(57)【要約】【課題】鋳鋼部材を現場で確実に溶接する。【解決手段】鋳鋼部材１０に発生した亀裂を除去して形成された凹部２１に、クロムを含有し、かつニッケルを重量比で７０％以上含有する溶融状態の溶接材を供給することにより、溶接材が固化してなる肉盛を形成し、形成した肉盛を加熱することにより当該肉盛を再溶融し、再溶融した前記肉盛を冷却する、第１溶接工程Ｓ３を有することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鋼部材に発生した亀裂を除去して形成された凹部に、クロムを含有し、かつニッケルを重量比で７０％以上含有する溶融状態の溶接材を供給することにより、前記溶接材が固化してなる肉盛を形成し、
形成した前記肉盛を加熱することにより当該肉盛を再溶融し、
再溶融した前記肉盛を冷却する、
第１溶接工程を有することを特徴とする、鋳鋼部材の溶接方法。
【請求項２】
前記第１溶接工程が少なくとも１回実施された後の前記凹部にさらに、溶融状態の前記溶接材を供給することにより、前記溶接材が固化してなる層を形成し、
形成した前記層を加熱することにより当該層を再溶融し、
再溶融した前記層を冷却する、
第２溶接工程を有することを特徴とする、請求項１に記載の鋳鋼部材の溶接方法。
【請求項３】
前記第１溶接工程を実施後に、前記冷却中の肉盛をピーニングし、
前記第２溶接工程を実施後に、前記冷却中の層をピーニングすることを特徴とする、請求項２に記載の鋳鋼部材の溶接方法。
【請求項４】
前記第１溶接工程を実施する前に、溶接に伴う前記鋳鋼部材の変形を抑える拘束材を設けることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の鋳鋼部材の溶接方法。
【請求項５】
前記第１溶接工程、又は前記第２溶接工程は、アーク溶接により行うことを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の鋳鋼部材の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鋼部材の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所施設内に設けられる鋳鋼製の構造物は高温下に置かれるため、その起動・停止時にかかる熱応力によって、亀裂が発生することがある。このような場合、発生した亀裂を研削除去するが、必要とされる肉厚を確保するためには、研削除去した結果形成された凹部を肉盛溶接する必要がある。
【０００３】
この肉盛溶接に用いる溶接材には、通常は母材と同様の材質のものを採用するが、この場合、溶接によって生じる残留応力を除去するため、溶接後熱処理を行う必要がある。しかし、例えば蒸気タービン車室や弁といった鋳鋼部品は大型であるため、修理工場に運搬して熱処理を行うことができず、現場でこれを行わなければならない。例えば、特許文献１には、溶接方法の一例として、オーステナイトからマルテンサイトへの変態開始温度（Ｍｓ温度）が１５０〜３００℃の溶接金属を形成し、かつ、最終層の表面をＴＩＧリメルトラン溶接する多層溶接方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のような溶接方法では、溶接中の溶接部の収縮により母材部に変形が生じる可能性がある。この対策としては、母材に拘束材を取り付けた状態で溶接後熱処理を行う必要があり、温度管理の難しい現場補修では不適切である。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋳鋼部材を現場で確実に溶接する鋳鋼部材の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】
【０００７】
前述の目的を達成するための本発明の一つは、鋳鋼部材の溶接方法であって、鋳鋼部材に発生した亀裂を除去して形成された凹部に、クロムを含有し、かつニッケルを重量比で７０％以上含有する溶融状態の溶接材を供給することにより、前記溶接材が固化してなる肉盛を形成し、形成した前記肉盛を加熱することにより当該肉盛を再溶融し、再溶融した前記肉盛を冷却する、第１溶接工程を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のように、ニッケルを重量比で７０％以上含む溶接材を溶接に用いることで、溶接部は急冷されても硬化しにくくなる。これにより、温度管理の困難な現場においても溶接中の割れを抑えることができる。また、本発明の溶接材はクロムを含有するので、溶接部は高温下でも酸化しにくくなり、耐酸化性や耐食性を保つことができる。
さらに、本発明では、溶接した溶接材を加熱して再溶融させ、その後に冷却させる、いわゆるリメルト（再溶融）を行うことにより、溶接部に残留応力が残ることを防ぐことができる。これにより、従来、溶接後の変形を抑えるために行われていた、拘束したまま行う溶接後熱処理を不要とすることができる。
このように、本発明の鋳鋼部材の溶接方法によれば、溶接後熱処理を行わずとも、鋳鋼部材を現場で確実に溶接を行うことができる。大型の鋳鋼部材に対しても、現場で確実な溶接を行うことができる。
【０００９】
