JP2011147952A - 流路付き壁部材の補修方法 - Google Patents

流路付き壁部材の補修方法 Download PDF

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Abstract

【課題】流路付き壁部材の部分的な補修工事に要する時間とコストとを削減することができる流路付き壁部材の補修方法を提供することを目的とする。
【解決手段】母材２と板材３との間に複数の流路４を有する流路付き壁部材１の一部分を除去する除去工程と、除去工程にて除去された部分に補修用母材６を溶接する母材溶接工程と、補修用母材６上に複数の肉盛溶接を行い、各肉盛溶接のビード８間に流路４を形成する流路形成工程と、複数の肉盛溶接のビード８の表面に補修用板材９を溶接する板材溶接工程と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、ガスタービンの燃焼器のような流路付き壁部材の部分的な補修方法に関するものである。
一般に、ガスタービンの燃焼器の損傷部分の補修方法としては、損傷が生じた部材全体の交換や部品交換が行われている（例えば、特許文献１）。
また、特許文献２には、燃焼器のような内部に流路（以下「冷却溝」という。）を有する板にクラックが発生した場合についての補修方法が開示されている。
特許第３９１５４２３号公報 特開２００２−３６１５２３号公報
しかしながら、冷却溝を有する燃焼器の尾筒に損傷が生じた場合の補修方法は、損傷部分を除去して尾筒のガスパスを形成する母材の一部を削除部分に周溶接し、母材上にグラインダによって冷却溝となる流路を作成する。その後、作成された流路に銅ワイヤを挿入して銅ワイヤの上部を溶接した後、銅ワイヤを流路から引き出して冷却溝を形成するという補修を行っていた。そのため、冷却効果を高めるために冷却溝の間隔を狭くして作成される燃焼器の尾筒を補修する場合には、グラインダによって冷却溝を作成することができず尾筒を構成しているパネル毎交換するため補修に要する時間とコストとがかさむという問題があった。
特許文献２に記載の発明は、広範囲に渡るクラックが発生した場合には、補修工事に要する時間とコストとがかさむという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、流路付き壁部材の部分的な補修工事に要する時間とコストとを削減することができる補修方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の流路付き壁部材の補修方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る流路付き壁部材の補修方法によれば、母材と板材との間に複数の流路を有する壁部材の一部分を除去する除去工程と、該除去工程にて除去された部分に補修用母材を溶接する母材溶接工程と、前記補修用母材上に複数の肉盛溶接を行い、各該肉盛溶接間に流路を形成する流路形成工程と、複数の前記肉盛溶接の表面に補修用板材を溶接する板材溶接工程と、を備えたことを特徴とする。
従来は、母材と板材との間に複数の流路を有する壁部材の一部を除去する場合には、その部分を除去して補修用母材を周溶接し、補修用母材上にグラインダによって流路を作成していた。しかし、補修用母材上に形成される流路間の間隔が狭くなった場合には、グラインダによる流路の形成が困難になる。
そこで、本発明は、補修用母材上に肉盛溶接を複数行い、それらの肉盛溶接の表面に補修用板材を溶接することとした。そのため、間隔が狭い流路を有する壁部材の補修をすることができる。したがって、流路付き壁部材の補修コストを抑えることができる。
さらに、本発明に係る流路付き壁部材の補修方法によれば、前記肉盛溶接は、溶接材粉末を用いたレーザ溶接、又は電子ビーム溶接であることを特徴とする。
溶接材粉末を用いたレーザ溶接又は電子ビーム溶接によって肉盛溶接をすることとした。そのため、幅の狭い細い溶接を施工することができる。したがって、補修用母材上に間隔が狭い流路を作成することができる。
さらに、本発明に係る流路付き壁部材の補修方法によれば、前記流路形成工程は、前記補修用母材上に複数の前記肉盛溶接を行う前に、前記補修用母材上に複数の管を設け、前記肉盛溶接によって複数の前記管の間を溶接することを特徴とする。
補修用母材上に複数の管を設けて、それらの管の間に肉盛溶接をすることとした。そのため、肉盛溶接の高さは、管の高さに合わせ、肉盛溶接を行う幅は、管と管との間隔に合わせて溶接することができる。したがって、肉盛溶接に要する時間を短縮することができる。
さらに、本発明に係る流路付き壁部材の補修方法によれば、複数の前記肉盛溶接の表面または複数の前記肉盛溶接に溶接される前記補修用板材の反対面には、更に肉盛溶接を行う工程を備えることを特徴とする。
肉盛溶接の表面または肉盛溶接の表面に溶接される補修用板材の反対面には、更に肉盛溶接を行うこととした。そのため、肉盛溶接または肉盛溶接をした補修用板材を任意の厚み、形状にすることができる。したがって、既存の流路付き壁部材と形状を合わせることができる。
