(57)【要約】【課題】水冷壁パネルに肉盛溶接を行うに際し、熱疲労による亀裂の発生を抑制した肉盛溶接層を形成することができる肉盛溶接方法を提供する。【解決手段】複数の水冷管１１と、複数の水冷管１１の間に設けられた板状の連結部１２と、水冷管１１と連結部１２を接合する隅肉溶接部と、を有する水冷壁パネル１０の表面に、水冷壁パネル１０を起立させた状態で肉盛溶接を行うに際し、プラズマ粉末溶接法にて、プラズマアークａの上方から粉末状の溶接材料ｍを供給しながら、立向下進溶接によって、連結部１２および隅肉溶接部、水冷管１１の連結部１２に近い部位、水冷管１１の連結部１２から離れた部位の順に肉盛溶接を行い、余盛部と溶込み部を合わせた肉盛溶接層の厚さを０．５〜２ｍｍの範囲とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の水冷管と、前記複数の水冷管の間に設けられた板状の連結部と、前記水冷管と前記連結部を接合する隅肉溶接部と、を有する水冷壁パネルの表面に、前記水冷壁パネルを起立させた状態で肉盛溶接を行うに際し、
プラズマ粉末溶接法にて、プラズマアークの上方から粉末状の溶接材料を供給しながら、立向下進溶接によって、
前記連結部および前記隅肉溶接部、前記水冷管の前記連結部に近い部位、前記水冷管の前記連結部から離れた部位の順に肉盛溶接を行い、
余盛部と溶込み部を合わせた肉盛溶接層の厚さを０．５〜２ｍｍの範囲とすることを特徴とする水冷壁パネルの肉盛溶接方法。
【請求項２】
溶接速度を、１００〜３００ｍｍ／ｍｉｎの範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の水冷壁パネルの肉盛溶接方法。
【請求項３】
前記粉末状の溶接材料として、粒径に対して頻度をプロットした粒度分布において、頻度が最も高くなっているメインピークの頂部よりも粒径が小さい領域に、ショルダーが存在するものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の水冷壁パネルの溶接方法。
【請求項４】
前記粉末状の溶接材料として、粒径に対して頻度をプロットした粒度分布において、中央値の左右に対称な単一ピークよりなるものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の水冷壁パネルの溶接方法。
【請求項５】
前記肉盛溶接に用いる溶接トーチを、前記連結部の表面に平行な面内でウィービングさせるとともに、前記連結部の表面に沿った面から前記溶接トーチまでの距離である面直距離を、前記水冷壁パネルの部位に応じて変化させながら、前記肉盛溶接を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水冷壁パネルの溶接方法。
【請求項６】
前記隅肉溶接部に前記肉盛溶接を行う際に、前記連結部上の位置において、前記水冷管上の位置におけるよりも前記面直距離を大きくするとともに、前記連結部から遠ざかるほど該面直距離を大きくすることを特徴とする請求項５に記載の水冷壁パネルの溶接方法。
【請求項７】
前記連結部に前記肉盛溶接を行う際に、前記隅肉溶接部に近い位置ほど前記面直距離を大きくする傾斜部を設けることを特徴とする請求項５または６に記載の水冷壁パネルの溶接方法。
【請求項８】
前記水冷管に前記肉盛溶接を行う際に、前記連結部から相対的に遠い位置において、前記連結部に相対的に近い位置におけるよりも、前記面直距離が大きくなるように、折れ線状または曲線状の軌跡に沿って前記面直距離を変化させることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の水冷壁パネルの溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷壁パネルの肉盛溶接方法に関し、さらに詳しくは、水冷壁パネルの表面に立向下進溶接によって肉盛溶接を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ごみ焼却炉や火力発電プラント、製紙業界に導入されている黒液回収ボイラ等における火炉に設けられる鋼材製の水冷壁パネルは、ごみや燃料、黒液に由来する腐食性ガスに接触した状態で高温に晒されるため、水冷壁パネルを構成する鋼材が腐食を受けやすい。例えば、ごみ焼却炉においては焼却されるプラスチック等の塩素分に由来して、火力発電プラントにおいては燃料中の硫黄分に由来して、黒液回収ボイラにおいては黒液燃焼時に生じる硫化水素ガスや二酸化硫黄等に由来して、炉内で高温腐食が進行しやすい。そこで、水冷壁パネルに耐腐食性を付与するために、水冷壁パネルを構成する鋼材の表面を覆って、耐食性合金を肉盛溶接する場合がある。
【０００３】
このように、水冷壁パネルの表面に肉盛溶接を行った場合に、形成した肉盛溶接層が厚いと、大きな熱負荷が肉盛溶接層に加えられた際、例えば、１０００℃以上のような高温環境に晒され、かつ激しい温度変化を受けた際に、肉盛溶接層の表面に熱疲労によって亀裂が発生する可能性がある。水冷壁パネルを構成する水冷管に水を流して水冷を行ったとしても、厚い肉盛溶接層の表面においては十分な冷却効果が得られず、このような亀裂の発生が起こる可能性がある。特に、ＭＩＧ溶接等のアーク溶接によって肉盛溶接を行う場合には、肉盛溶接層が厚くなりがちであり、例えば、水冷壁パネルに形成した肉盛溶接層の厚さが、３〜５ｍｍに達してしまう場合がある。すると、肉盛溶接層の表面に亀裂が発生しやすくなる。
【０００４】
