(57)【要約】  本発明は、熱応力により鋳鋼部材１０に発生した亀裂を補修する方法であって、前記鋳鋼部材１０の表面１１に溝部２０を形成することにより亀裂１２を除去し、溶融状態のろう材５０を、形成した溝部２０に導入して溝部２０の奥側の空間２２をろう材５０で充填し、導入した溶融状態のろう材５０の表面に、その体積がろう材を導入した後の溝部２０の残りの空間よりも小さく、かつろう材５０と接合可能な部材６０を設置し、設置した部材６０を、ろう材５０を冷却することにより固定させ、部材６０を固定させた後の溝部２０の残りの空間を、鋳鋼部材１０と溶接可能な溶接材料７０で肉盛溶接する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱応力により鋳鋼部材に発生した亀裂を補修する方法であって、
前記鋳鋼部材の表面に溝部を形成することにより前記亀裂を除去し、
溶融状態のろう材を、前記形成した溝部に導入して前記溝部の奥側の空間を前記ろう材で充填し、
前記導入した溶融状態のろう材の表面に、その体積が前記ろう材を導入した後の前記溝部の残りの空間よりも小さく、かつ前記ろう材と接合可能な部材を設置し、
前記設置した部材を、前記ろう材を冷却することにより固定させ、
前記部材を固定させた後の前記溝部の残りの空間を、前記鋳鋼部材と溶接可能な溶接材料で肉盛溶接する、
鋳鋼部材の補修方法。
【請求項２】
板状に成形された前記部材を、前記導入したろう材の表面を覆うように配置する、請求項１に記載の鋳鋼部材の補修方法。
【請求項３】
前記部材の融点は前記ろう材の融点よりも高い、請求項１に記載の鋳鋼部材の補修方法。
【請求項４】
前記部材は前記鋳鋼部材と略同じ素材からなる、請求項１に記載の鋳鋼部材の補修方法
【請求項５】
前記ろう材はニッケルろうである、請求項１に記載の鋳鋼部材の補修方法。
【請求項６】
前記溶接材料はニッケルを７０重量％以上含有する、請求項１に記載の鋳鋼部材の補修方法。
【請求項７】
前記ろう材を導入する前に、前記鋳鋼部材を共材溶接材料で肉盛溶接しその溶接部を熱処理した場合の当該共材溶接材料と略同等の柔らかさを有し、かつ前記鋳鋼部材と溶接可能な溶接材料で前記溝部の奥側を肉盛溶接する、請求項１に記載の鋳鋼部材の補修方法。
【請求項８】
前記溝部を形成した後の前記鋳鋼部材の肉厚が所定の値未満である場合において、前記ろう材を導入する前に、前記鋳鋼部材の肉厚が前記所定の値に達するまで前記溶接可能な溶接材料で前記溝部の奥側を肉盛溶接する、請求項７に記載の鋳鋼部材の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱応力により鋳鋼部材に発生した亀裂を補修する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電設備や原子力発電設備等における鋳鋼製の構造物は長期間に渡って高温・高圧条件におかれることが多いので、例えばその起動・停止によりかかる熱応力が原因で、当該構造物に亀裂が発生することがある。【０００３】
しかし、火力発電設備や原子力発電設備等における鋳鋼製の構造物には、蒸気タービン室や蒸気タービンの弁など大型のものが多いので、これらの構造物を工場に持ち帰って熱処理を行うとすると、配管の切り離しや運搬作業に大きな手間がかかり、かつ費用もかかるため現実的ではない。【０００４】
