(57)【要約】【課題】従来、パルス放電を利用した肉盛溶接によりき裂を被覆する放電被覆法においては、施工前に酸化皮膜の除去が必要であるが従来は溶接装置とは別に研磨装置が必要であった。【解決手段】補修用電極４を酸化皮膜除去層２１で覆った補修用電極４を構造部材３１表面に接触させてモータ２によって回転させ、構造部材３１表面の酸化皮膜３４と酸化皮膜除去層２１との摩擦によって酸化皮膜３４を除去し、補修用電極４と構造部材３１との間でパルス放電を発生させて補修用電極４を溶融させ、肉盛被覆層３３を形成し、構造部材３１に発生したき裂３２を被覆補修する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシング内部に設けられた弾性体と、
前記弾性体によって支持されるモータと、
前記モータの回転軸に一側を連結され、他側を前記ケーシングから外方に突出させて配置した補修用電極と、
前記補修用電極と前記構造部材との間でパルス放電を行う電力を前記補修用電極に供給するパルス電源とを備え、
前記補修用電極は、
棒状の電極と、
この電極の表面に設けられ、前記補修用電極を補修対象となる構造部材表面に対して傾斜して接触した状態で前記モータによって回転させた時に前記構造部材表面に形成された酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去層とを有することを特徴とする構造部材補修装置。
【請求項２】
前記補修用電極を前記構造部材に接触させたまま移動させる補修用電極移動手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の構造部材補修装置。
【請求項３】
前記ケーシングに、
酸化皮膜排除媒体を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記補修用電極の移動時に前記貯蔵タンクに貯蔵された酸化皮膜排除媒体を、前記補修用電極と前記構造部材の接触部近傍の前記酸化皮膜に供給する酸化皮膜排除媒体供給口と、
を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造部材補修装置。
【請求項４】
前記酸化皮膜除去層には有機溶剤、還元剤の少なくともいずれか一つが含浸されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の構造部材補修装置。
【請求項５】
前記ケーシングに、
前記構造部材と前記補修用電極の接触部近傍を覆うように設けた隔室を形成するスカートと、
前記隔室内にシールドガスを供給するシールドガス供給部と、
前記隔室内に供給された前記シールドガスを回収するシールドガス回収部と
を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の構造部材補修装置。
【請求項６】
前記シールドガス回収部は、前記酸化皮膜除去層と前記酸化皮膜との摩擦によって前記補修用電極表面から剥離する前記酸化皮膜除去層および前記構造部材表面から排除される前記酸化皮膜を、前記シールドガスとともに回収するようにした
ことを特徴とする請求項５に記載の構造部材補修装置。
【請求項７】
構造部材の補修対象部に肉盛被覆層を形成して補修を行うための補修用電極であって、
この補修用電極は、
棒状の電極と、
この電極の表面に、前記構造部材表面に形成された酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去層を有することを特徴とする補修用電極。
【請求項８】
前記酸化皮膜除去層は、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、ジルコン、窒化珪素、炭化珪素のうち少なくとも何れか一つを含有することを特徴とする請求項７に記載の補修用電極。
【請求項９】
前記酸化皮膜除去層の表面には、らせん状の溝を形成した
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の補修用電極。
【請求項１０】
