JP2000336426A - 焼鈍用ヒータおよび焼鈍方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼鈍作業の準備を迅速に行えると共に、加熱
領域を狭小化することができる焼鈍用ヒータおよび焼鈍
方法を提供すること。 【解決手段】 焼鈍対象部１６を加熱する焼鈍用ヒータ
１であって、高耐熱性かつ高耐酸化性の発熱体３と、発
熱体３を内部に収容し、保温材から成ると共に発熱体３
から発せられる熱を焼鈍対象部へ向けて放射させるため
の開口部５ｏを有する保温ケース５と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、局部焼鈍に用いら
れる焼鈍用ヒータおよび焼鈍方法に関し、特に、圧力容
器、熱交換器等の溶接部を局部焼鈍するのに適した焼鈍
用ヒータおよび焼鈍方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、金属部材の溶接部等の歪みを
除去するために、当該溶接部を焼鈍する技術が知られて
いる。図５に、かかる焼鈍技術の一例を示す。同図に示
すように、例えば平板１０１の溶接部１０２を局部焼鈍
する場合には、まず、赤外線を発するインフラヒータ１
０３を溶接部１０２と対峙させ、次いで、インフラヒー
タ１０３の周囲を熱拡散防止用の複数の保温材１０４で
取り囲む。インフラヒータ１０３は、ニクロム線等の発
熱体にアルミナ等の電気絶縁用の碍子が装着されたもの
である。また、保温材１０４の内部には綿が詰め込まれ
ている。インフラヒータ１０３に電力を供給すると、発
熱体からの輻射熱によって溶接部１０２付近が約６００
℃〜約７００℃まで加熱される。そして、この温度で一
定時間保持した後に溶接部１０２を空冷することで、溶
接部１０２の歪みを除去することができる。

【０００３】また、図６に示すように、例えば複数の挿
入孔１１１ｈが形成された管板１１１と挿入孔１１１ｈ
に挿入される複数の伝熱管１１５との溶接部１１６を局
部焼鈍する場合には、複数枚のインフラヒータ１０３を
伝熱管１１５および溶接部１１６と対峙させ、各インフ
ラヒータ１０３の周囲に複数の保温材１０４を配置す
る。次いで、各インフラヒータ１０３に電力を供給する
と、上述のように、各発熱体からの輻射熱によって溶接
部１１６付近が約６００℃〜約７００℃まで加熱され
る。そして、この温度で一定時間保持した後に溶接部１
０２を空冷することで、溶接部１０２の歪みを除去する
ことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図５および図
６に示した従来の焼鈍技術には、次のような問題があっ
た。すなわち、従来は、焼鈍作業を開始するにあたっ
て、インフラヒータ１０３を溶接部１０２に対峙させた
後に、インフラヒータ１０３を取り囲むように複数個の
保温材１０４を順次設置するという煩わしい作業が必要
であったため、焼鈍の準備を迅速に行うことができなか
った。

【０００５】また、従来、ニクロム線等を発熱体として
用いるインフラヒータ１０３では、単位面積当たりの熱
流束が一般的に４０〜５０ｋｗ／ｍ²と小さいため、所
定の焼鈍温度まで昇温させると加熱領域が広範囲になる
傾向があった。加熱領域が広範囲に及ぶと、焼鈍の対象
部以外の箇所も必要以上に加熱することになってしま
う。このため、図６に示した管板１１１と伝熱管１１５
との溶接部１１６を焼鈍する技術等においては、管板１
１１の熱膨張によって伝熱管１１５が変形してしまうお
それがあった。

【０００６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、焼鈍作業の準備を迅速に行えると共に、加熱
領域を狭小化することができる焼鈍用ヒータおよび焼鈍
方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、焼鈍対象部を加熱する焼鈍用ヒータであ
って、高耐熱性かつ高耐酸化性の発熱体と、発熱体を内
部に収容し、保温材から成ると共に発熱体から発せられ
る熱を焼鈍対象部へ向けて放射させるための開口部を有
する保温ケースと、を備えることを特徴とする。

