JP6253098B2 - Thermal spraying method - Google Patents
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本発明は、溶射施工方法に関する。 The present invention relates to a thermal spraying method.
ガスタービン等で使用される動翼、静翼、燃焼器等の高温部材は、高温ガスに曝されるため、高い耐熱性が要求される。そのため、高温部材等の基材には、耐熱性の優れた材料が使用されるだけでなく、さらに耐熱性を向上させるためのコーティング等が施されている。 High temperature members such as moving blades, stationary blades, and combustors used in gas turbines and the like are required to have high heat resistance because they are exposed to high temperature gas. Therefore, not only a material having excellent heat resistance is used for the base material such as a high-temperature member, but also a coating for improving the heat resistance is applied.
このようなコーティングや基材は、ガスタービンの運転時に高温の作動流体に曝される。そして、長時間にわたるガスタービンの運転に伴い、コーティングの一部が剥離してしまったり、基材の表面が欠損して減肉が生じたりすることで、耐熱性が低下するおそれがある。コーティングが剥離した領域や減肉が生じた領域等の損傷部分に対する補修方法は、ろう付け処理や溶射によって補修材料を損傷部分に塗布することで実施される。このような補修方法では、損傷部分の基材の表面に対して、塗布した補修材料が剥離しないように接合性を向上させる必要がある。 Such coatings and substrates are exposed to hot working fluids during gas turbine operation. And with the operation of the gas turbine for a long time, a part of the coating may be peeled off, or the surface of the base material may be lost and thinning may occur, which may reduce the heat resistance. A repair method for a damaged portion such as a region where the coating has been peeled off or a region where thinning has occurred is performed by applying a repair material to the damaged portion by brazing or spraying. In such a repair method, it is necessary to improve the bondability so that the applied repair material does not peel off from the surface of the damaged base material.
例えば、特許文献1には、クラックが生じた基材の表面の欠損した領域に対して、複数の材料をコーティングしてから熱処理をする方法が開示されている。具体的には、特許文献1の方法では、ろう材である低融点合金とニッケルをベースとする材料とに対して適合性を有するベース材料との混合物である第一の材料を欠損した領域に堆積させた後で、第一の材料とは低融点合金とベース材料との混合する比率の異なる第二の材料を第一の材料の上に堆積させる。その後、第一の材料及び第二の材料を積層させた基材を所定の温度で所定の時間にわたって加熱する。このような熱処理を行うことで、基材の表面に対する第一の材料及び第二に材料のような補修材料の接合性を確保している。
For example,
しかしながら、特許文献1のような方法は、コーティングする第一の材料や第二の材料を基材の上に積層させた後に、熱処理を別工程として実施する必要がある。そのため、対象とする部品が大型であると、熱処理を実施するための装置に部品が収まりきらず、熱処理を別工程として実施することが困難になってしまう。また、熱処理を実施する工程を別に実施することで、作業工程が増えて追加コスト等も発生して負担となってしまう。
However, in the method as disclosed in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、基材に対する接合性を容易に向上させることが可能な溶射施工方法を提供するものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a thermal spraying construction method capable of easily improving the bondability to a base material.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の一態様に係る溶射施工方法は、溶剤を用いて基材の表面に対して複数の材料で構成される積層体を形成する溶射施工方法であって、前記基材の表面にろう材を積層するろう材積層工程と、前記ろう材の表面に、該ろう材の融点を超える熱量を与えるように、1000A以上の大電流を供給する電源装置を用いたツインワイヤアーク溶射にて溶融金属を溶射することで、熱処理を実施することなく前記積層体を形成する溶射工程と、を含む。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
A thermal spraying method according to an aspect of the present invention is a thermal spraying method for forming a laminate composed of a plurality of materials on the surface of a base material using a solvent , the brazing material on the surface of the base material Molten metal by twin wire arc spraying using a power supply device for supplying a large current of 1000 A or more so as to give a heat amount exceeding the melting point of the brazing material to the surface of the brazing material. by spraying, including, a spray process to form the laminate without performing heat treatment.
