JPH01273692A - タービン構成要素摩耗表面の補修法 - Google Patents
タービン構成要素摩耗表面の補修法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、タービン構成要素の摩耗したり損傷した表面
の補修法に関し、特に、摩耗表面を健全な溶着金属で肉
盛りする溶接法に関する。
の補修法に関し、特に、摩耗表面を健全な溶着金属で肉
盛りする溶接法に関する。
ロータやディスク（円板）のようなＣｒＭｏＶ合金製蒸
気タービン構成要素は、最適な高温疲労特性及び高温ク
リープ特性を備えているが、溶接性に難があると考えら
れている。しかしながら、しばしば摩耗したり、浸蝕し
たり或いは割れたりするこれら構成要素の交換に関連し
て運転停止時間が生しると、電力会社は一日当たり数十
万ドルの…失を被る場合があるので、多くのタービン構
成要素補修法が実施されている。
気タービン構成要素は、最適な高温疲労特性及び高温ク
リープ特性を備えているが、溶接性に難があると考えら
れている。しかしながら、しばしば摩耗したり、浸蝕し
たり或いは割れたりするこれら構成要素の交換に関連し
て運転停止時間が生しると、電力会社は一日当たり数十
万ドルの…失を被る場合があるので、多くのタービン構
成要素補修法が実施されている。
かかる補修法の一例では、個々の鍛造鋼片を摩耗ロータ
又はディスクに溶接する。しかしながら、この種の補修
法をロータブレードの溝のための単一の固定部（本明細
書では、かかる固定部を［尖塔部Ｊと称する）に対して
実施する場合、溶接機の接近性が非常に制限される。し
たがって、接近性が非常に制限された状態で溶接による
補修を行った場合、非破壊検査により得られる品質結果
が気孔割れの発生やスラグ巻込みに起因して不合格とな
る場合がある。
又はディスクに溶接する。しかしながら、この種の補修
法をロータブレードの溝のための単一の固定部（本明細
書では、かかる固定部を［尖塔部Ｊと称する）に対して
実施する場合、溶接機の接近性が非常に制限される。し
たがって、接近性が非常に制限された状態で溶接による
補修を行った場合、非破壊検査により得られる品質結果
が気孔割れの発生やスラグ巻込みに起因して不合格とな
る場合がある。
また、少量の溶接シームをタービン構成要素と交換用鍛
造品との間に形成した後、サブマージアーク溶接法によ
りロータを補修する方法も公知である。かかる補修法に
ついては米国特許第４，２１３゜０２５号及び第４，２
１９．７１７号を参照されたい、なお、かかる米国特許
の開示内容を本明細書の一部を形成するものとして引用
する。かかる補修法では、リング状鍛造品を摩耗したデ
ィスク又はロータに溶接するか、或いは全く新しいロー
タ鍛造品を溶接してロータの端部全体を交換する。この
目的のため、狭開先溶接法によるルート部のパスを行い
、次いでガス・メタル・アーク溶接（ミグ溶接ともいう
）法により肉盛りする技術を開示するクラーク（Ｃ１ａ
ｒｋ）氏等に付与された米国特許第４，６３３，５５４
号を参照されたい。
造品との間に形成した後、サブマージアーク溶接法によ
りロータを補修する方法も公知である。かかる補修法に
ついては米国特許第４，２１３゜０２５号及び第４，２
１９．７１７号を参照されたい、なお、かかる米国特許
の開示内容を本明細書の一部を形成するものとして引用
する。かかる補修法では、リング状鍛造品を摩耗したデ
ィスク又はロータに溶接するか、或いは全く新しいロー
タ鍛造品を溶接してロータの端部全体を交換する。この
目的のため、狭開先溶接法によるルート部のパスを行い
、次いでガス・メタル・アーク溶接（ミグ溶接ともいう
）法により肉盛りする技術を開示するクラーク（Ｃ１ａ
ｒｋ）氏等に付与された米国特許第４，６３３，５５４
号を参照されたい。
しかしながら、通常、この方法を用いて得られる引張特
性及び疲労特性は低く、応力の高いロー夕尖塔部に用い
るには不十分である。
性及び疲労特性は低く、応力の高いロー夕尖塔部に用い
るには不十分である。
また、溶接欠陥としての割れがロータの半径方向に沿っ
て長さ方向に配向しないような広幅の又は深い溝を有す
るロータ部分の肉盛り補修のためサブマージアーク溶接
法だけを利用することもある。サブマージアーク溶接法
による肉盛り補修の大きな利点は、肉盛り速度又は溶着
速度が非常に高く、典型的には溶接金属が毎時的７ｋｇ
の速度で肉盛りされることにある。肉盛り速度を大きく
することが重要であるが、その理由は、使用状態にある
ロータの溶接補修法の多くはタービンの運転停止中に実
施されるためであり、かくして補修に要する時間の多少
は重要な問題である。しかしながら、この方法では予熱
処理を施さなければならないので、粒度が比較的大きく
なり冶金学的特性が劣化する。一般的には、サブマージ
アーク溶接法により低圧用ロータに施された溶接物は、
降伏強さが約８５〜ｌ００ｋｓｒＣ５８６〜６８９ＭＰ
ａ）、室温シャルピー靭性指数又は衝撃値が約１００〜
１２０ｆＬ−１ｂｓ （１３６〜１６３Ｊ）である。ま
た、サブマージアーク溶接法により得られる溶接物は、
溶接金属中にしばしばスラグ巻込み及び気孔があるため
に超音波探傷試験を実施した場合に得られる品質結果が
劣るので不合格となる場合が多い、と考えられている。
て長さ方向に配向しないような広幅の又は深い溝を有す
るロータ部分の肉盛り補修のためサブマージアーク溶接
法だけを利用することもある。サブマージアーク溶接法
による肉盛り補修の大きな利点は、肉盛り速度又は溶着
速度が非常に高く、典型的には溶接金属が毎時的７ｋｇ
