JP2013198919A - Build-up welding method and device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、母材に補填肉盛材を肉盛溶接する肉盛溶接方法および装置に関するものである。 The present invention relates to an overlay welding method and apparatus for overlay welding a filling overlay material to a base material.
現在、蒸気タービンのタービン翼などでは、エロージョンが問題となっている。そこで、このようなエロージョン対策として、タービン翼の前縁部に耐摩耗性が高い金属を貼付している。 At present, erosion is a problem in turbine blades of steam turbines. Therefore, as a countermeasure against such erosion, a metal having high wear resistance is attached to the front edge portion of the turbine blade.
このようなタービン翼では、その前縁部に耐摩耗性の金属板をガスバーナでロウ付けしている。しかし、このような溶接を実行すると、いわゆる縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生する。 In such a turbine blade, a wear-resistant metal plate is brazed with a gas burner at the front edge thereof. However, when such welding is performed, welding deformation such as so-called longitudinal shrinkage and longitudinal bending deformation, shrinkage distortion, and the like occur.
そこで、このような溶接変形や収縮歪みなどを緩和するため、各種の提案がある。例えば、上述のようなガスバーナによるロウ付けではなくレーザ溶接とすることにより、母材の総入熱量を削減して溶接変形や収縮歪みを緩和する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, various proposals have been made to alleviate such welding deformation and shrinkage distortion. For example, there has been proposed a technique for reducing welding deformation and shrinkage distortion by reducing the total heat input of the base material by laser welding instead of brazing by the gas burner as described above (see, for example, Patent Document 1). ).
また、溶接した鋼板を、発生した溶接変形と反対方向に押圧しながらレーザ加熱し、溶接変形や収縮歪みを緩和する技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。さらに、
溶接変形や収縮歪みを緩和する技術ではないが、一個のレーザ光源のレーザ光で鋼板の表面を走査し、溶接変形や収縮歪みを正確に計測する技術もある(例えば、特許文献3参照)。
In addition, a technique has been proposed in which a welded steel plate is laser-heated while being pressed in a direction opposite to the generated welding deformation, and the welding deformation and shrinkage distortion are alleviated (for example, see Patent Document 2). further,
Although this technique is not a technique for alleviating welding deformation and shrinkage distortion, there is also a technique for accurately measuring welding deformation and shrinkage distortion by scanning the surface of a steel sheet with a laser beam from a single laser light source (see, for example, Patent Document 3).
しかし、特許文献1に記載の発明は、レーザ溶接により母材の総入熱量を削減して溶接変形や収縮歪みを低減するものでしかなく、溶接変形や収縮歪みを充分に緩和することはできない。 However, the invention described in Patent Document 1 only reduces welding deformation and shrinkage distortion by reducing the total heat input of the base material by laser welding, and cannot sufficiently reduce welding deformation and shrinkage distortion. .
特許文献2に記載の発明は、溶接して鋼板に発生した溶接変形を緩和するため、機械的に押圧しながら加熱する。このため、例えば、母材に肉盛材を溶接した場合、母材や肉盛材が高硬度であると破断などが発生する懸念がある。 The invention described in Patent Document 2 is heated while being mechanically pressed in order to alleviate the welding deformation generated in the steel plate by welding. For this reason, for example, when a build-up material is welded to the base material, there is a concern that breakage may occur if the base material or the build-up material has high hardness.
特許文献3に記載の発明は、溶接変形や収縮歪みを正確に計測するものでしかなく、そのままでは溶接変形や収縮歪みを緩和することはできない。 The invention described in Patent Document 3 only measures welding deformation and shrinkage distortion accurately, and cannot reduce welding deformation and shrinkage distortion as it is.
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、補填肉盛材が肉盛溶接された相変態母材を良好な形状に形成することができる、肉盛溶接方法および装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and provides a build-up welding method and apparatus capable of forming a phase transformation base material on which a build-up build-up material is build-up welded into a good shape. To do.
上記の課題を解決するために、本発明の肉盛溶接方法は、母材表面と母材裏面とを有する形状に形成されている相変態母材の上記母材表面の少なくとも一部に補填肉盛材を肉盛溶接する肉盛溶接方法であって、上記相変態母材の表面肉盛位置に上記補填肉盛材を肉盛溶接し、上記相変態母材の上記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する。 In order to solve the above-described problems, the overlay welding method of the present invention fills at least a part of the surface of the base material of the phase transformation base material formed in a shape having a base material surface and a base material back surface. A build-up welding method for overlay welding a build-up material, wherein the build-up build-up material is build-up welded to the surface build-up position of the phase-transform base material, and the fill-up build-up material of the phase change base material is The welded portion is heated from the back surface of the base metal to a temperature not lower than the phase transformation temperature and not higher than the melting temperature of the filling cladding.
