JP2000130307A - Hydraulic equipment having corrosion-resistive and abrasion-resistive film and coating method - Google Patents
Hydraulic equipment having corrosion-resistive and abrasion-resistive film and coating methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は水力機器の耐食、耐
摩耗被覆部品およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a corrosion-resistant and abrasion-resistant coated part for hydraulic equipment and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】水力機器の現状を説明するために、ペル
トン水車の例を用いて説明する。図９はペルトン水車の
構成を示している。この水車は、水１を取入れる曲管状
のケーシング２と、導入された水を高速噴流として噴出
するニードル弁状のノズル部３と、このノズル部３から
の噴流を受けてハウジング４内で回転駆動されるランナ
５外周に設置された水動力伝達用のバケット６等を備え
た構成とされている。2. Description of the Related Art In order to explain the current state of hydraulic equipment, an example of a Pelton turbine will be described. FIG. 9 shows the configuration of the Pelton turbine. This water wheel has a curved tubular casing 2 for taking in water 1, a needle valve-shaped nozzle portion 3 for jetting out introduced water as a high-speed jet, and receives a jet from the nozzle 3 and rotates in a housing 4. It is configured to include a bucket 6 for water power transmission and the like installed on the outer periphery of the driven runner 5.
【０００３】ペルトン水車へ導かれた水１は、ケーシン
グ２を通過した後、ノズル部３で高速水に加速され噴射
口３ａからジェット水１ａとなって噴出する。このと
き、ジェット水１ａは、ランナ５の外周に設置されるバ
ケット６に衝突し、水動力を伝達した後、勢いを失い、
低速の水流となり、排水口７へ排水され放水路８を通っ
て流れ去る。ランナ５はジェット水１ａと相対運動をし
ながらジェット水１ａの水動力を機械的回転動力に変え
て、水車主軸から発電機へと水動力を伝達する。[0003] After passing through a casing 2, water 1 guided to a Pelton turbine is accelerated to high-speed water by a nozzle portion 3 and jets out from an injection port 3a as jet water 1a. At this time, the jet water 1a collides with the bucket 6 installed on the outer periphery of the runner 5, transmits water power, and loses momentum.
The water flows at a low speed, is drained to the drain port 7, and flows off through the water discharge channel 8. The runner 5 changes the hydraulic power of the jet water 1a into mechanical rotational power while performing relative movement with the jet water 1a, and transmits the hydraulic power from the turbine main shaft to the generator.
【０００４】ノズル部３は、ケーシング２の先端部をな
すニードルベット７内の中心部に、円錐形のニードルチ
ップ８を配置した構成とされている。そして、このニー
ドルチップ８をニードルステム９を介してサーボモータ
１０で軸方向に進退制御し、このニードルチップ８の位
置によってノズル部３の絞り量を定めることにより、バ
ケット６に衝突するジェット水１ａの流量調節を行い、
バケット６への噴流制御すなわち、出力制御を行うよう
になっている。The nozzle portion 3 has a configuration in which a conical needle tip 8 is arranged at the center of a needle bed 7 which forms the tip of the casing 2. Then, the needle tip 8 is controlled to advance and retreat in the axial direction by a servomotor 10 via a needle stem 9, and the throttle amount of the nozzle portion 3 is determined by the position of the needle tip 8, so that the jet water 1 a colliding with the bucket 6 Adjust the flow rate of
The jet flow control to the bucket 6, that is, the output control is performed.
【０００５】ところで、国内の地域、時期あるいは天候
等によって、作動用の河川水に土砂が多く含まれる場合
がある。このような土砂を含む水、すなわち、土砂噴流
が水車内に導入されると、バケット６の表面が土砂噴流
との接触によって損傷を受ける。[0005] By the way, the river water for operation may contain a large amount of earth and sand, depending on the region, time, weather and the like in Japan. When such water containing earth and sand, that is, the earth and sand jet is introduced into the turbine, the surface of the bucket 6 is damaged by contact with the earth and sand jet.
【０００６】例えば健全なバケット６は、図１０に示す
ように、表面が滑らかで水切りが尖鋭な回転長円面型で
あるが、高速のジェット水１ａがバケット６衝突面６ａ
表面に接触したような場合には、図１１に示すようにバ
ケット６の特に衝突面６ａ水切り周辺が摩耗損傷６ｂ
し、これにより水車効率の低下、機器の信頼性低下等を
もたらす。土砂の多い場合には、このような変形が１ケ
月、または１週間程度の短期間で発生する。For example, as shown in FIG. 10, a healthy bucket 6 is a rotating elliptical surface having a smooth surface and a sharp drain, but the high-speed jet water 1a impinges on the bucket 6 collision surface 6a.
In the case where the bucket 6 comes into contact with the surface, as shown in FIG.
However, this leads to a decrease in turbine efficiency, a decrease in equipment reliability, and the like. When there is a lot of earth and sand, such deformation occurs in a short period of about one month or one week.
【０００７】バケット６が損傷すると、水車機器の効率
低下を招くだけでなく、補修のために長期間の運転停止
を強いられ、著しい稼働率低下をきたす。また、周期的
に設備のメンテナンスが繰返されると、多くのコストも
かかる。[0007] When the bucket 6 is damaged, not only does the efficiency of the water turbine equipment decrease, but also a long-term operation stoppage is required for repair, resulting in a significant decrease in the operation rate. Further, if the maintenance of the equipment is repeated periodically, a lot of costs are required.
【０００８】そこで従来より、バケット６の耐食・耐摩
耗性向上を図るため、種々の対策が考えられている。例
えば公知文献１（松縄朗，レーザによる表面改質、レー
ザ研究第１６巻第８号、４６６〜４７５.１９８８）で
は、レーザにより表面材料を焼入れ硬化することで表面
改質を行い、これにより損傷防止を図る技術が提案され
ている。Therefore, various measures have conventionally been considered to improve the corrosion resistance and wear resistance of the bucket 6. For example, in the known document 1 (Matsuroro, Surface Modification by Laser, Laser Research Vol. 16, No. 8, 466-475.1988), surface modification is performed by quenching and hardening a surface material with a laser, thereby causing damage. Techniques for prevention have been proposed.
【０００９】また、公知文献２（山田他、金属溶射の水
力機械への応用、日立評論、VOL６４，Ｎｏ．２，４５
〜５０，１９８２）では、大気溶射によって材料表面を
改質し、耐食・耐摩耗性の向上を図る技術が提案されて
いる。さらに、公知文献３（古久保、ＷＣ−Ｃo減圧溶
射皮膜の摩耗特性、溶射、VOL２７，Ｎo．４，４７〜５
４，１９９０）では、減圧プラズマ溶射によって材料表
面を改質し、耐食・酎摩耗性の向上を図る技術が提案さ
れている。[0009] Also, a known document 2 (Yamada et al., Application of metal spraying to hydraulic machines, Hitachi Review, Vol. 64, No. 2, 45).
50, 1982) proposes a technique for improving the corrosion resistance and abrasion resistance by modifying the material surface by atmospheric spraying. Furthermore, the well-known document 3 (Kokubo, wear characteristics of WC-Co reduced pressure sprayed coating, thermal spraying, VOL27, No. 4, 47-5)
No. 4,1990) proposes a technique for improving the corrosion resistance and shochu abrasion resistance by modifying the material surface by reduced pressure plasma spraying.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ところが上述した従来
の表面改質技術では種々の問題がある。レーザにより材
料表面を焼入れ硬化する公知文献１の方法では、焼入れ
深さを深くすることが困難であり、材料によっては靭性
低下によりき裂発生等の問題を生じる。また、大型部品
や広範囲な部位へのレーザ照射は難しく、加工範囲に限
界がある。However, there are various problems with the above-mentioned conventional surface modification technology. In the method disclosed in Patent Document 1 in which a material surface is quenched and hardened by a laser, it is difficult to increase the quenching depth, and depending on the material, a problem such as crack generation occurs due to a decrease in toughness. Further, it is difficult to irradiate a large part or a wide area with a laser, and there is a limit to a processing range.
