JPH1047224A - 耐土砂摩耗性溶接構造の水車ランナの製造方法 - Google Patents
耐土砂摩耗性溶接構造の水車ランナの製造方法Info
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- JPH1047224A JPH1047224A JP8203428A JP20342896A JPH1047224A JP H1047224 A JPH1047224 A JP H1047224A JP 8203428 A JP8203428 A JP 8203428A JP 20342896 A JP20342896 A JP 20342896A JP H1047224 A JPH1047224 A JP H1047224A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】溶接構造水車ランナの土砂摩耗損傷による部品
の補修や交換周期の延長化によるコスト低減を図る。 【解決手段】ベーン，クラウン，バンドの流水面に、Ｃ
ｒ，Ｗ，Ｓｉ，Ａｌの炭化物および酸化物系セラミック
スを７０〜９０％含有し、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏの１種以上
の金属および合金を１０〜３０％含み、ビッカース硬さ
でＨＶ９００以上の硬質溶射層を３０〜５００μｍ形成
後、溶射層の硬度，密着性および耐土砂摩耗性を高める
ための加熱処理および一体溶接構造化後の溶接部の残留
応力除去処理を５８０〜６２０℃の温度範囲で行う溶接
構造の水車ランナ。
の補修や交換周期の延長化によるコスト低減を図る。 【解決手段】ベーン，クラウン，バンドの流水面に、Ｃ
ｒ，Ｗ，Ｓｉ，Ａｌの炭化物および酸化物系セラミック
スを７０〜９０％含有し、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏの１種以上
の金属および合金を１０〜３０％含み、ビッカース硬さ
でＨＶ９００以上の硬質溶射層を３０〜５００μｍ形成
後、溶射層の硬度，密着性および耐土砂摩耗性を高める
ための加熱処理および一体溶接構造化後の溶接部の残留
応力除去処理を５８０〜６２０℃の温度範囲で行う溶接
構造の水車ランナ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は耐土砂摩耗性溶接構
造の水車ランナの製造方法に関する。
造の水車ランナの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】水力発電用水車は河川水の流水面となる
部材表面が化学的腐食，キャビテーション現象による壊
食，水中土砂による摩耗損傷が経験される。
部材表面が化学的腐食，キャビテーション現象による壊
食，水中土砂による摩耗損傷が経験される。
【０００３】その水車構成部材は主に、ランナには含Ni
13Crマルテンサイト系ステンレス鋳鋼が、各種ライナ
類，ステーベーンおよびガイドベーン等には炭素鋼，１
３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼が用いられてい
る。特に、回転体である水車ランナは一体鋳造あるいは
分割鋳造で製作されている（例えば特公昭60−53737 号
公報）。しかし、これらの鋳造材は水車ランナが大型化
するほど、その鋳造欠陥部の補修，鋳造表面の仕上げ，
非破壊検査等に対する多大な工数が必要となり、信頼
性，経済性にも大きな問題が提起される。
13Crマルテンサイト系ステンレス鋳鋼が、各種ライナ
類，ステーベーンおよびガイドベーン等には炭素鋼，１
３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼が用いられてい
る。特に、回転体である水車ランナは一体鋳造あるいは
分割鋳造で製作されている（例えば特公昭60−53737 号
公報）。しかし、これらの鋳造材は水車ランナが大型化
するほど、その鋳造欠陥部の補修，鋳造表面の仕上げ，
非破壊検査等に対する多大な工数が必要となり、信頼
性，経済性にも大きな問題が提起される。
【０００４】そこで、マルテンサイト組織中に容積比で
１０〜３５％の残留オーステナイト相を含み、かつビッ
カース硬さがＨＶ２５０〜３００を有する高強度高靭性
含Ni13Cr鋼製の三次元曲面を有する鋼板を溶接で接合し
てベーンを形成し、ベーンをバンドおよびクラウンに溶
接接合によって一体化する溶接構造の水車ランナの製造
法が提案されている（例えば特公平7−72530 号公
報）。
１０〜３５％の残留オーステナイト相を含み、かつビッ
カース硬さがＨＶ２５０〜３００を有する高強度高靭性
