JP2003311442A - Repairing apparatus of metallic material and its repairing method - Google Patents

Repairing apparatus of metallic material and its repairing method

Info

Publication number
JP2003311442A
JP2003311442A JP2002126349A JP2002126349A JP2003311442A JP 2003311442 A JP2003311442 A JP 2003311442A JP 2002126349 A JP2002126349 A JP 2002126349A JP 2002126349 A JP2002126349 A JP 2002126349A JP 2003311442 A JP2003311442 A JP 2003311442A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
repairing
sprayed layer
rotary tool
metal material
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002126349A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunihiko Wada
国彦 和田
Masako Nakabashi
昌子 中橋
Masayuki Ishikawa
昌幸 石川
Toshiaki Fuse
俊明 布施
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2002126349A priority Critical patent/JP2003311442A/en
Publication of JP2003311442A publication Critical patent/JP2003311442A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an easily controllable repairing apparatus of a metallic material by which influence on a base material caused by heat input is reduced, so that the deformation of the base material is prevented, and the occurrence of defects in a repair part is prevented when a metallic material is repaired, and to provide a repairing method thereof. <P>SOLUTION: The repairing apparatus 10 of a metallic material consists of a rotary tool 1 which is press-contacted with a thermal spraying layer 5 formed by thermal spraying on a defective part 4 in the surface of a metallic material, so that the thermal spraying layer 5 is rubbed, thus is heated and plastically fluidized, and a driving apparatus 2 which rotatively drives the rotary tool 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は金属材料の補修方法
に係り、特にガスタービンや蒸気タービン、水車あるい
は原子力発電等の発電機器に用いられる金属材料の補修
装置および補修方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal material repair method, and more particularly to a metal material repair apparatus and repair method used for gas turbines, steam turbines, turbines, and power generation equipment such as nuclear power generation.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービンや蒸気タービン等に使用さ
れる部材や水車に使用される部材、あるいは原子力発電
プラントに使用される部材には、通常金属材料が用いら
れる。これらの金属材料は、継続して使用することによ
り亀裂や腐食による減肉を生じる場合があり、こうした
亀裂や減肉に対する補修方法として、従来からいくつか
の補修方法が実施されている。
2. Description of the Related Art Metallic materials are usually used for members used in gas turbines, steam turbines, etc., members used in water turbines, and members used in nuclear power plants. When these metal materials are continuously used, there is a case where cracking or corrosion causes wall thinning, and some repairing methods have been conventionally performed as repairing methods for such cracking or wall thinning.

【0003】例えば、TIG溶接、MIG溶接による溶
接肉盛や、プラズマ内に粉末の肉盛材料を供給するプラ
ズマ肉盛(PTA)や、レーザを用いたレーザ肉盛等の
補修方法が一般的に用いられている。
For example, repair methods such as welding overlay by TIG welding and MIG welding, plasma overlay (PTA) for supplying a powder overlay material into plasma, and laser overlay using a laser are generally used. It is used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】こうした従来の補修方
法は、補修材料を融点以上に加熱するため大きな熱量を
必要とし、補修に要する施工時間が短いという利点があ
る。
The conventional repairing method as described above has an advantage that a large amount of heat is required to heat the repairing material to a temperature equal to or higher than the melting point, and the construction time required for the repairing is short.

【0005】しかしながら、高温で補修するため基材へ
の入熱量が大きく、基材の熱負荷による変形量が大きい
という問題があった。
However, since the repair is performed at a high temperature, the heat input to the base material is large, and the deformation amount due to the heat load of the base material is large.

【0006】また、従来の溶接肉盛法や、プラズマ肉盛
法による補修方法は、プロセスの細かい制御が容易でな
く、プロセスの制御により品質にばらつきを生じる場合
があり、肉盛部分に気泡が残存する等の施工不良の原因
ともなっていた。
Further, in the conventional welding overlay method and the plasma overlay overlay repair method, fine control of the process is not easy, and the quality of the process may vary depending on the process control. It was also a cause of construction failure such as remaining.

【0007】また、こうしたプロセス制御は、技術者の
経験と勘に依存するため、作業の再現性が低く、補修作
業の精度に問題があった。
Further, since such process control depends on the experience and intuition of an engineer, the reproducibility of the work is low and the accuracy of the repair work is problematic.

【0008】一方、従来の金属材料の補修方法において
は、基材と補修材料との接合面での接合不良が問題とな
っている。この接合性を改善するために、従来の金属材
料の補修方法は、基材の欠陥部を研磨あるいは洗浄する
工程が不可欠であった。
On the other hand, in the conventional method of repairing a metal material, there is a problem of poor bonding at the bonding surface between the base material and the repair material. In order to improve the bondability, the conventional method of repairing a metal material requires a step of polishing or cleaning the defective portion of the base material.

【0009】しかしながら、この研磨・洗浄工程におい
ては、欠陥部表面の不純物を機械的に研磨するため、基
材への入熱が大きく、基材の変形を招いたり、また、薬
品を用いた洗浄は、基材の変質や施工上の制約事項もあ
るため、十分に補修箇所の不純物を除去することが困難
であった。
However, in this polishing / cleaning step, since impurities on the surface of the defective portion are mechanically polished, heat input to the base material is large, causing deformation of the base material, and cleaning using chemicals. However, it was difficult to sufficiently remove impurities at the repaired part because there were alterations of the base material and restrictions on construction.

【0010】このような問題を解決するために、補修部
分の表面に肉盛材料の紛体を置き、機材の表面から回転
工具を押し当てることにより、摩擦熱により肉盛を行う
補修方法も開発されている。
In order to solve such a problem, a repairing method has been developed in which a powder of the overlay material is placed on the surface of the repaired portion and a rotary tool is pressed against the surface of the equipment to perform overlaying by frictional heat. ing.

【0011】こうした金属材料の補修方法としては、例
えば特開平11−50266号公報に記載されたものが
あり、金属部材の一部分を改質する場合に、目的とする
箇所に紛体の改質材料を補充し、この補充部分に回転プ
ローブを埋入させて回転摩擦し、改質材料を一体化させ
る技術が開示されている。
As a method of repairing such a metal material, there is one described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-50266, and when a part of a metal member is modified, a powder modifying material is applied to a target portion. A technique is disclosed in which the modifying material is replenished, the rotating probe is embedded in the replenishing portion, and the modifying material is integrated by rotating friction.

【0012】しかしながら、肉盛材料として紛体を使用
する場合、紛体材料を担示するための溝加工等の前加工
を必要としたり、また、紛体を欠陥部に補充することが
難しく、補修時に補修材料の充填不足が生じ、その結
果、補修部に欠陥を生じる等の不都合があった。
However, when powder is used as the overlay material, preprocessing such as groove processing for carrying the powder material is required, and it is difficult to replenish the defective portion with the powder, and repair is required at the time of repair. There was an inconvenience such as insufficient filling of the material, resulting in defects in the repaired portion.

【0013】また、基材への入熱量を効果的に低減し
て、基材の変形を防止するものではなく、入熱の問題を
解決して補修精度を向上する技術については、これまで
のところ提出されていなかった。
Further, a technique for effectively reducing the amount of heat input to the base material to prevent the deformation of the base material, but for solving the problem of heat input and improving the repair accuracy has been proposed. However, it was not submitted.

【0014】すなわち、基材への入熱量を抑制し、また
施工工程が簡略であり、補修部の欠陥の少ない金属材料
の補修装置及び補修方法が求められていた。
That is, there has been a demand for a repairing apparatus and repairing method for a metal material which suppresses the heat input to the base material, has a simple construction process, and has few defects in the repairing portion.