従って、本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材の表面肉盛位置や肉盛溶接された相変態母材に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材の補填肉盛材が肉盛溶接された部分が相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱されることで、相変態母材の母材裏面側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどが相殺されて緩和される。しかも、この相変態母材を相変態温度とする加熱が母材裏面に実行されるので、この加熱が表面肉盛位置に肉盛溶接された補填肉盛材に影響しない。 Therefore, in the overlay welding method of the present invention, welding deformation such as longitudinal shrinkage and longitudinal bending deformation, shrinkage distortion, etc. are generated in the surface overlay position of the filling overlay material and the phase transformation base material subjected to overlay welding. However, the back surface of the base material of the phase transformation base material is heated by heating the portion where the overlaying material of the phase change base material is overlay welded to a temperature not lower than the phase transformation temperature and not higher than the melting temperature of the above material. Due to the expansion strain due to the phase transformation on the side, welding deformation, shrinkage strain, etc. are offset and alleviated. In addition, since the heating with the phase transformation base material as the phase transformation temperature is performed on the back surface of the base material, this heating does not affect the filling overlay material that has been welded to the surface overlay position.
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材の表面肉盛位置に上記補填肉盛材を加熱して肉盛溶接するとともに、上記相変態母材の上記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する。 In the overlay welding method of the present invention, the supplementary cladding material is heated and welded at the surface overlay position of the phase transformation base material, and the supplementary cladding material of the phase transformation base material is overlay welding. The formed portion is heated from the back surface of the base material to a temperature not lower than the phase transformation temperature and not higher than the melting temperature of the supplementary cladding material.
従って、本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材が肉盛溶接された相変態母材の部分を、冷却される以前に相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱することができる。このため、裏側レーザ光の出力を必要最小限とすることができ、肉盛溶接を迅速に完了することができる。 Therefore, in the overlay welding method of the present invention, the portion of the phase change base material on which the overlay cladding is overlay welded is a temperature that is higher than the phase transformation temperature and lower than the melting temperature of the supplement overlay as it is cooled. Can be heated up to. For this reason, the output of the back side laser beam can be minimized, and the overlay welding can be completed quickly.
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材の表面肉盛位置に上記補填肉盛材を表側レーザ光で加熱して肉盛溶接する。従って、本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材を肉盛溶接する加熱が表側レーザ光で実行されるので、ガスバーナに比較して補填肉盛材と相変態母材との総入熱量が削減されて、その縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形が抑制される。 In the overlay welding method of the present invention, overlay welding is performed by heating the supplementary overlay material with a front side laser beam at the surface overlay position of the phase transformation base material. Therefore, in the overlay welding method of the present invention, since the heating for overlay welding the supplementary cladding material is performed by the front side laser beam, the total heat input amount of the supplementary cladding material and the phase transformation base material as compared with the gas burner. , And welding deformation such as longitudinal shrinkage and longitudinal bending deformation is suppressed.
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材の上記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から裏側レーザ光で相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する。従って、本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材を相変態温度とする加熱が裏側レーザ光で実行されるので、ガスバーナに比較して相変態母材の総入熱量が削減される。このため、相変態母材への補填肉盛材の希釈への影響が抑制され、補填肉盛材の硬度低下も防止される。 In the overlay welding method of the present invention, the portion of the phase change base metal on which the fill overlay material is overlay welded is not less than the phase transformation temperature from the back side of the base material with the laser beam below the melting temperature of the fill overlay material. Heat to the temperature of. Therefore, in the overlay welding method of the present invention, the heating with the filling cladding material as the phase transformation temperature is performed by the back side laser beam, so that the total heat input of the phase transformation matrix is reduced as compared with the gas burner. For this reason, the influence on the dilution of the supplementary cladding material to the phase transformation base material is suppressed, and the hardness of the supplementary cladding material is prevented from being lowered.
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材の表面肉盛位置に上記表側レーザ光を集光させて走査させるとともに、上記相変態母材の上記補填肉盛材が肉盛溶接された部分の母材裏面に上記裏側レーザ光を集光させて先行する上記表側レーザ光の走査を追従するように走査させる。 In the overlay welding method of the present invention, the surface laser beam is condensed and scanned at the surface overlay position of the phase transformation base material, and the supplementary overlay material of the phase transformation base material is overlay welded. The back side laser beam is condensed on the back surface of the portion of the base material, and scanning is performed so as to follow the preceding scan of the front side laser beam.
従って、本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材を肉盛溶接する加熱が、集光された表側レーザ光の走査で実行されるので、さらに補填肉盛材と相変態母材との総入熱量が削減されて、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形が抑制される。 Therefore, in the overlay welding method of the present invention, since the heating for overlay welding the supplementary cladding material is performed by scanning the focused front side laser beam, the supplementary cladding material and the phase transformation base material The total heat input is reduced, and welding deformation such as longitudinal shrinkage and longitudinal bending deformation is suppressed.
