JP6540045B2 - 鋳鋼部材の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳鋼部材の亀裂補修方法において、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ので、肉盛溶接が行われる。

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。

補修後の亀裂の再発を防止する方法としては、特許文献１に、溶接を行う前の隙間部に鉛や亜鉛を含有する低融点金属を挿入したのち、その外側を溶接補修する方法が記載されている。

特開２００３−２４０４４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法であっても、溶接部から亀裂が再発する可能性があり、さらなる技術の改善が望まれていた。

本発明はこのような現状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亀裂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の一つは、鋳鋼部材の表面に発生した亀裂を切削して孔を設け、設けた孔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、楔部材を差し込んだ前記補修部材を、前記孔の底面の側に前記楔部材を向けた状態で前記孔に挿入する補修部材挿入工程と、前記挿入した補修部材を叩打することにより、前記補修部材が前記差し込んだ楔部材により変形し前記孔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、楔部材が差し込まれた補修部材を、孔の底面の側に楔部材を向けた状態で孔に挿入し補修部材を叩打すると、差し込まれた楔部材によって補修部材が孔内で変形し、その結果、楔部材が孔に充填される。これにより、補修部材と鋳鋼部材との間が隙間無く埋まり、補修部材を鋳鋼部材に確実に固定することができる。このように、本発明によれば、補修部材と楔部材を利用するだけで、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。

また、前述の目的を達成するための本発明の他の一つは、鋳鋼部材の表面に発生した亀裂を切削して孔を設け、設けた孔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、その底面に楔部材を設置した前記孔に、前記補修部材を挿入する補修部材挿入工程と、前記挿入した補修部材を叩打することにより、前記補修部材が前記設置した楔部材に差し込まれて変形し、変形した前記楔部材が前記孔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、孔の底面に楔部材を予め設置しておき、この孔に補修部材を挿入することによっても、補修部材を鋳鋼部材に確実に固定することができ、上記発明と同様の効果が得られる。本発明によっても、補修部材と楔部材を利用するだけで、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。

なお、上記各発明においては、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っていてもよい。このようにすれば、補修部材は孔内において容易に変形すると共に、補修後に補修部位に熱応力がかかった場合であってもこれを低減させ、補修部位の耐久性を向上させることができる。

なお、上記各発明においては、前記鋳鋼部材の表面と略垂直になるように前記孔の内側面を形成するようにしてもよい。このようにすれば、孔内の補修部材を叩打した場合、楔部材により補修部材は孔の内側面に向かって拡がり易くなり、補修部材を孔全体に密填させることが容易となる。また、このような略垂直方向への孔の研削は技術的にも容易である。

また、上記各発明においては、前記亀裂が前記表面で線状をなす場合において、前記亀裂上の各位置に、複数の前記孔を互いに離間して設ける複数孔形成工程と、前記複数の孔を互いに連通させる溝を、前記亀裂に沿って前記亀裂を含むように設ける溝形成工程とを有し、前記補修部材挿入工程では、前記孔に嵌合する形状の第１の前記補修部材を前記孔のそれぞれに挿入すると共に、前記溝に嵌合する形状の第２の前記補修部材を前記溝のそれぞれに挿入し、前記補修部材充填工程では、前記挿入した第１の補修部材を叩打することにより前記孔を前記第１の補修部材で充填すると共に、前記挿入した前記第２の補修部材を叩打することにより前記溝を前記第２の補修部材で充填するようにしてもよい。

本発明のように、亀裂が表面で線状をなす場合、亀裂上の各位置に複数の孔を離間して設け、また、孔を互いに連通させる溝を設けた上で、孔及び溝に嵌合する補修部材（第１の補修部材、第２の補修部材）をそれぞれ挿入し、挿入した補修部材を叩打して充填を行うことにより、亀裂が長大に発生している場合でも、亀裂全体を容易に補修部材で充填し、補修を現場で確実に行うことができる。