水冷壁パネルの表面に肉盛溶接を行う場合には、起立させた状態の水冷壁パネルに対して肉盛溶接を行うのが一般的であり、この場合に薄い肉盛溶接層を形成することができる方法として、プラズマ粉末溶接法（ＰＴＡ法）による立向下進溶接が考えられる。例えば、発明者らによる特許文献１に、ＰＴＡ法による立向下進溶接法が開示されており、垂直姿勢とした金属母材の表面に対し、軸方向が該表面に直交する水平姿勢でトーチを配置し、トーチの先端に位置するチップの中心部からプラズマアークを放射し、かつ該プラズマアークの先端部付近の上側に金属粉末をチップの先端面の上部に開口する放出孔から供給することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１７２０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されたＰＴＡ法による立向下進溶接を、水冷壁パネルにおける肉盛溶接に適用すれば、薄い肉盛溶接層を形成し、肉盛溶接層において十分な冷却効率を実現することで、熱疲労に起因した亀裂の発生を抑制できる可能性がある。しかし、特許文献１においては、水冷管と連結部からなる水冷壁パネルに対して肉盛溶接を行うのに適した具体的な条件に言及していない。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、水冷壁パネルに肉盛溶接を行うに際し、熱疲労による亀裂の発生を抑制した肉盛溶接層を形成することができる肉盛溶接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】
上記課題を解決するため、本発明に係る水冷壁パネルの肉盛溶接方法は、複数の水冷管と、前記複数の水冷管の間に設けられた板状の連結部と、前記水冷管と前記連結部を接合する隅肉溶接部と、を有する水冷壁パネルの表面に、前記水冷壁パネルを起立させた状態で肉盛溶接を行うに際し、プラズマ粉末溶接法にて、プラズマアークの上方から粉末状の溶接材料を供給しながら、立向下進溶接によって、前記連結部および前記隅肉溶接部、前記水冷管の前記連結部に近い部位、前記水冷管の前記連結部から離れた部位の順に肉盛溶接を行い、余盛部と溶込み部を合わせた肉盛溶接層の厚さを０．５〜２ｍｍの範囲とすることを要旨とする。
【０００９】
ここで、溶接速度を、１００〜３００ｍｍ／ｍｉｎの範囲とすることが好ましい。
【００１０】
また、前記粉末状の溶接材料として、粒径に対して頻度をプロットした粒度分布において、頻度が最も高くなっているメインピークの頂部よりも粒径が小さい領域に、ショルダーが存在するものを用いることが好ましい。
【００１１】
あるいは、前記粉末状の溶接材料として、粒径に対して頻度をプロットした粒度分布において、中央値の左右に対称な単一ピークよりなるものを用いてもよい。
【００１２】
また、前記肉盛溶接に用いる溶接トーチを、前記連結部の表面に平行な面内でウィービングさせるとともに、前記連結部の表面に沿った面から前記溶接トーチまでの距離である面直距離を、前記水冷壁パネルの部位に応じて変化させながら、前記肉盛溶接を行うことが好ましい。
【００１３】
この場合に、前記隅肉溶接部に前記肉盛溶接を行う際に、前記連結部上の位置において、前記水冷管上の位置におけるよりも前記面直距離を大きくするとともに、前記連結部から遠ざかるほど該面直距離を大きくするとよい。
【００１４】
前記連結部に前記肉盛溶接を行う際に、前記隅肉溶接部に近い位置ほど前記面直距離を大きくする傾斜部を設けるとよい。
【００１５】
前記水冷管に前記肉盛溶接を行う際に、前記連結部から相対的に遠い位置において、前記連結部に相対的に近い位置におけるよりも、前記面直距離が大きくなるように、折れ線状または曲線状の軌跡に沿って前記面直距離を変化させるとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる水冷壁パネルの肉盛溶接方法においては、プラズマ粉末溶接法（ＰＴＡ法）による立向下進溶接を用いることで、薄い肉盛溶接層を高速で形成することができる。特に、プラズマアークの上方から粉末状の溶接材料を供給することで、重力を利用して、溶接材料をプラズマアーク中に効率的に投入することができるので、薄く健全な肉盛溶接層を、高い均一性をもって形成しやすい。また、水冷壁パネルの各部に、上記所定の順序で肉盛溶接を行うことで、水冷壁パネル全体の表面に、薄く、均一性の高い肉盛溶接を形成することができる。そして、肉盛溶接層の厚さを、０．５〜２ｍｍの範囲に制御することで、水冷管に冷却水を流せば、高温環境下でも、肉盛溶接層の表面まで、効果的に冷却されやすくなる。これにより、熱疲労による肉盛溶接層での亀裂の発生を抑制することができる。
【００１７】
ここで、溶接速度を、１００〜３００ｍｍ／ｍｉｎの範囲とする場合には、上記のように薄い肉盛溶接層を効率的に形成することができる。
【００１８】
また、粉末状の溶接材料として、粒径に対して頻度をプロットした粒度分布において、頻度が最も高くなっているメインピークの頂部よりも粒径が小さい領域に、ショルダーが存在するものを用いる場合には、プラズマアーク中に供給される溶接材料の流動性が高くなる。それにより、薄く、欠陥の少ない肉盛溶接層を効果的に形成することができる。
【００１９】
あるいは、粉末状の溶接材料として、粒径に対して頻度をプロットした粒度分布において、中央値の左右に対称な単一ピークよりなるものを用いる場合にも、ある程度、プラズマアーク中に供給される溶接材料の流動性が高くなり、薄く、欠陥の少ない肉盛溶接層を形成することが可能である。
【００２０】
また、肉盛溶接に用いる溶接トーチを、連結部の表面に平行な面内でウィービングさせるとともに、連結部の表面に沿った面から溶接トーチまでの距離である面直距離を、水冷壁パネルの部位に応じて変化させながら、肉盛溶接を行う場合には、母材となる水冷壁パネルの表面が複雑な形状を有していても、各部位において、溶接条件の変化を小さく抑えて、肉盛溶接を行うことができる。これによって、肉盛溶接層の内部あるいは外観における欠陥の発生を抑制することができる。
【００２１】
この場合に、隅肉溶接部、連結部、水冷管の各部位に肉盛溶接を行う際に、上記で具体的に挙げたような軌跡によって面直距離の調整を行えば、各部位における特徴的な水冷壁パネルの表面形状の影響を緩和して、効果的に、部位ごとの溶接条件の変化を小さく抑え、肉盛溶接層における欠陥の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる水冷壁パネルの肉盛溶接方法を示す斜視図である。
【図２】上記肉盛溶接方法を実施した水冷壁パネルを示す断面図である。
【図３】上記肉盛溶接方法に用いる溶接トーチの先端部の概略を示す図であり、（ａ）が断面図、（ｂ）が正面図である。