さらに、本発明に係る流路付き壁部材の補修方法によれば、前記補修用板材には、複数の開先が設けられることを特徴とする。
開先を補修用板材に設けることとした。そのため、補修用板材を肉盛溶接の表面に溶接する際に、溶接を行う位置を目視することができる。したがって、溶接忘れを防止することができる。
以上の補修方法は，レーザの代わりに電子ビームを用いた溶接でも良い。その場合は、燃焼器を真空チャンバに設置し補修を行う。
補修用母材上に肉盛溶接を複数行い、それらの肉盛溶接の表面に補修用板材を溶接することとした。そのため、間隔が狭い流路を有する壁部材の補修をすることができる。したがって、流路付き壁部材の補修コストを抑えることができる。
一般的なガスタービンの燃焼器の縦断面図である。 図１に示した燃焼器の尾筒を形成する流路付き壁部材の部分断面図である。 本発明の第１実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法の説明図である。 本発明の第２実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法の説明図である。 本発明の第３実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法の説明図である。 本発明の第４実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法の説明図である。
［第１実施形態］
図１には、ガスタービンの燃焼器の尾筒５０が示されている。なお、本実施形態および以降の各実施形態では、燃焼器（図示せず）の尾筒５０の流路付き壁部材の補修方法として説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、母材（図示せず）と板材（図示せず）との間に複数の流路（図示せず）が形成された壁部材の補修に適用することができる。
尾筒５０を形成する流路付き壁部材は、燃焼器のガスパス部を形成している母材（図示せず）と、複数の冷却溝である流路が形成されている板材（図示せず）とを有している。
図２には、尾筒を形成する流路付き壁部材の部分断面図が示されている。
ガスタービン（図示せず）の燃焼器の尾筒５０（図１参照）を形成する流路付き壁部材１としては、母材２と、複数の流路４が形成されている板材３とが用いられている。母材２と板材３は、ろう付によって張り合わせられている。ろう付によって張り合わせられることによって、母材２と板材３の間には、流路４が複数形成されることになる。
本実施形態の流路付き壁部材１の補修方法は、この流路付き壁部材１の板材３上に生じた損傷部（図示せず）を含む部材の一部分（以下「除去部分」という。）５を補修する。流路付き壁部材１の補修方法は、除去工程と、母材溶接工程と、流路形成工程と、板材溶接工程とを備えている。
図３（ａ）に示すように、除去工程では、燃焼器の尾筒５０（図１参照）を形成する流路付き壁部材１から損傷部を含む除去部分５を除去する。除去部分５の範囲は、流路付き壁部材１における損傷部の位置や損傷部の状態によって適宜決定される。
図３（ｂ）に示すように、母材溶接工程では、除去部分５（図３（ａ）参照）の大きさに加工した補修用母材６を既存の母材２に周溶接する。
補修用母材６は、厚さが１．６ｍｍのニッケル基超合金が用いられる。補修用母材６および溶加剤としては、例えば、三菱マテリアル株式会社の商品名「トミロイ」、Special Metals Corporationの商品名「インコネル６１７」、Haynes Internationalの商品名「ハステロイＸ」等が好ましい。
図３（ｃ）に示すように、流路形成工程では、既存の母材２（図３（ｂ）参照）に周溶接した補修用母材６上に溶接材粉末７を用いて複数の肉盛溶接が行われる。なお、図３（ｃ）は、補修用母材６の部分拡大図である。複数の肉盛溶接を補修用母材６上に施工することによって、複数の肉盛溶接のビード８間には、流路４が形成される。
肉盛溶接は、例えば、ＹＡＧレーザ溶接（レーザ溶接）を用いている。肉盛溶接によって形成されるビード８は、ウィービングビード（以下「ビード」という。）である。なお、ビード８は、直線状のビードでもよい。ビード８は、例えば、厚さが３ｍｍかつウィービング幅が２．５ｍｍとなるように形成される。ビード８は、溶接により所定の形状に形成されるが、施工後の後加工を考慮して＋１ｍｍ程度の余盛が設けられて形成されても良い。
肉盛溶接に用いられるＹＡＧレーザ溶接の出力は、３５０Ｗから７００Ｗが好ましい。レーザの出力が３５０Ｗ以下の場合には、溶着不良を生じ、７００Ｗ以上の場合には、入熱が過多となって補修用母材６に熱変形や溶接割れが生じるためである。
また、溶接速度は、１００mm/minから５００mm/minが好ましい。溶接速度が１００mm/minの場合には、入熱が過多となって補修用母材６に熱変形や溶接割れが生じ、５００mm/min以上の場合には、溶接速度が速すぎるために融け残りが発生するためである。
