JPH0653307B2 - 円柱状部材の溶接修理方法 - Google Patents

円柱状部材の溶接修理方法

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JPH0653307B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属製円柱状部材の部
分を溶接修理する方法に関し、特に、表面の傷又は歪み
を除去するため、キー溝を有する回転子もしくはロータ
又は延長軸等のタービン又は発電機の構成部品の溶接修
理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】使用中に、回転子等のタービン及び発電
機の各種金属製円柱状構成部品の一部は、表面の傷、又
は浅い表面の歪みを受ける。代表的事例には、浅い傷、
浅い表面の凹み、腐食、又は相手部品（オイルポンプラ
ンナー等の）との適合欠陥等がある。この種の金属製円
柱状構成部品の修理に用いられる最近の技術は、同部材
の溶接修理であった。このような傷を補正するために軸
の溶接修理を行うには、連続した表面が構成部品に必要
である。このような部品は強い応力を受けた部品であ
り、溶接部の健全性は非常に優れていなくてはならな
い。
【０００３】タービン又は発電機の構成部品の溶接修理
の例は、米国特許第４,６６３,５５４号、第４,８９３,
３８８号、第４,８９７,５１９号、第４,９０３,８８８
号各明細書に記載されている。これ等の４件の特許の内
容は、本明細書に参考に取り入れられている。
【０００４】しかし、軸上の比較的厚い溶接肉盛から発
生する残留応力が、例えば、溶接肉盛が軸の直径に対し
大きい場合、軸の“反り”変形を起こす危険がある。そ
のため、一般的原則として、安全でより予知可能な修理
を確実にするため、溶接の厚さを軸の直径に比較して小
さく保持することが記載されている。
【０００５】金属製円柱状構成部品が溝即ちキー溝を有
する部分では、キー溝に嵌合したキーを使用することに
よって軸を他の構成部品へ結合するには、軸回り３６０
°の共通表面又は連続表面を必要とする溶接機が使用さ
れる場合、面倒な問題が、この部品の溶接修理に内在し
ている。これまで、キー溝を有するこの種の部品を修理
する場合、溶接のために３６０°の連続表面を必要とし
ていたので、軸が最初の直径よりもっと小さくなり且つ
キー溝を完全に除去する程度まで、傷とキー溝とを有す
る表面を機械加工で除去することが必要であった。この
ような機械加工によって、軸の直径が小さくなり、溶接
修理後に肉厚の溶接部が形成されるため、溶接部は軸の
横断面の大きな割合を占めるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、キー
溝を機械加工により金属製円柱状部材から削除する必要
なしに、同キー溝を有する金属製円柱状部材の一部を溶
接修理する方法を提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、溶接部の厚さが、従
来技術で溶接修理された部分に比較して実質的に減少す
るように、キー溝を有する金属製円柱状部材の一部を溶
接修理する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】タービン又は発電機のロ
ータもしくは回転子又は軸等のような初期直径を有する
金属製円柱状部材の部分にある表面の傷を除去するた
め、表面領域にキー溝を有する同部分を溶接修理する方
法が提供されている。この溶接修理方法は、前記部分の
表面をキー溝の深さより浅い深さまで機械加工して、傷
を除去し、溶接面を形成する最初の工程を含んでいる。
円柱状部材を構成している金属と溶接適合性がある金属
で製作されたキー部材をキー溝へ挿入し、同キー部材
を、金属製円柱状部材の前記部分の回りに３６０°の連