の速度で肉盛りされることにある。肉盛り速度を大きく
することが重要であるが、その理由は、使用状態にある
ロータの溶接補修法の多くはタービンの運転停止中に実
施されるためであり、かくして補修に要する時間の多少
は重要な問題である。しかしながら、この方法では予熱
処理を施さなければならないので、粒度が比較的大きく
なり冶金学的特性が劣化する。一般的には、サブマージ
アーク溶接法により低圧用ロータに施された溶接物は、
降伏強さが約８５〜ｌ００ｋｓｒＣ５８６〜６８９ＭＰ
ａ）、室温シャルピー靭性指数又は衝撃値が約１００〜
１２０ｆＬ−１ｂｓ （１３６〜１６３Ｊ）である。ま
た、サブマージアーク溶接法により得られる溶接物は、
溶接金属中にしばしばスラグ巻込み及び気孔があるため
に超音波探傷試験を実施した場合に得られる品質結果が
劣るので不合格となる場合が多い、と考えられている。
さらに、サブマージアーク溶接法による溶接物で形成さ
れるＣｒＭｏＶ製高圧タービン用ロータの溶接部に関し
ては、クリープ破断及び切欠き感受性につき重大な問題
が生じている。かくして、応力集中度が高い小さなアー
ル（丸み）を有するＣｒＭｏＶｔＡロータ尖塔部の溶接
補修に用いる方法としては、一般にサブマージアーク溶
接法は利用できない。
れるＣｒＭｏＶ製高圧タービン用ロータの溶接部に関し
ては、クリープ破断及び切欠き感受性につき重大な問題
が生じている。かくして、応力集中度が高い小さなアー
ル（丸み）を有するＣｒＭｏＶｔＡロータ尖塔部の溶接
補修に用いる方法としては、一般にサブマージアーク溶
接法は利用できない。
また、ロータ及びディスクを補修するためガス・メタル
・アーク溶接法が採用されている。この溶接法では、一
般的にサブマージアーク溶接法で得られる溶接物よりも
僅かに特性の優れた溶接金属が毎時的７ ｋｇの速度で
肉盛りされる。一般に、ガス・メタル・アーク溶接法に
よる合金鋼製タービン構成要素の降伏強さは約８５〜１
００ｋｓｔ（５８６〜６８９ＭＰａ） 、室温シャＪｌ
ｚピー靭性指数又は衝撃値は約１１０〜１３０ｆｔ−１
ｂｓ（１５０〜１７７Ｊ）である。しかしながら、Ｃｒ
ＭｏＶ製ロータの補修溶接法としてのガス・メタル・ア
ーク溶接法は、ＣｒＭｏＶ合金に用いた場合にアークブ
ロー（磁気吹き）法の問題点と関連がある。
・アーク溶接法が採用されている。この溶接法では、一
般的にサブマージアーク溶接法で得られる溶接物よりも
僅かに特性の優れた溶接金属が毎時的７ ｋｇの速度で
肉盛りされる。一般に、ガス・メタル・アーク溶接法に
よる合金鋼製タービン構成要素の降伏強さは約８５〜１
００ｋｓｔ（５８６〜６８９ＭＰａ） 、室温シャＪｌ
ｚピー靭性指数又は衝撃値は約１１０〜１３０ｆｔ−１
ｂｓ（１５０〜１７７Ｊ）である。しかしながら、Ｃｒ
ＭｏＶ製ロータの補修溶接法としてのガス・メタル・ア
ーク溶接法は、ＣｒＭｏＶ合金に用いた場合にアークブ
ロー（磁気吹き）法の問題点と関連がある。
最近では、ＮｉＭｏＶ及びＮｉＣｒＭｏＶ！！の低圧用
ロータ構成要素の補修法としてガス・タングステン・ア
ーク溶接法（ＧＴＩ）が注目されている。かかる溶接法
については、フロリダ州オークランド所在のウェスチン
グハウス・エレクトリック・コーポレーション発電部門
により出版された、第４７回アメリカ電力会議（１９８
５年４月２２〜２４日の３日間にわたりイリノイ州シカ
ゴで開催）におけるアール・イー・クラーク（Ｒ，Ｅ、
Ｃ］ａｒｋ）氏等の発表文である「低圧蒸気タービン用
ロータの溶接補修に関する経験（Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ
ｓ ｗｉｔｈ Ｗｅｌｄ Ｒｅｐａｉｒ ｏｆ
Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｔｅａｍ Ｔｕｒ
ｂｉｎｅＲｏｔｏｒｓ） Ｊを参照されたい、ガス・タ
ングステン・アーク溶接法は、個々のロータ取付は用溝
の補修や、小規模な表面欠陥を修復するような外観上の
、即ち浅い溝の補修に利用されている。また、ガス・タ
ングステン・アーク溶接法を利用すると、プレート取付
は溝の種々の位置、即ち３６ｏ°に亙り多数の肉盛り部
を形成被覆して摩耗した材料を修復できる。かかるガス
・タングステン・アーク溶接法によれば、超音波探傷試
験により得られる品質結果が比較的優れ、予熱の必要が
なく、ロータ材料の仕様要件を凌ぐ引張特性及び衝撃特
性を有する溶接物が得られる。この溶接法により得られ
る低合金鋼溶接物の降伏強さは約９０〜１１５ｋｓｉ
（６２１〜７９３ ＭＰａ） 、室温シャルピー靭性指
数又は衝撃値は約１６０〜２ ］ Ｏｆｔ、−１ｂｓ（
２１８〜２８６Ｊ）である。加えて、この溶接法を利用
すると、上記の溶接法のうちでは最も微細な顕微鏡＆［
ｌ織の粒度が得られる。
ロータ構成要素の補修法としてガス・タングステン・ア
ーク溶接法（ＧＴＩ）が注目されている。かかる溶接法
については、フロリダ州オークランド所在のウェスチン
グハウス・エレクトリック・コーポレーション発電部門
により出版された、第４７回アメリカ電力会議（１９８
５年４月２２〜２４日の３日間にわたりイリノイ州シカ
ゴで開催）におけるアール・イー・クラーク（Ｒ，Ｅ、
Ｃ］ａｒｋ）氏等の発表文である「低圧蒸気タービン用
ロータの溶接補修に関する経験（Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ
ｓ ｗｉｔｈ Ｗｅｌｄ Ｒｅｐａｉｒ ｏｆ
Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｔｅａｍ Ｔｕｒ
