JP2005274022A - 合金被覆ボイラ部品、及び自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】要保護部の全域に耐エロージョン・コロージョン性に優れた合金材料の溶着被覆が施されており、しかも、溶接接続しても熱衝撃割れを生じることのない合金被覆ボイラ部品を提供する。
【解決手段】溶接接続に供される端部には、その近傍も含めた、溶接作業時に熱衝撃割れが生じうる急速昇温領域Ｃに亘って、超合金被覆１５を施こし、一方、急速昇温領域Ｃ以外の残部領域には、自溶合金被覆１６を施す。合金被覆１５，１６は何れもＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占めるが、超合金被覆１５ではＢを０．１％以下，Ｓｉを０．５％以下に抑え、自溶合金被覆１６ではＢ，Ｓｉの含量を夫々１〜５％にする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、各種ボイラにおいて伝熱配管を構成する管部品（以下「ボイラチューブ」）あるいは冷却水路付の火炉ハウジングを構成する板材−管材複合パネル（以下「ボイラ火炉パネル」）などのボイラ部品に関し、更に詳しくは、耐久性を向上させるための合金被覆を有し且つ溶接施工にも適したボイラ部品ならびに、合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法に関する。

先ずボイラチューブの例でいうと、ボイラの稼働温度が昨今よりも低く、また、炉内のエロージョン・コロージョン環境もさほど厳しくなかった時代には、機械特性に関する高温可使性を配慮したボイラ用鋼管（低合金鋼管）を裸のままで用いるというのが一般的な使用形態であった。耐食性が要求される用途にはステンレス管、更にはチタン管も用いられてきたが、高価につくため、多用されることはなかった。

近年は、ゴミ消却熱を回収利用する形式のボイラが増え、そのため、特に燃焼煤塵によるエロージョン（摩耗）の問題が生じており、この問題への対策として、耐摩耗性に優れた自溶合金（第一合金材料）の溶射被覆を施す仕様が多用され始めている。
但し、上記の自溶合金被覆は、たとえばＨＶＯＦ(High Velocity Oxygen Fuel）溶射機により溶射形成したままの被覆（即ち、多孔質であり、母材に達するピンホールが存在する。以下「未溶融被覆」）であり、他の用途（たとえば金属板処理ライン用ローラ類）で、多用されているような、溶射後に溶融処理の施された自溶合金被覆（これは、多孔質から緻密質に変成し、上記ピンホールがなくなって十分な環境遮断機能が具わった被覆であり、「溶着被覆」の典型例である）の適用は稀である。

ボイラチューブへの自溶合金の溶着被覆の適用が稀である理由は、ボイラチューブが溶接接続して使用される際に溶接作業時の急速な局部昇温によって溶着被覆に熱衝撃割れが生じ易く、そのため、チューブ全体を炉内予熱した上で、高温のチューブを溶接でつなぎ合わせるという、法外な難作業が要請されるからである。
しかしながら昨今のボイラにおいては、エロージョンばかりではなくコロージョン（腐食）の問題が、排気無害化のための高温燃焼要請に伴って重大化してきており、ボイラへの溶着被覆適用が、しかもプレハブ被覆部分の供給という形で、益々切望される状況に至っている。

その一例として、特許文献１（特開平１０−１７０１９４号公報）にボイラチューブに自溶合金の溶着被覆を適用する構成が開示されている。そして、ここではボイラチューブの端部に５０ｍｍ程度の未溶射部を設け、この部分を接合代とする構成（上記公報の第３ページ第４欄第１５〜１６行）が採用されている。また、上記未溶射部には、溶接のあと、被覆の代りにプロテクタ材を嵌装する処置がとられている（同じく第４欄２４〜２６行）。上記処理は、優れた耐エロージョン性を具えるプロテクタ材（たとえばアルミナ製）の特注、あるいは、狭隘なボイラ内での嵌装作業を要することから、材工共の高コストならびに資材の前倒し調達を要する。

この他、工場プレハブされた自溶合金未溶射被覆ボイラチューブを構築現場で溶接接続してから、その場で誘導加熱などによる溶融処理を施す手法も考えられなくはないが狭隘なスペースあるいは他部材との取合部の加熱難等により実質的に不可能である。
因に、自溶合金の溶融処理は全体同時溶融か一方向溶融を行わないと再加熱割れが生じるため、その場での実施には、誘導加熱が不可欠である。

次に、ボイラ火炉パネルの場合には、それが上述したように管材と板材とを交互に配した複合構成であることや、大寸法（たとえば０．５ｍ×６ｍ）であることから、上記プロテクタに相当する実用的な補助部材の援用は更に難題であり、また、溶射後の溶融処理に伴う複雑な形状歪の問題もあって（例えば特許文献２或いは特許文献３参照）、プレハブ溶融被覆製品の利用自体が考えにくいという事情にあった。