溶接材粉末７には、補修用母材６と同じニッケル基超合金またはSpecial Metals Corporationの商品名「インコネル６２５」が好ましい。用いられる溶接材粉末の粒径は、１２５μｍから５００μｍが好ましい。粉末供給量は、３g/minから１５g/minによって送給される。粉末供給量が３g/min以下の場合には、ビード８の形成に時間がかかり、１５g/min以上の場合には、粉末供給量過多のために溶着不良が生じるためである。
図３（ｄ）に示すように、余盛が設けられているビード８を形成した場合には、ビード８を所定形状である厚さが２ｍｍかつ幅が１．５ｍｍになるように成型加工する。
図３（ｅ）に示すように、板材溶接工程では、例えば厚さ２ｍｍの補修用板材９を複数の各ビード８の表面に溶接する。補修用板材９と各ビード８とは、ＹＡＧレーザ溶接によって貫通溶接１２が行われる。レーザは、各ビード８の中央部を貫通するよう照射される。
以上の通り、本実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法によれば、以下の作用効果を奏する。
補修用母材６上に肉盛溶接を行いビード８を複数設け、それらの肉盛溶接のビード８の表面に補修用板材９をＹＡＧレーザ溶接（レーザ溶接）することとした。そのため、間隔が狭い流路４を有する流路付き壁部材１の補修をすることができる。したがって、流路付き壁部材１の補修コストを抑えることができる。
溶接材粉末７を用いたＹＡＧレーザ溶接によって肉盛溶接のビード８を形成することとした。そのため、幅の狭い細いビード８を施工することができる。したがって、補修用母材６上に間隔が狭い流路４を作成することができる。
なお、本実施形態では、溶接材粉末７を用いて形成されるビード８は、高さが２ｍｍで幅が１．５ｍｍに余盛分を付加するとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、尾筒５０を形成する流路付き壁部材１の流路４を形成できる高さおよび幅であれば良い。
また、ＹＡＧレーザ溶接の代わりに電子ビームを用いた溶接でも良い。
また、補修用母材６の厚さについても、尾筒５０を形成する流路付き壁部材１に適した厚みであれば良い。
[第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の流路付き壁部材の補修方法は、流路形成工程の補修用母材上に肉盛溶接を施工する前に補修用母材に管を設ける点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の流路付き壁部材の補修方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図４には、本発明の第２実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法の説明図が示されている。
図４（ａ）に示すように、流路形成工程では、補修用母材６上に複数の冷却管（管）１０を等間隔で設置する。冷却管１０は、尾筒５０（図１参照）を形成する流路付き壁部材１（図２参照）内に形成されている流路４と同様な形状の流路１１を形成するものであり、例えば、高さが２ｍｍかつ幅が１．５ｍｍとされる。
図４（ｂ）に示すように、補修用母材６上に等間隔で設置されている複数の冷却管１０の間を肉盛溶接する。肉盛溶接は、溶接材粉末を用いてＹＡＧレーザ溶接を施工する。肉盛溶接のビード８は、冷却管１０の間を埋めるように冷却管１０の高さと略同等となるまで施工される。
図４（ｃ）に示すように、板材溶接工程では、冷却管１０および肉盛溶接のビード８の表面に更に肉盛溶接（以下「空気面側肉盛溶接」という。）１３が施工される。空気面側肉盛溶接１３は、既存の流路付き壁部材１（図２参照）の表面と同じ高さになるように施工される。
以上の通り、本実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法によれば、以下の作用効果を奏する。
補修用母材６上に複数の冷却管（管）１０を設けて、それらの冷却管１０の間に肉盛溶接をすることとした。そのため、肉盛溶接のビード８の高さは、冷却管１０の高さに合わせ、肉盛溶接のビード８の幅は、冷却管１０と冷却管１０との間隔に合わせて溶接することができる。したがって、肉盛溶接に要する時間を短縮することができる。
肉盛溶接のビード８の表面には、更に空気面側肉盛溶接（肉盛溶接）１３を行うこととした。そのため、空気面側肉盛溶接１３を任意の厚み、形状にすることができる。したがって、既存の流路付き壁部材１（図２参照）と形状を合わせることができる。
