(57)【要約】      （修正有）【課題】シート面の高温強度を維持し、十分な耐熱性、耐食性を確保しつつ、補修作業によるダメージ拡大を抑制した排気弁棒の補修方法を提供すること。【解決手段】本発明の排気弁棒の補修方法は、耐熱鋼を母材とする略円柱状の軸部及びこの軸部の先端部に連設された略円盤状の弁体部３を有する排気弁棒の補修方法であって、前記弁体部３のシート面３ａ上の弁座領域６の補修部位に、レーザ溶接により、盛金材を肉盛りして第１肉盛層４を形成し、前記第１肉盛層４に重ねて、アーク溶接により、盛金材を肉盛りして第２肉盛層５を形成することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱鋼を母材とする略円柱状の軸部及びこの軸部の先端部に連設された略円盤状の弁体部を有する排気弁棒の補修方法であって、
前記弁体部のシート面上の弁座領域の補修部位に、レーザ溶接により、盛金材を肉盛りして第１肉盛層を形成し、
前記第１肉盛層に重ねて、アーク溶接により、盛金材を肉盛りして第２肉盛層を形成することを特徴とする排気弁棒の補修方法。
【請求項２】
前記盛金材は、Ｃｏを５〜８重量％、Ｃｒを３１．５〜３３．５重量％、Ｍｏを２．９〜３．５重量％、Ｆｅを０．６重量％以下、Ｃを０．０９重量％以下、Ｗを１．０重量％以下、Ｍｎを０．５重量％以下、Ｓｉを０．５重量％以下、Ａｌを１．５〜２．６重量％、Ｔｉを１．５〜２．７重量％含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなることを特徴とする請求項１記載の排気弁棒の補修方法。
【請求項３】
前記盛金材は、Ｃｏを１７重量％以下、Ｃｒを１８〜２１重量％、Ｆｅを５．０重量％以下、Ｃを０．１１重量％以下、Ｍｎを１．０重量％以下、Ｓｉを１．０重量％以下、Ａｌを１．０〜１．８重量％、Ｔｉを０．４〜２．７重量％含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなることを特徴とする請求項１記載の排気弁棒の補修方法。
【請求項４】
前記盛金材は、Ｃｏを１．０重量％以下、Ｃｒを１７〜２３．５重量％、Ｍｏを２．８〜１０重量％、Ｃを０．１重量％以下、Ｍｎを０．５重量％以下、Ｓｉを０．５重量％以下、Ａｌを０．８重量％以下、Ｔｉを１．１５重量％以下含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなることを特徴とする請求項１記載の排気弁棒の補修方法。
【請求項５】
前記アーク溶接が、ＭＩＧ溶接であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の排気弁棒の補修方法。
【請求項６】
前記レーザ溶接が、粉体レーザ肉盛溶接又はホットワイヤレーザ肉盛溶接であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の排気弁棒の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用などの各種ディーゼル機関等の排気弁棒の補修方法に関し、詳しくは、シート面の高温強度を維持し、十分な耐熱性、耐食性を確保しつつ、補修作業によるダメージ拡大を抑制した排気弁棒の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶用などの各種ディーゼル機関やガソリン機関の排気弁棒の母材としては、マルテンサイト系耐熱鋼のＳＵＨ１、３、４、またはオーステナイト系耐熱鋼のＳＵＨ３１、３７、ＳＮＣｒＷ等、各種の耐熱鋼が使用されている。また、排気弁棒のシート面には、Ｃｏ系ステライト、またはＮｉ系でコルモノイ等の盛金材が使用されている（特許文献１）。
【０００３】
このとき、特許文献２のような盛金材を用いて、排気弁棒を補修する場合がある。
補修される排気弁棒は、高温雰囲気下に曝されたことにより、高温腐食等を生じて脆くなっている。また、燃焼室の排気口との間で接離を繰り返すことにより、シール面が徐々に摩耗し、シール性が低下している場合もある。このような排気弁棒に対して、盛金材を肉盛する補修を行う場合、肉盛する溶接方法によっては、耐食性、溶接性、高温強度を付与するどころか、補修作業によって排気弁棒に更なるダメージを与えてしまうことがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３１７５７７９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１１２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、シート面の高温強度を維持し、十分な耐熱性、耐食性を確保しつつ、補修作業によるダメージ拡大を抑制した排気弁棒の補修方法を提供することを課題とする。