特開平１０−１７０１９４号公報 特開２００１−４１０１号公報 特開２０００−３２９３０４号公報

第一の課題は要保護部の全域に耐エロージョン・コロージョン性に優れた合金材料の溶着被覆が施されており、しかも、溶接接続しても熱衝撃割れを生じることのない合金被覆ボイラ部品の提供である。
また、第二の課題は全域に自溶合金の溶着被覆が施されたボイラ部品の接続などのための溶接施工を熱衝撃割れを生じないように行える自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法を提供することである。

請求項１記載の本発明の合金被覆ボイラ部品は、上記の第一課題を解決するために創案されたものであり、金属製の母材にＮｉ（ニッケル）リッチのＮｉ−Ｃｒ（クロム）成分が過半量を占める合金材料による被覆が施された、溶接接続して用いられる合金被覆ボイラ部品であって、溶接接続に供される端部には、その近傍も含めた、溶接作業時に熱衝撃割れが生じうる急速昇温領域に亘って、融点降下元素であるＢ（ボロン），Ｓｉ（シリコン）の含量をＢは０．１％以下，Ｓｉは重量比０．５％以下に抑えた前記合金材料（第二合金材料）による溶着被覆が施されており、一方、前記急速昇温領域以外の残部領域には、前記Ｂ，Ｓｉの含量を夫々１〜５％（１％以上で５％以下の何れか）とした組成の前記合金材料（第一合金材料）による溶着被覆（望ましくは溶射後溶融被覆）が施されている、ことを特徴とする。なお、上記第二合金材料による溶着被覆の形成手段としては、溶接肉盛（コスト重視の一層盛あるいは成分純度重視の二層盛）を例示できるが、この方法に限定されない。

また、請求項８記載の本発明の自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法は、上記の第二課題を解決するために創案されたものであり、金属製の母材にＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占め更にＢとＳｉが夫々１〜５％配された自溶合金材料（第一合金材料）による溶着被覆（望ましくは溶射後溶融被覆）が施された自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法であって、溶接施工に供される端部を対象として、端部から内方に向けて昇温量が漸減して行く加熱パターンでの予熱処理を前記端部における昇温速度が２〜１０℃／秒という緩速加熱条件で適用してぼかし予熱領域を形成し、引続いて当該端部の溶接作業を（望ましくはＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占め且つＢとＳｉの含量をＢは０．１％以下，Ｓｉは０．５％以下に抑えた第二合金材料にて）行う、ことを特徴とする。なお、上記溶接作業には、単一部品の端部への溶接肉盛作業も、隣接部品の端部同士の溶接接続も、含まれる。

請求項１記載の合金被覆ボイラ部品は、端部以外の大半領域に、融点降下元素（Ｂ，Ｓｉ）を十分に配合した易融性の合金材料（第一合金材料）による溶着被覆が施されており、この領域に関しては、通常の溶射−溶融処理と同様の高い生産性による低いコストでの工場生産が行える。一方、端部領域は生産性の低い溶接肉盛等、溶射以外の高コスト施工によらざるを得ないが、領域面積が小さいため全体としては低コストで生産できる。
端部領域の溶着被覆はＢ、Ｓｉの配合量を極小に留めている（第二合金材料からなる）ため、易融性ではなく高い施工生産性は望めないが、その代りに、Ｂ，Ｓｉを十分に配合した合金材料のような熱衝撃割れ感受性については、これのないものとなっている。
耐久性能について云えば、両被覆ともに溶着被覆であるため、環境遮断性は十分であり、更には高Ｎｉ−Ｃｒ組成によって被覆自体の耐食性も共に極めて優れたものとなっている。耐エロージョン性については、Ｂ，Ｓｉが多量に配合されている大半領域被覆の方が優れているが大差ではないので初期被覆厚に差をつける程度の処置でほぼ均等にできる。
以上の通り、前記第一の課題は解決される。

請求項８の自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法によれば、溶接施工時の急速昇温によって起こっていた自溶合金溶着被覆の熱衝撃割れについては、溶加材適用領域を包含するように「ぼかし予熱領域」を設けたことで、急速昇温に伴う温度急変量を全域に亘って小さくできて、熱衝撃割れが起こらなくなる。
上記溶接施工方法は、先ず、前記請求項１の構成の合金被覆ボイラ部品を、ボイラ構築現場における寸法現合などの突発的な事情により急調製する必要が生じたときに有用である。たとえば、工場生産された自溶合金溶着被覆ボイラ部品を現合寸法に調え、更に、端部の自溶合金（第一合金材料）の被覆を除去してから、その端部に、前記端部用組成の合金材料（望ましくは第二合金材料）を溶加材とする溶接肉盛を行うことで、請求項１記載の製品と同等で且つ現合寸法に調えられた、溶接接続に供しても熱衝撃割れを生じない合金被覆ボイラ部品をその場で調製することができるのである。あるいは、自溶合金被覆（溶着被覆又は未溶融被覆）の施された部材における被覆欠損部（剥離部など）に対して、上記の予熱−溶接肉盛を適用することで、自溶合金被覆の補修が行える。

