JP2016132072A - 鋳鋼部材の補修方法 - Google Patents

Abstract

【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１０の表面１１に発生した亀裂１２を含む部分を切削して溝部１７を形成し、形成した溝部１７に補修部材３０を埋設することにより鋳鋼部材１０を補修する方法であって、溝部１７のうち少なくとも底部２１に、側方に拡がる拡張部２０を設ける拡張部形成工程と、拡張部を設けた溝部１７に補修部材３０を充填する補修部材充填工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、鋳鋼部材の補修方法において、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。

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ものがある。亀裂が発生した場合はその部分を研削、除去する。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。

発電所内の冷却水の管路のバタフライ弁の亀裂の補修方法としては、例えば、特許文献１に、高圧水洗浄後、損傷部を露出させ、グラインダーで略Ｕ字状の溝を形成し、つぎに、その溝内側全面に接着剤を塗布し、その後、自然加硫ゴム補修材を溝全体に充填する方法が記載されている。

特開２０１３−２３８３０２号公報

特許文献１はゴム補修材を亀裂除去部に充填するというものであるが、高温の蒸気が流れる環境下において、亀裂補修後も鋳鋼部材の肉厚を維持しつつその強度を保つという観点からは、亀裂除去部を肉盛溶接することが好ましいと考えられる。しかし、発電所施設内の鋳鋼部材には大型のものが多く、その溶接は現場で行わなければならないところ、現場で行う溶接は温度管理が難しいので、溶接後に溶接部が急冷して割れが生じる等の可能性がある。

本発明はこのような事情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補修方法を提供することにある。

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部分を切削して溝部を形成し、形成した溝部に補修部材を埋設することにより前記鋳鋼部材を補修する方法であって、前記溝部のうち少なくとも底部に、側方に拡がる拡張部を設ける拡張部形成工程と、前記拡張部を設けた溝部に前記補修部材を充填する補修部材充填工程と、を有することを特徴とする。

本発明のように、溝部のうち少なくとも底部に、側方に拡がる拡張部を設け、このような溝部に補修部材を充填することで、補修部材を溝部から離脱させにくくすることができる。これにより、鋳鋼部材の表面に発生した亀裂を現場で容易かつ確実に補修することができる。例えば、補修対象の鋳鋼部材が発電所のタービン車室のような大型の部材であっても、補修工場等に移動させることなく、現場で確実に補修することができる。

また、本発明においては、前記補修部材は、前記鋳鋼部材よりも展延性が高い金属性の素材からなるようにしてもよい。これにより、補修部材が補修部位にかかる熱応力を低減させ、熱応力に対する補修部位の耐久性を向上させることができる。

また、本発明においては、前記補修部材に凹部を設け、前記補修部材充填工程においては、前記凹部が前記溝部の底面の側になるように前記補修部材を前記溝部に挿入し、挿入した前記補修部材を叩打して前記凹部の内面を前記溝部の底面に接触させることにより、前記補修部材を前記溝部に充填させてもよい。

本発明のように、凹部を有する補修部材を溝部に挿入して叩打することにより、凹部の内面を溝部の底面に接触させ、これにより補修部材を溝部に充填させることで、補修部材を溝部に確実に隙間無く充填させることができる。これにより、補修部位にかかる熱応力を補修部材で効果的に緩和することができる。

また、本発明においては、前記溝部の開口の内側面を、前記鋳鋼部材の表面と略垂直になるように形成するようにしてもよい。

溝部の開口の内側面を鋳鋼部材の表面と略垂直になるようにすることで、補修部材を開口から挿入する際の切り欠け（チッピング）を防ぐことができる。

また、本発明においては、前記鋳鋼部材と前記埋設した補修部材との境界部を加熱することにより前記鋳鋼部材と前記補修部材とを接合する溶接工程を有するようにしてもよい。このように鋳鋼部材と補修部材を溶接することにより、蒸気が鋳鋼部材と補修部材の隙間に侵入して亀裂が発生・成長することを防ぐことができる。

本発明によれば、鋳鋼部材の表面に発生した亀裂を現場で確実に補修することができる。

蒸気タービン車室の外殻部材を説明する図である。 外殻部材の表面に発生する亀裂の一例を示す図である。 本実施形態の補修方法の手順を説明するフローチャートである。 亀裂１２を表面１１の上方から見た平面図である。 表面１１と垂直な亀裂短手方向の面で溝部を切断した断面図である。 溝部１５に充填する補修部材の一例を示す斜視図である。 溝部１７を表面１１と垂直な亀裂短手方向の面で切断した断面図である。 溝部１７を表面１１と垂直な亀裂短手方向の面で切断した断面図である。 補修部材３０を埋設した溝部１７を表面１１と垂直な亀裂短手方向の面で切断した断面図である。 表面１１と垂直な亀裂長手方向の面で溝部を切断した断面図である。 補修部材６０の斜視図である。 補修部材６０の正面図である。 補修部材６０の側面図である。 補修部材６０を埋設した溝部５０を表面１１と垂直な亀裂長手方向の面で切断した断面図である。

