓みがある。
【００４０】
そこで、本実施形態の製造方法では、プロテクタ基材１０が装着されている基台２０に対して、その軸方向に引張手段４０による引張力（Ｘ）を付与する。これにより基台２０の撓みを解消することができ、再溶融処理の際に、基台２０およびプロテクタ基材１０の直線性が維持される。
【００４１】
さらに、基台２０の軸方向に離間する三箇所（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の各々において、下方向に引張手段５０による引張力（Ｙ）を付与することにより、上側が凸になるような基台２０の撓みを迅速に解消することができ、これにより、再溶融処理の際に、基台２０およびプロテクタ基材１０の直線性が維持される。
【００４２】
再溶融工程の終了後、溶接部Ｓをグラインダなどで除去し、プロテクタ基材１０の外周面に自溶合金層１１Ｂが形成されてなるプロテクタが、基台２０から取り外される。
【００４３】
本実施形態の製造方法によれば、プロテクタ基材１０を基台２０に装着するとともに、プロテクタ基材１０が装着されている基台２０の直線性が維持されるように、引張力（Ｘ）および引張力（Ｙ）を調整することにより、得られるプロテクタの直線性を向上させることができる。本実施形態の製造方法により得られたプロテクタの撓み量としては、通常±１ｍｍ以内であって寸法精度の高いものである。
【００４４】
＜第２実施形態＞
本実施形態の製造方法は、再溶融工程において、第１実施形態で使用したものと同様の装置を使用し、図２に示すように下側（プロテクタ基材１０の装着位置の反対側）が凸になるような基台２０の撓み状態（逆反り形状）が維持されるように、引張力（Ｙ）を調整しながら、高周波コイル６０を水平方向に移動させることにより、溶着被膜１１Ａを誘導加熱して自溶合金層１１Ｂを形成する点に特徴がある。
【００４５】
本発明者らが検討したところ、プロテクタ基材１０の材質によっては、再溶融処理の際に基台２０の直線性を維持するだけでは、直線性の良好なプロテクタを得ることができない場合があった。
そこで、このような場合（プロテクタ基材１０の材質）において、基台２０（プロテクタ基材１０）を図２に示したような撓み状態（逆反り形状）とし、この状態を維持しながら、溶射被膜１１Ａを再溶融処理したところ、直線性の優れたプロテクタを得ることができた。本実施形態の製造方法は、このような知見に基づくものである。
【００４６】
このような撓み状態（逆反り形状）は、例えば、基台２０の中央に位置する部位２０ｂに対する引張力（Ｙ）を、他の部位２０ａ，２０ｃに対する引張力（Ｙ）より大きくすることにより形成することができる。
ここに、逆反り形状における撓み量としては、例えば、プロテクタ基材１０の長さの−０．０１〜−１．０％とされる。
【００４７】
＜第３実施形態＞
本実施形態の製造方法は、再溶融工程において図３に示すような装置を使用することにより、プロテクタ基材１０の内周面と、基台２０の外周面との軸方向の摺動を許容した状態で、プロテクタ基材１０を基台２０に装着し、この基台２０の直線性が維持されるように、引張力（Ｘ）および引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波コイル６０を軸方向（水平方向）に移動させることにより、溶着被膜１１Ａを誘導加熱して自溶合金層１１Ｂを形成する点に特徴がある。
【００４８】
図３において、７０は、プロテクタ基材１０を基台２０に装着させるためのガイド部材である。図３に示す装置においては、１２個〔図３（Ａ）に図示されている６個と、これらと同じ軸方向位置で紙面の反対側に位置する図３（Ａ）には図示されていない６個）〕のガイド部材７０が、基台２０の外周面に溶接により固定されることによって配置されている。図３（Ｂ）において、Ｗは溶接部である。
なお、ガイド部材７０の固定方法としては溶接に限定されず、例えばネジ止めによって固定することもできる。
【００４９】
図３（Ｂ）に示すように、ガイド部材７０は、金属板をＬ字状に折り曲げて形成されている。なお、プロテクタ基材１０の外周面に当接するガイド部材７０の内周面は、プロテクタ基材１０の外周面形状に沿って湾曲している。
プロテクタ基材１０は、その両側部１０１，１０２が、基台２０の外周面と、ガイド部材７０の内周面との間に緩く挟持され、軸方向には移動（スライド）可能であるが、半径方向（上下方向）には移動できない（プロテクタ基材１０の内周面が、基台２０の外周面から離間できない）状態で基台２０に装着されている。この場合においても、プロテクタ基材１０は基台２０と一体的に挙動し、再溶融処理の際に、同一の形状（直線または撓み形状）を維持することができる。
【００５０】
本実施形態の製造方法によれば、プロテクタ基材１０と基台２０とが線膨張率が異なる異種の金属材料から構成される場合であっても、再溶融処理時においてプロテクタ基材１０の内周面と基台２０の外周面とを軸方向に摺動させることにより、線膨張率の差に起因する問題（溶融処理時にプロテクタ基材１０が基台２０から脱着したり、再溶融処理後にプロテクタ基材１０に応力が残留したりする問題）を回避することができる。
また、本実施形態の製造方法によれば、プロテクタ基材１０の装着操作、プロテクタの脱着操作が容易で、生産性に優れている。
【００５１】
なお、プロテクタ基材１０の外周面に形成されている溶着被膜１１Ａのうち、ガイド部材７０の内周面が接触している部分の溶着被膜については、これを再溶融させることができないが、プロテクタの両側部１０１，１０２は相対的に消耗されにく部分であるために、通常問題とならない。また、本実施形態の製造方法により得られたプロテクタをボイラチューブに取り付ける際に、再溶融されなかった部分を、取付け治具（図７参照）との溶接部とすることもできる。
【００５２】
＜第４実施形態＞
本実施形態の製造方法は、再溶融工程において図４に示すような装置を使用し、長尺のプロテクタ基材１０Ｌが装着された基台２０Ｌの中央部分を支持体３３により摺動自在に支持するとともに、引張力（Ｘ）および引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波コイル６０を軸方向（水平方向）に移動させることにより、プロテクタ基材１０Ｌの外周面上の溶着被膜１１Ａを誘導加熱して自溶合金層１１Ｂを形成する点に特徴がある。
ここに、本実施形態で使用するのに好適な長尺のプロテクタ基材１０Ｌの長さとしては、通常１ｍ以上とされ、好ましくは１〜１０ｍとされる。