【０００６】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は以下の各発明によって解決される。
【０００８】
請求項１に係る排気弁棒の補修方法は、
耐熱鋼を母材とする略円柱状の軸部及びこの軸部の先端部に連設された略円盤状の弁体部を有する排気弁棒の補修方法であって、
前記弁体部のシート面上の弁座領域の補修部位に、レーザ溶接により、盛金材を肉盛りして第１肉盛層を形成し、
前記第１肉盛層に重ねて、アーク溶接により、盛金材を肉盛りして第２肉盛層を形成することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る排気弁棒の補修方法は、請求項１記載の排気弁棒の補修方法において、前記盛金材は、Ｃｏを５〜８重量％、Ｃｒを３１．５〜３３．５重量％、Ｍｏを２．９〜３．５重量％、Ｆｅを０．６重量％以下、Ｃを０．０９重量％以下、Ｗを１．０重量％以下、Ｍｎを０．５重量％以下、Ｓｉを０．５重量％以下、Ａｌを１．５〜２．６重量％、Ｔｉを１．５〜２．７重量％含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る排気弁棒の補修方法は、請求項１記載の排気弁棒の補修方法において、前記盛金材は、Ｃｏを１７重量％以下、Ｃｒを１８〜２１重量％、Ｆｅを５．０重量％以下、Ｃを０．１１重量％以下、Ｍｎを１．０重量％以下、Ｓｉを１．０重量％以下、Ａｌを１．０〜１．８重量％、Ｔｉを０．４〜２．７重量％含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る排気弁棒の補修方法は、請求項１記載の排気弁棒の補修方法において、前記盛金材は、Ｃｏを１．０重量％以下、Ｃｒを１７〜２３．５重量％、Ｍｏを２．８〜１０重量％、Ｃを０．１重量％以下、Ｍｎを０．５重量％以下、Ｓｉを０．５重量％以下、Ａｌを０．８重量％以下、Ｔｉを１．１５重量％以下含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る排気弁棒の補修方法は、請求項１〜４の何れかに記載の排気弁棒の補修方法において、前記アーク溶接が、ＭＩＧ溶接であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る排気弁棒の補修方法は、請求項１〜５の何れかに記載の排気弁棒の補修方法において、前記レーザ溶接が、粉体レーザ肉盛溶接又はホットワイヤレーザ肉盛溶接であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シート面の高温強度を維持し、十分な耐熱性、耐食性を確保しつつ、補修作業によるダメージ拡大を抑制した排気弁棒の補修方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明により補修される排気弁棒の側面図と要部拡大図
【図２】本発明により補修される排気弁棒の使用態様を概念的に示す図
【図３】本発明の一実施形態の補修方法の手順を示す側面図
【図４】（ａ）肉盛補修された排気弁棒の要部拡大写真（５倍）、（ｂ）図３（ａ）中Ｘ点における盛金材と母材との境界の要部拡大写真（１００倍）
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明により補修される排気弁棒の側面図と要部拡大図である。
【００１８】
図１に示すように、１は排気弁棒であり、本発明に係る排気弁棒の補修方法により補修される。排気弁棒１は、例えばディーゼル機関等を構成する排気弁棒であって、母材として一般的に使用される耐熱鋼（ＳＵＨ１、３、４、ＳＵＨ３１などを含む耐熱鋼）により形成することができる。
排気弁棒１は、図１に示すように、略円柱状の軸部２と、この軸部２の先端部に連設される略円盤状の弁体部３とにより構成されている。
【００１９】
図１に示される排気弁棒１は、そのシート面３ａが、図２に示すようなディーゼル機関等においてシリンダブロックの排気口７周囲に接離可能に設置されて用いられる。
図２は、本発明により補修される排気弁棒の使用態様を概念的に示す図である。
【００２０】