含Ni13Cr鋼製の三次元曲面を有する鋼板を溶接で接合し
てベーンを形成し、ベーンをバンドおよびクラウンに溶
接接合によって一体化する溶接構造の水車ランナの製造
法が提案されている（例えば特公平7−72530 号公
報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の製造法
による水車ランナの製造技術では特に、土砂量の多い河
川水による損傷が十分とは言えない。すなわち、金属材
料の硬さは河川水中土砂の硬さ（ビッカース硬さＨＶ約
１１５０のＳｉＯ2 を主成分）より低いため、部品の流
水面が土砂の衝突や切削的作用によって摩耗損傷されや
すい。その侵食度合いは含有土砂量が多く、かつ流速が
大きいほど過酷となる。
による水車ランナの製造技術では特に、土砂量の多い河
川水による損傷が十分とは言えない。すなわち、金属材
料の硬さは河川水中土砂の硬さ（ビッカース硬さＨＶ約
１１５０のＳｉＯ2 を主成分）より低いため、部品の流
水面が土砂の衝突や切削的作用によって摩耗損傷されや
すい。その侵食度合いは含有土砂量が多く、かつ流速が
大きいほど過酷となる。
【０００６】そのため、ランナの寿命向上を図るために
は、それら流水面に高硬度耐摩耗性材料の被覆層を形成
する対策を図る必要がある。その一つの手段としては、
母材への熱影響が少ない溶射法が考えられる。なお、こ
の溶射法の水車への適用について見ると、材料に関して
は金属やセラミックス系材料による方法が特開昭64−42
563号公報，特開平6−88201 号公報等に開示され、溶射
技術に関しては日立評論ＶｏＬ．２７（１９８２）に
「金属溶射の水力機械への応用」として公表されてい
る。
は、それら流水面に高硬度耐摩耗性材料の被覆層を形成
する対策を図る必要がある。その一つの手段としては、
母材への熱影響が少ない溶射法が考えられる。なお、こ
の溶射法の水車への適用について見ると、材料に関して
は金属やセラミックス系材料による方法が特開昭64−42
563号公報，特開平6−88201 号公報等に開示され、溶射
技術に関しては日立評論ＶｏＬ．２７（１９８２）に
「金属溶射の水力機械への応用」として公表されてい
る。
【０００７】本発明の目的はべーンをバンドおよびクラ
ウンに溶接で一体化した溶接構造の水車ランナを、含有
土砂量が多い河川水を利用する発電所に適用するため、
これら水車ランナ構成部品表面の少なくともその流水面
に加熱処理した高硬度被覆溶射層を形成させ、特に、土
砂摩耗による寿命を向上させる耐土砂摩耗性溶接構造水
車ランナおよびその製造方法を提供することにある。
ウンに溶接で一体化した溶接構造の水車ランナを、含有
土砂量が多い河川水を利用する発電所に適用するため、
これら水車ランナ構成部品表面の少なくともその流水面
に加熱処理した高硬度被覆溶射層を形成させ、特に、土
砂摩耗による寿命を向上させる耐土砂摩耗性溶接構造水
車ランナおよびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記の目的を解決するた
めに、本発明の耐土砂摩耗性溶接構造の水車ランナおよ
びその製造方法として以下の手段を用いる。
めに、本発明の耐土砂摩耗性溶接構造の水車ランナおよ
びその製造方法として以下の手段を用いる。
【０００９】ベーンを、バンドおよびクラウンに溶接接
合により一体化する溶接構造の水車ランナの製造方法
で、三次元曲面に成形した鋼板を溶接で一体とし、少な
くとも、その溶接部の残留応力除去のために加熱処理し
たベーンと、バンドおよびクラウンとも、これらの溶接
接合領域を省く少なくとも土砂を含む河川水の流水面と
なる表面の一部を高硬度溶射層で被覆し加熱処理後溶接
接合により一体化して水車ランナとし、溶接接合領域に
高硬度溶射層を被覆後、その部分の残留応力除去を兼ね
た局部加熱処理を施すことによる。
合により一体化する溶接構造の水車ランナの製造方法
で、三次元曲面に成形した鋼板を溶接で一体とし、少な
くとも、その溶接部の残留応力除去のために加熱処理し
たベーンと、バンドおよびクラウンとも、これらの溶接
接合領域を省く少なくとも土砂を含む河川水の流水面と
なる表面の一部を高硬度溶射層で被覆し加熱処理後溶接
接合により一体化して水車ランナとし、溶接接合領域に
高硬度溶射層を被覆後、その部分の残留応力除去を兼ね
た局部加熱処理を施すことによる。
【００１０】一方、高硬度被覆溶射層は少なくとも、Ｃ
ｒ，Ｗ，Ｓｉ，Ａｌの炭化物および酸化物系セラミック
スが重量％で７０〜９０％とＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏの単独お
よび合金が重量％で１０〜３０％を含み、かつビッカー