そこで、熱処理を現場で行うべく、例えば、ヒータによる部分加熱による後熱処理やテンパービート法（焼き戻し処理）が用いられる。また、特許文献１には、タービンエンジン構成部品などのワーク内のクラックを補修する方法として、補修すべきクラックを有するワークを準備するステップと、クラックの一部分を充填するのに十分な量のニッケル基合金材料（低溶融温度ニッケル基ろう付け合金と高溶融温度ニッケル基ろう付け合金とのブレンドを含む）またはコバルト基合金材料をクラックのルート部に施すステップと、ニッケル基合金材料またはコバルト基合金材料を伴うワークを、約１０６６〜１２６０℃の温度で、約５．０〜３０分間、第１の熱処理にかけるステップと、クラックに溶接材料を施すステップと、溶接材料を伴うワークを第２の熱処理にかけるステップと、を含む方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２９７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、現場での熱処理の規模には限界があるので、熱処理が不充分となり、補修部分が脆化して割れやすくなる等の不具合が生じていた。特に、亀裂が深く必要な溶接量が多い場合には、熱処理不足に起因する残留応力が発生し、変形が生じることもあった。【０００７】
本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱応力により鋳鋼部材の表面に発生した亀裂を効率よく補修する補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するための本発明の一つは、熱応力により鋳鋼部材に発生した亀裂を補修する方法であって、前記鋳鋼部材の表面に溝部を形成することにより前記亀裂を除去し、溶融状態のろう材を、前記形成した溝部に導入して前記溝部の奥側の空間を前記ろう材で充填し、前記導入した溶融状態のろう材の表面に、その体積が前記ろう材を導入した後の前記溝部の残りの空間よりも小さく、かつ前記ろう材と接合可能な部材を設置し、前記設置した部材を、前記ろう材を冷却することにより固定させ、前記部材を固定させた後の前記溝部の残りの空間を、前記鋳鋼部材と溶接可能な溶接材料で肉盛溶接する。【０００９】
本発明のように、ろう材を溝部の奥側に導入して充填し、そのろう材の表面に部材を設置して冷却、固定させ、その残りの空間を溶接材料で肉盛溶接することで、鋳鋼部材に発生した亀裂を効率よく補修することができる。すなわち、ろう材を溝部に導入することで補修後の熱応力による変形を抑えることができ、その後の肉盛溶接によって鋳鋼部材の表面部の亀裂の再発生を防ぐことができる。また、ろう材の上に部材を固定させ、その上に溶接材料を導入することで、溶接材料と部材とを確実に密着させ補修部の強度を維持することができる。さらに、ろう材による補修は必要な事前準備が少なく、作業を簡便に行える。
このように、本発明の鋳鋼部材の補修方法によれば、熱応力により鋳鋼部材に発生した亀裂を効率よく補修することができる。【００１０】
また、本発明の他の一つは、板状に成形された前記部材を、前記導入したろう材の表面を覆うように配置する。このように板状の部材でろう材の表面を覆うことで、ろう材、及びその後に導入する溶接材料の双方を溝部において確実に固定させることができる。【００１１】
また、本発明の他の一つは、前記部材の融点は前記ろう材の融点よりも高い。部材の融点がろう材の融点より高ければ、部材がろう材の熱により溶融することなく、部材をろう材の表面で確実に接合し固定させることができる。【００１２】
また、本発明の他の一つは、前記部材は前記鋳鋼部材と略同じ素材からなる。これにより、補修後の鋳鋼部材の強度を維持することができると共に、部材をろう材の表面で確実に接合し固定させることができる。【００１３】
また、本発明の他の一つは、前記ろう材はニッケルろうである。ニッケルろうは、ロウ付け温度が約１０００℃と比較的高く、その後の溶接材料の導入による溶融が起こりにくいので、確実な補修が可能となる。また、ニッケルは延性が高いので、補修後の鋳鋼部材にかかる熱応力を効果的に緩和し、当該鋳鋼部材における亀裂の再発生を効果的に防ぐことができる。【００１４】