＜実施例１＞
本実施例の鋳鋼部材の補修方法は、熱応力により鋳鋼部材に発生した亀裂の補修に対して適用することができ、図１に示すような、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に適用できる。

蒸気タービン車室の外殻部材１０は、たとえばＣｒＭｏＶ鋳鋼などからなり、その起動・停止に伴って熱応力を受ける。これにより外殻部材１０はクリープ損傷を受け、内側の表面１１に亀裂１２が発生する。亀裂１２は、例えば図２に示すように、表面１１に現れ、最大深さＨを有する亀裂である。本実施例では、この亀裂１２を補修する場合について説明する。

図３は、本実施例の補修方法の手順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、亀裂１２の方向や寸法を確認する（Ｓ１。以下、亀裂確認工程Ｓ１という）。次に、この亀裂１２を含む表面１１を切削して溝部を形成する（Ｓ２。以下、溝部形成工程Ｓ２という）。次に、この溝部に補修部材を埋設する（Ｓ３。以下、補修部材埋設工程Ｓ３という）。そして、埋設した補修部材と外殻部材１０とを溶接する（Ｓ４。以下、溶接工程Ｓ４という）。以下、これらの工程の詳細を説明する。

まず、亀裂確認工程Ｓ１について説明する。

図４は、亀裂１２を外殻部材１０の表面１１の上方から見た平面図である。亀裂１２に対する切削範囲を決定するため、まず、表面１１における亀裂１２の長手方向（以下、亀裂長手方向という）と、亀裂長手方向と直交する方向である、表面１１における亀裂１２の短手方向（以下、亀裂短手方向という）とを設定する。そして、ノギス等で、亀裂長手方向における亀裂１２の長さと、亀裂短手方向における亀裂１２の長さとを測定する。本実施形態では、図４に示すように、亀裂長手方向の長さがＬ、亀裂短手方向の長さがＷであるとする。なお、通常、亀裂１２の亀裂長手方向の長さは５ｍｍ〜１００ｍｍ程度、亀裂短手方向の長さは０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

そして、亀裂１２全体を囲うように、亀裂長手方向と平行な長辺１３（長さＬ２）と、亀裂短手方向と平行な短辺１４（長さＷ２）とからなる長方形の切削線１５を設定する。

次に、溝部形成工程Ｓ２について説明する。

図５は、表面１１と垂直な亀裂短手方向の面で溝部を切断した断面図である。同図に示すように、溝部１７の形成は、切削線１５を基線として開始する。すなわち、切削線１５に沿って、カッター等で外殻部材１０の表面１１を垂直下方に研削し、その研削深さがＨ２（少なくとも亀裂１２の最大深さＨ以上の深さ）に達するまで研削を続ける。これにより、外殻部材１０に直方体状の空間（空洞部１８）を形成する。

なお、空洞部１８の上端である開口１９の短辺（亀裂短手方向）の長さはＷ２、開口１９の短辺（亀裂長手方向）の長さはＬ２（不図示）である。

続いて、空洞部１８の底部に、底面２１に向かってその空間が側方に拡がる拡張部２０を形成する。拡張部２０は亀裂短手方向に拡がっており、空洞部１８の底面２１における亀裂短手方向の長さＷ３は、開口１９の短辺の長さＷ２よりも長い。なお、開口１９から拡張部２０の上端までの高さＨ２１と、拡張部２０の高さＨ２２との割合は任意であるが、例えば、おおよそ両者が同じとする。また、図５に示したように、拡張部２０の底縁の角部２２は、補修部材３０を充填し易くするために曲面加工してもよい。

以上のように、溝部１７の底部に拡張部２０を形成する一方で、溝部１７の開口１９の内側面を外殻部材１０の表面と略垂直になるように空洞部１８を形成することで、補修部材を開口１９に挿入する際の切り欠け（チッピング）を防ぐことができる。