このように集光されて走査される表側レーザ光で補填肉盛材が肉盛溶接されて母材表面から加熱された相変態母材の部分が、その直後に集光された裏側レーザ光の走査で相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱されるので、さらに相変態母材の総入熱量が削減される。このため、相変態母材への補填肉盛材の希釈への影響が抑制され、補填肉盛材の硬度低下も防止される。 In this way, the portion of the phase transformation base material heated from the surface of the base metal by overlay welding of the supplementary cladding material with the front side laser light that is condensed and scanned is the backside laser light that is condensed immediately after that. Since it is heated to a temperature not lower than the melting temperature of the above-mentioned supplementary cladding material by scanning, the total heat input amount of the phase-transforming base material is further reduced. For this reason, the influence on the dilution of the supplementary cladding material to the phase transformation base material is suppressed, and the hardness of the supplementary cladding material is prevented from being lowered.
本発明の肉盛溶接方法では、粉末化した上記補填肉盛材を上記相変態母材の表面肉盛位置に供給する。従って、本発明の肉盛溶接方法では、粉末とすることで吸熱性を向上させた補填肉盛材が、低減した総入熱量の加熱で相変態母材に肉盛溶接される。 In the overlay welding method of the present invention, the powdered supplementary overlay material is supplied to the surface overlay position of the phase transformation base material. Therefore, in the overlay welding method of the present invention, the supplementary cladding material that has been improved in heat absorption by being powdered is overlay welded to the phase transformation base material by heating with a reduced total heat input.
本発明の肉盛溶接方法では、上記補填肉盛材がコバルトを主成分として約30%のクロムと約4〜15%のタングステンとを有する合金からなる。従って、本発明の肉盛溶接方法では、相変態母材に肉盛溶接された補填肉盛材が良好な耐摩耗性と耐食性とを発生する。 In the overlay welding method of the present invention, the supplementary overlay material is made of an alloy containing cobalt as a main component and about 30% chromium and about 4 to 15% tungsten. Therefore, in the overlay welding method of the present invention, the supplementary overlay material that is overlay welded to the phase transformation base material generates good wear resistance and corrosion resistance.
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材が約900〜1000℃で相変態するクロム合金からなる。従って、本発明の肉盛溶接方法では、相変態母材がレーザ光の加熱などでも容易に相変態する。 In the overlay welding method of the present invention, the phase transformation base material is made of a chromium alloy that undergoes phase transformation at about 900 to 1000 ° C. Therefore, in the overlay welding method of the present invention, the phase transformation base material easily undergoes phase transformation even by heating with laser light.
本発明の肉盛溶接方法では、上記相変態母材が蒸気タービンのタービン翼からなり、上記表面肉盛位置が上記タービン翼の縁部の表面からなる。従って、本発明の肉盛溶接方法では、タービン翼の縁部の表面に補填肉盛材が肉盛溶接される。 In the overlay welding method of the present invention, the phase transformation base material is composed of a turbine blade of a steam turbine, and the surface overlay position is composed of a surface of an edge portion of the turbine blade. Therefore, in the overlay welding method of the present invention, the overlay cladding material is overlay welded to the surface of the edge of the turbine blade.
本発明の肉盛溶接装置は、母材表面と母材裏面とを有する形状に形成されている相変態母材の上記母材表面の少なくとも一部に補填肉盛材を肉盛溶接する肉盛溶接装置であって、上記相変態母材の表面肉盛位置に上記補填肉盛材を肉盛溶接する表側溶接機構と、上記相変態母材の上記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する裏側溶接機構と、を有する。 The build-up welding apparatus of the present invention is a build-up that builds up and welds a supplementary build-up material on at least a part of the surface of the base material of the phase transformation base material formed in a shape having a base material surface and a base material back surface. A welding apparatus, a surface side welding mechanism for overlay welding the above-described supplementary cladding material on the surface overlay position of the above-mentioned phase transformation base material, and a portion where the above-mentioned supplementary cladding material of the above-mentioned phase transformation base material is overlay welded And a back side welding mechanism for heating from the back surface of the base metal to a temperature not lower than the phase transformation temperature and not higher than the melting temperature of the supplementary cladding material.
従って、本発明の肉盛溶接装置による肉盛溶接方法では、補填肉盛材の表面肉盛位置や肉盛溶接された相変態母材に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材の補填肉盛材が肉盛溶接された部分が相変態温度以上で上記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱されることで、相変態母材の母材裏面側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどが相殺されて緩和される。しかも、この相変態母材を相変態温度とする加熱が母材裏面に実行されるので、この加熱が表面肉盛位置に肉盛溶接された補填肉盛材に影響しない。 Therefore, in the overlay welding method using the overlay welding apparatus according to the present invention, welding deformation such as longitudinal shrinkage and longitudinal bending deformation and shrinkage distortion are applied to the surface overlay position of the filling overlay material and the welded phase transformation base material. Even if the above occurs, the phase-transformation base metal is welded to the portion where the build-up overlay material is welded to a temperature not lower than the phase transformation temperature and not higher than the melting temperature of the fill-up overlay material. Due to the expansion strain due to the phase transformation on the back surface side of the base material of the material, welding deformation, shrinkage strain, etc. are offset and alleviated. In addition, since the heating with the phase transformation base material as the phase transformation temperature is performed on the back surface of the base material, this heating does not affect the filling overlay material that has been welded to the surface overlay position.
