JPS6234671A - 低合金鋼製ロ−タの修理方法 - Google Patents

低合金鋼製ロ−タの修理方法

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JPS6234671A
JPS6234671A JP61184376A JP18437686A JPS6234671A JP S6234671 A JPS6234671 A JP S6234671A JP 61184376 A JP61184376 A JP 61184376A JP 18437686 A JP18437686 A JP 18437686A JP S6234671 A JPS6234671 A JP S6234671A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 良悪ｌ■Ｕ［ 本発明は金属溶融接合に間し、・特に、蒸気タービン又
は発電機にあるロータ端部の交換並びにそのための心出
しもしくは整列、溶接及び検査に関するものである。
九芳ｍ生説息− ロータについてその保守上の問題を解消するために頻繁
に行われる修理には、ロータからその欠陥端部を切除し
、そこに新しい短軸状軸端を溶接することが含まれる。
新しい短軸状軸端は、欠陥部分の位置に従って、所要の
長さとすることができる。この修理手順には一般に炙く
の特別の工具が必要とされる。更は、この溶接には、多
くの時間を要するため、運転休止時間が長くなり、コス
トも増大する。
魚贋！」シ」 本発明は、手早く効果的に検査可能に欠陥部分を交換す
るための蒸気タービン又は発電機のロータの修理方法で
ある０本発明は、交換端部と元のロータの残り部分とに
、取付用及び整列用の結合アタッチメントを機械切削に
よって形成し、該交換端部をロータに嵌合し、ロータの
外面の下方的１．２７〜５．１ｃｚ（１／２〜２ｉｎ）
の深さまで元のロータに該交換端部をナロウギャップガ
ス金属アーク溶接又はサブマージアーク溶接し、交換端
部と元のロータとの間の間隙の残りの１．２７〜５．１
ｃｍ（１７２〜２ｉｎ）をガスタングステンアーク溶接
し、該結合アタッ、　チメントと溶接部の少くとも内側
６．３５ｘｍ　（１／４ｉｎ）について、中ぐり加工に
よる穿孔を形成し、溶接個所において該穿孔を検査する
各ステップを用いる。
この技術によれば、比較的低い溶接強度しか必要としな
い内部にはガス金属アーク溶接又はサブマージアーク溶
接を使用し、より良い金属材料の性質が必要とされる外
面付近にはガスタングステンアーク溶接を使用して、素
早く溶接が行われる。
結合アタッチメントの使用によって、過度な特別の工具
を必要とせずに、交換端部と元のロータとの間の整列が
保たれる。結合アタッチメントは、ガス金属アーク溶接
材又はサブマージアーク溶接の最初の部分と共に中ぐり
加工によって除゛去される。これによって、割れの開始
になりうる特性点が除かれるだけでなく、溶接部のロー
タ中心線により近い臨界的な内側部分を検査することも
可能になる。好ましくは、溶接部の内側部分は、ガス金
属アーク溶接によって形成し、ロータの中心線に沿って
中ぐり加工した後に、中ぐり加工による穿孔の表面を、
目視と、磁性粒子検査技術とによって検査する。
、　で　　　の昔日 交換端部は、ガス金属アーク溶接又はサブマージアーク
溶接を用いてロータに対し溶接可能と考えられるが、こ
れ等の溶接法によって形成した溶接部の機械的性質は、
ガスタングステンアーク溶接法によって得られるものよ
りも低く、多くの用途にとって不向きである。他方では
、ガスタングステンアーク溶接法は、比較的低速であり
、ナロウギャップ溶接には使用できない、ガスタングス
テンアーク溶接に使用・されるＶ溝は、溶接部が比較的
深い場合、頂部が非常に広くなるため、深さが５．１Ｃ
Ｉ（２ｉｎ）よりも著しく大きな溶接部に対しては非常
に低速となる０本発明によれば、ガス金属アーク溶接又
はサブマージアーク溶接によって充填される深い幅狭の
清と、ガスタングステンアーク溶接によって充填される
比較的浅いＶ溝とが利用されるため、作動時の応力が最
大となる外面に溶接部の最良の機械的性僑が実現される
。また、溶接中に２つの部分（元の部分と交換端部）が
特別の方法によって強く整列状態に保たれ、軸方向の不
整合が最小になる。更に、本発明によれば、結合アタッ
