(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
突合面を強還元性ガスによる強還元炎でガスシールしながら加熱させると共にそのガスシールの両側を非還元性ガスで所定の焼幅が得られるように加熱し且つ前記突合面が密着されて隙間がなくなるまで初期加熱を行い、その後、非還元性ガスだけで後期加熱を行うことを特徴とする非還元性ガスを併用したガス圧接方法。
【請求項２】
鋼材（ｗ）の端面を突き合せて圧接器にセットして上限圧に達するまで加圧した後、突合面に向けてセットされたリングバーナー（１）を着火して酸素と強還元性ガスによる強還元炎で加熱すると共に前記リングバーナー（１）の両側に配置されたリングバーナー（２），（３）を着火して酸素と非還元性ガスによる酸化炎又は中性炎で加熱し、前記鋼材（ｗ）の焼幅が赤熱された時点で更に加圧させて端面を密着しつつ上限圧に達した後、前記リングバーナー（１）を止めて非還元性ガスだけで加熱作業を続行させる請求項１記載の非還元性ガスを併用したガス圧接方法。
【請求項３】
鋼材（ｗ）の端面を突き合せて圧接器にセットして上限圧に達するまで加圧した後、突合面に向けてセットされたリングバーナー（１）を着火して酸素と強還元性ガスによる強還元炎で加熱すると共に前記リングバーナー（１）の両側に配置されたリングバーナー（２），（３）を着火して酸素と非還元性ガスによる酸化炎又は中性炎で加熱し、前記鋼材（ｗ）の焼幅が赤熱された時点で更に加圧させて端面を密着しつつ上限圧に達した後、前記リングバーナー（１）を止め、前記リングバーナー（１）の供給ガスを強還元性ガスから非還元性ガスに切換えて着火し、前記リングバーナー（２），（３）の非還元性ガスと一緒に加熱作業を続行させる請求項１記載の非還元性ガスを併用したガス圧接方法。
【請求項４】
強還元性ガスが、アセチレンガス、或いはバブリング処理された水素ガス，ＬＮＧ，エチレンガスなどの内の１つ、又はそれらの混合ガスである請求項１記載の非還元性ガスを併用したガス圧接方法。
【請求項５】
非還元性ガスが、プロパンガス，ＬＮＧ，エチレンガス，  ブタンガス，エタンガス，プロピレンガス，水素ガスなどの内の１つ、又はそれらの混合ガスである請求項１記載の非還元性ガスを併用したガス圧接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄筋，肉厚パイプ，レールなどの接合をガス圧接で行う際の新たな加熱方法である非還元性ガスを併用したガス圧接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガス圧接方法としては酸素とアセチレンガスの化学反応（酸化反応）による発熱量を利用して行うものである。特にアセチレンガスの燃焼は燃焼熱が集中し高温になると共に、ガス成分は還元性雰囲気になるため、ガス圧接はこの高温の還元性雰囲気のガスで被接合部が被包され、この被接合部は空気による酸化を防止した状態で加熱が進行し、接合適正温度に達した時に、機械的手段で加圧することによって接合が行われている。又、圧接用ガスの酸素はＪＩＳＫ１１０１の規格品又は同等品を使用し、且つ溶解アセチレンガスはＪＩＳＫ１９０２の規格品又は同等品を使用してガス圧接を行うように、社団法人日本圧接協会発行の「鉄筋のガス圧接工事標準仕様書」で明記されており、従来はアセチレンガス以外の燃料ガスを使用することは考えられなかった。従って、ガス圧接の創始以来、今日までの各種の技術上の改良や開発は、接合部分を均等に加熱加圧して良好なコブを形成させると共に接合強度を安定化させることが目的であり、それを達成させるための方法、或いは装置の改良や開発が行われてきたのが現状であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記ガス圧接で使用するアセチレンガスは高価であり、ガス代が多く掛り、また火力が強いため 被接合部の表面と中心部の温度に差ができ、圧接性能に悪影響を受け易かった。またアセチレンガスを初期加熱で使用している間は還元炎であるので逆火しにくいが、後期加熱で使用する間は中性炎に切換えられるので逆火が起き易い等の問題点があった。このため、本発明者が特願平１１−２１９６８７号（特開２００１−４７２５５号）「アセチレンガスを途中から他の燃料ガスに切換えるガス圧接方法」を提案したところである。
【０００４】