ス硬さが９００以上を有する皮膜を、３０〜５００μｍ
の厚さで形成すると良い。
ｒ，Ｗ，Ｓｉ，Ａｌの炭化物および酸化物系セラミック
スが重量％で７０〜９０％とＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏの単独お
よび合金が重量％で１０〜３０％を含み、かつビッカー
ス硬さが９００以上を有する皮膜を、３０〜５００μｍ
の厚さで形成すると良い。
【００１１】さらに、溶射層の加熱処理および局部加熱
処理は母材の焼もどし処理や溶接部の残留応力除去処理
と同じ温度である５５０℃〜６２０℃で５時間以内とす
ることにより、水車ランナを効率的に製造できる。
処理は母材の焼もどし処理や溶接部の残留応力除去処理
と同じ温度である５５０℃〜６２０℃で５時間以内とす
ることにより、水車ランナを効率的に製造できる。
【００１２】また、溶接時の熱による溶射層の割れや溶
融等による母材への悪影響を避けるため、ベーン，バン
ドおよびクラウンとの溶接接合部近傍に溶射層を形成し
ない領域が必要となる。そのため、ベーン，バンドおよ
びクラウンとも、その溶接接合部から溶射層形成端面ま
での距離を各々１０〜２０mm設けることにより、溶射層
の溶接熱による割れや溶融等の問題が生じず、信頼性の
高い皮膜形成が可能となる。
融等による母材への悪影響を避けるため、ベーン，バン
ドおよびクラウンとの溶接接合部近傍に溶射層を形成し
ない領域が必要となる。そのため、ベーン，バンドおよ
びクラウンとも、その溶接接合部から溶射層形成端面ま
での距離を各々１０〜２０mm設けることにより、溶射層
の溶接熱による割れや溶融等の問題が生じず、信頼性の
高い皮膜形成が可能となる。
【００１３】また、ベーン，バンドおよびクラウン部材
や溶接接合部に溶射層を形成する場合、その表面を表面
粗さが１０〜２０μｍとなる鋼やセラミックスのショッ
トを用いたブラスト処理後溶射すると、母材との接着強
度が高い、より効果的な皮膜形成が可能となる。
や溶接接合部に溶射層を形成する場合、その表面を表面
粗さが１０〜２０μｍとなる鋼やセラミックスのショッ
トを用いたブラスト処理後溶射すると、母材との接着強
度が高い、より効果的な皮膜形成が可能となる。
【００１４】河川水中土砂は主にＳｉＯ2 が５０〜８０
％、次いでＡｌ2Ｏ3が１０〜２０％を含み、そのビッカ
ース硬さＨＶはＳｉＯ2 が約１０５０，Ａｌ2Ｏ3が約22
00で、高硬度となっている。従って、水車材料はこれら
高硬度土砂の衝突や切削的作用により摩耗損傷を起こ
す。そのため、水車材料の表面に少なくとも土砂の硬さ
に近い皮膜層を形成させることにより土砂摩耗性は向上
する。
％、次いでＡｌ2Ｏ3が１０〜２０％を含み、そのビッカ
ース硬さＨＶはＳｉＯ2 が約１０５０，Ａｌ2Ｏ3が約22
00で、高硬度となっている。従って、水車材料はこれら
高硬度土砂の衝突や切削的作用により摩耗損傷を起こ
す。そのため、水車材料の表面に少なくとも土砂の硬さ
に近い皮膜層を形成させることにより土砂摩耗性は向上
する。
【００１５】そこで、ビッカース硬度がＨＶ９００以上
の皮膜として、市販の溶射粉末（粒径範囲；２０〜５０
μｍ)３種(ＷＣ−１２Ｃｏ，ＷＣ−２５ＮｉＣｒ，Ｃｒ
3Ｃ2−２０ＮｉＣｒ）を選定し、高圧／超高速フレーム
溶射法により５Ｎｉ−13Ｃｒ鋼板に膜厚２００μｍを形
成し、その溶射のままと溶射後５５０℃で２時間加熱処
理した２条件の組織観察及び硬さ測定を行った。
の皮膜として、市販の溶射粉末（粒径範囲；２０〜５０
μｍ)３種(ＷＣ−１２Ｃｏ，ＷＣ−２５ＮｉＣｒ，Ｃｒ
3Ｃ2−２０ＮｉＣｒ）を選定し、高圧／超高速フレーム
溶射法により５Ｎｉ−13Ｃｒ鋼板に膜厚２００μｍを形
成し、その溶射のままと溶射後５５０℃で２時間加熱処
理した２条件の組織観察及び硬さ測定を行った。
【００１６】
【表１】
【００１７】なお、この溶射法は燃料チャンバ内燃焼高
速ガス流中に溶射粉末を供給し、超高速状態で被溶射物
（母材）に半溶融状態の粒子を積層するものである。す
なわち、酸素と燃料（灯油，アセチレン，プロパン，プ
ロピレン）の１種を燃料チャンバ内に流入し点火燃焼さ
せ、高温・高圧の高速ガス流とし、そのガス流中に粉体
送給装置から溶射材料を供給し、ガス温度による半溶融
状態の粉体を高温・高圧の高速状態で被溶射物（母材）
に衝突吹付け、母材との密着性が良い積層した溶射層を
形成させる。その溶射条件は溶射ノズルと被溶射物との
距離３００mm，ガン圧８kg／cm2 ，酸素圧１２kg／c
m2，燃料圧１１kg／cm2，ガン移動速度５０mm／ｓとし
た。
速ガス流中に溶射粉末を供給し、超高速状態で被溶射物
（母材）に半溶融状態の粒子を積層するものである。す
なわち、酸素と燃料（灯油，アセチレン，プロパン，プ