チメントと溶接部の内側部分（最初の部分）とが中ぐり
加工されることにより、溶接開始点において共通の溶接
部の多孔性が除かれると共に、無欠鴎の検査可能な内面
が得られる。この内孔面は、この面から割れが開始され
ることが大きな問題となりうるため特に重要である。
本発明によれば、最少数の特別の工具・を°用いてロー
タの２つの鍛造品を溶接し、最適の機械的性質を備えた
溶接部を得るために、はめ込み式スピゴットの嵌合を用
いて２つの鍛造品を溶接の間強く正確に一緒に保持しな
がら短軸状の交換端部を元のロータの鍛造品に溶接する
。これによって十分な溶接部が形成されるまで、溶接開
始時の軸方向及び半径方向の整列が保たれる。溶接終了
後に、ルート溶融領域（ｒｏｏｔ　ｆｕｓｉｏｎ　ａｒ
ｅａ）にある品質上問題のある溶接部を越えて清浄な溶
接金属の位置に至る直径までロータの中心線に沿って内
部の中ぐり加工が行われる。この時に中ぐり孔の内面の
品質を確めるために、該内面を非破壊試験によって検査
することができる。
本発明によれば、中ぐり孔と共に、又は中ぐり孔なしに
、短軸状の交換端部をロータに付けることができる。第
１図及び第２図は、交換端部（例１ば、割れが入った端
部を有していたボイラー給水ポンプのタービンロータ）
を付ける場合であって、元のロータが中ぐり孔を有して
いない場合を示している。また、第３図、第４図及び第
５図は、元のロータが内孔を有している場合の２つの変
形例を示している。
本発明によれば、溶接中の最小の歪みと応力が最大とな
る外面の最適の機械的性質とを確実にするための２つの
異なった溶接法が使用される。最初の溶接部をひと先ず
形成し、この形成は、はめ込み式スピゴットに近接した
間隙の底部から開始する。この溶接部は、ナロウギャッ
プガス金属アーク溶接又はサブマージアーク溶接によっ
て形成する。ガス金属アーク溶接工程は、典型的には、
例えば約３０．５ｃｚ（１２ｉｎ＞までの溶接部の全厚
に対して、１ｃｍ＜０．４ｉｎ）の幅のナロウギャップ
を必要とする。サブマージアーク溶接法は、通常、これ
よりも少し広い溝を必要とする。どちらの溶接法も、ロ
ータの最低限の仕様を屡々超過する良好な機械的性質と
非破壊試験の品質とを実現する。しかし、これ等の溶接
法による機械的性質には、多少の欠陥がある。サブマー
ジアーク溶接部については、表面領域（外側領域）より
も溶接ルート領域（内側領域）において、より大きな強
度が実現され、その変分は、９Ｏ−１００ｋｓｉの降伏
強度の範囲に含まれる溶接部について、通常的１０ｋｓ
ｉに達する。これは、母材金属がより多く希釈されるこ
とと溶接部の深部において冷却が迅速になることとの・
、どちらか一方又は両方に基因すると考えられている。
更に、（ガスタングステンアーク溶接に比べて）一層大
きな粒径が、サブマージ溶接部及びガス金属アーク溶接
部において得られ、その結果、引張強さと降伏強さとが
低下する０本発明によれば、外面側の機械的性質を改善
するために、ガスタングステンアーク溶接法が用いられ
る　（これは、ガス金属アーク溶接又はサブマージアー
ク溶接がロータの最低限の仕様を超えても、望ましい）
。この方法は、溶接溝の最後の１．２７〜５．１ｃｉ＋
（１／；’−２ｉｎ）、好ましくは最後の２．５ｃｚ（
１ｉｎ）を充填するために用いられる。この２’、５ｃ
ｚ（Ｌ　ｉｎ）の深さが好ましいのは、ガス金属アーク
溶接法又はサブマージアーク溶接法のナロウギャップで
はなく、広角溝をガスタングステンアーク溶接法が必要
としているためである。深いガスタングステンアーク溶
接部の使用は、より一層多くの溶接部（従って、より一
層多くの休止時間）を必要とすると共に、より多くの歪
みの機会を惹起しうる。このように、より探し′）ガス
タングステンアーク溶接部は、機械的性質の最小の利得
を与えるに過ぎないと思われる。
表面応力がより大きくなる外面側では、ガスタングステ
ンアーク溶接は、ガス金属アーク溶接法又はサブマージ
アーク溶接法に比較して機械的性質の一層際立った利得
を提供し、より微細な結晶粒径と、その結果による、よ
り高い降伏強さ、引張強さ及び疲れ限度と、よりすぐれ
た靭性（シャルピーＶ溝街撃強さ）及びＫｒｃ値とを与
える。溶接部及び熱影響部の応力腐食性が改善されるこ
とが見出されている。そのため、ガスタングステンアー
