JPH0637718B2 - 無散水消雪用鋼管の亜鉛電解剥離方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、道路等の路面上の降雪を融かすための無散水
消雪用鋼管の製造方法に係り、特に、無散水消雪用鋼管
の端部の外周のみの亜鉛被膜を電解剥離し、その端部を
ティグ熔接にて接合する無散水消雪用鋼管の亜鉛電解剥
離方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、無散水消雪用の放熱管としては、合成樹脂パイプ
および鋼管などが主として使用されていた。しかし、こ
れらの放熱管のうち合成樹脂パイプは熱伝導率および耐
荷重性に劣るため熱伝導性、耐荷重性に優れた鋼管が前
記放熱管として多く用いられている。このように鋼管を
前記放熱管として用いた場合には熱伝導性に優れてお
り、又耐荷重性にも優れているため積雪路面の比較的浅
い部分に埋設することができ、この鋼管内に地下水など
の低温水を流すだけで路面に降る雪を融かすことができ
る。しかしながら鋼管を用いて路面に放熱管部を形成す
るには多数の鋼管を接続しなければならない。

近年このような無散水消雪用鋼管を接合する方法として
は無散水消雪用鋼管の端面を互いに当接し、その当接部
に絞り込まれた高エネルギー熔接ビームを照射し熔融す
るとともに該熔融部に冷却ガスを吹きつける熔接方法が
採用されている。この熔接方法によれば熔接部には凸部
が形成されず熔接継手部に極めて高い強度を持たすこと
ができ、曲げ加工にも充分耐えるものを得ることができ
る。ところが、この熔接方法による熔接部の熔接を完全
にし、強度の高い無散水消雪用鋼管を製作するには前処
理操作としてタングステン電極による効果的な熔接を起
こさせるために鋼管の表面を覆っている亜鉛被膜の完全
除去を行うことが必要である。

この亜鉛除去方法としては、鋼管の管端表面を機械的に
研削除去する方法や、鋼管の管端表面を塩酸によって化
学的に除去する方法、またNaH₂PO₄・2H₂Oによる電解法、
ZnCl₂とNH₄Clの混合液による電解法のいずれかが行われ
てきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、これらの亜鉛除去方法にあっては、次の
ような欠点を有している。

すなわち、機械的研削除去方法では均一な研削が難しく
亜鉛被膜の除去が不完全となり熔接部の熔融が完全にで
きないという欠点を有していた。

またこの機械的研削除去方法で完全に亜鉛を除去しよう
とすると母材の鋼管まで研削してしまい、このような状
態で熔接接続すると鋼管接合部の強度低下させるという
欠点を有していた。

また、塩酸による化学的除去方法にあっては亜鉛被膜の
除去は完全に行うことができるが亜鉛被膜を塩酸によっ
て化学的に除去する際に発生する塩化水素ガスのために
周辺機器が腐食したり、母材の鋼管までも溶出させて材
質を脆化させるという欠点を有していた。また、この塩
酸による化学的除去方法にあっては塩酸被膜の除去後、
中和処理、防錆処理が必要となるなど処理が繁雑となる
欠点を有していた。さらにこの塩酸による亜鉛被膜の化
学的除去方法にあっては、発生する塩化水素ガスを処理
工程で作業者が吸い込むといった危険性を有していた。

またNaH₂PO₄・2H₂Oによる電解法では電解槽を約４０℃に
加熱しなければ亜鉛除去速度が極めて遅く、費用が高価
となるなどの欠点を有していた。

さらに、ZnCl₂とNH₄Clの混合液による電解法では、ＰＨ
が弱酸性の５．０付近であるため、亜鉛除去後の鋼管の
端面が徐々に空気酸化を受けるので、これを防ぐために
防錆処理が必要であった。またZnCl₂とNH₄Clの混合電解
質溶液を使用した場合には、陰極板に亜鉛の結晶が析出
して徐々に成長し、中間部分に設けた陽極の鋼管に接し
て電解効率が悪くなるので、これを防ぐために、常に陰
極板上に生じた結晶の除去作業が必要であった。さらに
このZnCl₂とNH₄Clの混合電解質溶液を長期間にわたって
使用すると電解液が劣化し、一部分の電解液の補充だけ
では電解能力が元通りに回復しないので、全量交換する
必要が生じて廃液が大量に生じていた。その上にこのZn
Cl₂とNH₄Clの混合電解質溶液の中には重金属の亜鉛が多
く含まれ、ここに鋼管の端面から溶け出した亜鉛も加わ
って、亜鉛の濃度がさらに高濃度となり、環境保全の面
で廃液処理には難しい問題が発制するなど多くの欠点を
有していた。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、無
散水消雪用鋼管の管端部の外周面の亜鉛被膜を容易に電
解剥離して鋼管母材を損傷することなく、かつ無散水消
雪用に使用しても鋼管接合部母材の脆化を招くことな
く、しかも鋼管の曲げ加工性を向上することのできる無
散水消雪用鋼管の亜鉛電解剥離方法を提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するために、電解質溶接中
に陰極の金属板を配置し、Ｕ字状に形成した鋼管の管端
を陽極として該陽極鋼管の管端を前記電解質溶液中に直
立浸漬し、直流電流を供給して該鋼管端部の表面を被覆
している亜鉛被膜を電解剥離する方法において、前記電
解質溶液には１０％〜１３％の硝酸アンモニウム溶液を
使用し、直流電圧３０ボルト、電流値が最大で１０アン
ペアで両端外表面のみの電解剥離を行った後に、該鋼管
の各端部を当接してティグ熔接にて接合することを特徴
とするものである。

