(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口欠陥を有する金属加工物を該金属加工物の金属表面または基材中でまたは表面上で修理する方法であって、
開口欠陥を冷間鍛造して該欠陥を封鎖し、かつ
前記冷間鍛造した欠陥を金属表面または基材に適用した複数のレーザークラッドビーズでレーザークラッドして、前記冷間鍛造した欠陥をクラッド金属層でカバーする
ことを含む金属加工物の修理方法。
【請求項２】
金属加工物がスチールまたはステンレススチール加工物で、金属加工物を動かさずに、その場で金属加工物を使用していた場所から取り除かずに、修理する請求項１記載の修理方法。
【請求項３】
金属加工物が３０４Ｌステンレススチールの水を充填した容器またはそのような容器の一成分であり、容器の壁または容器の前記一成分中に応力腐食で誘導されたクラックである開口欠陥を有するものである請求項１または２記載の修理方法。
【請求項４】
金属加工物が前記方法を実行する際に開口欠陥の後面に流体を保持または保有し、該流体が０．１バール（bar（ｇ））以上の圧力を有する請求項１〜３のいずれかに記載の修理方法。
【請求項５】
流体が１〜３バール（bar（ｇ）の圧力である請求項４記載の修理方法。
【請求項６】
前記開口欠陥の冷間鍛造が開口欠陥のハンマー打ち形態であるか、ハンマー打ちを含む請求項１〜５のいずれかに記載の修理方法。
【請求項７】
エアーハンマーをハンマー打ちに用いる請求項６記載の修理方法。
【請求項８】
レーザークラッドビーズが平衡に重ねられてクラッドされた金属層を形成する請求項１〜７のいずれかに記載の修理方法。
【請求項９】
クラッドされた金属の化学組成が金属加工物の金属表面または金属基材のそれとは異なっている請求項１〜８のいずれかに記載の修理方法。
【請求項１０】
欠陥が長く、クラッドビーズが長い欠陥の長軸または長い欠陥方向を横切るように適用される請求項１〜９のいずれかに記載の修理方法。
【請求項１１】
クラッドされた金属層が欠陥全体をカバーし、欠陥の端を越えて延びて、欠陥の全ての近傍部分上でクラッドされた金属層が欠陥とクラッドされていない基材との間に存在するゾーンがある請求項１〜１０のいずれかに記載の修理方法。
【請求項１２】
クラッドされた金属層がレーザークラッド後にまだ開口欠陥を示す場合に、その第１のクラッドされた金属層であるクラッド金属層中の開口欠陥を冷間鍛造し、ついで第１のクラッド金属層の少なくとも一部上をレーザークラッドすることにより別のクラッド金属層を提供することを特徴とする請求項１〜１１いずれかに記載の修理方法。
【請求項１３】
レーザークラッドが溶融プールを形成し、該溶融プールの粘度を溶融プールの大きさを制限し、充分高い固化速度を確保することによって充分高くして流体を圧力下に含む請求項４または５記載の修理方法。
【請求項１４】
レーザークラッドビーズが０．３〜３ｍ／分の範囲の速度でかつ５０〜７０％のビーズオーバーレイで付着して、連続的なクラッド金属層の形成を確保する請求項１〜１３のいずれかに記載の修理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属加工物の修理に関する。特に、本発明は、金属加工物を修理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアーク溶接修理方法は濡れた金属表面上には適用することはできなかった。なぜならば修理する金属表面に湿分があると、アークの安定性が悪くなり、溶接金属が多孔質になるからでる。従って、アーク溶接は、金属容器の壁の空隙を通して溶融する危険があるので、金属容器の壁の漏れをその場で修理することに特に適当でない。金属加工物中の漏れクラック、例えば水を満たした容器の漏れクラック、または圧縮ガスを含む容器中の漏れクラックを封鎖することは、修理の前に容器を排気または廃液する必要が無く、非常に望まれている。認識されるように、修理目的のために容器から排気または廃液する必要性は、容器を使用する方法における非稼働期間となり、それは非常に大きな費用の損失になり、特に大きな処理施設、例えば石油化学またはバルク化学施設、バルク発電施設などにおいては特に大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