このような構成によれば、溶射工程において、ろう材の融点を超える高温の溶融金属が溶射されることで、温度が上昇してろう材が溶融する。その結果、ろう材に含まれるホウ素等の成分が溶融金属や基材に拡散し、基材や溶融金属に対してろう材を強固に接合させることができる。これにより、溶融したろう材を介して、基材と溶融金属とを強固に接合でき、積層体と基材との接合性を向上できる。 According to such a configuration, in the thermal spraying process, a high temperature molten metal exceeding the melting point of the brazing material is sprayed, so that the temperature rises and the brazing material is melted. As a result, components such as boron contained in the brazing material diffuse into the molten metal or the base material, and the brazing material can be firmly bonded to the base material or the molten metal. Thereby, a base material and a molten metal can be firmly joined via the melt | dissolved brazing material, and the joining property of a laminated body and a base material can be improved.
また、本発明の他の態様に係る溶射施工方法では、前記ろう材がニッケルろう材であり、前記溶射工程は、1000A以上の大電流を供給する電源装置を用いたツインワイヤアーク溶射を用いて、前記ろう材の融点を超える温度で前記ろう材に接するように前記溶融金属を溶射させてもよい。
In the thermal spraying method according to another aspect of the present invention, the brazing material is a nickel brazing material, and the thermal spraying process uses twin wire arc thermal spraying using a power supply device that supplies a large current of 1000 A or more. The molten metal may be sprayed so as to contact the brazing material at a temperature exceeding the melting point of the brazing material.
このような構成によれば、ろう材としてニッケルろう材を用いることで、基材と溶融金属とを強固に接合するだけでなく、高温環境下で使用される高い耐熱性を要求される部品に対して、溶射後の積層体が形成された部分の耐熱性が低下することを抑制できる。 According to such a configuration, by using a nickel brazing material as a brazing material, not only firmly joining a base material and a molten metal, but also a component that requires high heat resistance used in a high temperature environment. On the other hand, it can suppress that the heat resistance of the part in which the laminated body after thermal spraying was formed falls.
また、本発明の他の態様に係る溶射施工方法では、前記基材がタービン部材であってもよい。 Moreover, in the thermal spraying construction method according to another aspect of the present invention, the base material may be a turbine member.
このような構成によれば、長期間の使用によってタービン部材が広範囲にわたって損傷した場合であっても、短時間で信頼性の高い修復や加工を実施することができる。 According to such a configuration, even when the turbine member is damaged over a wide range due to long-term use, highly reliable repair and processing can be performed in a short time.
本発明の溶射施工方法によれば、ろう材の融点を超える熱量を与えるように溶融金属を溶射することで、別工程として熱処理を実施することなく、基材に対する接合性を容易に向上させることができる。 According to the thermal spraying construction method of the present invention, it is possible to easily improve the bondability to the base material without performing heat treatment as a separate process by spraying the molten metal so as to give a heat amount exceeding the melting point of the brazing material. Can do.
以下、本発明に係る実施形態について図1から図3を参照して説明する。
溶射施工方法S1は、タービン静翼、タービン動翼、分割環、燃焼器部品等のタービン部材を基材1として実施される。溶射施工方法S1は、溶射を用いて基材1の表面に対して複数の材料で構成される積層体4を形成する。本実施形態の溶射施工方法S1は、減肉が生じた基材1の表面の損傷部分11に対して、補修材料としてろう材2や溶融金属3を積層して補修する。具体的には、本実施形態の溶射施工方法S1は、図1及び図2に示すように、基材1に表面にろう材2を積層するろう材積層工程S10と、積層させたろう材2の表面に対してろう材2の融点を超える熱量を与えるように溶融金属3を溶射する溶射工程S20とを含む。本実施形態における基材1の材料には、例えば、タービン部材に用いられるNi基合金が用いられる。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
