(57)【要約】【課題】溶接熱影響部での再熱割れを防止し、しかも高能率の溶接が可能な、タービン用ロータの補修方法を提供する。【解決手段】ロータ材に肉盛溶接を施し、補修部を形成する補修方法において、前記肉盛溶接は溶着速度の速い薄盛溶接であり、その薄盛溶接のビードを積層することにより前記補修部を形成する。さらに、前記溶着速度の速い薄盛溶接は、通電性を有するフラックスを用いたサブマージアーク溶接である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ材に肉盛溶接を施し、補修部を形成するタービン用ロータの補修方法において、
前記肉盛溶接は溶着速度の速い薄盛溶接であり、該薄盛溶接のビードを積層することにより前記補修部を形成することを特徴とするタービン用ロータの補修方法。
【請求項２】
前記溶着速度の速い薄盛溶接は、通電性を有するフラックスを用いたアーク溶接であることを特徴とする請求項１に記載のタービン用ロータの補修方法。
【請求項３】
前記補修部は、初層より所定の高さまで比較的溶着速度の遅い肉盛溶接を施し、しかる後に、残部において比較的溶着速度の速い肉盛溶接を施したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のタービン用ロータの補修方法。
【請求項４】
前記補修部に溝加工を施すことにより、ロータ翼溝を復元することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のタービン用ロータの補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービン用ロータの翼溝の補修方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば蒸気タービン用ロータ外周に設けられている、動翼を取り付ける翼溝においては、長期間の使用により応力腐食割れを生じることがある。その補修方法の一つとして、割れが生じた翼溝を除去した後、肉盛溶接で翼溝を復元する方法がある。図１０は、このような従来の補修方法によるロータの補修状態を模式的に示す縦断面図である。同図において、１はロータ本体、２は補修部である。ここでは翼溝を除去したロータ本体１に肉盛溶接を重ねて行き、補修部２を形成している。その後、補修部２に溝加工を施すことにより、図示しない翼溝を復元する。
【０００３】
ところが、蒸気タービン用低合金鋼ロータ材にはバナジウムが添加されており、溶接後に実施する溶接後熱処理時に結晶粒が粗大化しやすく、そのような溶接熱影響部（同図にａで示す）において再熱割れを生じやすいものとなっている。このような材料の再熱割れの生じやすさとして、具体的には、以下に示す条件式による成分構成が一つの指標となっている。
【０００４】
ΔＧ＝３．３Ｍｏ％＋Ｃｒ％＋８．１Ｖ％−２
ΔＧ≧０
ここで、Ｍｏはモリブデン、Ｃｒはクロム、Ｖはバナジウムである。また、クロムが２．５％程度以下の場合を想定している。上記条件式を満たす材料は、再熱割れの危険性がある。
【０００５】
ちなみに、現在主に使用されているロータ母材におけるΔＧの値は、以下のようになっている。
１ＣｒＭｏＶ鋼        ：ΔＧ≒９．６
２ＣｒＭｏＶ鋼        ：ΔＧ≒５．８
３．５ＮｉＣｒＭｏＶ鋼：ΔＧ≒２．１
即ち、何れの材料も再熱割れの危険性がある。
【０００６】
このような再熱割れを防止するには、溶接熱影響部で結晶粒の粗大化が生じないように肉盛溶接する必要がある。そこで、ＴＩＧ溶接のように溶着速度の遅い溶接方法を採用し、いわゆる薄盛溶接を重ねるようにすれば、溶接熱サイクルを繰り返し受けるため、溶接熱影響部が細粒組織となり、再熱割れを防止することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような、ＴＩＧ溶接のように溶着速度の遅い溶接方法のみを採用したのでは、時間さらにはコストがかかるため、経済的に問題となる。一方、溶着速度の速い溶接方法としては、サブマージアーク溶接があるが、これは溶接入熱が大きいため、溶接部の溶け込み形状が深くなり、溶接熱サイクルが行き届かないこともあって、溶接熱影響部において結晶粒が粗大化しやすく、再熱割れが生じる危険がある。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑み、溶接熱影響部での再熱割れを防止し、しかも高能率の溶接が可能な、タービン用ロータの補修方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、ロータ材に肉盛溶接を施し、補修部を形成する補修方法において、前記肉盛溶接は溶着速度の速い薄盛溶接であり、その薄盛溶接のビードを積層することにより前記補修部を形成することを特徴とするタービン用ロータの補修方法を行う。