金属加工物中の漏れクラック、例えば水を満たした容器の漏れクラック、または圧縮ガスを含む容器中の漏れクラックを封鎖することは、修理の前に容器を排気または廃液する必要が無く、非常に望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、開口欠陥を有する金属加工物を該金属加工物の金属表面または基材中でまたは表面上で修理する方法であって、
開口欠陥を冷間鍛造して該欠陥を封鎖し、かつ
前記冷間鍛造した欠陥を金属表面または基材に適用した複数のレーザークラッドビーズでレーザークラッドして、前記冷間鍛造した欠陥をクラッド金属層でカバーする
ことを含む金属加工物の修理方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】レーザークラッディング装置の模式図である。
【図２】レーザークラッディング方法の模式図である。
【図３】本発明の方法を用いるその場でのクラック修理を行う水が充満した容器の金属フランジの前面図である。
【図４】図３の修理した金属フランジを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本明細書中において、用語「開口欠陥」とは、境界を有する開口または凹み領域を有する欠陥であって、開口欠陥の冷間鋳造は境界の反対で、近接する領域をそれによって近付けて外表面上の欠陥を閉鎖するようにする。特に、「開口欠陥」はクラック、例えば応力腐食クラック、ピンホール、孔、小さなホールなどを含む。
【０００７】
本発明の方法は基本的にレーザークラッドを行いうる金属加工物のその場での修理に適用しうるが、本発明の方法は非可燃性流体で満たされた金属容器、例えば水を満たした容器またはガスを満たした圧力タンクおよび、特にクラックを有する容器の修理に適用される。
【０００８】
金属加工物はスチールまたはステンレススチールまたはその他の金属加工物、例えばステンレススチール水容器であってよい。金属加工物は固定されかつ使用時に置かれている場所から金属加工物を取り除かないでまたは使用したまま動かさないでその場で修理される。
【０００９】
本発明の方法の一態様において、金属加工物は３０４ステンレススチール水容器または容器の壁または容器成分中に応力腐食で誘導されたクラックである開口欠陥を有する容器成分である。
【００１０】
金属加工物は方法の実施時に開口欠陥の裏側に流体を保持または有していてもよい。流体は０．１バール以上、特に１バール以上、更に１．５バール以上、具体的に約２バールの圧力であってよい。典型的には圧力は３バール以上ではない。
【００１１】
開口欠陥の冷間鋳造は開口欠陥のハンマー打ちであってよく、またはハンマー打ちを含んでよい。典型的には、湾曲したスチールチップを有するエアーハンマーがハンマー打ちに使用される。
【００１２】
レーザークラッドビーズは典型的にはクラッド金属層を形成するように平衡かつ重ねられている。好ましくは、レーザークラッドビーズは０．３ｍ／分〜３ｍ／分の範囲のスピードで、ビーズオーバーレイ５０〜７０％で付着され、連続クラッド金属層を形成することを確保する。
【００１３】
クラッド金属層の化学組成は金属表面や金属加工物の基材の組成とは異なっていても良い。最適な工程パラメーターでは、クラッドビーズの金属表面または金属基材による最小限の希釈を得ることが可能である。
【００１４】
欠陥が長い、例えばクラックの形状の場合、クラッドビーズは長手方向または長い欠陥方向を横切る、即ち垂直な方向に適用しても良い。典型的にはクラッド金属層は、欠陥全体をカバーし、欠陥の端部を越えて延び、欠陥の全ての近傍部分上にクラッド金属層が欠陥と非クラッド基材との間のゾーンが存在するようにする。