ク溶接の性質が必要とされ且つその不具合が基本的に避
けられる場合には、ガスタングステンアーク溶接が用い
られ、サブマージアーク溶接のナロウギャップ溶接速度
が利用可能な個所及びサブマージアーク溶接のより良好
な性質が得られる内面には、サブマージアーク溶接が用
いられる。溶接面に対比された溶接ルート面においての
より良好な性質は、次表■に示す通りになる。
表１ 溶接面　　　　　サブマージアーク溶接ＹＳ、　ＫＳＩ
　　　　　　ＵＴＳ、ＫＳＩ溶接ルート面　　１０２　
　　　　　　１１４溶接後熱処理は、好ましくは、溶接
部の応力を最小とし、溶接部と熱影響領域との硬さを調
質し、非影響母材金属の過調質を防止し、所望の溶接強
さを得るために、個別の場合について選択される。
ロータは、修理溶接領域において局所的に溶接後熱処理
される。この局所的な応力除去は、軸方向及び半径方向
の温度勾配についての要求を満たすために、修理領域を
３６０°加熱し且つロータに沿って軸方向に加熱するこ
とによってもよい、これ等の熱処理要求は、外側胴の計
算並びに熱分析及び有限要素分析法によって設定するこ
とができる。
薄接部の品質が元の非溶接鍛造材と同等になり、又はこ
れを超えるようにするには、溶接部の品質が非破壊検査
によって確′認されうろことが大切である。溶接部及び
熱影響部を評価するために、幾つかの非破壊検査法が使
用される。溶接工程に基因した多孔性、溶融不足又は割
れを検出するために、溶接後であって熱処理前の期間内
の検査が使用される。溶接ｆ＆熱処理検査によって、遅
延割れ又は応力除去による影響のために生じた傷を検出
することができる。超音波検査は、溶接後熱処理の前に
もその後にも使用しうる。蛍光浸透検査は、小さな寸法
の多孔性を検出するために溶接後に仕上げ機械面上にお
いて使用しうる。蛍光磁性粒子検査は、最終的な機械加
工後に、溶接後熱処理の前及び後に使用することができ
る。更に、内孔と外面との両方の目視検査も可能である
。
−ｍに、蒸気タービン又は発電機のロータは、低合金か
らできており、即ち、合金元素の含量は６％よりも少な
い、低圧蒸気タービンのロータ及び発電機のロータに使
用された典型的な合金を次表■に示す、この表に示すも
のの他に、蒸気タービンには、クロムーモリブデンーバ
ナジウ°ム鋼が一般に用いられる　（この鋼も低合金鋼
であり、本発明による修理方法によって修理することが
できる）。
表　　　■ れなゎ理′が　　０　ｔ　゛告入金 要素　　　合金名　　　＾ＳＴＭ分類 ＬＰｏ−夕　　　　２．５　ＮｉＭｏＶ　　　　　＾４
７０１分想２ＩＩ　　　　　　２．５　ＮｉＭｏＶ　　
　　　＾４７０９分類３．４”　　　　　　３．５　Ｎ
ｉＣｒＭｏＶ　　　　＾４７０１分類５〜７ＬＰディス
ク　　　３．５　ＮｉＣｒＭｏＶ　　　　＾４７１１分
類１〜３ＬＰロータ　　　　２．ＯＮｉＭｏＶ　　　　
　＾２９３１分類２．３ノＪ　　　　　　２．５　Ｎｉ
ＭｏＶ　　　　　＾２９３１分類４．５ＬＰデイスク　
　　２．８　ＮｉＭｏＶ　　　　　＾２９４１等級Ｂ、
Ｃ発電機ロータ　　２．８　ＮｉＭｏＶ　　　　　＾４
６９９分類２．３＃　　　　　　３．２　Ｎ１ＮｏＶ　
　　　　＾４６９９分類４．５／７　　　　　３．５　
ＮｉＣｒＭｏＶ　　　　＾４６９１分類６〜８第１図に
おいて、元の鍛造品１０（ロータ）からは、損傷した部
分が除去され、新しい鍛造品１２が、はめ込り式スピゴ
ット１４（この例では、元の鍛造品１０に機械加工によ
って形成した雄部分と新しい鍛造品１２の雌部分）によ
って組み付けられている。
この例では、回転センター１６とロール１８とが用いら
れ、元の鍛造品１０と新しい鍛造品１２とが溶接中に回
動しうるようにされ、はめ込み式スピゴット１４により
整列状態が保たれている。溶接部２０の内側部分は、ナ
ロウギャップガス金属アーク溶接又はサブマージアーク
溶接によって溶接し、外側部分２２は、ガスタングステ
ンアーク溶接によって溶接する０元の鍛造品１０も新し
い鍛造品１２も、一般に、円筒状であるため、溶接中に
中心線回りに容易に回転させることができる。最終的な
機械加工後の第１図の一般的な形状を第２図に示す、新
しい鍛造品１２．の外面と外側溶接部２２の外側部分と
は取り除かれており、その他、溶接領域を通って内孔２
４が穿設され、はめ込み式スピゴット１４は完全に除去
