JP4445296B2 - 耐摩耗部材の局部補修装置および同補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製基材に形成した耐摩耗部材、例えば発電プラントに設置される各種弁の弁座等に適用される耐摩耗部材における、欠陥部を含む部位を補修するための耐摩耗部材の補修装置および同補修方法に関する。

従来、機械的接触等により部材が減耗することを低減する目的で、金属製構造物における各種摺動部等の当たり面に、硬質材料からなる耐摩耗部材を形成することが行われている。この耐摩耗部材の形成方法としては、溶接肉盛や溶射コーティング等が多く用いられている。

このような方法で形成された耐摩耗部材には、過酷な使用に伴い、き裂や減耗等の欠陥が生成することがある。この欠陥を補修する方法として、従来では、欠陥を含む耐摩耗部材を機械的に除去し、再度溶接や溶射による肉盛補修が行われている。

しかしながら、従来の補修方法では、欠陥を含む耐摩耗部材を機械的に除去するために多大な労力を要するとともに、溶接補修部の近傍に再度き裂が発生する等の問題があった。再度き裂が発生する原因としては、耐摩耗部材が機械的に大きく除去されるため、溶接補修にともなう凝固収縮により補修部近傍に残留応力が大きく発生するためと考えられる。

そこで従来では、耐摩耗部材を大きく除去する必要のない補修方法として、欠陥部（き裂部等）に、ろう材を加熱浸透させて補修する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この方法は、大気中で加熱を行い、酸化を防止するためフラックスを用いて、ろう付けを行う方法である。ろう材としては、銀系ろう材が開示されている。

同様に、ろう付け補修による他の方法として、ろう付け補修後に、補修部に耐摩耗部材層を形成して、耐摩耗部材の肉盛層を設ける方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。

さらに、補修部を不活性雰囲気に保持しながら、ろう付け補修を行う方法が提案されている（例えば特許文献３参照）。この提案では、ろう材中に耐摩耗部材を混合して、肉盛性を改善する方法が開示されている。

なお、これらの公知例では、フラックスを用いることなく、かつ不活性雰囲気をつくるために特定の容器を用いることなく、容易にろう付け補修する方法は呈示されていない。
特開平１１−１２３６１７号公報 特開２００２−４６０２８号公報 特開２００３−１４０２号公報

上述した公知文献記載の方法では、高エネルギ源である加熱装置等の重量支持、その高エネルギ源の電気配線やガス等の配管類をどのような支持構成とするか等についての開示がない。この点につき、従来では構成が大掛かりになったり、前記配線配管類の支持に煩雑な作業が多く必要となり、作業工程の増加を招く等の問題があった。

また、上述した公知文献記載の方法では、高エネルギ源の配置、姿勢保持制御等に関し、どのような手段が適切であるか、等に開示がない。この点についても、実際にどのような配置が最も効率的であるか等、未解決の課題があった。

さらに、冷却方法等についても、不活性ガスをどのような状態で供給することが望ましいか等、上記同様に未解決の課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高エネルギ源である加熱装置等の重量支持、その高エネルギ源の配線配管類を簡便な構成とすることができ、かつその支持作業を容易に行える耐摩耗部材の局部補修装置および同補修方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、高エネルギ源の配置、姿勢保持制御等に関し、効率よく行うことができる耐摩耗部材の局部補修装置および同補修方法を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、加熱部の冷却作業等について、能率的に不活性ガスを供給できる耐摩耗部材の局部補修装置および同補修方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、請求項１に係る発明では、金属製基材に形成した耐摩耗部材の欠陥部を含む部位を被補修部とする耐摩耗部材の補修装置であって、前記被補修部に供給される補修材を加熱して前記き裂部に浸透させる高エネルギ熱源を用いた高周波加熱コイルと、この高周波加熱コイルの中心位置に不活性ガスを吹込みこの吹込まれた不活性ガスが前記被補修部の表面に沿い前記高周波加熱コイルの外周側に向かって流れるように構成して酸化を防止しかつ前記被補修部の表面を冷却してその表面温度が表面下の温度より低くなるようにする不活性ガス供給装置と、前記高周波加熱コイルの配線配管類を支持する支持装置とを備え、前記支持装置は、前記高周波加熱コイルの重量を支えるとともに姿勢を保持する機能を有することを特徴とする耐摩耗部材の局部補修装置を提供する。