また、本発明の他の一つは、前記溶接材料はニッケルを７０重量％以上含有する。本発明者らは、ニッケルが７０重量％以上含有されていれば、補修後の当該鋳鋼部材における亀裂の再発生を効果的に防ぐことができることを発見した。また、ニッケルを含む溶接材料による溶接は、現場での作業も容易である。【００１５】
また、本発明の他の一つは、前記ろう材を導入する前に、前記鋳鋼部材を共材溶接材料で肉盛溶接しその溶接部を熱処理した場合の当該共材溶接材料と略同等の柔らかさを有し、かつ前記鋳鋼部材と溶接可能な溶接材料で前記溝部の奥側を肉盛溶接する。【００１６】
本発明のように、ろう材を充填する前に、鋳鋼部材を共材溶接材料で肉盛溶接しその溶接部を熱処理した場合の当該共材溶接材料の柔らかさと略同等の柔らかさを有する溶接材料で溝部の奥側を肉盛溶接しておくことで、溝部を形成したことにより減少した鋳鋼部材の肉厚を回復させ、補修後の鋳鋼部材の強度を維持することができる。【００１７】
また、本発明の他の一つは、前記溝部を形成した後の前記鋳鋼部材の肉厚が所定の値未満である場合において、前記ろう材を導入する前に、前記鋳鋼部材の肉厚が前記所定の値に達するまで前記溶接可能な溶接材料で前記溝部の奥側を肉盛溶接する。【００１８】
本発明のように、溝部を形成した後の鋳鋼部材の肉厚が所定の値未満である場合に、鋳鋼部材の肉厚がその値に達するまで、溝部の奥側の空間を事前に肉盛溶接しておくことで、例えば、前記所定の値を必要最小肉厚に設定することにより、鋳鋼部材の安全な使用に必要な肉厚を肉盛溶接により確実に確保することができる
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、熱応力により鋳鋼部材に発生した亀裂を効率よく補修することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、蒸気タービン車室の外殻部材の一例を説明する図である。
【図２】図２は、亀裂１２を除去する方法の一例を説明する図である。
【図３】図３は、ろう材５０を充填する方法の一例を説明する図である。
【図４】図４は、部材６０を設置する方法の一例を説明する図である。
【図５】図５は、溶接材料７０で肉盛溶接する方法の一例を説明する図である。
【図６】図６は、肉盛溶接する溶接材料７０の高さの一例を説明する図である。
【図７】図７は、溶接材料８０で肉盛溶接する方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜実施例１＞
本発明の各実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１は、火力発電所や原子力発電所等に設けられる蒸気タービン車室の外殻部材１０の一例を示す図である。同図に示すように、蒸気タービン車室の外殻部材１０は、ＣｒＭｏＶ鋳鋼などの鋳鋼部材からなり、その起動・停止に伴って熱応力を受ける。これにより蒸気タービン車室の外殻部材１０はクリープ損傷を受け、内側の表面１１に亀裂１２が発生する。
【００２３】
まず、本実施例に係る補修方法では、図２に示すように、外殻部材１０の表面１１に溝部２０（開先）を形成することにより、亀裂１２全体を除去する。
【００２４】
具体的には、例えば、外殻部材１０の表面１１において、亀裂１２の表面部分の周囲を囲う切削線１３を形成し、ドリルやエンドミル等で、形成した切削線１３に沿って外殻部材１０の表面１１を深さ方向に切削する。溝部２０により形成される空間は、例えば、その断面形状がＶ字状又はＵ字状の空間である。
【００２５】
次に、図３に示すように、溶融状態のろう材５０を、前記形成した溝部２０に導入して溝部２０の奥側の空間２２をろう材５０で充填する。
【００２６】
具体的には、例えば、バーナーの熱で溶融させたろう材５０を溝部２０の底面２４に流し込むことで、溝部２０の半分程度の深さｈに達するまで、当該ろう材５０を充填する。
【００２７】