〔作用〕

次に、本発明の作用について説明すると、電圧３０ボル
ト、電流が最大１０アンペアの直流電流に接続された鋼
管の端部１〜２cmを硝酸アンモニウムの１０〜１３％で
ｐＨ７．５〜８．５の電解質溶液中に約７分間直立浸漬
すると、鋼管端部外表面のイオン化傾向の大きな亜鉛被
膜が上記電解質溶液中にイオンとして溶出して亜鉛被膜
が電解剥離され、鋼管端部内面の亜鉛被膜は除去されず
にそのまま残る。この溶出した亜鉛は陰極の金属板表面
に溶出した亜鉛イオンと当量の金属亜鉛が析出して電解
質溶液中に沈澱する。そして硝酸アンモニウム１０％〜
１３％の電解質溶液を調整した直後のｐＨは弱酸性の
４．５付近であるが、電解質溶液として使用する間もな
くｐＨ８．０の弱アルカリ性に落ち着いて安定し、電解
液の劣化の際は新しい硝酸アンモニウム溶液を追加補充
すれば電解液の電解能力がすぐに回復し、ｐＨ８．０付
近で安定している。このようにして得られた無散水消雪
用鋼管の各端部を当接してティグ熔接にて接合して無散
水消雪用鋼管を製造する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図には、本発明の一実施例が示されている。図にお
いて、浴槽１内には硝酸アンモニウム(NH₄NO₃)の電解質
溶液７が満たされ、この電解質溶液７は硝酸アンモニウ
ムが１０％〜１３％濃度で、溶液調整直後はｐＨが４．
５付近であるが、使用を始めると間もなくｐＨ８．０の
弱アルカリ性に落ち着いて安定し、鋼管端部の外表面だ
けの亜鉛剥離に最もふさわしくなるから、硝酸アンモニ
ウムを用いることによって、容易にｐＨが７．５〜８．
５の弱アリカリ性に維持でき、この電解質溶液は通常の
温度（５℃〜２５℃）で充分亜鉛被膜の電解剥離効果が
あり、特に、加熱する必要はない。

この浴槽１の底部には、排出口１１が設けられており、
この排出口には管路９が接続されている。この管路９に
はケミカルポンプ４を介して濾過装置５が接続されてい
る。この濾過装置５は電解質溶液７中に析出した亜鉛を
濾過した電解質溶液７を常に清澄に保つためのものであ
る。この濾過装置５には管路１０が接続され、この管路
１０は浴槽１に接続されている。このように浴槽１より
管路９を介してケミカルポンプ４によって電解液７が排
出され、濾過装置５で濾過され、管路１０を介して浴槽
１に再び供給される還流経路が構成されている。

また、浴槽１内には電解液７の表面より所定位置下がっ
た位置に絶縁台６が設けられている。この絶縁台６上に
Ｕ字状に形成された無散水消雪用鋼管３を垂直状態に直
立させて、複数本の管端部が電解液７内に浸漬されてい
る。この鋼管３はＪＩＳ規格Ｇ−３４５２で規定された
化学組成を有する亜鉛メッキ鋼管であり、この鋼管３に
直流電源２の陽極が接続されている。また、浴槽１内の
絶縁台６の両方の側面に陰極板８が設けられており、こ
の陰極板８には直流電源２の陰極が接続されている。

このように構成されるものであるから、いま、直流電源
２に接続された鋼管３の端部を電解液７内に浸すと鋼管
３の端部外表面のわずか１〜２cmの外表面のみのイオン
化傾向の大きな亜鉛被膜が電解液７中にイオンとして溶
出し亜鉛被膜が電解剥離され、内面の亜鉛は除去されず
に残る。この溶出した亜鉛は陰極板８の表面に溶出した
亜鉛イオンと当量の金属亜鉛が析出して浮遊し沈殿す
る。そこで、浴槽１内の電解質溶液７の濃度を均一にす
るためケミカルポンプ４を作動し、電解質溶液７中に浮
遊した亜鉛を濾過装置５によって濾過し電解質溶液７を
常に清澄に保つ。また使用に伴って電解質溶液が劣化し
ても少量の補充で電解能力が回復する。