請求項２に係る発明では、前記支持具は、前記加熱コイルを保持するとともに、前記被補修部の加熱面に平行になるようにコイル取付け角度を設定するものであることを特徴とする耐摩耗部材の局部補修装置を提供する。

請求項３に係る発明では、前記高周波加熱コイルの１辺または直径が、加熱を必要とする補修部の１辺または直径の０．５ないし５倍であることを特徴とする耐摩耗部材の局部補修装置を提供する。

請求項４に係る発明では、前記支持装置は、前記加熱装置の配線配管類と、その途中部分で接触する構造部との間に介在して配置される、緩衝用保持台を備えることを特徴とする耐摩耗部材の局部補修装置を提供する。

請求項５に係る発明では、金属製基材に形成した耐摩耗部材の欠陥部を含む部位を被補修部とする耐摩耗部材の補修方法であって、前記被補修部に供給される補修材を加熱して前記き裂部に浸透させる高エネルギ熱源を用いた加熱工程と、加熱される領域に不活性ガスを吹付けて酸化を防止する不活性ガス供給工程とを備え、前記高エネルギ熱源の配線配管類を支持装置によって支持させ、前記支持装置により、前記加高エネルギ原の重量を支えるとともに姿勢を保持することを特徴とする耐摩耗部材の局部補修方法を提供する。

請求項６に係る発明では、不活性ガスを複数の孔から吹付けることを特徴とする耐摩耗部材の局部補修方法を提供する。

請求項７に係る発明では、不活性ガスを、毎分５リットルないし５０リットル吹付けることを特徴とする耐摩耗部材の局部補修方法を提供する。

請求項８に係る発明では、金属製部材に発生したき裂を浸透探傷法にて検出した後、き裂部に残った浸透液などを洗浄液に溶解させた後、高圧空気を吹付けて溶解液を外部に押し流して洗浄したのち補修を行うことを特徴とする耐摩耗部材の局部補修方法を提供する。

本発明によれば、被補修部に供給される補修材を加熱して、き裂部に浸透させる高エネルギ熱源を用いた加熱と、加熱される領域に不活性ガスを吹付けて酸化を防止する不活性ガス供給とを行い、その際、高エネルギ熱源の配線配管類を支持装置によって支持させ、その支持装置により、高エネルギ原の配線配管類の重量を支えるとともに姿勢を保持することにより、高エネルギ源である加熱装置等の重量支持、その高エネルギ源の配線配管類を簡便な構成とすることができる。

また、本発明によれば、高エネルギ源の配線配管類の支持作業を容易に行え、高エネルギ源の配置、姿勢保持制御等に関し、効率よく行うことができる。

さらに、本発明によれば、加熱部の冷却作業等について、能率的に不活性ガスを供給することができる。

以下、本発明に係る耐摩耗部材の補修装置および同補修方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

なお、本発明は、金属製基材に形成した耐摩耗部材の欠陥部を含む部位を被補修部とする耐摩耗部材の補修装置および方法に関するものであるが、以下の説明では、プラント機器である蒸気弁の弁座を被補修部とする場合を例として説明する。また、高エネルギ源として、高周波加熱コイルを適用する場合について説明する。ただし、本発明がこれらの場合に限定されないことは勿論である。