ロピレン）の１種を燃料チャンバ内に流入し点火燃焼さ
せ、高温・高圧の高速ガス流とし、そのガス流中に粉体
送給装置から溶射材料を供給し、ガス温度による半溶融
状態の粉体を高温・高圧の高速状態で被溶射物（母材）
に衝突吹付け、母材との密着性が良い積層した溶射層を
形成させる。その溶射条件は溶射ノズルと被溶射物との
距離３００mm，ガン圧８kg／cm2 ，酸素圧１２kg／c
m2，燃料圧１１kg／cm2，ガン移動速度５０mm／ｓとし
た。
【００１８】その結果、溶射材料３種の溶射層にはほと
んど気孔が存在せず、緻密な積層組織を有し、溶射後の
加熱処理でも、溶射層及び被溶射物と溶射層の境界にも
割れ発生等欠陥は見られない。また、加熱処理後の溶射
層硬さはＷＣ−１２Ｃｏ層がHV1100→HV1200、ＷＣ−２
５ＮｉＣｒ層がＨＶ９５０→HV1050，Ｃｒ3Ｃ2−20NiCr
層がＨＶ９３０→HV1040となり、溶射のままに比べ約Ｈ
Ｖ１００以上高くなった。材料の耐土砂摩耗性は一般に
硬さが高いほど向上するといわれており、これらの溶射
法によって、高硬度でかつ高品質の皮膜を形成でき、さ
らに溶射層形成前の母材表面粗さを１０〜２０μｍとす
ることにより、溶射層と母材の接着強度が上昇した。
んど気孔が存在せず、緻密な積層組織を有し、溶射後の
加熱処理でも、溶射層及び被溶射物と溶射層の境界にも
割れ発生等欠陥は見られない。また、加熱処理後の溶射
層硬さはＷＣ−１２Ｃｏ層がHV1100→HV1200、ＷＣ−２
５ＮｉＣｒ層がＨＶ９５０→HV1050，Ｃｒ3Ｃ2−20NiCr
層がＨＶ９３０→HV1040となり、溶射のままに比べ約Ｈ
Ｖ１００以上高くなった。材料の耐土砂摩耗性は一般に
硬さが高いほど向上するといわれており、これらの溶射
法によって、高硬度でかつ高品質の皮膜を形成でき、さ
らに溶射層形成前の母材表面粗さを１０〜２０μｍとす
ることにより、溶射層と母材の接着強度が上昇した。
【００１９】一方、皮膜形成後の加熱処理条件として、
温度を５５０〜６２０℃，保持時間を５ｈ以内と限定し
た。これは下記の理由による。
温度を５５０〜６２０℃，保持時間を５ｈ以内と限定し
た。これは下記の理由による。
【００２０】通常、溶接構造の水車ランナには５Ｎｉ−
１３Ｃｒ鋼板が使用され、その焼もどし処理及び溶接部
の残留応力除去焼なまし処理が５８０〜６２０℃の温度
で行われる。なお、この材料は焼きもどしマルテンサイ
ト相中に残留オーステナイト相を含む２相組織を有する
が、約６２０℃以上の加熱処理は焼きいれ領域となり、
強度は上昇するものの、延性・靭性が低下する。しか
し、これ以上の加熱温度はランナ材料としての信頼性が
低下するとともに、熱膨張差による溶射層への割れ発生
を助長する要因となる。また、５５０℃以下の加熱処理
は母材熱影響部の軟化および溶射層の硬さと密着力向上
に５時間以上かかり、現地でのランナ製造を考慮した場
合、効率的作業とはならない。
１３Ｃｒ鋼板が使用され、その焼もどし処理及び溶接部
の残留応力除去焼なまし処理が５８０〜６２０℃の温度
で行われる。なお、この材料は焼きもどしマルテンサイ
ト相中に残留オーステナイト相を含む２相組織を有する
が、約６２０℃以上の加熱処理は焼きいれ領域となり、
強度は上昇するものの、延性・靭性が低下する。しか
し、これ以上の加熱温度はランナ材料としての信頼性が
低下するとともに、熱膨張差による溶射層への割れ発生
を助長する要因となる。また、５５０℃以下の加熱処理
は母材熱影響部の軟化および溶射層の硬さと密着力向上
に５時間以上かかり、現地でのランナ製造を考慮した場
合、効率的作業とはならない。
【００２１】一方、溶射層の厚さは３０〜５００μｍと
限定している。実際には厚肉ほど摩耗による寿命は長時
間となる。しかし、溶射による厚肉化は積層コスト問題
が提起される。
限定している。実際には厚肉ほど摩耗による寿命は長時
間となる。しかし、溶射による厚肉化は積層コスト問題
が提起される。
【００２２】従って、本発明によれば、ランナ材の焼き
もどし処理や溶接部の残留応力除去焼なまし処理の温度
と同じ条件で溶射層皮膜を加熱するため、信頼性の高い
ランナが効率的に製造できる。また、皮膜が河川水中土
砂の主成分である石英(SiO2)の硬さに近い硬度を有する
高品質の溶射層が部品表面に形成されるため、土砂の衝
突や切削作用等による摩耗損傷が軽減される、すなわ
ち、各部品の寿命向上が図れ、部品交換周期の延長，水
車効率や保守の維持・管理が容易となる。さらに、これ
らの溶射層の端面が溶接部より離れているため、溶接接
合部への溶射層の溶込みがなく、かつ、溶接等による熱
影響が加わっても、皮膜には異状をおこさず実機部品へ
