(57)【要約】【課題】  バルブガイド等に用いる金属ライナー部品を始めとする、金属母材の四周一側面に異種金属の肉盛溶接層を設けた角棒体の製造において、従来に比較して格段に少ない作業工程により、安定した高品質のものが容易に能率よく低コストで得られる方法を提供する。【解決手段】  角棒状をなす金属母材１の四周一側面に異種金属の肉盛溶接層２を有する角棒体の製造において、母材金属からなる大サイズの厚板１１を用い、厚板１１の表裏の各全面に順次異種金属を所要厚さに肉盛溶接したのち、肉盛溶接層表面の研削による平滑化を行うと共に、左右方向一定間隔置きの縦切断と厚み方向中間部での横切断を行うことにより、表裏両面に肉盛溶接層２２を備えた厚板１１を上下２段で左右複数列の角棒体Ｓ単位に分離する。【選択図】                図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
角棒状をなす金属母材の四周一側面に異種金属の肉盛溶接層を有する角棒体の製造において、
母材金属からなる大サイズの厚板を用い、この厚板の表裏両の各全面に順次異種金属を所要厚さに肉盛溶接したのち、肉盛溶接層表面の研削による平滑化を行うと共に、左右方向一定間隔置きの縦切断と厚み方向中間部での横切断を行うことにより、該肉盛溶接後の厚板を上下２段で左右複数列の角棒体単位に分離することを特徴とする肉盛溶接層を有する角棒体の製造方法。
【請求項２】
肉盛溶接層が金属間化合物析出金属からなる請求項１記載の肉盛溶接層を有する角棒体の製造方法。
【請求項３】
金属間化合物析出金属がトリバロイ合金である請求項２記載の肉盛溶接層を有する角棒体の製造方法。
【請求項４】
母材が圧力容器用合金鋼からなる請求項２又は３のいずれかに記載の肉盛溶接層を有する角棒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば高温下で作動するディスク式バルブのバルブガイド等に用いる金属ライナー部品として、角棒状をなす金属母材の四周一側面に、耐熱、耐蝕、耐摩耗等の表面改質のための異種金属の肉盛溶接層を設けた角棒体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温流体を通す大流量流路の開閉部には、例えば図１に示すようなディスク式バルブが使用されている。このディスク式バルブは、バルブケースＶ内の流路開閉部Ｒに対し、弁体としての前部が円弧状をなす厚板状のディスクＤを左右両側のバルブガイドＧ，Ｇを介して進退移動させることにより、流路の遮蔽・開放を行うものである。しかして、左右各側のバルブガイドＧは、上下一対の金属ライナー部品である角棒体Ｓ，Ｓ間にガイド溝Ｍを有しており、ディスクＤが両側部のガイド凸条Ｐをガイド溝Ｍに嵌入した状態で、当該ガイド凸条Ｐの上下面が角棒体Ｓ，Ｓの対向する表面部と摺接するようになっている。Ｆ１，Ｆ２は配管接続用のフランジ部、Ｂは角棒体Ｓの取付ボルトである。
【０００３】
バルブガイドＧの角棒体Ｓには、図２に示すように、圧力容器用ステンレス鋼鍛鋼品等を母材１として、ディスクＤと摺接する一側面にトリバロイ合金の肉盛溶接層２を設けたものが汎用されている。このトリバロイ合金は、コバルト基合金とニッケル基合金とがあるが、共に高硬度である上、高温下での摩耗、ガーリング（齧り）、腐蝕に対して非常に強いという特性を持つため、その肉盛溶接層２を有する角棒体Ｓを用いることにより、バルブガイドＧが潤滑剤なしで使用可能になるという利点がある。なお、一般的に角棒体Ｓの寸法は、長さＬが１５０〜１０００ｍｍ程度、幅Ｗが３０ｍｍ前後、総厚Ｔが２５ｍｍ前後、肉盛溶接層２の厚さｔが３ｍｍ前後である。なお、ディスクＤとしては遮蔽部の形状によって前縁が直線状をなすものもある。
【０００４】