【図４】溶接トーチのウィービングを説明する図である。
【図５】連結部における面直距離調整を説明する図であり、（ａ）は傾斜部を設ける場合、（ｂ）は傾斜部を設けない場合を示している。
【図６】隅肉溶接部における面直距離調整を説明する図であり、（ａ）は平行部を設ける場合、（ｂ）は平行部を設けない場合を示している。
【図７】水冷管の側部における面直距離調整を説明する図であり、（ａ）は折れ線形の軌跡を用いる場合、（ｂ）は円弧形の軌跡を用いる場合、（ｃ）は直線状の軌跡を用いる場合を示している。
【図８】水冷管の頂部における面直距離調整を説明する図であり、（ａ）は折れ線形の軌跡を用いる場合、（ｂ）は円弧形の軌跡を用いる場合、（ｃ）は直線状の軌跡を用いる場合を示している。
【図９】ショルダーを有する溶接材料の粒度分布の例を示す図である。
【図１０】試験を行った３種類の粒度分布であり、実線は粒度分布１（ショルダー型）、破線は粒度分布２（シングルピーク型）、点線は粒度分布３（ダブルピーク型）を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の一実施形態にかかる水冷壁パネルの肉盛溶接方法の詳細について説明する。本実施形態にかかる水冷壁パネルの肉盛溶接方法は、水冷壁パネルの表面に、以下に説明する所定の方法で肉盛溶接を行うものである。なお、本明細書において、「略鉛直」および「略水平」、「略垂直」等の語は、それぞれ鉛直方向および水平方向、垂直方向等の方向に対して、±１０°程度の範囲を指すものとする。
【００２４】
＜水冷壁パネルの概要＞
最初に、本発明の実施形態において肉盛溶接を行う対象である水冷壁パネル１０の構成について、図１，２を参照しながら、簡単に説明する。
【００２５】
水冷壁パネル１０は、ごみ焼却炉や火力発電プラント、製紙用黒液回収ボイラ等における火炉の中に設けられるものである。複数のパイプ状の水冷管１１と、連結部（フィン）１２とを有している。水冷管１１と連結部１２の間は、隅肉溶接部１３によって接合されており、各水冷管１１が連結部１２を介して相互に連結された状態となっている。水冷壁パネル１０の水冷管１１は、例えばＪＩＳ  ＳＴＢ３４０やＳＴＢＡ２２、またはそれらに相当する鋼材から形成されることが多い。また、連結部１２は、ＪＩＳ  ＳＳ４００やＳＣＭＶ２、またはそれらに相当する鋼材から形成されることが多い。水冷壁パネル１０は、水冷管１１の軸および連結部１２の面が、略鉛直になるように、火炉内に設けられる。
【００２６】
そして、水冷壁パネル１０においては、水冷管１１と連結部１２がなす面の一方側、つまり火炉の内側に向く面に、肉盛溶接層１４が形成される。肉盛溶接層１４は、火炉の内側に向く水冷壁パネル１０の面において、水冷管１１、連結部１２、隅肉溶接部１３の表面の略全域を被覆するように形成される。肉盛溶接層１４は、火炉の運転によって水冷壁パネル１０が高温で腐食性ガスに晒された際に、水冷管１１や連結部１２の腐食を抑制する目的で設けられるものである。
【００２７】
＜溶接トーチの概要＞
本肉盛溶接方法においては、プラズマ粉末溶接法（ＰＴＡ法）による立向下進溶接により、肉盛溶接を行うが、その際に、特許文献１に開示されているのと同様の溶接トーチを好適に用いることができる。ここで、簡単に、その構成について説明する。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、溶接トーチ２０は、先端部中央にタングステン電極２１を有する。電極は中央孔２５を介して母材ｓ（水冷壁パネル１０の水冷管１１、連結部１２、隅肉溶接部１３、または既に形成されている肉盛溶接層１４）と対向され、タングステン電極２１と母材ｓの間に高周波プラズマアークａを発生させることができる。タングステン電極２１を水平にした際に上方となる部位には、先端側に向かって上方から下方に傾斜した粉末流路２２が形成されている。粉末流路２２は、溶接トーチ２０の先端面２６において開口しており、開口部が放出孔２３となっている。図３（ｂ）に示すように放出孔２３は、中央孔２５が設けられた位置に当たる仮想的な中央線Ｃを挟んで左右対称に１対で設けられている。1対の放出孔２３はそれぞれ、中心線Ｃから４５°以内の位置に設けられる。さらに、タングステン電極２１の軸に対して粉末流路２２よりも外側には、シールドガスを供給するシールドガス送給路２４が設けられている。
【００２９】
このような溶接トーチ２０を用いてＰＴＡ法によって肉盛溶接を行うに際し、タングステン電極２１と母材ｓの間にプラズマアークａを発生させ、母材ｓの表面に溶融池ｐを形成した状態で、粉末流路２２から、粉末状の溶接材料ｍを、アルゴン等のキャリアガスとともに送給する。溶接材料ｍが、放出孔２３を通って、プラズマアークａの先端部に形成された溶融池ｐの中に、上方から供給される。このように、溶接材料ｍを供給する放出孔２３をタングステン電極２１よりも上方に設けた溶接トーチ２０を用いることで、簡便な構成で、プラズマアークａに対して上方から溶接材料ｍを供給することができる。１対の放出孔２３を中心線Ｃに対して対称に設けることで、溶接材料ｍの供給の効率が特に高くなる。
【００３０】
＜肉盛溶接方法＞
上記で説明したような水冷壁パネル１０に対して、肉盛溶接層１４を形成するに際し、上記のような溶接トーチ２０を利用し、ＰＴＡ法による肉盛溶接を行う。この際、水冷壁パネル１０を、水冷管１１の軸および連結部１２の面が略鉛直になるように起立させた状態で、立向下進溶接を行う。立向下進溶接においては、溶接トーチ２０を略水平に構えて水冷壁パネル１０の溶接を行う面に対して略垂直に向け、略鉛直方向下方に向かって動かして、溶接を行う。この際、図４に軌跡ｗを示すように、水冷壁パネル１０を構成する連結部１２の表面に平行な面内における溶接トーチ２０の運動として、肉盛溶接方向ｄに交差する方向に往復運動させるウィービングを適宜行ってもよい。具体的には、中央部ｗ１を中心として両側の止端部ｗ２，ｗ３の間で、溶接トーチ２０を周波数ｆで往復させながら、肉盛溶接方向ｄに移動させるとよい。さらに、ウィービングを行いながら、連結部１２の表面に交差する面内における溶接トーチ２０の運動として、面直距離調整を行ってもよい。ここで、面直距離調整とは、連結部１２の表面に沿った面から溶接トーチ２０までの距離として定義される面直距離Ｌｎを、水冷壁パネル１０上の位置に応じて変化させる運動を指すものである（図５〜８参照）。面直距離調整の詳細については、後に説明する。