適用しても何ら問題は生じないことが明らかとなった。
もどし処理や溶接部の残留応力除去焼なまし処理の温度
と同じ条件で溶射層皮膜を加熱するため、信頼性の高い
ランナが効率的に製造できる。また、皮膜が河川水中土
砂の主成分である石英(SiO2)の硬さに近い硬度を有する
高品質の溶射層が部品表面に形成されるため、土砂の衝
突や切削作用等による摩耗損傷が軽減される、すなわ
ち、各部品の寿命向上が図れ、部品交換周期の延長，水
車効率や保守の維持・管理が容易となる。さらに、これ
らの溶射層の端面が溶接部より離れているため、溶接接
合部への溶射層の溶込みがなく、かつ、溶接等による熱
影響が加わっても、皮膜には異状をおこさず実機部品へ
適用しても何ら問題は生じないことが明らかとなった。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。
明する。
【００２４】まず、本発明が適用されるフランシス水車
の一例を示す。
の一例を示す。
【００２５】図１はフランシス水車の断面図、図２は水
車ランナの中央２分割切断図である。本水車は複数のベ
ーン１がクラウン２とバンド３との間に設けられた水車
ランナ，ランナコーン４，ガイドベーン５，ステーベー
ン６，ランナライナ７，シートライナ８で構成されてい
る。土砂を含む河川水は図示していないケーシングから
ステーベーン６，ガイドベーン５を通ってベーン３に流
れ、ベーンに回転エネルギを与えた後、図示しない排水
路へ流出する。従って、流水面となる部材表面は河川水
中土砂により損傷され、その損傷度合いは土砂量が多い
ほど過酷となる。
車ランナの中央２分割切断図である。本水車は複数のベ
ーン１がクラウン２とバンド３との間に設けられた水車
ランナ，ランナコーン４，ガイドベーン５，ステーベー
ン６，ランナライナ７，シートライナ８で構成されてい
る。土砂を含む河川水は図示していないケーシングから
ステーベーン６，ガイドベーン５を通ってベーン３に流
れ、ベーンに回転エネルギを与えた後、図示しない排水
路へ流出する。従って、流水面となる部材表面は河川水
中土砂により損傷され、その損傷度合いは土砂量が多い
ほど過酷となる。
【００２６】次に、耐土砂摩耗性溶接構造水車ランナお
よびその製造方法を図３から図７により説明する。
よびその製造方法を図３から図７により説明する。
【００２７】図３にベーン１の表面への溶射施工実施例
を示す。すなわち、３次元曲面を有する板材１Ａ，１
Ｂ，１Ｃを電子ビーム溶接で接合後、その接合溶接部ビ
ード表面を平滑加工後、その全面をショットブラスト処
理し、その端面部に約１５mm幅の溶射層９を形成しない
溶接接合領域１０をクラウン２とバンド３との溶接接合
部１１に残し、ベーン１の作用面と反作用面にＣｒ3Ｃ2
−２０ＮｉＣｒサーメット系溶射材料による厚さ１００
μｍの溶射層９を溶射条件により設けた。その後、これ
らのベーン１に、ベーン接合部の残留応力除去および溶
射層の密着性向上や高硬度化を兼ねた５９０℃・２ｈの
加熱処理を施した。
を示す。すなわち、３次元曲面を有する板材１Ａ，１
Ｂ，１Ｃを電子ビーム溶接で接合後、その接合溶接部ビ
ード表面を平滑加工後、その全面をショットブラスト処
理し、その端面部に約１５mm幅の溶射層９を形成しない
溶接接合領域１０をクラウン２とバンド３との溶接接合
部１１に残し、ベーン１の作用面と反作用面にＣｒ3Ｃ2
−２０ＮｉＣｒサーメット系溶射材料による厚さ１００
μｍの溶射層９を溶射条件により設けた。その後、これ
らのベーン１に、ベーン接合部の残留応力除去および溶
射層の密着性向上や高硬度化を兼ねた５９０℃・２ｈの
加熱処理を施した。
【００２８】なお、本実施例はベーンの流水面全面を考
慮した被覆例であるが、ベーン入口側および出口側に限
定して被覆してもよい図４（ａ）と（ｂ）にクラウン２
とバンド３への溶射施工実施例を示す。クラウン２とバ
ンド３の表面をショットブラスト処理後、ベーン１との
溶接接合部１１端面部より約１５mmの溶接接合領域１０
を除く表面にＣｒ3Ｃ2−20NiCrサーメット系溶射材料に
よる厚さ１００μｍの溶射層９を示した溶射条件により
設けた。その後、溶射層の密着性向上と高硬度化のた
め、５９０℃・２ｈの加熱処理を施した。
慮した被覆例であるが、ベーン入口側および出口側に限
定して被覆してもよい図４（ａ）と（ｂ）にクラウン２
とバンド３への溶射施工実施例を示す。クラウン２とバ
ンド３の表面をショットブラスト処理後、ベーン１との
溶接接合部１１端面部より約１５mmの溶接接合領域１０
を除く表面にＣｒ3Ｃ2−20NiCrサーメット系溶射材料に
よる厚さ１００μｍの溶射層９を示した溶射条件により
設けた。その後、溶射層の密着性向上と高硬度化のた
め、５９０℃・２ｈの加熱処理を施した。