また、本実施形態で使用する装置を構成する基台２０Ｌの長さとしては、プロテクタ基材１０Ｌの長さより０．５ｍ以上長いことが好ましい。
【００５３】
長尺のプロテクタ基材１０Ｌを基台２０Ｌに装着するための手段（図示省略）としては、両者の熱膨張率の差による影響が大きいことを考慮して、図３に示したようなガイド部材（７０）を採用し、プロテクタ基材１０Ｌの内周面と基台２０Ｌの外周面との軸方向の摺動を許容した状態で、プロテクタ基材１０Ｌを基台２０Ｌに装着することが好ましい。 本実施形態の製造方法によれば、自重によって下側が凸になるような基台２０Ｌ（プロテクタ基材１０Ｌ）の撓みを支持体３３によって防止することができ、これにより、直線性に優れた長尺のプロテクタを製造することができる。
なお、図４には、基台２０Ｌの両端部以外の部分を支持する支持体３３は１つであったが、そのような支持体を２つ以上設けることも可能である。この場合において、支持体の配置間隔としては１．０〜２．０ｍであることが好ましい。
【００５４】
＜第５実施形態（ボイラ部品プロテクタの製造方法）＞
本実施形態の製造方法は、金属部材用プロテクタであるボイラ部品プロテクタを製造する方法であって、板状のプロテクタ基材の一面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜を形成する工程（溶射工程）と、図５に示したような装置を使用し、プロテクタ基材１５の他面を、角柱状の基台２５の周面（上面）に当接させることにより、プロテクタ基材１５を基台２５に装着し、この基台２５に対して、その軸方向に引張手段４０による引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、基台２５の軸方向に離間する三箇所（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）において下方向（軸方向に直交する方向であって、プロテクタ基材１５の装着位置とは反対方向）に引張手段５０による引張力（Ｙ）を付与することによって基台２５およびプロテクタ基材１５の直線性（水平度）を維持しながら、高周波コイル６５を軸方向（水平方向）に移動させて溶射被膜１１Ａを再溶融処理することにより、プロテクタ基材１５の一面に自溶合金層１１Ｂを形成する工程（再溶融工程）とを含む。
【００５５】
再溶融工程（溶射被膜の再溶融処理）は、図５に示すような装置を使用し、この装置を構成する角柱状の基台２５に、溶射被膜１１Ａが形成されたプロテクタ基材１５を装着した状態で行われる。
図１において、３５は、基台２５の両端部を摺動自在に支持する支持体、６５は、溶射被膜１１Ａを再溶融させるための加熱手段としての半角筒状の高周波コイル、７５は、プロテクタ基材１５を基台２５に装着させるためのガイド部材である。図５に示す装置においては、１２個〔図５（Ａ）に図示されている６個と、これらと同じ軸方向位置で紙面の反対側に位置する図５（Ａ）には図示されていない６個）〕のガイド部材７５が、基台２０の外周面に溶接により固定されることによって配置されている。図５（Ｂ）において、Ｗは溶接部である。なお、ガイド部材７５の固定方法としては溶接に限定されず、例えばネジ止めによって固定することもできる。
【００５６】
図５（Ｂ）に示すように、ガイド部材７５は、金属板をＬ字状に折り曲げて形成されている。プロテクタ基材１５は、その両側部１５１，１５２が、基台２５の上面と、ガイド部材７５の内周面との間に緩く挟持されることにより、軸方向には移動（スライド）可能であるが上下方向には移動できない（プロテクタ基材１５の他面が、基台２５の上面から離間できない）状態で基台２５に装着されている。
【００５７】
本実施形態の製造方法によれば、耐摩耗性および耐腐食性に優れ、プロテクタ基材１５に対する被膜（自溶合金層１１Ｂ）の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れたボイラ部品プロテクタを確実に製造することができる。
本実施形態の製造方法により得られたプロテクタは、例えば、燃焼室の内壁を構成するボイラ部品を保護するライニング材などとして好適に使用することができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の製造方法は、これらに限定されるものではない。
また、本発明の製造方法によって得られるプロテクタは、ボイラチューブプロテクタやボイラ部品プロテクタに限定されるものではなく、例えば、ボイラ以外の熱交換器、化学プラント、船舶などを構成する各種配管および金属部材を保護するためのプロテクタとして好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ プロテクタ基材
１１Ａ 溶射被膜
１１Ｂ 自溶合金層
２０ 基台
３０ 支持体
３３ 支持体
４０ 引張手段
４０Ｗ 引張ワイヤ
５０ 引張手段
５０Ｗ 引張ワイヤ
６０ 高周波コイル
７０ ガイド部材
１０Ｌ プロテクタ基材
２０Ｌ 基台
１５ プロテクタ基材
２５ 基台
３５ 支持体
６５ 高周波コイル
７５ ガイド部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管材用プロテクタの製造方法に関し、さらに詳しくは、磨耗および腐食からボイラチューブなどの金属管材を保護するために取り付けられるプロテクタであって、耐摩耗性および耐腐食性に優れているとともに、基材に対する被膜の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属管材用プロテクタを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚ボイラ、ごみ焼却ボイラ、流動床ボイラなどにおいて、燃焼煤塵や流動媒体などによるボイラ部品の磨耗（エロージョン）が問題となる。また、ボイラにおける燃焼温度の高温化などに伴い、ボイラ部品の腐食（コロージョン）も問題となっている。
【０００３】
ボイラ部品であるボイラチューブを磨耗や腐食から保護するための手段として、図６に示すような半円筒形のプロテクタ１（ボイラチューブプロテクタ）が知られている。
【０００４】
図７は、図６に示すプロテクタ１がボイラチューブ２に取り付けられている状態を示している。図７に示すように、プロテクタ１は、磨耗・腐食環境に曝されるボイラチューブ２の保護対象面３を覆うように被せられ、その両端部において、取付け治具５（保護対象面３と反対側のボイラチューブ２の外周面４に当接される半円環状の取付け治具）に溶接されることによりボイラチューブ２に取付けられている。図７（Ｂ）において、Ｗは溶接部である。