【０００８】本発明に係る焼鈍用ヒータでは、焼鈍対象
部を加熱するための熱を発する発熱体が、一体となった
保温ケースに収容されている。このため、保温ケースの
開口部を焼鈍対象部と対向させ、当該焼鈍対象部と発熱
体とを対峙させるだけで焼鈍準備が完了するので、複数
の保温材を発熱体の周囲に順次設置する場合と比較し
て、焼鈍の準備作業を迅速に行うことができる。また、
本発明で用いられる発熱体は高耐熱性かつ高耐酸化性で
あるため、従来のように耐熱性が低く酸化しやすいニク
ロム線を用いる場合と比較して当該発熱体をより高温に
することができ、単位面積当たりの熱流束が高められ
る。これにより、加熱領域が狭小化され、焼鈍の対象部
以外の箇所を必要以上に加熱する事態を防止することが
できる。

【０００９】また、本発明に用いる発熱体は、炭化ケイ
素、フェライト系合金、またはセラミックスから成るこ
とが好ましい。

【００１０】さらに、本発明の焼鈍用ヒータにおいて、
保温ケースは、異なる保温材を内部から外部に向けて複
数重ねて形成されていることが好ましい。この場合、発
熱体から発せられる熱が保温ケースの外部に発散される
事態を抑制することができる。

【００１１】本発明の焼鈍方法は、上述した焼鈍用ヒー
タの保温ケースの開口部を焼鈍対象部に対向させた後
に、発熱体から熱を放出させて焼鈍対象部を加熱するこ
とを特徴とする。

【００１２】本発明の焼鈍方法によれば、保温ケースの
開口部を焼鈍対象部に対向させ、当該焼鈍対象部と発熱
体とを対峙させるだけで焼鈍準備が完了するため、複数
の保温材を発熱体の周囲に順次設置する場合と比較し
て、焼鈍の準備作業を迅速に行うことができる。また、
本発明で用いられる焼鈍用ヒータの発熱体は高耐熱性か
つ高耐酸化性であるため、従来のように耐熱性が低く酸
化しやすいニクロム線を用いる場合と比較して当該発熱
体をより高温にすることができ、単位面積当たりの熱流
束が高められる。これにより、加熱領域が狭小化され、
焼鈍の対象部以外の箇所を必要以上に加熱する事態を防
止することができる。

【００１３】本発明に係る焼鈍方法において、焼鈍対象
部が、挿入孔を有する固定部材と挿入孔に挿入される管
との接合部である場合に、管の内部に芯部材を挿入した
後に、当該接合部の加熱を行うことが好ましい。

【００１４】この場合、たとえ発熱体から発せられる熱
の影響で固定部材が熱膨張したとしても、管の内部には
芯部材が挿入されているため、熱膨張に伴う固定部材の
押圧力によって管が変形する事態を防止することができ
る。

【００１５】また、本発明に係る焼鈍方法において、焼
鈍用ヒータを複数並べ、焼鈍対象部を加熱するようにし
てもよい。

【００１６】この場合、複数の焼鈍対象部を同時に加熱
することができ、また、保温ケースの開口部よりも広範
囲な焼鈍対象部を同時に加熱することができる。さら
に、焼鈍対象部が曲面上に位置する場合でも、この曲面
に沿って複数の焼鈍用ヒータを並べることで、焼鈍対象
部を均一に加熱することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る焼鈍用ヒータおよび焼鈍方法の好適な実施形態
について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を
用いるものとし、重複する説明は省略する。

【００１８】［第１実施形態］図１は、本実施形態の焼
鈍用ヒータ１を示す断面図であり、図２は、図１のII-I
I方向の断面図である。本実施形態では、焼鈍用ヒータ
１は、熱交換器の局部焼鈍をするために用いられてい
る。焼鈍の対象は、複数の挿入孔１１ｈが形成された管
板（固定部材）１１と挿入孔１１ｈに挿入される伝熱管
１５とを結合する溶接部１６であり、この溶接部１６の
歪みを除去するために焼鈍が行われる。

【００１９】焼鈍用ヒータ１は、高耐熱性で且つ高耐酸
化性の炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成された複数の発熱
体３と、当該発熱体３を収容する保温ケース５と、から
構成されている。保温ケース５は、発熱体３からの熱を
溶接部１６へ向けて放射させるための開口部５ｏを図１
中の下方に有し、耐火材から成る内ケース５ａと、当該
内ケース５ａを取り囲みレンガから成る外ケース５ｂ
と、外ケース５ｂを取り囲む鋼製の外壁部５ｃと、から
一体的に構成されている。また、内ケース５ａ、外ケー
ス５ｂ、および外壁部５ｃは、その側部と天井部とが各
々一体形成されている。なお、内ケース５ａ、外ケース
５ｂ、および外壁部５ｃは、何れも保温ケース５の内部
を保温する役割を有している。