モータに連結され、棒状の電極表面に酸化皮膜除去層が設けられた補修用電極を補修対象となる構造部材に対して傾けて接触させ、前記補修用電極を前記モータによって回転させながら傾斜方向へ前記構造部材表面に沿わせて移動させ、前記補修用電極の前記酸化皮膜除去層と前記構造部材表面との摩擦によって前記酸化皮膜を除去し、かつ前記補修用電極と前記構造部材との間にパルス放電を発生させることによって前記補修用電極を溶融させ、溶融した前記補修用電極により前記構造部材の欠陥部を被覆補修することを特徴とする構造部材補修方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造部材に発生したき裂を被覆するための構造部材補修装置、補修用電極および構造部材補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、構造物に発生したき裂を補修する方法としては、き裂部分の周辺領域を削り取った後に開先成形し、この開先部に肉盛溶接を行う開先溶接が多かったが、き裂を残したままき裂の開口部のみを肉盛溶接により被覆する方法もある。この肉盛溶接方法としては、ＴＩＧ溶接法や、より低入熱での施工が可能なレーザ溶接法、放電被覆法などがある。特に構造部材に与える熱的な影響が少ない放電被覆法に関して、パルス放電を利用してき裂を肉盛溶接により被覆するものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような技術は、構造部材表面に電極を接触させて電極にパルス電源から１０−３〜１０−６秒のパルス幅のパルスを通電させて電極を溶融し、この溶融した電極を構造部材の表面に移行させて肉盛溶接を実施するものである。放電被覆法は施工時の入熱量が低いため、他の溶接法に比べて構造部材の溶融が少ないことから、得られた肉盛溶接部と構造部材との間の密着性は構造部材の表面状態の影響を受けやすい。実際に補修する構造部材の表面には酸化皮膜が付着しているため、放電被覆法の施工前には酸化皮膜の除去が必要である。
【特許文献１】特開２００３−１４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の放電被覆法を用いた溶接装置は構造部材表面の酸化皮膜を除去する機能を持たないため、溶接装置とは別に構造部材の研磨装置を用いる必要があった。
【０００５】
従って本発明は、放電被覆法を用い、溶接装置の他に構造部材表面の酸化皮膜を除去するための研磨装置を不要とする構造部材補修装置、この構造部材補修装置で使用される補修用電極及び構造部材補修方法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】
上記目的を達成するために、本発明による構造部材補修装置は、ケーシングと、前記ケーシング内部に設けられた弾性体と、前記弾性体によって支持されるモータと、前記モータの回転軸に一側を連結され、他側を前記ケーシングから外方に突出させて配置した補修用電極と、前記補修用電極と前記構造部材との間でパルス放電を行う電力を前記補修用電極に供給するパルス電源とを備え、前記補修用電極は、棒状の電極と、この電極の表面に設けられ、前記補修用電極を補修対象となる構造部材表面に対して傾斜して接触した状態で前記モータによって回転させた時に前記構造部材表面に形成された酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去層とを有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による補修用電極は、構造部材の補修対象部に肉盛被覆層を形成して補修を行うための補修用電極であって、この補修用電極は、棒状の電極と、この電極の表面に、前記構造部材表面に形成された酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去層を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による構造部材補修方法は、モータに連結され、棒状の電極の表面に酸化皮膜除去層が設けられた補修用電極を、補修対象となる構造部材に対して傾けて接触させ、前記補修用電極を前記モータによって回転させながら傾斜方向へ前記構造部材表面に沿わせて移動させ、前記補修用電極の前記酸化皮膜除去層と前記構造部材表面との摩擦によって前記酸化皮膜を除去し、かつ前記補修用電極と前記構造部材との間にパルス放電を発生させることによって前記補修用電極を溶融させ、溶融した前記補修用電極で前記構造部材の欠陥部を被覆補修することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、補修用電極および補修装置によって構造部材表面の酸化皮膜を取り除くことができ、従来は補修装置とは別に必要であった研磨装置が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本実施例による構造部材補修装置の概略を示す断面図、また図２は図１のＩＩに示す破線楕円部分を拡大した溶接部近傍の概略を示す断面図である。