弁体部３の軸部２側の面（図２中の上面）は、ディーゼル機関等においてシリンダブロックの排気口７周囲に当接するシート面３ａとなっている。排気口７周囲にシート面３ａが当接することにより、この排気弁棒１の弁体部３が、排気口７を閉蓋する。そして、排気口７周囲からシート面３ａが燃焼室８側に離間することにより、排気口７が開蓋される。
【００２１】
弁体部３の軸部２の反対側の面（図２中の下面）は、燃焼室８に臨む触火面３ｂとなっている。
触火面３ｂには、耐高温耐食性材料が使用されることが好ましく、例えば、日立金属ＭＭＣスーパーアロイ株式会社製「ＭＣアロイ」等のＮｉ基金属の耐高温耐食性材料を肉盛溶接して形成することができる。また、触火面３ｂには、Ｃｏを５〜８重量％、Ｃｒを３１．５〜３３．５重量％、Ｍｏを２．９〜３．５重量％、Ｆｅを０．６重量％以下、Ｃを０．０９重量％以下、Ｗを１．０重量％以下、Ｍｎを０．５重量％以下、Ｓｉを０．５重量％以下、Ａｌを１．５〜２．６重量％、Ｔｉを１．５〜２．７重量％含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなる材料を用いることもできる。
【００２２】
この排気弁棒１は、ディーゼル機関等において、触火面３ｂを図示しない燃焼室８に臨ませ、排気口７周囲の弁座９に、シート面３ａを接離可能に配置されて使用される。シート面３ａの外周縁側の弁座領域６が、排気口７周囲の弁座９に接離可能となる。弁座９に弁座領域６を当接させると、排気口７は閉蓋される。弁座９から弁座領域６を離間させると、排気口７は開蓋される。排気弁棒１は、軸部２において軸方向に進退操作されて、排気口７を開閉させる。弁座領域６及び弁座９は、円環状の領域である。
【００２３】
当接と離間とを繰り返すこの排気弁棒１を、長期間に亘って使用すると、シート面３ａが摩耗して、摩耗部Ｃを生じる（図１中、一点鎖線で図示した要部拡大図参照）。この摩耗部Ｃが補修部位となる。
【００２４】
摩耗した排気弁棒１は、通常、交換されるか、補修されることになる。しかし、交換となるとコストが増すため、コスト面から補修が望まれる。
【００２５】
しかし、補修方法によっては、摩耗した排気弁棒１にさらにダメージを与えてしまうこともあり、その補修方法は重要である。以下に述べる本発明の排気弁棒の補修方法では、シート面の高温強度を維持し、十分な耐熱性、耐食性を確保しつつ、補修作業によるダメージ拡大を抑制して排気弁棒の補修をすることができる。
【００２６】
図３は、本発明の補修方法の一実施形態の手順を示す側面図である。
【００２７】
まず、図３（ａ）に示すように、摩耗した摩耗部Ｃを含む補修部位が生じた補修前のシート面３ａを研削し、弁座領域６の補修部位を平坦な面に仕上げる。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示すように、平坦なシート面３ａにおける弁座領域６の補修部位に、盛金材をレーザ溶接によって肉盛して第１肉盛層４を形成する。
【００２９】
第１肉盛層４を形成する盛金材は格別限定されるものではないが、例えば、下記（１）〜（３）のような材料を用いることが好ましい。
（１）
Ｃｏを５〜８重量％、Ｃｒを３１．５〜３３．５重量％、Ｍｏを２．９〜３．５重量％、Ｆｅを０．６重量％以下、Ｃを０．０９重量％以下、Ｗを１．０重量％以下、Ｍｎを０．５重量％以下、Ｓｉを０．５重量％以下、Ａｌを１．５〜２．６重量％、Ｔｉを１．５〜２．７重量％含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなる盛金材。
（２）
Ｃｏを１７重量％以下、Ｃｒを１８〜２１重量％、Ｆｅを５．０重量％以下、Ｃを０．１１重量％以下、Ｍｎを１．０重量％以下、Ｓｉを１．０重量％以下、Ａｌを１．０〜１．８重量％、Ｔｉを０．４〜２．７重量％含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなる盛金材。
（３）
Ｃｏを１．０重量％以下、Ｃｒを１７〜２３．５重量％、Ｍｏを２．８〜１０重量％、Ｃを０．１重量％以下、Ｍｎを０．５重量％以下、Ｓｉを０．５重量％以下、Ａｌを０．８重量％以下、Ｔｉを１．１５重量％以下含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなる盛金材。
【００３０】
第１肉盛層４は、レーザ溶接によって形成される。レーザ溶接は、粉体レーザ肉盛溶接又はホットワイヤレーザ肉盛溶接を好ましく例示することができる。レーザ溶接は、微細な加工を迅速に行うことができるという特徴を有し、凝固時間が他の溶接方法に比べて短く、排気弁棒の補修時に、弁体への入熱量を抑制することができるため、溶接による溶接金属割れ（凝固割れ）や母材割れ（ＨＡＺ割れ、液状化割れ）等を抑制することができる。