図６は、溝部１７に充填する補修部材３０の一例を示す斜視図である。同図に示すように、補修部材３０は直方体形の部材であり、溝部１７の寸法に対応した辺を有している。具体的には、補修部材３０は、開口１９の短辺に対応する辺３１（長さＷ２）と、開口１９の長辺に対応する辺３２（長さＬ２）と、溝部１７の深さＨ２よりもやや長い辺３３（長さＨ３）とを有する。Ｈ３は、補修部材３０の体積が溝部１７の空間体積とおおよそ同じになるような長さである（この理由は後述する）。

また、図６に示すように、補修部材３０には凹部３４が形成されている。すなわち、補修部材３０の底面の短手方向中央部に、長手方向に伸びる凹部３４が設けられている。

なお、補修部材３０は、外殻部材１０よりも展延性が高い金属性の素材からなる。例えば、純ニッケル、純クロム、純銀、銀−すず合金等である。

次に、補修部材埋設工程Ｓ３について説明する。

図７、８は、補修部材３０の溝部１７への挿入、埋設方法を説明する図である。

図７は、補修部材３０の挿入方法を説明するための、溝部１７を表面１１と垂直な亀裂短手方向の面で切断した断面図である。同図に示すように、補修部材３０の凹部３４を下方にし、さらに、補修部材３０の底面の長手方向を開口１９の長手方向に、補修部材３０の底面の短手方向を開口１９の短手方向にした上で、補修部材３０を溝部１７の底面２１に向けて挿入する。

図８は、補修部材３０の埋設方法を説明する、補修部材３０を埋設した溝部１７を表面１１と垂直な亀裂短手方向の面で切断した断面図である。同図に示すように、補修部材３０の凹部３４が溝部１７の底面２１に達するまで補修部材３０を溝部１７に挿入した後、補修部材３０の上面４１をハンマー等で上方から叩打する（符号４０）。

補修部材３０への叩打を繰り返すことで補修部材３０は変形し、溝部１７の底面２１と凹部３４とにより囲われた空間４２が徐々に狭窄する。その結果、補修部材３０が拡張部２０の空間に進入し、溝部１７全体が補修部材３０によって充填されるようになる。

また、前述のように、補修部材３０の高さＨ３は、補修部材３０の体積が溝部１７の空間容積と同じになるように設計されていることから、溝部１７が補修部材３０により充填されると、補修部材３０の頂面の高さが表面１１の高さまで下がる。これにより、外殻部材１０の補修部位の表面を平滑にすることができる。なお、補修部材３０を溝部１７に完全に充填しても補修部材３０の上面４１が外殻部材１０の表面１１に突出する場合は、突出した部分を切削してもよい。

最後に、溶接工程Ｓ４を説明する。

図９は、溶接工程Ｓ４を説明する、補修部材３０を埋設した溝部１７を表面１１と垂直な亀裂短手方向の面で切断した断面図である。同図に示すように、補修部材３０と外殻部材１０の境界部（補修部材３０の上面４１の周縁４３）をレーザー溶接機等で加熱することにより、外殻部材１０と補修部材３０とを接合（溶接）する。これにより、蒸気が外殻部材１０と補修部材３０の間の隙間に侵入して亀裂が発生・成長するといったことを防ぐことができる。

なお、レーザー溶接機を用いて接合するのではなく、溶接トーチ（TIGトーチ等）を用いてTIG溶接で補修部材３０を溶融させる（例えば９００℃以下で溶融させる）ようにしてもよい（例えば、補修部材３０の素材が純銀の場合）。

また、外殻部材１０と補修部材３０との境界部を直接溶接するのではなく、外殻部材１０と補修部材３０を跨ぐ開先を設け、この開先に対して所定の金属部材を肉盛溶接（レーザー溶接）するようにしてもよい。

以上のように、本実施例の鋳鋼部材の補修方法によれば、溝部１７のうち少なくとも底部に、側方に拡がる拡張部２０を設け、このような溝部１７に補修部材３０を充填することで、補修部材３０をアリ溝１７から離脱させにくくすることができる。これにより、鋳鋼部材の表面に発生した亀裂１２を現場で容易かつ確実に補修することができる。例えば、外殻部材１０のような、補修対象の鋳鋼部材が発電所のタービン車室のような大型の部材であっても、補修工場等に移動させることなく、現場で確実に補修することができる。

また、補修部材３０は、鋳鋼部材よりも展延性が高い金属性の素材からなるので、補修部材３０が補修部位にかかる熱応力を低減させ、熱応力に対する補修部位の耐久性を向上させることができる。

また、凹部３４を有する補修部材を溝部１７に挿入して叩打することにより、凹部３４を溝部１７の底面２１に接触させ、これにより補修部材３０を溝部１７に充填させることで、補修部材３０を溝部１７に確実に隙間無く充填させることができる。これにより、補修部位にかかる熱応力を補修部材３０で効果的に緩和することができる。なお、補修部材３０を溝部１７に隙間無く充填できれば、補修部材３０には凹部３４を必ずしも設けなくてもよい。