ｂｉｎｅＲｏｔｏｒｓ） Ｊを参照されたい、ガス・タ
ングステン・アーク溶接法は、個々のロータ取付は用溝
の補修や、小規模な表面欠陥を修復するような外観上の
、即ち浅い溝の補修に利用されている。また、ガス・タ
ングステン・アーク溶接法を利用すると、プレート取付
は溝の種々の位置、即ち３６ｏ°に亙り多数の肉盛り部
を形成被覆して摩耗した材料を修復できる。かかるガス
・タングステン・アーク溶接法によれば、超音波探傷試
験により得られる品質結果が比較的優れ、予熱の必要が
なく、ロータ材料の仕様要件を凌ぐ引張特性及び衝撃特
性を有する溶接物が得られる。この溶接法により得られ
る低合金鋼溶接物の降伏強さは約９０〜１１５ｋｓｉ
（６２１〜７９３ ＭＰａ） 、室温シャルピー靭性指
数又は衝撃値は約１６０〜２ ］ Ｏｆｔ、−１ｂｓ（
２１８〜２８６Ｊ）である。加えて、この溶接法を利用
すると、上記の溶接法のうちでは最も微細な顕微鏡＆［
ｌ織の粒度が得られる。
溶接法の選定は、歪み、非破壊試験の合格限界及び溶接
後熱処理に応答する機械的性質等の種々の要因に基づく
。タービンロータの各部分は独特な形状をしているので
異なる使用条件下に置かれる。欠陥を最少限に抑えるだ
けでなく、溶接部及び溶接熱影響部に割れがないように
するには、多数の／８接変数又はパラメータを注意深く
制御するしかない、これらの変数のうち、ガス・タング
ステン・アーク溶接法に関しては、アンペア数、合金の
選定、接合部の幾何学的形状、移動速度が挙げられる。
後熱処理に応答する機械的性質等の種々の要因に基づく
。タービンロータの各部分は独特な形状をしているので
異なる使用条件下に置かれる。欠陥を最少限に抑えるだ
けでなく、溶接部及び溶接熱影響部に割れがないように
するには、多数の／８接変数又はパラメータを注意深く
制御するしかない、これらの変数のうち、ガス・タング
ステン・アーク溶接法に関しては、アンペア数、合金の
選定、接合部の幾何学的形状、移動速度が挙げられる。
選択したパラメータは、溶接を何回施しても再現性があ
る一定の品質を得る自動溶接法に対応すべきである。ま
た、これらのパラメータは、例えば気孔、割れ及びスラ
グ巻込みの無い優れた溶接特性を生ぜしめると共にロー
タ及びディスクの可能な限りあらゆる補修部分に対応す
る必・隻がある。最後に、合金及び選択した溶接パラメ
ータは、特性上、母材と同程度の溶接部を生ぜしめる必
要がある。
る一定の品質を得る自動溶接法に対応すべきである。ま
た、これらのパラメータは、例えば気孔、割れ及びスラ
グ巻込みの無い優れた溶接特性を生ぜしめると共にロー
タ及びディスクの可能な限りあらゆる補修部分に対応す
る必・隻がある。最後に、合金及び選択した溶接パラメ
ータは、特性上、母材と同程度の溶接部を生ぜしめる必
要がある。
したがって、本発明の主目的は、タービン構成要素の補
修部分の冶金学的性質を最適化し、溶接熱影響部を最少
限に抑えると共に溶接と関連のあるｖｌれを無くする溶
接法を提供することにある。
修部分の冶金学的性質を最適化し、溶接熱影響部を最少
限に抑えると共に溶接と関連のあるｖｌれを無くする溶
接法を提供することにある。
この目的に鑑みて、本発明の要旨は、合金成分としてＣ
ｒ、Ｍｏ及びＶを含む合金鉄製蒸気タービン構成要素の
摩耗表面に合金鉄を肉盛りし、該合金鉄を所望の形状に
機械加工するタービン構成要素摩耗表面の補修法におい
て、合金鉄は、０．０４〜０．２２重１％のＣと、０．
１５〜１．０重要％のＭｎと、０．１５〜１．０重量％
のＳｉと、０．０〜０．０２重重要のＰと、０．０〜０
．０１６重要％のＳと、０．０〜０．８重量％のＮｊと
、４．００〜１９．０重批％のＣｒと、０．４３〜２．
１重量％のＭｏと、０、０９〜０．５重要％のｖと、０
．０３〜０．２０重１％のＮｂと、０．０〜０．０８重
量％のＡＩと、０．０〜０．２０重要％のＣｕと、０．
００５〜０．０６重量％のＮと、残部Ｆｅとから成るこ
とを特徴とするタービン構成要素摩耗表面の補修法にあ
る。
ｒ、Ｍｏ及びＶを含む合金鉄製蒸気タービン構成要素の
摩耗表面に合金鉄を肉盛りし、該合金鉄を所望の形状に
機械加工するタービン構成要素摩耗表面の補修法におい
て、合金鉄は、０．０４〜０．２２重１％のＣと、０．
１５〜１．０重要％のＭｎと、０．１５〜１．０重量％
のＳｉと、０．０〜０．０２重重要のＰと、０．０〜０
．０１６重要％のＳと、０．０〜０．８重量％のＮｊと
、４．００〜１９．０重批％のＣｒと、０．４３〜２．
１重量％のＭｏと、０、０９〜０．５重要％のｖと、０
．０３〜０．２０重１％のＮｂと、０．０〜０．０８重
量％のＡＩと、０．０〜０．２０重要％のＣｕと、０．
００５〜０．０６重量％のＮと、残部Ｆｅとから成るこ
とを特徴とするタービン構成要素摩耗表面の補修法にあ
る。
好ましい実施例では、摩耗した構成要素に肉盛りされる
合金鉄は、約７．０〜１１．０重量％のＣｒと、約０，
１〜３．０重墳％のＭｏとを含存するよう選択される。
合金鉄は、約７．０〜１１．０重量％のＣｒと、約０，
１〜３．０重墳％のＭｏとを含存するよう選択される。
一つの好ましい特定の合金鉄の組成範囲は本質的に、Ｃ
が約０．０４〜０．０２重重要、Ｍｎが０．１５〜］、
０重要％、Ｓｉが０．１．５〜１．０重量％、Ｐが０
．０〜０．０２重１％、Ｓが０．０〜０、 ＋ ６重量
％、Ｎｉが０．０〜０．８重１ｔ％、Ｃｒ 、？＋＜４
、００〜１９．０重要％、Ｍｏが０．４３〜２．１重量
％、■が０．０９〜０．５重量％、Ｎｂが０゜０３〜０
．２０重量％、ＡＩが０．０〜０．０８重量％、Ｃｕが