【００３１】
第１肉盛層４は、シート面３ａの母材上に形成し、シート面３ａの周囲側に沿って円環状に形成する。第１肉盛層４は、断面半円形状の肉盛を複数本形成することによって構成してもよい。第１肉盛層４の厚さは、排気弁棒１の大きさや補修前のシート面３ａの摩耗の程度に応じて決定することができ、例えば、２ｍｍ〜３ｍｍ程度とすることができる。
【００３２】
次いで、図３（ｃ）に示すように、第１肉盛層４に重ねて、盛金材をアーク溶接によって肉盛して、第２肉盛層５を形成する。
【００３３】
アーク溶接としては、ＭＩＧ溶接（metal inert gas welding；シールドガスに不活性ガスのみを用いるアーク溶接）、ＭＡＧ溶接（metal active gas welding；シールドガスに不活性ガスと炭酸ガスを用いるアーク溶接）、ＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas）、サブマージアーク溶接、被覆アーク溶接等を例示することができ、中でも、ＭＩＧ溶接が好ましい。
【００３４】
第２肉盛層５を形成する盛金材は格別限定されるものではないが、例えば、下記（１）〜（３）のような材料を用いることが好ましい。
（１）
Ｃｏを５〜８重量％、Ｃｒを３１．５〜３３．５重量％、Ｍｏを２．９〜３．５重量％、Ｆｅを０．６重量％以下、Ｃを０．０９重量％以下、Ｗを１．０重量％以下、Ｍｎを０．５重量％以下、Ｓｉを０．５重量％以下、Ａｌを１．５〜２．６重量％、Ｔｉを１．５〜２．７重量％含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなる盛金材。
（２）
Ｃｏを１７重量％以下、Ｃｒを１８〜２１重量％、Ｆｅを５．０重量％以下、Ｃを０．１１重量％以下、Ｍｎを１．０重量％以下、Ｓｉを１．０重量％以下、Ａｌを１．０〜１．８重量％、Ｔｉを０．４〜２．７重量％含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなる盛金材。
（３）
Ｃｏを１．０重量％以下、Ｃｒを１７〜２３．５重量％、Ｍｏを２．８〜１０重量％、Ｃを０．１重量％以下、Ｍｎを０．５重量％以下、Ｓｉを０．５重量％以下、Ａｌを０．８重量％以下、Ｔｉを１．１５重量％以下含有し、残部Ｎｉ及び不可避不純物を含んでなる盛金材。
【００３５】
第２肉盛層５は、アーク溶接によって形成される。アーク溶接は、レーザ溶接に比較して広い範囲に厚い肉盛層を形成できるという特徴を有し、肉盛層の厚さを２０ｍｍ程度にすることも可能である。第２肉盛層５をアーク溶接によって形成することによって、第１肉盛層４を一気に被覆することが可能となり、補修にかかる時間を短縮することもできる。また、広い範囲に厚く第２肉盛層５を形成できることによって、レーザ溶接のような細く緻密な範囲での溶接を繰り返すよりも、少ない工程で簡便に、滑らかな表面を形成することができるので、補修時間を短縮することができる。
【００３６】
第２肉盛層５は、第１肉盛層４の少なくとも一部を覆って形成し、好ましくは、第１肉盛層４の全体を覆って形成する。第２肉盛層５は、第１肉盛層４と同じく、シート面３ａの周囲側に沿って円環状に形成することができる。
【００３７】
第１肉盛層４の厚さは、排気弁棒１の大きさやシート面３ａの摩耗の程度及び第１肉盛層４の厚さに応じて決定することができ、例えば、５ｍｍ〜６ｍｍ程度とすることができる。
【００３８】
本発明の補修方法においては、第１肉盛層４をレーザ溶接により形成し、第２肉盛層５をアーク溶接により形成することにより、シート面の高温強度を維持し、十分な耐熱性、耐食性を確保しつつ、補修作業によるダメージ拡大を抑制しながら排気弁棒１を補修することができる。また、補修された排気弁棒の状態は、新品の状態に近く、その後の使用において、短期間に摩耗や破損することはないと推定される。つまり、本発明の補修方法によれば、高い補修精度を実現することができる。
【００３９】
本発明において、第１肉盛層４と第２肉盛層５とは、同一の材料により形成してもよいし、異なる材料により形成してもよい。
【００４０】
第１肉盛層４と第２肉盛層５の元素組成が実質的に同種であり、且つ、第１肉盛層４と第２肉盛層５の元素組成と、弁体部のシート面を構成する元素組成とが、実質的に同種であることも好ましいことである。第１肉盛層４、第２肉盛層５、弁体部のシート面の元素組成が同種であることによって、材料間の接着性がよくなり、補修後の排気弁棒における剛性、耐久性を向上させることができる。ここで、本発明において元素組成が実質的に同種とは、含有する元素種が実質的に同種であることを意味し、その含有量は同一でなくてもよい。