【００３１】
溶接材料ｍを構成する金属材料の種類は、特に限定されるものではないが、ＳＵＳ３０８、ＳＵＳ３０９Ｌ、Ａｌｌｏｙ６２５、Ａｌｌｏｙ６２２、Ａｌｌｏｙ６９０、Ｃ２７６等、耐食性の高い金属種を好適に例示することができる。肉盛溶接時の母材ｓの溶込みを考慮して、肉盛溶接後にこれら金属種に相当する組成を有するように、肉盛溶接前の溶接材料ｍの組成を調整しておいてもよい。各金属材料は、粉末状とされて、溶接材料ｍとして用いられる。なお、溶接材料ｍの粉末においては、好ましい粒度分布が存在するが、それについては後に説明する。
【００３２】
本肉盛溶接方法においては、図３に示すように、特許文献１に記載されているのと同様、粉末状の溶接材料ｍをプラズマアークａの上下両方向や左右方向から供給するのではなく、プラズマアークａの先端部付近の溶融池ｐに向かって、プラズマアークａの上方から、溶接材料ｍを供給する。ここで、プラズマアークａの上方からとは、プラズマアークａに対して、水平よりも上側から、下側に向かって、ということである。このような溶接材料の供給方法を立向下進溶接と合わせて用いると、重力の効果で、プラズマアークａへの溶接材料ｍの供給が、効率的に、高い均一性をもって行われる。また、高い溶着効率を達成することができる。
【００３３】
水冷壁パネル１０は、上記のように、水冷管１１と連結部１２、隅肉溶接部１３よりなるが、これら各部位の表面に、図２に示すような順序で肉盛溶接を行う。基本的な順序としては、（１）連結部１４ｄ、（２）隅肉溶接部１４ｃ、（３）水冷管１１の連結部１２に近い部位（側部）１４ｂ、（４）水冷管１１の連結部１２から離れた部位（頂部）１４ａの順に肉盛溶接層１４を形成するとよい。このような順序で肉盛溶接を行うことで、隣接する水冷管１１に挟まれた狭い空間に位置する連結部１２や、比較的複雑な形状の表面を露出している隅肉溶接部１３の表面にも、厚さの均一性が高く、薄い肉盛溶接層１４を、隙間なく形成しやすい。フィンが比較的長い場合、つまり隣接する水冷管１１の距離が比較的離れている場合、例えば２０ｍｍ以上である場合には、上記（１）と（２）の順序を逆にし、最初に隅肉溶接部１４ｃ、次に連結部１４ｄの順に肉盛溶接層１４を形成してもよい。つまり、（１）連結部１４ｄおよび（２）隅肉溶接部１４ｃ、（３）水冷管１１の側部１４ｂ、（４）水冷管１１の頂部１４ａ、の順に肉盛溶接を行えばよく、（１）と（２）の順序は、連結部１２の長さ等に応じて適宜選択すればよい。そして、選択した順序に従って、水冷管１１と連結部１２の組ごとに、６〜１０のパス（肉盛溶接操作の回数）に分けて、水冷壁パネル１０全体に肉盛溶接層１４を形成すればよい。なお、（１）連結部１２の肉盛溶接層１４ｄを形成する際に、図６〜８に示すように、水冷壁パネル１０の連結部１２の表面のみならず、隅肉溶接部１３の表面の一部にまで跨るように、肉盛溶接層１４ｄを形成してもよい。
【００３４】
以上のように、本肉盛溶接方法においては、ＰＴＡ法を用いて肉盛溶接を行うことで、ＭＩＧ溶接等、他の溶接法と比較して、薄い肉盛溶接層１４を形成することができる。また、上記のように、プラズマアークａの上方から粉末状の溶接材料ｍを供給する方式を採用することで、水冷壁パネル１０を起立させて立向下進溶接を行う際に、溶接材料ｍの供給を効率的に行うことができ、その結果、高速で、健全な肉盛溶接層１４を形成することができる。また、水冷壁パネル１０の各部に対して、上記（１）〜（４）の順序で肉盛溶接を行うことで、薄く、かつ厚さの均一性が高く、また隙間のない良質な肉盛溶接層１４を水冷壁パネル１０全体に形成しやすい。例えば、水冷壁パネル１０全体において、肉盛溶接層１４の余盛部（母材ｓの表面から突出した部位）と溶込み部（母材ｓと合金化した部位）を合わせた厚さを、０．５〜２ｍｍとすることができる。
【００３５】
水冷壁パネル１０の表面の肉盛溶接層１４を薄く形成すること、特に、余盛部と溶込み部を合わせて０．５〜２ｍｍの範囲とすることで、水冷管１１に冷却水を流した際に、肉盛溶接層１４が表面まで効果的に冷却を受けやすくなる。水冷壁パネル１０は、火炉に設けられるものであり、火炉の運転に伴い、肉盛溶接層１４も、１０００℃以上や１５００℃以上の高温環境に晒され、しかも、そのような高温を含む激しい温度変化を受ける。このような熱負荷が激しい状況において、もし肉盛溶接層１４が厚いと、水冷管１１に冷却水を流したとしても、肉盛溶接層１４の表面が十分に冷却されず、熱疲労によって肉盛溶接層１４に亀裂が発生する可能性がある。すると、水冷壁パネル１０への耐食性の付与という肉盛溶接層１４の機能が損なわれてしまう。しかし、上記のように、肉盛溶接層１４を薄くすることで、表面部まで効果的に冷却することができ、熱負荷による亀裂の発生を抑制できる。その結果、肉盛溶接層１４の高温強度を確保することができる。なお、０．５ｍｍよりも肉盛溶接層１４を薄くすると、十分な耐食性が得られにくくなる。ＭＩＧ溶接法を用いる場合には、肉盛溶接層１４の厚さが、３〜５ｍｍにも達してしまいやすい。
【００３６】
上記のように、ＰＴＡ法による立向下進溶接を用いれば、高速で薄い肉盛溶接層１４を形成することが可能である。例えば、溶接速度を１００〜３００ｍｍ／ｍｉｎの範囲とすることができ、この範囲の溶接速度を採用することで、十分に高い溶接速度を確保しながら、欠陥の少ない良好な肉盛溶接層１４を形成することができる。この範囲よりも速度が遅くなると、溶融池ｐが垂れやすくなり、肉盛溶接層１４が適切に形成されにくくなる。一方、上記範囲よりも速度が速くなると、溶融池ｐに対する溶接材料ｍの供給量が少なくなり、肉盛溶接層１４の止端部に欠陥が生じやすくなる。
【００３７】