【００１１】また、大気溶射によって材料表面を改質す
る公知文献２の方法では、溶射皮膜の気孔率が高く、運
転時に気孔を通って内部に侵入し、腐食が進行して、基
体部と改質皮膜との界面の密着強度が低下し、皮膜のは
く離が生じる恐れがある。さらに、溶射皮膜の粒子間結
合力は比較的弱く、その皮膜が高流速の土砂噴流との衝
突によって損傷を受けやすい。例えば溶射施工による膜
厚は、アーク溶射で数mm、プラズマ溶射で数百μmであ
り、比較的短時間で損傷が基材に達する。Further, in the method disclosed in the known document 2 in which the material surface is modified by air spraying, the porosity of the sprayed coating is high, penetrates into the interior through the pores during operation, corrodes, and reforms the base portion. The adhesion strength at the interface with the porous coating may be reduced, and the coating may be peeled off. Moreover, the thermal spray coating has relatively weak interparticle bonding forces, and the coating is susceptible to damage by collision with a high velocity earth and sand jet. For example, the film thickness by thermal spraying is several mm by arc spraying and several hundred μm by plasma spraying, and damage reaches the base material in a relatively short time.
【００１２】また、減圧プラズマ溶射によって材料表面
を改質する公知文献３の方法では、減圧プラズマ溶射施
工時に基材およびタングステンカーバイド（以下ＷＣと
記す）合金系皮膜１２が高温に加熱されるため、図１２
に示す二層積層体の有限要素法による応力解析結果の通
り、冷却時に両者材料の熱膨脹係数の差によって接合界
面１２ａにおいて最大の残留応力１２ｂが発生する。残
留応力１２ｂは、図１３に示すようにＷＣ合金系皮膜１
２の割れ・界面でのはく離１３を促進させ、ＷＣ系の材
料は厚膜形成が困難であった。In the method disclosed in the known document 3 in which the material surface is modified by low-pressure plasma spraying, the substrate and the tungsten carbide (hereinafter referred to as WC) alloy-based coating 12 are heated to a high temperature during low-pressure plasma spraying. FIG.
As shown in the result of the stress analysis of the two-layer laminate shown by the finite element method, the maximum residual stress 12b is generated at the bonding interface 12a due to the difference between the thermal expansion coefficients of both materials during cooling. The residual stress 12b is, as shown in FIG.
2 promoted cracking and peeling 13 at the interface, and it was difficult to form a thick film with the WC-based material.
【００１３】このように、従来の対策では高流速の土砂
噴流に対して必ずしも十分な効果が得られず、耐食・耐
摩耗対策に苦慮しているのが実情である。As described above, the conventional countermeasures do not always provide a sufficient effect with respect to a high-speed earth and sand jet, and in fact, it is difficult to take measures against corrosion and abrasion.
【００１４】本発明はこの様な実情に鑑みてなされたも
ので、高速の土砂噴流が接触あるいは衝突する流路面や
少なくともその一部に、耐食性および耐摩耗性の粉末粒
子をプラズマ粉体肉盛溶接により厚膜形成ができ、ま
た、高硬度で、粒子間結合力に優れる皮膜が基体部に強
接合状態で形成でき、それにより土砂噴流に対する耐食
・耐摩耗性が大幅に向上できる水力機器の耐食、耐摩耗
被覆部品およびその製造方法を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of such circumstances, and a corrosion-resistant and abrasion-resistant powder particle is coated on a flow path surface or at least a part thereof contacting or colliding with a high-speed earth and sand jet by plasma powder deposition. Thick films can be formed by welding, and a film with high hardness and excellent interparticle bonding strength can be formed on the base part in a strongly bonded state, thereby greatly improving the corrosion resistance and abrasion resistance against sediment jets. An object of the present invention is to provide a corrosion-resistant and wear-resistant coated part and a method for manufacturing the same.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明は前記の目的を達
成するために、本発明は、高速の土砂噴流にさらされる
水力機器の流路面に耐食性および耐摩耗性の粉末粒子を
プラズマ粉体肉盛溶接により被覆する際に、プラズマ出
力電流１０〜５００Ａ、粉末供給量５０ｇ/分以下、ウ
ィービング幅１００mm以下のプラズマ粉体肉盛溶接で被
覆することを特徴とするもので、密着性が高く、硬度の
高い優れた皮膜となり、高速土砂噴流による流路面の土
砂摩耗損傷を低減し、寿命を延命することができる。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for producing a plasma powder by applying corrosion-resistant and wear-resistant powder particles to a flow path surface of a hydraulic device exposed to a high-speed sediment jet. When coating by overlay welding, the plasma output current is 10 to 500 A, the powder supply amount is 50 g / min or less, and the coating is performed by plasma powder overlay welding with a weaving width of 100 mm or less. It becomes an excellent film having high hardness, reduces sediment abrasion damage on the flow path surface due to high-speed sediment jet, and can prolong the life.
【００１６】プラズマ粉体肉盛溶接材料は、粒径が１μ
m〜１２０μmの粉末粒子を用いることが好ましい。粉末
粒子としてセラミックス、サーメット若しくはセラミッ
クスとサーメットを複合した組成を有する材料および金
属材料を用いると、供給するガス炎の外部への飛散する
ことがが少なく、かつプラズマの熱によって溶融し易い
ため、高硬度のセラミックス、サーメット、若しくはセ
ラミックスとサーメットを複合した組成を有する材料お
よび金属材料を、皮膜中に均一に分散させることができ
る。このため、いずれの部分においても硬度の高い皮膜
を得ることができ、高速土砂噴流による流路面の土砂摩
耗損傷を低減し、寿命を延命することができる。The particle size of the plasma powder overlay welding material is 1 μm.
It is preferable to use powder particles of m to 120 μm. The use of ceramics, cermets or materials having a composite composition of ceramics and cermets and metal materials as powder particles reduces the possibility that the supplied gas flame scatters to the outside and is easily melted by the heat of the plasma. A material having a hardness of ceramics, cermet, or a composite of ceramics and cermet, and a metal material can be uniformly dispersed in the coating. For this reason, a coating having high hardness can be obtained in any part, and sediment wear damage on the flow path surface due to the high-speed earth and sand jet can be reduced, and the life can be prolonged.
【００１７】プラズマ粉体肉盛溶接材料として、水力機
器基材の組成と同成分あるいは異成分の金属材料を母粒
子とし、この母粒子中に、セラミックス、サーメット若
しくはセラミックスとサーメットを複合した組成を有す
る材料を子粒子として混合または均一に分散させたもの
とすることができる。このようにすれば、高硬度のセラ
ミックス、サーメット若しくはセラミックスとサーメッ
トを複合した組成を有する材料を、皮膜中に均一に分散
させることができるため、いずれの部分においても硬度
の高い皮膜となり、高速土砂噴流による流路面の土砂摩
耗損傷を低減し、寿命を延命することができる。As the plasma powder overlay welding material, a metal material having the same component or a different component as the composition of the hydraulic equipment base material is used as a base particle, and ceramic, cermet or a composite of ceramic and cermet is contained in the base particle. The material may be mixed or uniformly dispersed as child particles. This makes it possible to uniformly disperse high-hardness ceramics, cermets, or materials having a composition of ceramics and cermets in the coatings. The sediment abrasion damage on the flow path surface due to the jet can be reduced, and the life can be prolonged.
【００１８】プラズマ粉体肉盛溶接材料の粉末構造とし
て、セラミックス、サーメット若しくはセラミックスと
サーメットの複合粉末の母粒子中に、金属粉末の子粒子
を混合または均一に分散させたものとすることが可能で
ある。このようにすれば、いずれの皮膜部分においても
硬度の高い皮膜となり、高速土砂噴流による流路面の土
砂摩耗損傷を低減し、寿命を延命することができる。As the powder structure of the plasma powder overlay welding material, it is possible to mix or uniformly disperse child particles of metal powder in mother particles of ceramic, cermet or composite powder of ceramic and cermet. It is. In this way, any coating portion becomes a coating having high hardness, sediment wear damage on the flow path surface due to the high-speed earth and sand jet is reduced, and the life can be prolonged.
