(57)【要約】      （修正有）【課題】鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修する。【解決手段】鋳鋼部材の表面に発生した亀裂１２を含む鋳鋼部材の表面部分１１を除去して形成した凹部１３に溶接材料を溶接して、凹部１３を埋めることにより亀裂を補修する方法であって、凹部１３に溶接材料を導入し、導入した溶接材料と凹部１３とをティグ溶接により接合するティグ溶接工程を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鋼部材の表面に発生した亀裂を含む前記鋳鋼部材の表面部分を除去して形成した凹部に溶接材料を溶接して、前記凹部を埋めることにより前記亀裂を補修する方法であって、
前記凹部内に前記溶接材料を設置し、該溶接材料と前記凹部とをティグ溶接により接合するティグ溶接工程を含むことを特徴とする、鋳鋼部材の亀裂補修方法。
【請求項２】
前記ティグ溶接工程では、前記溶接材料を前記凹部において積層しながら前記ティグ溶接を行うことを特徴とする、請求項１に記載の鋳鋼部材の亀裂補修方法。
【請求項３】
前記ティグ溶接工程を実施した後に、前記凹部に導入した溶接材料と前記鋳鋼部材との接合部を加熱する溶接後熱処理工程を含む
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋳鋼部材の亀裂補修方法。
【請求項４】
前記溶接材料はニッケルを主成分とすることを特徴とする、請求項３に記載の鋳鋼部材の亀裂補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鋼部材の亀裂補修方法において、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン車室や弁等、発電所施設内の鋳鋼製の部材の中には、その起動・停止時に伴って熱応力を受け、これが主原因となって亀裂が発生するするものがある。亀裂が発生した場合はその部分を研削、除去した上で溶接補修する。亀裂を除去した後の肉厚が必要最小肉厚よりも薄くなると、その部材は使用不能となり、新たなものに交換しなければならない。
【０００３】
亀裂の補修方法としては、例えば、特許文献１に、母材の溶接補修対象部に形成された開先に対して、被覆アーク溶接を用いたバタリング溶接を行ってバタリング溶接部を形成する第１工程と、ＴＩＧリメルト処理を行い、バタリング溶接部を溶融した後に凝固させてＴＩＧリメルト処理部を形成する第２工程と、被覆アーク溶接によりバタリング溶接を行い、ＴＩＧリメルト処理部上に第１本溶接部を形成する第３工程と、被覆アーク溶接により本溶接を行い、第１本溶接部上に第２本溶接部を形成する第４工程による溶接方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、亀裂の補修には、一般的に被覆アーク溶接が用いられている。しかし、前述した発電所施設内の鋳鋼部材の場合、大型のものが多いので、溶接作業を行うために工場に持ち帰るといったことができず、補修は現場で行わなければならないという事情があるところ、現場での溶接後熱処理の実施が困難であり、溶接部が溶接後に急冷して割れが生じる等の可能性がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修するための鋳鋼部材の亀裂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】
【０００７】
前述の目的を達成するための本発明は、鋳鋼部材の表面に発生した亀裂を含む前記鋳鋼部材の表面部分を除去して形成した凹部に溶接材料を溶接して、前記凹部を埋めることにより前記亀裂を補修する方法であって、前記凹部内に前記溶接材料を設置し、該溶接材料と前記凹部とをティグ溶接により接合するティグ溶接工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
鋳鋼部材を溶接補修する場合、ニッケルを含む溶接材料を新規に製作することがあるが、被覆アーク溶接を採用すると溶接材料（溶接棒）の製造時に酸素が混入する可能性があり、溶接部の品質の低下につながるのに対して、本発明のようにティグ溶接を採用すればそのような弊害はなく、溶接部におけるブローホールの生成を防ぐことができる。
【０００９】
また、本発明において、前記ティグ溶接工程では、前記溶接材料を前記凹部において積層しながら前記ティグ溶接を行うこととしてもよい。
【００１０】
ティグ溶接では溶接時の熱供給量をコントロールし易いので、その積層溶接においても各層の厚みを薄くすることが容易である。そこで、本発明のように溶接材料を積層しながらティグ溶接を行うことで、例えば溶接部の第１層の形成に伴い熱変質した部分（熱影響部（ＨＡＺ（Heat-Affected Zone））を、第１層の上に導入した第２層の溶接材料の熱で緩和することができる。これにより、被覆アーク溶接等では溶接後熱処理を実施できない場合の組織改善方法（例えばテンパービード法、リメルト法による処理）を行わずに、溶接部の硬化やそれによる割れの再発を防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明において、前記ティグ溶接工程を実施した後に、前記凹部に導入した溶接材料と前記鋳鋼部材との接合部を加熱する溶接後熱処理工程を含むこととしてもよい。接合部を加熱することにより、溶接部の残留応力（特に引張残留応力）を低減し、溶接部の割れの再発を防ぐことができる。
【００１２】
なお、本発明において、前記溶接材料は、ニッケルを含む溶接材料であることが好ましい。ニッケルは引張り強さが大きいので、溶接後に時間が経過しても、溶接部にいわゆる遅れ割れが生じるおそれが小さい。また、現場で溶接を行ったことにより溶接部への熱供給のコントロールが充分でなく溶接部に引張残留応力が残ってしまった場合であっても、その溶接部位が蒸気タービン車室、弁等の内面のように使用時に塑性域以上の圧縮応力がかかる部位であれば、現場作業で残る程度の引張残留応力により却って応力に対する抵抗性は高まる結果となる。すなわち、本発明によれば、大きな圧縮応力がかかる鋳鋼部材の遅れ割れをより確実に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】蒸気タービン車室の外殻部材１０を説明する図である。