【００１２】
３１は補修対象となる構造部材で、表面にき裂３２が発生しており、また表面に厚さ数μｍ程度からそれ以下の酸化皮膜３３が形成されている状態を示している。
【００１３】
１はケーシングで、ケーシング１内部に設けられたスプリング３を介してモータ２を支持している。これらがコネクタ５を介してモータ２に連結された補修用電極４の駆動装置を構成する。補修用電極４は、棒状に形成された電極の外周面に酸化皮膜除去層２１が施されて構成されている。構造部材３１に鉄系合金が用いられていれば補修用電極４も同様の合金を用いるといったように、補修用電極４は構造部材３１と同一の金属組成であることが望ましい。酸化皮膜除去層２１は、たとえばアルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、ジルコン、窒化珪素、炭化珪素の何れかから、またはこれらの材料を複数用いた複合材料で構成される。酸化皮膜除去層２１はＥＢＰＶＤ法やＣＶＤ法を用いた蒸着、セラミックメッキ皮膜形成、セラミックコーティング、プラズマ溶射などによって補修用電極４表面に厚さおよそ１ｍｍ以下の薄膜として形成される。
【００１４】
６は構造部材３１と補修用電極４との間にパルス放電を起こす電力を供給するパルス電源、３３はパルス放電によって溶融した補修用電極４によって構造部材３１表面に形成された肉盛被覆層である。また、３５は本補修装置の進行方向を示している。また、θは構造部材３１に対する補修用電極４の進行方向への傾斜角度を示す。
【００１５】
本実施例による構造部材補修装置は、補修用電極４の径が１．６〜３．２ｍｍ、パルス電源６の設定がアーク電圧１００〜２００Ｖ、パルス周波数１００〜１０００Ｈｚ、モータ２の回転速度が１０００〜３０００ｒｐｍの範囲内の条件であるもの想定したものである。
【００１６】
本実施例による構造部材補修装置の作用は以下の通りである。
【００１７】
補修用電極４を構造部材３１に対して進行方向に傾斜させて接触させた状態でモータ２を動作させると、補修用電極４の回転による酸化皮膜除去層２１と酸化皮膜３４との摩擦によって酸化皮膜３４が構造部材３１から削り落とされ、構造部材３１が露出する。また、酸化皮膜除去層２１は酸化皮膜３４との摩擦および露出した構造部材３１との摩擦によって補修用電極４から剥離し脱落する。
【００１８】
駆動装置とともに進行方向へ移動する補修用電極４と酸化皮膜除去層２１によって露出した構造部材３１とが接触すると、パルス電源６からの電力供給によってパルス放電が起こり、パルス放電によって補修用電極４は溶融する。溶融した補修用電極４は構造部材３１表面に移行して肉盛被覆層３３を形成する。この一連の動作によってき裂３２の開口部近傍の酸化皮膜を除去した後に、き裂３２の開口部を肉盛被覆層３３によって被覆することができる。
【００１９】
補修用電極４の傾斜角度θについては、補修用電極４の傾斜が構造部材３１に対して略垂直であると形成した肉盛被覆層３３と酸化皮膜除去層２１が接触してしまうことから、摩擦によって肉盛被覆層３３を削ってしまう。また、補修用電極４の傾斜が略水平であると補修用電極４と構造部材３１とが接触しないことによってパルス放電を起こせず、肉盛被覆層３３を形成できない。このため、傾斜角度θは概ね５〜８０度の範囲内であることが望ましいと考えられる。
【００２０】
酸化皮膜除去層２１について述べれば、酸化皮膜３４および構造部材３１との摩擦によって補修用電極４から剥離した酸化皮膜除去層２１の大部分は補修用電極４の回転によって生じる遠心力によって補修用電極４と構造部材３１の接触部から排除されるが、一部は肉盛被覆層３３の形成に巻き込まれる。これによる肉盛被覆層３３の耐食性への影響はなく、また、酸化皮膜除去層２１が肉盛被覆層３３に溶け込むことによって肉盛被覆層３３の分散強化に寄与する。
【００２１】