図１は、補修装置の全体構成を示している。この図１に示すように、本実施形態の補修装置１は、弁座等の被補修部２に供給される補修材３を高エネルギ熱源により加熱して、き裂部２ａに浸透させるものである。高エネルギ熱源を用いた加熱装置としては、高周波加熱コイル４を適用している。この高周波加熱コイル４は、高周波電源４ａに、配線配管類４ｂを介して接続されている。

また、酸化を防止する不活性ガス供給装置５を備え、この不活性ガス供給装置５はガスボンベ５ａからガス配管５ｂを介してガス供給を受け、被補修部２の加熱される領域に不活性ガスを吹付けるようになっている。

さらに、高周波加熱コイル４の配線配管類４ｂを支持する支持装置６を備えている。この支持装置６は、高周波加熱コイル４の重量を支えるとともに、姿勢を保持する機能を有する。

すなわち、支持装置６は、第１構成部分として、高周波加熱コイル４の配線配管類４ｂと、その途中部分で接触する配管構造部７との間に介在して配置される、緩衝用保持台６ａを備える。本実施形態において、この配管構造部７は、被補修体の角部である。

この緩衝用保持台６ａは、弾性材により構成された湾曲したクッション部材であり、高周波加熱コイル４の配線配管類４ｂを、配管構造部７の角部分との接触部分に介在している。したがって、配線配管類４ｂが大きく湾曲したり、こすれたりすることがない。

また、支持装置６は、第２構成部分として、姿勢保持用の吊具６ｂを備えている。この吊具６ｂは、配管構造部７の先端に設けられた架設部材８に装着される支持環９と、この支持環９に上端が支持されて高周波加熱コイル４に下端が連結された支持棒１０とを備えている。

この吊具６ｂは、高周波加熱コイル４を保持したとき、被補修部２の加熱面に平行となるように、高周波加熱コイル４の取付け角度を設定した構造である。高周波加熱コイル４を吊具６ｂに保持したとき、高周波加熱コイル４の重力により安定な角度になる。その角度において、被補修面２とほぼ平行になるように、予めコイル角度を設定しておくことにより、僅かな位置補正で、加熱効率の良い補修面に平行な角度に高周波加熱コイル４の位置を設定することができ、狭隘な場所でも加熱操作を容易に行うことができる。

図２は、被補修部２が傾斜している場合に、上記構成を適用した例を示している。この図２に示すように、吊具６ｂには、被補修部２の加熱面に平行となるように、高周波加熱コイル４の取付け角度を設定してあるため、傾斜した被補修部２に対しても、高周波加熱コイル４の重力により安定な角度になる。これにより、高周波加熱コイル４が傾斜した被補修面２とほぼ平行になり、僅かな位置補正で、加熱効率の良い補修面に平行な角度に位置設定することができる。

したがって、高周波加熱コイル４の重量支持および配線配管類４ｂを簡便な構成とすることができるとともに、配線配管類４ｂの支持作業を容易に行え、高エネルギ源の配置、姿勢保持制御等を効率よく行うことができる。

図３および図４は、高周波加熱コイル４のコイル形状として、長方形枠状および円環枠状のものを示している。本実施形態では、このような高周波加熱コイル４に関し、コイルの１辺（Ｌ１、Ｌ２）あるいは直径Ｄが、被補修部２の加熱を必要とする部位の０．５ないし５倍とされている。このような構成の範囲に設定することにより、被補修面を局部的に加熱する局部補修方法において、加熱領域を必要最小限にすることができる。

図５および図６は、不活性ガス１１の供給手段の第１例および第２例を示している。

すなわち、本発明では、例えばアルゴンガス等の不活性ガス１１により被補修部２の表面を冷却し、その表面温度が、表面下の温度より低くなるように冷却するものである。

被補修部２を加熱して、き裂などの欠陥部２ａに浸透させる場合、欠陥部２ａの温度が適切な温度に加熱されないと、補修材３が浸透し難い。高周波加熱の場合、被補修部２の表面から加熱されるため、欠陥部２ａの内部まで昇温するように加熱すると、表面部が過熱される可能性がある。そのため、不活性ガス１１を吹付けて、被補修部２の酸化を抑制すると同時に、表面を冷却することにより、表面部のみ加熱することなく欠陥部２ａの内部まで加熱できる効果が得られる。