The thermal spraying method S1 is performed using a turbine member such as a turbine stationary blade, a turbine rotor blade, a split ring, and a combustor component as a
ろう材積層工程S10は、図2(a)に示すように、基材1の表面の減肉が生じた損傷部分11に対してろう材2を積層させる。具体的には、本実施形態のろう材積層工程S10では、図2(b)に示すように、ペースト状のろう材2を損傷部分11に塗布して積層させる。本実施形態では、ろう材2として、表1に示すようなニッケルろう材21が使用される。ニッケルろう材21は、ニッケル系合金をベースに構成される。ニッケルろう材21は、耐食性や耐熱性も高く、鉄系の母材に対する濡れ性が良いため、ステンレス鋼やニッケル基及びコバルト基合金等に対して使用されることが多いろう材2である。ニッケルろう材21は、表1中に記載されているように、溶融温度(表1中のろう付け温度)が1000℃から1200℃程度である。
In the brazing material laminating step S10, as shown in FIG. 2A, the
溶射工程S20は、基材1の表面に積層されたろう材2の表面に溶融金属3を溶射し、基材1の表面の損傷部分11に積層体4を形成する。本実施形態の溶射工程S20は、図2(c)に示すように、ろう材2の融点を超える熱量を与えるように、ろう材2の表面に対して溶融金属3を溶射する。本実施形態に使用される溶融金属3としては、例えば、タービン部材に使用される材料と同じNi基合金が使用される。具体的には、本実施形態の溶射工程S20は、図3に示すように、1000A以上の大電流を供給する電源装置を用いたツインワイヤアーク溶射装置5を使用して溶融金属3を溶射する。ツインワイヤアーク溶射装置5では、二本のワイヤ状の溶融金属3の間でアーク放電を発生させ、この放電エネルギーのよってワイヤ状の溶融金属3を溶融させて圧縮したアルゴンや窒素などの不活性ガスを送る。これにより、溶射工程S20では、溶融された溶融金属3をノズル51から微粒子化しながら基材1上のニッケルろう材21に吹き付けて連続的に成膜する。本実施形態では、大電流を供給することで、100[g/分]以上の大量の溶融金属3を溶解し、ニッケルろう材21に対して溶融金属3を噴射するノズル51の先端を100mm〜300mm程度に近づけて溶射する。これにより、溶射工程S20では、ニッケルろう材21に接触した時点での溶融金属3の温度をニッケルろう材21の溶融温度に近い1000℃以上に維持しながら、ニッケルろう材21に対して溶融金属3を溶射する。
In the thermal spraying step S <b> 20, the
上記のような溶射施工方法S1によれば、溶射工程S20において、基材1の表面の減肉が生じた損傷部分11に積層されたニッケルろう材21に対して、ニッケルろう材21に接触した時点での溶融金属3の温度がニッケルろう材21の溶融温度である1000℃以上を維持するように溶射することで、ニッケルろう材21に融点を超える熱量を与えることができる。即ち、ニッケルろう材21の融点を超える高温の溶融金属3が溶射されることで、温度が上昇してニッケルろう材21が溶融する。その結果、ニッケルろう材21含まれるホウ素等の成分が溶融金属3や基材1に拡散することで、基材1や溶融金属3に対してニッケルろう材21を強固に接合させることができる。これにより、溶融したニッケルろう材21を介して、基材1と溶融金属3とを強固に接合でき、積層体4と基材1との接合性を向上できる。したがって、ニッケルろう材21の融点を超える熱量を与えるように溶融金属3を溶射することで、別工程として熱処理を実施することなく、基材1に対する積層体4の接合性を容易に向上させることができる。
According to the thermal spraying method S1 as described above, in the thermal spraying step S20, the nickel brazing
また、ろう材2が溶融して、基材1や溶融金属3に十分に拡散するために必要な時間は数分程度であるため、溶射工程S20で溶融金属3を溶射し続けている間は、溶融金属3はろう材2によって強固に接合され続ける。そのため、基材1に対して溶融金属3を高く積層させることができ、厚肉の積層体4を強固に形成することができる。
In addition, since the time required for the
さらに、従来のアーク溶接等のように溶融金属3の温度がろう材2に接触した時点でろう材2に融点を超える熱量を与えることができない方法では、溶融金属3の温度は数百度までしか上昇しないために、ろう材2を溶融させることができない。一方、本実施形態の溶射工程S20では、大電流を供給する電源装置を用いたツインワイヤアーク溶射によって大量の溶融金属3を溶解して、基材1に対して溶融金属3を噴射するノズル51の先端を近づけてろう材2に対して溶射を実施することで、溶融金属3の温度がろう材2に接触した時点で1000℃以上を維持させることができ、ろう材2に融点を超える熱量を与えることが容易にできる。
Further, in a method in which the amount of heat exceeding the melting point cannot be applied to the
また、ろう材2としてニッケルろう材21を用いることで、基材1と溶融金属3とを強固に接合するだけでなく、ガスタービン等のように高温環境下で使用される高い耐熱性を要求される部品に対して、溶射後の積層体4が形成された部分の耐熱性が低下することを抑制できる。
Further, by using the
さらに、タービン部材を基材とすることで、長期間の使用によってタービン部材が広範囲にわたって損傷した場合であっても、短時間で信頼性の高い修復を実施することができる。そのため、長期間に渡って使用可能なタービン部材を得ることができる。 Furthermore, by using the turbine member as a base material, even when the turbine member is damaged over a wide range due to long-term use, highly reliable repair can be performed in a short time. Therefore, a turbine member that can be used for a long period of time can be obtained.