されると共に、（ガス金属アーク又はサブマージアーク
溶接による）内側溶接部２０の一部分も取り除かれてい
る。従って、特に溶接部及び熱影響部のところで内孔２
４の表面を好ましくは目視及び磁性粒子によって検査す
ることができる。
第３図は予め軸孔を有していた元の鍛造品（ロータ）を
示す、新しい鍛造品１２は、雄スピゴット継手を有し、
内側溶接部２０は、第１図及び第２図の例と同様に、ガ
ス金属アーク溶接又はサブマージアーク溶接によって形
成された小間隙の溶接部である。外側溶接部２２はこの
例でもガスタングステンアーク溶接部である。一般に、
本発明によるガスタングステンアーク溶接部は、コール
ドワイヤ法によって形成される。第４図は、第３図の組
付は形態において、溶接域に拡径内孔を形成するために
版状孔の穿孔技術が用いられたことを示している。この
版状孔は、元の鍛造品１０の軸孔を経て工具を挿入する
ことによって形成され、新しい鍛造品を貫通する軸孔は
形成されない。第５図に示した組付は形態では、溶接前
に元の鍛造品３２に軸孔（内孔）が形成され、新しい鍛
造品３０にも軸孔が形成されている。また、新しい鍛造
品３０には、間隙３６の幅を正確に制御するための眉部
３４が形成されている、この間隙は、ガス金属アーク溶
接法又はサブマージアーク溶接法に従って、ナロウギャ
ップアーク溶接により最初に充填され、そのうちの（修
理されたロータの仕上げ外面から測定して）　１．２７
〜５．１ｃｉ＋（Ｌ／２〜２　ｉｎ）までは、ガスタン
グステンアーク溶接される。
本発明による修理方法は、最小の特別の工具によってロ
ータの交換端部の正確な固着を与えると共に、深溝ガス
タングステンアーク溶接によって生じうるような歪みも
発生させない、また、本発明による修理方法は、臨界的
な外側部分にガスタングステンアーク溶接の良好な性質
を与えると共に、内側部分については、迅速なナロウギ
ャップ溶接によって溶接する。更に、本発明による修理
方法は、割れを開始させうる問題の領域を中ぐり加工に
よって穿孔すると共に、平滑で検査可能な軸孔面を与え
る。
本発明をその特定の実施例について以上に説明したが、
本発明は、前述した実施例以外にもいろいろ変更して実
施できるため、前述した特定の楕或は、単なる例示に過
ぎず、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、２工程の溶接の終了後に、しかし軸孔形成及
び最終機械加工前において、修理しようとするロータを
示す側断面図、第２図は最終機械加工後において第１図
のロータを示す断面図、第３図は、修理しようとするロ
ータが軸孔を備えている場合において、２工程の溶接の
終了後に、しかし最終機械加工前において該ロータを示
す、別の組付は形態の側断面図、第４図は、最終機械加
工後において第３図のロータを示す側断面図、第５図は
、修理しようとするロータと短軸状の交換端部とが中心
線に沿って軸孔を有する場合において、溶接前の状態を
示した、更に別の組付は形態を示す側断面図である。 １０・・・元のａ造品（ロータの残り部分）１２・・・
新しい鍛造品（交換端部） １４・・・はめ込み式スピゴット　（結合アタッチメン
ト）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 蒸気タービン又は発電機の低合金鋼製ロータの修理方法
    であつて、 ａ）交換端部と元のロータの残りの部分とに、結合アタ
    ッチメントを、機械加工によって形成し、ｂ）前記交換
    端部と前記元のロータとを結合し、ｃ）ロータ面から１
    ．２７〜５．１ｃｍの深さまで、ナロウギャップガス金
    属アーク溶接又はサブマージアーク溶接によって、前記
    元のロータに前記交換端部を溶接し、 ｄ）残りの１．２７〜５．１ｃｍをガスタングステンア
    ーク溶接し、 ｅ）前記結合アタッチメント及び少なくとも溶接部の内
    側６．３５ｍｍについて、中ぐりして穿孔し、ｆ）該穿
    孔を検査する 各ステップからなる低合金製ロータの修理方法。
JP61184376A 1985-08-08 1986-08-07 低合金鋼製ロ−タの修理方法 Granted JPS6234671A (ja)

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