続表面を形成するように、機械加工して、溶接面に対し
て面一となるキー部材表面を形成する。次に、円柱状部
材のキー部材の位置が記録される。
【０００９】次の工程で、溶接金属は、前記部分の溶接
面とキー部材表面とに溶着され、溶接金属を有する円柱
状部材の部分の直径が前記部分の初期直径より大きい程
度に形成される。次に、溶接金属は機械加工され、溶接
金属の機械加工された層を有する円柱状部材の部分を形
成し、その部分の直径が初期直径に等しくする。その
後、キー部材をキー溝から除去すると、金属製円柱状部
材に、表面領域にキー溝を有する初期直径に等しい直径
の修理部分が形成される。
【００１０】
【実施例】本発明は、添付図面に示した好適な実施例に
関する次の説明から、更に容易に明らかになるであろ
う。
【００１１】図１及び図２は、金属製軸１の断面を示し
ており、この軸１は、初期直径３と、傷のある表面５
と、軸１の表面領域９に形成された深さ１１のキー溝７
とを有する。
【００１２】従来技術により表面の傷を除去するため、
図３〜６に示すように、軸１は、少なくともキー溝７の
深さ１１程度の深さ１３まで機械加工され、直径１７の
小さい軸１５が形成される。図３において、軸１の初期
直径３は、キー溝７と同様に点線で示されており、これ
等は既に除去されている。小直径の軸１５は、溶接金属
を溶着するために、連続した外表面１９を有する。次
に、図４に示すように、溶接金属２１が、軸の初期直径
３より大きい直径２５となる厚さ２３まで、軸１５の外
表面上に溶着される。その後、図５に示すように、溶接
金属２１の機械加工が行われて、溶接金属２１の溶接肉
盛を有する小直径の軸１５が形成され、その結果、加工
された部材の最終直径２７は、金属製軸１の初期直径３
と等しくなり、また、前述した傷のない滑らかな表面と
なる。この修理工程を完了するには、次に、図６に示す
ように、初期のキー溝７と等しい寸法及び深さの新しい
キー溝２９を溶接肉盛部に設けることが必要である。
【００１３】この従来技術の方法を使用する場合、溶接
金属２１の比較的大きい肉盛が、小さくなった直径の軸
１５に必要であった。軸変形の原因となる比較的厚い溶
接肉盛による残留応力の危険性がこの従来技術の方法に
はある。これは、従来技術の場合、３６０°の連続表面
を形成するために、溶接するための小直径の軸と厚い溶
接肉盛とを伴うことによるものである。
【００１４】本発明の方法は、図７から図１３に示され
ており、キー溝を除去するような直径まで金属製円柱状
部材の部分を機械加工する必要なしに、同金属製円柱状
部材の部分の修理を可能とするもので、また、金属製円
柱状部材の直径に対し厚い溶接肉盛を必要としない。本
発明により必要とされる円柱状部材の部分の機械加工
は、表面の傷を完全に除去するがキー溝の深さより浅い
程度に過ぎない。
【００１５】再び図１及び図２に戻ると、これ等の図
は、表面５に割れ３５として示されている傷もしくは欠
陥を有する軸１のような、直径３の金属製円柱状部材３
３の部分３１を示す。金属製円柱状部材３３の部分３１
は、金属製円柱状部材３３の表面領域９に形成された深
さ１１のキー溝７を有する。表面の傷には、浅い割れの
他に、僅かに小さくなったか又は摩耗した状態、フレッ
チング腐食、打痕、等がある。
【００１６】本発明の方法は、回転子又は延長軸のよう
なタービン及び発電機構成部品即ち金属製円柱状部材の
修理に特に有用である。この種の構成部品の金属組成に
は蒸気タービン発電機の延長軸に使用されるＡＩＳＩ
１０４０鋼がある。即ち、高圧蒸気タービンロータ等の
低合金構成部品はＣＲ−ＭＯ−Ｖ鉄合金より構成されて
おり、この構成部品は中圧部を含むことができる。或
は、低圧蒸気タービンロータ等の低合金構成部品は、Ｎ
Ｉ−ＣＲ−ＭＯ−Ｖ鉄合金より構成されている。構成部
品の代表例として、延長軸は、長さが５〜１０ｆｔ(１.
５２〜３.０５ｍ)、直径が５〜８ｉｎ(１２.７〜２０.