しかるに、トリバロイ合金の肉盛溶接層２は、金属間化合物の析出によって靱性に乏しいことから、その割れを防ぐ上で肉盛溶接に伴う歪みを極力少なくする必要がある。この歪み防止手段として、母材に逆歪みを付けたり、２つの母材を背中合わせに拘束して肉盛溶接を行う方法が一般的に知られている。前者の逆歪みを付ける方法は、予め母材に曲げ等で逆歪みとなる変形を生じさせておき、溶接時の変形と相殺させて歪みを解消するものであるが、溶接時の変形を予測して逆歪み量を定めるのに高度の熟練を要する上、予測変形量を実変形量に合致させることが極めて困難であり、却って歪みを残す場合が多々ある。このため、従来における角棒体Ｓの製造には、専ら後者の２母材を拘束して肉盛溶接する方法が採用されている（非特許文献１）。
【非特許文献１】接合・溶接技術Ｑａｎｄ  Ａ１０００
【０００５】
すなわち、従来の一般的な角棒体Ｓの製造方法では、図６（Ａ）で示すように、まず母材金属の原材１０の一側面に、溶接金属の側方への垂れを防ぐための開先加工として、長手方向に沿う浅い溝部１０ａを形成する。そして、同図（Ｂ）で示すように、この原材１０の２本を背中合わせに重ねた状態で、その重ね合わせ部分の周囲に母材金属又はそれに近い材質の板片状の拘束材３…を溶接して拘束し、両溝部１０ａ，１０ａに順次トリバロイ合金を肉盛溶接して、同図（Ｃ）で示すように肉盛溶接層２０，２０を形成する。次に、拘束材３…を除去して両原材１０，１０を分離し、その各々について歪み取りのための熱間プレスを施した上で、全６面（四周側面と両端面）を順次に研削加工し、同図（Ｄ）の実線で示す肉盛溶接層２０付きの原材１０より仮想線で示す角棒体Ｓを削り出す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の角棒体Ｓの製造方法では、２本の原材を背中合わせに拘束することにより、肉盛溶接に伴う歪み変形を互いに逆方向にして相殺させるが、それでも歪みが残るために熱間プレスによる歪み取りが不可欠である上、溝部１０ａを形成する開先加工、拘束材３…の溶接、肉盛溶接後の拘束材３…の除去、全６面の研削加工といった多くの作業工程を経ることから、多大な手間及び時間を要して製造能率が悪く、また拘束材３…とその溶接材料の消費に加え、トリバロイ合金及び母材金属の研削除去量も多くなり、生産性と材料費の両面より製造コストが非常に高く付くという問題があった。
【０００７】
更に、トリバロイ合金は靱性に乏しいために肉盛溶接に際して母材側を６００〜７００℃の高温に予熱する必要があるが、前記従来の製造方法では予熱温度管理が難しく、溶接中の温度変化によって溶接割れを生じたり、予熱温度分布が不均一である場合の溶け込み深さの違いによって硬度むらを生じたり、予熱温度が高過ぎる場合に濡れ性過多になった溶着金属が溶接中心から拡がって母材に対して融合不良になる等、品質不良を生じることが多々あった。また、熱間プレスによる歪み取りにおいても、肉盛金属と母材金属の靱性（伸び率）の違いによって溶接界面の微小割れの発生率が高くなったり、プレスに伴う肉盛溶接層２の厚み変化による硬度むらを生じたりするため、プレス加圧調整が非常に難しく、その作業操作に高度の熟練を要するという難点があった。
【０００８】
本発明は、上述の情況に鑑み、前記バルブガイド等に用いる金属ライナー部品を始めとする、金属母材の四周一側面に異種金属の肉盛溶接層を設けた角棒体の製造において、従来に比較して格段に少ない作業工程により、安定した高品質のものが容易に能率よく低コストで得られる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】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る角棒体の製造方法を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