(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流路を有する板状体の補修方法であって、
前記板状体のクラック発生部分を削除して溶接用の開先を形成する開先形成工程と、
前記開先の底部を溶接により填塞する填塞工程と、
前記板状体の表面に開口する該開先の開口部に蓋板を付設する蓋付設工程と、を有することを特徴とする補修方法。
【請求項２】
前記填塞工程後に、前記流路の底部と略同一深さの溝を前記開先に刻設する溝形成工程を更に有する請求項１に記載の補修方法。
【請求項３】
前記填塞工程後に、前記開先への溶接により前記板状体の底面から突出した溶接金属を削除する底面平滑化工程を更に有する請求項１又は２に記載の補修方法。
【請求項４】
前記蓋付設工程で用いる前記蓋板が、前記板状体の表面に開口する前記開口部に挿入可能な凸部を備えている請求項１〜３のいずれか１項に記載の補修方法。
【請求項５】
前記凸部の高さが、前記板状体の表面から前記流路の頂部までの長さと略同一である請求項４に記載の補修方法。
【請求項６】
前記蓋板の材料として前記板状体と同じものが用いられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に流路を有する板状体に発生したクラックの補修方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内部にストライプ状等の流路を有する板状体は、今日、ガスタービン燃焼器、ジェットエンジン、宇宙関連機器などの構成材料として使用されており、内部の流路に空気、蒸気等の作動流体を流すことで冷却等の作用を奏するよう構成されている。
【０００３】
図２に示すように、例えばガスタービン燃焼器２０は、一般的に、燃料供給部２１と、高温・高圧の燃焼ガスをタービン（図示せず）に導く尾筒２２とを備えている。この燃料供給部２１は、パイロット燃料Ｘ及び空気を供給して拡散火炎を形成するコーン２３と、メイン燃料Ｙ及び空気の予混合気体を噴出するノズル２４とを備え、複数のノズル２４がコーン２３の周囲に略等間隔で配設されたいわゆるマルチノズル型に構成されている。
【０００４】
尾筒２２は、複数の板状体２５を接合し、筒状に成形されたものである。この板状体２５は、一般的には図３に示すように、ストライプ状の溝が刻設された一方の壁体２６と平板状の他方の壁体２７とをロウ接等によって積層したものであり、壁体２６，２７間にストライプ状の流路２８を板面と平行に画成している。ガスタービン燃焼器２０の運転中、この尾筒２２内の流路２８には空気、蒸気等の作動流体Ｚ（図２）が流され、尾筒２２が冷却されている。
【０００５】
上記構造のガスタービン燃焼器２０の尾筒２２には、運転中の熱サイクル疲労等により図４に示すような線状等のクラック２９が発生するおそれがある。かかるクラック２９の補修方法としては、従来、（１）図５に示すように板状体２５のクラック２９部分を削除して溶接用の開先３０を形成し、この開先３０にＴＩＧ溶接等によって溶接金属３１を填塞する方法や、（２）尾筒２２において、クラック２９が発生した板状体２５全体を切断し、新しい板状体２５に交換する方法が採用されてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記（１）の補修方法では、図５に示すように流路２８が溶接金属３１によって閉塞してしまい、その結果、補修個所を通る流路２８が存在する帯域の冷却能が低下するという不都合がある。一方、上記（２）の補修方法では、冷却能が低下することはないが、クラック２９が発生した板状体２５全体を交換するため、補修コストの高騰を招来するという不都合がある。
【０００７】
かかる補修方法の不都合は、言うまでもなく、ガスタービン燃焼器２０の尾筒２２以外にも該当するものであり、換言すると、内部に何らかの作動流体を流通させるための流路を有する板状体全般に該当する課題である。
【０００８】
本発明は、これらの不都合に鑑みてなされたものであり、冷却等の諸機能の低下を招来することなく、かつ、補修コストが比較的低い、内部に流路を有する板状体の補修方法の提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、内部に流路を有する板状体の補修方法であって、（ａ）この板状体のクラック発生部分を削除して溶接用の開先を形成する開先形成工程と、（ｂ）この開先の底部を溶接により填塞する填塞工程と、（ｃ）板状体表面の開口部に蓋板を付設する蓋付設工程とを有することを特徴とする補修方法を提供している。
【００１０】
当該補修方法には、請求項２に記載の本発明のように、前記填塞工程後に、前記流路の底部と略同一深さの溝を前記開先部分に刻設する溝形成工程を有すことが好ましい。
【００１１】
また、前記填塞工程後に、請求項３に記載の本発明のように、開先への溶接により板状体底面から突出した溶接金属を削除する底面平滑化工程を有するのが好ましい。
【００１２】
更に、請求項４に記載の本発明のように、前記蓋付設工程で用いる蓋板に板状体表面の開口部に挿入可能な凸部を備えるのが好ましく、前記凸部の高さは、請求項５に記載の本発明のように、板状体表面から流路の頂部までの垂直長さと略同一とするのが好適であり、前記蓋板の材料としては、請求項６に記載の本発明のように、板状体と同じ材料を用いるのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態に係る補修方法について詳説するが、本発明は、以下の説明から分かるように、この実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