【００４１】
本発明者らは、第１肉盛層４及び第２肉盛層５を、共にアーク溶接であるＭＩＧ溶接により形成した場合についても実験した。
【００４２】
図４（ａ）は、肉盛補修された排気弁棒の要部拡大写真（５倍）であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＸ点における盛金材と母材との境界の要部拡大写真（１００倍）である。
【００４３】
この場合、ＭＩＧ溶接によって広い範囲に厚い肉盛層を一気に形成でき、補修時間は短縮できた。しかし、図４（ｂ）に示すように、母材のシート面３ａに、微細なクラックが多数生じてしまうことが確認された。
【００４４】
これは、ＭＩＧ溶接で広い範囲に厚い肉盛層が形成されたことによって、高温雰囲気に曝されて脆くなった母材に対する溶接負荷が過大となり、母材割れ（ＨＡＺ割れ、液状化割れ）等を生じやすくなったためであると考えられる。
【００４５】
このような状態の排気弁棒は、補修後に通常使用すれば、弁体部３のシート面３ａ上のクラックが徐々に拡大してしまい、所望の期間の使用に耐えることができないことが想定される。第１肉盛層４をＭＩＧ溶接で行う補修方法では、本発明の補修方法に比して補修精度が低いと言える。
【００４６】
さらに、本発明者らは、第１肉盛層４をＭＩＧ溶接により形成し、第２肉盛層５をレーザ溶接により形成する補修方法についても検討した。これは、本願発明の逆である。
【００４７】
この場合、第１肉盛層４（ＭＩＧ溶接層）に、使用中、破損（割れや剥がれ）が生じることを確認している。これも、第１肉盛層４をＭＩＧ溶接で広く厚く肉盛したことによって、母材割れ（ＨＡＺ割れ、液状化割れ）等を生じやすくなったためであると考えられる。また、第２肉盛層５（レーザ溶接層）の形成には、時間がかかってしまい好ましくない。レーザ溶接のように細かいラインで肉盛すると、第１肉盛層４（ＭＩＧ溶接層）を被覆するのに時間を要し、さらに、弁座領域６の表面を滑らかにしてシール性を得るためには、さらに細かく調節する必要があるため、時間がかかってしまうからである。レーザ溶接は、精度が高い溶接方法であるが故に、広範囲の肉盛をスピーディーに行うには適さないのである。
【００４８】
従って、本発明に係る補修方法のように、シート面３ａの母材に接する第１肉盛層４をレーザ溶接により形成すると、シート面３ａへ肉盛溶接によるダメージを抑制でき、母材割れ（ＨＡＺ割れ、液状化割れ）等は確認されないと考えられ、耐久性のある溶接補修を実現することができる。
【００４９】
また、排気口周囲に当接する第２肉盛層５をＭＩＧ溶接により形成することにより、弁座領域６の表面が滑らかに形成されて十分な強度が得られ、肉盛にかかる時間を短縮することもできる。
【００５０】
本発明の方法で補修された排気弁棒は、肉盛層全体において、十分な高温強度、耐食性、耐久性が実現されながら、第１肉盛層４（レーザ溶接層）及び第２肉盛層５（アーク溶接層）ともに、使用中に破損（割れや剥がれ）を生じにくくなると考えられる。
【００５１】
以上では、第１肉盛層及び第２肉盛層を、平坦なシート面３ａにおける弁座領域６に形成する場合について主に説明したが、これに限られない。第１肉盛層及び第２肉盛層は、触火面３ｂに形成されてもよいし、シート面３ａから触火面３ｂにかけて連続的に形成されてもよい。
【００５２】
本発明の排気弁棒の補修方法は、第１肉盛層４を形成する工程と、第２肉盛層５を形成する工程とを連続的に実施してもよいし、第１肉盛層４を形成する工程と、第２肉盛層５を形成する工程とを別の場所で実施してもよい。例えば、第１肉盛層４を形成した後に、排気弁棒１を別の場所に輸送し、そこで第２肉盛層５を形成してもよい。
【００５３】
本発明に係る排気弁棒の補修方法は、例えば、船舶用の低速、中速の大型ディーゼル機関の排気弁棒の補修方法として採用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１  排気弁棒
２  軸部
３  弁体部
３ａ  シート面
３ｂ  触火面
４  第１肉盛層
５  第２肉盛層
６  弁座領域
【図１】
2018150814.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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