この場合、本実施形態では、図５に示すように、第１例として、不活性ガス１１をガス配管５ｂの先端のノズル５ｃから、高周波加熱コイル４の中心位置に吹込み、吹込まれた不活性ガス１１が被補修部２の表面に沿い、高周波加熱コイル４の外周側に向かって流れるようにする。

このように、不活性ガス１１をコイル中心から外周に向かって吹付けることにより、コイルで加熱されやすいコイル直下（＝コイル投影部分）全体に均一に不活性ガスを吹付けることが可能である。

また、本実施形態では、不活性ガス１１を毎分５リットルないし５０リットル吹付けるようにしている。すなわち、不活性ガス１１の流量は少なすぎると、被補修部２の酸化抑制が不十分であり、多すぎると、被補修部２に不活性ガス１１が溜まり難く、周囲の大気を巻き込む問題があるため、適正な量を吹付ける必要がある。

さらに、図６に第２例として示すように、不活性ガス１１をガス配管５ｂの先端に複数のノズル５ｃをコイル形状より小さい相似形状で配置し、前記同様に高周波加熱コイル４に吹込み、各ノズル５ｃから吹込まれた不活性ガス１１が、被補修部２の表面に沿い、高周波加熱コイル４の外周側に向かって流れるようにしてもよい。

このように、不活性ガス１１を複数のノズル５ｃ、特にコイル形状より小さい相似形状配置で設けた複数のノズルから吹込むようにすると、さらに効率よく均質に吹付けることが可能である。

図７は、本発明の補修方法の一例を示すフローチャートである。この図７に示すように、本実施形態では、まず、金属製部材に発生したき裂等の欠陥部２ａを、例えば浸透探傷法にて検出する（Ｓ１）。

この後、欠陥部２ａに残った浸透液などを洗浄液に溶解させ（Ｓ２）、高圧空気を吹付けて溶解液を外部に押し流す（Ｓ３）。

なお、上述したステップＳ１にて、欠陥部２ａの有無の検出のために浸透探傷法を用いた場合、検査で用いた浸透液などが、き裂などの欠陥部２ａに残り易い。これらの残留物は、補修材３の浸透性を阻害する可能性がある。このため、通常では、洗浄液をき裂内に噴射して浸透液などを溶解し、この溶解液をふき取るが、内部や端部の溶解液は残り易い。そこで、本実施形態ではステップＳ３において、高圧空気を吹付け、強制的に溶解液を外部に押し流すことで効率よく除去するようにしている。

そして、必要に応じて補修部表面の不純物を機械的に除去し（Ｓ４）、その後、補修を行う（Ｓ５）。このステップＳ５では、不活性ガスを吹付けながら、高エネルギ熱源である高周波加熱コイル４を用い、補修材３を、き裂を含む欠陥部２ａに浸透させる。

ステップＳ５の工程で欠陥補修等が行われた後、余分な補修材３を機械加工により耐摩耗材表面表面から除去する（Ｓ６）。

以上の本実施形態によれば、被補修部２に供給される補修材３を高周波加熱コイル４により加熱し、加熱される領域に不活性ガス１１を吹付けて酸化を防止し、その際、高周波加熱コイル４の配線配管類４ｂを支持装置６によって支持させ、その支持装置６により、高周波加熱コイル４の重量を支えるとともに姿勢を保持することにより、高周波加熱コイル４の重量支持や、その配線配管類４ｂを簡便な構成とすることができる。また、配線配管類４ｂの支持作業を容易に行え、高周波加熱コイル４の配置、姿勢保持制御等を効率よく行うことができる。さらに、加熱部の冷却作業等について、能率的に不活性ガスを供給することができる。