０．０〜０．２０重重要、Ｎが０．００５〜０．０６重
量％、Ｆｅが残部を占める。しかしながら、最も好まし
い合金鉄は本質的に、０．０８〜０．１１重量％のＣと
、０．３０〜０．５０重要％のＭｎと、０．３０〜０゜
５０重着％のＳｉと、０．００〜０．１０重量％のＰと
、０．００〜０．００８重性％のＳと、０．００〜０．
４０重量％のＮｉと、８，００〜９．５０重重要のＣｒ
と、０．８５〜Ｉ、０５重量％のＭｏと、０．１８〜０
．２５重里％の■と、０．０６〜０．１０重量％のＮ
Ｉ）と、０．００〜０．０４重量％のＡｌと、０．００
〜０．１０重量％のＣｕと、０．０ ］ 〜０．０３重
量％のＮと、残部Ｆｅとから成る。
が約０．０４〜０．０２重重要、Ｍｎが０．１５〜］、
０重要％、Ｓｉが０．１．５〜１．０重量％、Ｐが０
．０〜０．０２重１％、Ｓが０．０〜０、 ＋ ６重量
％、Ｎｉが０．０〜０．８重１ｔ％、Ｃｒ 、？＋＜４
、００〜１９．０重要％、Ｍｏが０．４３〜２．１重量
％、■が０．０９〜０．５重量％、Ｎｂが０゜０３〜０
．２０重量％、ＡＩが０．０〜０．０８重量％、Ｃｕが
０．０〜０．２０重重要、Ｎが０．００５〜０．０６重
量％、Ｆｅが残部を占める。しかしながら、最も好まし
い合金鉄は本質的に、０．０８〜０．１１重量％のＣと
、０．３０〜０．５０重要％のＭｎと、０．３０〜０゜
５０重着％のＳｉと、０．００〜０．１０重量％のＰと
、０．００〜０．００８重性％のＳと、０．００〜０．
４０重量％のＮｉと、８，００〜９．５０重重要のＣｒ
と、０．８５〜Ｉ、０５重量％のＭｏと、０．１８〜０
．２５重里％の■と、０．０６〜０．１０重量％のＮ
Ｉ）と、０．００〜０．０４重量％のＡｌと、０．００
〜０．１０重量％のＣｕと、０．０ ］ 〜０．０３重
量％のＮと、残部Ｆｅとから成る。
本発明は、添付の図面を参照してなされる好ましい実施
例の以下の説明を読むと一層容易に理解できよう。
例の以下の説明を読むと一層容易に理解できよう。
肉盛り段階は、合金鉄をタービン構成要素２０゜４０．
５０（第１図〜第５図参照）の摩耗表面に溶接する段階
から成る。この溶接段階は好ましくは、ガス・タングス
テン・アーク溶接法、プラズマアーク溶接法、電子ビー
ム溶接法、レーザ溶接法及びガス・メタル・アーク溶接
法のうち任意の一方法を用いて実施する。その他の溶接
法を利用しても本発明の新規な合金を肉盛りできるよう
に思われるが、採用する溶接法は溶接熱影響部を最少限
に抑えて母材に不必要な欠陥を無くすようなものである
ことが重要である。
５０（第１図〜第５図参照）の摩耗表面に溶接する段階
から成る。この溶接段階は好ましくは、ガス・タングス
テン・アーク溶接法、プラズマアーク溶接法、電子ビー
ム溶接法、レーザ溶接法及びガス・メタル・アーク溶接
法のうち任意の一方法を用いて実施する。その他の溶接
法を利用しても本発明の新規な合金を肉盛りできるよう
に思われるが、採用する溶接法は溶接熱影響部を最少限
に抑えて母材に不必要な欠陥を無くすようなものである
ことが重要である。
現在までに用いられている溶接法のうち最も好ましいの
はガス・タングステン・アーク溶接法であり、かかる溶
接法により好ましい合金鉄を切削加工又は研削加工され
たタービン構成要素２０゜４０又は５０に７容接して「
マルチパスＪによる肉盛り部１２．４２又は５４を形成
する０本発明の好ましいガス・タングステン・アーク溶
接法では、溶接段階に先立って、蒸気タービン構成要素
を少なくとも約１７７℃まで予熱する。ディスク及びロ
ータに対し［３６０″Ｊにわたる溶接のため側仮を用い
るのが良い。本明細書では、ｒ３６０’Ｊの補修とは、
溶接金属をロータ又はディスクのようなタービン構成要
素の周囲部に、十分な高さが得られるまで連続的に肉盛
りし、その後、ロータの個々の尖塔部を機械加工し、又
はディスクを使用公差まで切削加工することをいう。好
ましくは、側板をロータ用Ｃｒ Ｍ ｏ Ｖ鋼で製造し
、これを水で冷却して溶接に伴う副作用をさらに軽減す
るのが良い。
はガス・タングステン・アーク溶接法であり、かかる溶
接法により好ましい合金鉄を切削加工又は研削加工され
たタービン構成要素２０゜４０又は５０に７容接して「
マルチパスＪによる肉盛り部１２．４２又は５４を形成
する０本発明の好ましいガス・タングステン・アーク溶
接法では、溶接段階に先立って、蒸気タービン構成要素
を少なくとも約１７７℃まで予熱する。ディスク及びロ
ータに対し［３６０″Ｊにわたる溶接のため側仮を用い
るのが良い。本明細書では、ｒ３６０’Ｊの補修とは、
溶接金属をロータ又はディスクのようなタービン構成要
素の周囲部に、十分な高さが得られるまで連続的に肉盛
りし、その後、ロータの個々の尖塔部を機械加工し、又
はディスクを使用公差まで切削加工することをいう。好
ましくは、側板をロータ用Ｃｒ Ｍ ｏ Ｖ鋼で製造し
、これを水で冷却して溶接に伴う副作用をさらに軽減す
るのが良い。
第５図に示すような３６０°の尖塔部肉盛り溶接法であ
る高圧用ロータの好ましい補修法の実施にあたっては、
ロータの全ての尖塔部４４を機械加工により除去して中
空のリング状素材を形成する。次いで、３６０°の溶接
肉盛り部５４を形成する。この肉盛り部の形成にあたり
、水冷式鋼製側板を摩耗表面の縁に沿って配設するのが
良い。
る高圧用ロータの好ましい補修法の実施にあたっては、
ロータの全ての尖塔部４４を機械加工により除去して中
空のリング状素材を形成する。次いで、３６０°の溶接
肉盛り部５４を形成する。この肉盛り部の形成にあたり
、水冷式鋼製側板を摩耗表面の縁に沿って配設するのが
良い。
溶接により、本発明の好ましい合金鉄が、水冷式側板に