明は、角棒状をなす金属母材１の四周一側面に異種金属の肉盛溶接層２を有する角棒体の製造において、母材金属からなる大サイズの厚板１１を用い、この厚板１１の表裏の各全面に順次異種金属を所要厚さに肉盛溶接したのち、肉盛溶接層２１表面の研削による平滑化を行うと共に、左右方向一定間隔置きの縦切断と厚み方向中間部での横切断を行うことにより、該肉盛溶接後の厚板１１を上下２段で左右複数列の角棒体Ｓ単位に分離することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２の発明は上記請求項１の発明における肉盛溶接層２が金属間化合物析出金属からなるものとし、請求項３の発明は該請求項２の発明における金属間化合物析出金属がトリバロイ合金であるものとしている。更に、請求項４の発明は、上記請求項２又は３の発明における母材１が圧力容器用合金鋼からなる構成としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明に係る角棒体の製造方法によれば、該角棒体の母材の多数本に相当する大サイズの厚板を用い、その表裏の各全面に異種金属を肉盛溶接することから、従来のような溝部を形成する開先加工ならびに拘束材の溶接及び除去作業が不要である上、角棒体肉盛溶接層表面の平滑化と側面不要部の除去を該厚板単位で行えるため、所定数の角棒体を得るのに要する肉盛溶接及び機械加工の回数と所要時間を著しく削減でき、しかも肉盛溶接による歪み変形が防止されるため、従来のような熱間プレスによる歪み取り作業も不要となり、もって従来に比較して格段に少ない作業工程で極めて能率よく角棒体を量産できると共に、拘束材とその溶接材料が不要であって、且つ肉盛金属及び母材金属の除去量も少なくなるから、製作コストが大幅に低減される。また、この製造方法では、大サイズの厚板に肉盛溶接することから、溶接による歪み変形が防止されると共に、溶接中の温度変化が少なく予熱温度管理を行い易い上、肉盛面積が広いので自動溶接を採用でき、これらによって溶接時の割れ、硬度むら、融合不良等の発生が抑えられ、加えて歪み取りの熱間プレスが不要であるから、溶接界面の微小割れの発生率を低減でき、プレスに伴う硬度むらの発生も回避され、もって品質的に優れた角棒体が安定的に得られる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、肉盛溶接層が靱性に乏しい金属間化合物析出金属からなるため、本製造方法の適用による前記作用効果が大きく発現する。また、請求項３の発明によれば、該金属間化合物析出金属がより靱性に乏しいトリバロイ合金であるため、前記作用効果がより大きく発現する。更に、請求項４の発明によれば、母材が請求項２又は３の構成における肉盛金属に対して靱性の差が大きい圧力容器用合金鋼からなるため、本製造方法の適用効果が更に大きくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る角棒体の製造方法の一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、本実施形態では、図１及び図２を用いて既述したバルブガイドＧ用の角棒体Ｓを製造対象としている。
【００１４】
図３（Ａ）に示す矩形の厚板１１は、角棒体Ｓ（図２参照）の母材金属からなり、該角棒体Ｓの母材１を上下２段で左右複数列（本実施形態では１１列）に密に並べた大きさに対し、厚さが略同じで、長さ及び幅が若干上回るサイズに設定されている。
【００１５】