本発明は特願平１１−２１９６８７号（特開２００１−４７２５８５号）よりも更に経済的で、且つ接合強度の安定維持及び安全作業も同様に確保出来る非還元性ガスを併用したガス圧接方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明方法は成されたものであり、つまり、突合面が密着して隙間がなくなるまでアセチレンガスなどの強還元性ガスによる強還元炎でガスシールしながら加熱させると共にそのガスシールの両側を非還元性ガスで所定の焼幅が得られるように加熱して初期加熱を行い、その後、非還元性ガスだけで後期加熱を続行して加熱させるガス圧接方法とする。
【０００６】
尚、本発明で言う「強還元炎」とは、高温の強還元性雰囲気が得られると共に火炎を当てた表面に炭素が付着される状態を確保出来るものを指し、例えばアセチレンガスの容積比を酸素に対して１．４前後にすると、不完全燃焼した分解ガスが突合面の隙間に進入して、突合面に遊離炭素として付着されることが経験から判明している。又、本発明で言う「非還元性ガス」とは強還元炎が得られない燃料ガスと言う意味合いで使用する。更に本発明で言う「バブリング処理」とは、燃料ガスのボンベとバーナー間に気化タンクを設け、その気化タンクの内部に、トルエン，へキサン，メタノールなどの液体フラックスを入れ、燃料ガスが液体フラックス中を通過する際に泡立つと共に気化タンク内部の気化したフラックスが燃料ガスに混合される処理を指す。又、この燃料ガスを酸素と共に燃焼させると還元性雰囲気になるため、還元性ミストフラックス法とも呼ばれている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明方法の実施形態について説明する。先ず図１のように２本の鋼材（Ｗ）の端面を突き合せて圧接器にセットし、上限圧に達するまで加圧した後、中央のリングバーナー（１）に着火させて酸素とアセチレンガスなどの強還元炎で突合面を加熱させると共にリングバーナー（１）の両側に配置したリングバーナー（２），（３）にも着火させて酸素と非還元性ガスで所定の焼幅が得られるように加熱し且つ前記突合面が密着されて隙間がなくなるまで初期加熱を行い、その後、リングバーナー（１）を止め、リングバーナー（２），（３）の非還元性ガスだけで後期加熱を行う方法である［図２，図３（ａ）参照］。
【０００８】
次に本発明方法の別実施形態について説明する。先ず図１に示すように２本の鋼材（Ｗ）の端面を突き合せて圧接器にセットし、上限圧に達するまで加圧した後、中央のリングバーナー（１）に着火させて酸素とアセチレンガスなどの強還元炎で突合面を加熱させると共にリングバーナー（１）の両側に配置したリングバーナー（２），（３）に着火させて酸素と非還元性ガスで所定の焼幅が得られるように加熱し且つ前記突合面が密着されて隙間がなくなるまで初期加熱を行う。ここ迄は前記実施形態と同じである。初期加熱が完了した時点で、リングバーナー（１）を止め、該リングバーナー（１）の供給ガスを強還元性ガスから非還元性ガスに切換えた後に着火させて加熱を続行すると共にリングバーナー（２），（３）の非還元性ガスはそのままの状態で一緒に加熱を続行させて後期加熱が行われる方法である［図２，図３（ｂ）参照］。前記リングバーナー（１）の供給ガスを切換える場合、非還元性ガスと酸素が噴出する別のリングバーナーを用意し、それをリングバーナー（１）と取換えて配置させたものを使用しても良い。尚、前記実施形態と別実施形態に使用する強還元性ガスとしては、アセチレンガス、或いはバブリングされた水素ガス，ＬＮＧ，エチレンガス，メタンガス，エタンガスなどの内の１つ、又はそれらの混合ガスを用い、また非還元性ガスとしては、プロパンガス，ＬＮＧ，エチレンガス，  ブタンガス，エタンガス，プロピレンガス，水素ガスなどの内の１つ、又はそれらの混合ガスを用いると良い。
【０００９】
【実施例１】
図１を参照して、直径が５１ｍｍの鋼材（Ｗ）を接合させる場合についてガス圧接方法を説明する。先ず２本の前記鋼材（Ｗ）の端面を突き合せて圧接器にセットして上限圧に達するまで加圧した後、強還元性ガスとしてアセチレンガスを用い、非還元性ガスとしてプロピレンガスを用い、リングバーナー（１）を着火させて酸素とアセチレンガスで突合面を加熱させると共にリングバーナー（２），（３）にも着火させて酸素とプロピレンガスで突合面付近を加熱させる。この時のガス供給量は、アセチレンガス１．５ｍ３／ｈ，酸素１．２ｍ３／ｈであり、且つプロピレンガス２．４ｍ３／ｈ，酸素３．５ｍ３／ｈである。前記鋼材（Ｗ）の焼幅が赤熱されて加圧力が１５％下降した時点で更に加圧させて上限圧に達した後、アセチレンガスのリングバーナー（１）を止めると共にプロピレンガスだけで加熱作業を続行する。この初期加熱時間は約３分掛った。