【0015】本発明は、上述したような事情を考慮して
なされたものであり、金属材料の補修を行う際に、入熱
による基材への影響を低減して基材の変形を防止し、補
修部の欠陥の発生を防止し、また、制御が容易な金属材
料の補修装置および補修方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and when repairing a metal material, the influence of heat input on the base material is reduced to prevent the base material from being deformed. An object of the present invention is to provide a repairing apparatus and a repairing method for a metal material, which prevent the occurrence of defects in the repairing section and are easy to control.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明に係る金属材料の
補修装置は、上述した課題を解決するために、請求項1
に記載したように、金属材料の表面の欠陥部に形成され
た溶射層に圧接させ、前記溶射層を摩擦することにより
加熱して塑性流動させる回転工具と、前記回転工具を回
転駆動させる駆動装置とから構成されたことを特徴とす
るものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a repairing device for a metallic material according to the present invention has the following features:
As described in 1., a rotary tool that is pressed against a thermal spray layer formed on a defective portion of the surface of a metal material, and is heated by friction of the thermal spray layer to cause plastic flow, and a drive device that rotationally drives the rotary tool. It is composed of and.

【0017】また、本発明に係る金属材料の補修方法
は、請求項2に記載したように、前記回転工具の溶射層
に圧接する側の端面を凸面形状に構成したことを特徴と
するものである。
Further, the metal material repairing method according to the present invention is characterized in that, as described in claim 2, the end surface of the rotary tool on the side in pressure contact with the sprayed layer is formed in a convex shape. is there.

【0018】さらに、本発明に係る金属材料の補修装置
は、請求項3に記載したように、前記回転工具の溶射層
に圧接する側の端面に、前記溶射層に嵌入して塑性流動
させるための突起部を設け、前記突起部の外面におねじ
部を形成したことを特徴とするものである。
Further, according to the third aspect of the present invention, in the metal material repairing device, the rotary tool is fitted into the sprayed layer at the end surface of the rotary tool which is in pressure contact with the sprayed layer to cause plastic flow. Is provided, and a screw portion is formed on the outer surface of the protrusion.

【0019】また、本発明に係る金属材料の補修装置
は、請求項4に記載したように、前記回転工具の溶射層
に圧接する側の端面に、渦状のらせん溝を設けたことを
特徴とするものである。
Further, the repairing device for a metal material according to the present invention is characterized in that, as described in claim 4, a spiral spiral groove is provided on the end face of the rotary tool on the side in pressure contact with the sprayed layer. To do.

【0020】さらに、本発明に係る金属材料の補修装置
は、請求項5に記載したように、前記回転工具により溶
射層を摩擦して加熱する際に、溶射層を外部から加熱す
る加熱装置を設けたことを特徴とするものである。
Further, according to a fifth aspect of the present invention, there is provided a metal material repairing device which comprises a heating device for heating the sprayed layer from the outside when the rotary tool frictionally heats the sprayed layer. It is characterized by being provided.

【0021】一方、本発明に係る金属材料の補修方法
は、請求項6に記載したように、金属材料からなる基材
表面の欠陥部の補修を行う金属材料の補修方法におい
て、欠陥部の表面に溶射により溶射層を形成する工程
と、前記溶射層に回転工具を圧接させて溶射層を摩擦す
ることにより加熱し、前記溶射層を塑性流動させる工程
とを含むことを特徴とする方法である。
On the other hand, the method for repairing a metallic material according to the present invention is, as described in claim 6, a method for repairing a metallic material for repairing a defective portion on the surface of a base material made of a metallic material. And a step of forming a sprayed layer by thermal spraying, heating the sprayed layer by friction by pressing a rotating tool against the sprayed layer to plastically flow the sprayed layer. .

【0022】また、本発明に係る金属材料の補修方法
は、請求項7に記載したように、前記基材表面の欠陥部
に燃焼ガスを用いたフレーム溶射法により溶射層を形成
する際に、溶射粒子速度を500m/s〜1200m/
sとすることを特徴とする方法である。
Further, according to the method of repairing a metal material according to the present invention, as described in claim 7, when a flame spraying method using a combustion gas is used to form a sprayed layer on a defective portion of the surface of the base material, Spray particle velocity 500m / s ~ 1200m /
The method is characterized by setting s.

【0023】さらに、本発明に係る金属材料の補修方法
は、請求項8に記載したように、前記基材表面の欠陥部
に圧縮空気を用いたフレーム溶射法により溶射層を形成
する際に、溶射粒子速度を500m/s〜1200m/
sとすることを特徴とする方法である。
Further, in the method for repairing a metal material according to the present invention, as described in claim 8, when the flame sprayed layer is formed on the defective portion on the surface of the base material by the flame spraying method using compressed air, Spray particle velocity 500m / s ~ 1200m /
The method is characterized by setting s.

【0024】一方、本発明に係る金属材料の補修方法
は、請求項9に記載したように、前記基材表面の欠陥部
に溶射層を形成する溶射工程において、溶射材料として
ボロンまたはシリコンを添加した溶射材料を使用するこ
とを特徴とする方法である。
On the other hand, in the method for repairing a metallic material according to the present invention, as described in claim 9, boron or silicon is added as a thermal spraying material in the thermal spraying step of forming a thermal sprayed layer on the defective portion on the surface of the base material. The method is characterized by using the above-mentioned thermal spray material.

【0025】また、本発明に係る金属材料の補修方法
は、請求項10に記載したように、前記溶射層に回転工
具を圧接させて溶射層を摩擦することにより加熱して塑
性流動させる工程において、前記基材および溶射層を加
熱手段により外部から加熱することを特徴とする方法で
ある。
Further, in the method for repairing a metal material according to the present invention, as described in claim 10, in the step of heating the plastic layer by pressing the rotary tool against the spray layer and rubbing the spray layer to heat the plastic layer. The method is characterized in that the base material and the sprayed layer are externally heated by a heating means.

【0026】さらに、本発明に係る金属材料の補修方法
は、請求項11に記載したように、前記基材の欠陥部の
表面の不純物層を除去し、前記基材の欠陥部の表面に溶
射法により溶射層を形成し、前記溶射層に回転工具を圧
接させて溶射層を摩擦することにより前記溶射層を塑性
流動させることを特徴とする方法である。
Further, in the method for repairing a metallic material according to the present invention, as described in claim 11, the impurity layer on the surface of the defective portion of the base material is removed, and the surface of the defective portion of the base material is sprayed. A sprayed layer is formed by a method, and a rotary tool is pressed against the sprayed layer to rub the sprayed layer to plastically flow the sprayed layer.

【0027】また、本発明に係る金属材料の補修方法
は、請求項12に記載したように、前記基材の欠陥部の
表面の不純物層を旋盤、フライス盤、研磨盤、リュータ
ー、研磨紙、ブラストの内、少なくとも1つを用いた機
械的除去法により除去することを特徴とする方法であ
る。
Further, in the method for repairing a metal material according to the present invention, as described in claim 12, the impurity layer on the surface of the defective portion of the substrate is turned by a lathe, a milling machine, a polishing machine, a router, a polishing paper, or a blasting machine. Among them, the method is characterized by removing by a mechanical removal method using at least one of them.

【0028】さらに、本発明に係る金属材料の補修方法
は、請求項13に記載したように、前記基材の欠陥部の
表面の不純物層をCOレーザ、YAGレーザ、エキシ
マレーザのうちから選択される少なくとも1種類のレー
ザを用いたレーザ除去法により除去することを特徴とす
る方法である。
Further, in the method for repairing a metallic material according to the present invention, as described in claim 13, the impurity layer on the surface of the defective portion of the base material is selected from CO 2 laser, YAG laser and excimer laser. The method is characterized by removing by a laser removal method using at least one type of laser described above.

【0029】また、本発明に係る金属材料の補修方法
は、請求項14に記載したように、前記基材の欠陥部の
表面の不純物層を塩酸、りん酸、酢酸、クエン酸、水酸
化ナトリウムのうち少なくとも1つを含む水溶液を用い
た化学的除去法により除去することを特徴とする方法で
ある。
Further, in the method for repairing a metallic material according to the present invention, as described in claim 14, the impurity layer on the surface of the defective portion of the substrate is hydrochloric acid, phosphoric acid, acetic acid, citric acid, sodium hydroxide. It is a method characterized by removing by a chemical removal method using an aqueous solution containing at least one of the above.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】本発明に係る金属材料の補修装置
および補修方法について、図面を参照して以下に説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A metal material repairing apparatus and method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0031】図1は本発明に係る金属材料の補修装置の
第1の実施形態である金属材料の補修装置10を示す。
補修装置10は円柱状あるいは円筒状の金属製の部材で
構成された回転工具1と、この回転工具1の一端に接続
されて回転工具1を円柱の中心軸を回転軸として回転さ
せる駆動装置2とから構成される。回転工具1は、補修
対象部材である金属材料からなる基材3に対して垂直に
保持される。
FIG. 1 shows a metal material repairing apparatus 10 which is a first embodiment of a metal material repairing apparatus according to the present invention.
The repair device 10 is a rotary tool 1 composed of a cylindrical or cylindrical metal member, and a drive device 2 connected to one end of the rotary tool 1 for rotating the rotary tool 1 with the central axis of the cylinder as a rotary axis. Composed of and. The rotary tool 1 is held vertically to a base material 3 made of a metal material that is a repair target member.