【００２０】発熱体３は、図２に示すように直管形状を
なし、平行に複数配列されている。また、各発熱体３
は、内ケース５ａの下面から垂下する支持部材によって
支持され（図１参照）、図示しない電源より電力が供給
されると発熱するように構成されている。なお、本実施
形態では発熱体３を直管形状としたが、この他、保温ケ
ース５の形状や焼鈍対象部の形状に応じてＵ字状、リン
グ状などにすることができる。また、発熱体３の支持方
法は上述の方法に限られず、保温ケース５の側部に支持
用の孔を形成し、この孔に発熱体３の一部を挿入して支
持するようにしてもよい。さらに、焼鈍温度に応じて、
発熱体３の材質を、高耐熱性で且つ高耐酸化性のフェラ
イト系合金、セラミックスなどにすることができる。

【００２１】図３は、伝熱管５近傍の拡大断面図であ
る。同図に示すように、各伝熱管５には、ステンレス製
の芯金１４が挿入されている。なお、伝熱管５の内壁面
と芯金１４の外壁面との間には、隙間δが形成されてい
る。

【００２２】次に、本実施形態の焼鈍用ヒータ１による
焼鈍方法を説明する。溶接部１６を焼鈍するには、ま
ず、開口部５ｏが溶接部１６と対向するように焼鈍用ヒ
ータ１を管板１１上に設置し、当該溶接部１６と発熱体
３を対峙させる。このとき、保温ケース５の内ケース５
ａ、外ケース５ｂ、および外壁部５ｃは一体となってお
り、さらに、発熱体３が内ケース５ａと接続されている
ため、従来のように複数の保温材を発熱体の周囲に順次
設置する場合と比較して、焼鈍の準備作業を迅速に行う
ことができる。

【００２３】焼鈍用ヒータ１を管板１１上にセットした
後、図示しない電源より発熱体３に電力を供給する。す
ると、発熱体３からの輻射熱によって溶接部１６が約６
００℃〜約７００℃まで加熱される。そして、この温度
で一定時間保持した後に溶接部１６を空冷し、焼鈍作業
が終了する。

【００２４】ここで、本実施形態で用いた発熱体３は、
高耐熱性かつ高耐酸化性の炭化ケイ素から形成されてい
るため、従来のように耐熱性が低く酸化しやすいニクロ
ム線を用いる場合と比較して当該発熱体３をより高温に
することができ、単位面積当たりの熱流束を約５〜１０
倍にすることができる。これにより、加熱領域が狭小化
され、溶接部１６以外の箇所を必要以上に加熱する事態
を防止することができる。このため、管板１１の熱膨張
によって伝熱管１５が変形するという事態が防止され
る。

【００２５】また、保温ケース５は、内ケース５ａ、外
ケース５ｂ、および外壁部５ｃの三層構造となっている
ため、従来の綿を詰め込んだだけの保温材を用いる場合
よりも発熱体３の周囲の保温効果が高まり、エネルギ損
失・消費電力が減少し、熱効率を向上させることができ
る。

【００２６】さらに、仮に管板１１が熱膨張によって伝
熱管１５が押圧力を受けたとしても、各伝熱管１５には
芯金１４が挿入されているため、伝熱管１５の過度の変
形を防止することができる。また、伝熱管５の内壁面と
芯金１４の外壁面との間には隙間δが形成されているた
め、管板１１および伝熱管１５はある程度熱膨張するこ
とができ、管板１１および伝熱管１５に熱応力が発生す
る事態を防止することができる。

【００２７】［第２実施形態］図４は、本発明に係る焼
鈍用ヒータおよび焼鈍方法の第２実施形態を示す図であ
る。本実施形態は、第１実施形態のような平板状の管板
１１上の溶接部１６を焼鈍するのではなく、曲面を有す
る被加熱材２１上で曲線状に延びる溶接部２２を焼鈍す
るものである。また、本実施形態の焼鈍用ヒータ２０の
構成は、第１実施形態の焼鈍用ヒータ１と略同様である
が、焼鈍用ヒータ１と比較して、その幅Ｗが小さくされ
ている。なお、焼鈍用ヒータ２０の奥行Ｌは任意の長さ
に設定される。