【００１９】また、プラズマ粉体肉盛溶接材料の粉末構
造として、金属マトリックスを母粒子とし、この母粒子
外面にセラミックス、サーメット若しくはセラミックス
とサーメットを複合したものを子粒子とする微細粉末を
均一に付着、抱合させたものとすることもできる。更
に、プラズマ粉体肉盛溶接材料の粉末構造として、セラ
ミックス、サーメット若しくはセラミックスとサーメッ
トを複合したマトリクスを母粒子とし、この母粒子外面
に、金属を子粒子とした微細粉末を均一に付着、抱合さ
せたものとすることもできる。Further, as a powder structure of the plasma powder overlay welding material, a fine powder having a metal matrix as base particles and ceramic, cermet or a composite of ceramic and cermet as child particles on the outer surface of the base particles is uniformly formed. It can be attached and conjugated. In addition, as a powder structure of the plasma powder overlay welding material, ceramic, cermet or a matrix composed of ceramic and cermet is used as a base particle, and a fine powder of metal as a child particle is uniformly attached and conjugated to the outer surface of the base particle. It can also be made to be.
【００２０】プラズマ粉体肉盛溶接材料の粉末形状とし
て、子粒子径を０.５〜２０μm、母粒子径を１〜１２０
μmとすることができる。このようにすれば、プラズマ
の熱によって溶融し易いために、高硬度のセラミック
ス、サーメット若しくはセラミックスとサーメットを複
合した組成を有する材料、金属材料を、皮膜中に均一に
分散させることができるため、いずれの部分においても
硬度の高い皮膜となり、高速土砂噴流による流路面の土
砂摩耗損傷を低減し、寿命を延命することができる。The powder shape of the plasma powder build-up welding material is such that the particle diameter is 0.5 to 20 μm and the base particle diameter is 1 to 120 μm.
μm. In this case, since it is easy to be melted by the heat of the plasma, a high-hardness ceramic, a material having a composition of cermet or a composite of ceramic and cermet, and a metal material can be uniformly dispersed in the coating. In any part, the coating becomes high in hardness, and the sediment abrasion damage on the flow path surface due to the high-speed earth and sand jet is reduced, and the life can be prolonged.
【００２１】プラズマ粉体肉盛溶接材料の粉末組成とし
て、６.１％Ｃ−Bal.Ｗ、１１％Ｃ−Bal.Ｃr、１１％Ｃ
−Bal.Ｃｂ、５.８％Ｃ−１２％Ｃo−Bal.Ｗ、３.９％
Ｃ−Bal.Ｗ、１.３％Ｃ−０.７％Ｓi−１５％Ｃr−６％
Ｗ−Bal.Ｃo、０.９％Ｃ−O.７％Ｓi−１８％Ｃr−５％
Ｗ−Bal.Ｃo、０.２％Ｃ−２.２％Ｓi−５.５％Ｃr−
０.８％Ｆe−１.２％ｂ−Bal.Ｎi粉末のいずれかを用い
ることが可能である。このようにすれば、ち密で、密着
性が高く、高硬度で延性に優れた皮膜となり、高速土砂
噴流による流路面の土砂摩耗損傷を低減し、寿命を延命
することができる。The powder composition of the plasma powder overlay welding material is as follows: 6.1% C-Bal.W, 11% C-Bal.Cr, 11% C
-Bal.Cb, 5.8% C-12% Co-Bal.W, 3.9%
C-Bal.W, 1.3% C-0.7% Si-15% Cr-6%
W-Bal. Co, 0.9% C-0.7% Si-18% Cr-5%
W-Bal.Co, 0.2% C-2.2% Si-5.5% Cr-
Any of 0.8% Fe-1.2% b-Bal. Ni powder can be used. In this way, a dense, high-adhesion, high-hardness, and excellent ductility film can be obtained, and sediment wear damage on the flow path surface due to high-speed sediment jet can be reduced, and the life can be prolonged.
【００２２】プラズマ粉体肉盛溶接した皮膜の硬さは、
ビッカース硬度で１０００以上とすることが好ましい。
このようにすれば、高硬度で延性に優れた皮膜となり、
高速土砂噴流による流路面の土砂摩耗損傷を低減し、寿
命を延命することができる。プラズマ粉体肉盛溶接した
後の皮膜中の気孔率を１０％以下、皮膜中の未溶融粒子
の量を８％以下とすることがこのましい。このようにれ
ば、ち密で、密着性が高く、高硬度で延性に優れた皮膜
となり、高速土砂噴流による流路面の土砂摩耗損傷を低
減し、寿命を延命することができる。The hardness of the plasma powder overlay welding film is
The Vickers hardness is preferably at least 1,000.
By doing so, a film having high hardness and excellent ductility can be obtained.
The sediment abrasion damage on the flow path surface due to the high-speed sediment jet can be reduced, and the life can be prolonged. It is preferable that the porosity in the film after the plasma powder overlay welding is 10% or less and the amount of unmelted particles in the film is 8% or less. In this way, a dense, high-adhesion, high-hardness, and excellent ductility coating can be obtained, sediment wear damage on the flow path surface due to the high-speed earth and sand jet can be reduced, and the life can be prolonged.
【００２３】プラズマ粉体肉盛溶接した後の皮膜の残留
応力を圧縮または零とすることが好ましい。このように
すれば、皮膜に発生する割れやはく離を防止することが
できる。It is preferable that the residual stress of the film after the plasma powder overlay welding is compressed or zero. By doing so, cracking and peeling occurring in the film can be prevented.
【００２４】また、プラズマ粉体肉盛溶接した皮膜厚さ
を１〜１５mmとすることにより、実用上十分な機器の損
傷寿命を得ることができる。Further, by setting the thickness of the coating film formed by plasma powder overlay welding to 1 to 15 mm, a practically sufficient damage life of the equipment can be obtained.
【００２５】なお、プラズマ粉体肉盛溶接した皮膜内部
の欠陥を、赤外線サーモグラフィ、渦電流法、磁粉検
査、浸透検査、超音波検査、電磁誘導検査、アコーステ
ィックエミッション、肉眼検査、放射線透視検査、レー
ザホログラフィ、音響検査のいずれかにより非破壊検査
を行なうことも好ましい。これにより、皮膜のはく離、
き裂などの欠陥をその場で、素早く、非破壊で検出する
ことができるため、製品検査を短時間にすると共に、欠
陥のない、信頼性の高い製品を提供することができる。
非破壊検査は、プラズマ粉体肉盛溶接中、プラズマ粉体
肉盛溶接後、または、実機使用時における起動停止時、
定期点検時、運転途中の監視時に行うことができ、これ
により欠陥発生工程を素早く見つけることができ、製造
条件の改善や運転条件の改善に反映することができる。Defects inside the film welded by plasma powder overlay welding are inspected by infrared thermography, eddy current method, magnetic powder inspection, penetration inspection, ultrasonic inspection, electromagnetic induction inspection, acoustic emission inspection, visual inspection, radioscopic inspection, laser It is also preferable to perform non-destructive inspection by either holography or acoustic inspection. As a result, peeling of the film,
Since defects such as cracks can be detected quickly and nondestructively on the spot, product inspection can be performed in a short time, and a defect-free and highly reliable product can be provided.
Non-destructive inspection is performed during plasma powder build-up welding, after plasma powder build-up welding, or when starting and stopping when using the actual machine,
This can be performed at the time of regular inspection and monitoring during operation, whereby a defect generation process can be quickly found, and this can be reflected in improvement of manufacturing conditions and operation conditions.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２７】まず、本発明を実施するためのプラズマ粉
体肉盛溶接装置の構成およびその作用について図１を参
照して説明する。図１に示すように、プラズマ粉体肉盛
溶接装置は、タングステン電極２０、高周波発生源２
１、パイロット電源２２、主電源２３から構成される。
肉盛溶接は、タングステン電極２０と基材２４との間に
プラズマアーク２５を発生させ、その中に耐食性および
耐摩耗性皮膜を形成するための肉盛粉末２６をキャリア
ガス２７と共に供給して肉盛皮膜２８を形成することに
より行われ、通常正極性で行われる。キャリアガスとし
てはアルゴンガスを使用する。プラズマ粉体肉盛溶接で
は、基材と電極間にアークが発生する移行型アークとな
り、他の溶接と同様に基材が溶融される。First, the configuration and operation of a plasma powder overlay welding apparatus for carrying out the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the plasma powder overlay welding apparatus includes a tungsten electrode 20, a high frequency
1, a pilot power supply 22 and a main power supply 23.