【００１４】
図１の（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態に係る板状体の補修方法の各工程を説明するために、内部に流路を有する板状体の種々の状態を断面で示す図である。図１の補修方法は、図１の（ａ）に示すように内部に流路２を有する板状体１に貫通する線状のクラック３が発生した場合の補修方法であり、開先形成工程と、填塞工程と、溝形成工程と、底面平滑化工程と、蓋付設工程とをこの順に有している。
【００１５】
開先形成工程は、図１の（ｂ）に示すように、板状体１に入ったクラック３に沿ってクラック３の周囲（クラック発生部分）をグラインダー等により削除し、Ｖ字溝状の開先４を形成する工程である。
【００１６】
填塞工程は、図１の（ｃ）に示すように、開先４の底部（板状体１の底面から流路２の底部に至るまでの領域に相当する部分）を溶接による溶接金属５で填塞する工程である。この填塞工程で用いられる溶接方法としては、例えばＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、プラズマ溶接、炭酸ガスアーク溶接、ＭＡＧ溶接などが適用可能であるが、これらに特に限定されるものではない。
【００１７】
溝形成工程は、図１の（ｄ）に示すように、上記開先４を含む部分に凹状の溝７を刻設する工程である。この凹状の溝７の深さは、板状体１の流路２の底部と略同一の深さとする。この溝形成工程において溝７を刻設する手段は、特に限定されず、グラインダー等の一般的な切削・研削手段が採用される。
【００１８】
底面平滑化工程は、填塞工程により開先４の底部に填塞された溶接金属５のうち板状体１の底面から突出した部分（図１の（ｃ）参照）を図１の（ｄ）に示すように削除し、板状体１の底面を面一に仕上げる工程である。この底面平滑化工程において溶接金属５の突出部分を削除する手段としては、前記溝形成工程と同様に、グラインダー等の一般的な切削・研削手段が採用される。なお、この底面平滑化工程と上述の溝形成工程との順序は問わず、両工程を同時に行うことも可能である。
【００１９】
蓋付設工程は、蓋板８の取付工程と接合工程との細部工程から構成される。この取付工程は、図１の（ｅ）に示すように、上記各工程で形成された板状体１表面の開口部、つまり溝７の開口部を覆うように板状体１の表面に蓋板８を取り付ける工程である。また、接合工程は、図１の（ｆ）に示すように、蓋板８の外縁部に溶接を施し、溶接金属１０によって板状体１と蓋板８とを接合する工程である。この接合工程で用いられる溶接方法としても、上述の填塞工程と同様であり、例えばＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、プラズマ溶接、炭酸ガスアーク溶接、ＭＡＧ溶接などが挙げられる。
【００２０】
上記蓋付設工程で用いる蓋板８は、その裏面に溝７の開口部に遊嵌し得る凸部９を備えており、上記取付工程において凸部９を溝７の開口部に挿入するよう蓋板８を取り付ける。この蓋板８の凸部９の高さは、板状体１の表面から流路２の頂部に至るまでの垂直長さと略同一とされている。そのため、蓋付設工程により蓋板８を付設すると、蓋板８の凸部９の先端面もしくは下面と流路２の頂部とが板状体１と平行な略同一基準面上に位置する。
【００２１】
蓋板８の材料としては、板状体１に要求される強度、耐熱性等を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばステンレス鋼、耐熱鋼等を用いることができる。特に、蓋板８の材料としては板状体１を構成する材料と同じものが好ましく、膨張係数の違いに起因する熱サイクル下での蓋板８の脱落等を低減することができる。
【００２２】
上記開先形成工程、填塞工程、溝形成工程、底面平滑化工程及び蓋付設工程を経ることで、図１の（ｆ）に示すように板状体１に発生したクラック３の補修が完了する。当該補修方法が施された補修個所には、溝７の底面と蓋板８の凸部９の先端面との間に流路２に連通する中空部１１が形成され、板状体１の流路２が補修個所で閉塞することがない。その結果、板状体１の流路２に作動流体を流通させることによる冷却等の諸機能を維持することができる。また、板状体１を側面から見て中空部１１と流路２とが直線状に連結されるため、流路２を流れる作動流体のストリームライン化が促進され、補修個所による圧力損失の増大を低減することができる。
【００２３】
なお、内部に流路を有する板状体の補修方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な改変が可能である。例えば、
（１）溝形成工程及び底面平滑化工程を省略することも可能であり、填塞工程において開先４の底部のみにある程度正確に溶接金属５を充填することができれば同様の効果を奏することができる。
【００２４】
（２）蓋付設工程で用いる蓋板８については、凸部９を備えていないものでも使用可能であり、補修個所での流路２の閉塞防止効果を奏することができる。また、凸部９の高さについても、板状体１表面から流路２までの長さと略同一とすることに限定されず、変更可能である。このように凸部９の高さを調整することで、流路２を流れる作動流体の流量を制御することができる。