また、本発明の他の一つは、前記第１溶接工程が少なくとも１回実施された後の前記凹部にさらに、溶融状態の前記溶接材を供給することにより、前記溶接材が固化してなる層を形成し、形成した前記層を加熱することにより当該層を再溶融し、再溶融した前記層を冷却する、第２溶接工程を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のように、第１溶接工程を実施後、さらに、溶接材の層を形成し、この形成した溶接材の層をＴＩＧトーチ等でリメルトすることにより、溶接を迅速に行いつつ、かつ残留応力を効果的に低減させることができる。
【００１１】
また、本発明の他の一つは、前記第１溶接工程を実施後に、前記冷却中の肉盛をピーニングし、前記第２溶接工程を実施後に、前記冷却中の層をピーニングすることを特徴とする。
【００１２】
本発明のように、各第１、２溶接工程を実施後に、冷却中の溶接材をピーニングすることで、溶接部の残留応力をより確実に軽減させることができる。
【００１３】
また、本発明の他の一つは、前記第１溶接工程を実施する前に、溶接に伴う前記鋳鋼部材の変形を抑える拘束材を設けることを特徴とする。これにより、溶接後の母材（鋳鋼部材）の変形を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明の他の一つは、前記第１溶接工程、又は前記第２溶接工程は、アーク溶接により行うことを特徴とする。
【００１５】
アーク溶接により、大型の鋳鋼部材に対しても現場で確実に溶接を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、鋳鋼部材を現場で確実に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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一部を示した図である。
【図２】本実施形態の補修に用いる溶接材の成分を説明する図である。
【図３】本実施例の溶接補修方法の手順の一例を説明するフローチャートである。
【図４】Ｓ１、Ｓ２の工程を説明する図である。
【図５】本実施形態における溶接工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る鋳鋼部材の溶接方法について説明する。
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一部を示した図である。この蒸気タービン車室１０は、例えばＣｒＭｏ鋳鋼などからなり、車室本体１１と、車室本体１１の内面に設けられた翼環の嵌合部１２（嵌合部１２（１）、嵌合部１２（２））とを含んで構成されている。
【００１９】
蒸気タービン車室１０は、蒸気タービンの起動・停止により、嵌合部１２の底部１３に局所的な熱応力がかかる。本実施形態では、底部１３を溶接する場合を例として、鋳鋼部材の溶接方法について説明する。
【００２０】
図２は、本実施形態の補修に用いる溶接材の成分を説明する図である。同図に示すように、本実施形態の溶接材は、ニッケルを主成分とし、その他は主にクロムを含有する。
【００２１】
このうち、ニッケル（Ｎｉ）は７０重量％以上含有することが必要である。クロム（Ｃｒ）の含有量は１５重量％程度が好ましい。その他の成分は、硫黄（Ｓ）やリン（Ｐ）等の不可避不純物を除くと、例えば、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）等が挙げられる。
次に、このような溶接材を用いた溶接方法について説明する。
【００２２】
図３は、本実施例の溶接補修方法の手順の一例を説明するフローチャートである。同図に示すように、まず、蒸気タービン車室１０に、溶接部（例えば、嵌合部１２、凹部１３やこれらの周囲）の変形を抑える拘束材を設け（Ｓ１）、発生した亀裂を除去する（Ｓ２）
ここで、Ｓ１及びＳ２の具体例を説明する。
【００２３】
図４は、Ｓ１、Ｓ２の工程の具体例を説明する図である。まず、車室本体１１の内表面から深さ方向に進展している亀裂を全て含むように、車室本体１１の表面から所定深さまで切削して、凹部を形成する。そして、嵌合部１２（１）と嵌合部１２（２）の間に拘束材１４を挟み込み、溶接による変形でずれないように両者を元の位置で固定する。具体的には、例えば、ニッケル基合金の溶接材ですみ肉溶接を行って固定する。
【００２４】
次に、図３のＳ３に示すように、Ｓ２で形成した凹部に、溶融状態の溶接材を供給してパス単位の溶接（肉盛溶接）を行い、これにより形成された肉盛の固化後、固化した肉盛のリメルト（再溶融）を行う。これにより、肉盛により生じた残留応力を除去する。
ここで、Ｓ３の工程（以下、第１溶接工程ともいう）を具体的に説明する。
【００２５】
図５は、本実施形態における溶接工程を説明する図である。同図の（Ａ）に示すように、第１溶接工程では、Ｓ２で形成した凹部２１の底面に、アーク溶接機２２等を用いて溶融状態の溶接材を供給する。そして、溶接材が固化して形成された肉盛２３の表面を、ＴＩＧトーチ等を用いて加熱することにより、肉盛２３をリメルトする。リメルトした後は、肉盛２３を自然冷却させる。このような第１溶接工程を、繰り返し実施する。
【００２６】