そして鋼材（Ｗ）の焼幅が接合適正温度に達するまで加熱し続ける。この時、加圧力は徐々に下がって下限圧に達した時点で、加圧されてコブを形成する。コブが形成された後は、リングバーナー（２），（３）を止めて加熱作業を終了する。後期加熱時間は約４分であった。尚、後期加熱時に、リングバーナー（１）の供給ガスをアセチレンガスからプロピレンガスに切換え、この時のガス供給量が１．２ｍ３／ｈ，酸素１．７ｍ３／ｈとして、前記リングバーナー（２），（３）と一緒に加熱した場合には、後期加熱時間は約３分であった。この結果、本発明方法では加熱時間が約７分で終了し、特願平１１−２１９６８７号では約６分であったが、特願平１１−２１９６８７号よりも加熱燃料コストが１０％前後削減できるものとなった。また後期加熱時、リングバーナー（１）も一緒に加熱した場合には加熱時間が約６分で終了し、特願平１１−２１９６８７号と同じ加熱時間で圧接作業が出来るものとなった。
【００１０】
尚、前記アセチレンガスの供給を止めるタイミングとして、鋼材（Ｗ）の焼幅が赤熱されて黄色を呈してくると、加圧力が１０％〜３０％下降し、その時点で更に加圧させて端面を密着しつつ上限圧に達した後、アセチレンガスの供給を止める。この時、上限圧からの加圧力下降が１０％以下になると、加熱時間が短過ぎて還元作用が充分でなくなるため、接合面が酸化される恐れを生じ、且つ３０％以上になると、下限圧と大差がなくなりアセチレンガスを多く使用するので、コストダウンが難しくなる。又、前記アセチレンガスの供給を止める別のタイミングとして、予定の縮み代が５％〜２０％収縮した時点とするが、縮み代が５％以下でアセチレンガスの供給を止めてしまうと隙間が密着しないものが発生する恐れがあると共に接合面に酸化する恐れが発生し、一方、２０％以上になると接合適正温度以前にアプセットを開始してしまうため、温度不足による圧接不良を生じ易くなる。前記予定の縮み代の測定は予め設置した縮み代計測器によって行えば良い。
【００１１】
【実施例２】
図１に基づいて、直径が２５ｍｍの鋼材（Ｗ）を接合させる場合についてガス圧接方法を説明する。先ず２本の鋼材（Ｗ）の端面を突き合せて圧接器にセットして上限圧に達するまで加圧した後、強還元性ガスとして、バブリングされた水素ガスを５．０ｍ３／ｈ，酸素２．５ｍ３／ｈで用い、非還元性ガスとして、プロパンガスとメチルアセチレンガスの混合ガスを１．８ｍ３／ｈ，酸素２．５ｍ３／ｈで用い、リングバーナー（１）に着火させて酸素とバブリングした水素ガスで突合面を加熱させると共にリングバーナー（２），（３）にも着火させて酸素と前記混合ガスで突合面付近を加熱させる。前記鋼材（Ｗ）の焼幅が赤熱されて加圧力が１５％下降した時点で更に加圧させて予定の縮み代の１０％に達した後、リングバーナー（１）を止め、バブリングした水素ガスから混合ガスに切換えて加熱すると共にリングバーナー（２），（３）の混合ガスと一緒に加熱作業を続行させる。この初期加熱時間は約１分掛った。そして鋼材（Ｗ）の焼幅が接合適正温度に達するまで加熱し続ける。この時、加圧力は徐々に下がって下限圧に達した時点で、加圧されてコブを形成する。コブが形成された後は、全てのリングバーナー（１），（２），（３）を止めて加熱作業を終了する。後期加熱時間は約１分であった。
【００１２】
前記実施例１或いは実施例２と同様の要領で、初期加熱及び後期加熱を行うと、強還元性ガスとして、バブリング処理されたＬＮＧ，エチレンガスをそれぞれ用い、且つ非還元性ガスとして、ＬＮＧ，エチレンガス，  ブタンガス，エタンガス，水素ガスをそれぞれ用いても加熱状態は良好であった。又、強還元性ガスとしてＬＮＧ，エチレンガスを使用したものは何れも、高温の強還元性雰囲気のガスで突合面が被包され、空気による酸化を防止及び脱酸効果が発揮されることが確認でき、更に接合結果も従来品と略同等の結果であった。一方、非還元性ガスとしてプロパンガス，ＬＮＧ，エチレンガス，  ブタンガス，メタンガス，エタンガス，水素ガスを用いたものは、焼幅の中心と表面の温度差が少なくなるように均等に加熱して接合適正温度を得る理想の形となり、圧接性能に弊害がないことが確認出来た。
【００１３】
【発明の効果】
本発明はこのように構成させたことにより、下記に記載する効果を有する。
【００１４】