このように、本方法において、ＰＴＡ法による立向下進溶接を用い、かつプラズマアークａの上方から溶接材料ｍを供給するようにすることで、ＭＩＧ溶接を用いる場合に比較して、薄い肉盛溶接層１４を、高速で形成することができる。さらに、本方法においては、粉末状の溶接材料ｍが効率的に溶融池ｐに供給されることにより、溶着効率も高くなり、例えば、７５〜９０％とすることができる。ＭＩＧ溶接の場合は、溶着効率は、典型的には５０〜７０％程度に留まる。
【００３８】
その他、本方法において、肉盛溶接を行う際の好適な条件として、以下のような範囲を挙げることができる。
・電流：１００〜３００Ａ
・周波数：１〜２．５Ｈｚ
・ウィービング幅：１０〜２０ｍｍ
・粉末供給量：５〜５０ｇ／ｍｉｎ
【００３９】
＜面直距離調整＞
上記のように、立向下進溶接によって肉盛溶接を行うに際し、溶接トーチ２０のウィービングを行いながら、水冷壁パネル１０上の位置に応じて溶接トーチ２０の面直距離Ｌｎを変化させる面直距離調整を行うことができる。連結部１２の表面に垂直な方向に水冷壁パネル１０から遠ざけるように溶接トーチ２０を動かすことで、面直距離Ｌｎが大きくなり、逆に、連結部１２の表面に垂直な方向に水冷壁パネル１０に近づけるように溶接トーチ２０を動かすことで、面直距離Ｌｎが小さくなる。
【００４０】
面直距離調整を行うことで、水冷壁パネル１０上のそれぞれの部位の形状に応じて、溶接トーチ２０の先端２６と溶接対象部位（母材ｓ）の間を結ぶ距離Ｌｇをなるべく変化させないようにすることが好ましい。肉盛溶接を行う際に、図３に示すように、粉末状の溶接材料ｍがプラズマアークａの先端部付近の溶融池ｐに供給されるように、溶接トーチ２０の状態が調整されており、この溶融池ｐの位置を母材ｓの表面の位置に合わせることで、母材ｓと肉盛溶接層１４の間の融合を促進することができる。すると、溶着効率が高くなり、融合不良による肉盛溶接層１４と母材ｓの間の界面における内部欠陥や、肉盛溶接層１４の表面における外観欠陥の発生が抑制される。
【００４１】
もし、面直距離調整を行わずに、水冷壁パネル１０上の位置によらず、溶接トーチ２０の面直距離Ｌｎを一定にするとすれば、位置によって、溶接トーチ２０と母材ｓの間の距離Ｌｇが変化し、溶接材料ｍが供給される溶融池ｐが適切に母材ｓの表面に配置されない場合が生じるので、内部欠陥や外観欠陥が形成されやすくなる。一方、水冷壁パネル１０上の位置に応じて、常に溶融池ｐが母材ｓの表面あるいはその近傍に形成されるように溶接トーチ２０を動かし、面直距離調整を行うことで、各位置において、溶接条件の変化が小さく抑えられ、内部欠陥や外観欠陥の発生を抑制することができる。なお、内部欠陥の程度は、肉盛溶接層１４が形成された部位を母材ｓごと切断し、光学顕微鏡で切断面を観察することで評価することができる。外観欠陥の程度は、外観の目視または顕微鏡観察によって評価することができる。面直距離調整を行う際に、溶接トーチ２０の位置座標を変更し、面直距離Ｌｎを変化させるだけでもよいが、位置ごとの溶接条件の変化をさらに小さく抑えるために、位置座標に加えて、溶接トーチ２０の配置角度も調整し、溶接を行っている位置の母材ｓの表面に対して、正対あるいはそれに近い溶接トーチ２０の角度を維持することが好ましい。
【００４２】
ここで、（１）連結部１４ｄ、（２）隅肉溶接部１４ｃ、（３）水冷管側部１４ｂ、（４）水冷管頂部１４ａのそれぞれの肉盛溶接層１４を形成する場合について、面直距離調整の具体例を示す。図５〜８では、各部位における面直距離調整において溶接トーチ２０を動かす軌跡を、実線で表示している。
【００４３】
（１）連結部
連結部１２上の肉盛溶接層１４ｄを形成する際には、図５（ａ）に示すように、連結部１２の中央部から隅肉溶接部１３に近づくほど、面直距離Ｌｎを大きくした傾斜部ｐ１を、溶接トーチ２０の軌跡に設けることが好ましい。図５（ａ）では、直線状の傾斜部ｐ１が、連結部１２が露出している部位だけでなく、隅肉溶接部１３が設けられた部位にまで延長して設けられている。
【００４４】
このように、傾斜部ｐ１を設けて連結部１２における肉盛溶接を行うことで、隅肉溶接部１３が連結部１２と水冷管１１の境界部に形成する凸構造の影響によって引き起こされる溶接条件の変化を緩和することができる。もし、図５（ｂ）のように、連結部１２の面に平行に、面直距離Ｌｎを一定に保ったまま肉盛溶接を行うとすれば、隅肉溶接部１３が形成された連結部１２の端部において、母材ｓと溶接トーチ２０の間の距離Ｌｇが近くなってしまい、肉盛溶接層１４ｄに欠陥を生じる原因となる。例えば、図５（ｂ）のように傾斜部ｐ１を設けずに肉盛溶接を行った場合には、連結部１２の肉盛溶接層１４ｄにおいて、欠陥が発生する個体の割合が３０％程度に達するのに対し、（ａ）のように傾斜部ｐ１を設けることで、９０％程度の個体において、欠陥の発生を回避することができる。
【００４５】
なお、図５（ａ）に示した形態では、連結部１２の中央を境に２つの傾斜部ｐ１，ｐ１を設定し、Ｖ字形に隅肉溶接を行っているが、隣接する水冷管１１，１１の間隔が広い場合等には、２つの傾斜部ｐ１，ｐ１の間に、面直距離Ｌｎを一定とし、溶接トーチ２０を連結部１２の面に平行に動かす平行部を設けてもよい。また、上記のように、（１）連結部１２の肉盛溶接層１４ｄと（２）隅肉溶接部１３の肉盛溶接層１４ｃを形成する順序はいずれが先でもよいが、（１）連結部１２の肉盛溶接層１４ｄを後から形成する場合にも、上記と同様に、傾斜部ｐ１を設けて、連結部１２の肉盛溶接を行えばよい。
【００４６】
（２）隅肉溶接部
隅肉溶接部１３上に肉盛溶接層１４ｃを形成する際には、図６（ａ）に示すように、溶接トーチ２０の軌跡において、連結部１２上に隅肉溶接部１３が形成された位置に平行部ｐ２を設けるとともに、水冷管１１上に隅肉溶接部１３が形成された位置に傾斜部ｐ３を設け、両者が結合されたＶ字形の軌跡で面直距離調整を行うことが好ましい。面直距離Ｌｎは、平行部ｐ２よりも傾斜部ｐ３において大きくなっている。そして、傾斜部ｐ３は、連結部１２から遠ざかるほど、面直距離Ｌｎが大きくなる傾斜を有している。図６（ａ）に示した形態では、平行部ｐ２は、隅肉溶接部１３が形成された部位だけでなく、連結部１２上に肉盛溶接層１４ｄが形成された部位にまで延長して設けられている。傾斜部ｐ３も、隅肉溶接部１３が形成された部位だけでなく、水冷管１１が露出している部位にまで延長して設けられている。