【０００５】
図６および図７に示したプロテクタ１は、ステンレスなどの金属材料からなる。また、かかるボイラチューブプロテクタの外周面にセラミックの溶射被膜を形成することにより、耐摩耗性および耐腐食性を向上させることが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２６２３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のプロテクタのように、セラミックの溶射被膜を形成してなるボイラチューブプロテクタは、プロテクタ基材（金属材料）に対する溶射被膜（セラミック）の密着性が十分ではなく、また、十分な膜厚で耐久性の良好な溶射被膜を形成することができない。
【０００８】
そこで、本発明者は、耐摩耗性および耐食性に優れているとともに、金属材料との密着性が良好で、厚膜形成も可能である自溶合金層（溶射−再溶融処理による被膜）をプロテクタ基材の外周面に形成することについて検討を行った。
【０００９】
しかしながら、半円筒形状のプロテクタ基材の外周面に自溶合金を溶射し、溶射被膜を再溶融処理（フェージング）したところ、図８に示すように、得られたプロテクタ６は、外周面側が凸になるような撓みを生じて直線性に劣るものであった。
一例を示すと、長さ（Ｌ）が１ｍの半円筒形のプロテクタ基材の外周面に対して自溶合金を溶射し、溶射被膜を再溶融処理したところ、得られたプロテクタの撓み量（ｄ）は０．５ｍｍ程度であった。このような撓みは、円筒状の基材（例えばチューブ自体）に形成した溶射被膜に対して再溶融処理を行う場合には生じないものである。
【００１０】
このような撓みのあるプロテクタを直管状のボイラチューブに取り付けることは不可能またはきわめて困難である。
このような場合に、ボイラチューブへの取付け前または取付け時において、撓みのあるプロテクタにプレス加工などを行って機械的に矯正することも考えられるが、撓みの矯正作業は煩雑であり、また、撓みの矯正時に自溶合金の被膜が割れてしまうことがある。
なお、ボイラチューブに対してプロテクタが適正に取り付けられていない場合（例えば、ボイラチューブの外周面（保護対象面）からプロテクタの内周面が離間している場合）には、ボイラチューブによって十分に冷却されないためにプロテクタの温度が過大となり、その消耗速度が著しく増大することがある。
【００１１】
本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。
本発明の第１の目的は、耐摩耗性および耐腐食性に優れているとともに、基材に対する被膜の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属管材用プロテクタを製造する方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、耐摩耗性および耐腐食性に優れているとともに、基材に対する被膜の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属管材用プロテクタを提供することにある。
本発明の第３の目的は、耐摩耗性および耐腐食性に優れているとともに、基材に対する被膜の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属部材用プロテクタを製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記第１の目的を達成するために、本発明の金属管材用プロテクタの製造方法は、半円筒形のプロテクタ基材の外周面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜を形成する工程と、
前記プロテクタ基材の内周面を、円柱状または円筒状の基台の外周面に当接させることにより、前記プロテクタ基材を前記基台に装着し、前記プロテクタ基材が装着された前記基台に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、前記基台の半径方向であって、前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波誘導加熱によって前記溶射被膜を再溶融処理することにより、前記プロテクタ基材の外周面に自溶合金層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
（ａ）このような製造方法によれば、自溶合金の溶射被膜を再溶融処理することにより、耐摩耗性および耐腐食性に優れ、基材に対する密着性にも優れた被膜（自溶合金層）をプロテクタ基材の外周面に形成することができる。
【００１４】
（ｂ）また、円柱状または円筒状の基台にプロテクタ基材を装着した状態で溶射被膜の再溶融処理が施されるので、基台の有する撓み剛性によってプロテクタ基材が撓みにくくなり、得られるプロテクタの直線性が確保されやすくなる。
【００１５】
（ｃ）また、基台に対して軸方向の引張力（Ｘ）を付与することにより、プロテクタ基材の装着側が凸になるような基台（プロテクタ基材）の撓みが解消され、再溶融処理の際に、基台およびプロテクタ基材の直線性が維持される。
【００１６】
（ｄ）また、基台に対して軸方向の引張力（Ｘ）を付与することにより、自重によって下側（通常、プロテクタ基材の装着位置の反対側）が凸になるような基台（プロテクタ基材）の撓みが解消され、再溶融処理の際に、基台およびプロテクタ基材の直線性が維持される。
【００１７】
（ｅ）また、基台の半径方向（軸方向に直交する方向）であってプロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与することにより、再溶融処理の際に、プロテクタ基材の装着側が凸になるような基台およびプロテクタ基材の撓みを迅速に解消することができる。
【００１８】
（ｆ）また、基台の半径方向（軸方向に直交する方向）であってプロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与することにより、再溶融処理の際に、プロテクタ基材の装着位置の反対側が凸になるような基台およびプロテクタ基材の撓み状態（逆反り形状）を形成することができる。