なお、ろう材５０の融点は、例えば約１０００℃、もしくはそれ以上とする。ただし、後述する溶接材料７０の融点は、例えば１４００℃程度であるので、その融点よりは低いことが好ましい。このような条件を満たすろう材５０は、例えば、ニッケルろうである。
【００２８】
ニッケルろうは、ロウ付け温度が約１０００℃と比較的高く、その後の溶接材料７０の導入による溶融が起こりにくいので、確実な補修が可能となる。また、ニッケルは延性が高いので、補修後の鋳鋼部材（外殻部材１０）にかかる熱応力を効果的に緩和し、当該鋳鋼部材における亀裂の再発生を効果的に防ぐことができる。
【００２９】
次に、図４に示すように、導入した溶融状態のろう材５０の表面５２（露出面）に、その体積が少なくともろう材５０を導入した後の溝部２０の空間のそれよりも小さく、かつろう材５０と接合可能な部材６０を設置する。なお、この作業は、ろう材５０が冷却して固化する前に迅速に行う。
【００３０】
具体的には、例えば、板状に成形された部材６０を、前記導入したろう材５０の表面５２（露出面）を覆うように配置する。
【００３１】
このように板状の部材６０でろう材５０の表面５２を覆うことで、ろう材５０、及びその後に導入する溶接材料７０の双方を溝部２０において確実に固定させることができる。
【００３２】
なお、部材６０の融点はろう材５０の融点よりも高いことが好ましい。部材６０の融点がろう材５０の融点より高ければ、部材６０がろう材５０の熱により溶融することなく、部材６０をろう材５０の表面で確実に接合し固定させることができる。
【００３３】
例えば、部材６０は、外殻部材１０と同等の素材（すなわち鋼）である。これにより、補修後の鋳鋼部材（外殻部材１０）の強度を維持することができると共に、部材６０をろう材５０の表面で確実に接合し固定させることができる。
【００３４】
そして、設置した部材６０を、ろう材５０を冷却することにより固定させる（例えば、ろう材５０が固定されるまで自然冷却させる）。
【００３５】
なお、部材６０はろう材５０の表面５２（露出面）を必ずしも全面的に覆う必要はなく、溶接材料７０、及びろう材５０のそれぞれと接触面を有していればよい。また、部材６０は複数の部材で構成されていてもよい。
【００３６】
次に、図５に示すように、部材６０を固定させた後の溝部２０の残りの空間２６を、外殻部材１０と溶接可能な溶接材料７０で肉盛溶接する。
【００３７】
なお、この肉盛溶接は、例えば、リメルト処理により行う。例えば、図５に示すように、アーク溶接機等を用いて部材６０の上面６４に溶融状態の溶接材料７０を供給して肉盛を形成する。そして、冷却し固化させた当該肉盛の表面を、ＴＩＧトーチ等を用いて加熱することにより、当該肉盛をリメルト（再溶融）する。そして、リメルト後の肉盛を自然冷却させる。自然冷却させたら、新たな肉盛りを形成する。以上の処理を繰り返す。
【００３８】
溶接材料７０は、例えば、ニッケルを主成分とする合金である。ニッケルの含有量は、７０重量％以上であることが好ましい。また、ニッケル以外の成分は、例えば、クロムである。クロムの含有量は、１５重量％以上であることが好ましい。ニッケル及びクロム以外の成分は、硫黄やリン等の不可避不純物を除くと、例えば、炭素、ケイ素、マンガン等である。
【００３９】
ニッケルは柔らかく延性が高いので、急冷しても硬化しにくい。ニッケルが７０重量％以上含有されていれば、補修後の鋳鋼部材（外殻部材１０）における亀裂の再発生を効果的に防ぐことができる。また、ニッケルを含む溶接材料による溶接は、現場での作業も容易である。
【００４０】
なお、溶接材料７０による肉盛溶接は、図６に示すように、溶接材料７０による肉盛の表面７２（露出面）の高さが外殻部材１０の表面１１と対応する高さ（例えば、略同じ高さ）になるまで行うことが好ましい。
【００４１】
なお、前記のように、ろう材５０の融点は、溶接材料７０の融点よりも高いことが好ましい。ろう材６０の融点が溶接材料７０の融点より高ければ、ろう材５０が溶接材料７０の熱により溶融することなく、ろう材５０を確実に固定させることができる。