【００２９】なお、本実施例はクラウンとバンドの流水
面全体を考慮しているが、それぞれの損傷部を考慮した
局部的な領域に限定して被覆層を形成しても良い。
面全体を考慮しているが、それぞれの損傷部を考慮した
局部的な領域に限定して被覆層を形成しても良い。
【００３０】図５にベーン１とクラウン２およびベーン
１とバンド３を溶接により接合１１して組立てた溶接構
造水車ランナの概要図を示す。
１とバンド３を溶接により接合１１して組立てた溶接構
造水車ランナの概要図を示す。
【００３１】図６に溶接接合により一体化した水車ラン
ナの溶接接合部１１およびその領域１０への溶射実施例
の断面図を示す。まず、ベーン１とクラウン２およびベ
ーン１とバンド３の溶接接合部１１ビード表面の凹凸を
平滑加工後ショットブラスト処理し、その接合部１１と
その接合領域１０にＷＣ−２５ＮｉＣｒ溶射材料による
厚さ１００μｍの溶射層９′を溶射条件により設けた。
その後、この溶接接合部における熱影響部の軟化と残留
応力の除去および溶射層の密着性向上や高硬度化処理を
兼ねた５９０℃・２ｈの局部加熱処理を施した。なお、
この溶接接合部への溶射材料としてＷＣ−２５ＮｉＣｒ
を用いたのは、溶射作業が組立て後の角部および施工空
間が狭くなるため、Ｃｒ3Ｃ2−２０ＮｉＣｒと比較し、
施工角度等溶射条件が異なってもその皮膜特性に差異を
生じにくい材料のためである。
ナの溶接接合部１１およびその領域１０への溶射実施例
の断面図を示す。まず、ベーン１とクラウン２およびベ
ーン１とバンド３の溶接接合部１１ビード表面の凹凸を
平滑加工後ショットブラスト処理し、その接合部１１と
その接合領域１０にＷＣ−２５ＮｉＣｒ溶射材料による
厚さ１００μｍの溶射層９′を溶射条件により設けた。
その後、この溶接接合部における熱影響部の軟化と残留
応力の除去および溶射層の密着性向上や高硬度化処理を
兼ねた５９０℃・２ｈの局部加熱処理を施した。なお、
この溶接接合部への溶射材料としてＷＣ−２５ＮｉＣｒ
を用いたのは、溶射作業が組立て後の角部および施工空
間が狭くなるため、Ｃｒ3Ｃ2−２０ＮｉＣｒと比較し、
施工角度等溶射条件が異なってもその皮膜特性に差異を
生じにくい材料のためである。
【００３２】次に、市販溶射材料３種の溶射のままおよ
び溶射後加熱処理した皮膜と現用水車材料である金属材
料との耐土砂摩耗性の比較結果を説明する。
び溶射後加熱処理した皮膜と現用水車材料である金属材
料との耐土砂摩耗性の比較結果を説明する。
【００３３】なお、比較する現用水車材料はランナ材に
使用される５Ｎｉ−１３Ｃｒ鋳鋼と補修溶接材料として
使用されるSUS309Mo（２０Ｃｒ−１２Ｎｉ−２Ｍｏ系）
溶接材料および一般構造用材料のSUS304（１８Ｃｒ−８
Ｎｉ鋼板）であるが、ここではその処理条件の詳細は省
略する。一方、耐土砂摩耗性評価試験は水中噴流式土砂
摩耗試験装置を用い、噴流速度４０ｍ／ｓ，衝突角度４
５deg.，土砂Ａｌ2Ｏ3（平均粒径８μｍ），土砂濃度３
０ｇ／ｌ，試験時間６０min の条件で行い、その損傷量
（侵食量）は試験後の減量を密度で除した体積減量（cm
3 ）で表した。図７に溶射材料３種と現用水車材料との
耐土砂摩耗性比較結果を示す。溶射層の耐土砂摩耗性は
材料による相違はあるものの、現用水車材料に比べ、非
常に優れ、加熱処理層はさらに耐土砂摩耗性が向上す
る。従って、この結果からも、部品表面への高硬度溶射
層の形成は土砂摩耗による損傷を軽減し、溶射層の加熱
（後熱）処理はさらに耐土砂摩耗性を向上させる有効な
手段である。
使用される５Ｎｉ−１３Ｃｒ鋳鋼と補修溶接材料として
使用されるSUS309Mo（２０Ｃｒ−１２Ｎｉ−２Ｍｏ系）
溶接材料および一般構造用材料のSUS304（１８Ｃｒ−８
Ｎｉ鋼板）であるが、ここではその処理条件の詳細は省
略する。一方、耐土砂摩耗性評価試験は水中噴流式土砂
摩耗試験装置を用い、噴流速度４０ｍ／ｓ，衝突角度４
５deg.，土砂Ａｌ2Ｏ3（平均粒径８μｍ），土砂濃度３
０ｇ／ｌ，試験時間６０min の条件で行い、その損傷量
（侵食量）は試験後の減量を密度で除した体積減量（cm
3 ）で表した。図７に溶射材料３種と現用水車材料との
耐土砂摩耗性比較結果を示す。溶射層の耐土砂摩耗性は
材料による相違はあるものの、現用水車材料に比べ、非
常に優れ、加熱処理層はさらに耐土砂摩耗性が向上す
る。従って、この結果からも、部品表面への高硬度溶射
層の形成は土砂摩耗による損傷を軽減し、溶射層の加熱
（後熱）処理はさらに耐土砂摩耗性を向上させる有効な
手段である。
【００３４】図８に土砂摩耗損傷を考慮した本発明と従
来法との溶接構造水車ランナの製造方法の相違を示す。
本発明は従来法に比べ、溶射層の形成や加熱処理による