そして、基台をこのような撓み状態（逆反り形状）にして再溶融処理することによれば、再溶融処理の際に基台およびプロテクタ基材の直線性を維持するだけでは直線性の良好なプロテクタを得ることができない場合であっても、形成した撓み状態（逆反り形状）によって、得られるプロテクタの直線性を十分に確保することができる。
【００１９】
（２）本発明の製造方法において、前記軸方向に離間する前記基台の複数の箇所において、前記基台の半径方向であって、前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与することが好ましい。
【００２０】
このような製造方法によれば、プロテクタ基材の装着側が凸になるような基台の撓みを迅速かつ容易に解消して、基台（プロテクタ基材）の直線性を維持することができるとともに、引張力（Ｙ）を調整することにより、プロテクタ基材の装着位置の反対側が凸になるような基台およびプロテクタ基材の撓み状態（逆反り形状）を迅速かつ容易に形成することができる。なお、引張力（Ｙ）が付与される複数の箇所のうち、少なくとも一箇所は、基台（プロテクタ基材）の軸方向の中央付近であることが好ましい。
【００２１】
（３）本発明の製造方法において、前記プロテクタ基材が装着された前記基台の直線性が維持されるように、前記引張力（Ｘ）および前記引張力（Ｙ）を調整することが好ましい。このような製造方法によれば、得られるプロテクタの直線性を向上させること（撓み量を減少させること）ができる。
【００２２】
（４）本発明の製造方法において、前記プロテクタ基材の装着位置の反対側が凸になるような基台の撓み状態（逆反り形状）が維持されるように、前記引張力（Ｙ）を調整することが好ましい。
このような製造方法によれば、再溶融処理の際に基台およびプロテクタ基材の直線性を維持するだけでは直線性の良好なプロテクタを得ることができない場合であっても、プロテクタ基材の装着位置の反対側が凸になるような基台の撓み（逆反り）によって、得られるプロテクタの直線性を十分に確保することができる。
【００２３】
（５）本発明の製造方法において、前記プロテクタ基材の内周面と前記基台の外周面との前記軸方向の摺動を許容した状態で、前記プロテクタ基材を前記基台に装着することが好ましい。
【００２４】
プロテクタ基材と基台が異種の金属材料からなる場合には、両者の線膨張率の差に起因して、再溶融処理時に仮止め溶接部が破断して、プロテクタ基材が基台から脱着したり、再溶融処理後にプロテクタ基材に応力が残留したりすることがある。
然るに、上記のような製造方法によれば、再溶融処理時において、プロテクタ基材の内周面と基台の外周面とが軸方向に摺動することにより、プロテクタ基材が基台から脱着したり、プロテクタ基材に応力が残留したりすることを回避することができる。
【００２５】
（６）本発明の製造方法において、前記プロテクタ基材が装着された前記基台の両端部以外の部分を支持体により支持しながら、前記溶射被膜を再溶融処理することが好ましい。 このような製造方法によれば、長尺のプロテクタ基材に形成された溶射被膜を再溶融処理する際に、自重によって下側が凸になるような長尺の基台（プロテクタ基材）の撓みを支持体で支持することによって防止（矯正）することができ、これにより、直線性に優れた長尺のプロテクタを製造することができる。
【００２６】
（７）上記第２の目的を達成するために、本発明の金属管材用プロテクタは、本発明の製造方法により得られ、長さが３０ｃｍ以上、好ましくは５０ｃｍ以上、更に好ましくは１ｍ以上で、撓み量が±１ｍｍ以内であることを特徴とする。
（８）本発明の金属管材用プロテクタは、熱交換器の伝熱管を保護するために当該伝熱管に取り付けられるものであることが好ましい。
（９）本発明の金属管材用プロテクタは、ボイラチューブを保護するために当該ボイラチューブに取り付けられるもの（ボイラチューブプロテクタ）であることが好ましい。
【００２７】
（１０）上記第３の目的を達成するために、金属部材用プロテクタの製造方法は、プロテクタ基材の一面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜を形成する工程と、
前記プロテクタ基材の他面を、柱状または筒状の基台の周面に当接させることにより、前記プロテクタ基材を前記基台に装着し、前記プロテクタ基材が装着された前記基台に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、前記軸方向に直交する方向であって前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波誘導加熱によって前記溶射被膜を再溶融処理することにより、前記プロテクタ基材の一面に自溶合金層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１〜６に係る製造方法によれば、耐摩耗性および耐腐食性に優れ、基材に対する被膜（自溶合金層）の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた寸法精度の高い金属管材用プロテクタを確実に製造することができる。
請求項７〜９に係る金属管材用プロテクタは、耐摩耗性および耐腐食性に優れ、基材に対する被膜（自溶合金層）の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れている。
請求項１０に係る製造方法によれば、耐摩耗性および耐腐食性に優れ、基材に対する被膜（自溶合金層）の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れた金属部材用プロテクタを確実に製造することができる。得られたプロテクタは、例えば、燃焼室の内壁を構成するボイラ部品を保護するライニング材（ボイラ部品プロテクタ）などとして好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の製造方法の一実施形態を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図２】本発明の製造方法の他の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図３】本発明の製造方法の更に他の実施形態を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）の III−III 断面図である。
【図４】本発明の製造方法の更に他の実施形態を模式的に示す正面図である。