【0032】図2は金属材料の補修装置10を用いた金
属材料の補修方法を示す。この金属材料の補修方法20
は、溶射工程21と摩擦加熱工程22とから構成され
る。溶射工程21は、金属材料からなる基材3の表面の
欠陥部4に溶射法により溶射層5を形成する工程であ
る。また、摩擦加熱工程22は回転工具1を用いて溶射
層5を摩擦し、加熱して塑性流動させることにより酸化
皮膜や不純物層を破砕し、溶射層5と基材3とを密着さ
せる工程である。
FIG. 2 shows a metal material repairing method using the metal material repairing apparatus 10. This metal material repair method 20
Is composed of a thermal spraying process 21 and a friction heating process 22. The thermal spraying step 21 is a step of forming the thermal sprayed layer 5 on the defective portion 4 on the surface of the base material 3 made of a metal material by a thermal spraying method. The friction heating step 22 is a step of rubbing the thermal spray layer 5 with the rotary tool 1, heating and causing plastic flow to crush the oxide film and the impurity layer, and bring the thermal spray layer 5 and the base material 3 into close contact with each other. is there.

【0033】次に、図1および図2を参照して金属材料
の補修装置10による補修方法20をより詳細に説明す
る。
Next, with reference to FIGS. 1 and 2, the repairing method 20 by the repairing apparatus 10 for the metallic material will be described in more detail.

【0034】まず、溶射工程21において、金属材料か
らなる基材3の表面の欠陥部4に、溶射により溶射層5
を形成する(図1(A))。
First, in the thermal spraying step 21, the thermal sprayed layer 5 is formed on the defective portion 4 on the surface of the base material 3 made of a metal material by thermal spraying.
Are formed (FIG. 1A).

【0035】欠陥部4の表面には、溶射層の施工前に外
気に曝されることにより形成された酸化皮膜等の不純物
層が存在する。従来の金属材料の補修装置においては、
溶射工程の前にこの酸化皮膜等の不純物層を除去する工
程を経て、溶射を行っていたが、金属材料の補修装置1
0においては、不純物層の除去工程を経ずに、欠陥部4
に対して直接溶射を行う。
On the surface of the defective portion 4, there is an impurity layer such as an oxide film formed by exposing to the outside air before the sprayed layer is applied. In conventional metal material repair equipment,
Before the thermal spraying process, the thermal spraying was performed through the process of removing the impurity layer such as the oxide film.
In the case of 0, the defect portion 4 is not subjected to the impurity layer removing step.
Direct thermal spraying on.

【0036】次に、摩擦加熱工程22において、欠陥部
4に溶射層5が施工された状態から、回転工具1を溶射
層5に対して、適当な加圧力を持って垂直に押し当て
る。回転工具1が溶射層5に接触すると回転工具1の回
転摩擦により溶射層5が加熱されて流動化し、溶射層5
に対する応力が一定の応力値を超えると、溶射層5内に
矢印で示した塑性流動が生じる(図1(B))。
Next, in the friction heating step 22, the rotary tool 1 is vertically pressed against the thermal spray layer 5 from the state where the thermal spray layer 5 is applied to the defective portion 4 with an appropriate pressing force. When the rotary tool 1 contacts the thermal spray layer 5, the thermal spray layer 5 is heated and fluidized by the rotational friction of the rotary tool 1, and the thermal spray layer 5
When the stress against the pressure exceeds a certain stress value, the plastic flow indicated by the arrow occurs in the sprayed layer 5 (FIG. 1 (B)).

【0037】この塑性流動の効果により、基材3の欠陥
部4の表面に形成された酸化皮膜等の不純物層が破砕さ
れ、基材3の金属の新生面が露出する。従って、基材3
の表面と溶射層5とが良好に密着するため、強固な溶射
皮膜が形成される。
Due to the effect of this plastic flow, the impurity layer such as an oxide film formed on the surface of the defective portion 4 of the base material 3 is crushed, and the new metal surface of the base material 3 is exposed. Therefore, the base material 3
Since the surface of and the thermal sprayed layer 5 adhere well, a strong thermal sprayed coating is formed.

【0038】この摩擦加熱工程22は、溶射直後に行っ
てもよいし、基材3の冷却後に施工することも可能であ
る。
The friction heating step 22 may be performed immediately after thermal spraying, or may be performed after cooling the base material 3.

【0039】金属材料の補修方法20においては、溶射
層5内に気泡が適度に内在することにより溶射層の流動
性を高めるため、少ない入熱量で塑性流動させることが
可能である。気泡の内在率は、面積比にして5〜25%
が好ましい。ここで内在率とは、溶射層の断面組織を観
察したときに、組織面積に対する気泡の面積割合として
定義される。気泡内在率が5%以下の場合、溶射層を塑
性流動させるのに大きな入熱量が必要となり、また気泡
内在率が25%以上の場合、摩擦加熱後の補修部に気泡
が残存することがある。
In the method 20 for repairing a metal material, since bubbles are appropriately present in the sprayed layer 5 to enhance the fluidity of the sprayed layer, it is possible to plastically flow with a small heat input amount. The internal ratio of bubbles is 5 to 25% in terms of area ratio.
Is preferred. Here, the intrinsic rate is defined as the area ratio of bubbles to the tissue area when the cross-sectional structure of the sprayed layer is observed. When the bubble inclusion rate is 5% or less, a large amount of heat input is required to plastically flow the sprayed layer, and when the bubble inclusion rate is 25% or more, bubbles may remain in the repaired portion after friction heating. .

【0040】また、回転工具1と基材3との接触角は垂
直とする実施形態を例示したが、補修する機器の形状や
設置位置等の作業条件により垂直以外の角度を持たせる
構成としてもよい。
Further, the embodiment in which the contact angle between the rotary tool 1 and the base material 3 is vertical has been exemplified, but a configuration other than a vertical angle may be adopted depending on the working conditions such as the shape of the equipment to be repaired and the installation position. Good.

【0041】溶射工程21の例としては、例えば、大気
プラズマ溶射、減圧プラズマ溶射、高速フレーム溶射、
コールドスプレー溶射、アーク溶射、ガス溶射の各溶射
法を適用することができる。
Examples of the thermal spraying process 21 include, for example, atmospheric plasma spraying, reduced pressure plasma spraying, high speed flame spraying,
Cold spraying, arc spraying, and gas spraying methods can be applied.

【0042】この溶射工程21において形成される溶射
層5の性状には、溶射粒子の速度が影響することが知ら
れている。すなわち、フレーム溶射法において、溶射粒
子の速度のしきい値を設定することは、金属材料の補修
方法において補修精度を向上するために有効である。
It is known that the properties of the sprayed layer 5 formed in this spraying step 21 are affected by the velocity of the sprayed particles. That is, in the flame spraying method, setting the threshold value of the velocity of the sprayed particles is effective for improving the repair accuracy in the repair method for the metal material.

【0043】そこで、フレーム溶射法における粒子速度
の最適値について調査した結果を図3に示す。
Therefore, FIG. 3 shows the result of investigation on the optimum value of the particle velocity in the flame spraying method.

【0044】図3に溶射法における溶射粒子速度と溶射
部の摩擦加熱後の補修部欠陥率との関係を示す。図3に
おいて、○はフレーム溶射法、△はプラズマ溶射法、×
はガス溶射法のデータをそれぞれ示す。
FIG. 3 shows the relationship between the sprayed particle velocity in the spraying method and the defect rate of the repaired part after friction heating of the sprayed part. In FIG. 3, ○ is a flame spraying method, Δ is a plasma spraying method, ×
Shows the data of the gas spraying method, respectively.