【００４７】
上記のように、平行部ｐ２と傾斜部ｐ３を設けて隅肉溶接部１３における肉盛溶接を行うことで、曲面状の水冷管１１と平面状の連結部１２が接合された形状の影響、またそのような形状が反映された隅肉溶接部１３の形状の影響による溶接条件の変化を緩和することができる。もし、図６（ｂ）のように、面直距離Ｌｎを単一の傾斜した直線状の軌跡に沿って変化させるとすれば、連結部１２上の位置において、母材ｓと溶接トーチ２０の間の距離Ｌｇが近くなってしまい、形成される肉盛溶接層１４ｃに欠陥を生じる原因となる。例えば、図６（ｂ）のように、平行部ｐ２を設けずに肉盛溶接を行った場合には、隅肉溶接部１３の肉盛溶接層１４ｃにおいて、欠陥が発生する個体の割合が５０％程度に達するのに対し、（ａ）のように平行部ｐ２と傾斜部ｐ３を設けることで、９５％以上の個体において、欠陥の発生を回避することができる。上記のように、（１）連結部１２の肉盛溶接層１４ｄと（２）隅肉溶接部１３の肉盛溶接層１４ｃを形成する順序は、いずれが先でもよいが、（２）隅肉溶接部１３の肉盛溶接層１４ｃを先に形成する場合にも、上記と同様に、平行部ｐ２と傾斜部ｐ３を設けて、隅肉溶接部１３の肉盛溶接を行えばよい。
【００４８】
（３）水冷管の側部
水冷管１１の側部の肉盛溶接層１４ｂを形成する際には、図７（ａ），（ｂ）に示すように、連結部１２から相対的に遠い位置において、連結部１２に相対的に近い位置におけるよりも面直距離Ｌｎを大きくすることが好ましい。面直距離Ｌｎを変化させる軌跡を、図７（ａ）では折れ線状（逆Ｖ字形）にしており、図７（ｂ）では曲線状（円弧形）にしている。折れ線状と曲線状のいずれを採用するかは、水冷管１１の太さや面直距離調整の簡素性等を考慮して適宜選択すればよい。また、折れ線状の軌跡としては、２つの直線部よりなる逆Ｖ字形に限られず、３つ以上の直線部を連結した軌跡を設定してもよい。
【００４９】
このように、折れ線状または曲線状の軌跡による面直距離調整を伴って肉盛溶接を行うことで、水冷管１１の曲面形状の影響、また既に隅肉溶接部１３に形成された肉盛溶接層１４ｃの形状の影響等による溶接条件の変化を緩和することができる。もし、図７（ｃ）のように、面直距離Ｌｎを単一の傾斜した直線に沿って変化させるとすれば、水冷管１１の曲面形状の影響に加え、既に隅肉溶接部１３上に肉盛溶接層１４ｃが形成されていることの影響等により、一部の位置において、母材ｓと溶接トーチ２０の間の距離Ｌｇが近くなってしまい、肉盛溶接層１４ｂに欠陥を生じる原因となる。
【００５０】
（４）水冷管の頂部
水冷管１１の頂部の肉盛溶接層１４ａを形成する際には、図８（ａ），（ｂ）に示すように、側部の肉盛溶接層１４ｂの場合と同様、連結部１２から相対的に遠い位置において、連結部１２に相対的に近い位置におけるよりも面直距離Ｌｎを大きくすることが好ましい。面直距離Ｌｎを変化させる軌跡を、図８（ａ）では、水冷管１１の中央の位置を頂点とした折れ線状（逆Ｖ字形）に設定しており、図８（ｂ）では、水冷管１１の中央の位置を中心とした曲線状（円弧形）にしている。折れ線状と曲線状のいずれを採用するかは、水冷管１１の太さや面直距離調整の簡素性等を考慮して適宜選択すればよい。また、折れ線状の軌跡としては、２つの直線部よりなる逆Ｖ字形に限られず、３つ以上の直線部を連結した軌跡を設定してもよい。
【００５１】
このように、折れ線状または曲線状の軌跡による面直距離調整を伴って肉盛溶接を行うことで、水冷管１１の曲面形状の影響、また既に側部に形成された肉盛溶接層１４ｂの影響等による溶接条件の変化を緩和することができる。もし、図８（ｃ）のように、面直距離Ｌｎを連結部１２の面に平行な単一の直線に沿って変化させるとすれば、水冷管１１の曲面形状の影響に加え、既に側部に肉盛溶接層１４ｂが形成されていることの影響等により、一部の位置において、母材ｓと溶接トーチ２０の間の距離Ｌｇが近くなってしまい、肉盛溶接層１４ａに欠陥を生じる原因となる。
【００５２】
以上のような面直距離調整によって得られる欠陥抑制の効果は、（１）連結部１２の肉盛溶接層１４ｄおよび（２）隅肉溶接部１３の肉盛溶接層１４ｃにおいて、（３），（４）水冷管１１上の肉盛溶接層１４ａ，１４ｂよりも大きく得られる。特に（２）隅肉溶接部１３の肉盛溶接層１４ｃにおいて、その効果が大きくなる。また、水冷管１１においては、（３）側部の肉盛溶接層１４ｂにおいて、（４）頂部の肉盛溶接層１４ａよりも比較的効果が大きい。これらの傾向は、肉盛溶接を行う母材ｓの形状が複雑で、母材ｓと溶接トーチ２０の間の距離Ｌｇが変化しやすい領域ほど、面直距離調整によって溶接条件の変化を緩和させる効果が大きく得られることの結果である。
【００５３】
＜溶接材料の粒度分布＞
通常のＰＴＡ法において用いられる溶接材料は、粉末の粒径を横軸に、それぞれの粒径における頻度（割合）を縦軸にとった粒度分布（頻度分布）が、例えば正規分布に近似される中央値の左右に対称なピーク形状を有する。本実施形態にかかる肉盛溶接方法においても、そのような対称な単一ピークよりなる粒度分布（シングルピーク型分布）を有した溶接材料ｍを用いてもよい。しかし、図９に示すように、メインピークＭの頂部Ｍｔよりも粒径が小さい領域にショルダーＳを有する、ショルダー型分布を持った溶接材料ｍを用いることで、プラズマアークａ中への溶接材料ｍの供給の効率を一層高めることができる。
【００５４】
ショルダーとは、ショルダーピーク、肩構造等とも称され、メインピークの頂部の左右いずれか（ここでは左の小径側）に形成された、メインピークよりも頻度が低いなだらかなピーク構造のことである。ここで、ショルダーＳの領域よりも粒径が大きい領域において、メインピークＭの頂部Ｍｔを中心として、粒径に関して左右対称な関数で粒度分布を近似（カーブフィット）して得られる近似曲線をショルダーＳの領域にまで外挿して得られる外挿近似曲線Ｆを想定する。図９の例では、外挿近似曲線Ｆは、正規分布曲線である。そして、ショルダーＳの領域の中で、外挿近似曲線Ｆを基準とした頻度値が最も大きくなっている点が、ショルダーＳの頂部Ｓｔとなる。また、ショルダーＳとメインピークＭの間の極小点、つまり粒径に対して頻度が減少から増加に転じる箇所が、谷Ｖとなる。