【００１０】
また、前記溶着速度の速い薄盛溶接は、通電性を有するフラックスを用いたアーク溶接であることを特徴とするタービン用ロータの補修方法を行う。
【００１１】
また、前記補修部は、初層より所定の高さまで比較的溶着速度の遅い肉盛溶接を施し、しかる後に、残部において比較的溶着速度の速い肉盛溶接を施したものであることを特徴とするタービン用ロータの補修方法を行う。
【００１２】
また、前記補修部に溝加工を施すことにより、ロータ翼溝を復元することを特徴とするタービン用ロータの補修方法を行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては同様の役割を持つ部分には同一の符号を付している。図１は、本発明の第１の実施形態の補修方法によるロータの補修状態を模式的に示す縦断面図である。上述したような溶接熱影響部を完全に細粒化するには、溶け込みの浅い溶接ビードで肉盛溶接することが重要である。そして、溶着速度の速い溶接を行うために、本実施形態ではサブマージアーク溶接を採用する。
【００１４】
サブマージアーク溶接で溶け込みの浅い溶接を行うのは通常は困難であるが、通電性を有するフラックスを使用することで溶接時のアークが広がり、幅広で溶け込みの浅い溶接が可能となる。通電性を有するフラックスとしては、例えば（株）神戸製鋼所製フラックスＰＦＨ−２０３が適している。
【００１５】
また、溶接条件も重要であり、以下の溶接条件を採用することで、溶接熱影響部の組織を完全に細粒化することが可能になる。
溶接電流    ：４００±２０Ａ
溶接電圧    ：３２±３Ｖ
溶接速度    ：３１０±２０ｍｍ／ｍｉｎ
溶接ワイヤ径：φ４ｍｍ
【００１６】
上記溶接条件での溶着速度は１８０ｇ／ｍｉｎ程度であり、これはＴＩＧ溶接等と比較して通常の２０倍程度の速さとなっており、溶接能率はロータの肉盛溶接に対して十分である。この条件で、上述したようなロータ材料に対して肉盛溶接と溶接後熱処理を行っても、再熱割れは生じない。つまり、図１にＡで示した溶接熱影響部は、後続の溶接熱サイクルで全域細粒化される。即ち、結晶粒の粗大化は生じない。
【００１７】
図２は、本発明の第２の実施形態の補修方法によるロータの補修状態を模式的に示す縦断面図である。本実施形態では、上記第１の実施形態で示した溶接方法による肉盛溶接を、初層から所定の高さまで行い、しかる後に、より溶着速度の速い溶接方法にて肉盛溶接を残部において行う。これにより、溶接熱影響部Ａを細粒化した上で更に速い溶接を行うことができる。
【００１８】
具体的には、第１の実施形態の肉盛溶接（溶接ワイヤ径φ４ｍｍのサブマージアーク溶接）を、初層から１０ｍｍ以上の高さまで行い、その後、残部において溶接ワイヤ径φ５ｍｍを用いたサブマージアーク溶接による肉盛溶接を行う。この１０ｍｍ以上の高さとは、溶接ワイヤ径φ５ｍｍのサブマージアーク溶接による熱影響範囲が溶接熱影響部Ａに及ばない高さである。溶接ワイヤ径以外の溶接条件は同じである。ちなみに、溶接ワイヤ径φ５ｍｍの場合の溶着速度は２３０ｇ／ｍｉｎ程度となっている。
【００１９】
図３は、本発明の第３の実施形態の補修方法によるロータの補修状態を模式的に示す縦断面図である。本実施形態では、溶接入熱の小さいいわゆるＴＩＧ溶接による肉盛溶接を、初層から所定の高さまで行い、しかる後に、上記第１の実施形態で示した溶接方法による肉盛溶接を残部において行う。これにより、溶接熱影響部Ａを完全に細粒化した上で更に速い溶接を行うことができる。
【００２０】
具体的には、ＴＩＧ溶接による肉盛溶接を初層から７ｍｍ以上の高さまで行い、その後、残部において第１の実施形態の溶接方法による肉盛溶接を行う。この７ｍｍ以上の高さとは、第１の実施形態のサブマージアーク溶接による熱影響範囲が溶接熱影響部Ａに及ばない高さである。ちなみに、ＴＩＧ溶接の溶着速度は１０ｇ／ｍｉｎ程度となっている。
【００２１】
図４は、本発明の第４の実施形態の補修方法によるロータの補修状態を模式的に示す縦断面図である。本実施形態では、ＴＩＧ溶接による肉盛溶接を初層から所定の高さまで行い、しかる後に、溶接ワイヤに加熱電流を流しつつ溶接するいわゆるホットＴＩＧ溶接による肉盛溶接を残部において行う。これにより、溶接熱影響部Ａを完全に細粒化した上で更に速い溶接を行うことができる。
【００２２】
具体的には、ＴＩＧ溶接による肉盛溶接を初層から５ｍｍ以上の高さまで行い、その後、残部においてホットＴＩＧ溶接による肉盛溶接を行う。この５ｍｍ以上の高さとは、ホットＴＩＧ溶接による熱影響範囲が溶接熱影響部Ａに及ばない高さである。ちなみに、ＴＩＧ溶接の溶着速度は１０ｇ／ｍｉｎ程度、ホットＴＩＧ溶接の溶着速度は４０ｇ／ｍｉｎ程度となっている。なお、ここでのＴＩＧ溶接条件例とホットＴＩＧ溶接条件例を以下に示しておく。
【００２３】
〔ＴＩＧ溶接条件例〕
溶接電流    ：２８０Ａ