【0045】ここで補修部欠陥率とは、試験片の補修部
分を観察した際の、観察面の全面積に対する補修不良部
分の面積の面積比を示す。
Here, the repaired portion defect rate indicates the area ratio of the area of the repaired defective portion to the entire area of the observed surface when the repaired portion of the test piece is observed.

【0046】図3に示す結果に明らかなように、○で示
すフレーム溶射法において、溶射粒子速度の差により補
修部欠陥率は変化する傾向が見られ、溶射粒子速度が低
くなるに従って補修部の補修部欠陥率が上昇する。すな
わち、粒子速度600m/s以上で補修部欠陥率4%程
度に抑制されるが、粒子速度400m/sの場合、補修
欠陥率10%と増加傾向を示す。
As is clear from the results shown in FIG. 3, in the flame spraying method indicated by ◯, the defect rate of the repaired part tends to change due to the difference in the sprayed particle velocity, and as the sprayed particle velocity becomes lower, The defect rate of repaired parts increases. That is, the defect rate of the repaired portion is suppressed to about 4% at a particle velocity of 600 m / s or more, but at the particle velocity of 400 m / s, the repair defect rate shows an increasing tendency of 10%.

【0047】これは、溶射粒子速度が小さい場合、回転
工具による摩擦加熱工程において、基材表面からの溶射
皮膜の剥離が生じ、その結果、補修部分に気泡を生じる
ことに起因する。
This is because when the sprayed particle velocity is low, the sprayed coating is peeled from the surface of the base material in the friction heating step with the rotary tool, and as a result, bubbles are generated in the repaired portion.

【0048】また、フレーム溶射法以外の溶射法につい
ても同様の傾向が見られる。例えば、プラズマ溶射法の
場合、溶射粒子速度200m/sで補修部欠陥率12%
程度であり、ガス溶射法の場合、溶射粒子速度が200
m/s以下となると補修部欠陥率が16%を超過する。
The same tendency is observed in other thermal spraying methods than the flame spraying method. For example, in the case of the plasma spraying method, the defect rate of the repaired portion is 12% at a sprayed particle velocity of 200 m / s.
In the case of the gas spraying method, the spray particle velocity is 200
If it is less than m / s, the defect rate of repaired parts exceeds 16%.

【0049】本発明によると、燃焼ガスを用いたフレー
ム溶射法において、溶射粒子速度が500m/sとなる
溶射条件とすることにより、補修部欠陥率を5%以下に
低減することが可能である。そこで、金属材料の補修方
法の溶射粒子速度下限値を500m/sとした。
According to the present invention, in the flame spraying method using the combustion gas, the defect rate of repaired parts can be reduced to 5% or less by setting the spraying conditions such that the sprayed particle velocity is 500 m / s. . Therefore, the sprayed particle velocity lower limit value of the repairing method of the metal material is set to 500 m / s.

【0050】一方、溶射粒子速度の上限値は、現在の溶
射技術による溶射粒子速度の上限が1200m/s程度
であり、また溶射粒子速度1000m/s以上において
1%程度の補修部欠陥率となることから、1200m/
sとした。
On the other hand, the upper limit of the sprayed particle velocity is about 1200 m / s, which is the upper limit of the sprayed particle velocity obtained by the current spraying technique, and the defect rate of the repaired portion is about 1% when the sprayed particle velocity is 1000 m / s or more. Therefore, 1200m /
s.

【0051】すなわち、本発明の金属材料の補修方法に
おいて、燃焼ガスを用いたフレーム溶射法における溶射
粒子速度は500m/s〜1200m/sとした。
That is, in the metal material repairing method of the present invention, the spray particle velocity in the flame spraying method using combustion gas was set to 500 m / s to 1200 m / s.

【0052】また、フレーム溶射法において、圧縮空気
を使用する場合も、溶射粒子速度が500m/sとなる
溶射条件とすることにより、補修部欠陥率を5%以下に
低減することが可能である。そこで、金属材料の補修方
法の溶射粒子速度の下限値を500m/sとした。
Also, in the flame spraying method, even when compressed air is used, the defect rate of repaired parts can be reduced to 5% or less by setting the spraying conditions so that the sprayed particle velocity is 500 m / s. . Therefore, the lower limit value of the sprayed particle velocity in the method for repairing a metal material is set to 500 m / s.

【0053】また、溶射粒子速度の上限値は、現在の溶
射技術による溶射粒子速度の上限が1200m/s程度
であり、また溶射粒子速度1000m/s以上において
1%程度の補修部欠陥率となることから、1200m/
sとした。
As for the upper limit value of the sprayed particle velocity, the upper limit of the sprayed particle velocity by the current spraying technique is about 1200 m / s, and the defect rate of the repaired portion is about 1% when the sprayed particle velocity is 1000 m / s or more. Therefore, 1200m /
s.

【0054】従って、金属材料の補修方法において、圧
縮空気を用いたフレーム溶射法における溶射粒子速度は
500m/s〜1200m/sとした。
Therefore, in the method of repairing a metal material, the spray particle velocity in the flame spraying method using compressed air was set to 500 m / s to 1200 m / s.

【0055】次に、基材への入熱による温度変化と変形
量との関係について調査した結果を図4を参照して説明
する。図4は、補修作業時の入熱による基材の温度変化
と基材の変形量との関係を示したものである。ここで変
形量とは、金属材料の補修作業の前後における基材の元
の状態からの変形の割合を示す指標である。
Next, the result of investigation on the relationship between the temperature change and the amount of deformation due to heat input to the base material will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the relationship between the temperature change of the base material due to heat input during the repair work and the deformation amount of the base material. Here, the deformation amount is an index indicating the ratio of deformation of the base material from the original state before and after the repair work of the metal material.

【0056】図4に示すように、基材の変形量は、基材
温度400℃程度迄は基材の変形量は1%以下であり、
温度上昇に伴って、緩やかな変形量の増加が認められる
が、これより高温となると、特に600℃以降は、著し
く変形量が増大する。このことからも明らかなように、
金属材料の補修時に入熱を抑制することが補修技術とし
て重要である。
As shown in FIG. 4, the deformation amount of the substrate is 1% or less until the substrate temperature is about 400 ° C.
Although a gradual increase in the amount of deformation is recognized as the temperature rises, when the temperature is higher than this, the amount of deformation remarkably increases especially after 600 ° C. As is clear from this,
Suppressing heat input when repairing metallic materials is important as a repair technique.

【0057】本発明の金属材料の補修方法20によれ
ば、基材3への入熱は、溶射による入熱と、回転工具1
の摩擦熱によるのみであるため、欠陥部4の不純物除去
作業による入熱がない。従って、従来の金属材料の補修
方法に比較して入熱量が少なく、基材3の温度上昇を極
力低減することが可能である。従って基材3の熱負荷に
よる変形を良好に防止する。
According to the metal material repairing method 20 of the present invention, the heat input to the base material 3 is the heat input by thermal spraying and the rotary tool 1
Since it is only due to the frictional heat of No. 2, there is no heat input due to the impurity removing work of the defective portion 4. Therefore, the amount of heat input is smaller than that in the conventional metal material repairing method, and the temperature rise of the base material 3 can be minimized. Therefore, the deformation of the base material 3 due to the heat load is satisfactorily prevented.

【0058】これに対して、従来の金属材料の補修方法
においては、基材3の表面の酸化皮膜等の不純物層を研
磨する除去工程を経るため、基材3への入熱量が大き
く、基材3の熱負荷による変形が大きかった。
On the other hand, in the conventional method of repairing a metal material, since the removal step of polishing the impurity layer such as the oxide film on the surface of the base material 3 is performed, the heat input to the base material 3 is large, and The deformation of the material 3 due to the heat load was large.