【００５５】
粒度分布においてメインピークＭを近似する近似曲線としては、頂点を中心に左右対称な上凸関数の形状を有するシングルピーク型の関数を適宜使用すればよい。そのような関数として、Ｇａｕｓｓ（ガウス）関数（正規分布）、Ｌｏｒｅｎｔｚ（ローレンツ）関数、Ｖｏｉｇｔ（フォークト、ボイト）関数、ｐｓｅｕｄｏ−Ｖｏｉｇｔ関数、Ｐｅａｒｓｏｎ（ピアソン）  ＶＩＩ関数等を例示することができる。
【００５６】
粒度分布は、レーザー回折・散乱式、動的光散乱式（ＤＬＳ）、画像解析式、コールター式等の手法によって計測することができる。実測された粒度分布は、図９にモデルとして示す例のような滑らかな曲線になるとは限らないが、測定に伴うノイズや誤差を、スペクトルの平滑化処理等によって除いた状態で、粒度分布の形状に関する判定を行えばよい。また、上記各手法で同一の試験体の粒度分布を計測した場合に、詳細な分布形状が手法によって異なる可能性はあるが、本実施形態にかかる溶接材料ｍにおいて、メインピークＭの頂部Ｍｔよりも粒径が小さい領域に、ショルダーＳを有する特徴的な形状は、手法によらず観測される。よって、いずれの手法を用いて粒度分布を評価してもよい。
【００５７】
粒度分布を測定する際に、ショルダーＳの有無を含めた粒度分布の形状を正確に評価する観点から、測定を行う粒径値の間隔（δ）を十分小さくすることが好ましい。例えば、各測定点における粒径値（ｄ）に対する測定間隔（δ）の割合（δ／ｄ）を、１０％以下とするとよい。あるいは、測定間隔（δ）を、メインピークＭが存在する領域で、２０μｍ以下とするとともに、ショルダーＳが存在する領域で、１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下とする形態を例示することができる。
【００５８】
ショルダー型分布において観測されるショルダーＳの形状としては、以下の２通りがありうる。
（１）メインピークＭとの間に谷Ｖを有さない、なだらかショルダーＳ
（２）メインピークＭとの間に谷Ｖを有する、明確なショルダーＳ
【００５９】
上記（１），（２）いずれの場合にも、ショルダー型分布は、左右対称な関数で近似されるメインピークＭの小径側の裾に、ショルダーＳとして粒径の分布が存在するという点において、左右対称な単一のピークに近似されるシングルピーク型分布と区別される。さらに、ショルダー型分布は、メインピークＭからショルダーＳが独立していないのという点において、メインピークＭの他にメインピークＭから独立したサブピークを有するダブルピーク型分布とも区別されるものである（図１０参照）。上記（２）のパターンのショルダー型分布とダブルピーク型分布の区別の基準として、例えば、以下の２つの条件をともに満たすときに、ダブルピーク型分布ではなく、ショルダー型分布とみなすことができる。
（ｉ）外挿近似曲線Ｆを基準としたショルダーＳの頂部Ｓｔの高さｈｓがメインピークＭの高さｈｍの７０％以下、好ましくは５０％以下である。
（ｉｉ）ショルダーＳの頂部Ｓｔを基準とした谷Ｖの底部の深さｄが、外挿近似曲線Ｆを基準としたショルダーＳの頂部Ｓｔの高さｈｓに対して、３０％以下である（ｄ／ｈｓ≦３０％）。好ましくはさらに、５％以上である（５％≦ｄ／ｈｓ≦３０％）。
【００６０】
以下の実施例においても示すように、ショルダー型の粒度分布を有する溶接材料ｍは、ショルダーＳの存在により、シングルピーク型やダブルピーク型の粒度分布を有する溶接材料ｍと比較して、高い流動性を示す。その結果、ＰＴＡ法による肉盛溶接において、溶接トーチ２０の先端面２６に設けられたの放出孔２３から停滞することなく溶接材料ｍが流出しやすくなり、溶接欠陥の発生が抑制される。そして、プラズマアークａ中に高い均一性をもって溶接材料ｍが供給されることで、溶接材料ｍをプラズマアークａの上方から供給することによる供給効率向上の効果が一層高められ、薄く均一性の高い肉盛溶接層１４の形成が補助される。ショルダー型分布において粉末の流動性が向上される機構としては、ショルダー型分布のメインピークＭを構成し、大多数を占める比較的大径の粒子の間隙に、ショルダーＳを構成する少数の小径の粒子が入り込み、大径の粒子に対して一種の潤滑剤のように作用することで、大径の粒子の間のせん断を促進するものと推定される。
【００６１】
ただし、シングルピーク型の粒度分布を有する溶接材料ｍを用いる場合にも、ショルダー型には及ばないものの、ダブルピーク型の場合よりは顕著に高い流動性が得られる。よって、シングルピーク型の粒度分布は、ショルダー型に次いで好適なものと言える。
【００６２】
とりわけ良好な流動性を与えるショルダー型の粒度分布として、粒度分布に占めるショルダーＳの粒径および量比の観点から、ショルダーＳの頂部Ｓｔの粒径がメインピークＭの頂部Ｍｔの粒径の３０〜７０％の範囲内、好ましくは５０％程度であり、外挿近似曲線Ｆを基準としたショルダーＳの頂部Ｓｔの高さｈｓがメインピークＭの高さｈｍの５〜２０％の範囲内、好ましくは１０％程度である場合を挙げることができる。あるいは、累積頻度分布で、ショルダーＳの頂部Ｓｔに対応する粒径における累積頻度の値が、１０〜２０％の範囲内、好ましくは１５％程度である場合を挙げることができる。具体的な例として、メインピークＭの頂部Ｍｔが１５０μｍ近傍に存在し、累積頻度分布が１０〜９０％の領域（１０％径Ｄ１０から９０％径Ｄ９０の領域）が６０〜２５０μｍの範囲に収まっている場合において、ショルダーＳの頂部Ｓｔが４５〜１０５μｍの範囲内、好ましくは７５μｍ近傍に位置し、累積粒度分布において、その頂部Ｓｔに対応する累積頻度の値が、１０〜２０％の範囲内、好ましくは１５％程度である分布を挙げることができる。Ｄ１０からＤ９０の領域が６０〜２５０μｍの範囲に収まっている溶接材料ｍは、ＰＴＡ法で一般的に採用されるものである。なお、粒度分布において、平均粒径（Ｄ５０径）は、例えば、１００〜２００μｍの範囲にあるとよい。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。
【００６４】
（溶接材料の供給方法の検討）