【図５】本発明の製造方法（ボイラ部品プロテクタの製造方法）の実施形態を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】従来のボイラチューブプロテクタを示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のVI−VI断面図である。
【図７】図６に示したプロテクタがボイラチューブに取り付けられている状態を示す説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）の VII−VII 断面図、（Ｃ）は（Ａ）のVIII−VIII断面図である。
【図８】溶射被膜を再溶融処理して得られたプロテクタの撓み状態を誇張して示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本実施形態および後述する第２実施形態乃至第４実施形態では、金属管材用プロテクタであるボイラチューブプロテクタを製造する方法について説明する。
【００３１】
＜第１実施形態＞
本実施形態の製造方法は、半円筒形のプロテクタ基材の外周面に自溶合金の溶射被膜を形成する工程（溶射工程）と、このプロテクタ基材を基台に装着し、この基台に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、基台の半径方向であってプロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、プロテクタ基材の外周面に形成された溶射被膜を再溶融処理して自溶合金層を形成する工程（再溶融工程）とを含む。
本実施形態で使用されるプロテクタ基材は半円筒形（円筒を半割りした形状）を有し、その外径は、通常２５〜８０ｍｍとされ、その肉厚は、通常５〜１０ｍｍ程度とされる。プロテクタ基材の長さは、通常３０ｃｍ以上とされ、好ましくは１ｍ以上、更に好ましくは１．５ｍ以上とされる。３０ｃｍ以上の基材を使用する場合において、本発明の製造方法は特に効果的である。
プロテクタ基材を構成材料としては、ステンレス、炭素鋼、ＣｒＭｏ鋼などの低合金鋼、鋳鉄などの金属材料を挙げることができる。
【００３２】
溶射工程において、プロテクタ基材の外周面には自溶合金が溶射されて溶射被膜が形成される。本発明の製造方法で使用する自溶合金としては、金属材料（基材）に、耐摩耗性および耐食性を付与しうる公知の自溶合金を挙げることができるが、好ましい自溶合金として、Ｂの割合が１〜５質量％、Ｓｉの割合が１〜５質量％、Ｃｒの割合が１０〜４０質量％、Ｍｏの割合が０．０〜４質量％、Ｃの割合が１質量％以下であるＮｉ基合金を挙げることができる。
溶射処理方法としては、従来公知の方法を採用することができる。なお、必要に応じて、被処理面にショットブラストなどの表面洗浄処理を施してもよい。
【００３３】
プロテクタ基材の外周面に形成された溶射被膜は１０００〜１１００℃程度の温度で再溶融して緻密な被膜（自溶合金層）となり、その耐久性（耐摩耗性・耐食性）が更に向上する。ここに、本実施形態の製造方法により形成される自溶合金層の厚さとしては、通常０．５〜５ｍｍとされる。
【００３４】
再溶融工程（溶射被膜の再溶融処理）は、図１に示すような装置を使用し、この装置を構成する円柱状の基台２０に、溶射被膜１１Ａが形成されたプロテクタ基材１０を装着した状態で行われる。
図１において、３０は、基台２０の両端部を摺動自在に支持する支持体、４０は、引張ワイヤ４０Ｗを介して基台２０を軸方向に引張する引張手段、５０は、軸方向に離間する三箇所（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）において、引張ワイヤ５０Ｗを介して基台２０を下側に引張する引張手段、６０は、溶射被膜１１Ａの加熱手段である半円筒形の高周波コイルである。
【００３５】
図１に示すように、基台２０は、その軸方向が水平になるように、その両端部が支持体３０，３０によって支持されている。ここに、基台２０は、支持体３０，３０に対して、軸方向に摺動自在である。基台２０の長さとしては、プロテクタ基材１０の長さより０．４〜１ｍ程度長いことが好ましい。基台２０の構成材料としては、例えば炭素鋼を挙げることができる。
【００３６】
プロテクタ基材１０は、その内周面を基台２０の外周面（上側の半周面）に当接させた状態で、基台２０の外周面に対してスポット溶接により仮止め固定されている（互いに当接するプロテクタ基材１０の内周面と、基台２０の外周面とは、実質的に同じ曲率である）。図１においてＳは溶接部である。これにより、プロテクタ基材１０は基台２０と一体的に挙動し、再溶融処理の際には、同一の形状（直線または撓み形状）を維持することができる。
そして、基台２０にプロテクタ基材１０を装着した状態で再溶融処理が行われることにより、円柱状の基台２０の有する高い撓み剛性によってプロテクタ基材１０が撓みにくくなり、この結果、得られるプロテクタの直線性が確保されやすくなる。
【００３７】
本実施形態において、溶射被膜１１Ａの再溶融処理は、基台２０の軸方向（水平方向）に移動する高周波コイル６０による誘導加熱によって行われる。これにより、電気炉などによる加熱では処理できない長さのプロテクタ基材であっても確実に処理して、プロテクタを製造することができる。
【００３８】
また、本実施形態において、溶射被膜１１Ａの再溶融処理は、プロテクタ基材１０が装着された基台２０に対して、その軸方向に引張手段４０による引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、基台２０の軸方向に離間する三箇所（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）において、下方向（基台２０の半径方向であって、プロテクタ基材１０の装着位置とは反対方向）に引張手段５０による引張力（Ｙ）を付与することによって基台２０およびプロテクタ基材１０の直線性（水平度）を維持し、この状態で、高周波コイル６０を軸方向（水平方向）に移動させることにより行われる。
【００３９】
溶射被膜１１Ａの再溶融処理において、基台２０に装着されたプロテクタ基材１０は、単独で再溶融処理される場合と比較して撓みにくいものであるが、再溶融処理の際に、部分的に高温（１０００℃以上）となる基台２０（プロテクタ基材１０）には、不可避的に撓みが生じる。
再溶融処理の際に生じる基台２０の撓みとしては、上側（プロテクタ基材１０の装着側）が凸になるような撓み、基台２０の自重などにより下側（プロテクタ基材１０の装着位置の反対側）が凸になるような撓みがある。