In the overlay welding, a plasma arc 25 is generated between the tungsten electrode 20 and the base material 24, and an overlay powder 26 for forming a corrosion-resistant and abrasion-resistant film therein is supplied together with a carrier gas 27 to form an overlay. This is performed by forming the embossed film 28, and is usually performed with a positive polarity. Argon gas is used as a carrier gas. In plasma powder build-up welding, a transitional arc occurs in which an arc is generated between the base material and the electrode, and the base material is melted as in other welding.
【００２８】肉盛粉末２６の材料としては、具体的に
は、６.１％Ｃ−BalＷ、１１％Ｃ−BalＣr、１１％Ｃ−
BalＣｂ、５.８％Ｃ−１２％Ｃo−BalＷ、３.９％Ｃ−B
alＷ、１.３％Ｃ−０.７％Ｓi−１５％Ｃr−６％Ｗ−Ba
lＣo、０.９％Ｃ−０.７％Ｓi−１８％Ｃr−５％Ｗ−Ba
lＣoおよび０.２％Ｃ−２.２％Ｓi−５.５％Ｃr−０.８
％Ｆe−１.２％ｂ−BalＮiのプラズマ粉体肉盛溶接用粉
末のいずれか、または前記材料を２種類以上組み合わせ
たプラズマ粉体肉盛溶接用粉末を用いることが好まし
い。これらの材料を用いることにより、皮膜硬さがビッ
カース硬さでＨv１５００以上を有する肉盛皮膜を得る
ことができる。As the material of the overlay powder 26, specifically, 6.1% C-BalW, 11% C-BalCr, 11% C-
BalCb, 5.8% C-12% Co-BalW, 3.9% CB
alW, 1.3% C-0.7% Si-15% Cr-6% W-Ba
lCo, 0.9% C-0.7% Si-18% Cr-5% W-Ba
lCo and 0.2% C-2.2% Si-5.5% Cr-0.8
% Fe-1.2% b-BalNi It is preferable to use any one of plasma powder overlay welding powders or a combination of two or more of the above materials for plasma powder overlay welding. By using these materials, a build-up coating having a coating hardness of Vvs hardness of Hv 1500 or more can be obtained.
【００２９】次に、本発明の実施に用いられる肉盛粉末
の好ましい形態について図２乃至図５を参照して説明す
る。Next, a preferred embodiment of the overlay powder used for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS.
【００３０】図２は肉盛粉末の構造を示している。図２
に示すように、肉盛粉末は、水力機器基材の組成と同成
分あるいは異成分の金属粉末３０を母粒子３０ａとし、
この母粒子３０ａ中に、セラミックス粉末３１ａ、サー
メット粉末３１ｂ若しくはセラミックス３１ａとサーメ
ット３１ｂとの複合粉末を子粒子３０ｂとして混合若し
くは微細に均一分散させた構造となっている。FIG. 2 shows the structure of the overlay powder. FIG.
As shown in the above, the build-up powder, the metal powder 30 of the same component or a different component as the composition of the hydraulic equipment base material as the mother particles 30a,
In this base particle 30a, a ceramic powder 31a, a cermet powder 31b or a composite powder of the ceramic 31a and the cermet 31b is mixed or finely and uniformly dispersed as child particles 30b.
【００３１】なお、肉盛粉末は、セラミックス粒子３１
ａ、サーメット粒子３１ｂ若しくはセラミックス３１ａ
とサーメット３１ｂとの複合粒子からなる母粒子３０ａ
中に、金属粉末からなる子粒子３０ｂを混合若しくは微
細に均一分散させた構造としてもよい。The overlay powder is composed of ceramic particles 31.
a, cermet particles 31b or ceramics 31a
Particles 30a composed of composite particles of cermet and cermet 31b
A structure in which child particles 30b made of metal powder are mixed or finely and uniformly dispersed therein may be used.
【００３２】このような構造を有する肉盛粉末を用いて
肉盛溶接を行うことにより得られる皮膜の状態は、図３
に示すように、金属マトリックス中に、セラミックス粒
子３１ａ、サーメット粒子３１ｂ若しくはセラミックス
３１ａとサーメット３１ｂとの複合粒子が均一に分散し
た均質な肉盛溶接被膜を得ることができる。これによ
り、いずれの部分においても硬度の高い肉盛溶接皮膜が
得られるため、高速土砂噴流による流路面の土砂摩耗損
傷やキャビテーション損傷を低減し、寿命を延命するこ
とができる。FIG. 3 shows the state of the film obtained by performing the overlay welding using the overlay powder having such a structure.
As shown in (1), it is possible to obtain a uniform overlay coating in which ceramic particles 31a, cermet particles 31b, or composite particles of ceramics 31a and cermet 31b are uniformly dispersed in a metal matrix. As a result, a build-up weld film having a high hardness can be obtained in any part, so that sediment wear damage and cavitation damage on the flow path surface due to the high-speed sediment jet can be reduced, and the life can be prolonged.
【００３３】なお、肉盛粉末は、図４に示すような構造
とすることもできる。図４に示す肉盛粉末は、図４は、
母粒子３０ａの外面に、金属マトリックス３０を母粒子
３０ａとし、この母粒子３０ａ外面にセラミックス粒子
３１ａ、サーメット粒子３１ｂ若しくはセラミックス３
１ａとサーメット３１ｂとの複合粒子を子粒子３０ｂと
する微細粉末を均一に付着、抱合させたものである。The overlay powder may have a structure as shown in FIG. The build-up powder shown in FIG.
On the outer surface of the base particle 30a, the metal matrix 30 is used as the base particle 30a, and on the outer surface of the base particle 30a, the ceramic particle 31a, the cermet particle 31b or the ceramic 3
This is a fine powder in which composite particles of 1a and cermet 31b are used as child particles 30b and uniformly attached and conjugated.
【００３４】なお、肉盛粉末は、セラミックス粒子３１
ａ、サーメット粒子３１ｂ、またはセラミックス３１ａ
とサーメット３１ｂとの複合粒子を母粒子３０ａとし、
この母粒子３０ａ外面に、金属粉末からなる子粒子３０
ｂを均一に付着、抱合させることにより構成してもよ
い。The overlay powder is composed of ceramic particles 31.
a, cermet particles 31b, or ceramics 31a
And the cermet 31b as a composite particle and a base particle 30a,
On the outer surface of the mother particle 30a, a child particle 30 made of a metal powder is provided.
Alternatively, b may be uniformly attached and conjugated.
【００３５】図４に記載の肉盛粉末を用いた場合におい
ても、図３で示したものと同様な均一性の高い肉盛溶接
被膜を得ることができる（図５参照）。Even when the overlay powder shown in FIG. 4 is used, it is possible to obtain a highly uniform overlay weld coating similar to that shown in FIG. 3 (see FIG. 5).
【００３６】次に、肉盛溶接皮膜の非破壊検査について
説明する。図６は、赤外線サーモグラフィーによる肉盛
溶接皮膜の監視について説明する図である。Next, the non-destructive inspection of the build-up welding film will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating monitoring of the build-up welding film by infrared thermography.
【００３７】図６に示すように、赤外線サーモグラフィ
ーにより非破壊検査を行なうための装置は、赤外線エネ
ルギーを検出する赤外線カメラ４０と、赤外線カメラを
制御するコントローラ４１と、赤外線カメラ４０および
コントローラ４１で収集したデータを処理するデータ処
理装置４２と、データ処理した結果を表示する表示部４
３とから構成されている。As shown in FIG. 6, an apparatus for performing nondestructive inspection by infrared thermography includes an infrared camera 40 for detecting infrared energy, a controller 41 for controlling the infrared camera, and an infrared camera 40 and the controller 41 for collecting. Processing unit 42 for processing the processed data, and display unit 4 for displaying the result of the data processing.
And 3.
【００３８】このような装置を用いて、肉盛溶接中の状
態を赤外線カメラ４０で観察することにより、基材およ
び溶射皮膜の温度が明らかになるため、最適な基材温度
に維持して肉盛溶接を行なうことができる。このため、
基材のダメージ（疲労強度、クリープ強度などの機械的
特性の低下、材料物性の低下、組織変化、形状の変化）
を最小限に抑制しつつ肉盛溶接を行うことができる。ま
た、皮膜温度を管理することができるため、最適肉盛溶
接施工条件を維持することができる。By observing the state during the overlay welding with the infrared camera 40 using such an apparatus, the temperatures of the base material and the sprayed coating can be clarified. Welding can be performed. For this reason,
Substrate damage (decrease in mechanical properties such as fatigue strength and creep strength, decrease in material properties, structural change, shape change)
The build-up welding can be performed while minimizing the number of welds. Further, since the film temperature can be controlled, it is possible to maintain the optimum overlay welding conditions.