【００１５】
クラッド金属層がレーザークラッド後に、更に開口欠陥、即ち漏孔を有することもある。その場合、本発明の方法はさらに第１のクラッド金属層であるクラッド金属層中の開口欠陥を冷間鍛造し、第１のクラッド金属層の少なくとも一部にレーザークラッドにより
更にクラッド金属層を適用しても良い。
【００１６】
レーザークラッドが溶融プールを形成する。本発明の方法は溶融プールの大きさを制限したりまたは充分高い固化速度を確保したりして、溶融プールの粘度を十分に高くして圧力下に液体を含むことを含む。
【００１７】
流体が開口欠陥から出たり漏れたりしているときは、ハンマー打ちが開口欠陥を閉じて流体の漏れ出しを少なくして、レーザークラッドが行われうるレベルにしなければならない。しかしながら、レーザークラッディングはある種の液体、例えば水がレーザークラッドされる領域に流れていても、またはある流体、例えば非燃焼性ガスが冷間鍛造した欠陥から流出していても、可能であるので、漏れ出しを完全に停止する必要は無い。
【００１８】
本発明を添付した図面を参考に例示して説明する。
第１図において、数字１０は一般に本発明方法に用いるのに好適なレーザークラッディング装置を示す。装置１０は、ロボット１４によって保持されるレーザープロセスヘッド１５に供給するレーザーソース１２を含む。粉体フィーダー１８は基材１６をレーザークラッドするための消費される金属粉を有する粉体ノズル２０を含む。
【００１９】
レーザークラッディングはＣＯ２、Ｎｄ：ＹＡＧ、ダイオードまたはＹｂ：ＹＡＧファイバーレーザーで行われうる。図２中、レーザービーム２２は基材１６の表面上に１〜６ｍｍのスポットサイズにぼかす。浅い溶融プール２４が基材１６の表面上に形成される。数字２６で示される消費される金属粉が粉体ノズル２０によって溶融プール２４に噴出される。消費される金属粉２６は溶融して基材１６上に金属的に結合した層２８として固化する。典型的には、クラッド層２８の組成は基材１６の組成と異なり、基材１６によるクラッド層２８の最小希釈が起こる。ビーズは典型的には０．３〜３．０ｍ／分の範囲のスピードで付着する。十分なビーズが５０〜７０％のビーズオーバーレイで付着する。これにより連続層が形成される。クラッド層２８の厚さはレーザー粉体濃度、粉体供給率、クラッドスピードおよびビーズ重複率で決定される。これらの要素はクラッド層２８が基材材料によって希釈される範囲、従ってクラッド層２８の最終化学組成で役割を果たす。
【００２０】
粉体ノズル２０はレーザービーム２２に関して軸を外してもまたはレーザービーム２２と同軸であっても良く、１以上の粉体ノズル２０、例えば３または４の粉体ジェット態様を用いても良い。
【００２１】
粉体は粉体フィーダー１８からノズル２０にキャリアーガス、典型的には流量２〜１５Ｌ／分のヘリウムまたはアルゴンによって、供給される。アルゴン、５％水素を有するアルゴンまたはヘリウムを溶接ビーズの酸化を防止するために、典型的には５〜１５Ｌ／分で別途吹き込んでもよい。
【００２２】
クラッド層２８は基材１６の金属によるクラッド層２８の希釈の多くが起こる、熱影響ゾーン３０および混合ゾーン３２を含む。
【００２３】
図３中、本発明の方法を用いてその場のクラック修理を行う３０４Ｌのステンレススチール水充填容器の金属フランジが数字４０で示されている。フランジ４０が使用されている容器（示されていない）は水がフランジ４０の後ろで約２バールの圧力で満たされている。水はフランジのクラック４２から徐々に流出している。クラック４２は長く垂直に延びていて、明確化のために図では強調して記載されている。
【００２４】
クラック４２を修理するために、クラック４２がハンマー打ちで、フランジ４０の外表面中クラック４２の両端を互いに延ばして鍛造してクラック４２を閉じることによって冷間鍛造する。好ましくけれども、レーザークラッディングはある流体がレーザークラッドする領域に流れていても可能であるので、ハンマー打ちで水の漏出を完全に停止することは必須ではない。