【図２】外殻部材１０の補修方法を説明するフローチャートである。
【図３】亀裂１２を含む外殻部材１０の表面付近を厚み方向に切断した断面図である。
【図４】ティグ溶接により凹部１３に第１層２１を形成した様子を示す図である。
【図５】ティグ溶接により凹部１３に第２層２３を形成した様子を示す図である。
【図６】ティグ溶接により凹部１３に肉盛部２０を形成した様子を示した図である。
【図７】溶接後熱処理の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】
【００１５】
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である。この蒸気タービン車室の外殻部材１０は、ＣｒＭｏ鋳鋼などからなり、蒸気タービンの起動・停止に伴って熱応力（特に圧縮応力）を受ける。これにより外殻部材１０の内側の表面１１に亀裂１２が発生する。本実施形態の鋳鋼部材の補修方法は、外殻部材１０のような鋳鋼部材の亀裂の補修に対して用いることができる。以下、本実施形態の鋳鋼部材の補修方法について、この外殻部材１０を例として説明する。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る外殻部材１０の補修方法を説明するフローチャートである。
【００１７】
同図に示すように、まず、亀裂１２を含む外殻部材１０の表面に凹部を形成する（Ｓ１）。具体的には、図３に示すように、外殻部材１０の表面１１に発生した亀裂１２に対して、亀裂１２を全て含むように、グラインダ等を用いた研削等により、外殻部材１０の表面部分を除去し、凹部１３を形成する。
【００１８】
続いて、図２に示すように、Ｓ１で形成した凹部１３に対してティグ溶接を行う（Ｓ２）。
【００１９】
図４乃至６は、ティグ溶接の手順の一例について説明する図である。本実施形態では、凹部１３に溶接材料を積層しながらティグ溶接を行う。まず図４に示すように、凹部１３の底面１４に溶接材料を設置した状態で、不図示のトーチ等を用いることによりアークを発生させ、凹部１３と溶接材料を接合する。溶接材料には、例えばニッケル系の合金を用いる。
【００２０】
なお、これにより溶接部の第１層２１が形成されるとその周囲の温度が変化し、その温度変化に伴って第１層２１の組織が変質して硬化する。すなわち、熱影響部１５（ＨＡＺ（Heat-Affected Zone）部）が発生する。
【００２１】
そこで、第１層２１が冷却される前に、図５に示すように、第１層２１の上面２２に溶接材料（第１層２１と同じ溶接材料が好ましい）をさらに設置してティグ溶接を行い、凹部１３と接合することで、第２層２３が形成される。
【００２２】
この際、第２層２３の熱により第１層２１が加熱されることにより、第１層２１に対して焼き鈍しを行ったのと同様の効果が得られる。次に、第２層２３の上面に形成した第３層２４の熱により、第２層２３が加熱されることにより、第２層２３に対し焼き鈍しを行ったのと同様の効果が得られる。
【００２３】
以降、図６に示すように、溶接部の高さが少なくとも外殻部材１０の表面１１に達するまで積層溶接を繰り返すことで、複数の溶接層（第１層２１、第２層２３、第３層２４、・・・）からなる肉盛部２０を形成する。
【００２４】
最後に、溶接材料（肉盛部２０）と外殻部材１０との接合部付近に対して、溶接後熱処理を行う（図２のＳ３）。
【００２５】
図７は、この溶接後熱処理の方法の一例を説明する図である。この溶接後熱処理は、現場で実施可能な程度の時間及び温度条件で行う。例えば、図７に示すように、バーナー等で溶接部を７００℃程度まで加熱し、その後６００℃から８００℃の間の温度を約１５分程度維持した後、徐冷する。これにより、溶接部における引張り残留応力を低減させる。
【００２６】
なお、前述のように、この溶接後熱処理は現場で実施可能な時間及び温度で行うため、加熱量が少なく溶接部に多少の引張り残留応力が残る可能性がある。しかし、外殻部材１０には蒸気タービンの起動時に塑性域以上の圧縮応力（例えば３００ＭＰａ程度）がかかるため、現場作業で残る程度の引張残留応力が残存している方がかえって部材の耐久性は向上する。特に、溶接材料として前述したニッケル系の合金を用いた場合、ニッケルの引張り強さが元々大きいことから、溶接後数日後に現れる割れ（遅れ割れ）がより生じにくくなる。
【００２７】
以上のように、本実施形態の鋳鋼部材の補修方法では、被覆アーク溶接ではなく、ティグ溶接により溶接材料と凹部とを接合する。被覆アーク溶接を採用すると溶接材料（溶接棒）の製造時に酸素が混入する可能性があり、溶接部の品質の低下につながるのに対して、本実施形態の鋳鋼部材の補修方法のようにティグ溶接を採用すればそのような弊害はなく、溶接部におけるブローホールの生成を防ぐことができる。
【００２８】
また、ティグ溶接では溶接時の熱供給量をコントロールし易いので、その積層溶接において各層の厚みを薄くすることが容易である。このため、本実施形態のように溶接材料を積層しながらティグ溶接を行うことで、例えば溶接部の第１層２１の形成に伴い変質した溶接部付近（熱影響部１５）を、第１層２１の上に導入した第２層２３の溶接材料の熱で緩和することができる。これを繰り返して肉盛部２０を形成することで、被覆アーク溶接等では溶接後熱処理を実施できない場合の組織改善方法（例えばテンパービード法、リメルト法による処理）を行わずに、溶接部の硬化やそれによる割れの再発を防ぐことができる。
【００２９】
以上の実施形態の説明は、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】
【００３０】
１０  外殻部材、１１  表面、１２  亀裂、１３  凹部、１４  底面、１５  熱影響部、２０  肉盛部、２１  第１層、２２  上面、２３  第２層、２４  第３層
【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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