なお、本発明は上記の実施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。即ち、溶射施工方法S1は、上記実施形態のように減肉が生じた基材1の表面の損傷部分11に対して実施されることに限定されるものでない。例えば、変形例として、減肉の生じていない基材1の表面に積層体4によって大きな凸部を形成する際に使用してもよい。
In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various deformation | transformation is accept | permitted in the range which does not deviate from the summary. That is, the thermal spraying method S1 is not limited to being performed on the damaged
即ち、変形例は、図4(a)に示すように、減肉の生じていない基材1の平滑な表面に対して、ろう材積層工程S10を実施してろう材2を積層させる。変形例のろう材積層工程S10は、図4(b)に示すように、基材1の表面の凸形状を形成したい位置に対して、実施形態のろう材積層工程S10と同様に、ペースト状のニッケルろう材21を塗布して積層させる。
That is, in the modified example, as shown in FIG. 4A, the brazing filler metal laminating step S10 is performed on the smooth surface of the
変形例の溶射工程S20は、図4(c)に示すように、実施形態の溶射工程S20と同様に、ろう材2の融点を超える熱量を与えるように、ろう材2の表面に対して溶融金属3を溶射する。
As shown in FIG. 4C, the modified spraying step S <b> 20 is melted on the surface of the
上記のような変形例の溶射施工方法S1によれば、別工程によって熱処理を実施することなく基材1との接合性を向上させることができるため、大型部品に対しても大規模な熱処理装置を用意することなく、基材1の表面に対して強固に接合された突起等の凸部を容易に形成することができる。
According to the modified thermal spraying method S1 as described above, since the bonding property with the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the configurations and combinations of the embodiments in the embodiments are examples, and the addition and omission of configurations are within the scope not departing from the gist of the present invention. , Substitutions, and other changes are possible. Further, the present invention is not limited by the embodiments, and is limited only by the scope of the claims.
なお、ろう材積層工程S10で、ろう材2を積層する方法としては上記のようにペースト状のろう材2を積層させる方法に限定されるものではなく、基材1の表面にろう材2を積層できれば良い。例えば、ろう材積層工程S10では、シート状のろう材2をバインダ材で接着することで基材1の表面に積層させてもよい。
The method for laminating the
また、ろう材2は、本実施形態のようにニッケルろう材21に限定されるものではなく、基材1に用いられる材料よりも融点の低い低融点合金であればよく、基材1自体を溶融させずに溶融金属3を接合させることができる材料であればよい。即ち、ろう材2としては、ニッケルろう材21の他に、銀ろう材や黄銅ろう材やアルミニウムろう材等の基材1材料に応じた種々のろう材2が使用されればよい。
Further, the
S1…溶射施工方法 S10…ろう材積層工程 S20…溶射工程 1…基材 2…ろう材 3…溶融金属 4…積層体
DESCRIPTION OF SYMBOLS S1 ... Thermal spraying construction method S10 ... Brazing material lamination process S20 ...
Claims (3)
前記基材の表面にろう材を積層するろう材積層工程と、
前記ろう材の表面に、該ろう材の融点を超える熱量を与えるように、1000A以上の大電流を供給する電源装置を用いたツインワイヤアーク溶射にて溶融金属を溶射することで、熱処理を実施することなく前記積層体を形成する溶射工程と、
を含む溶射施工方法。 A thermal spraying method for forming a laminate composed of a plurality of materials on the surface of a substrate using a solvent,
And the brazing material lamination step of laminating a brazing material on a surface of the substrate,
Heat treatment is performed by spraying molten metal by twin wire arc spraying using a power supply device that supplies a large current of 1000 A or more so that the amount of heat exceeding the melting point of the brazing material is applied to the surface of the brazing material. a spray process to form the laminate without,
Thermal spraying method including
前記溶射工程は、1000A以上の大電流を供給する電源装置を用いたツインワイヤアーク溶射を用いて、前記ろう材の融点を超える温度で前記ろう材に接するように前記溶融金属を溶射される請求項1に記載の溶射施工方法。 The brazing material is a nickel brazing material;
In the thermal spraying process, the molten metal is sprayed so as to be in contact with the brazing material at a temperature exceeding the melting point of the brazing material by using twin wire arc thermal spraying using a power supply device that supplies a large current of 1000 A or more. Item 2. The thermal spraying method according to Item 1.
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