このようにして得られた鋼管の各管端を互いに当接して
ティグ熔接を行ない無散水消雪用鋼管を製造する。

本実施例によって処理した鋼管の管端外表面は、亜鉛が
完全に除去されていることが定性試験の結果明らかであ
り、その部分は酸化されにくく、ティグ熔接の際に前記
鋼管外表面１〜２cmの亜鉛メッキを除去した端部だけが
熔融し良好に接合され、しかも有毒ガスの発生が防止で
きる。また管端内面の亜鉛被膜は電解剥離されずティグ
熔接の際に、互いに当接した管端を外部から急速に１０
００℃〜３０００℃に加熱して熔融接合すると、内面に
残っていた亜鉛被膜が一旦気化して管内に充満し、冷却
ガスよる熔接部の急冷によってこの気化した亜鉛蒸気が
鉄と結合して新しい合金をつくり、この合金が互いに熔
接した管端接合部の内面に新しい被膜を形成して内面を
保護することになる。また鋼管の表面内面ともに凸部を
生じておらず熔接部は母材以上の強度を持つことが明ら
かであった。

したがって、本実施例による放熱管は路上を通過する重
量車両によっても損傷を受けることがなく、地下水の長
期通水によっても脆化を招くこともない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば亜鉛の電解剥離を
溶解度が大きくかつ金属酸化物を溶かす性質のある硝酸
アンモニウムの電解質溶液中に短時間だけ直立浸漬して
行なうので端部外表面のわずか１〜２cmだけに限定で
き、しかも硝酸アンモニウムの１０％〜１３％の濃度で
容易に、かつ安定したｐＨ７．５〜８．５の（特に８．
０付近で安定した）電解質溶液が得られ、使用に伴って
電解質溶液が劣化しても新しい硝酸アンモニウム溶液を
少量補充するだけで電解能力が回復する。このため電解
質溶液を全量交換するのと異なり、少量の廃液だけを処
理すれば良く、この電解質溶液中では亜鉛被膜の電解剥
離に際して電解質溶液を加熱する必要がなく、母材の鋼
管を損傷せずに、短時間で安価に、かつ安全に亜鉛被膜
を電解剥離することが可能である。

また、亜鉛被膜の電解剥離後は鋼管母材が熔接によって
酸化されにくくなり、無散水消雪用鋼管の端面を互いに
当接して、その当接部を遮蔽用の不活性ガスを流してで
きる不活性雰囲気中で行なうティグ熔接によって接合す
るので、前記の亜鉛メッキを電解剥離した端部だけが加
熱熔融され良質の接合ができる。

また、特にこの発明の無散水消雪用鋼管の亜鉛電解剥離
方法では管端の外表面の亜鉛だけを電解剥離し、内面の
亜鉛は残るのでティグ熔接を行う際に、内面に残した亜
鉛が加熱により一旦気化するがその亜鉛の蒸気が鉄に熔
け込んで新しい合金の被膜を造って内面を保護する。そ
の上有毒ガスの発生が防止でき、熔接継手部が極めて高
い強度を有し、しかも熔接部の内周に凸部が形成され
ず、熔接ムラがないので内部を流れる地下水などの流体
が抵抗なく流れ、曲げ加工にも充分耐える無散水消雪用
鋼管を得ることができる効果を奏するものである。

このように本発明によれば、無散水消雪用鋼管の亜鉛電
解剥離方法による放熱管は熔接が母材以上の強度を持つ
から路上を通過する重量車両によっても損傷されること
もなく、地下水の長期通水によっても脆化を招くことも
ない効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図である。 １……浴槽、２……直流電源、 ３……鋼管、４……ケミカルポンプ、 ５……濾過装置、６……絶縁台、 ７……電解液、８……陰極板、 ９，１０……管路、１１……排出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電解質溶接中に陰極の金属板を配置し、Ｕ
   字状に形成した鋼管の管端を陽極として該陽極鋼管の管
   端を前記電解質溶液中に直立浸漬し、直流電流を供給し
   て該鋼管端部の表面を被覆している亜鉛被膜を電解剥離
   する方法において、前記電解質溶液には１０％〜１３％
   の硝酸アンモニウム溶液を使用し、直流電圧３０ボル
   ト、電流値が最大で１０アンペアで両端外表面のみの電
   解剥離を行った後に、該鋼管の各端部を当接してティグ
   熔接にて接合することを特徴とする無散水消雪用鋼管の
   亜鉛電解剥離方法。