工程が増すものの、ランナ等大型構造物の全体加熱処
理、また、ベーン，シュラウド，バンド材の肉厚差によ
る温度の不均一性や冷却速度差による変形およびそれに
伴う溶射層の割れ発生の誘発等への影響因子が除かれ
る。従って、高信頼性を有する高密着性・高硬度溶射層
を流水面へ形成した耐土砂摩耗性溶接構造水車ランナが
製造できる。
来法との溶接構造水車ランナの製造方法の相違を示す。
本発明は従来法に比べ、溶射層の形成や加熱処理による
工程が増すものの、ランナ等大型構造物の全体加熱処
理、また、ベーン，シュラウド，バンド材の肉厚差によ
る温度の不均一性や冷却速度差による変形およびそれに
伴う溶射層の割れ発生の誘発等への影響因子が除かれ
る。従って、高信頼性を有する高密着性・高硬度溶射層
を流水面へ形成した耐土砂摩耗性溶接構造水車ランナが
製造できる。
【００３５】なお、本発明は、実施例および土砂摩耗試
験に供した溶射材料は一般に用いられている炭化物系材
料３種としたが、耐土砂摩耗性が現用の水車用金属材料
より優れている他の炭化物および酸化物を含むサーメッ
ト系材料による溶射層を形成させて製造しても何ら問題
はない。
験に供した溶射材料は一般に用いられている炭化物系材
料３種としたが、耐土砂摩耗性が現用の水車用金属材料
より優れている他の炭化物および酸化物を含むサーメッ
ト系材料による溶射層を形成させて製造しても何ら問題
はない。
【００３６】以上のように、河川水の流水面に高硬度溶
射層を被覆した溶接構造水車ランナは溶射層を被覆しな
い溶接構造水車ランナより耐土砂摩耗性が向上するた
め、ランナの寿命向上による補修や交換周期の延長化に
よるコスト低減が図れた。なお、本実施例はランナのみ
に限定したが、他機の流水面となる部材にも適用し、良
好な結果を得ている。
射層を被覆した溶接構造水車ランナは溶射層を被覆しな
い溶接構造水車ランナより耐土砂摩耗性が向上するた
め、ランナの寿命向上による補修や交換周期の延長化に
よるコスト低減が図れた。なお、本実施例はランナのみ
に限定したが、他機の流水面となる部材にも適用し、良
好な結果を得ている。
【００３７】
【発明の効果】本発明における耐土砂摩耗性溶接構造水
車ランナおよびその製造方法によると、河川水中に含ま
れる土砂による摩耗損傷が軽減でき、部品の補修や交換
周期の延長等が図れ、機器の寿命，経済性及び信頼性の
向上に大きく貢献できる。
車ランナおよびその製造方法によると、河川水中に含ま
れる土砂による摩耗損傷が軽減でき、部品の補修や交換
周期の延長等が図れ、機器の寿命，経済性及び信頼性の
向上に大きく貢献できる。
【図１】本発明の溶射層が適用されるフランシス水車ラ
ンナの断面図。
ンナの断面図。
【図２】ベーン表面への溶射施工実施例を示す斜視図。
【図３】クラウンとバンドへの溶射施工実施例を示す説
明図。
明図。
【図４】図２と図３を溶接接合した水車ランナの説明
図。
図。
【図５】溶接構造水車ランナ溶接接合部領域への溶射施
工実施例を示す断面図。
工実施例を示す断面図。
【図６】高硬度溶射材料と現用の水車用金属材料との耐
土砂摩耗性の説明図。
土砂摩耗性の説明図。
【図７】材料別の侵食量の比較説明図。
【図８】本発明と従来法との溶接構造水車ランナの製造
方法の相違を示す説明図。
方法の相違を示す説明図。
１…ベーン、２…クラウン、３…バンド、４…ランナコ
ーン、５…ガイドベーン、６…ステーベーン、７…ラン
ナライナ、８…シートライナ。
ーン、５…ガイドベーン、６…ステーベーン、７…ラン
ナライナ、８…シートライナ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新倉 和夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 ▲吉▼川 次雄 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (6)
- 【請求項１】ベーンを、バンドおよびクラウンに溶接接
合により一体化する溶接構造の水車ランナにおいて、三
次元曲面に成形した圧延鋼板を溶接で一体とした前記ベ
ーンと、前記バンドおよび前記クラウンとも、これらの
溶接接合領域を省く土砂を含む河川水の流水面となる表
面の一部を高硬度溶射層で被覆し各々加熱処理後溶接接
合により一体化し、前記溶接接合領域に前記高硬度溶射
層を被覆し、少なくとも溶接部の残留応力除去焼きなま
し処理を兼ねた局部加熱処理したことを特徴とする耐土
砂摩耗性溶接構造の水車ランナの製造方法。 - 【請求項２】前記高硬度溶射層は、Ｃｒ，Ｗ，Ｓｉ，Ａ
ｌの炭化物および酸化物系セラミックスが少なくとも重
量％で７０〜９０％とＮｉ，Ｃｒ，Ｃｏの１種以上の金