また、上記各発明においては、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で、鋳鋼部材と補修部材の境界部に亀裂が発生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。 実施例１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を外殻部材１０の表面１１の上方から見た平面図である。 切削孔１７を表面１１と垂直な面で切断した断面図である。 補修部材３０の上方図である。 楔部材２０の上方図である。 補修部材３０が挿入された切削孔１７を表面１１と垂直な面で切断した断面図である。 補修部材３０を充填した切削孔１７を表面１１と垂直な面で切断した断面図である。 実施例２の補修方法の手順を説明するフローチャートである。 補修部材４０が挿入された切削孔１７を表面１１と垂直な面で切断した断面図である。 亀裂４１を外殻部材１０の表面１１の上方から見た平面図である。 実施例３の補修方法の手順を説明するフローチャートである。 外殻部材１０の表面１１を上方から見た図である。 外殻部材１０の表面１１を上方から見た図である。 外殻部材１０の表面１１を上方から見た図である。 楔部材の一例を示す図である。 楔部材の一例を示す図である。

＜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に直線上の亀裂１２が発生する。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２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（Ｓ１１）。

図３は、この工程（以下、亀裂確認工程Ｓ１１という）を説明する、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。本実施形態では、同図に示すように、亀裂１２全体を囲うように、表面１１に直径Ｄの略円形の領域１３を定め、この領域１３の輪郭線１４を基線として、切削孔の形成を開始するようにする。

次に、この亀裂１２を含む表面１１を切削し、切削孔を形成する（図２のＳ１２）。

図４は、この工程（以下、切削孔形成工程Ｓ１２という）を説明する、表面１１と垂直な面で切削孔を切断した断面図である。同図に示すように、輪郭線１４に沿って、ドリルやカッター等で外殻部材１０の表面１１を垂直下方に切削し、これにより円筒形の切削孔１７を形成する。切削孔１７の深さＨ２は、少なくとも亀裂１２の最大深さＨ以上とする。

次に、この切削孔１７に、楔部材を差し込んだ補修部材を挿入する（図２のＳ１３）。

図５は、この工程（以下、補修部材挿入工程Ｓ１３という）を説明するための、切削孔１７を表面１１と垂直な面で切断した断面図である。同図に示すように、後述する楔部材２０をその底面３１に差し込んだ円柱形の補修部材３０を、楔部材２０の底面２１を切削孔１７の底面１８の側に向けた状態で切削孔１７に挿入する。

ここで、図６は補修部材３０の斜視図である。同図に示すように、補修部材３０は円柱形の部材であり、その頂面３２及び底面３１の直径がＤ２、その高さがＨ３である。補修部材３０の高さＨ３は、切削孔１７の高さＨ２よりもやや長く設計されている。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。

図７は楔部材２０の上方図である。同図に示すように、楔部材２０は円錐形の部材であり、その底面２１の直径は補修部材３０の頂面３２及び底面３１よりも短いＤ３、その高さは補修部材３０の高さよりも短いＨ４である。なお、楔部材２０は、補修部材３０よりも強度の高い金属からなり、例えば、CrMo鋼、CrMoV鋼、９％Cr鋼、１２％Cr鋼、Ni基合金、Co基合金、SUS系材等の高温耐熱材料である。

次に、切削孔１７内に、楔部材２０を挿入した補修部材３０を叩打し変形させる（図２のＳ１４）。

図８は、この工程（以下、補修部材叩打工程Ｓ１４という）を説明する、補修部材３０が挿入された切削孔１７を表面１１と垂直な面で切断した断面図である。同図に示すように、切削孔１７の底面１８にまで挿入した補修部材３０の頂面３２を、ハンマー等で叩打する（符号３５）。補修部材３０は前述のように展延性の高い金属からなるので、頂面３２への叩打を繰り返すと、補修部材３０は、楔部材２０が挿入されている部分を中心に外側に変形し、内側面１９に向かって拡がる。最終的には、補修部材３０は切削孔１７全体を充填することになる。

なお、前述のように、補修部材３０の高さＨ３は切削孔１７の深さＨ２よりも高くなっていることから、補修部材３０を切削孔１７に充填させても、充填後の補修部材３０の頂面３２の高さは表面１１の高さに近くなる。なお、頂面３２の高さが表面１１の高さより突出している場合は、突出した部分を研削してもよい。