【００４０】
そこで、本実施形態の製造方法では、プロテクタ基材１０が装着されている基台２０に対して、その軸方向に引張手段４０による引張力（Ｘ）を付与する。これにより基台２０の撓みを解消することができ、再溶融処理の際に、基台２０およびプロテクタ基材１０の直線性が維持される。
【００４１】
さらに、基台２０の軸方向に離間する三箇所（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の各々において、下方向に引張手段５０による引張力（Ｙ）を付与することにより、上側が凸になるような基台２０の撓みを迅速に解消することができ、これにより、再溶融処理の際に、基台２０およびプロテクタ基材１０の直線性が維持される。
【００４２】
再溶融工程の終了後、溶接部Ｓをグラインダなどで除去し、プロテクタ基材１０の外周面に自溶合金層１１Ｂが形成されてなるプロテクタが、基台２０から取り外される。
【００４３】
本実施形態の製造方法によれば、プロテクタ基材１０を基台２０に装着するとともに、プロテクタ基材１０が装着されている基台２０の直線性が維持されるように、引張力（Ｘ）および引張力（Ｙ）を調整することにより、得られるプロテクタの直線性を向上させることができる。本実施形態の製造方法により得られたプロテクタの撓み量としては、通常±１ｍｍ以内であって寸法精度の高いものである。
【００４４】
＜第２実施形態＞
本実施形態の製造方法は、再溶融工程において、第１実施形態で使用したものと同様の装置を使用し、図２に示すように下側（プロテクタ基材１０の装着位置の反対側）が凸になるような基台２０の撓み状態（逆反り形状）が維持されるように、引張力（Ｙ）を調整しながら、高周波コイル６０を水平方向に移動させることにより、溶着被膜１１Ａを誘導加熱して自溶合金層１１Ｂを形成する点に特徴がある。
【００４５】
本発明者らが検討したところ、プロテクタ基材１０の材質によっては、再溶融処理の際に基台２０の直線性を維持するだけでは、直線性の良好なプロテクタを得ることができない場合があった。
そこで、このような場合（プロテクタ基材１０の材質）において、基台２０（プロテクタ基材１０）を図２に示したような撓み状態（逆反り形状）とし、この状態を維持しながら、溶射被膜１１Ａを再溶融処理したところ、直線性の優れたプロテクタを得ることができた。本実施形態の製造方法は、このような知見に基づくものである。
【００４６】
このような撓み状態（逆反り形状）は、例えば、基台２０の中央に位置する部位２０ｂに対する引張力（Ｙ）を、他の部位２０ａ，２０ｃに対する引張力（Ｙ）より大きくすることにより形成することができる。
ここに、逆反り形状における撓み量としては、例えば、プロテクタ基材１０の長さの−０．０１〜−１．０％とされる。
【００４７】
＜第３実施形態＞
本実施形態の製造方法は、再溶融工程において図３に示すような装置を使用することにより、プロテクタ基材１０の内周面と、基台２０の外周面との軸方向の摺動を許容した状態で、プロテクタ基材１０を基台２０に装着し、この基台２０の直線性が維持されるように、引張力（Ｘ）および引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波コイル６０を軸方向（水平方向）に移動させることにより、溶着被膜１１Ａを誘導加熱して自溶合金層１１Ｂを形成する点に特徴がある。
【００４８】
図３において、７０は、プロテクタ基材１０を基台２０に装着させるためのガイド部材である。図３に示す装置においては、１２個〔図３（Ａ）に図示されている６個と、これらと同じ軸方向位置で紙面の反対側に位置する図３（Ａ）には図示されていない６個）〕のガイド部材７０が、基台２０の外周面に溶接により固定されることによって配置されている。図３（Ｂ）において、Ｗは溶接部である。
なお、ガイド部材７０の固定方法としては溶接に限定されず、例えばネジ止めによって固定することもできる。
【００４９】
図３（Ｂ）に示すように、ガイド部材７０は、金属板をＬ字状に折り曲げて形成されている。なお、プロテクタ基材１０の外周面に当接するガイド部材７０の内周面は、プロテクタ基材１０の外周面形状に沿って湾曲している。
プロテクタ基材１０は、その両側部１０１，１０２が、基台２０の外周面と、ガイド部材７０の内周面との間に緩く挟持され、軸方向には移動（スライド）可能であるが、半径方向（上下方向）には移動できない（プロテクタ基材１０の内周面が、基台２０の外周面から離間できない）状態で基台２０に装着されている。この場合においても、プロテクタ基材１０は基台２０と一体的に挙動し、再溶融処理の際に、同一の形状（直線または撓み形状）を維持することができる。
【００５０】
本実施形態の製造方法によれば、プロテクタ基材１０と基台２０とが線膨張率が異なる異種の金属材料から構成される場合であっても、再溶融処理時においてプロテクタ基材１０の内周面と基台２０の外周面とを軸方向に摺動させることにより、線膨張率の差に起因する問題（溶融処理時にプロテクタ基材１０が基台２０から脱着したり、再溶融処理後にプロテクタ基材１０に応力が残留したりする問題）を回避することができる。
また、本実施形態の製造方法によれば、プロテクタ基材１０の装着操作、プロテクタの脱着操作が容易で、生産性に優れている。
【００５１】
なお、プロテクタ基材１０の外周面に形成されている溶着被膜１１Ａのうち、ガイド部材７０の内周面が接触している部分の溶着被膜については、これを再溶融させることができないが、プロテクタの両側部１０１，１０２は相対的に消耗されにく部分であるために、通常問題とならない。また、本実施形態の製造方法により得られたプロテクタをボイラチューブに取り付ける際に、再溶融されなかった部分を、取付け治具（図７参照）との溶接部とすることもできる。
【００５２】
＜第４実施形態＞
本実施形態の製造方法は、再溶融工程において図４に示すような装置を使用し、長尺のプロテクタ基材１０Ｌが装着された基台２０Ｌの中央部分を支持体３３により摺動自在に支持するとともに、引張力（Ｘ）および引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波コイル６０を軸方向（水平方向）に移動させることにより、プロテクタ基材１０Ｌの外周面上の溶着被膜１１Ａを誘導加熱して自溶合金層１１Ｂを形成する点に特徴がある。
ここに、本実施形態で使用するのに好適な長尺のプロテクタ基材１０Ｌの長さとしては、通常１ｍ以上とされ、好ましくは１〜１０ｍとされる。