溶接電圧    ：１２Ｖ
溶接速度    ：１００ｍｍ／ｍｉｎ
溶接ワイヤ径：φ１．６ｍｍ
ワイヤ送給量：１０ｇ／ｍｉｎ
【００２４】
〔ホットＴＩＧ溶接条件例〕
溶接電流      ：２８０Ａ
溶接電圧      ：１２Ｖ
溶接速度      ：１００ｍｍ／ｍｉｎ
溶接ワイヤ径  ：φ１．６ｍｍ
ワイヤ加熱電流：１５０Ａ
ワイヤ送給量  ：４０ｇ／ｍｉｎ
【００２５】
ところで、本発明が適用されるタービン用ロータの翼溝の補修方法について、その全般的な手順を以下に改めて示しておく。図５は、ロータの一例の外周部における、補修前の翼溝付近の様子を模式的に示す縦断面図である。同図は、ロータ軸に垂直な方向に翼溝が切ってあるタイプを示している。同図に示すように、ロータ本体１０１の外周部に設けられている翼溝１０３の例えば角部に、欠陥ｂが生じていたとする。このような場合、まず補修範囲Ｂで示すロータ本体１０１外周部全体を除去する。
【００２６】
一方、図６は、ロータの他例の外周部における、補修前の翼溝付近をロータ軸方向より見た様子を模式的に示す図である。同図は、ロータ軸方向に翼溝が切ってあるタイプを示している。同図に示すように、ロータ本体１０１の外周部に設けられている翼溝１０３の例えば谷部に、欠陥ｃが生じていたとする。このような場合も、まず補修範囲Ｃで示すロータ本体１０１外周部全体を除去する。
【００２７】
図７は、ロータ補修時の溶接ビードの積層状態を模式的に示す縦断面図である。ここでは上記図５或いは図６で示した補修範囲であるロータ本体外周部全体を除去した後、図７に示すように、例えば水冷したリング状の銅壁１０４にて、ロータ本体１０１外周部近傍を前後より挟み込む。そして、ロータ本体１０１を回転させつつ、銅壁１０４間で肉盛溶接を行う。このとき、ロータ本体１０１を一回転させる毎に、溶接ビードを所定の溶接ピッチＰでシフトさせながら番号順に積層させて行き、最終的に補修部１０２を形成する。同図は積層数３９の場合を示している。
【００２８】
図８は、肉盛溶接中のロータ本体を外側から見た状態を模式的に示す図であり、溶接ビードのシフト要領を示している。肉盛溶接は同図に示すように、銅壁１０４間で、ロータ本体１０１を回転させつつ、溶接ビードを矢印で示した溶接方向で走らせ、一回転毎に所定の溶接ピッチＰでシフトさせながら番号順に積層させて行われる。各周同士は所定のオーバーラップ範囲Ｑを有している。
【００２９】
図９は、ロータ補修時の溶接位置を模式的に示す横断面図である。同図に示すように、溶接位置としては、矢印Ｔで示す位置、即ち矢印Ｒで示すロータ本体１０１の回転方向に対して、所定の離芯量Ｓで溶接ビードがロータ外周上で上り勝手となる位置（同図では中央より左側）となるように設定している。これにより、溶接ビードが薄く広がる肉盛溶接を行うことができる。逆に、溶接ビードがロータ外周上で下り勝手となる位置（同図では中央より右側）を溶接位置とすると、溶接ビードが狭くて厚く盛り上がる肉盛溶接となってしまう。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶接熱影響部での再熱割れを防止し、しかも高能率の溶接が可能な、タービン用ロータの補修方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の補修方法によるロータの補修状態を模式的に示す縦断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態の補修方法によるロータの補修状態を模式的に示す縦断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態の補修方法によるロータの補修状態を模式的に示す縦断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態の補修方法によるロータの補修状態を模式的に示す縦断面図。
【図５】ロータの一例の外周部における、補修前の翼溝付近の様子を模式的に示す縦断面図。
【図６】ロータの他例の外周部における、補修前の翼溝付近をロータ軸方向より見た様子を模式的に示す図。
【図７】ロータ補修時の溶接ビードの積層状態を模式的に示す縦断面図。
【図８】肉盛溶接中のロータ本体を外側から見た状態を模式的に示す図。
【図９】ロータ補修時の溶接位置を模式的に示す横断面図。
【図１０】従来の補修方法によるロータの補修状態を模式的に示す縦断面図。
【符号の説明】
１    ロータ本体
２    補修部
１０１    ロータ本体
１０２    補修部
１０３    翼溝
１０４    銅壁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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