【００３９】また、肉盛溶接後の皮膜を赤外線サーモグ
ラフィーにより観察することで、基材と肉盛溶接皮膜と
の界面あるいは肉盛溶接皮膜中に存在する皮膜はく難や
き裂などの欠陥を非破壊的に短時間に検査することがで
きる。Further, by observing the coating after the overlay welding by infrared thermography, the coating existing at the interface between the base material and the overlay welding coating or in the overlay welding coating is free from defects such as cracking and cracks. Inspection can be performed in a destructively short time.
【００４０】すなわち、肉盛溶接後の皮膜では、肉盛溶
接完了と同時に温度が低下しはじめるため、その温度変
化を常時監視することで、欠陥の存在を確認することが
できる。例えば皮膜中にコイン状のはく離が存在する場
合には、欠陥部で異常な温度場となるために、欠陥が無
い部分の温度分布とは明らかに異なる温度分布を呈す
る。That is, since the temperature of the coating after the build-up welding starts to decrease at the same time as the completion of the build-up welding, the presence of a defect can be confirmed by constantly monitoring the temperature change. For example, in the case where coin-shaped peeling exists in the film, an abnormal temperature field occurs at the defective portion, so that the temperature distribution is clearly different from the temperature distribution of the portion having no defect.
【００４１】これは、欠陥部の熱伝導係数が低下すると
ともに、熱伝導の流れに乱れを生じるために、欠陥部で
は欠陥が無い部分に比べて温度が高くなる傾向を示すこ
とによる。この時、欠陥部と欠陥が無い部分の温度分布
から温度勾配を算出し、欠陥の形状・寸法を明らかにす
ることができる。すなわち、欠陥部と欠陥無し部の境界
では、大きな温度勾配を生じるためにその最大温度勾配
を算出することで欠陥の形状・寸法を求めることができ
るものである。This is because the thermal conductivity of the defective portion is lowered and the flow of heat conduction is disturbed, so that the temperature of the defective portion tends to be higher than that of the portion having no defect. At this time, it is possible to calculate the temperature gradient from the temperature distribution of the defect portion and the portion having no defect, and to clarify the shape and size of the defect. In other words, at the boundary between the defective portion and the non-defect portion, a large temperature gradient is generated, so that the shape and size of the defect can be obtained by calculating the maximum temperature gradient.
【００４２】この原理により、実機運転時、起動停止時
および定期点検時の非破壊検査を行うこともできる。According to this principle, nondestructive inspections can be performed at the time of actual operation, startup and shutdown, and at the time of periodic inspection.
【００４３】このように、赤外線サーモグラフィーによ
り、はく離および亀裂などの欠陥をその場で、素早く、
非破壊で検出することができるため、製品検査を短時間
にすると共に、欠陥のない、信頼性の高い製品を提供す
ることができる。As described above, the infrared thermography quickly and quickly detects defects such as peeling and cracks on the spot.
Since non-destructive detection can be performed, product inspection can be performed in a short time, and a highly reliable product without defects can be provided.
【００４４】なお、肉盛溶接皮膜の温度が低く、皮膜の
欠陥部と欠陥無し部の温度差が極めて小さいために、非
定常な温度場を検出できない場合には、肉盛溶接皮膜を
キセノンランプを用いて加熱することで、皮膜の欠陥部
と欠陥無し部の温度差を強調することができ、赤外線サ
ーモグラフィーにより、はく離および亀裂などの欠陥を
その場で、素早く、非破壊的に検出することができる。
また、ヒータ、ガスバーナ、温湯、温風、赤外線ラン
プ、レーザのいずれかあるいはそれらの組み合わせ用い
て加熱することもできる。なお、図６において、上記の
ような加熱手段が符号４４で示されており、加熱手段４
４のコントローラが符号４５で示されている。また図６
において符号４６を付した部材はプラズマ粉体肉盛溶接
装置である。When the temperature of the build-up welding film is low and the temperature difference between the defect portion and the defect-free portion of the film is extremely small and an unsteady temperature field cannot be detected, the build-up welding film is replaced with a xenon lamp. By heating using, the temperature difference between the defective part and the non-defect part of the film can be emphasized, and defects such as peeling and cracks can be detected quickly and non-destructively by infrared thermography. Can be.
In addition, heating can be performed using any one of a heater, a gas burner, hot water, hot air, an infrared lamp, and a laser, or a combination thereof. In FIG. 6, the heating means as described above is indicated by reference numeral 44, and the heating means 4
4 is designated by reference numeral 45. FIG.
The member indicated by the reference numeral 46 in the above is a plasma powder overlay welding apparatus.
【００４５】また、皮膜品質検査にあたっては、上記の
赤外線サーモグラフィーによる検査の他に、渦電流法に
よる検査、磁粉検査、浸透検査、超音波検査、電磁誘導
検査、ＡＥ検査、肉眼検査、放射線透視検査、レーザホ
ログラフィーによる検査もしくは音響検査を用いること
ができる。In the film quality inspection, in addition to the above-mentioned infrared thermography inspection, eddy current inspection, magnetic particle inspection, penetration inspection, ultrasonic inspection, electromagnetic induction inspection, AE inspection, visual inspection, radioscopic inspection. Inspection by laser holography or acoustic inspection can be used.
【００４６】[0046]
【実施例】次に下記の実施例に基づいて、本発明を更に
詳細に説明する。Next, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
【００４７】［皮膜の耐久性試験結果］図７は、ステン
レス鋼からなる基材からなる基準テストピース２４（基
材２４）と、該基材上に溶射被膜を形成することにより
得たテストピース２９（溶射皮膜２９）と、該基材上に
本発明の方法により溶接肉盛被膜を形成することにより
得たテストピース２８（溶接肉盛皮膜２８）との耐久性
（耐土砂摩耗）試験結果を示す図である。[Results of Coating Durability Test] FIG. 7 shows a reference test piece 24 (base material 24) made of a stainless steel base material and a test piece obtained by forming a sprayed coating on the base material. 29 (thermal spray coating 29) and test piece 28 (weld overlay coating 28) obtained by forming a weld overlay coating on the substrate by the method of the present invention, and the durability (earth and sand wear) test results FIG.
【００４８】基準テストピースの材質はＳＵＳ３０４、
テストピース１の溶射皮膜の材質はＣｒ3Ｃ2−ＮｉＣｒ
であり、そしてテストピース２の溶接肉盛皮膜の材質は
Ｃｒ3Ｃ2−ＮｉＣｒとした。The material of the reference test piece is SUS304,
The material of the thermal spray coating of test piece 1 is Cr 3 C 2 -NiCr
The material of the weld overlay of the test piece 2 was Cr 3 C 2 —NiCr.
【００４９】この土砂摩耗試験においては、含土砂水と
して、０．１mmのアルミナを水に対して１０００ppm混
合したものを用いた。そして含土砂水を、土砂噴流速度
４０m／秒で各テストピースに、３０度、６０度及び９
０度の角度で噴射した。In this earth and sand abrasion test, 0.1 mm of alumina mixed with 1000 ppm of water was used as the earth and sand water. Then, the earth-containing sand water was applied to each test piece at the earth and sand jet velocity of 40 m / sec by 30 degrees, 60 degrees and 9 degrees.
Fired at an angle of 0 degrees.
【００５０】そして試験前後の試験片重量を電子天秤に
より測定し、得られた重量減量を使用した材料の比重で
除して損傷量とした。The weight of the test piece before and after the test was measured by an electronic balance, and the obtained weight loss was divided by the specific gravity of the used material to obtain the amount of damage.
【００５１】図７に示すように、土砂摩耗試験時間の経
過と共に、土砂摩耗損傷量は増加するが、噴射角度の如
何に関わらず、基準テストピース２４およびテストピー
ス２９に比べて高い耐久性を示した。このように、本発
明による溶接皮膜を適用することにより、水力機器の寿
命を従来のものと比べて大幅に向上させることができる
ことがわかる。As shown in FIG. 7, the amount of earth and sand abrasion increases with the lapse of the earth and sand abrasion test time, but the durability is higher than that of the reference test piece 24 and the test piece 29 regardless of the injection angle. Indicated. Thus, it can be seen that the application of the welding film according to the present invention can greatly improve the life of the hydraulic equipment as compared with the conventional one.