３２ｃｍ)であり、これに対し、高圧タービンロータ
は、直径が３５〜４０ｉｎ(８８.９〜１０１.６ｍ)であ
り、低圧蒸気タービンロータは、直径が１８〜２０ｉｎ
(４５.７２〜５０.８ｃｍ)で、長さは様々である。
【００１７】軸１のような金属製円柱状部材３３の部分
３１を修理するための本発明の方法において、図７に鎖
線で示された軸１の表面５は、研削、機械加工等によっ
て、表面傷を完全に除去するだけの深さ３７まで機械的
に除去される。この場合、深さ３７は、初期のキー溝７
の深さ１１より浅く、好適にはかなり浅く、これによっ
て、割れのない溶接面３９を軸１に形成する。機械加工
の後、軸１は初期直径３より小さい直径４１となり、キ
ー溝７は、初期の深さ１１より僅かに浅い新しい深さ４
３を有する。ハーフキー４７のようなキー部材４５は、
厚さ４９であって、キー溝の新しい深さ４３より僅かに
大きく、このキー部材４５がキー溝へ挿入される。キー
部材４５は、同キー部材４５をキー溝７内へ摩擦により
保持するのに十分な長さと幅とを有するが、キー部材を
キー溝内に保持するためにタック溶接その他の手段も使
用してもよい。
【００１８】キー部材４５は、軸１の金属組成に対して
溶接適合性がある金属組成を有しており、好適には同じ
組成であることがよい。溶接技術の当業者には周知のよ
うに、溶接適合性という用語は、冶金学的に両立性もし
くは適合性がある材料を説明するために使用され、これ
等の材料は溶接性に関して著しい差はなく、また、溶接
アークは、一方の金属から溶接適合性のある金属へ目立
つほどの変化をしない。図８の点線で示されているよう
に、キー部材の露出した端部表面５１は、キー溝から延
出している場合、切削等により機械的に除去され、軸１
の回りの表面を連続的にするように、軸１の溶接面３９
と面一のキー部材の表面５３を形成する。キー溝７と機
械加工されたキー部材４５の位置は、修理されていない
軸の部分にその位置をマーキングするか罫書きすること
によって記録される。
【００１９】溶接面３９とキー部材の表面５３とよりな
る連続面が形成された後、溶接金属５５を修理中の部分
３１上に溶着するのであるが、溶接金属を溶着している
間、軸を回転させておくことが好ましい（図９）。溶着
後、従来の溶接修理で行われているように、溶接金属又
は熱影響領域を熱処理して、応力を除去する。溶接金属
の溶着工程は、ガスタングステンアーク溶接、プラズマ
アーク溶接、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接及びガ
ス金属アーク溶接のいずれかの方法により、鉄合金を連
続面へ溶接することよりなっている。他の溶接法も使用
しうるが、不要な欠陥を避けるために、基金属内の熱影
響領域を最小にすることを行わねばならない。ガスタン
グステンアーク溶接は、前述の米国特許第４,９０３,８
８８号明細書に記載された理由から好適である。溶着方
法の選択は、この米国特許に説明されているように、変
形、非破壊試験の許容限界、及び溶接後の熱処理に対す
る機械的性質の応答等の諸要因によって決まる。溶接金
属５５は、機械加工された軸１の直径４１と溶接金属の
厚さ５７との合計が、部分３１の初期直径３より僅かに
大きく、例えば、約０.４ｉｎ(１.０２ｃｍ)大きい程度
まで溶着される。次に、溶接金属の機械加工層５９から
なる滑らかな表面を軸１上に形成するように、溶接金属
５５の機械加工が行われる。この場合、修理部分は、直
径４１と軸上に修理された外表面６１を与える溶接金属
の機械加工層５９との合計となり、修理部分の直径が初
期直径となる。図１０に示すように、修理された軸の直
径を初期直径３と同一にするために、溶接金属５５の機
械加工は、キー部材４５上の溶接金属５５の機械加工層
５９の一部６３を残すだけである。外被その他の構成部
品が僅かに大きい直径を必要とする場合には、初期直径