しかし、形成された肉盛被覆層３３に巻き込まれた剥離した酸化皮膜除去層２１が多量であると、補修用電極４と構造部材３１の間に剥離した酸化皮膜除去層２１が入りこむことによってパルス放電が阻害されたり、剥離した酸化皮膜除去層２１がパルス放電で溶けきらずに残留して肉盛被覆層３３と構造部材３１の密着状態に悪影響を与えることが考えられる。このような現象を考慮して成された本実施例の変形例を以下に示す。
【００２２】
図３は本実施例の変形例として補修用電極４表面の酸化皮膜除去層２１にらせん状の溝８を設けた場合の補修用電極４の側面図である。このようならせん状の溝８は、補修用電極４表面に酸化皮膜除去層を形成する際、らせん状のマスキングを施してから酸化皮膜除去層２１を形成し、その後にマスキングを排除することによって形成することができる。このようにらせん状の溝８を設けることによって、補修用電極４から剥離した酸化皮膜除去層２１を溝８に沿って排除し易くすることができ、剥離した酸化皮膜除去層２１が多量に肉盛被覆層の形成に巻き込まれることを防止する。
【００２３】
本実施例によれば、溶接装置によって構造部材３１表面の酸化皮膜を取り除くことができるため、構造部材３１表面に発生したき裂３４の被覆補修を行う際に、従来は溶接装置と別に必要であった研磨装置を不要とすることができる。また、酸化皮膜除去層２１にらせん状の溝８を設けることによって剥離した酸化皮膜除去層２１が多量に肉盛被覆層の形成に巻き込まれることを防止することができる。
【実施例２】
【００２４】
図４は本実施例による構造部材補修装置の概略を示す断面図である。本実施例による構造部材補修装置には貯蔵タンク９、液滴供給部１０が設けられている。なお実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２５】
貯蔵タンク９には酸化皮膜排除媒体である液体が貯蔵されており、液滴供給部１０から貯蔵タンク９に貯蔵された液体を酸化皮膜３４表面に供給する。なお、図４においては貯蔵タンク９、液滴供給部１０をケーシング１外部に設けているが、ケーシング１の内部に設けるようにしてもよい。
【００２６】
酸化皮膜除去層２１による酸化皮膜３４の除去を行う際、あらかじめ貯蔵タンク９に貯蔵された液体を液滴供給部１０から装置の進行先の酸化皮膜３４に供給しておくことによって、酸化皮膜除去層２１との摩擦によって剥離した酸化皮膜３４が供給された液体によって浮き上がり、補修用電極４と構造部材３１の接触部近傍から排除されやすくなる。
【００２７】
酸化皮膜排除媒体は液体であるが、酸化皮膜排除媒体に有機溶剤や還元剤を用いるのが特に好適である。酸化皮膜排除媒体に有機溶剤を用いた場合は酸化皮膜３４を溶解させることによって、還元剤を用いた場合は酸化皮膜３４を還元させることによって、酸化皮膜除去層２１との摩擦による酸化皮膜３４の排除を容易にすることができる。有機溶剤には例えばアセトンやアルコールを、還元剤には、例えば構造部材３１が鉄系の材料で構成される場合はシュウ酸などを用いることができる。
【００２８】
また、上述の有機溶剤もしくは還元剤によって酸化皮膜の排除を容易にする効果については、酸化皮膜除去層２１に有機溶剤または還元剤を含浸させることによっても得ることができる。有機溶剤と還元剤の組み合わせによっては、例えば酸化皮膜排除媒体に還元剤を用い、酸化皮膜除去層２１には有機溶剤を含浸させておくなどして有機溶剤と還元剤を併用することができる。
【００２９】
本実施例によれば、酸化皮膜除去層２１との摩擦によって酸化皮膜３４を排除する際にあらかじめ酸化皮膜排除媒体を酸化皮膜３４に供給しておくことによって、酸化皮膜除去層２１との摩擦によって剥離した酸化皮膜３４の排除を容易にすることができる。
【００３０】
また、酸化皮膜排除媒体に有機溶剤または還元剤を用いた場合、あらかじめ酸化皮膜３４が溶解もしくは還元されることによって酸化皮膜除去層２１との摩擦による酸化皮膜３４の排除を容易にすることができる。
【００３１】
また、酸化皮膜除去層２１に有機溶剤または還元材を含浸させておくことによって酸化皮膜３４を排除することが容易にすることができる。
【実施例３】
【００３２】
図５は本実施例による構造部材補修装置の概略を示す断面図である。本実施例による構造部材補修装置にはスカート１４が設けられている。なお、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３３】