【００５２】基材２４としては、一般に炭素鋼、ステン
レス鋼、鍛鋼品などを用いるために、基材２４のビッカ
ース硬さはＨv３００〜４５０程度の硬さである。とこ
ろが、河川にはビッカース硬さＨv１０００以上の硅砂
が多く含まれていることから、基材２４の土砂摩耗損傷
量は大きくなる。これに対して、プラズマ粉体肉盛溶接
皮膜２８では、ビッカース硬さがＨv１５００以上と十
分な硬さを有しているため、土砂摩耗損傷量を大幅に低
下させることができる。なお、溶射皮膜２９の硬さはビ
ッカース硬さＨv１５００より低いため、肉盛溶接皮膜
２８より耐久性は劣ることとなる。Since the base material 24 is generally made of carbon steel, stainless steel, forged steel or the like, the Vickers hardness of the base material 24 is about Hv 300 to 450. However, since the river contains a large amount of silica sand having a Vickers hardness Hv of 1000 or more, the amount of soil damage of the base material 24 increases. On the other hand, the plasma powder build-up welding film 28 has a Vickers hardness of Hv 1500 or more, which is a sufficient hardness, so that the amount of earth and sand wear damage can be significantly reduced. Since the hardness of the thermal spray coating 29 is lower than the Vickers hardness Hv1500, the durability is inferior to that of the overlay welding coating 28.
【００５３】次に、本発明による肉盛溶接皮膜を実機に
適用した場合に必要とされる皮膜厚さの検討するための
試験結果について、図８を参照して説明する。Next, test results for examining the film thickness required when the overlay welding film according to the present invention is applied to an actual machine will be described with reference to FIG.
【００５４】まず、ＳＵＳ３０４からなる基材上にステ
ンレス鋼（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）中にＷＣを７５％含有す
る皮膜をプラズマ粉体肉盛溶接により形成した。プラズ
マ粉体肉盛溶接皮膜の厚さは１５mmとした。更に、比較
対照サンプルとして表面処理なしの基材からなるテスト
ピースを準備した。First, a coating containing 75% WC in stainless steel (18Cr-8Ni) was formed on a substrate made of SUS304 by plasma powder overlay welding. The thickness of the plasma powder overlay welding coating was 15 mm. Further, a test piece made of a substrate without surface treatment was prepared as a comparative control sample.
【００５５】これらテストピースに対して、溶射皮膜の
損傷が最大を示す９０度の吹き付け角度で図７の試験で
用いたものと同じ含土砂水を噴射した。The test piece was sprayed with the same earth-containing sand water as that used in the test of FIG. 7 at a spraying angle of 90 ° at which the damage of the sprayed coating was maximum.
【００５６】そして、実験結果から単位時間当たりの損
傷深さＡを算出し、さらにこれを実機の運転時間に換算
し、基材２４に損傷がおよばない肉盛皮膜２８の膜厚を
求めた。図７は、このようにして得られた水力機器の運
転年数と土砂摩耗による皮膜の損傷深さの関係図であ
る。Then, the damage depth A per unit time was calculated from the experimental results, and this was converted into the operation time of the actual machine, and the film thickness of the overlay film 28 that did not damage the substrate 24 was obtained. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the operating years of the hydraulic equipment obtained in this way and the damage depth of the coating due to earth and sand wear.
【００５７】図８に示すように、基材２４の損傷深さＡ
に比べて、肉盛皮膜２８の損傷深さＡは少ない。そし
て、水力機械の実機を、１日８時間運転、１年間に２０
０日運転、水力機器の定期点検間隔である２年ごとに交
換あるいは補修するとした場合、基材２４に損傷がおよ
ばない肉盛皮膜２８の膜厚は１mmであった。なお、現在
水力機器を２０〜２５年補修なし運転することが考えら
れており、この場合は、必要とされる皮膜の厚さは１５
mmとなる。As shown in FIG. 8, the damage depth A
, The damage depth A of the build-up coating 28 is small. Then, the actual hydraulic machine is operated for 8 hours a day, 20 times a year.
When it was assumed that operation was performed for 0 days and replacement or repair was performed every two years, which is the regular inspection interval of the hydraulic equipment, the thickness of the build-up coating 28 that did not damage the base material 24 was 1 mm. At present, it is considered that the hydraulic equipment is operated without repair for 20 to 25 years. In this case, the required film thickness is 15 minutes.
mm.
【００５８】以上から明らかなように、高速の土砂噴流
が接触あるいは衝突する流路面や少なくともその一部
に、耐食性および耐摩耗性の粉末粒子を１〜１５mm肉盛
溶接するすることにより、高速土砂噴流によるバケット
流路面の十分な損傷寿命を確保することができる。As is apparent from the above description, the corrosion-resistant and wear-resistant powder particles are overlay-welded with 1 to 15 mm on the flow path surface or at least a part thereof where the high-speed earth and sand jets come into contact with or collide with each other. A sufficient damage life of the bucket flow path surface due to the jet can be ensured.
【００５９】［溶接条件を決定するための試験の結果］
肉盛溶接皮膜に割れが発生することにより、機器の信頼
性を損なうだけでなく、重大な事故に繋がるおそれがあ
るが、プラズマ肉盛溶接を行う場合においても、適切な
条件で溶接を行わないと皮膜の割れが発生しやすい。こ
のため、ここでは、皮膜に割れが発生しない溶接条件を
決定するための試験を行った。[Results of Test for Determining Welding Conditions]
The occurrence of cracks in the build-up welding film not only impairs the reliability of the equipment but also may lead to a serious accident.However, even when performing plasma build-up welding, do not perform welding under appropriate conditions. And cracking of the film easily occurs. For this reason, here, a test was performed to determine welding conditions under which cracks did not occur in the film.
【００６０】基材の材質をＳＵＳ３０４とし、肉盛溶接
粉末の材質をＣｒ3Ｃ2−ＮｉＣｒとして試験を行った。
プラズマ出力電流を１０〜８５０Ａ、粉末供給量を１０
０ｇ／分以下、ウィービング幅を２０〜２００mm、粉末
粒径を１〜２２０μmの範囲で変化させ、プラズマ粉体
肉盛溶接を行った時の、得られる皮膜品質を調べた結果
を表１に示す。The test was performed using SUS304 as the material of the base material and Cr 3 C 2 -NiCr as the material of the overlay welding powder.
Plasma output current is 10 to 850 A, powder supply is 10
Table 1 shows the results of examining the film quality obtained when plasma powder overlay welding was performed by changing the weaving width to 20 to 200 mm and the powder particle size to 1 to 220 μm in a range of 0 g / min or less. .
【００６１】[0061]
【表１】 表１に示すように、出力電流１０〜５００Ａ、粉末供給
量５０ｇ／分以下、ウィービング幅１００mm以下、粉末
粒径１〜１２０μmの範囲で肉盛溶接を行えば、肉盛皮
膜に割れが発生ないことがわかる。それ以外の条件では
肉盛皮膜に割れが発生するために、プラズマ粉体肉盛溶
接条件として用いることができない。[Table 1] As shown in Table 1, when the overlay welding is performed in the range of output current 10 to 500 A, powder supply amount 50 g / min or less, weaving width 100 mm or less, powder particle size 1 to 120 μm, no crack is generated in the overlay film. You can see that. Under other conditions, cracks occur in the build-up coating, so that it cannot be used as plasma powder build-up welding conditions.
【００６２】このような最適なプラズマ粉体肉盛溶接条
件を用いることにより、基材とプラズマ粉体粒子とが混
合し、皮膜表面では緻密で、粒子間結合力は基材と同等
の強度であり、かつ皮膜の硬度が高い、耐土砂摩耗性に
優れた皮膜が得られることが判明した。By using such optimum plasma powder build-up welding conditions, the base material and the plasma powder particles are mixed, the coating is dense on the surface of the film, and the bonding force between the particles is equal to the strength of the base material. It was found that a coating having high hardness of the coating and excellent abrasion resistance to earth and sand was obtained.