【0059】金属材料の補修方法20において使用され
る補修材料としては、摩擦加熱時の入熱量を低減するた
め融点が低く、また、塑性流動の容易な材料が好まし
い。その一方、補修部の機械的特性や基材との整合性を
考慮すると、基材金属と近似する組成を有する材料が望
ましい。こうした条件を満たす材料として、基材と同質
の組成を有する金属材料に、ボロンあるいはシリコンを
添加して融点を低下させた材料を挙げることができる。
As the repair material used in the metal material repairing method 20, a material having a low melting point and easy plastic flow is preferable in order to reduce the heat input during friction heating. On the other hand, considering the mechanical characteristics of the repaired portion and the compatibility with the base material, a material having a composition similar to that of the base metal is desirable. As a material satisfying these conditions, a material obtained by adding boron or silicon to a metal material having the same composition as the base material to lower the melting point can be cited.

【0060】従来の金属材料の補修方法において、ボロ
ンあるいはシリコンを補修材料に添加して使用する場合
は、補修材料を溶融してボロンやシリコンを基材に拡散
するための熱処理工程が不可欠であった。そのため、補
修に際して大きな熱量を必要としていた。
In the conventional metal material repair method, when boron or silicon is added to the repair material for use, a heat treatment step for melting the repair material and diffusing boron or silicon into the base material is indispensable. It was Therefore, a large amount of heat was required for the repair.

【0061】金属材料の補修方法20においては、回転
工具の摩擦加熱による塑性流動を利用して、回転工具に
よる局所的な加熱により、ボロンあるいはシリコンが基
材に拡散される。従って、従来の金属材料の補修方法に
比較して基材への入熱が大幅に抑制され、基材の変形を
防止しつつ、欠陥部を補修することが可能である。
In the method 20 for repairing a metallic material, boron or silicon is diffused into the base material by local heating by the rotary tool by utilizing plastic flow due to frictional heating of the rotary tool. Therefore, the heat input to the base material is significantly suppressed as compared with the conventional metal material repairing method, and it is possible to repair the defective portion while preventing the base material from being deformed.

【0062】このように、金属材料の補修方法20によ
れば、回転工具の摩擦加熱により誘起される塑性流動に
より溶射層と基材の界面に存在する酸化皮膜等の不純物
層が効果的に破砕され、除去されるため、不純物層の除
去工程を必要としない。
As described above, according to the metal material repairing method 20, the impurity layer such as the oxide film existing at the interface between the sprayed layer and the substrate is effectively crushed by the plastic flow induced by the frictional heating of the rotary tool. Therefore, the step of removing the impurity layer is not required.

【0063】また、補修材料にボロンやシリコンを添加
した材料を用いる場合も、回転工具の回転による摩擦加
熱によりボロンあるいはシリコンを拡散するので、従来
の金属材料の補修方法に比較して基材への入熱が非常に
少ない。
Further, even when a material to which boron or silicon is added is used as the repair material, since boron or silicon is diffused by frictional heating due to the rotation of the rotary tool, it can be applied to the base material as compared with the conventional metal material repair method. The heat input is very low.

【0064】また、金属材料の補修装置10は構造が単
純で、回転工具の制御により補修作業を制御することが
できるため、補修作業のプロセス制御が容易である。従
って、従来の金属材料の補修装置に比較して再現性がよ
く、補修精度を向上することができる。
Further, the metal material repairing device 10 has a simple structure and can control the repairing work by controlling the rotary tool, so that the process control of the repairing work is easy. Therefore, the reproducibility is better than that of the conventional metal material repairing device, and the repair accuracy can be improved.

【0065】次に、本発明の補修装置の第2の実施形態
について説明する。
Next, a second embodiment of the repair device of the present invention will be described.

【0066】図5に示す第2の実施形態の金属材料の補
修装置50は、回転工具51の溶射層5との接触面に凸
面形状を有する凸部52を形成したものである。
The metal material repairing apparatus 50 of the second embodiment shown in FIG. 5 has a convex portion 52 having a convex shape formed on the contact surface of the rotary tool 51 with the thermal spray layer 5.

【0067】この回転工具51は溶射層5との接触部分
である凸部52の作用により、溶射層5に応力を強く作
用させることが可能である。従って、溶射層5に対して
回転による塑性流動誘起効果が高いため、特に硬質の溶
射材料を用いる場合に適用される。
The rotating tool 51 can exert a strong stress on the thermal spray layer 5 by the action of the convex portion 52 which is a contact portion with the thermal spray layer 5. Therefore, since the plastic flow inducing effect due to the rotation is high with respect to the sprayed layer 5, it is applied especially when a hard sprayed material is used.

【0068】次に、金属材料の補修方法の第3の実施形
態について図6を参照して説明する。図6(A)に示す
金属材料の補修装置60は、回転工具61の溶射層5と
の接触面に突起部62を設け、この突起部62の外面に
は、図6(B)のようにねじ部63を設けたものであ
る。
Next, a third embodiment of the metal material repairing method will be described with reference to FIG. The metal material repairing apparatus 60 shown in FIG. 6 (A) is provided with a protrusion 62 on the contact surface of the rotary tool 61 with the thermal spray layer 5, and the outer surface of the protrusion 62 is as shown in FIG. 6 (B). The screw portion 63 is provided.

【0069】この回転工具61は、先端に突起部62を
備えた構成としたため、補修時に溶射層5に対して強く
応力を作用させる。この際、突起部62が溶射層5に嵌
入して撹拌するため、さらに効果的に溶射層5に塑性流
動を誘起する。従って、さらに高硬度の溶射材を用いた
補修に適用され、溶射層5内の塑性流動による不純物層
の粉砕効果をさらに向上する。
Since the rotary tool 61 has the projection 62 at the tip, it exerts a strong stress on the thermal spray layer 5 during repair. At this time, since the protrusion 62 fits into the thermal spray layer 5 and stirs, plastic flow is induced in the thermal spray layer 5 more effectively. Therefore, it is applied to repair using a sprayed material having a higher hardness, and further improves the crushing effect of the impurity layer due to the plastic flow in the sprayed layer 5.

【0070】次に、図7を参照して金属材料の補修装置
の第4の実施形態について説明する。この金属材料の補
修装置70は、図7(A)に示すように、回転工具71
の溶射部との接触面に、渦巻き状のらせん溝72を設け
た構成としたものである。
Next, with reference to FIG. 7, a fourth embodiment of the metallic material repairing apparatus will be described. As shown in FIG. 7 (A), this metallic material repairing device 70 includes a rotary tool 71.
The spiral spiral groove 72 is provided on the contact surface with the sprayed part.

【0071】また、図7(B)のように回転工具71の
先端部に突起部73を設け、この突起部73にらせん溝
72を設ける構成としてもよい。
Further, as shown in FIG. 7B, a projection 73 may be provided at the tip of the rotary tool 71, and a spiral groove 72 may be provided in the projection 73.

【0072】回転工具1の接触面を平坦に構成した場
合、補修材料の種類によっては、その材料特性により、
図7(C)のように回転工具1の端部から溶射材料の逃
げが生じ、その結果、補修作業中に補修材料が不足し、
補修部に気泡等の欠陥部を生ずる場合があった。
When the contact surface of the rotary tool 1 is configured to be flat, depending on the type of repair material, depending on its material characteristics,
As shown in FIG. 7C, the thermal spray material escapes from the end of the rotary tool 1, and as a result, the repair material runs short during the repair work,
In some cases, defective parts such as bubbles were generated in the repaired part.

【0073】金属材料の補修装置70のように回転工具
に溶射部接触面にらせん溝72を設ける構成とすること
により、回転工具71の回転により回転工具71の外周
から回転工具71の回転中心軸の方向に矢印で示すよう
な材料の塑性流動が生じる(図7(D))。この塑性流
動の作用により、補修材料が補修部4に効果的に補充さ
れるので、欠陥部4への補修材料の充填率が改善され、
補修不良の発生を防止する。
By providing the rotary tool with the spiral groove 72 on the contact surface of the rotary tool like the repairing device 70 for metallic material, the rotation center axis of the rotary tool 71 is rotated from the outer circumference of the rotary tool 71 by the rotation of the rotary tool 71. A plastic flow of the material occurs as indicated by an arrow in the direction of (Fig. 7 (D)). By the action of this plastic flow, the repair material is effectively replenished in the repair portion 4, so that the filling rate of the repair material in the defective portion 4 is improved,
Prevents the occurrence of repair defects.