ここで、上記肉盛施工に先立って行う前記ぼかし予熱領域は、たとえば、軸線方向に入熱密度勾配が生じるように巻線密度を軸線方向に漸次変化させたソレノイドコイルを用いて誘導加熱を行い、その際、上記ソレノイドコイルを軸線方向に適宜揺動させる操作を援用するといった手法によってなだらかな温度分布で形成することができる。
上記予熱処置は若干手数のかかる作業ではあるが、対象領域が極く狭い範囲であること、延いては極小規模の高周波電源を用意すれば足りることから、ボイラ内の狭隘スペースにおいても無理なく実施できるのである。なお、この溶接施工方法における予熱は、上述のように誘導加熱によるのが能率的であるが、これに限定されるものでなく、他の加熱方法、たとえばガス加熱によって代替されてもよい。

上記の手法は、また、請求項１記載の溶接接続容易な合金被覆ボイラ部品をボイラ構築現場で急拠作り貯めしたいときなどにも威力を発揮する。
上記溶接施工方法は、さらに、上記請求項１記載の合金被覆ボイラ部品のその場調製に代えて、現合寸法に切断された自溶合金溶着被覆ボイラ部品を、ともかく熱衝撃割れが生じないように溶接接続したいときにも有用であり、請求項１記載の合金被覆ボイラ部品の提供に代る一品対応の応急対策となる。
なお、上記請求項８記載の自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法においては、溶接施工後の品質要請（耐エロージョン・コロージョン性）を考慮して、前記端部用組成の合金材料（第二合金材料）を溶加材とすることが望ましい。
以上の通り、前記第二の課題は解決される。

本発明の合金被覆ボイラ部品の一実施形態について、その構成を、図面を引用して説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は、合金被覆ボイラ部品の具体例としてのボイラ火炉パネル１０の構造を示しており、（ａ）が全体平面図、（ｂ）が全体正面図・端面図、（ｃ）が要部拡大平面図、（ｄ）が要部拡大正面図・端面図、（ｅ）がＡ断面拡大図である。なお、図１（ｆ）は、複数パネル連結状態の平面図である。

ボイラ火炉パネル１０は、予め工場で鋼製パネル１１（金属製の母材）に超合金被覆１５（第二合金材料被覆）と自溶合金被覆１６（第一合金材料被覆）とを溶着させたものであり、火炉ハウジングの組上げに際し現場で複数枚を連ねて隣り合う端部同士を溶接接続するようになっている。すなわち、鋼製パネル１１（板材−管材複合パネル）には、冷却水路付の火炉ハウジングの基本単位をなすべく、冷却水路をなす管部１２（管材）と連結部をなす板部１３（板材）とを交互に配して溶接接続等にて密に連結したものであり、さらに、耐エロージョン・コロージョンのため、火炉内壁となる片面（要保護部）には溶接接続用端部は別として全域に合金材料による溶着被覆が形成されている。

溶着被覆は、材工費削減のため、超合金被覆１５と自溶合金被覆１６とが使い分けられており、超合金被覆１５は、パネル端部のうち溶接接続部２０に供される管端側の端部における帯状領域（急速昇温領域）に施工され、自溶合金被覆１６は、要保護部のうちの残部領域に施工されている。急速昇温領域は、溶接作業時に自溶合金被覆では熱衝撃割れが生じうる領域のことであり、その急速昇温領域幅Ｃは、鋼材形状や被覆厚さ等によって異なるので一概には言えないが、ボイラ火炉パネルでは１５〜５０ｍｍ（１５ｍｍ以上で５０ｍｍ以下の何れか）程度である。

もっとも、板部１３の端部については、それよりも内方にまで、超合金被覆１５が形成されている。すなわち、超合金被覆１５が急速昇温領域幅Ｃの二倍程度にまで伸びて、急速昇温領域ばかりかそれを越えて残部領域に入り込んでいる。また、そこには、幅０．５〜２ｍｍ程度の細い切込み１４が形成されている。これは、管部１２の溶接目合わせ用の撓ませ代を確保するためであり、管部１２の太さによっては板部１３端部の超合金被覆１５と共に急速昇温領域幅Ｃの数倍程度に及ぶこともある。管部１２の端面には、溶接開先となる大きな面取り・テーパも施されている。

超合金被覆１５の材料は、ＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占めるものであるが、溶接作業時に熱衝撃で割れないよう、融点降下元素であるＢ，Ｓｉの含量をＢは０．１％（重量比）以下，Ｓｉは０．５％（重量比）以下に抑えている。そのような合金材料を規定する規格としては、日本国では、棒材のＪＩＳＧ４９０１や，板材のＪＩＳＧ４９０２が挙げられ、国際規格では、ＩＳＯ４９５５やＩＳＯ９７２３が挙げられる。超合金被覆１５の厚さは、１．２〜３．０ｍｍ程度である。