は、僅かに大きい直径を有することもできる。次に、層
の一部６３とキー部材４５は、図１１に示すように、円
柱状部材の修理部分を形成するために、機械加工等によ
って除去される。修理部分は、初期直径３に等しい直径
６５を有し、キー溝７は深さ１１を有し、この部分は、
現在では、小さくなった直径４１の上に完全に溶着され
た溶接金属５５の層５９を有する直径４１の軸１より構
成されている。キー部材を取り出す機械加工により僅か
により大きいキー溝が生ずる場合には、金属製円柱状部
材を使用する際に僅かに大きいキーを使用することが必
要とするだけである。
【００２０】図１２は、キー部材６９によりキー溝６７
を有する金属製円筒形スリーブ６６と係合した、本発明
により修理された軸１を示している。
【００２１】本発明の方法は、前述したように軸等の金
属製円柱状部材に対して使用可能であるほかに、スリー
ブ又はカラー６６のような金属製円筒形部材に対しても
使用可能である。図１３に概略的に示されているよう
に、キー溝６７が、スリーブを貫通した穴７３に面した
内側表面７１に形成されている。この方法の工程は、内
側表面７１が修正されることを除いて、図７から図１１
に示された方法に使用された工程と同じである。クロー
ムは剥離し易いので、軸装着部の穴の膨脹（回転の遠心
力による）は、屡々、穴の直径を修復するためのクロー
ムメッキの使用を妨げる。従って、本方法は、金属製円
筒形部材を貫通する穴に面している内側表面の修理に特
に有用である。
【００２２】本発明によると、金属製円筒状部材の部分
の溶接修理方法は、同金属製円筒状部材の最小の表面領
域だけを除去すると共に、少量の溶接材料を溶着するこ
とが必要とされるので、溶接材料の溶着による円柱状部
材の変形の危険を低下するような仕方で溶接修理を行
う。また、本発明の方法は、従来技術の方法に比較して
相対的に薄い溶接金属の溶着だけが必要であるので、溶
接時間も短縮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を使用して修理できる表面欠陥を
有する軸の概要図。
【図２】図１の線II−IIを通る断面図。
【図３】従来技術の軸修理方法を示す図。
【図４】従来技術の軸修理方法を示す図。
【図５】従来技術の軸修理方法を示す図。
【図６】従来技術の軸修理方法を示す図。
【図７】表面割れ除去のために機械加工を行った後の軸
を示す図２と同様の断面図。
【図８】連続表面を形成するために、キー部材の機械加
工によって加工された軸におけるキー部材の配置を示す
図。
【図９】軸及びキー部材の連続表面上の溶接金属の溶着
を示す図。
【図１０】溶接材料の機械加工後に、溶接金属の層を軸
及びキー部材の上に形成している軸を示す図。
【図１１】キー部材を除去した後の修理された軸を示す
図。
【図１２】キー部材によりスリーブと係合した修理され
た軸を示す図。
【図１３】本発明を使用して修理されたスリーブ形状の
金属製円柱状部材を示す図。
【符号の説明】
１ 軸（円柱軸） ３ 初期直径 ５ 金属製円柱状部材の表面 ７ キー溝 ９ 表面領域 ３１ 部分 ３３ 金属製円柱状部材 ３９ 溶接面 ４５ キー部材 ５１ 露出した端部表面 ５３ キー部材の表面 ５５ 溶接金属 ５９ 溶接金属の層 ６６ 円筒形スリーブ ６７ キー溝 ６９ キー部材 ７１ 内側表面 ７３ 穴

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面領域にキー溝を有するある初期直径
    の金属製円柱状部材の部分の表面にある傷を除去し、該
    部分を溶接修理する方法であって、前記円柱状部材の前
    記部分の表面を前記キー溝の深さよりも浅い深さまで機
    械的に削除して、前記表面にある傷を除去すると共に溶
    接面を形成し、前記円柱状部材の前記部分の金属材料と