【００６３】次に、皮膜の残留応力と皮膜割れ発生の関
係について表３を参照して説明する。この試験は、基材
の材質をＳＵＳ３０４とし、肉盛溶接粉末の材質をＣｒ
3Ｃ2−ＮｉＣｒとして行った。その結果を表２に示す。Next, the relationship between the residual stress of the coating and the occurrence of cracking of the coating will be described with reference to Table 3. In this test, the material of the base material was SUS304, and the material of the build-up welding powder was Cr.
Performed as 3 C 2 -NiCr. Table 2 shows the results.
【００６４】[0064]
【表２】 表２は皮膜の残留応力と皮膜割れ発生の関係を示した実
験結果である。圧縮応力が発生している皮膜には割れは
なく、圧縮から引張応力に転じることにより皮膜に割れ
が発生することがわかる。このように皮膜中に作用する
残留応力を圧縮または零となるようにしたことにより、
信頼性の高い皮膜を提供することができる。[Table 2] Table 2 shows the experimental results showing the relationship between the residual stress of the film and the occurrence of film cracking. It can be seen that there is no crack in the film in which the compressive stress is generated, and the film is cracked by changing from the compression to the tensile stress. By compressing or reducing the residual stress acting on the film in this way,
A highly reliable film can be provided.
【００６５】なお、基材の熱膨張係数と等しい若しくは
基材の熱膨張係数より低い熱膨張係数を有する材料を皮
膜材料として用いることにより、皮膜の残留応力を圧縮
または零とすることができる。By using a material having a thermal expansion coefficient equal to or lower than the thermal expansion coefficient of the substrate as the coating material, the residual stress of the coating can be reduced to zero or zero.
【００６６】また、溶接処理後、溶接皮膜の表面にブラ
スト（粗面化）処理を施すことによっても、皮膜の残留
応力を圧縮または零とすることができる。この場合、例
えば、アルミナ等のブラスト材を用いて皮膜の表面を粗
面化することで、皮膜がアルミナによりたたかれ、削ら
れ、ピーニング効果が生じ、５０〜２００ＭＰa程度の
圧縮残留応力を皮膜に生じさせることができる。After the welding process, the residual stress of the film can be reduced to zero by subjecting the surface of the weld film to blasting (roughening). In this case, for example, by roughening the surface of the film using a blast material such as alumina, the film is beaten and shaved by alumina, a peening effect occurs, and the film has a compressive residual stress of about 50 to 200 MPa. Can be caused.
【００６７】［プラズマ粉体肉盛溶接材料の粉末の形
態］本願発明者の研究によれば、プラズマ粉体肉盛溶接
材料の粉末形状も皮膜の割れ性および耐久性に大きな影
響を及ぼすことがわかった。以下、これについての試験
結果について説明する。[Powder Form of Plasma Powder Overlay Welding Material] According to the study of the present inventors, the powder shape of the plasma powder overlay welding material has a great effect on the cracking property and durability of the coating. all right. Hereinafter, test results for this will be described.
【００６８】この試験は、基材の材質をＳＵＳ３０４と
し、肉盛溶接粉末の材質をＣｒ3Ｃ2−ＮｉＣｒとして行
った。溶接条件は出力電流５００Ａ、粉末供給量５０ｇ
／分、ウィービング幅１００mmとした。In this test, the material of the base material was SUS304 and the material of the overlay welding powder was Cr 3 C 2 —NiCr. The welding conditions are output current 500A, powder supply amount 50g.
/ Min, and a weaving width of 100 mm.
【００６９】プラズマ粉体肉盛溶接材料の粉末として、
図２に示す構造の粉末を用い、子粒子径を０.５〜２０
μm、母粒子（３０ａ）径を１〜１２０μmとした場合の
実験結果を表２に示す。実験では、母粒子径を１〜２２
０μm、子粒子（３０ｂ）径をO.５〜７０μmまでの範囲
を設定し、プラズマ粉体肉盛溶接を行った。Plasma powder overlay welding powder
The powder having the structure shown in FIG.
Table 2 shows the experimental results when the diameter of the base particles (30a) was 1 to 120 μm. In the experiment, the base particle diameter was 1 to 22.
0 μm and the diameter of the child particles (30b) were set in the range of 0.5 to 70 μm, and plasma powder overlay welding was performed.
【００７０】[0070]
【表３】 表３から明らかなように、子粒子径が０.５〜２０μm、
母粒子径が１〜１２０μmでは、肉盛皮膜に割れが発生
せず、最適なプラズマ粉体肉盛溶接材料の粉末形状であ
ることが分かる。[Table 3] As is clear from Table 3, the particle diameter is 0.5 to 20 μm,
When the mother particle diameter is 1 to 120 μm, no crack is generated in the overlay coating, and it is understood that the powder form of the plasma powder overlay welding material is optimal.
【００７１】最適形状で得られる皮膜の気孔率は１０％
であり、膜厚は１５mm以下であることがわかる。また、
未溶融粒子の量は８％であり、子粒子径を０.５〜２０
μm、母粒子径を１〜１２０μm、気孔率を１０％以下、
膜厚を１〜１５m、未溶融粒子の量を８％以下とするこ
とにより最適な皮膜を得ることができる。The porosity of the film obtained in the optimum shape is 10%
It can be seen that the film thickness is 15 mm or less. Also,
The amount of unmelted particles is 8%, and the diameter of the child particles is 0.5 to 20.
μm, base particle diameter of 1 to 120 μm, porosity of 10% or less,
By setting the film thickness to 1 to 15 m and the amount of unmelted particles to 8% or less, an optimum film can be obtained.
【００７２】なお、皮膜中の気孔率や未溶融粒子量が多
い場合、皮膜の粒子間結合力が低下し、高速土砂噴流と
の接触および衝突時の皮膜損傷が大きいことを意味す
る。従って、気孔が少なく、未溶融粒子量も少ない皮膜
が必要である。最適な皮膜とすることにより、緻密で、
密着性が高く、高硬度で延性に優れた皮膜となり、高速
土砂噴流による流路面の土砂摩耗損傷を低減し、寿命を
延命することができるのである。When the porosity and the amount of unmelted particles in the coating are large, the interparticle bonding force of the coating is reduced, which means that the coating is in contact with the high-speed earth and sand jet and the damage to the coating is large. Therefore, a film having a small number of pores and a small amount of unmelted particles is required. By making the most suitable film,
It becomes a film with high adhesion, high hardness and excellent ductility, reduces sediment wear damage on the flow path surface due to high-speed earth and sand jet, and can prolong the life.
【００７３】[0073]
【発明の効果】本発明によれば、ち密で、密着性が高
く、粒子間結合力に優れ、高硬度、高延性の硬さと靭性
が両立した耐食性および耐摩耗性の皮膜を形成すること
ができ、これにより水力機器の寿命および信頼性を大幅
に向上させることができる。According to the present invention, it is possible to form a corrosion-resistant and abrasion-resistant film having both high hardness, high ductility hardness and toughness at the same time. The life and reliability of the hydraulic equipment can be greatly improved.
【図１】本発明によるプラズマ粉体肉盛溶接を実施する
装置を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating an apparatus for performing plasma powder overlay welding according to the present invention.
【図２】肉盛粉末粒子の最適構造の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of an optimum structure of overlay powder particles.
【図３】図２に示す最適肉盛粉末粒子を用いてプラズマ
粉体肉盛溶接することにより得られる皮膜を示す図。FIG. 3 is a view showing a film obtained by plasma powder overlay welding using the optimum overlay powder particles shown in FIG. 2;
【図４】肉盛り粉末粒子の最適構造の一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of an optimum structure of a build-up powder particle.
【図５】図４に示す最適肉盛粉末粒子を用いてプラズマ
粉体肉盛溶接することにより得られる皮膜を示す図。FIG. 5 is a view showing a film obtained by plasma powder overlay welding using the optimum overlay powder particles shown in FIG. 4;
【図６】赤外線サーモグラフィーによる非破壊検査につ
いて説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating a nondestructive inspection by infrared thermography.
【図７】皮膜の土砂摩耗損傷量を基材と比較して示すグ
ラフ。FIG. 7 is a graph showing the amount of sediment abrasion damage of a coating in comparison with a substrate.
【図８】運転年数と土砂摩耗試験による損傷深さの関係
を示した図。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between the number of years of operation and the depth of damage by a sediment wear test.
【図９】ペルトン水車の構成を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a Pelton turbine.