【００４２】
以上のように、本実施例の鋳鋼部材の補修方法によれば、ろう材５０を溝部２０の奥側に導入して充填し、そのろう材５０の表面５２に部材６０を設置して冷却、固定させ、その残りの空間を溶接材料７０で肉盛溶接することで、鋳鋼部材（外殻部材１０）に発生した亀裂を確実に補修することができる。すなわち、ろう材５０を溝部２０に導入することで補修後の熱応力による変形を抑えることができ、その後の肉盛溶接によって鋳鋼部材の表面部の亀裂の再発生を防ぐことができる。また、ろう材５０の上に部材６０を固定させ、その上に溶接材料７０を導入することで、溶接材料７０と部材６０とを確実に密着させ補修部の強度を維持することができる。さらに、ろう材による補修は必要な事前準備が少なく、作業を簡便に行える。
このように、本実施例の鋳鋼部材の補修方法によれば、熱応力により鋳鋼部材に発生した亀裂を、効率よく補修することができる。
【００４３】
＜実施例２＞
実施例１では、溝部２０に直接、ろう材５０を導入したが、亀裂１２の深さが深かった等の理由で、亀裂１２の除去後（溝部２０の形成後）の外殻部材１０の肉厚が、要求される厚さに満たない場合は、ろう材５０を導入した部分の強度が不足し、外殻部材１０に再び亀裂が発生する可能性がある。
【００４４】
そのような場合は、図７に示すように、ろう材５０を導入する前に、外殻部材１０を共材溶接材料で肉盛溶接しその溶接部を熱処理した場合の当該共材溶接材料と略同等の柔らかさを有する金属からなり、かつ外殻部材１０と溶接可能な溶接材料８０を溝部２０の奥側に充填することにより外殻部材１０を溶接材料８０で肉盛溶接する。
【００４５】
なお、溶接材料８０の素材は実施例１の溶接材料７０と同様でもよいし、異なっていてもよい。また、溶接材料８０の溶接方法も実施例１と同様でもよいし、異なっていてもよい。
【００４６】
このように、ろう材５０を埋設する前に、鋳鋼部材（外殻部材１０）を共材溶接材料で肉盛溶接しその溶接部を熱処理した場合の当該共材溶接材料の柔らかさと略同等の柔らかさを有する金属からなる溶接材料８０で溝部２０の奥側を肉盛溶接しておくことで、溝部２０を形成したことにより減少した鋳鋼部材の肉厚を回復させ、補修後の鋳鋼部材の変形や亀裂の再発生を防ぐことができる。
【００４７】
なお、本実施例が適用される一例としては、亀裂１２の除去後（溝部２０の形成後）の外殻部材１０の肉厚が、必要最小肉厚未満となっている場合がある。
【００４８】
この場合、溶接材料８０による肉盛溶接は、少なくとも、当該肉盛溶接後の外殻部材１０の厚さが、必要最小肉厚以上の厚さになるまで行う。
【００４９】
このように、溝部２０を形成した後の鋳鋼部材の肉厚が所定の値（必要最小肉厚）未満である場合に、鋳鋼部材の肉厚がその値に達するまで、溝部２０の奥側の空間を事前に肉盛溶接しておくことで、鋳鋼部材の安全な使用に必要な肉厚を肉盛溶接により確実に確保することができる。
【００５０】
以上の各実施例の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  外殻部材、１１  表面、１２  亀裂、１３  切削線、２０  溝部、２２  奥側の空間、２４  底面、２６  空間、５０  ろう材、５２  表面、６０  部材、６４  上面、７０  溶接材料、７２  表面、８０  溶接材料
【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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【国際調査報告】
2018142518.tif 000010
2018142518.tif 000011
2018142518.tif 000012
2018142518.tif 000013