また、本実施形態で使用する装置を構成する基台２０Ｌの長さとしては、プロテクタ基材１０Ｌの長さより０．５ｍ以上長いことが好ましい。
【００５３】
長尺のプロテクタ基材１０Ｌを基台２０Ｌに装着するための手段（図示省略）としては、両者の熱膨張率の差による影響が大きいことを考慮して、図３に示したようなガイド部材（７０）を採用し、プロテクタ基材１０Ｌの内周面と基台２０Ｌの外周面との軸方向の摺動を許容した状態で、プロテクタ基材１０Ｌを基台２０Ｌに装着することが好ましい。 本実施形態の製造方法によれば、自重によって下側が凸になるような基台２０Ｌ（プロテクタ基材１０Ｌ）の撓みを支持体３３によって防止することができ、これにより、直線性に優れた長尺のプロテクタを製造することができる。
なお、図４には、基台２０Ｌの両端部以外の部分を支持する支持体３３は１つであったが、そのような支持体を２つ以上設けることも可能である。この場合において、支持体の配置間隔としては１．０〜２．０ｍであることが好ましい。
【００５４】
＜第５実施形態（ボイラ部品プロテクタの製造方法）＞
本実施形態の製造方法は、金属部材用プロテクタであるボイラ部品プロテクタを製造する方法であって、板状のプロテクタ基材の一面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜を形成する工程（溶射工程）と、図５に示したような装置を使用し、プロテクタ基材１５の他面を、角柱状の基台２５の周面（上面）に当接させることにより、プロテクタ基材１５を基台２５に装着し、この基台２５に対して、その軸方向に引張手段４０による引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、基台２５の軸方向に離間する三箇所（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）において下方向（軸方向に直交する方向であって、プロテクタ基材１５の装着位置とは反対方向）に引張手段５０による引張力（Ｙ）を付与することによって基台２５およびプロテクタ基材１５の直線性（水平度）を維持しながら、高周波コイル６５を軸方向（水平方向）に移動させて溶射被膜１１Ａを再溶融処理することにより、プロテクタ基材１５の一面に自溶合金層１１Ｂを形成する工程（再溶融工程）とを含む。
【００５５】
再溶融工程（溶射被膜の再溶融処理）は、図５に示すような装置を使用し、この装置を構成する角柱状の基台２５に、溶射被膜１１Ａが形成されたプロテクタ基材１５を装着した状態で行われる。
図１において、３５は、基台２５の両端部を摺動自在に支持する支持体、６５は、溶射被膜１１Ａを再溶融させるための加熱手段としての半角筒状の高周波コイル、７５は、プロテクタ基材１５を基台２５に装着させるためのガイド部材である。図５に示す装置においては、１２個〔図５（Ａ）に図示されている６個と、これらと同じ軸方向位置で紙面の反対側に位置する図５（Ａ）には図示されていない６個）〕のガイド部材７５が、基台２０の外周面に溶接により固定されることによって配置されている。図５（Ｂ）において、Ｗは溶接部である。なお、ガイド部材７５の固定方法としては溶接に限定されず、例えばネジ止めによって固定することもできる。
【００５６】
図５（Ｂ）に示すように、ガイド部材７５は、金属板をＬ字状に折り曲げて形成されている。プロテクタ基材１５は、その両側部１５１，１５２が、基台２５の上面と、ガイド部材７５の内周面との間に緩く挟持されることにより、軸方向には移動（スライド）可能であるが上下方向には移動できない（プロテクタ基材１５の他面が、基台２５の上面から離間できない）状態で基台２５に装着されている。
【００５７】
本実施形態の製造方法によれば、耐摩耗性および耐腐食性に優れ、プロテクタ基材１５に対する被膜（自溶合金層１１Ｂ）の密着性に優れ、撓みが小さくて直線性にも優れたボイラ部品プロテクタを確実に製造することができる。
本実施形態の製造方法により得られたプロテクタは、例えば、燃焼室の内壁を構成するボイラ部品を保護するライニング材などとして好適に使用することができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の製造方法は、これらに限定されるものではない。
また、本発明の製造方法によって得られるプロテクタは、ボイラチューブプロテクタやボイラ部品プロテクタに限定されるものではなく、例えば、ボイラ以外の熱交換器、化学プラント、船舶などを構成する各種配管および金属部材を保護するためのプロテクタとして好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ プロテクタ基材
１１Ａ 溶射被膜
１１Ｂ 自溶合金層
２０ 基台
３０ 支持体
３３ 支持体
４０ 引張手段
４０Ｗ 引張ワイヤ
５０ 引張手段
５０Ｗ 引張ワイヤ
６０ 高周波コイル
７０ ガイド部材
１０Ｌ プロテクタ基材
２０Ｌ 基台
１５ プロテクタ基材
２５ 基台
３５ 支持体
６５ 高周波コイル
７５ ガイド部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半円筒形のプロテクタ基材の外周面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜を形成する工程と、
前記プロテクタ基材の内周面を、円柱状または円筒状の基台の外周面に当接させることにより、前記プロテクタ基材を前記基台に装着し、前記プロテクタ基材が装着された前記基台に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、前記基台の半径方向であって、前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波誘導加熱によって前記溶射被膜を再溶融処理することにより、前記プロテクタ基材の外周面に自溶合金層を形成する工程と
を含むことを特徴とする金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項２】
前記軸方向に離間する前記基台の複数の箇所において、前記基台の半径方向であって、前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与することを特徴とする請求項１に記載の金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項３】