本製造方法においては、このような厚板１１を水平に保持して全体を６００〜７００℃程度で均一に予熱した上で、その上面全体にトリバロイ合金を所要厚さに肉盛溶接したのち、該厚板１１を表裏反転して同様に予熱及び肉盛溶接を行うことにより、図３（Ｂ）に示すように、厚板１１の表裏両面に肉盛溶接層２１，２１を形成する。この場合、最初の片面の肉盛溶接によって全体に僅かな歪み変形を生じるが、この歪み変形は次の反対面の肉盛溶接による歪み変形が反方向に生じることによって相殺され、両肉盛溶接層２１，２１を設けた状態での歪み変形は略完全に解消されている。
【００１６】
しかして、本製造方法では、このように表裏両面に肉盛溶接層２１，２１を設けた厚板１１を機械加工で分割することにより、図４の仮想線で示すように、上下２段で左右複数列の角棒体Ｓ…に分離する。この機械加工は、まず表裏両側の肉盛溶接層２１，２１を研削し、図５（Ａ）に示すように所定厚みの表面が平滑化な肉盛溶接層２２，２２とする。次に、ワイヤカット放電加工等により、図５（Ｂ）に示すように厚板１１の不要な幅方向両側部１１ａ，１１ａを切除したのち、図５（Ｃ）に示すように角棒体Ｓの幅に対応した長手方向一定間隔置きに厚み方向に切断し、角棒体Ｓ２本分の母材１２の表裏に肉盛溶接層２，２を有する角棒状の分割体Ｃ…を得ると共に、厚板１１の不要な長手方向両側部１１ｂ，１１ｂを切除する。そして、各分割体Ｃは、図５（Ｄ）に示すように、鋸切断等によって厚み方向中間部で分割して２本の角棒体Ｓ，Ｓとする。なお、得られた各角棒体Ｓは、必要に応じ、切断面の平滑化や使用部位に適合する寸法にするための仕上げ加工を施す。
【００１７】
このような製造方法によれば、表裏両面に肉盛溶接層２１，２１を設けた一つの大サイズの厚板１１から、一挙に多数本（図示例では２２本）の角棒体Ｓ…を製作でき、従来のような母材に溝部を形成する開先加工ならびに拘束材の溶接及び除去作業が不要である上、肉盛溶接層２１，２１表面の平滑化と側面不要部の除去を厚板１１単位で行えるため、所定数の角棒体Ｓ…を得るのに要する肉盛溶接及び機械加工の回数と所要時間を著しく削減でき、しかも肉盛溶接による歪み変形が防止されるから、従来のような熱間プレスによる歪み取り作業も不要となり、もって従来に比較して格段に少ない作業工程で極めて能率よく角棒体Ｓ…を量産できる。
【００１８】
しかして、肉盛溶接においては開先加工がないので厚板１１の周縁部で溶接金属の垂れを生じるが、厚板１１の面積が大きいために肉盛溶接量に対する垂れ量の割合は非常に少なくなると共に、厚板１１の周縁部で肉盛金属が薄くなった部分は厚板１１の幅方向及び長手方向両側部１１ａ，１１ａ，１１ｂ，１１ｂの切除によって除去することになるが、従来のように各角棒体Ｓ毎に肉盛溶接層２０〔図６（Ｃ）（Ｄ）参照）の幅方向両側部を除去する場合に比較し、角棒体Ｓ１本当たりの除去量はかなり少なくなり、高価な肉盛金属つまりトリバロイ合金の有効利用率が向上する。また、母材金属についても、本製造方法では開先加工による除去分を生じないことに加え、厚板１１としての四周側面部（側部１１ａ，１１ａ，１１ｂ，１１ｂ）のみを切除するだけでよいから、従来のように各角棒体Ｓ毎に原材１０（図６（Ａ）〜（Ｄ）参照）の全６面を研削除去するのに比較し、角棒体Ｓ１本当たりの除去量は格段に少なくなる。従って、本製造方法によれば、肉盛金属及び母材金属の消費量が大幅に削減され、また肉盛溶接時の拘束材とその溶接材料も不要であるから、従来に比べて材料費が大きく低減し、作業工程の簡略化及び生産性の向上と相俟って製造コストを著しく低減できる。
【００１９】
更に、本製造方法では、大サイズの厚板１１に肉盛溶接することにより、溶接による歪み変形が防止されると共に、溶接中の温度変化が少なく予熱温度管理を行い易い上、肉盛面積が広いので自動溶接を採用でき、これらによって溶接時の割れ、硬度むら、融合不良等の発生が抑えられ、加えて歪み取りの熱間プレスが不要であるから、溶接界面の微小割れの発生率を低減でき、プレスに伴う硬度むらの発生も回避され、もって角棒体Ｓとして品質的に優れたものが安定的に得られる。
【００２０】