溶着するだけでなく、摩耗表面に溶着する。
溶着するだけでなく、摩耗表面に溶着する。
ロータ構成要素に対し単一の尖塔部補修を行う場合、好
ましくは摩耗尖塔部をロータの残部から完全に除去する
。次に、少なくとも溶接の開始表面となる第１の張り出
しくｒｕｎ−ｏｆｆ）タブを少なくともロータの第１の
長さ方向縁部に沿って設ける。
ましくは摩耗尖塔部をロータの残部から完全に除去する
。次に、少なくとも溶接の開始表面となる第１の張り出
しくｒｕｎ−ｏｆｆ）タブを少なくともロータの第１の
長さ方向縁部に沿って設ける。
溶接の停止表面となる第２の張り出しタブを第１の長さ
方向縁部から見てロータの横方向反対側の第２の長さ方
向縁部に設けるのが良い。張り出しタブの取付は場所は
時には欠陥箇所であるので、被覆作業を行ってこれら張
り出しタブ４６をロータに接合する。好ましくは、この
被覆手段はバタリング層であるが、より好ましくはこの
バタリング層はクロムから成り、これを少なくとも２つ
のオーバーラツプした溶接物内に設ける。
方向縁部から見てロータの横方向反対側の第２の長さ方
向縁部に設けるのが良い。張り出しタブの取付は場所は
時には欠陥箇所であるので、被覆作業を行ってこれら張
り出しタブ４６をロータに接合する。好ましくは、この
被覆手段はバタリング層であるが、より好ましくはこの
バタリング層はクロムから成り、これを少なくとも２つ
のオーバーラツプした溶接物内に設ける。
単一の尖塔部の好ましいガス・タングステン・アーク溶
接法による補修中、第１のビードを、機械加工又はその
他の方法で調製された表面にロータの横幅全体に亙り溶
接する。次いで第２のビードを第１のビードから間隔を
置いた伏１席で調製袋面にロータの横幅全体に亙り溶接
する。もし溶接の余地があれば、第３及び第４の溶接ビ
ードを同様に間隔を置いた状態で形成する。この間歇的
な溶接法を利用すると、溶接部のすぐ下に位置した母材
部分は、そのすぐ隣の部分の溶接に先立って徐冷可能で
ある。したがって、溶接部が形成された溶接熱影響部に
関連のある脆性は最少限に抑えられる。
接法による補修中、第１のビードを、機械加工又はその
他の方法で調製された表面にロータの横幅全体に亙り溶
接する。次いで第２のビードを第１のビードから間隔を
置いた伏１席で調製袋面にロータの横幅全体に亙り溶接
する。もし溶接の余地があれば、第３及び第４の溶接ビ
ードを同様に間隔を置いた状態で形成する。この間歇的
な溶接法を利用すると、溶接部のすぐ下に位置した母材
部分は、そのすぐ隣の部分の溶接に先立って徐冷可能で
ある。したがって、溶接部が形成された溶接熱影響部に
関連のある脆性は最少限に抑えられる。
第１図のタービンロータ２０は好ましくは、既に稼働状
態にあるタービンから選択される。但し、セレーション
が設けられていない新しいロータを、以下に説明する溶
接法の最初のタービン構成要素として用いても良いと思
われる。
態にあるタービンから選択される。但し、セレーション
が設けられていない新しいロータを、以下に説明する溶
接法の最初のタービン構成要素として用いても良いと思
われる。
一般的に、本発明の弯気タービン用ロータ及びディスク
は、通常、合金元素の含存すが６％未満である低合金鋼
、例えば好ましくはＣｒＭｏＶ合金（Ａ４７０． クラ
ス８）及びその改質合金から製造されている。
は、通常、合金元素の含存すが６％未満である低合金鋼
、例えば好ましくはＣｒＭｏＶ合金（Ａ４７０． クラ
ス８）及びその改質合金から製造されている。
使用済みのタービン構成要素、例えばロータ２０．４０
．５０を用いる場合、高応力が生じている状態の個々の
尖塔部４４を機械的に除去することが好ましい。本明細
書では、「機械的に除去する」とは、研削加工、切削加
工、アーク・ガウジング、及びその他冶金分野の当業者
に公知の方法を含む（１ｍ Ｌ 、 これらに限定され
ない）公知の金属除去方法のうち任意のものをいう。第
４図の場合のように、Ｆ！！耗した尖塔部全体を除去す
べきであるが、その理由は、引き続く溶接作業によりこ
れら構成要素の高応力領域に弱い熱影響部が生じる恐れ
を減少させることが重要なためである。
．５０を用いる場合、高応力が生じている状態の個々の
尖塔部４４を機械的に除去することが好ましい。本明細
書では、「機械的に除去する」とは、研削加工、切削加
工、アーク・ガウジング、及びその他冶金分野の当業者
に公知の方法を含む（１ｍ Ｌ 、 これらに限定され
ない）公知の金属除去方法のうち任意のものをいう。第
４図の場合のように、Ｆ！！耗した尖塔部全体を除去す
べきであるが、その理由は、引き続く溶接作業によりこ
れら構成要素の高応力領域に弱い熱影響部が生じる恐れ
を減少させることが重要なためである。
第２図、第４図及び第５図にほぼ示されているように、
本発明の好ましい合金鉄組成物を肉盛りするには、これ
ら合金組成物をタービン構成要素の摩耗表面に溶接する
のが良い。この溶接段階は、公知の溶接法のうち任意の
ものを用いて実施しても良いが、好ましくは、ガス・タ
ングステン・アーク溶接法、プラズマアーク溶接法、電
子ビーム溶接法、レーザ溶接法及びガス・メタル・アー
ク溶接法のうち任意の一方法により行う。タービン構成
要素２０．４０．５０内の応力を減少させるため、溶接
に先立って、好ましくは少なくとも約１００℃〜約３０
０℃まで、より好ましくは約１７７℃〜約２０４℃まで
予熱するのが良い。
本発明の好ましい合金鉄組成物を肉盛りするには、これ
ら合金組成物をタービン構成要素の摩耗表面に溶接する
のが良い。この溶接段階は、公知の溶接法のうち任意の