前記プロテクタ基材が装着された前記基台の直線性が維持されるように、前記引張力（Ｘ）および前記引張力（Ｙ）を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項４】
前記プロテクタ基材の装着位置の反対側が凸になるような基台の撓み状態が維持されるように、前記引張力（Ｙ）を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項５】
前記プロテクタ基材の内周面と前記基台の外周面との前記軸方向の摺動を許容した状態で、前記プロテクタ基材を前記基台に装着することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項６】
前記プロテクタ基材が装着された前記基台の両端部以外の部分を支持体により支持しながら、前記溶射被膜を再溶融処理することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の製造方法により得られ、長さが３０ｃｍ以上で、撓み量が±１ｍｍ以内であることを特徴とする金属管材用プロテクタ。
【請求項８】
熱交換器の伝熱管を保護するために当該伝熱管に取り付けられる請求項７に記載の金属管材用プロテクタ。
【請求項９】
ボイラチューブを保護するために当該ボイラチューブに取り付けられる請求項７に記載の金属管材用プロテクタ。
【請求項１０】
プロテクタ基材の一面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜を形成する工程と、
前記プロテクタ基材の他面を、柱状または筒状の基台の周面に当接させることにより、前記プロテクタ基材を前記基台に装着し、前記プロテクタ基材が装着された前記基台に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、前記軸方向に直交する方向であって前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波誘導加熱によって前記溶射被膜を再溶融処理することにより、前記プロテクタ基材の一面に自溶合金層を形成する工程と
を含む金属部材用プロテクタの製造方法。
【請求項１】
半円筒形のプロテクタ基材の外周面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜を形成する工程と、
前記プロテクタ基材の内周面を、円柱状または円筒状の基台の外周面に当接させることにより、前記プロテクタ基材を前記基台に装着し、前記プロテクタ基材が装着された前記基台に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、前記基台の半径方向であって、前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波誘導加熱によって前記溶射被膜を再溶融処理することにより、前記プロテクタ基材の外周面に自溶合金層を形成する工程と
を含むことを特徴とする金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項２】
前記軸方向に離間する前記基台の複数の箇所において、前記基台の半径方向であって、前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与することを特徴とする請求項１に記載の金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項３】
前記プロテクタ基材が装着された前記基台の直線性が維持されるように、前記引張力（Ｘ）および前記引張力（Ｙ）を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項４】
前記プロテクタ基材の装着位置の反対側が凸になるような基台の撓み状態が維持されるように、前記引張力（Ｙ）を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項５】
前記プロテクタ基材の内周面と前記基台の外周面との前記軸方向の摺動を許容した状態で、前記プロテクタ基材を前記基台に装着することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項６】
前記プロテクタ基材が装着された前記基台の両端部以外の部分を支持体により支持しながら、前記溶射被膜を再溶融処理することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の金属管材用プロテクタの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の製造方法により得られ、長さが３０ｃｍ以上で、撓み量が±１ｍｍ以内であることを特徴とする金属管材用プロテクタ。
【請求項８】
熱交換器の伝熱管を保護するために当該伝熱管に取り付けられる請求項７に記載の金属管材用プロテクタ。
【請求項９】
ボイラチューブを保護するために当該ボイラチューブに取り付けられる請求項７に記載の金属管材用プロテクタ。
【請求項１０】
プロテクタ基材の一面に自溶合金を溶射処理して溶射被膜を形成する工程と、
前記プロテクタ基材の他面を、柱状または筒状の基台の周面に当接させることにより、前記プロテクタ基材を前記基台に装着し、前記プロテクタ基材が装着された前記基台に対して、その軸方向に引張力（Ｘ）を付与し、必要に応じて、前記軸方向に直交する方向であって前記プロテクタ基材の装着位置とは反対方向に引張力（Ｙ）を付与しながら、高周波誘導加熱によって前記溶射被膜を再溶融処理することにより、前記プロテクタ基材の一面に自溶合金層を形成する工程と
を含む金属部材用プロテクタの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１２８３６（Ｐ２０１３−１１２８３６Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８２０３（Ｐ２０１１−２５８２０３）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００２０８６９５）第一高周波工業株式会社 (90)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００２０８６９５）第一高周波工業株式会社 (90)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]