本発明に係る補修装置の一実施形態を示す全体構成図。 図１に示した補修装置の他の使用例を示す説明図。 本発明の一実施形態における高周波加熱コイル形状を示す説明図。 本発明の一実施形態における高周波加熱コイルの他の形状を示す説明図。 本発明の一実施形態における不活性ガスの吹付け方法の一例を示す説明図。 本発明の一実施形態における不活性ガスの吹付け方法の他例を示す説明図。 本発明に係る補修方法の一実施形態を示すフローチャート。

符号の説明

１ 補修装置
２ 被補修部
３ 補修材
２ａ き裂部
４ 高周波加熱コイル
４ａ 高周波電源
４ｂ 配線配管類
５ 不活性ガス供給装置
５ａ ガスボンベ
５ｂ ガス配管
６ 支持装置
７ 配管構造部
６ａ 緩衝用保持台
６ｂ 吊具
８ 架設部材
９ 支持環
１０ 支持棒
１１ 不活性ガス

Claims (8)

1. 金属製基材に形成した耐摩耗部材の欠陥部を含む部位を被補修部とする耐摩耗部材の補修装置であって、前記被補修部に供給される補修材を加熱して前記き裂部に浸透させる高エネルギ熱源を用いた高周波加熱コイルと、この高周波加熱コイルの中心位置に不活性ガスを吹込みこの吹込まれた不活性ガスが前記被補修部の表面に沿い前記高周波加熱コイルの外周側に向かって流れるように構成して酸化を防止しかつ前記被補修部の表面を冷却してその表面温度が表面下の温度より低くなるようにする不活性ガス供給装置と、前記高周波加熱コイルの配線配管類を支持する支持装置とを備え、前記支持装置は、前記高周波加熱コイルの重量を支えるとともに姿勢を保持する機能を有することを特徴とする耐摩耗部材の局部補修装置。
2. 前記支持具は、前記加熱コイルを保持するとともに、前記被補修部の加熱面に平行になるようにコイル取付け角度を設定するものであることを特徴とする請求項１記載の耐摩耗部材の局部補修装置。
3. 前記高周波加熱コイルの１辺または直径が、加熱を必要とする補修部の１辺または直径の０．５ないし５倍であることを特徴とする請求項１記載の耐摩耗部材の局部補修装置。
4. 前記支持装置は、前記高周波加熱コイルの配線配管類と、その途中部分で接触する構造部との間に介在して配置される、緩衝用保持台を備えることを特徴とする請求項１記載の耐摩耗部材の局部補修装置。
5. 金属製基材に形成した耐摩耗部材の欠陥部を含む部位を被補修部とする耐摩耗部材の補修方法であって、前記被補修部に供給される補修材を加熱して前記き裂部に浸透させる高エネルギ熱源として高周波加熱コイルを適用した加熱工程と、加熱される領域に不活性ガスを前記高周波加熱コイルの中心から外周に向かって吹付けて酸化を防止しかつ前記被補修部の表面を冷却してその表面温度が表面下の温度より低くなるようにする不活性ガス供給工程とを備え、前記高エネルギ熱源の配線配管類を支持装置によって支持させ、前記支持装置により、前記高エネルギ源の重量を支えるとともに姿勢を保持することを特徴とする耐摩耗部材の局部補修方法。
6. 不活性ガスを複数のノズルから吹付けることを特徴とする請求項５記載の耐摩耗部材の局部補修方法。
7. 不活性ガスを、毎分５リットルないし５０リットル吹付けることを特徴とする請求項５記載の耐摩耗部材の局部補修方法。
8. 金属製部材に発生したき裂を浸透探傷法にて検出した後、き裂部に残った浸透液などを洗浄液に溶解させた後、高圧空気を吹付けて溶解液を外部に押し流して洗浄し、その後補修を行うことを特徴とする請求項５記載の耐摩耗部材の局部補修方法。

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