[第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の流路付き壁部材の補修方法は、板材溶接工程において板材の反対面に肉盛溶接を施工する点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の流路付き壁部材の補修方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５には、本発明の第３実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法の説明図が示されている。
図５（ａ）に示すように、板材溶接工程では、例えば厚さが１ｍｍの補修用板材９を複数形成されているビード８の表面に溶接する。補修用板材９と各ビード８とは、ＹＡＧレーザ溶接によって貫通溶接１２が行われる。レーザは、各ビード８の中央部を貫通するよう照射される。
図５（ｂ）に示すように、補修用板材９がビード８の表面に接している反対面には、空気側肉盛溶接（肉盛溶接）１３が施工される。空気面側肉盛溶接１３は、溶接材粉末を用いてＹＡＧレーザ溶接によって施工される。空気面側肉盛溶接１３は、既存の流路付き壁部材１（図２参照）の板材３と段差を生じないように滑らかに施工される。
以上の通り、本実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法によれば、以下の作用効果を奏する。
肉盛溶接の各ビード８の表面に溶接されている補修用板材９の反対面には、更に空気面側肉盛溶接（肉盛溶接）１３を行うこととした。そのため、空気面側肉盛溶接１３を施工した補修用板材９を任意の厚み、形状にすることができる。したがって、既存の流路付き壁部材１（図２参照）と形状を合わせることができる。
[第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の流路付き壁部材の補修方法は、複数の開先が設けられている板材を溶接する点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の流路付き壁部材の補修方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図６には、本発明の第４実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法の説明図が示されている。
図６（ａ）に示すように、板材溶接工程において、例えば厚さが２ｍｍの補修用板材１４には、複数のスリット１５が設けられている。補修用板材１４に設けられているスリット１５は、断面形状がＶ字形状となっている。スリット１５は、補修用板材１４が溶接されている各ビード８の表面と同じ間隔で複数形成されている。
図６（ｂ）に示すように、板材溶接工程において、複数のスリット１５を有する補修用板材１４を各ビード８の表面に溶接する。補修用板材１４は、レーザ溶接によって開先溶接１６が施工される。レーザは、補修用板材１４に形成されている各スリット１５の中央部と各ビード８の中央部とを貫通するように溶加材を加えながら照射される。
以上の通り、本実施形態に係る流路付き壁部材の補修方法によれば、以下の作用効果を奏する。
開先（スリット）１５を補修用板材１４に設けることとした。そのため、補修用板材１４を肉盛溶接の各ビード８の表面に開先溶接（溶接）１６する際に、溶接を行う位置を目視することができる。したがって、溶接忘れを防止することができる。
なお、本実施形態では、補修用板材１４と各ビード８とをレーザを用いた開先溶接１６によって溶着させるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＴＩＧ溶接やプラズマ溶接、また電子ビーム溶接によって施工しても良い。
１ 流路付き壁部材
２ 母材
３ 板材
４ 流路
６ 補修用母材
８ ビード
９ 補修用板材

Claims (5)

  1. 母材と板材との間に複数の流路を有する壁部材の一部分を除去する除去工程と、
    該除去工程にて除去された部分に補修用母材を溶接する母材溶接工程と、
    前記補修用母材上に複数の肉盛溶接を行い、各該肉盛溶接間に流路を形成する流路形成工程と、
    複数の前記肉盛溶接の表面に補修用板材を溶接する板材溶接工程と、
    を備えた流路付き壁部材の補修方法。
  2. 前記肉盛溶接は、溶接材粉末を用いたレーザ溶接、又は電子ビーム溶接である請求項１に記載の流路付き壁部材の補修方法。
  3. 前記流路形成工程は、前記補修用母材上に複数の前記肉盛溶接を行う前に、前記補修用母材上に複数の管を設け、前記肉盛溶接によって複数の前記管の間を溶接する請求項１または請求項２に記載の流路付き壁部材の補修方法。
  4. 複数の前記肉盛溶接の表面または複数の前記肉盛溶接に溶接される前記補修用板材の反対面には、更に肉盛溶接を行う工程を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の流路付き壁部材の補修方法。
  5. 前記補修用板材には、複数の開先が設けられる請求項１から請求項４のいずれかに記載の流路付き壁部材の補修方法。
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