【００２５】
（３）図１に示した実施形態では、溝７の断面形状をほぼ正方形もしくは矩形とし、これに遊嵌する凸部９も溝７を補完する相似的な形状としており、このような形状とすることが、溝７の加工上好ましいのであるが、溝を設ける場合にその形状に限定されるものではなく、蓋板８を取り付けることができれば任意の形状とすることができる。
【００２６】
（４）また、この明細書で使用されている「クラック発生部分」とは、目視により実際にクラックが発生していることが確認された部分のみを指しているのではなく、発生する可能性の高い部分や、金属組織の検査により発生が危惧される部分等も含むことは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に記載の補修方法によれば、まず開先形成工程により板状体のクラック発生部分に開先を形成し、次に填塞工程によりこの開先の底部を溶接金属で填塞し、その後に蓋付設工程により板状体表面の開口部に蓋板を付設することで、内部に流路を有する板状体に発生したクラックの補修が完了する。従って、当該補修方法によれば、補修個所には填塞工程により填塞された底部と蓋付設工程で付設された蓋板との間に中空部が形成される。そのため、板状体の内部の流路が補修個所で閉塞されることを防止することができ、その結果、当該板状体の流路に作動流体を流通させることにより冷却等の諸機能の低下を防止することができる。例えば、ガスタービン燃焼器の尾筒に発生したクラックの補修に当該補修方法を用いると、尾筒の冷却能を維持することができる。また、従来の補修方法のようにクラックが入った板状体全体を交換する必要がないため、補修コストの低減化を図ることができる。
【００２８】
また、請求項２に記載の本発明によれば、前記填塞工程後に、前記流路の底部と略同一深さの溝を前記開先部分に刻設する溝形成工程を有するので、底部が溶接金属で填塞された開先部分に流路底部と略同一深さの溝が形成され、板状体の流路の底部と補修個所に形成される中空部の底面とを略一致させることができ、その結果、流路を流通する作動流体の補修個所でのストリームライン化を促進することができる。また、前記填塞工程における開先底部への溶接により溶接金属が流路の開先面開口部にオーバーラップしても、当該溝形成工程により前記オーバーラップ部分が取り除かれるため、填塞工程における溶接作業をあまり正確に行う必要がなく、填塞工程の作業性を向上させることができる。
【００２９】
また、前記填塞工程後に、請求項３に記載の本発明のように、開先への溶接により板状体底面から突出した溶接金属を削除する底面平滑化工程を有していると、この底面平滑化工程により板状体の底面が面一に仕上げられ、流路を有する板状体を用いた製品（例えばガスタービン燃焼器の尾筒など）において、かかる製品の機能（例えば燃焼ガスの流通など）に対する悪影響の発生を防止することができる。
【００３０】
更に、請求項４に記載の本発明のように、前記蓋付設工程で用いる蓋板に板状体表面の開口部に挿入可能な凸部を備えていると、この凸部を板状体表面の開口部に挿入するよう蓋板を付設することで、補修個所に形成される中空部の上方空間を小さくし、この中空部の断面形状と板状体の流路の断面形状との差異に起因する圧力損失の増大を低減することができる。また、この蓋板の凸部の高さを調整することで、板状体の流路を流れる作動流体の流量を制御することができる。
【００３１】
請求項５に記載の本発明のように、板状体表面から流路までの垂直長さと略同一高さの凸部を備える蓋板を用い、この蓋板を板状体表面の開口部に付設することで、補修個所に形成される中空部の上面と板状体の流路の頂部とを板状体面側からみて略同一線上に位置させることができ、流路及び補修個所の中空部を流れる作動流体のストリームライン化をさらに促進することができる。
【００３２】
また、請求項６に記載の本発明のように、蓋板と板状体とを同様の材料から構成することで、板状体と蓋板との膨張係数を一致させることができるので、熱サイクル下において蓋板の脱落、破損等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態に係る板状体の補修方法を説明する板状体の断面図である。なお、各断面図の切断面は、流路及び板状体の板面と平行な面である。
【図２】一般的なガスタービン燃焼器を示す断面図である。
【図３】図２のガスタービン燃焼器の尾筒を構成する板状体の部分断面図である。
【図４】図２のガスタービン燃焼器の尾筒にクラックが発生した状態を示す側面図である。
【図５】従来の補修方法により上記尾筒を構成する板状体に発生したクラックを補修した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１    板状体
２    流路
３    クラック
４    開先
５    溶接金属
７    溝
８    蓋板
９    凸部
１０    溶接金属
１１    中空部
【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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