自溶合金被覆１６の材料は、同じくＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占めるものであるが、材料費の高騰を抑制するとともに、溶射処理と溶融処理とで能率良く施工するために、Ｂ，Ｓｉの含量を夫々１〜５％（重量比）にしている。そのような合金材料しては、日本国では、ＪＩＳＨ８３０３に規定された組成のニッケル自溶合金材料が挙げられる。他の国や地域では国際規格ＩＳＯ１４９２０に規定された組成のニッケル自溶合金材料が挙げられる。なお、自溶合金材料としては、高価ではあるがＣｏ（コバルト）基の自溶合金材料やＷＣ（炭化タングステン）を配合した自溶合金材料も必要に応じて使用されてよい。自溶合金被覆１６の厚さは、１．０〜２．０ｍｍ程度である。

この実施形態のボイラ火炉パネル１０（合金被覆ボイラ部品）について、その製造工程を、図面を引用して説明する。図２は、（ａ）が全体平面図、（ｂ）が全体正面図・端面図であり、図３は、（ａ）が要部拡大平面図、（ｂ）が要部拡大正面図・端面図である。図４は、（ａ）が要部拡大平面図、（ｂ）が要部拡大正面図・端面図、（ｃ）が全体平面図、（ｄ）が全体正面図・端面図、（ｅ）が全体平面図、（ｆ）が全体正面図・端面図であり、図５は、（ａ）が要部拡大平面図、（ｂ）が要部拡大正面図・端面図である。

ボイラ火炉パネル１０の製造は、要するに鋼製パネル１１を母材としてその片面に超合金被覆１５を形成してから自溶合金被覆１６も形成し更に端部形状を仕上げるというものであり、工場で行われる。
鋼製パネル１１は（図２参照）、従来同様で良く、鋼材からなる管部１２と板部１３とを交互に溶接接続等にて連結したものである。一般的なボイラ火炉パネルの場合、鋼製パネル１１のサイズは長さが４０００〜６０００ｍｍ程度で幅が４００〜５００ｍｍ程度、管部１２の径は６０〜７５ｍｍ程度、管部１２の厚さは５．０〜７．０ｍｍ程度、板部１３の厚さは５〜７ｍｍ程度である。

鋼製パネル１１の端部に対する超合金被覆１５の形成は（図３参照）、管部１２では急速昇温領域幅Ｃより少し広い範囲に対して行われ、板部１３では更に内方に入り込んだところまで行われる。なお、先端部の５０〜１５０ｍｍ程度が、作業中の固定保持等のために被覆処理されることなく残されることがあるが、その場合、最後の端部形状仕上時には切り落とされる。超合金被覆１５の施工作業は、溶接肉盛で行われ、その溶加材には、線材化した第二合金材料がが適しており、中でも日本ではＪＩＳＧ４９０１−ＮＣＦ６２５，ＪＩＳＧ４９０２−ＮＣＦ６２５該当の超合金材料が好適であり、他の国や地域では国際規格のＩＳＯ４９５５やＩＳＯ９７２３等で規定される超合金材料から該当品を選定できる。

急速昇温領域の残部領域に対する自溶合金被覆１６の形成は（図４参照）、超合金被覆１５のマスキング，自溶合金の溶射，自溶合金の溶融処理の順に行われる。なお、詳細な説明は割愛するが、ショットブラスト等の表面清浄処理も適宜行われる。
超合金被覆１５のマスキングは、例えば金属薄板等の遮蔽板又は耐熱マスキングテープを用いて行われる。また、超合金被覆１５と自溶合金被覆１６との間に隙間ができて母材が露出しないよう、超合金被覆１５と自溶合金被覆１６が一部で重複するようにマスキングを行う。そのような重層部分では、急峻な段差が現出しないよう、両被覆の厚みにテーパを付けると良い。

自溶合金被覆１６形成のための溶射およびその後の溶融処理は、超合金被覆１５の無い従来品に対する被覆形成処理と同様で良いので（例えば特許文献２参照）、詳細な説明は割愛するが、公知の装置を用いて一般的な手法で行われる。すなわち、自溶合金の溶射は、公知の溶射装置を用いて一般的な溶射法で能率良く行われる。自溶合金被覆１６の溶射材には、粉粒化した第一合金材料が適しており、中でも日本ではＪＩＳＨ８３０３−ＳＦＮｉ４該当のニッケル自溶合金材料が好適であり、他の国や地域では国際規格のＩＳＯ１４９２０に規定されるニッケル自溶合金材料から該当品を選定できる。