本発明の肉盛溶接方法では、補填肉盛材の表面肉盛位置や肉盛溶接された相変態母材に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材の補填肉盛材が肉盛溶接された部分が相変態温度以上で補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱される。このため、相変態母材の母材裏面側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどを相殺させて緩和することができるので、補填肉盛材が肉盛溶接された相変態母材を良好な形状に形成することができる。しかも、この相変態母材を相変態温度とする加熱が母材裏面に実行されるので、この加熱が表面肉盛位置に肉盛溶接された補填肉盛材に影響することを防止できる。 In the overlay welding method of the present invention, even if welding deformation such as longitudinal shrinkage or longitudinal bending deformation or shrinkage distortion occurs in the surface overlay position of the overlay overlay or the phase transformation base material welded, The portion of the phase change base material on which the overlaying material is overlay welded is heated to a temperature that is higher than the phase transformation temperature and lower than the melting temperature of the additional material. For this reason, the expansion distortion due to the phase transformation on the back surface side of the base material of the phase transformation base material can cancel and alleviate welding deformation, shrinkage strain, etc. The material can be formed into a good shape. And since the heating which uses this phase transformation base material as a phase transformation temperature is performed on a base material back surface, it can prevent that this heating influences the filling overlay material welded to the surface overlay position.
本発明の肉盛溶接装置では、補填肉盛材の表面肉盛位置や肉盛溶接された相変態母材に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材の補填肉盛材が肉盛溶接された部分が相変態温度以上で補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱される。このため、相変態母材の母材裏面側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどを相殺させて緩和することができるので、補填肉盛材が肉盛溶接された相変態母材を良好な形状に形成することができる。しかも、この相変態母材を相変態温度とする加熱が母材裏面に実行されるので、この加熱が表面肉盛位置に肉盛溶接された補填肉盛材に影響することを防止できる。 In the overlay welding apparatus of the present invention, even if welding deformation such as longitudinal shrinkage or longitudinal bending deformation or shrinkage distortion occurs in the surface overlay position of the overlay overlay and the phase transformation base material that has been overlay welded, The portion of the phase change base material on which the overlaying material is overlay welded is heated to a temperature that is higher than the phase transformation temperature and lower than the melting temperature of the additional material. For this reason, the expansion distortion due to the phase transformation on the back surface side of the base material of the phase transformation base material can cancel and alleviate welding deformation, shrinkage strain, etc. The material can be formed into a good shape. And since the heating which uses this phase transformation base material as a phase transformation temperature is performed on a base material back surface, it can prevent that this heating influences the filling overlay material welded to the surface overlay position.
つぎに、本発明の実施の一形態に関して図面を参照して以下に説明する。なお、本実施の形態では図示するように前後左右上下の方向を規定して説明する。しかし、これは構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定するものである。従って、本発明を実施する製品の製造時や使用時の方向を限定するものではない。 Next, an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, description will be made by defining the front-rear, left-right, up-down directions as shown. However, this is provided for the sake of convenience in order to briefly explain the relative relationship between the components. Therefore, the direction at the time of manufacture and use of the product which implements the present invention is not limited.