ここでは、溶接材料をプラズマアークの先端部に供給する方法が、肉盛溶接に与える影響を確認した。つまり、溶接トーチの先端部に、粉末状の溶接材料を供給するための放出孔を、（ｉ）タングステン電極に対して上方に２か所設けた場合（図３（ｂ）に対応）と、（ｉｉ）タングステン電極の上下左右に各１つずつ、合計４個設けた場合（図略）について、それぞれ同じ条件で、ＰＴＡ法を用いた立向下進溶接によって肉盛溶接を行い、溶着効率（溶着歩留り）を比較した。（ｉ）の場合には、プラズマアークに対して上方から溶接材料が供給され、（ｉｉ）の場合には、プラズマアークの上下左右方向からほぼ均等に溶接材料が供給される。
【００６５】
ここで、溶接材料としては、Ａｌｌｏｙ６２５よりなる粉末を用い、母材としては、ＳＳ４００よりなる板材を用いた。そして、速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ、電流１５０Ａ、粉末供給量７ｇ／ｍｉｎの条件で、立向下進溶接を行い、長さ２５０ｍｍの直線状の肉盛溶接層を形成した。そして、得られた肉盛溶接層の形状と用いた溶接材料の量に基づいて、溶着効率を見積もった。
【００６６】
結果として、（ｉ）電極に対して上方に放出孔を有する溶接トーチを用いた場合には、溶着効率が９３％となった。一方、（ｉｉ）電極に対して上下左右に放出孔を有する溶接トーチを用いた場合には、溶着効率が７９％となった。このように、プラズマアークの上方から溶接材料を供給しながら、ＰＴＡ法による立向下進溶接を行うことで、下側を含む各方向から溶接材料を供給する場合と比較して、高い溶着効率が達成されることが示された。
【００６７】
（溶接材料の粒度分布の検討）
次に、粉末状の溶接材料の粒度分布が肉盛溶接に与える影響を検討した。
【００６８】
インコネル６２５の球状粉末よりなる溶接材料を用いて粒度分布１〜３を有する溶接材料を調製した。具体的には、中央値の粒径が異なる正規分布に近似される粒度分布を有する粉末材料を、適宜、複数種混合することで、ショルダー型、シングルピーク型、ダブルピーク型の粒度分布を示す溶接材料をそれぞれ調製した。調製においては、レーザー回折・散乱方式粒度分布測定によって粒度分布を確認しながら、所望の型の粒度分布が得られるように、また、各粒度分布の累積中位径Ｄ５０が約１２３〜１２５μｍの範囲に収まるように、各溶接材料における混合比を定めた。なお、レーザー回折・散乱方式粒度分布測定装置としては、日機装株式会社製「マイクロトラック  ＭＴ３３００ＥＸ  ＩＩ」を使用した。得られた粒度分布を図１０に示す。（ａ）粒度分布１は、ショルダー型、（ｂ）粒度分布２はシングルピーク型、（ｃ）粒度分布３はダブルピーク型の分布となっている。
【００６９】
そして、粒度分布１〜３にかかる溶接材料について、それぞれ、溶接トーチの先端の放出孔を模した、底部がテーパ状に形成され、その先端にφ１．１ｍｍの円形のオリフィスを有する容器を用いて、流出速度を評価した。すなわち、それぞれの溶接材料を５０ｇ秤量して、容器に充填し、先端のオリフィスから溶接材料全体が流出するまでに要する時間を計測した。
【００７０】
さらに、各溶接材料を用いて、図３のような溶接トーチで、ＰＴＡ法による立向下進溶接にて、ＳＳ４００よりなる板材の表面に肉盛溶接を行った。肉盛溶接層は、４００ｍｍの長さにわたり、１０ｍｍの幅で、直線状に形成した。溶接時の電流は１８０Ａ、溶接速度は３００ｍｍ／ｍｉｎ、粉末供給量は１２ｇ／ｍｉｎとした。得られた肉盛溶接層を目視観察し、穴状の溶接欠陥を検出した。そして、幅方向全域にわたって溶接欠陥が検出されない部位を健全部とし、肉盛溶接層全体の長さのうち、健全部が占める長さの割合を、健全部割合として算出した。
【００７１】
下の表１に、オリフィス流出時間と肉盛溶接層の健全部割合の評価結果を示す。
【００７２】
【表１】
2017024077.tif 000003
【００７３】
表１によると、粒度分布１のショルダー型の場合において、粒度分布２，３のシングルピーク型およびダブルピーク型の場合と比較して、オリフィス流出時間が短くなっている。これは、溶接材料の流動性が高いことにより、流出速度が速くなっていることを示している。そして、それに対応して、肉盛溶接層における健全部の割合が顕著に大きくなっている。このことより、ショルダー型の粒度分布を用いることで、高い効率で肉盛溶接を行えることが示された。ショルダー型の次に優れているのは、シングルピーク型である。
【００７４】
以上、本発明の実施形態および実施例について説明した。本発明は、これらの実施形態および実施例に特に限定されることなく、種々の改変を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０              水冷壁パネル
１１              水冷管
１２              連結部
１３              隅肉溶接部
１４              肉盛溶接層
２０              溶接トーチ
２１              タングステン電極
２２              粉末流路
２３              放出孔
ａ                プラズマアーク
ｍ                溶接材料
ｐ                溶融池
Ｆ                外挿近似曲線
Ｍ                メインピーク
Ｍｔ              メインピークの頂部
Ｓ                ショルダー
Ｓｔ              ショルダーの頂部
Ｖ                谷
【図１】
2017024077.tif 000004
【図２】
2017024077.tif 000005
【図３】
2017024077.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017024077.tif 000010
【図８】
2017024077.tif 000011
【図９】
2017024077.tif 000012
【図１０】
2017024077.tif 000013