【００２５】
次いで、クラック４２は連続するクラッドビーズ４４で、レーザークラッド装置、例えば図１に示されているレーザークラッド装置１０、およびレーザークラッド方法、例えば図２に示されているレーザークラッド方法でクラッドされる。ビーズ４４は図４に示されているように、クラック４２の上または下で開始し、クラック４２の上または下で修了する。クラッドビーズ４４はまたクラック４２よりかなり幅が長く、クラッドビーズ４４によって形成されるクラッド金属層がクラック４２に全体をカバーしてクラック４２がクラッド金属層で全ての側部分を囲む。好適なトゥールパスがロボット１４のためにプログラムされてクラック４２全体をカバーする。クラックは垂直、水平またはどの方向でもよい。
【００２６】
潜在的問題が基材、即ちフランジ４０のクラックが互いにほぼ閉じた場合に起こりうる。この場合、一つのクラックの封鎖が近接するクラックからの漏出を増大して近接するクラックの封止ができない程度になることが起こる。しかしながら、近接するクラックが開口するのを防止するスティッチクラッドを対策として置くことも可能である。
【００２７】
好ましくは、ハンマー打ちおよびレーザークラッディングの組合せが単一のクラッド金属層でクラック４２の封止を確保する。必要ならばまたは望ましいならば、クラッド金属層の厚さの積み上げがレーザークラッド方法の低希釈および工程パラメーターの正確な制御によりクラッド金属層上で直接行われる。
【００２８】
フランジ４０中のクラック４２の完全な封止を行うために、金属クラッド層の幅並びにクラッドヘッド４４の幅を最適化されねばならない。クラッド層の幅が広すぎると、固化する金属からの熱応力がクラック４２の幅を広げることになる。溶融プール２４の粘度が水圧を含むのに十分であることが必要でもある。これは溶融プールの大きさを制限するか、十分に高い固化速度を確保することによって達成される。
【００２９】
漏出孔がクラッド層内に残っている場合には、これらの孔は連続的なクラッド層の適用では簡単に封鎖できないことが解った。しかし、この問題は孔へのハンマー打ちの適用後第２クラッド層を適用することによって述べられる。また、湾曲したスチールチップを有するエアーハンマーが典型的に用いられる。従って、クラッド層を冷間鍛造して孔を塞ぎ、水漏れのレベルを十分な封鎖第２のクラッド層の適用で可能であるていどに減少させる。
【００３０】
本発明は、クラックを修理する非接触非電気的方法であって、修理時に電気化学的な影響を避け得るものを提供する。有利には、本発明の方法はクラック領域を流れる水の存在下に、クラックからガスの漏出が存在する下で、および風のある条件下で使用されうる。逆に、従来のアーク溶接方法は溶融プールを大気中の不純物から隔離することを必要とする。風のある条件は従来のアーク溶接方法での酸化や多孔質化を引き起こすので溶融プールの不十分な隔離をもたらす。
【００３１】
レーザークラッディングと冷間鍛造、例えばハンマー打ちとの組合せを用いる優れた方法の制御は、薄い壁の水を含んだステンレススチール成分のその場での修理を可能にする。アーク溶接方法は湿潤条件下での適用には不向きであり、薄い壁の孔を通して溶融の許容できない危険が存在する。有利には、前述のように本発明の方法によって可能となるその場での修理は、ある場合には、装置をシャットダウンすることを回避し、非稼働時間を減少しそれに付随する費用を削減する。
【符号の説明】
【００３２】
１０…レーザークラッディング装置
１２…レーザーソース
１４…ロボット
１５…レーザーヘッド
１６…基材
１８…粉体フィーダー
２０…粉体ノズル
２２…レーザービーム
２４…溶融プール
２６…金属粉
２８…クラッド層
４０…金属フランジ
４２…クラック
４４…クラッドビーズ
【図１】
0005468619.tif 000002
【図２】
0005468619.tif 000003
【図３】
0005468619.tif 000004
【図４】
0005468619.tif 000005