本実施の形態の発明の肉盛溶接装置100は、図1に示すように、母材表面210と母材裏面220とを有する形状に形成されている相変態母材200の母材表面210の少なくとも一部に補填肉盛材300を肉盛溶接する。
As shown in FIG. 1, the
このため、本実施の形態の肉盛溶接装置100は、図2に示すように、表側溶接機構110と、裏側溶接機構120と、肉盛材供給機構130と、母材保持機構140と、母材移動機構150と、溶接装置フレーム160と、動作制御回路170と、を有する。
For this reason, as shown in FIG. 2, the
表側溶接機構110は、レーザ発振器からなり、相変態母材200の表面肉盛位置211に、補填肉盛材300を所定波長の所定出力の表側レーザ光URLで加熱して肉盛溶接する。
The front-
裏側溶接機構120も、レーザ発振器からなり、相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分を母材裏面220から、所定波長の所定出力の裏側レーザ光DRLで相変態温度以上で補填肉盛材300の溶融温度以下の温度まで加熱する。
The back
詳細には後述するが、表側溶接機構110は、相変態母材200の表面肉盛位置211に表側レーザ光URLを集光させて走査させ、裏側溶接機構120は、相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分の母材裏面220に裏側レーザ光DRLを集光させて先行する表側レーザ光URLの走査を追従するように走査させる。
As will be described in detail later, the front
上述のような相変態母材200は、約900〜1000℃で相変態するクロム合金からなる。より具体的には、図3に示すように、相変態母材200は、蒸気タービンのタービン翼からなり、表面肉盛位置211がタービン翼の流動前縁となる右縁部の母材表面210からなる。
The phase
肉盛材供給機構130は、所定粒径まで粉末化された補填肉盛材300を、相変態母材200の表面肉盛位置211の表側レーザ光URLで加熱される位置に所定容量ずつ供給する。
The build-up
このように供給される補填肉盛材300は、例えば、コバルトを主成分として約30%のクロムと約4〜15%のタングステンとを有する合金からなり、いわゆるステライト(登録商標)からなる。
The
母材保持機構140は、いわゆるチャック機構などからなり、相変態母材200の後端を保持する。母材移動機構150は、いわゆるソレノイドなどからなり、母材保持機構140で保持された相変態母材200を後方に所定速度で移動させる。
Base
溶接装置フレーム160は、上述のような表側溶接機構110と裏側溶接機構120と肉盛材供給機構130と母材移動機構150とを、各々の所定位置に保持している。より具体的には、溶接装置フレーム160は、母材保持機構140で保持されて母材移動機構150で移動される相変態母材200の表面肉盛位置211に、補填肉盛材300を供給する位置に肉盛材供給機構130を配置している。
The
さらに、溶接装置フレーム160は、上述のように補填肉盛材300が供給される相変態母材200の表面肉盛位置211に、表側レーザ光URLを集光させる位置に表側溶接機構110を配置している。
Furthermore, the
そして、溶接装置フレーム160は、相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分の母材裏面220に、上述のように先行する表側レーザ光URLの走査を追従する位置に裏側溶接機構120を配置している。このため、裏側溶接機構120は、表側溶接機構110より所定距離だけ後方に配置されている。
Then, the
動作制御回路170は、例えば、適正なコンピュータプログラムとパラメータとが実装されたマイクロコンピュータからなり、表側溶接機構110と裏側溶接機構120と肉盛材供給機構130と母材移動機構150とを動作制御する。
The
このような動作制御回路170のコンピュータプログラムは、例えば、母材保持機構140で保持された相変態母材200を、母材移動機構150に所定速度で後方に移動させること、この移動される相変態母材200の表面肉盛位置211に、肉盛材供給機構130に粉末化された補填肉盛材300を供給させること、この相変態母材200の表面肉盛位置211に供給される補填肉盛材300を、表側溶接機構110に表側レーザ光URLで加熱させて肉盛溶接させること、この相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分を、裏側溶接機構120に母材裏面220から裏側レーザ光DRLで相変態温度以上で補填肉盛材300の溶融温度以下の温度まで加熱させること、を表側溶接機構110と裏側溶接機構120と肉盛材供給機構130と母材移動機構150とに実行させるように記述されている。
Such a computer program of the
上述のような構成において、本実施の形態の肉盛溶接装置100による肉盛溶接方法では、例えば、図3に示すように、約900〜1000℃で相変態するクロム合金からなる蒸気タービンのタービン翼を相変態母材200とする。
In the construction as described above, in the overlay welding method by the
そして、この相変態母材200の流動前縁となる右縁部の母材表面210からなる表面肉盛位置211に、例えば、コバルトを主成分として約30%のクロムと約4〜15%のタングステンとを有する合金からなる補填肉盛材300を肉盛溶接する。
Then, for example, about 30% chromium and about 4 to 15% of cobalt as a main component are formed on the
より詳細には、まず、母材保持機構140で相変態母材200の後端を保持し、この保持された相変態母材200を、表側溶接機構110の集光された表側レーザ光URLが表面肉盛位置211の後端に照射される位置に、母材移動機構150で配置する。
More specifically, first, the rear end of the phase
このような状態で、母材移動機構150で相変態母材200を後方に移動させ、これと同時に、移動される相変態母材200の表面肉盛位置211に肉盛材供給機構130から、粉末化された補填肉盛材300を供給する。
In such a state, the base
さらに、この移動する相変態母材200の表面肉盛位置211に供給される補填肉盛材300を、表側溶接機構110の集光された表側レーザ光URLで肉盛溶接し、この相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分を、裏側溶接機構120の集光された裏側レーザ光DRLで母材裏面220から相変態温度以上で補填肉盛材300の溶融温度以下の温度まで加熱する。