最後に、切削孔１７内に充填した補修部材３０を、外殻部材１０と溶接する（図２のＳ１５）。

図９は、この工程（以下、溶接工程Ｓ１５という）を説明する、補修部材３０を充填した切削孔１７を表面１１と垂直な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の頂面３２の周縁３３）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（符号３４）。これにより、外殻部材１０と補修部材３０の間に隙間が生じて高温の蒸気が侵入して外殻部材１０と補修部材３０の境界部に亀裂が発生する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、楔部材２０が差し込まれた補修部材３０を、切削孔１７の底面１８の側に楔部材２０を向けた状態で切削孔１７に挿入し補修部材３０を叩打すると、差し込まれた楔部材２０によって補修部材３０が切削孔１７内で変形し、その結果、切削孔１７に充填される。これにより、補修部材３０と外殻部材１０との間が隙間無く埋まり、補修部材３０を外殻部材１０に確実に固定することができる。このように、本実施例の鋳鋼部材の補修方法によれば、補修部材３０と楔部材２０を利用するだけで、外殻部材１０の表面１１に発生した亀裂１２を現場で確実に補修することができる。

＜実施例２＞
実施例１では、補修部材３０に予め楔部材２０を差し込んでおき、その補修部材３０を切削孔１７に挿入したが、先に楔部材２０を切削孔１７内に設置しておき、そこに補修部材３０を挿入するようにしてもよい。

図１０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（Ｓ２１）。次に、この亀裂１２を含む切削孔を表面１１に形成する（Ｓ２２）。これらは、実施例１の亀裂確認工程Ｓ１１、及び切削孔形成工程Ｓ１２と同様である。

次に、切削孔の底面に楔部材を設置し（Ｓ２３）、楔部材を設置した切削孔に補修部材を挿入する（Ｓ２４）。

図１１は、この工程（以下、補修部材挿入工程という）を説明するための、補修部材４０が挿入された切削孔１７を表面１１と垂直な面で切断した断面図である。同図に示すように、切削孔１７の底面１８の中央部に、頂部２２を上方にして楔部材２０を設置する。そして、補修部材３０の底面３１を下方にして、補修部材３０の底面３１が楔部材２０の頂部２２に当接するまで補修部材３０を切削孔１７に挿入する。そして、切削孔１７に挿入した補修部材３０の頂面３２をハンマー等で叩打することにより、補修部材３０を楔部材２０により変形させて、実施例１の補修部材叩打工程Ｓ１４と同様に切削孔１７に補修部材３０を充填させる（Ｓ２５）。

最後に、補修部材３０を外殻部材１０と溶接する（図１０のＳ２６）。これは、実施例１の溶接工程Ｓ１５と同様である。

本実施例のように、切削孔１７の底面１８に楔部材２０を予め設置しておき、切削孔１７に補修部材３０を挿入することによっても、補修部材３０を外殻部材１０に確実に固定することができ、実施例１と同様の効果が得られる。このように、本実施例の鋳鋼部材の補修方法によっても、補修部材３０と楔部材２０を利用するだけで、外殻部材１０の表面１１に発生した亀裂１２を現場で確実に補修することができる。

＜実施例３＞
実施例１、２では、亀裂１２全体を囲うような円筒形の切削孔１７を設けた。ただ、亀裂１２の長さが長い場合は、そのような切削孔を設けた場合には切削孔が大きくなりすぎ、補修部位の耐久性が落ちて外観を損ねることにもなる。そこで本実施例では、亀裂４１が線状（折れ線状）に長く発生している場合（図１２に示したような亀裂４１）における補修方法を説明する。

図１３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、亀裂確認工程Ｓ１１と同様、亀裂４１の方向や寸法を確認する（Ｓ３１）。

次に、亀裂４１上の各所に複数の小さめの切削孔を設け（Ｓ３２）、さらにこれらの切削孔を連通する溝を設ける（Ｓ３３）。

図１４は、Ｓ３２及びＳ３３の工程を説明する、外殻部材１０の表面１１を上方から見た図である。同図に示すように、折れ線状に発生している亀裂４１の各所（本実施例では各屈曲部４２）に、実施例１と同様に円筒形の切削孔４３をそれぞれ離間して設ける。ただし、各切削孔４３の直径（開口部の直径）ｄは小さめにし、隣接する他の切削孔４３と重ならないようにする。