また、自溶合金の溶融処理も、基本的には、公知の高周波誘導加熱装置を用いて一般的な移動加熱法で一方向に能率良く行われる。
ただし、従来と異なり板部１３に溶射された自溶合金被覆１６に対しても一方向移動の条件下で十分な溶融処理を施すようにする（特許文献２，３参照）。

上述の合金材料で被覆する場合、超合金被覆１５と自溶合金被覆１６との厚さ比率は、１．２〜２．０：１に設定するのが良い。これは、自溶合金被覆の耐摩耗性が超合金被覆よりも優れており、使用条件に応じて上記範囲の被覆厚さ比を設定しておくことによって両被覆の耐摩耗寿命が均等化されるからである。即ち、１．２：１未満では超合金被覆１５の減耗が先行して残された自溶合金被覆１６が無駄になる恐れがあり、一方、２．０：１を超えると、逆に自溶合金被覆１６の減耗が先行して残された超合金被覆１５が無駄になる恐れがある、ということである。

表側片面に合金被覆１５，１６の形成後、鋼製パネル１１の先端の未被覆部が切り落とされる（図５参照）。これはプラズマ切断などで行われ、同時に又は別の時に、切込み１４も形成される。さらに、他のボイラ火炉パネル１０との溶接接続に備えて、管部１２の先端に面取り加工が施される（図１（ｃ），（ｅ）参照）。
こうして、端部の仕上げも終えると、一枚のボイラ火炉パネル１０が出来上がる。また、同様にして能率良く次々にボイラ火炉パネル１０が製造されると、それらは工場や倉庫などに蓄積され保管される。

この実施形態のボイラ火炉パネル１０（合金被覆ボイラ部品）について、その使用態様等を、図面を引用して説明する。ボイラ火炉パネル１０は複数枚が溶接接続されてボイラ火炉に組み込まれるので、ここでは特にボイラ火炉パネル１０同士の溶接工程を説明する。図６は、その溶接接続工程を示し、（ａ）が溶接前の溶接接続部の断面図、（ｂ）が溶接後の溶接接続部の断面拡大図である。また、図１（ｆ）は複数のボイラ火炉パネル１０を連結したところの平面図である。

溶接接続工程は、位置決め（目合わせ）工程と管端溶接接続工程と板部溶接接続工程とからなり、その順で各工程の処理が接続対象ボイラ火炉パネル１０対の溶接接続部２０に施される。これは、部分的には組立工場で行われることもあるが、最終的にはボイラ設置現場で行われる。
先ず位置決め工程では（図６（ａ）参照）、溶接接続部２０となる管部１２の先端同士を対向させた状態で、両ボイラ火炉パネル１０を固定する。それから、各管端対向状態に位置ずれがあれば、そして、その位置ずれが先の合金被覆１５，１６形成などで生じた僅かなものであれば、切込み１４に小さな楔を打ち込む等のことを行って、対向管端の位置整合を採る。

次に管端溶接接続工程では（図６（ｂ）参照）、ボイド等の生じないように、また加熱しすぎないように、管内面側から管外面側へ何回かに分けて環状の溶接が行われる。図示の例では、五層に分かれており、管の中空に臨む超合金溶接層２１の環状溶接から始めて、管肉に埋もれる超合金溶接層２２の環状溶接が続き、さらに、管外周に露呈する三列の超合金溶接層２３，２４，２５が一巡ずつ順に施工される。この管端溶接工程で使われる溶加材としては、超合金被覆１５と同じ第二合金材料が、自溶合金被覆との耐食性，耐摩耗性のバランスの点で望ましい。第二合金材料を用いた施工済みの超合金被覆１５は熱衝撃割れ感受性が無いので、溶接はこの被覆を損なうことなく容易かつ的確に行える。また、その先の自溶合金被覆１６についても、これは熱衝撃割れ感受性を持っているが、超合金被覆１５が急速昇温領域幅Ｃをカバーしているので、やはり割れの発生を心配する必要が無い。

最後に、板部溶接接続工程では、図示は割愛したが、少なくとも双方の切込み１４を覆うサイズの当て板が、両ボイラ火炉パネル１０の板部１３に亘って、溶接される。当て板の溶接は、裏（すなわち超合金被覆１５非形成面，火炉外壁面，保護不要面）側から行われる。切込み１４が細いうえ当て板の付け替えが容易なことから、切込み１４の内側は母材のままで即ち鋼製パネル１１が露呈したままで工程を終えることもあるが、超合金被覆１５と同じ第二合金材料を溶加材に用いた溶接施工にて切込み１４を埋めても良い。また、板部１３は、管部１２と違って、ボイラ構築後の補修が行いやすい（ボイラ外からの補修でも一応の目的が達成される）ので、パネル端部板や当て板の板厚を厚くして長寿命化した上で合金被覆を省略するといった手法も採用されてよい。