肉盛溶接層２（２１，２２）の形成に用いるトリバロイ合金には既述のようにコバルト基合金とニッケル基合金があるが、これらの組成を次の表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
なお、肉盛金属としては、前記実施形態のようなバルブガイドＧ用の角棒体Ｓにはトリバロイ合金が特に好適であるが、他の金属間化合物析出金属も使用可能であり、金属ライナー部品としての角棒体の用途に応じた金属種を選択すればよい。
【００２３】
母材金属としては、やはり金属ライナー部品としての角棒体の用途に応じた金属種を選択すればよいが、特に肉盛金属にトリバロイ合金を用いる場合、圧力容器用合金鋼鍛鋼品が好適である。この圧力容器用合金鋼鍛鋼品の具体例としては、ＳＵＳ  Ｆ３２１Ｈ（ＡＳＴＭ  Ａ１８２  Ｆ３２１Ｈ：  ＪＩＳ  Ｇ３２１４  圧力容器用ステンレス鋼鍛鋼品）、ＳＵＳ  Ｆ３０４（ＡＳＴＭ  Ａ１８２  Ｆ３０４：  ＪＩＳ  Ｇ３２１４  圧力容器用ステンレス鋼鍛鋼品）、ＳＥＶＡ  Ｆ５Ａ（ＡＳＴＭ  Ａ１８２  Ｆ５ａ：  ＪＩＳ  Ｇ３２０３  高温圧力容器用合金鋼鍛鋼品）等が挙げられる。
【００２４】
肉盛溶接に採用する溶接方法は、特に制約されないが、ＴＩＧ（タングステンイナートガス）溶接法とプラズマ粉体肉盛溶接法が好適である。なお、肉盛溶接後には、急激な温度降下による割れの発生等を避けるために、断熱材にて一定時間保温した上で徐冷させるのがよい。
【００２５】
肉盛溶接後の厚板の分割については、表裏両面に肉盛溶接層を形成した厚板を先に厚み方向上下に２分割した後に角棒体単位に切断することも可能であるが、先の上下２分割では切断面積が大きくなって高い寸法精度を得にくいため、実施形態のように角棒体Ｓ２本分の分割体Ｃ…とした後に各分割体Ｃを厚み方向中間部で切断する方法が推奨される。また、切断方法としては、特に制約はないが、厚板の厚み方向に沿う切断にはワイヤカット放電加工が、各分割体Ｃの厚み方向２分割には帯鋸盤や丸鋸盤による鋸切断がそれぞれ好適に採用される。
【００２６】
なお、本発明の製造方法は、前記実施形態のようなバルブガイドＧ用の角棒体Ｓに限らず、角棒状の母材金属の一側面に異種金属の肉盛溶接層を有する種々の金属ライナー部品に用いる角棒体の製作に適用できる。また、表裏両面に肉盛溶接層を形成した厚板から分取する角棒体の本数は種々設定できると共に、厚板サイズを前後にも大きくして、上下２段で左右複数列に加えて前後にも複数列に分割する構成も採用できる。
【実施例１】
【００２７】
長さ３８０ｍｍ、幅２１０ｍｍ、厚さ４５ｍｍの圧力容器用ステンレス鋼鍛鋼品（ＳＵＳ  Ｆ３２１Ｈ…前出）からなる厚板を整面したのち、断熱材で包み込んだ状態で予熱用簡易炉内に水平にセットし、プロパンガスバーナーによって全体を６００〜７００℃に均一に予熱した上で、断熱材を取った上面全体に自動ＴＩＧ溶接機によってトリバロイ合金の肉盛溶接を行い、次いで厚板の表裏を反転させて同様に肉盛溶接を行うことにより、該厚板の表裏両面に肉盛溶接層を形成した。溶接条件は次のとおりである。
【００２８】
〔ＴＩＧ溶接条件〕
溶接姿勢・・・下向き溶接
電気特性・・・直流  正極性
電    極・・・トリム入りタングステン、３．２ｍｍ径
溶接材料・・・Ｃｏ基合金溶接棒（米国デロロ社製トリバロイＴ−８００、棒径４．                ８ｍｍ）
溶接電流・・・２６０〜３００Ａ
溶接電圧・・・２８〜３０Ｖ
シールドガス・・・アルゴン、流量１８〜２０Ｌ／分
ウィーピング幅・・・５０〜５５ｍｍ
肉盛層数・・・２層盛溶接
【００２９】