請求項１のように突合面を強還元性ガスによる強還元炎でガスシールしながら加熱させると共にそのガスシールの両側を非還元性ガスで所定の焼幅が得られるように加熱し且つ前記突合面が密着されて隙間がなくなるまで初期加熱を行い、その後、非還元性ガスだけで後期加熱を行うことにより、予め突合面がアセチレンガスなどの強還元性ガスによって、強還元性雰囲気のガスで被包されながら突合面が密着すると共に突合面が非還元性ガスで加熱されるため、燃焼熱が集中せず分散化されて、アセチレンガスだけの時よりも焼幅の中心部と表面の温度差が少なくなった状態で加熱して接合適正温度を得る理想の形となり、品質が安定してアセチレンガスだけの従来方法と同等の圧接性能を得るものとなる。特に初期加熱時にはアセチレンガスなどの強還元性ガスと一緒に非還元性ガスも伴って加熱するので、アセチレンガスなどの強還元性ガスの使用する量が減少されて、燃料費が減少出来るものとなると共にアセチレンガスによる中性炎を用いないことから、逆火が起きにくい安全な作業が行えるものとなる。
【００１５】
請求項２のように鋼材（ｗ）の端面を突き合せて圧接器にセットして上限圧に達するまで加圧した後、突合面に向けてセットされたリングバーナー（１）を着火して酸素と強還元性ガスによる強還元炎で加熱すると共にリングバーナー（１）の両側に配置されたリングバーナー（２），（３）を着火して酸素と非還元性ガスによる酸化炎又は中性炎で加熱し、鋼材（ｗ）の焼幅が赤熱された時点で更に加圧させて端面を密着しつつ上限圧に達した後、リングバーナー（１）を止めて非還元性ガスだけで加熱作業を続行させることにより、請求項１と同様な効果を得る。また突合面を酸化させることなく還元作用が充分に利用でき、且つアセチレンガスなどの強還元性ガスを止めるタイミングが適正に行われ、安価な非還元性の燃料ガスを有効に使用して燃料代の低減が可能となる。
【００１６】
請求項３に示すように鋼材（ｗ）の端面を突き合せて圧接器にセットして上限圧に達するまで加圧した後、突合面に向けてセットされたリングバーナー（１）を着火して酸素と強還元性ガスによる強還元炎で加熱すると共にリングバーナー（１）の両側に配置されたリングバーナー（２），（３）を着火して酸素と非還元性ガスによる酸化炎又は中性炎で加熱し、鋼材（ｗ）の焼幅が赤熱された時点で更に加圧させて端面を密着しつつ上限圧に達した後、リングバーナー（１）を止め、その供給ガスを強還元性ガスから非還元性ガスに切換えて着火し、リングバーナー（２），（３）の非還元性ガスと一緒に加熱作業を続行させることにより、請求項２と同様な効果を得る。また後期加熱にはリングバーナー（１）とその両側のリングバーナー（２），（３）によって鋼材（ｗ）の焼幅を加熱するため、加熱時間が短くなり、ガス圧接作業が早く終了できるものとなる。
【００１７】
請求項４に示すように強還元性ガスとしてアセチレンガスを用いれば、安定した強還元炎が得られるため酸化防止及び脱酸効果が期待出来るので品質が安定出来るものとなる。またバブリング処理された水素ガスを用いれば、燃焼時に二酸化炭素や一酸化炭素などの環境に悪影響を及ぼすガスが全く発生しないものとなると共に単価が将来に於いて激減される可能性が大である。更にバブリング処理されたＬＮＧ，エチレンガスなどの内の１つ、又はそれらの混合ガスを用いると、アセチレンガスの単価よりも半額近く安くなるので、全体の燃料代が経済的なものとなるのである。
【００１８】
請求項５のように非還元性の燃料ガスとしてプロパンガスを用いると、アセチレンガスの単価よりも約３分の１の価格であるため、燃料代が安くなり、且つ普及しているので入手が容易で、更に逆火しにくく全工程に於いて安全な作業が行えるものとなる。又、水素ガスを用いれば、燃焼時に二酸化炭素や一酸化炭素などの環境に悪影響を及ぼすガスが全く発生しないものとなる。またプロパンガス以外の燃料ガスとしてＬＮＧ，エチレンガス，  ブタンガス，メタンガス  ，エタンガス  ，プロピレンガスなど或いはそれらの混合ガスを用いた場合には、燃料ガス単価がアセチレンガスの単価よりも半額近いので全体の燃料代が経済的なものとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施形態を示す説明図である。
【図２】本実施形態の加圧力と時間の関係を示す説明図である。
【図３】本実施形態の初期加熱と後期加熱に於ける還元性ガス及び非還元性ガスの加熱状態を示す説明図である。
【図４】本発明方法の別実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
ｗ  鋼材
１，２，３  リングバーナー
【図１】
0003567118.tif 000002
【図２】
0003567118.tif 000003
【図３】
0003567118.tif 000004
【図４】
0003567118.tif 000005