こうして、次々にボイラ火炉パネル１０が連結され（図１（ｆ）参照）、冷却水路付の火炉ハウジングが出来上がる。
そのような火炉ハウジングにあっては、内壁全面が又は内壁面のうち要保護部については全域が緻密な合金被覆にて覆われるので、耐エロージョン・コロージョン性が格段に向上する。

次に、本発明の自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法の一実施形態について、その工程等を、図面を引用して説明する。図７は、（ａ）がボイラチューブの平面図、（ｂ）が正面図・端面図、図７（ｃ）〜（ｈ），図８（ａ），（ｂ）は、何れも平面図である。

ここでは、準備していなかったボイラチューブを現場で調達するときの遣り方を説明する。要保護部である外周面に自溶合金被覆の施された鋼製ボイラチューブ７０は（図７（ａ），（ｂ）参照）速やかに入手できるが、それは、長さが組込箇所に合致していないものとする（図７（ｃ）参照）。また、自溶合金被覆が、ＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占め更にＢとＳｉが夫々１〜５％配された合金材料なので、すなわち熱衝撃割れ感受性を持った第一合金材料（上述の自溶合金被覆１６の材料）なので、そのまま溶接すると不所望に損なわれてしまう。

そこで、ボイラチューブ７０から余剰部分７１を切り落として所望の長さの適合部７２を残すとともに（図７（ｄ）参照）、後の溶接接続に備えて（図８（ｂ）参照）、先ず、採用部分である適合部７２の両端に溶接肉盛の溶接施工を行う（図７（ｅ）〜（ｈ）、図８（ａ）参照）。この溶接施工を工程順に詳述すると、先ず適合部７２内の両端部７３，７４から自溶合金被覆を除去する（図７（ｅ）参照）。端部７３，７４の母材露出幅は、上述の急速昇温領域幅Ｃと同じで、一概には言えないが、１５〜５０ｍｍ程度である。

それから、ソレノイド状に捲回され且つその捲回ピッチが単調増加するような誘導コイル７５を（図７（ｆ）参照）、高周波誘導加熱装置に接続するとともに、端部７３に嵌装・遊嵌して（図７（ｇ）参照）、誘導加熱による予熱処理を行う。そのとき、端部７３の母材露出幅の２〜３倍の長さの誘導コイル７５を用い、その誘導コイル７５の両端のうち捲回ピッチの粗い方を適合部７２の中間部側にし、捲回ピッチの密な方を端部７３側にする。また、高周波誘導加熱装置に設定する誘導コイル７５の通電条件を、端部７３における昇温速度が２〜１０℃／秒になるような緩速加熱条件にする。

そうすると、端部７３及びそこから内方に向けて昇温量が漸減して行く加熱パターンで而もゆっくり適合部７２が予熱される。そして、最高温部温度が４５０〜６００℃になったら、加熱をやめる。これにより、軸方向の空間面でも時間の経過面でも急変の無い「ぼかし予熱領域」が形成されるので、引き続いて、すなわち冷める前に速やかに、適合部７２の端部７３に超合金被覆７６を形成する（図７（ｈ）参照）。その形成は、溶接肉盛にて、自溶合金被覆との間に母材露出面を残さないように行われる。

また、その溶接肉盛では、溶加材に、熱衝撃割れ感受性の無い第二合金材料（上述の超合金被覆１５の材料）が用いられる。すなわち、ＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占め且つＢとＳｉの含量をＢは０．１％以下，Ｓｉは０．５％以下に抑えた合金材料を溶加材として、溶接施工が行われる。
このような溶接施工では自溶合金被覆の形成が先で超合金被覆の形成が後になっているが、「ぼかし予熱領域」内での施工であるので、自溶合金被覆が割れることは無い。

こうして、ボイラチューブ７０の適合部７２は、後の溶接接続の対象部位である端部７３については急速昇温領域に亘って第二合金材料での超合金被覆が形成されるとともに、それより内方の残部領域には自溶合金被覆が残された状態になる。そして、同様の溶接施工を残りの端部７４についても行えば、上述したボイラ火炉パネル１０相当のボイラチューブ８０が現場で出来上がる（図８（ａ）参照）。これと接続される他のボイラチューブ８１，８２も、必要であれば同様にして現場で、調製し、一時保管しておく。

そして、溶接接続時には、連結対象のボイラチューブ８０，８１，８２を現場に揃え、溶接開先の形成など所要の管端処理を行ってから、溶接接続部８３，８４でボイラチューブ８０，８１，８２の先端同士を対向させた状態で、ボイラチューブ８０，８１，８２を固定する（図８（ｂ）参照）。それから、溶接接続部８３，８４それぞれに対し、超合金被覆７６の溶接肉盛に使用したのと同じ溶加材を用いて、管端同士の溶接接続を行う。このボイラチューブ８０の管端溶接接続は、上述した管部１２の管端溶接接続と同様で、自溶合金被覆の熱衝撃割れを心配すること無く容易に行え、予熱も不要である。