Further, the overlaying
本実施の形態の肉盛溶接装置100による肉盛溶接方法では、上述のように相変態母材200の表面肉盛位置211に補填肉盛材300を肉盛溶接し、相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分を母材裏面220から相変態温度まで加熱する。
In the build-up welding method using the build-up
このため、前述のように表側溶接機構110は、相変態母材200の表面肉盛位置211に表側レーザ光URLを集光させて走査することになり、裏側溶接機構120は、相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分の母材裏面220に裏側レーザ光DRLを集光させて、先行する表側レーザ光URLの走査を追従するように走査することになる。
For this reason, as described above, the front
そして、表側溶接機構110の表側レーザ光URLが、表面肉盛位置211の前端に照射される位置まで母材移動機構150が後方に移動すると、肉盛材供給機構130による補填肉盛材300の供給と、表側溶接機構110による表側レーザ光URLの照射が停止される。
Then, when the base
さらに、裏側溶接機構120の集光された裏側レーザ光DRLが、表面肉盛位置211の前端に照射される位置まで母材移動機構150が後方に移動すると、裏側溶接機構120による裏側レーザ光DRLの照射も停止され、作業が終了する。
Further, when the base
本実施の形態の肉盛溶接装置100による肉盛溶接方法では、上述のように相変態母材200の表面肉盛位置211に補填肉盛材300を肉盛溶接する。ただし、この相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分を、母材裏面220から相変態温度まで加熱する。
In the build-up welding method using the build-up
従って、図3のA−A断面図である図4に示すように、補填肉盛材300の表面肉盛位置211や肉盛溶接された相変態母材200に、縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形や収縮歪みなどが発生しても、相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分が相変態温度まで加熱されることで、相変態母材200の母材裏面220側の相変態による膨張歪みにより、溶接変形や収縮歪みなどが相殺されて緩和される。
Therefore, as shown in FIG. 4 which is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3, the surface build-up
さらに、この相変態母材200を相変態温度とする加熱が母材裏面220に実行されるので、この加熱が表面肉盛位置211に肉盛溶接された補填肉盛材300に影響することも防止できる。
Further, since the heating with the phase
しかも、本実施の形態の肉盛溶接装置100による肉盛溶接方法では、相変態母材200の表面肉盛位置211に補填肉盛材300を表側レーザ光URLで加熱して肉盛溶接する。
Moreover, in the build-up welding method using the build-up
従って、ガスバーナに比較して補填肉盛材300と相変態母材200との総入熱量を削減することができる。このため、その縦収縮や縦曲り変形などの溶接変形を抑制することができるので、より良好な形状に補填肉盛材300が肉盛溶接された相変態母材200を形成することができる。
Therefore, compared with a gas burner, the total heat input of the
特に、補填肉盛材300を肉盛溶接する加熱が、集光された表側レーザ光URLの走査で実行されるので、さらに補填肉盛材300と相変態母材200との総入熱量を削減することができる。
In particular, since the heating for overlay welding the
さらに、本実施の形態の肉盛溶接装置100による肉盛溶接方法では、相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分を母材裏面220から裏側レーザ光DRLで相変態温度まで加熱する。従って、表側レーザ光URLで相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分を過不足なく相変態温度とすることができる。
Furthermore, in the overlay welding method using the
しかも、本実施の形態の肉盛溶接装置100による肉盛溶接方法では、表側レーザ光URLで補填肉盛材300が肉盛溶接されて母材表面210から加熱された相変態母材200の部分が、その直後に裏側レーザ光DRLで母材裏面220から相変態温度まで加熱される。
Moreover, in the overlay welding method by the
従って、補填肉盛材300が肉盛溶接された相変態母材200の部分を、冷却される以前に相変態温度まで加熱することができる。このため、裏側レーザ光DRLの出力を必要最小限とすることができ、肉盛溶接を迅速に完了することができる。
Accordingly, the portion of the phase
特に、本実施の形態の肉盛溶接装置100による肉盛溶接方法では、補填肉盛材300を肉盛溶接する加熱が、集光された表側レーザ光URLの走査で実行され、補填肉盛材300が肉盛溶接された部分の相変態温度への加熱が、集光された裏側レーザ光DRLの走査で実行される。このため、さらに補填肉盛材300と相変態母材200との総入熱量を削減することができ、肉盛溶接を迅速に完了することができる。
In particular, in the overlay welding method using the
しかも、本実施の形態の肉盛溶接装置100による肉盛溶接方法では、粉末化した補填肉盛材300を相変態母材200の表面肉盛位置211に供給する。このため、補填肉盛材300の吸熱性を粉末化により向上させることができる。従って、さらに補填肉盛材300と相変態母材200との総入熱量を削減することができる。
Moreover, in the overlay welding method using the
しかも、本実施の形態の肉盛溶接装置100による肉盛溶接方法では、相変態母材200に肉盛溶接された補填肉盛材300が良好な耐摩耗性と耐食性とを発生するので、耐摩耗性と耐食性とが良好な蒸気タービンのタービン翼などを製造することができる。
In addition, in the overlay welding method by the