    溶接適合性がある材料で製作されたキー部材を、該キー
    部材の表面が前記溶接面と同一面となるように、前記キ
    ー溝に挿入し、前記円柱状部材の前記キー溝の位置を記
    録し、前記溶接面及び前記キー部材の表面に溶接金属を
    溶着して、該溶接面及び該キー部材の表面上に溶接金属
    を形成し、該溶接金属を有する前記円柱状部材の前記部
    分の直径を前記初期直径より大とし、前記溶接金属を機
    械加工して、前記円柱状部材の前記部分上に、前記初期
    直径に等しい直径の溶接金属の層を形成し、前記キー部
    材を前記キー溝から除去して、前記表面領域に前記キー
    溝を有する前記初期直径の円柱状部材の修理部分を形成
    する、円柱状部材の溶接修理方法。
  2. 【請求項２】 表面領域にキー溝を有するある初期直径
    の金属製円柱軸の部分の表面にある傷を除去し、該部分
    を溶接修理する方法であって、前記円柱軸の前記部分の
    表面を前記キー溝の深さよりも浅い深さまで機械的に削
    除して、前記表面にある傷を除去すると共に溶接面を形
    成し、前記円柱軸の前記部分の金属材料と溶接適合性が
    ある材料で製作されたキー部材を、該キー部材が前記キ
    ー溝から延びる露出した端部表面を有するように、前記
    キー溝に挿入し、前記キー部材の表面が前記溶接面と同
    一面となるように、前記露出した端部表面を機械的に削
    除し、前記円柱軸における前記キー溝の位置を記録し、
    前記溶接面及び前記キー部材の表面に溶接金属を溶着し
    て、該溶接面及び該キー部材の表面上に溶接金属を形成
    し、該溶接金属を有する前記円柱軸の前記部分の直径を
    前記初期直径より大とし、前記溶接金属を機械加工し
    て、前記円柱軸の前記部分上に、前記初期直径に等しい
    直径の溶接金属の層を形成し、前記キー部材を前記キー
    溝から除去して、前記表面領域に前記キー溝を有する前
    記初期直径の円柱軸の修理部分を形成する、円柱軸の溶
    接修理方法。
  3. 【請求項３】 初期直径を有する金属製円筒形スリーブ
    の部分の表面にある傷を除去し、該部分を溶接修理する
    方法であって、前記部分は、前記円筒形スリーブを貫通
    している穴と、該穴に面している内側表面と、該内側表
    面に隣接する表面領域にあるキー溝とを有し、前記傷が
    前記内側表面にある、円筒形スリーブの溶接修理方法に
    おいて、前記円筒形スリーブの前記部分の表面を前記キ
    ー溝の深さよりも浅い深さまで機械的に削除して、前記
    表面にある傷を除去すると共に溶接面を形成し、前記円
    筒形スリーブの前記部分の金属材料と溶接適合性がある
    材料で製作されたキー部材を、該キー部材が前記キー溝
    から延びる露出した端部表面を有するように、前記キー
    溝に挿入し、前記キー部材の表面が前記溶接面と同一面
    となるように、前記露出した端部表面を機械的に削除
    し、前記円筒形スリーブにおける前記キー溝の位置を記
    録し、前記溶接面及び前記キー部材の表面に溶接金属を
    溶着して、該溶接面及び該キー部材の表面上に溶接金属
    を形成し、該溶接金属を有する前記円筒形スリーブの前
    記部分の直径を前記初期直径より大とし、前記溶接金属
    を機械加工して、前記円筒形スリーブの前記部分上に、
    前記初期直径に等しい直径の溶接金属の層を形成し、前
    記キー部材を前記キー溝から除去して、前記表面領域に
    前記キー溝を有する前記初期直径の円筒形スリーブの修
    理部分を形成する、円筒形スリーブの溶接修理方法。
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