【0074】図8に、らせん溝72を設けた回転工具を
使用した金属材料の補修装置40を使用した場合におけ
る補修部欠陥率(図中にAで示す)と、らせん溝42を
設けない平坦面の回転工具を使用した金属材料の補修装
置の補修部欠陥率(図中にBで示す)とを比較したグラ
フを示す。ここで補修部欠陥率とは、試験片の観察面の
全面積に対する補修不良部の面積割合を示す。
In FIG. 8, the defect rate of the repaired portion (indicated by A in the figure) in the case of using the metallic material repairing device 40 using the rotary tool provided with the spiral groove 72 and the flatness without the spiral groove 42 are shown. The graph which compared with the repair part defect rate (indicated by B in the drawing) of the repairing device for the metal material using the rotary tool of the surface is shown. Here, the repaired portion defect rate indicates the area ratio of the repaired defective portion to the entire area of the observation surface of the test piece.

【0075】図8に示す結果に明らかなように、Bの平
坦面の回転工具を有する金属材料の補修装置における補
修部欠陥率が5.5%程度であるのに対して、Aのらせ
ん溝を設けた回転工具71による溶射層における補修部
欠陥率は2%と大幅に改善されている。すなわち、回転
工具71の溶射部4との接触面にらせん溝72を設ける
ことにより補修作業の精度がさらに効果的に改善される
ことが判明した。
As is clear from the results shown in FIG. 8, the defect ratio of the repaired portion in the repairing device for the metal material having the rotary tool of the flat surface of B is about 5.5%, while the spiral groove of A is The defect ratio of the repaired portion in the sprayed layer by the rotary tool 71 provided with is significantly improved to 2%. That is, it has been found that the accuracy of the repair work is further effectively improved by providing the spiral groove 72 on the contact surface of the rotary tool 71 with the thermal spraying portion 4.

【0076】従って、回転工具にらせん溝72を設ける
ことにより、欠陥部4への補修材料の充填が良好に行わ
れ、補修部欠陥率が大幅に低下し、金属材料の補修装置
の補修性能が一層向上する。
Therefore, by providing the spiral groove 72 in the rotary tool, the defective portion 4 can be filled with the repair material favorably, the defect rate of the repaired portion is significantly reduced, and the repair performance of the repair apparatus for metal materials is improved. Further improve.

【0077】らせん溝72は回転工具71先端の平面
に、渦巻き状の溝を研削して形成される。らせん溝72
の形状は、例えば図9(A)に示すような半円形の断面
形状や、図9(B)のようなVノッチ型(三角形型)の
断面形状や、図9(C)のような四角形断面形状とする
ことが可能である。らせん溝72の深さは、溶射する材
料の硬度等の材料特性や回転工具1の外径および回転数
等のパラメータに応じて決定してよく、補修部分に不足
なく補修材料を補充するのに最適な深さが選択される。
The spiral groove 72 is formed by grinding a spiral groove on the flat surface of the tip of the rotary tool 71. Spiral groove 72
The shape of is, for example, a semicircular cross-sectional shape as shown in FIG. 9A, a V-notch type (triangular type) cross-sectional shape as shown in FIG. 9B, or a quadrangle as shown in FIG. 9C. It can have a cross-sectional shape. The depth of the spiral groove 72 may be determined in accordance with material characteristics such as hardness of the material to be sprayed and parameters such as the outer diameter and the rotation speed of the rotary tool 1, and is sufficient for supplementing the repair material with the repair material. Optimal depth is selected.

【0078】次に、金属材料の補修装置の第5の実施形
態について図10を参照して説明する。金属材料の補修
装置80は、回転工具1を溶射層5に押付ける際に、加
熱装置81を用いて基材3への入熱の不足を補い、より
効率的に補修を行う構成としたものである。
Next, a fifth embodiment of the metallic material repairing apparatus will be described with reference to FIG. The metal material repairing device 80 is configured to repair the lack of heat input to the base material 3 by using the heating device 81 when the rotating tool 1 is pressed against the sprayed layer 5 to perform repairing more efficiently. Is.

【0079】補修材料として融点の高い材料を使用する
場合には、回転工具1の回転摩擦による入熱だけでは、
溶射層5に塑性流動を誘起するために入熱量が不充分な
ことがある。このような場合には、金属材料の補修装置
80のように加熱装置81を設ける構成とすることによ
り摩擦熱を補い、溶射層5に塑性流動を誘起するのに十
分な基材3への入熱量を供給して、効率的に補修する。
When a material having a high melting point is used as the repair material, the heat input by the rotary friction of the rotary tool 1 alone causes
The amount of heat input may be insufficient for inducing plastic flow in the sprayed layer 5. In such a case, by providing a heating device 81 like the metal material repairing device 80, frictional heat is compensated for, and a sufficient amount of heat is applied to the base material 3 to induce plastic flow in the sprayed layer 5. Supply heat and repair efficiently.

【0080】加熱装置81としては、例えば赤外線照射
装置、電熱線、燃焼ガス炎、プラズマ火炎等の加熱媒体
を使用することが可能である。
As the heating device 81, it is possible to use a heating medium such as an infrared irradiation device, a heating wire, a combustion gas flame, a plasma flame or the like.

【0081】次に、本発明に係る金属材料の補修方法の
変形例ついて説明する。
Next, a modified example of the metal material repairing method according to the present invention will be described.

【0082】金属材料の補修方法20においては、塑性
流動により破砕された不純物や酸化皮膜が溶射層に散在
する。一般にこの不純物等は、溶射層内に散在しても特
に問題を生じない。しかしながら、破砕された酸化皮膜
や不純物による不都合が想定される場合は、図11に示
された金属材料の補修方法90のように、金属材料の補
修方法20における溶射工程21の前工程として、基材
欠陥部の不純物層を除去する除去工程91を付加する構
成としてもよい。
In the metal material repairing method 20, impurities and oxide films crushed by plastic flow are scattered in the sprayed layer. Generally, the impurities do not cause any particular problem even if they are scattered in the sprayed layer. However, when inconvenience due to the crushed oxide film or impurities is expected, as in the method 90 for repairing a metal material shown in FIG. 11, the base material is used as a pre-step of the thermal spraying step 21 in the method 20 for repairing a metal material. It is also possible to add a removing step 91 for removing the impurity layer in the material defect portion.

【0083】図11の金属材料の補修方法90は、金属
材料の補修方法20の前工程に、金属材料の欠陥部除去
工程91を付け加えたものである。この欠陥部除去工程
91は、例えば、リューター、旋盤、フライス盤、研磨
紙、ブラスト等を使用した機械的除去法が挙げられる。
機械的除去法によれば、確実に不純物を除去することが
可能であり、また、不純物層の除去に要する時間が短い
という利点がある。
The metal material repairing method 90 of FIG. 11 is obtained by adding a defect removal step 91 of the metal material to the preceding step of the metal material repairing method 20. Examples of the defective portion removing step 91 include a mechanical removing method using a router, a lathe, a milling machine, abrasive paper, blasting, or the like.
According to the mechanical removal method, it is possible to remove the impurities reliably, and there is an advantage that the time required to remove the impurity layer is short.

【0084】また、欠陥部除去工程91をレーザ除去法
によるものとしてもよい。レーザ除去法の例としては、
COレーザ、YAGレーザ、エキシマレーザ等を使用
することが可能である。特に、YAGレーザおよびエキ
シマレーザは、パワー密度と発振周波数の観点から好適
である。
The defective portion removing step 91 may be performed by a laser removing method. Examples of laser removal methods include:
It is possible to use a CO 2 laser, a YAG laser, an excimer laser, or the like. Particularly, the YAG laser and the excimer laser are suitable from the viewpoint of power density and oscillation frequency.