さらに、本実施の形態の肉盛溶接装置100では、表側溶接機構110と裏側溶接機構120とが、個別のレーザ発振器からなる。このため、表側溶接機構110は、相変態母材200に補填肉盛材300を肉盛溶接する適正波長の適正出力の表側レーザ光URLを照射することができ、裏側溶接機構120は、相変態母材200を相変態温度以上で補填肉盛材300の溶融温度以下の温度まで加熱する、適正波長の適正出力の裏側レーザ光DRLを照射することができる。
Furthermore, in the
また、本実施の形態の肉盛溶接装置100では、表側溶接機構110と裏側溶接機構120と肉盛材供給機構130とを溶接装置フレーム160で所定位置に固定しており、母材移動機構150で相変態母材200を移動させる。
Further, in the
このため、表側溶接機構110と裏側溶接機構120と肉盛材供給機構130との相対位置が変化することがなく、一個の母材移動機構150を移動させるだけで、母材移動機構150に対して表側溶接機構110と裏側溶接機構120と肉盛材供給機構130とを移動させることができる。
Therefore, the relative positions of the front-
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では表側溶接機構110と裏側溶接機構120とが、個別にレーザ発振器を有することを例示した。
The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. For example, in the said form, it illustrated that the front
しかし、図5に例示する肉盛溶接装置400のように、表側溶接機構410と裏側溶接機構420とが一個のレーザ発振器401を共用しており、そのレーザ光が光ファイバなどの光路411,421により光学的に表側溶接機構410と裏側溶接機構420とに分離されていてもよい(図示せず)。
However, like the
この場合、表側溶接機構410と裏側溶接機構420とは、集光系のレーザヘッドとして形成されていればよい。この肉盛溶接装置400では、レーザ発振器401を一個とすることができるので、部品数を削減して装置構造を簡単とすることができる。
In this case, the front
また、上記形態では、表側溶接機構110と裏側溶接機構120と肉盛材供給機構130とを溶接装置フレーム160で所定位置に固定しており、母材移動機構150で相変態母材200を移動させることを例示した。
Further, in the above embodiment, the front
しかし、図5に例示する肉盛溶接装置400のように、相変態母材200を固定しておき、位置制御ロボット412,422,131により、表側溶接機構110と裏側溶接機構120と肉盛材供給機構130とを移動させてもよい。
However, as in the
さらに、上記形態では相変態母材200の表面肉盛位置211に補填肉盛材300を表側レーザ光URLで加熱して肉盛溶接することを例示した。しかし、このような相変態母材200の表面肉盛位置211に補填肉盛材300を肉盛溶接することをガスバーナやプラズマなどで実行してもよい。
Furthermore, in the said form, it heated up the surface build-up
同様に、上記形態では相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分を母材裏面220から裏側レーザ光DRLで相変態温度まで加熱することを例示した。しかし、このような加熱をガスバーナやプラズマなどで実行してもよい。
Similarly, in the above-described embodiment, the portion where the build-up
さらに、上記形態では相変態母材200の表面肉盛位置211に補填肉盛材300を表側レーザ光URLで加熱して肉盛溶接するとともに、相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分を母材裏面220から裏側レーザ光DRLで相変態温度まで加熱することを例示した。
Furthermore, in the above embodiment, the overlaying
しかし、相変態母材200の表面肉盛位置211に補填肉盛材300を加熱して肉盛溶接することと、相変態母材200の補填肉盛材300が肉盛溶接された部分を母材裏面220から相変態温度まで加熱することとを、完全に別個のタイミングで実行してもよい。
However, the
さらに、上記形態では粉末化した補填肉盛材300を相変態母材200の表面肉盛位置211に供給することを例示した。しかし、板状の補填肉盛材(図示せず)を相変態母材200の表面肉盛位置211に配置して肉盛溶接してもよい。
Further, in the above embodiment, the powdered filling
また、上記形態では補填肉盛材300がコバルトを主成分として約30%のクロムと約4〜15%のタングステンとを有する合金からなることを例示した。しかし、補填肉盛材300としては、必要な条件を満足する各種の金属を利用することができる。
Moreover, in the said form, it illustrated that the filling
さらに、上記形態では相変態母材200が約900〜1000℃で相変態するクロム合金からなることを例示した。しかし、相変態母材200としては、必要な条件を満足する各種の金属を利用することができる。
Furthermore, in the said form, it illustrated that the phase
このような金属としては、例えば、SUS630やニッケル耐熱合金なども利用できる。このようなニッケル耐熱合金としては、例えば、C:0.05〜0.25%、Cr:18〜25%、Co:15〜25%、Mo≦3.5%、W:5〜10%、W+1/2Mo:5〜10%、Ti:1.0〜5.0%、Al:1.0〜4.0%、Ta:0.5〜4.5%、Nb:0.2〜3.0%、Zr:0.005〜0.10%、B:0.001〜0.01%、残Ni、の合金などが利用できる。 As such a metal, for example, SUS630 or nickel heat-resistant alloy can be used. As such a nickel heat-resistant alloy, for example, C: 0.05 to 0.25%, Cr: 18 to 25%, Co: 15 to 25%, Mo ≦ 3.5%, W: 5 to 10%, W + 1 / 2Mo: 5-10%, Ti: 1.0-5.0%, Al: 1.0-4.0%, Ta: 0.5-4.5%, Nb: 0.2-3. An alloy of 0%, Zr: 0.005 to 0.10%, B: 0.001 to 0.01%, and remaining Ni can be used.