そして、各切削孔４３を連通する溝４５を、亀裂４１に沿って、かつ亀裂４１を含むように設ける。なお、溝４５の幅は亀裂４１を含むような幅であればよいので、切削孔４３の直径ｄより短くてもよい。

以上のようにして、切削孔４３と溝４５により構成される一筆の補修孔４８を形成する。

次に、図１３のＳ３４に示すように、楔部材を差し込んだ補修部材を補修孔４８に挿入して叩打し、埋設する。

図１５は、補修孔４８に挿入、埋設する補修部材を上方からみた図である。同図に示すように、本実施例では複数の補修部材を用いる。すなわち、切削孔４３の形状に対応する形状の円筒部材６３（以下、第１の補修部材ともいう）と、溝４５の形状に対応する形状の架橋部材６４（以下、第２の補修部材ともいう）とを用い、円筒部材６３を切削孔４３に、架橋部材６４を溝４５に、それぞれ挿入、埋設する。

なお、円筒部材６３の頂面及び底面の直径は、切削孔４３の直径よりもやや短くし、円筒部材６３の高さは切削孔４３の深さよりもやや高く（長く）することが好ましい。また、架橋部材６４の幅及び長さは、溝４５のそれよりもやや短くし、架橋部材６４の高さは溝４５の深さよりも高く（長く）することが好ましい。

円筒部材６３の底面には、実施例１と同様の円錐形の部材である、楔部材５０が差し込まれている。なお、楔部材５０の底面の直径は円筒部材６３の底面の直径より短くし、楔部材５０の高さは円筒部材６３の高さより低くすることが好ましい。

また、架橋部材６４の底面には、楔部材５０より小さい円錐形の部材である楔部材５５が差し込まれている（素材は楔部材５０と同様である）。なお、楔部材５５の底面の直径は架橋部材６４の幅より短くし、楔部材５５の高さは架橋部材６４の高さより低くすることが好ましい。また、楔部材５５は、架橋部材６４の長さに応じて、１つ又はそれ以上、架橋部材６４の長手方向に沿って設けられている。

図１６は、各補修部材を用いた前述のＳ３４の工程（以下、補修部材叩打工程という）を説明する、外殻部材１０の表面１１を上方から見た図である。同図に示すように、補修部材叩打工程では、楔部材５０を差し込んだ円筒部材６３を、実施例１と同じ要領で補修孔４８に挿入し、円筒部材６３の頂面６１をハンマー等で叩打する（符号６２）。これにより、円筒部材６３は切削孔４３の内側面４４に向かって拡がり、切削孔４３を充填する（符号４７）。

また、楔部材５５を差し込んだ各架橋部材６４は溝４５に挿入し、ハンマー等で架橋部材６４の頂面を叩打する（符号６５）。これにより、架橋部材６４は溝４５全体に拡がり、溝４５を充填する（符号４９）。

以上のようにして、各切削孔４３を円筒部材６３で、各溝４５を架橋部材６４で、それぞれ充填する。

補修部材（円筒部材６３、架橋部材６４）の充填が終わったら、最後に、各補修部材を外殻部材１０と溶接する（図１３のＳ３７）。すなわち、実施例１と同様に、円筒部材６３、及び架橋部材６４のそれぞれの外縁部を加熱して外殻部材１０との溶接を行う。

以上のように、本実施例の鋳鋼部材の補修方法によれば、亀裂４１が表面で線状をなす場合、亀裂４１上の各位置に複数の切削孔４３を離間して設け、また、切削孔４３を互いに連通させる溝４５を設けた上で、切削孔４３及び溝４５に嵌合する補修部材（第１の補修部材、第２の補修部材）を挿入し、挿入した補修部材を叩打して充填を行うことにより、亀裂４１が長大に発生している場合でも、亀裂４１全体を容易に補修部材で充填し、補修を現場で確実に行うことができる。また、切削孔４３を大きく設ける必要が無いので、補修部位の耐久性を保ち、外観も損ねない。