【0085】さらに、欠陥部除去工程91を薬品による
化学的除去法としてもよい。化学的除去法に使用される
薬品の例としては、塩酸、りん酸、酢酸、クエン酸ある
いは水酸化ナトリウム等の酸あるいはアルカリ溶液を例
示することができる。化学的除去法において、基材の材
質と溶液との組み合わせによっては、基材と溶液との間
に電圧を印可して不純物層を溶解することが可能であ
る。
Further, the defective portion removing step 91 may be a chemical removing method using a chemical. Examples of chemicals used in the chemical removal method include acids such as hydrochloric acid, phosphoric acid, acetic acid, citric acid and sodium hydroxide, or alkaline solutions. In the chemical removal method, depending on the combination of the material of the base material and the solution, it is possible to apply a voltage between the base material and the solution to dissolve the impurity layer.

【0086】この金属材料の補修方法90によれば、あ
らかじめ酸化皮膜あるいは不純物層を除去する除去工程
91を備える構成としたので、溶射層への不純物の混在
を防止することが可能である。
According to this metal material repairing method 90, since the removal step 91 of removing the oxide film or the impurity layer is provided in advance, it is possible to prevent impurities from being mixed in the sprayed layer.

【0087】本発明の金属材料の補修装置および補修方
法は、補修する機器や補修部分の大小に関係なく適用す
ることが可能である。特に、エネルギー機器等の比較的
大きな機器の補修に最適である。例えば、水車のランナ
ーやバケット、ニードルチップ、ガスタービンの動翼お
よび静翼あるいは燃焼器ライナー、トランジションピー
ス、上記タービンの動翼および静翼あるいはロータ、さ
らにバルブ等の補修に適用することが可能である。
The metal material repairing apparatus and the repairing method of the present invention can be applied regardless of the size of the repairing device or the repaired portion. It is especially suitable for repairing relatively large equipment such as energy equipment. For example, it can be applied to the repair of turbine runners and buckets, needle tips, rotor blades and stator blades of gas turbines or combustor liners, transition pieces, rotor blades and stator blades or rotors of the above turbines, and valves. is there.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上説明のとおり、本発明の金属材料の
補修装置および補修方法によれば、金属材料からなる基
材の欠陥部を溶射法により補修し、溶射層に回転工具を
圧接し、回転工具の回転駆動により誘起される塑性流動
により不純物および酸化皮膜を破砕して基材と溶射層と
を密着する。従って、基材への入熱を、溶射による入熱
と回転工具の回転駆動による摩擦熱による入熱のみとし
たので、基材の熱負荷による変形を防止しつつ、単純な
工程で精度よく金属材料の補修を行うことが可能であ
る。
As described above, according to the repairing apparatus and repairing method for a metallic material of the present invention, the defective portion of the base material made of the metallic material is repaired by the thermal spraying method, and the rotary tool is pressed against the thermal sprayed layer, Impurities and oxide films are crushed by the plastic flow induced by the rotary drive of the rotary tool, and the base material and the sprayed layer are brought into close contact with each other. Therefore, the heat input to the base material is only the heat input by the thermal spraying and the heat input by the frictional heat due to the rotational driving of the rotary tool. It is possible to repair the material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(A)および(B)は、本発明に係る金属材料
の補修装置の第1の実施形態を示す説明図。
1A and 1B are explanatory views showing a first embodiment of a metal material repairing apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係る金属材料の補修方法を示すフロー
チャート。
FIG. 2 is a flowchart showing a method for repairing a metallic material according to the present invention.

【図3】溶射法における溶射粒子速度と補修部欠陥率の
関係を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a sprayed particle velocity and a repaired portion defect rate in the spraying method.

【図4】基材温度と基材変形量との関係を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing the relationship between substrate temperature and substrate deformation amount.

【図5】本発明に係る金属材料の補修装置の第2の実施
形態を示す説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a second embodiment of a repairing device for metallic materials according to the present invention.

【図6】(A)および(B)は、本発明に係る金属材料
の補修装置の第3の実施形態を示す説明図。
6A and 6B are explanatory views showing a third embodiment of the metal material repairing apparatus according to the present invention.

【図7】(A)および(B)は、本発明に係る金属材料
の補修装置の第4の実施形態を示す説明図、(C)およ
び(D)は、平坦面工具とらせん溝を設けた工具を使用
した場合のそれぞれの補修材料の塑性流動を説明する模
式図。
7 (A) and 7 (B) are explanatory views showing a fourth embodiment of a metal material repairing apparatus according to the present invention, and FIGS. 7 (C) and (D) are flat surface tools and spiral grooves. Schematic diagram for explaining the plastic flow of each repair material when using the tool.

【図8】らせん溝を設けた回転工具と、平坦面の回転工
具を使用した場合の補修部分の補修部欠陥率を比較した
グラフ。
FIG. 8 is a graph comparing the defect ratios of repaired parts of repaired parts when a rotary tool having a spiral groove and a rotary tool having a flat surface are used.

【図9】(A)、(B)および(C)は、らせん溝の断
面形状の施工例を示す図。
9 (A), (B) and (C) are views showing a construction example of a cross-sectional shape of a spiral groove.

【図10】本発明に係る金属材料の補修装置の第5の実
施形態を示す説明図。
FIG. 10 is an explanatory view showing a fifth embodiment of a metal material repairing apparatus according to the present invention.

【図11】本発明に係る金属材料の補修方法の変形例を
示すフローチャート。
FIG. 11 is a flowchart showing a modified example of the metal material repairing method according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…回転工具、2…駆動装置、3…基材、4…欠陥部、
5…溶射層、10…金属材料の補修装置、20…金属材
料の補修方法、21…溶射工程、22…摩擦加熱工程、
51…回転工具、52…凸部、60…金属材料の補修装
置、61…回転工具、62…突起部、63…ねじ部、7
0…金属材料の補修装置、71…回転工具、72…らせ
ん溝、73…突起部、80…金属材料の補修装置、81
…加熱装置、90…金属材料の補修方法、91…不純物
除去工程。
1 ... Rotary tool, 2 ... Drive device, 3 ... Substrate, 4 ... Defective part,
5 ... Sprayed layer, 10 ... Repairing device for metal material, 20 ... Repairing method for metal material, 21 ... Spraying process, 22 ... Friction heating process,
51 ... Rotating tool, 52 ... Convex portion, 60 ... Repairing device for metal material, 61 ... Rotating tool, 62 ... Projection portion, 63 ... Screw portion, 7
0 ... Metal material repair device, 71 ... Rotating tool, 72 ... Helical groove, 73 ... Projection portion, 80 ... Metal material repair device, 81
... Heating device, 90 ... Metal material repairing method, 91 ... Impurity removing step.

フロントページの続き (72)発明者 石川 昌幸 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 布施 俊明 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 4E067 DA04 DA05 DA06 Continued front page    (72) Inventor Masayuki Ishikawa             2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa               Toshiba Keihin Office (72) Inventor Toshiaki Fuse             2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa               Toshiba Keihin Office F-term (reference) 4E067 DA04 DA05 DA06