本発明の自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法の他の実施形態について、その工程等を、図面を引用して説明する。図９は、（ａ），（ｂ）何れも要部の平面図である。

ここでは、外周面に自溶合金被覆の施された鋼製ボイラチューブ９０同士の溶接接続を現場で急遽行う必要が生じたときの遣り方を説明する。ここでも、自溶合金被覆が、ＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占め更にＢとＳｉが夫々１〜５％配された合金材料なので、すなわち熱衝撃割れ感受性を持った第一合金材料（上述の自溶合金被覆１６の材料）なので、そのまま溶接すると不所望に損なわれてしまうため、高周波誘導加熱装置を用いて「ぼかし予熱領域」の形成を行う。

もっとも、この場合の予熱は上述の各実施形態と異なり溶接接続施工の直前に行われる。また、接続対象の両ボイラチューブ９０が現場で既に固定されていて、双方の端部９１を引き離すことが難しい、といったことも多々ある。そのため、端部９１には、溶接開先を形成する前処理を施こし、誘導コイル９２には、展開着脱の可能なワンターンものを採用すると良い（図９（ａ）参照）。そして、誘導コイル９２に高周波通電して「ぼかし予熱領域」形成のための加熱を行うときには、誘導コイル９２を往復移動させる。

その往復移動は、最高温部温度が４５０〜６００℃に達するまで何回も行う。また、加熱パターンが溶接接続対象の端部９１を中心にして双方向へ向けて即ち端部９１からボイラチューブ９０の長手方向内方に向けて昇温量の漸減して行くパターンになるよう、端部９１のところは緩速で、端部９１から離れるほど急速で、行う。往復距離は、片側で、即ち一方のボイラチューブ９０について端部９１から内方へ、１５〜５０ｍｍ程度を確保する。さらに、この場合も、高周波誘導加熱装置に設定する誘導コイル９２の通電条件を、端部９１における昇温速度が２〜１０℃／秒になるような緩速加熱条件にする。

そうすると、この場合も、軸方向の空間面でも時間の経過面でも急変の無い「ぼかし予熱領域」が形成されるので、引き続いて、速やかに、ボイラチューブ９０の対向端部９１同士を溶接接続する（図９（ｂ）参照）。その溶接接続部９３は、上述した管部１２の管端溶接接続と同様、熱衝撃割れ感受性の無い第二合金材料（上述の超合金被覆１５の材料）を溶加材として溶接接続される。すなわち、この場合も、溶加材はＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占め且つＢとＳｉの含量をＢは０．１％以下，Ｓｉは０．５％以下に抑えた合金材料であるが、ぼかし予熱が直前先行しているので、自溶合金被覆が割れることは無い。

その他、上記の各実施形態では、具体例として、ボイラ火炉パネル１０の工場生産とボイラチューブ８０の現場調達とを説明したが、逆も有り得る。すなわち、ボイラチューブ８０の工場生産も、ボイラ火炉パネル１０の現場調達も、繰り返しとなる詳細な説明は割愛するが、上述したのと同様にして、適宜行われる。

本発明の一実施形態について、合金被覆ボイラ部品の構造を示し、（ａ）が全体平面図、（ｂ）が全体正面図・端面図、（ｃ）が要部拡大平面図、（ｄ）が要部拡大正面図・端面図、（ｅ）がＡ断面拡大図、（ｆ）が複数連結状態の平面図である。 合金被覆ボイラ部品の製造工程を示し、（ａ）が全体平面図、（ｂ）が全体正面図・端面図である。 合金被覆ボイラ部品の製造工程を示し、（ａ）が要部拡大平面図、（ｂ）が要部拡大正面図・端面図である。 合金被覆ボイラ部品の製造工程を示し、（ａ）が要部拡大平面図、（ｂ）が要部拡大正面図・端面図、（ｃ）が全体平面図、（ｄ）が全体正面図・端面図、（ｅ）が全体平面図、（ｆ）が全体正面図・端面図である。 合金被覆ボイラ部品の製造工程を示し、（ａ）が要部拡大平面図、（ｂ）が要部拡大正面図・端面図である。 合金被覆ボイラ部品の溶接工程を示し、（ａ）が溶接前の溶接接続部の断面図、（ｂ）が溶接後の溶接接続部の断面拡大図である。 本発明の他の実施形態について、自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法の工程を示し、（ａ）がボイラチューブの平面図、（ｂ）が正面図・端面図、（ｃ）〜（ｈ）が何れも平面図である。 （ａ），（ｂ）何れも平面図である。 本発明の他の実施形態について、自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法の工程を示し、（ａ），（ｂ）何れも要部の平面図である。