この肉盛溶接後、前記予熱用簡易炉内において全体を断熱材で包み込んだ状態で加熱して６５０±２５℃で１時間保持したのち、１０℃／時間の割合で３００℃まで徐々に降温させ、続いて室温まで徐冷した。次に、この厚板の表裏の肉盛溶接層を厚みが３ｍｍになるように順次研削して表面を平滑化したのち、ワイヤカット放電加工機により、厚板の幅方向両側部を約５ｍｍ幅で切除し、更に長手方向３１ｍｍ置きに厚み方向に切断し、表裏に肉盛溶接層を有する角棒状の分割体１２本を得ると共に、該厚板の長手方向両側部を切除した。そして、各分割体を帯鋸切断機によって厚み方向中間部で分割し、仕上げ加工で切断面を平滑化することにより、長さ２０ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ２５ｍｍで、３ｍｍ厚の肉盛溶接層を備えた計２４本の角棒体を製作した。かくして得られた各角棒体はいずれも、肉盛溶接層の割れ及び硬度むらがなく、該肉盛溶接層と母材との密着性がよく界面での微小割れが非常に少ないものであった。
【実施例２】
【００３０】
肉盛溶接をプラズマ粉体肉盛溶接機にて行った以外は、実施例１と同様にして計２４本の角棒体を製作したところ、得られた各角棒体は実施例１で得られたものと同様にいずれも高品質であった。なお、溶接条件は次のとおりである。
【００３１】
〔プラズマ溶接条件〕
プラズマアーク電流  ・・・１８０〜２００Ａ
プラズマアーク電圧  ・・・２８〜３０Ｖ
トーチ移動速度      ・・・１．３３×１０-3ｍ／秒
トーチオシレーション・・・２．３×１０-2ｍ幅
溶接材料            ・・・Ｃｏ基合金粉末
粉末供給速度        ・・・０．３７ｇ／秒
ガス流量    プラズマガス・・・Ａｒ  １×１０-4ｍ3 ／秒
キャリヤガス・・・Ｈｅ  ９×１０-5ｍ3 ／秒
シールドガス・・・Ａｒ  ３×１０-4ｍ3 ／秒
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】高温下で作動させるディスク式バルブをバルブケーシング開放状態で示す斜視図である。
【図２】同ディスク式バルブのバルブガイドにの金属ライナーとして使用される角棒体の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る角棒体の製造方法による肉盛溶接手順を示し、（Ａ）は母材金属からなる厚板の斜視図、（Ｂ）は該厚板き表裏両面に肉盛溶接層を設けた状態の斜視図である。
【図４】肉盛溶接層を設けた厚板からの角棒体の分割構成を示す斜視図である。
【図５】同肉盛溶接層を設けた厚板からの角棒体の分割手順を示し、（Ａ）は表裏の肉盛溶接層を研削によって平滑化した状態の斜視図、（Ｂ）は幅方向両側部の切除を示す斜視図、（Ｃ）は長手方向一定間隔置きに厚み方向に切断して分割体とする状況を示す斜視図、（Ｄ）は該分割体の切断による角棒体の製作を示す斜視図である。
【図６】従来における角棒体の製作手順を工程順に示し、（Ａ）は開先加工を施した母材金属の原材の斜視図、（Ｂ）は肉盛溶接前の原材同士を背中合わせに拘束した状態の斜視図、（Ｃ）は肉盛溶接後の斜視図、（Ｄ）肉盛溶接後に分離した原材と削り出しによる角棒体との関係を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｃ    分割体
Ｓ    角棒体
１    母材
１１  厚板
１２  角棒体２本分の母材
２    肉盛溶接層
２１  平滑化前の肉盛溶接層
２２  平滑化後の肉盛溶接層
【図１】
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【図２】
2005238247.tif 000005
【図３】
2005238247.tif 000006
【図４】
2005238247.tif 000007
【図５】
2005238247.tif 000008
【図６】
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