【００２８】溶接部２２を焼鈍するには、複数の焼鈍用
ヒータ２０を被加熱材２１上に複数個並置する。これに
より、曲線状に広範囲にわたって延在する溶接部２２を
同時に加熱することができる。このため、各発熱体３か
らの輻射熱が略均等に溶接部２２へ照射され、溶接部２
２全体を均一に焼鈍することができる。また、幅Ｗが狭
小にされているため、保温ケース５の側部下端と被加熱
材２１との間に隙間が殆ど形成されることなく、各焼鈍
用ヒータ２０を被加熱材２１の曲面に沿って配列するこ
とができる。このため、保温ケース５内の熱が外部に漏
れるのを抑制することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る焼鈍
用ヒータでは、焼鈍対象部を加熱するための熱を発する
発熱体が、一体となった保温ケースに収容されている。
このため、保温ケースの開口部を焼鈍対象部と対向さ
せ、当該焼鈍対象部と発熱体とを対峙させるだけで焼鈍
準備が完了するので、複数の保温材を発熱体の周囲に順
次設置する場合と比較して、焼鈍の準備作業を迅速に行
うことができる。また、本発明で用いられる発熱体は高
耐熱性かつ高耐酸化性であるため、従来のように耐熱性
が低く酸化しやすいニクロム線を用いる場合と比較して
当該発熱体をより高温にすることができ、単位面積当た
りの熱流束が高められる。これにより、加熱領域が狭小
化され、焼鈍の対象部以外の箇所を必要以上に加熱する
事態を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る焼鈍用ヒータの第１実施形態を示
す断面図である。

【図２】図１に示す焼鈍用ヒータのII-II方向の断面図
である。

【図３】図１に示す伝熱管近傍の拡大図である。

【図４】本発明に係る焼鈍用ヒータおよび焼鈍方法の第
２実施形態を示す図である。

【図５】従来の焼鈍技術を示す図である。

【図６】従来の他の焼鈍技術を示す図である。

【符号の説明】

１，２０…焼鈍用ヒータ、３…発熱体、５ｏ…開口部、
５ｂ…外ケース、５ｃ…外壁部、５…伝熱管、５ａ…内
ケース、５…保温ケース、１１…管板（固定部材）、１
１ｈ…挿入孔、１４…芯金（芯部材）、１５…伝熱管、
１６，２２…溶接部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼鈍対象部を加熱する焼鈍用ヒータであ
   って、 高耐熱性かつ高耐酸化性の発熱体と、 前記発熱体を内部に収容し、保温材から成ると共に前記
   発熱体から発せられる熱を前記焼鈍対象部へ向けて放射
   させるための開口部を有する保温ケースと、を備えるこ
   とを特徴とする焼鈍用ヒータ。
2. 【請求項２】 前記発熱体は、炭化ケイ素、フェライト
   系合金、またはセラミックスから成ることを特徴とする
   請求項１記載の焼鈍用ヒータ。
3. 【請求項３】 前記保温ケースは、異なる保温材を内部
   から外部に向けて複数重ねて形成されていることを特徴
   とする請求項１または請求項２記載の焼鈍用ヒータ。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３記載の焼鈍用ヒータ
   のうち何れか一項に記載された焼鈍用ヒータを用いる焼
   鈍方法であって、 前記保温ケースの前記開口部を前記焼鈍対象部に対向さ
   せた後に、前記発熱体から熱を放出させて前記焼鈍対象
   部を加熱することを特徴とする焼鈍方法。
5. 【請求項５】 前記焼鈍対象部は、挿入孔を有する固定
   部材と前記挿入孔に挿入される管との接合部であり、 前記管の内部に芯部材を挿入した後に、前記接合部の加
   熱を行うことを特徴とする請求項４記載の焼鈍方法。
6. 【請求項６】 前記焼鈍用ヒータを複数並べ、前記焼鈍
   対象部を加熱することを特徴とする請求項４または請求
   項５記載の焼鈍方法。