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属材料の表面の欠陥部に形成された溶
射層に圧接させ、前記溶射層を摩擦することにより加熱
して塑性流動させる回転工具と、前記回転工具を回転駆
動させる駆動装置とから構成されたことを特徴とする金
属材料の補修装置。
1. A rotary tool, which is brought into pressure contact with a sprayed layer formed on a defective portion of a surface of a metal material and frictionally heats the sprayed layer to heat and plastically flow the rotary tool, and a drive device for rotationally driving the rotary tool. A repairing device for metallic materials, which is characterized by being composed of
【請求項2】 前記回転工具の溶射層に圧接する側の端
面を凸面形状に構成したことを特徴とする請求項1記載
の金属材料の補修装置。
2. The repairing apparatus for a metal material according to claim 1, wherein an end surface of the rotary tool on the side in pressure contact with the sprayed layer has a convex shape.
【請求項3】 前記回転工具の溶射層に圧接する側の端
面に、前記溶射層に嵌入して塑性流動させるための突起
部を設け、前記突起部の外面におねじ部を形成したこと
を特徴とする請求項1記載の金属材料の補修装置。
3. A protrusion for fitting into the sprayed layer to cause plastic flow is provided on an end surface of the rotary tool on a side that comes into pressure contact with the sprayed layer, and a screw portion is formed on an outer surface of the protrusion. The repair apparatus for a metal material according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項4】 前記回転工具の溶射層に圧接する側の端
面に、渦状のらせん溝を設けたことを特徴とする請求項
1記載の金属材料の補修装置。
4. The repairing device for a metal material according to claim 1, wherein a spiral spiral groove is provided on an end surface of the rotary tool on a side that comes into pressure contact with the sprayed layer.
【請求項5】 前記回転工具により溶射層を摩擦して加
熱する際に、溶射層を外部から加熱する加熱装置を設け
たことを特徴とする請求項1記載の金属材料の補修装
置。
5. The metal material repairing device according to claim 1, further comprising a heating device for heating the sprayed layer from the outside when the sprayed layer is frictionally heated by the rotating tool.
【請求項6】 金属材料からなる基材表面の欠陥部の補
修を行う金属材料の補修方法において、欠陥部の表面に
溶射により溶射層を形成する工程と、前記溶射層に回転
工具を圧接させて溶射層を摩擦することにより加熱し、
前記溶射層を塑性流動させる工程とを含むことを特徴と
する金属材料の補修方法。
6. A method of repairing a defective material on a surface of a base material made of a metallic material, comprising: a step of forming a sprayed layer on the surface of the defective portion by spraying; and a rotary tool being pressed against the sprayed layer. And heat it by rubbing the sprayed layer,
And a step of plastically flowing the sprayed layer.
【請求項7】 前記基材表面の欠陥部に燃焼ガスを用い
たフレーム溶射法により溶射層を形成する際に、溶射粒
子速度を500m/s〜1200m/sとすることを特
徴とする請求項6記載の金属材料の補修方法。
7. The sprayed particle velocity is set to 500 m / s to 1200 m / s when a sprayed layer is formed on the defective portion on the surface of the base material by a flame spraying method using a combustion gas. 6. The method for repairing a metal material according to item 6.
【請求項8】 前記基材表面の欠陥部に圧縮空気を用い
たフレーム溶射法により溶射層を形成する際に、溶射粒
子速度を500m/s〜1200m/sとすることを特
徴とする請求項6記載の金属材料の補修方法。
8. The sprayed particle velocity is set to 500 m / s to 1200 m / s when a sprayed layer is formed on the defective portion on the surface of the base material by a flame spraying method using compressed air. 6. The method for repairing a metal material according to item 6.
【請求項9】 前記基材表面の欠陥部に溶射層を形成す
る溶射工程において、溶射材料としてボロンまたはシリ
コンを添加した溶射材料を使用することを特徴とする請
求項6記載の金属材料の補修方法。
9. The repair of a metallic material according to claim 6, wherein a thermal spraying material containing boron or silicon is used as the thermal spraying material in the thermal spraying step of forming a thermal spraying layer on the defective portion on the surface of the base material. Method.
【請求項10】 前記溶射層に回転工具を圧接させて溶
射層を摩擦することにより加熱して塑性流動させる工程
において、前記基材および溶射層を加熱手段により外部
から加熱することを特徴とする請求項6記載の金属材料
の補修方法。
10. In the step of bringing a rotary tool into pressure contact with the sprayed layer to heat the sprayed layer by friction to heat the sprayed layer for plastic flow, the base material and the sprayed layer are externally heated by a heating means. The method for repairing a metal material according to claim 6.
【請求項11】 前記基材の欠陥部の表面の不純物層を
除去し、前記基材の欠陥部の表面に溶射法により溶射層
を形成し、前記溶射層に回転工具を圧接させて溶射層を
摩擦することにより前記溶射層を塑性流動させることを
特徴とする請求項6記載の金属材料の補修方法。
11. The sprayed layer is formed by removing the impurity layer on the surface of the defective portion of the base material, forming a sprayed layer on the surface of the defective portion of the base material by a spraying method, and bringing a rotary tool into pressure contact with the sprayed layer. The method for repairing a metal material according to claim 6, wherein the thermal sprayed layer is plastically fluidized by rubbing the metal.
【請求項12】 前記基材の欠陥部の表面の不純物層を
旋盤、フライス盤、研磨盤、リューター、研磨紙、ブラ
ストの内、少なくとも1つを用いた機械的除去法により
除去することを特徴とする請求項11記載の金属材料の
補修方法。
12. The mechanical removal method using at least one of a lathe, a milling machine, a polishing machine, a router, a polishing paper, and a blast to remove the impurity layer on the surface of the defective portion of the base material. The method for repairing a metallic material according to claim 11,
【請求項13】 前記基材の欠陥部の表面の不純物層を
COレーザ、YAGレーザ、エキシマレーザのうちか
ら選択される少なくとも1種類のレーザを用いたレーザ
除去法により除去することを特徴とする請求項11記載
の金属材料の補修方法。
13. An impurity layer on the surface of the defective portion of the base material is removed by a laser removal method using at least one kind of laser selected from a CO 2 laser, a YAG laser, and an excimer laser. The method for repairing a metallic material according to claim 11,
【請求項14】 前記基材の欠陥部の表面の不純物層を
塩酸、りん酸、酢酸、クエン酸、水酸化ナトリウムのう
ち少なくとも1つを含む水溶液を用いた化学的除去法に
より除去することを特徴とする請求項11記載の金属材
料の補修方法。
14. The impurity layer on the surface of the defective portion of the substrate is removed by a chemical removal method using an aqueous solution containing at least one of hydrochloric acid, phosphoric acid, acetic acid, citric acid and sodium hydroxide. The method for repairing a metal material according to claim 11, which is characterized in that.
JP2002126349A 2002-04-26 2002-04-26 Repairing apparatus of metallic material and its repairing method Pending JP2003311442A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002126349A JP2003311442A (en) 2002-04-26 2002-04-26 Repairing apparatus of metallic material and its repairing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002126349A JP2003311442A (en) 2002-04-26 2002-04-26 Repairing apparatus of metallic material and its repairing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003311442A true JP2003311442A (en) 2003-11-05

Family

ID=29540790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002126349A Pending JP2003311442A (en) 2002-04-26 2002-04-26 Repairing apparatus of metallic material and its repairing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003311442A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011121117A (en) * 2009-11-04 2011-06-23 Benteler Automobiltechnik Gmbh Connection part of hollow member and method of making hollow member

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011121117A (en) * 2009-11-04 2011-06-23 Benteler Automobiltechnik Gmbh Connection part of hollow member and method of making hollow member

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4318140B2 (en) Method for repairing stationary shrouds of gas turbine engines using plasma transfer arc welding
US20070111119A1 (en) Method for repairing gas turbine engine compressor components
JP2006102815A (en) Method and device for repairing component
WO2006137889A2 (en) Method to restore an airfoil leading edge
CN114101913A (en) Repair welding method for deep groove of blade casting
CN113649706A (en) SiC wafer efficient chamfering method based on water jet laser
CN107813051A (en) Laser melting coating and manual electric arc welding combination restorative procedure after the abrasion of TRT wheel hubs
CN112045309B (en) Preparation method of waterway back plate for target
CN112536447A (en) 3D laser cladding additive manufacturing process based on bearing bush alloy layer
CN104439632A (en) Method for repairing abrasion defect of thin-wall lubricating oil tank shell
JP2003311442A (en) Repairing apparatus of metallic material and its repairing method
JPH10180442A (en) Method for repairing gas turbine blade
CN111774675B (en) Screw repairing and disassembling system and method
JP3686319B2 (en) Gas turbine blade welding method
CN112458458A (en) Laser cladding repair method for shaft neck of transmission shaft
TW201436907A (en) Portable micro-deburring component using micro-electrical discharge machining process
JPH11104950A (en) Electrode plate and manufacture thereof
JP4247709B2 (en) Laser welding equipment
JPS6195769A (en) Fixing method corrosion preventing member to steam turbine blade
CN1180004A (en) Gas protective welding mould repair machine with micropulsed rotating consumable electrode
CN113478032B (en) Electrolytic machining electrode for high-aspect-ratio groove and machining method
CN118143406A (en) Welding repair method and application of cast aluminum sealing tooth tip
JP3125049B2 (en) Electrolytic mirror polishing method for tungsten
CN114406268B (en) Method for repairing side wall of single crystal high temperature alloy turbine blade
CN111334792A (en) Method for repairing and strengthening turbine machinery