ものを用いて実施しても良いが、好ましくは、ガス・タ
ングステン・アーク溶接法、プラズマアーク溶接法、電
子ビーム溶接法、レーザ溶接法及びガス・メタル・アー
ク溶接法のうち任意の一方法により行う。タービン構成
要素２０．４０．５０内の応力を減少させるため、溶接
に先立って、好ましくは少なくとも約１００℃〜約３０
０℃まで、より好ましくは約１７７℃〜約２０４℃まで
予熱するのが良い。
本発明の好ましいガス・タングステン・アーク溶接機の
実施準備にあたり、溶接すべき表面を状態調節して光沢
のある金属面にするのが好ましい。
実施準備にあたり、溶接すべき表面を状態調節して光沢
のある金属面にするのが好ましい。
より好ましくは、金属母材表面を、変性アルコール、ア
セトン、メチルクロロホルム又は洗浄溶剤の使用により
、溶接領域から約５１の距離に亙り清浄にする。また、
メチルクロロホルムで清浄にした場合には、次にアルコ
ール、アセトン又は溶剤で洗浄すべきことに留意された
い。さらに、溶接すべき金属母材表面を非破壊試験法に
より検査すること、及び最深部の割れが発見され或いは
その存在が疑われる疲労領域を越えて金属を少なくとも
１／１６インチさらに除去することが望ましい。
セトン、メチルクロロホルム又は洗浄溶剤の使用により
、溶接領域から約５１の距離に亙り清浄にする。また、
メチルクロロホルムで清浄にした場合には、次にアルコ
ール、アセトン又は溶剤で洗浄すべきことに留意された
い。さらに、溶接すべき金属母材表面を非破壊試験法に
より検査すること、及び最深部の割れが発見され或いは
その存在が疑われる疲労領域を越えて金属を少なくとも
１／１６インチさらに除去することが望ましい。
本発明の好ましいガス・タングステン・アーク溶接法で
は、以下の表に示す溶接パラメータが有用であると考え
られる。
は、以下の表に示す溶接パラメータが有用であると考え
られる。
２ ロ ＋ ロ Ｃ２マ
＋ロロ 高 泗 × ？？千００ α） へド−Ｘ 兼へ ！ｈ１ 一ζ）、・！・−ミー″ＩＩ’−＝−？＼・・Ｌ）第４
図に示すように、溶接におけるビード形成手順は、ビー
ドを間隔を置いた状態で順次形成する態様とすべきであ
る。すなわち、第１のビードｌを切削加工された表面に
好ましいロータ４０の横幅全体に亙り肉盛りし、次に第
２のビード２を調製された表面に、第１のビードから間
隔を置いた状態でロータの横幅全体に亙り溶接する。溶
接領域の外側から内側に向かって溶接金属を肉盛りして
ビード］−１０等を形成すると、溶接により生じる熱影
響部（ＨＡＺ）の数は少なくなる。ピーニングを施すの
は賢明ではないので、好ましくは溶接を、自動ガス・タ
ングステン・アーク溶接機を平らな位置から±１５°の
範囲に位置させた状態で行う。この溶接機の溶接停止を
、雀＝鼻嶋図に示すような張り出しタブ４６は、溶接物
形成の開始及び停止に用いるべきである。というのは、
これらの場所は冶金学的欠陥を生ずる場合があるからで
ある。また、アークブローを最少比に抑えるため、溶接
に先立って金属母材を消磁するのが望ましい。
＋ロロ 高 泗 × ？？千００ α） へド−Ｘ 兼へ ！ｈ１ 一ζ）、・！・−ミー″ＩＩ’−＝−？＼・・Ｌ）第４
図に示すように、溶接におけるビード形成手順は、ビー
ドを間隔を置いた状態で順次形成する態様とすべきであ
る。すなわち、第１のビードｌを切削加工された表面に
好ましいロータ４０の横幅全体に亙り肉盛りし、次に第
２のビード２を調製された表面に、第１のビードから間
隔を置いた状態でロータの横幅全体に亙り溶接する。溶
接領域の外側から内側に向かって溶接金属を肉盛りして
ビード］−１０等を形成すると、溶接により生じる熱影
響部（ＨＡＺ）の数は少なくなる。ピーニングを施すの
は賢明ではないので、好ましくは溶接を、自動ガス・タ
ングステン・アーク溶接機を平らな位置から±１５°の
範囲に位置させた状態で行う。この溶接機の溶接停止を
、雀＝鼻嶋図に示すような張り出しタブ４６は、溶接物
形成の開始及び停止に用いるべきである。というのは、
これらの場所は冶金学的欠陥を生ずる場合があるからで
ある。また、アークブローを最少比に抑えるため、溶接
に先立って金属母材を消磁するのが望ましい。
溶接中、好ましくは、金属母材のパス間温度を３００℃
以下、好ましくは２５０ ’Ｃ以下、より好ましくは２
０４℃以下にすべきである。溶接直後においては、溶接
されたタービン構成要素を、約１４９”Ｃ〜約２６０
’Ｃ１好ましくは約１７６°ｃ〜約２０４℃の温度状態
に保つべきである。後熱処理による温度維持を行った後
、溶接された状態のタービン構成要素に溶接後熱処理を
施して５ＱＯ℃以上、好ましくは６００″Ｃ以上、より
好ましくは約６６３“Ｃ以上に昇温させるのが良い。溶
接後熱処理により得る温度を、溶接応力を最少限に抑え
、溶接物及び熱影響部の硬度の十分な「テンパリング・
バック（Ｌｅｍｐｅｒｉｎｇ ｂａｃｋ） 」を生ぜし
め、また、必要ならば熱の影響を受けなかった金属母材
の「過剰焼戻しく ｏｖｅｒｔｅ量ｐｅｒｊｎｇ） Ｊ
を防止して所要の溶接強度を得るような温度に選択すべ
きである。本発明の好ましいロータ補修法は一般的には
、補修溶接部分で局部的に溶接後熱処理を施す段階を含
む。この局部的な応力除去段階は、所定の軸方向及び半
径方向温度勾配に合うよう補修部分全体をロータに沿っ
て軸方向に加熱する段階がら成る。
以下、好ましくは２５０ ’Ｃ以下、より好ましくは２
０４℃以下にすべきである。溶接直後においては、溶接
されたタービン構成要素を、約１４９”Ｃ〜約２６０
’Ｃ１好ましくは約１７６°ｃ〜約２０４℃の温度状態