符号の説明

１０ ボイラ火炉パネル（合金被覆ボイラ部品）
１１ 鋼製パネル（複合パネル）
１２ 管部（管材）
１３ 板部（板材）
１４ 切込み
１５ 超合金被覆（溶接肉盛部、第二合金材料被覆）
１６ 自溶合金被覆（溶射後溶融部、第一合金材料被覆）
２０ 溶接接続部
２１〜２５ 超合金溶接層（第二合金材料溶加材）
４０ 誘導コイル（高周波誘導加熱装置）
７０ ボイラチューブ（自溶合金被覆ボイラ部品）
７１ 余剰部分
７２ 適合部（採用部分）
７３，７４ 端部（急速昇温領域）
７５ 誘導コイル（高周波誘導加熱装置）
７６ 超合金被覆（溶接肉盛部、第二合金材料被覆）
８０〜８２ ボイラチューブ（合金被覆ボイラ部品）
８３，８４ 溶接接続部
９０ ボイラチューブ（自溶合金被覆ボイラ部品）
９１ 端部
９２ 誘導コイル（高周波誘導加熱装置）
９３ 溶接接続部

Claims (11)

1. 金属製の母材にＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占める合金材料による被覆が施された、溶接接続して用いられる合金被覆ボイラ部品であって、溶接接続に供される端部には、その近傍も含めた、溶接作業時に熱衝撃割れが生じうる急速昇温領域に亘って、融点降下元素であるＢ，Ｓｉの含量をＢは０．１％以下，Ｓｉは０．５％以下に抑えた前記合金材料による溶着被覆が施されており、一方、前記急速昇温領域以外の残部領域には、前記Ｂ，Ｓｉの含量を夫々１〜５％とした組成の前記合金材料による溶着被覆が施されている、ことを特徴とする合金被覆ボイラ部品。
2. 前記急速昇温領域は、溶接に供される端部と、この端部から１５〜５０ｍｍ離れた位置との間に亘る領域である、ことを特徴とする請求項１記載の合金被覆ボイラ部品。
3. 前記Ｂ，Ｓｉの含量をＢは０．１％以下，Ｓｉは０．５％以下に抑えた前記合金材料として、ＪＩＳＧ４９０１，４９０２に規定された組成の超合金材料を用いた、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された合金被覆ボイラ部品。
4. 前記Ｂ，Ｓｉの含量を夫々１〜５％とした組成の前記合金材料としてＪＩＳＨ８３０３に規定された組成のニッケル自溶合金材料を用いた、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された合金被覆ボイラ部品。
5. 前記Ｂ，Ｓｉの含量をＢは０．１％以下，Ｓｉは０．５％以下に抑えた前記合金材料として、ＪＩＳＧ４９０１，４９０２−ＮＣＦ６２５該当の超合金材料を用い、また、前記Ｂ，Ｓｉの含量を１〜５％とした組成の前記合金材料としてＪＩＳＨ８３０３−ＳＦＮｉ４該当のニッケル自溶合金材料を用いるとともに、これらの材料を用いて形成した前記急速昇温領域と前記残部領域の溶着被覆の厚さ比率を、１．２〜２．０：１に設定した、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された合金被覆ボイラ部品。
6. 前記合金被覆ボイラ部品はボイラ火炉パネル又はボイラチューブである、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された合金被覆ボイラ部品。
7. 前記合金被覆ボイラ部品は、管材と板材とを交互に連結したボイラ火炉パネルであり、前記板材の端部には、内方に向けて前記急速昇温領域を越え前記残部領域に達するところまで、前記Ｂ，Ｓｉの含量をＢは０．１％以下，Ｓｉは０．５％以下に抑えた前記合金材料による溶着被覆が施されるとともに、切込みが形成されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された合金被覆ボイラ部品。
8. 金属製の母材にＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占め更にＢとＳｉが夫々１〜５％配された自溶合金材料による溶着被覆が施された自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法であって、溶接施工に供される端部を対象として、端部から内方に向けて昇温量が漸減して行く加熱パターンでの予熱処理を前記端部における昇温速度が２〜１０℃／秒という緩速加熱条件で適用してぼかし予熱領域を形成し、引続いて当該端部の溶接作業を行う、ことを特徴とする自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法。
9. 前記予熱処置を、前記溶接施工における溶加材適用領域よりも内方に更に１５〜５０ｍｍ広くとった領域を前記ぼかし予熱領域とし、最高温部温度を４５０〜６００℃とする条件にて行う、ことを特徴とする請求項８記載の自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法。
10. 前記溶接施工は、前記端部からその内方に亘る領域に施す、ＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占め且つＢとＳｉの含量をＢは０．１％以下，Ｓｉは０．５％以下に抑えた合金材料を溶加材とする溶接肉盛である、ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載された自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法。
11. 前記溶接施工は、前記端部を対象としたＮｉリッチのＮｉ−Ｃｒ成分が過半量を占め且つＢとＳｉの含量をＢは０．１％以下，Ｓｉは０．５％以下に抑えた合金材料を溶加材とする溶接接続である、ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載された自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法。

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