なお、本実施例では、亀裂４１の屈曲部４２に切削孔４３を設けるようにしたが、屈曲部４２がない場合（亀裂４１が直線状の場合等）や屈曲部４２同士が離れている場合は、亀裂４１の直線部に適宜切削孔４３を設けるようにする。

また、本実施例では、複数の補修部材（第１の補修部材、第２の補修部材）を組み合わせて補修孔４８を充填したが、補修孔４８の形状に対応した１個の補修部材を補修孔４８に充填するようにしてもよい。

また、楔部材５０の使用方法について、本実施例では、実施例１と同様に予め楔部材５０を補修部材６０に差し込んでから補修孔４８に挿入したが、実施例２のように、切削孔４３の底面に楔部材５０を設置しておき、そこに補修部材６０を補修孔４８に挿入することにより楔部材５０を差し込むようにしてもよい。

＜その他の実施例＞
上記の実施例では、楔部材の形状は円錐形であったが、補修部材の表面に差し込めるような先端部を有していれば、楔部材の形状はこれに限らない。

例えば、楔部材は円錐形以外の任意の錐体でもよく、図１７に示すような三角錐状の楔部材７０であってもよい。

また、図１８に示すような、その長手方向断面が三角形で、傾斜面８１の共通辺８２が先端部を形成する楔部材８０であってもよい。

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、溝部よりその容積を大きくした補修部材を溝部に隙間無く充填した場合には、溶接工程を省略することも可能である。

１０ 外殻部材、１１ 表面、１２ 亀裂、１３ 領域、１４ 輪郭線、１７ 切削孔、１８ 底面、１９ 内側面、２０ 楔部材、２２ 頂部、３０ 補修部材、３１ 底面、３２ 頂面、３３ 周縁、４０ 補修部材、４１ 亀裂、４２ 屈曲部、４３ 切削孔、４４ 内側面、４５ 溝、４８ 補修孔、５０ 楔部材、５５ 楔部材、６０ 補修部材、６１ 頂面、６３ 円筒部材、６４ 架橋部材、７０ 楔部材、７１ 頂点、８０ 楔部材、８１ 傾斜面、８２ 共通辺

Claims (5)

1. 鋳鋼部材の表面に発生した亀裂を切削して孔を設け、設けた孔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、
   楔部材を差し込んだ状態の、前記孔と略同形であってその高さが前記孔の深さよりも高く設定され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前記補修部材を、前記孔の底面の側に前記楔部材を向けた状態で前記孔に挿入する補修部材挿入工程と、
   前記挿入した補修部材を叩打することにより、前記補修部材が前記差し込んだ楔部材により変形し前記孔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. 鋳鋼部材の表面に発生した亀裂を切削して孔を設け、設けた孔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、
   その底面に楔部材を設置した前記孔に、前記孔と略同形であってその高さが前記孔の深さよりも高く設定され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前記補修部材を挿入する補修部材挿入工程と、
   前記挿入した補修部材を叩打することにより、前記補修部材が前記設置した楔部材に差し込まれて変形し、変形した前記楔部材が前記孔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。
3. 前記鋳鋼部材の表面と略垂直になるように前記孔の内側面を形成す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. 前記亀裂が前記表面で線状をなす場合において、
   前記亀裂上の各位置に、複数の前記孔を互いに離間して設ける複数孔形成工程と、
   前記複数の孔を互いに連通させる溝を、前記亀裂に沿って前記亀裂を含むように設ける溝形成工程とを有し、
   前記補修部材挿入工程では、前記孔に嵌合する形状の第１の前記補修部材を前記孔のそれぞれに挿入すると共に、前記溝に嵌合する形状の第２の前記補修部材を前記溝のそれぞれに挿入し、
   前記補修部材充填工程では、前記挿入した第１の補修部材を叩打することにより前記孔を前記第１の補修部材で充填すると共に、前記挿入した前記第２の補修部材を叩打することにより前記溝を前記第２の補修部材で充填する
   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充填した前記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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