に保つべきである。後熱処理による温度維持を行った後
、溶接された状態のタービン構成要素に溶接後熱処理を
施して５ＱＯ℃以上、好ましくは６００″Ｃ以上、より
好ましくは約６６３“Ｃ以上に昇温させるのが良い。溶
接後熱処理により得る温度を、溶接応力を最少限に抑え
、溶接物及び熱影響部の硬度の十分な「テンパリング・
バック（Ｌｅｍｐｅｒｉｎｇ ｂａｃｋ） 」を生ぜし
め、また、必要ならば熱の影響を受けなかった金属母材
の「過剰焼戻しく ｏｖｅｒｔｅ量ｐｅｒｊｎｇ） Ｊ
を防止して所要の溶接強度を得るような温度に選択すべ
きである。本発明の好ましいロータ補修法は一般的には
、補修溶接部分で局部的に溶接後熱処理を施す段階を含
む。この局部的な応力除去段階は、所定の軸方向及び半
径方向温度勾配に合うよう補修部分全体をロータに沿っ
て軸方向に加熱する段階がら成る。
溶接領域の溶接後熱処理の次に、上述の方法により補修
したタービン構成要素２０，４０．５０をサンドブラス
トしてからこれに対し非破壊検査、例えば、磁気粒子、
染色浸透剤又は超音波を用いる非破ｊカ検査を実施する
。加えて、肉盛り溶接部の硬度の測定及び同一の溶接作
業中に仕じた金属クーポンの引張試験のため機械的試験
を実施する。
したタービン構成要素２０，４０．５０をサンドブラス
トしてからこれに対し非破壊検査、例えば、磁気粒子、
染色浸透剤又は超音波を用いる非破ｊカ検査を実施する
。加えて、肉盛り溶接部の硬度の測定及び同一の溶接作
業中に仕じた金属クーポンの引張試験のため機械的試験
を実施する。
すると、タービン構成要素は最終的な寸法検査及び仕上
げ加工、即ちセレーション１４の形成作業を行える状態
にある。
げ加工、即ちセレーション１４の形成作業を行える状態
にある。
上記の説明から、本発明は合金鉄製蒸気タービン構成要
素の改良型補修法を提供していることが理解できよう。
素の改良型補修法を提供していることが理解できよう。
溶接法、合金の組成、熱処理の実施に係る本発明の構成
上の特徴により、高温特性が改善された補修表面が得ら
れる。種々の実施例を図示説明したが、これは例示に過
ぎず本発明を限定するものではない、当業者には明らか
であろう種々の変形例は特許請求の範囲に記載された本
発明の範囲に属する。
上の特徴により、高温特性が改善された補修表面が得ら
れる。種々の実施例を図示説明したが、これは例示に過
ぎず本発明を限定するものではない、当業者には明らか
であろう種々の変形例は特許請求の範囲に記載された本
発明の範囲に属する。
第１図は、古い尖塔部が機械加工により切除された制御
段ロータの横断面図である。 第２図は、機械加工された表面に溶着した溶接肉盛り部
を示す第１図の制御段ロータの横断面図である。 第３図は、機械加工されて補修された尖塔部を示す第２
図の制御段ロータの部分横断面図である。 第４図は、張り出しタブ状プレートの使用状態及びビー
ドの形成順序が示されている単一の尖塔部補修法を示す
部分斜視図である。 第５図は、尖塔部が機械加工により除去されたロータの
３６０＠の補修が施され、その結果３６０′″の溶接肉
盛り部が形成されている状態を示す部分斜視図である。 〔主要な参照番号の説明〕 １２．４２．５４・・・肉盛り部 １４・・・セレーシヨン ２０．４０．５０・・・タービン構成要素４４・・・尖
塔部 ４６・・・張り出しタブ 特許出願人：ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーション 代 理 人：加熱 紘一部（外１名） 良を川 ９う腎 ＦＩＧ、４ ＦＩ Ｇ、 ５
段ロータの横断面図である。 第２図は、機械加工された表面に溶着した溶接肉盛り部
を示す第１図の制御段ロータの横断面図である。 第３図は、機械加工されて補修された尖塔部を示す第２
図の制御段ロータの部分横断面図である。 第４図は、張り出しタブ状プレートの使用状態及びビー
ドの形成順序が示されている単一の尖塔部補修法を示す
部分斜視図である。 第５図は、尖塔部が機械加工により除去されたロータの
３６０＠の補修が施され、その結果３６０′″の溶接肉
盛り部が形成されている状態を示す部分斜視図である。 〔主要な参照番号の説明〕 １２．４２．５４・・・肉盛り部 １４・・・セレーシヨン ２０．４０．５０・・・タービン構成要素４４・・・尖
塔部 ４６・・・張り出しタブ 特許出願人：ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーション 代 理 人：加熱 紘一部（外１名） 良を川 ９う腎 ＦＩＧ、４ ＦＩ Ｇ、 ５
Claims (10)
- （１）合金成分としてＣｒ、Ｍｏ及びＶを含む合金鉄製
蒸気タービン構成要素の摩耗表面に合金鉄を肉盛りし、
該合金鉄を所望の形状に機械加工するタービン構成要素
摩耗表面の補修法であって、合金鉄は、０．０４〜０．
２２重量％のＣと、０．１５〜１．０重量％のＭｎと、
０．１５〜１．０重量％のＳｉと、０．０〜０．０２重
量％のＰと、０．０〜０．０１６重量％のＳと、０．０
〜０．８重量％のＮｉと、４．００〜１９．０重量％の
Ｃｒと、０．４３〜２．１重量％のＭｏと、０．０９〜
０．５重量％のＶと、０．０３〜０．２０重量％のＮｂ
と、０．０〜０．０８重量％のＡｌと、０．０〜０．２
０重量％のＣｕと、０．００５〜０．０６重量％のＮと
、残部Ｆｅとから成ることを特徴とするタービン構成要
素摩耗表面の補修法。 - （２）合金鉄は、０．０８〜０．１１重量％のＣと、０
．３０〜０．５０重量％のＭｎと、０．３０〜０．５０
重量％のＳｉと、０．００〜０．１０重量％のＰと、０