また、上記形態では表側溶接機構110と裏側溶接機構120と肉盛材供給機構130とが固定されていて、母材移動機構150により相変態母材200を移動させることを例示した。しかし、相変態母材200が固定されていて、表側溶接機構110と裏側溶接機構120と肉盛材供給機構130とが移動してもよく、双方とも移動してもよい(図示せず)。
Moreover, in the said form, the front
さらに、上記形態では相変態母材200が蒸気タービンのタービン翼からなり、表面肉盛位置211がタービン翼の縁部の母材表面210からなることを例示した。しかし、本実施の形態の肉盛溶接装置100による肉盛溶接方法は、各種の相変態母材200への補填肉盛材300の肉盛溶接に利用することができる。
Furthermore, in the said form, it illustrated that the phase
また、本実施の形態では動作制御回路170が、コンピュータプログラムが実装されたマイクロコンピュータからなることを例示した。しかし、このような動作制御回路170を論理回路からなるハードウェアとして形成することもできる。
In the present embodiment, the
なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。 Needless to say, the above-described embodiment and a plurality of modifications can be combined within a range in which the contents do not conflict with each other. Further, in the above-described embodiments and modifications, the structure of each part has been specifically described, but the structure and the like can be changed in various ways within a range that satisfies the present invention.
100 肉盛溶接装置
110 表側溶接機構
120 裏側溶接機構
200 相変態母材
210 母材表面
220 母材裏面
300 補填肉盛材
DRL 裏側レーザ光
URL 表側レーザ光
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記相変態母材の表面肉盛位置に前記補填肉盛材を肉盛溶接し、
前記相変態母材の前記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で前記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する、
肉盛溶接方法。 A build-up welding method for overlay welding a supplementary build-up material on at least a part of the base material surface of the phase-transform base material formed in a shape having a base material surface and a base material back surface,
Overlay welding the supplementary cladding material on the surface cladding position of the phase transformation base material,
Heating the portion of the phase change base metal on which the build-up overlay has been welded from the back of the base material to a temperature not lower than the phase transformation temperature and below the melting temperature of the fill overlay,
Overlay welding method.
前記相変態母材の前記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で前記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する、
請求項1に記載の肉盛溶接方法。 While heating and welding the supplementary cladding material at the surface cladding position of the phase transformation base material,
Heating the portion of the phase change base metal on which the build-up overlay has been welded from the back of the base material to a temperature not lower than the phase transformation temperature and below the melting temperature of the fill overlay,
The overlay welding method according to claim 1.
前記相変態母材の前記補填肉盛材が肉盛溶接された部分の母材裏面に裏側レーザ光を集光させて先行する前記表側レーザ光の走査を追従するように走査させる、
請求項1に記載の肉盛溶接方法。 Condensing and scanning the front side laser light at the surface build-up position of the phase transformation base material,
The back side laser beam is condensed on the back surface of the base material of the portion of the phase change base material where the fill-up build-up material has been welded and welded so as to follow the scanning of the front side laser light,
The overlay welding method according to claim 1.
前記表面肉盛位置が前記タービン翼の縁部の表面からなる、
請求項1ないし8の何れか一項に記載の肉盛溶接方法。 The phase transformation base material consists of turbine blades of a steam turbine,
The surface build-up position consists of the surface of the edge of the turbine blade;
The build-up welding method as described in any one of Claims 1 thru | or 8.
前記相変態母材の表面肉盛位置に前記補填肉盛材を肉盛溶接する表側溶接機構と、
前記相変態母材の前記補填肉盛材が肉盛溶接された部分を母材裏面から相変態温度以上で前記補填肉盛材の溶融温度以下の温度まで加熱する裏側溶接機構と、
を有する肉盛溶接装置。 A build-up welding apparatus that builds up and welds a supplementary build-up material on at least a part of the surface of the base material of the phase transformation base material formed in a shape having a base material surface and a base material back surface,
A front-side welding mechanism for overlay welding the supplementary cladding material on the surface cladding position of the phase transformation base material;
A back side welding mechanism that heats the portion of the phase change base metal that has been welded from the back surface of the base metal to the temperature above the phase transformation temperature and below the melting temperature of the base material,
The overlay welding apparatus which has.
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Citations (3)
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