ここで、この第１溶接工程を具体的に何回繰り返すべきかについて、パス毎にリメルトを行う必要性が高いのは、溶接による母材の変形が大きい場合のみである。すなわち、凹部２１への溶接材（肉盛）の供給量が少なく、相対的に溶接部の強度が低い場合である。第１溶接工程を繰り返していくと、溶接部の強度が増し、それに伴って母材の変形量は少なくなるので、リメルトを行う必要性は減少していく。
【００２７】
そこで、パス毎のリメルトは、例えば、５パス程度となる２層目までとし、それ以降（３層目以降）は層毎のリメルトで良い（図３のＳ４。以下、第２溶接工程という）。すなわち、第２溶接工程は、図５の（Ｂ）（Ｃ）に示すように、第１溶接工程で形成した肉盛２３の上に、アーク溶接機２２等を用いて、溶融状態の溶接材を供給することにより、固化した溶接材の層２４を形成する。そして、形成した溶接材の層２４の表面をＴＩＧトーチ等を用いて加熱することにより、形成した溶接材の層２４をリメルトする。これにより、溶接材の層２４の形成に伴い生じた残留応力を除去する。リメルトした後は、溶接材の層２４を自然冷却させる。
【００２８】
なお、前記のパス毎から層毎のリメルトへの切り替えについては、予め、蒸気タービン車室１０に対する熱変形解析（例えば、有限要素解析モデルを用いた解析）を行っておき、それにより得られた結果に基づいて決定してもよい。または、蒸気タービン車室１０の模擬体を使用した予備実験を行うことにより決定してもよい。
【００２９】
なお、各溶接工程が終了する毎に、ピーニング処理を追加的に行うようにしてもよい。具体的には、例えば、冷却中の肉盛２３をハンマー等などで打ち延ばして塑性変形を起こさせる。
【００３０】
ここで、第２溶接工程におけるリメルトは、溶接による変形がほぼなくなったら行う必要性は小さい。すなわち、第２溶接工程を繰り返していくと、厚みが増し、それに伴って母材の変形量は少なくなるので、リメルトを行う必要性も小さくなる。なお、通常は凹部２１の半分程度の深さまで、あるいは１０層目程度まで、第２溶接工程は繰り返されることになる。
【００３１】
第２溶接工程の後は、Ｓ５に示すように、溶接材の層２４を順次形成することにより、凹部２１を溶接材で充填する。この場合、リメルトは行わない。
【００３２】
具体的には、図５の（Ｄ）に示すように、溶接材の層２４の上端（肉盛）の高さが、蒸気タービン車室１０の内表面の高さ（具体的には底部１３の表面の高さ）程度になるまで溶接材の層２４を形成していく。
【００３３】
なお、溶接材の層２４を形成する毎に、その溶接材の層２４をピーニングしてもよい。具体的には、例えば、冷却中の溶接材の層２４の表面をハンマー等などで打ち延ばして塑性変形を起こさせる。
【００３４】
最後に、拘束材１４を嵌合部１２から取り外し、拘束を解除する。
【００３５】
以上で蒸気タービン車室１０の溶接補修が終了する。
【００３６】
以上のように、本実施形態の鋳鋼部材の溶接方法では、ニッケルを重量比で７０％以上含む溶接材を溶接に用いることで、溶接部は急冷されても硬化しにくくなる。これにより、溶接後の変形を抑えることができる。また、本実施形態の溶接材はクロムを含有するので、溶接部は高温下でも酸化しにくくなり、耐酸化性や耐食性を保つことができる。
さらに、本実施形態の鋳鋼部材の溶接方法では、溶接した溶接材を加熱して再溶融させ、その後に冷却させる、いわゆるリメルト（再溶融）を行うことにより、溶接部に残留応力が残ることを防ぐことができる。これにより、従来、溶接後の変形を抑えるために行われていた、現場での溶接後熱処理を不要とすることができる。
このように、本実施形態の鋳鋼部材の溶接方法によれば、溶接後熱処理を行わずとも、鋳鋼部材を現場で確実に溶接を行うことができる。大型の鋳鋼部材に対しても、現場で確実な溶接を行うことができる。
【００３７】
また、本実施形態の鋳鋼部材の溶接方法によれば、パス毎のリメルトを実施後、さらに、層毎にリメルトを行うことにより、溶接を迅速に行いつつ、かつ残留応力を低減させることができる。例えば、溶接後の鋳鋼部材の変形量が小さくなった場合に層毎のリメルトに切り替えることで、より少ない作業工程で、溶接部の変形抑制を効果的に行い、迅速な補修を行うことができる。
【００３８】
また、本実施形態の鋳鋼部材の溶接方法によれば、各溶接工程を実施後に、冷却中の溶接材をピーニングすることで、溶接部の残留応力をより確実に軽減させることができる。
【００３９】
また、本実施形態の鋳鋼部材の溶接方法によれば、拘束材を用いることで、溶接後の母材の変形を抑えることができる。
【００４０】
また、本実施形態の鋳鋼部材の溶接方法によれば、アーク溶接により、大型の鋳鋼部材に対しても現場で確実に溶接を行うことができる。
【００４１】
なお、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】
【００４２】
１０  蒸気タービン車室、１１  車室本体、１２  嵌合部、１２（１）  嵌合部、１２（２）  嵌合部、１３  底部、１４  拘束材、２１  凹部、２２  アーク溶接機、２３  肉盛、２４  溶接材の層
【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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