ケーシング１に取り付けられたスカート１４は、補修用電極４を構造部材３１に接触させた際にはケーシング１、構造部材３１とともに補修用電極４と構造部材３１の接触部近傍を包囲するように設けられている。シールドガス供給口１３はシールドガスボンベ１２から隔室へシールドガスを供給する。シールドガス供給口１３は隔室内にシールドガスを供給できる位置に設けられてあればよく、例えばケーシング１底面に設けてもよい。また、シールドガスとしてはＡｒ、Ｈｅ、ＡｒとＨｅの混合ガスなどが挙げられる。ポンプ１７はシールドガス回収口１５を介して、隔室内に供給されたシールドガスを回収する。また、シールドガス回収口１５からは酸化皮膜除去層２１との摩擦によって排除された酸化皮膜３４および剥離した酸化皮膜除去層２１もシールドガスと共に回収可能であり、回収された酸化皮膜３４と酸化皮膜除去層２１はフィルタ１６によってトラップされる。
【００３４】
補修用電極４と構造部材３１の接触部近傍には、ケーシング１、スカート１４、構造部材３１によって包囲された隔室が形成される。この隔室内はシールドガス供給口１３から供給されるシールドガスによってシールドガス雰囲気となり、酸化皮膜３４が剥離した後の構造部材表面３１への再付着や露出した構造部材３１の再酸化を防止する。
【００３５】
また、図６はケーシング４内部に隔壁１８およびベロー１９を設けた変形例である。
【００３６】
水中においては、パルス放電による放電被覆法は気中と同様に実施することはできない。本変形例によれば、補修用電極４と構造部材３１の接触部近傍を隔室とし、さらに水圧よりも高い圧力でシールドガスを供給することによって隔室内をシールドガス雰囲気に保ち、水中であっても気中と同様にパルス放電による放電被覆法を実施することができる。例えば水深３０ｍ前後においてはシールドガスを５〜７気圧で隔室内に供給する。
【００３７】
本実施例によれば、実施例１の作用に加えて構造部材３１への酸化皮膜３４の再付着や構造部材３１の再酸化を防止し、また水中においても隔室内を気中に保つことによってパルス放電による放電被覆法を実施することができる。
【実施例４】
【００３８】
図７は本実施例による構造部材補修装置の概略を示す断面図である。本実施例による構造部材補修装置には貯蔵タンク９、液滴供給部１０、スカート１４が設けられている。なお実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３９】
ケーシング１にスカート１４と貯蔵タンク９が設けられている。貯蔵タンク９からは液体供給部１０が、ケーシング内部を通過して隔室内に液体を供給するように設けられている。
【００４０】
本実施例によれば、実施例２の作用と実施例３の作用とを同時に得ることが可能となる。
【００４１】
以上本発明の実施例について図を参照して説明してきたが、上記複数の実施例に説明した特徴を任意に組み合わせたところの構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１の構造部材補修装置の概略を示す断面図。
【図２】実施例１の構造部材補修装置の溶接部近傍の概略を示す断面図。
【図３】実施例１の構造部材補修装置の変形例を示す側面図。
【図４】実施例２の構造部材補修装置の概略を示す断面図。
【図５】実施例３の構造部材補修装置の概略を示す断面図。
【図６】実施例３の構造部材補修装置の変形例の概略を示す断面図。
【図７】実施例４の構造部材補修装置の概略を示す断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１  ケーシング
２  モータ
３  スプリング
４  補修用電極
５  コネクタ
６  パルス電源
８  溝
９  貯蔵タンク
１０  液滴供給部
１２  シールドガスボンベ
１３  シールドガス供給口
１４  スカート
１５  シールドガス回収口
１６  フィルタ
１７  ポンプ
１８  隔壁
１９  ベロー
２１  酸化皮膜除去層
３１  構造部材
３２  き裂
３３  肉盛被覆層
３４  酸化皮膜
３５  進行方向
θ  傾斜角 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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