属ならびに合金が重量％で１０〜３０％を含み、ビッカ
ース硬さが９００以上であり、３０〜５００μｍの厚さ
で形成されている請求項１に記載の耐土砂摩耗性溶接構
造の水車ランナの製造方法。 - 【請求項３】前記高硬度溶射層の加熱処理および溶接部
の残留応力除去焼きなまし処理を兼ねた局部加熱処理は
５５０℃〜６２０℃の温度範囲で５時間以内である請求
項１に記載の耐土砂摩耗性溶接構造の水車ランナの製造
方法。 - 【請求項４】前記溶接接合領域は接合部材の合わせ面お
よび溶接接合部端面より、少なくとも１０〜２０mm離れ
た領域内である請求項１に記載の耐土砂摩耗性溶接構造
の水車ランナの製造方法。 - 【請求項５】前記ベーン、前記バンドおよび前記クラウ
ン部材や溶接接合部表面への高硬度被覆溶射層は、その
表面粗さが１０〜２０μｍとなる鋼やセラミックスのシ
ョットを用いたブラスト処理後に形成させる請求項１に
記載の耐土砂摩耗性溶接構造の水車ランナの製造方法。 - 【請求項６】圧延鋼板より成形した三次元曲面のベーン
を、バンドおよびクラウンに溶接接合によって一体化す
る溶接構造の水車ランナにおいて、溶接部を平滑加工し
たベーン，バンドおよびクラウンの溶接接合領域を省く
土砂を含む河川水の流水面となる表面の一部に、高硬度
被覆溶射層を形成後溶接接合し、その接合部凹凸表面を
平滑加工し、その部分にさらに高硬度被覆溶射層を形成
し、５５０℃〜６２０℃の温度範囲で５時間以内の熱処
理する請求項２，４または５に記載の耐土砂摩耗性溶接
構造の水車ランナの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8203428A JPH1047224A (ja) | 1996-08-01 | 1996-08-01 | 耐土砂摩耗性溶接構造の水車ランナの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8203428A JPH1047224A (ja) | 1996-08-01 | 1996-08-01 | 耐土砂摩耗性溶接構造の水車ランナの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1047224A true JPH1047224A (ja) | 1998-02-17 |
Family
ID=16473929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8203428A Pending JPH1047224A (ja) | 1996-08-01 | 1996-08-01 | 耐土砂摩耗性溶接構造の水車ランナの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1047224A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012067628A (ja) * | 2010-09-21 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | 水力機械用構成部材、水力機械用構成部材の製造方法および水力機械 |
| JP5507734B1 (ja) * | 2013-04-22 | 2014-05-28 | 東洋精鋼株式会社 | 機器保持装置 |
| CN113074072A (zh) * | 2020-01-06 | 2021-07-06 | 株式会社东芝 | 弗朗西斯式水轮机用叶轮以及弗朗西斯式水轮机 |
-
1996
- 1996-08-01 JP JP8203428A patent/JPH1047224A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012067628A (ja) * | 2010-09-21 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | 水力機械用構成部材、水力機械用構成部材の製造方法および水力機械 |
| JP5507734B1 (ja) * | 2013-04-22 | 2014-05-28 | 東洋精鋼株式会社 | 機器保持装置 |
| CN113074072A (zh) * | 2020-01-06 | 2021-07-06 | 株式会社东芝 | 弗朗西斯式水轮机用叶轮以及弗朗西斯式水轮机 |
| CN113074072B (zh) * | 2020-01-06 | 2023-03-07 | 株式会社东芝 | 弗朗西斯式水轮机用叶轮以及弗朗西斯式水轮机 |
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