＜実施例２＞
実施例１では、溝部１７が亀裂短手方向に拡がる形状を有しており、この溝部１７に補修部材３０を埋設するようにしたが、亀裂長手方向にも拡がる溝部１７を形成してもよい。

図１０は、本実施例に係る、表面１１と垂直な亀裂長手方向の面で溝部を切断した断面図である。同図に示すように、この溝部５０における拡張部５１は、亀裂長手方向においても、底部に向かって拡がる空間となっている。すなわち、溝部５０の底面５２における亀裂長手方向の長さＬ３は、溝部５０の亀裂長手方向の長さＬ２よりも長くなっている（Ｌ３＞Ｌ２）。

図１１〜図１３は、本実施例に係る補修部材６０の一例を示す図である。このうち、図１１は補修部材６０の斜視図、図１２は補修部材６０の正面図、図１３は補修部材６０の側面図である。これらの図に示すように、補修部材６０は実施例１と同様の略直方体の部材であるが、実施例１とは異なる形状の凹部６４を有している。すなわち、補修部材６０の底面の中心を最深部とした凹部６４が設けられている。

この補修部材６０を埋設する場合は、以下のようになる。

図１４は、補修部材６０の溝部５０への埋設方法を説明する、補修部材３０を埋設した溝部５０を表面１１と垂直な亀裂長手方向の面で切断した断面図である。同図に示すように、補修部材６０の凹部６４が溝部５０の底面５２に達するまで補修部材６０を溝部５０に挿入し、補修部材６０を上面７５をハンマー等で上方から叩打する。

実施例１と同様、叩打を繰り返すことで、凹部６４と溝部５０の底面５２とで形成されている空間７６が徐々に狭窄し、補修部材６０が溝部５０の亀裂短手方向及び亀裂長手方向への拡張部５１に進入し、その結果、アリ溝５０全体が補修部材６０によって充填されるようになる。

このように、本実施例では、拡張部５１が亀裂短手方向だけでなく亀裂長手方向にも設けられているので、補修部材６０を溝部５０に確実に固定することができる。

以上の実施例の説明は、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。

例えば、補修部材を叩打した結果、溝部に隙間無く充填できた場合には、Ｓ４の溶接工程を省略することも可能である。

なお、本実施形態では、溝部１７の底部のみに拡張部２０を形成したが、拡張部２０は少なくとも溝部１７の底部に設けられていればよく、例えば、溝部１７が全体として、開口から底部に向かうほど側方に拡がっているようなアリ溝状（逆ハの字状）となるようにしてもよい。

１０ 外殻部材、１１ 表面、１２ 亀裂、１３ 長辺、１４ 短辺、１５ 切削線、１７ 溝部、１８ 空洞部、１９ 開口、２０ 拡張部、２１ 底面、２２ 角部、３０ 補修部材、３１ 辺、３２ 辺、３３ 辺、３４ 凹部、４１ 上面、４２ 空間、４３ 周縁、５０ 溝部、５１ 拡張部、５２ 底面、５３ 開口、６０ 補修部材、６４ 凹部、７５ 上面、７６ 空間

Claims (5)

1. 鋳鋼部材の表面に発生した亀裂を含む部分を切削して溝部を形成し、形成した溝部に補修部材を埋設することにより前記鋳鋼部材を補修する方法であって、
   前記溝部のうち少なくとも底部に、側方に拡がる拡張部を設ける拡張部形成工程と、
   前記拡張部を設けた溝部に前記補修部材を充填する補修部材充填工程と、
   を有することを特徴とする鋳鋼部材の補修方法。
2. 前記補修部材は、前記鋳鋼部材よりも展延性が高い金属性の素材からなることを特徴とする請求項１に記載の鋳鋼部材の補修方法。
3. 前記補修部材に凹部を設け、
   前記補修部材充填工程においては、前記凹部が前記溝部の底面の側になるように前記補修部材を前記溝部に挿入し、挿入した前記補修部材を叩打して前記凹部の内面を前記溝部の底面に接触させることにより、前記補修部材を前記溝部に充填させる
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋳鋼部材の補修方法。
4. 前記溝部の開口の内側面を、前記鋳鋼部材の表面と略垂直になるように形成す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補修方法。
5. 前記鋳鋼部材と前記埋設した補修部材との境界部を加熱することにより前記鋳鋼部材と前記補修部材とを接合する溶接工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の鋳鋼部材の補修方法。

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