．００〜０．００８重量％のＳと、０．００〜０．４０
重量％のＮｉと、８．００〜９．５０重量％のＣｒと、
０．８５〜１．０５重量％のＭｏと、０．１８〜０．２
５重量％のＶと、０．０６〜０．１０重量％のＮｂと、
０．００〜０．０４重量％のＡｌと、０．００〜０．１
０重量％のＣｕと、０．０１〜０．０３重量％のＮと、
残部Ｆｅとから成ることを特徴とする請求項第（１）項
記載のタービン構成要素摩耗表面の補修法。 - （３）合金鉄を、溶接により摩耗表面に肉盛りすること
を特徴とする請求項第（２）項記載のタービン構成要素
摩耗表面の補修法。 - （４）前記溶接は、ガス・タングステン・アーク溶接法
、プラズマアーク溶接法、電子ビーム溶接法、レーザ溶
接法及びガス・メタル・アーク溶接法のうち任意の一方
法により行うことを特徴とする請求項第（３）項記載の
タービン構成要素摩耗表面の補修法。 - （５）溶接に先立ち、蒸気タービン構成要素を、少なく
とも１７７℃まで予熱することを特徴とする請求項第（
３）項記載のタービン構成要素摩耗表面の補修法。 - （６）少なくとも肉盛り段階中に生じる熱を取り去るた
め、側板をタービン構成要素に配設することを特徴とす
る請求項第（１）項記載のタービン構成要素摩耗表面の
補修法。 - （７）側板は銅板であり、これを、水で冷却することを
特徴とする請求項第（６）項記載のタービン構成要素摩
耗表面の補修法。 - （８）タービン構成要素はロータであり、該ロータから
摩耗した尖塔部を機械的に除去して調製された表面を形
成し、該調製表面に、第１の溶接ビードをロータの横幅
全体に亙り形成し、次いで第２の溶接ビードを第１の溶
接ビードから横方向に間隔を置いた位置で形成すること
を特徴とする請求項第（１）項記載のタービン構成要素
摩耗表面の補修法。 - （９）溶接の開始表面となる第１の張り出しタブを少な
くともロータの第１の長さ方向縁部に沿って設け、溶接
の停止表面となる第２の張り出しタブを第１の長さ方向
縁部から見てロータの横方向反対側の第２の長さ方向縁
部に設けることを特徴とする請求項第（８）項記載のタ
ービン構成要素摩耗表面の補修法。 - （１０）第１及び第２の張り出しタブを少なくとも２つ
のオーバーラップした溶接物の状態でクロムから成るバ
タリング層と一緒にロータに付着させることを特徴とす
る請求項第（９）項記載のタービン構成要素摩耗表面の
補修法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US168,097 | 1988-03-14 | ||
| US07/168,097 US4897519A (en) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | More creep resistant turbine rotor, and procedures for repear welding of low alloy ferrous turbine components |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01273692A true JPH01273692A (ja) | 1989-11-01 |
| JP2818947B2 JP2818947B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=22610109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1061993A Expired - Lifetime JP2818947B2 (ja) | 1988-03-14 | 1989-03-14 | タービン構成要素摩耗表面の補修法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4897519A (ja) |
| EP (1) | EP0332875A3 (ja) |
| JP (1) | JP2818947B2 (ja) |
| KR (1) | KR970010894B1 (ja) |
| CA (1) | CA1312926C (ja) |
| IN (1) | IN171373B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2002523240A (ja) * | 1998-08-19 | 2002-07-30 | シーメンス ウエスチングハウス パワー コーポレイション | タービンロータの改造及び補修方法 |
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| CN102357710A (zh) * | 2011-09-16 | 2012-02-22 | 东芝水电设备（杭州）有限公司 | 一种水轮机转轮体表面包覆耐磨层的方法 |
| JP2016120520A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 株式会社神戸製鋼所 | ガスシールドアーク溶接用ワイヤ |
| CN111958181A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-20 | 南通河海大学海洋与近海工程研究院 | 一种海水泵耐蚀叶轮的复合制造方法 |
Families Citing this family (48)
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