【図１０】正常なバケットの形状を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a normal bucket shape.
【図１１】異常状態となったバケットの形状を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a shape of a bucket in an abnormal state.
【図１２】二層積層体の有限要素法応力解析による接合
界面の残留応力を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a residual stress at a bonding interface by a finite element method stress analysis of a two-layer laminate.
【図１３】従来のＷＣ合金皮膜の割れ、はく離を示す
図。FIG. 13 is a view showing cracking and peeling of a conventional WC alloy film.
２８ 肉盛皮膜 ３０ 金属粉末 ３０ａ 母粒子 ３０ｂ 子粒子 ３１ａ セラミックス ３１ｂ サーメット 28 Overlay coating 30 Metal powder 30a Base particle 30b Child particle 31a Ceramics 31b Cermet
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡 邊 俊 寛 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 小 熊 証 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 3H072 AA04 BB09 CC93 CC96 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toshihiro Watanabe 2-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Keihin Works Co., Ltd. (72) Inventor Seigo Okuma Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 2-4, F-term in Toshiba Keihin Works Co., Ltd. (Reference) 3H072 AA04 BB09 CC93 CC96
Claims (15)
耐食性および耐摩耗性の粉末粒子をプラズマ粉体肉盛溶
接により被覆する方法であって、 プラズマ出力電流１０〜５００Ａ、粉末供給量５０ｇ/
分以下、ウィービング幅１００mm以下の条件でプラズマ
粉体肉盛溶接を行うことを特徴とする方法。1. A method of coating corrosion-resistant and wear-resistant powder particles on a flow path surface of a hydraulic device exposed to a sediment jet by plasma powder overlay welding, wherein a plasma output current is 10 to 500 A and a powder supply amount is 50 g. /
A method comprising performing plasma powder build-up welding under a condition of not more than a minute and a weaving width of not more than 100 mm.
μm〜１２０μmの粉末粒子を用いたことを特徴とする、
請求項１に記載の方法。2. A plasma powder overlay welding material having a particle size of 1
characterized by using powder particles of μm to 120 μm,
The method of claim 1.
器基材の組成と同成分あるいは異成分の金属マトリック
ス粉末を母粒子とし、この母粒子中に、セラミックス、
サーメット若しくはセラミックスとサーメットを複合し
た組成を有する材料を子粒子として混合または微細に均
一分散させたものを用いることを特徴とする、請求項１
に記載の方法。(3) As a plasma powder overlay welding material, a metal matrix powder having the same component or a different component as the composition of the hydraulic equipment base material is used as base particles, and ceramics,
2. A material obtained by mixing or finely and uniformly dispersing, as child particles, a material having a composition of cermet or a composite of ceramic and cermet.
The method described in.
ラミックス、サーメット若しくはセラミックスとサーメ
ットの複合粉末の母粒子中に、金属粉末子粒子を混合ま
たは微細に均一分散させたものを用いることを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。4. A plasma powder overlay welding material powder characterized in that base powder of ceramics, cermet or composite powder of ceramics and cermet is mixed or finely and uniformly dispersed with metal powder particles. The method of claim 1, wherein
属マトリックスを母粒子とし、この母粒子外面にセラミ
ックス、サーメット若しくはセラミックスとサーメット
を複合した子粒子を均一に付着、抱合させたものを用い
ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。5. A plasma powder overlay welding material powder in which a metal matrix is used as base particles and ceramics, cermet or composite particles of ceramics and cermet are uniformly adhered and conjugated to the outer surface of the base particles. The method of claim 1, wherein:
ラミックス、サーメット若しくはセラミックスとサーメ
ットを複合したマトリクスを母粒子とし、この母粒子外
面に、金属を子粒子とした微細粉末を均一に付着、抱合
させたことを特徴とする、請求項１に記載の方法。6. A ceramic powder, a cermet or a composite matrix of a ceramic and a cermet is used as a base particle as a plasma powder overlay welding material powder, and a fine powder containing a metal as a child particle is uniformly attached to the outer surface of the base particle. The method of claim 1 conjugated.
粒子径をO.５〜２０μm、母粒子径を１〜１２０μmとし
たことを特徴とする、請求項３乃至６のいずれかに記載
の方法。7. The plasma powder overlay welding material powder according to claim 3, wherein the particle diameter is 0.5 to 20 μm and the base particle diameter is 1 to 120 μm. the method of.
または０.２％Ｃ−２.２％Ｓi−５.５％Ｃr−O.８％Ｆe
−１.２％ｂ−Bal.Ｎiのいずれかの組成を有する粉末を
用いたことを特徴とする、請求項１に記載の方法。8. As a plasma powder overlay welding material, 6.1% C-Bal.W, 11% C-Bal.Cr, 11% C-Bal.Cb, 5.8% C-12% Co- Bal.W, 3.9% C-Bal.W, 1.3% C-0.7% Si-15% Cr-6% W-Bal.Co, 0.9% C-0.7% Si- 18% Cr-5% W-Bal.Co
Or 0.2% C-2.2% Si-5.5% Cr-0.8% Fe
2. The method according to claim 1, wherein a powder having any composition of -1.2% b-Bal.Ni is used.
応力が圧縮または零となるように溶接を行うことを特徴
とする、請求項１に記載の方法。9. The method according to claim 1, wherein the welding is performed such that the residual stress of the film after the plasma powder overlay welding is compressed or zero.
陥を、赤外線サーモグラフィー、渦電流法、磁粉検査、
浸透検査、超音波検査、電磁誘導検査、アコースティッ
クエミッション、肉眼検査、放射線透視検査、レーザホ
ログラフィー、音響検査のいずれかにより非破壊検査を
行なうことを特徴とする、請求項１に記載の方法。10. An infrared thermography, an eddy current method, a magnetic powder inspection,
The method according to claim 1, wherein the nondestructive inspection is performed by any one of a penetration inspection, an ultrasonic inspection, an electromagnetic induction inspection, an acoustic emission, a visual inspection, a radioscopic inspection, a laser holography, and an acoustic inspection.
マ粉体肉盛溶接中、プラズマ粉体肉盛溶接後、または、
実機使用時における起動停止時、定期点検時、運転途中
の監視時に非破壊検査を行うことを特徴とする、請求項
１０に記載の方法。11. The non-destructive inspection may be performed during plasma powder build-up welding, after plasma powder build-up welding, or
The method according to claim 10, wherein the non-destructive inspection is performed at the time of starting and stopping, at the time of periodic inspection, and at the time of monitoring during operation when using the actual machine.
請求項１乃至１１のいずれかの方法により被覆された皮
膜が形成されていることを特徴とする水力機器。12. A flow path surface exposed to a high-speed earth and sand jet,
A hydraulic device, wherein a film coated by the method according to any one of claims 1 to 11 is formed.
ビッカース硬度で１０００以上としたことを特徴とす
る、請求項１２に記載の水力機器。13. The hydraulic equipment according to claim 12, wherein the hardness of the coating formed by plasma powder overlay welding is set to 1000 or more in Vickers hardness.
気孔率を１０％以下、皮膜中の未溶融粒子の量を８％以
下としたことを特徴とする、請求項１２に記載の水力機
器。14. The method according to claim 12, wherein the porosity in the film after the plasma powder overlay welding is 10% or less, and the amount of unmelted particles in the film is 8% or less. Hydraulic equipment.
〜１５mmとしたことを特徴とする、請求項１２に記載の
水力機器。15. The coating thickness of the plasma powder overlay welding is set to 1
13. The hydraulic device according to claim 12, wherein the hydraulic device is set to 15 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10299832A JP2000130307A (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Hydraulic equipment having corrosion-resistive and abrasion-resistive film and coating method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10299832A JP2000130307A (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Hydraulic equipment having corrosion-resistive and abrasion-resistive film and coating method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000130307A true JP2000130307A (en) | 2000-05-12 |
Family
ID=17877472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10299832A Pending JP2000130307A (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Hydraulic equipment having corrosion-resistive and abrasion-resistive film and coating method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000130307A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009291918A (en) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Jfe Steel Corp | Method of extending fatigue life of metal material subjected to repeated load history |
| WO2015197038A1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-12-30 | MTU Aero Engines AG | Method and device for the quality assurance of at least one component during the production thereof by a generative production process |
-
1998
- 1998-10-21 JP JP10299832A patent/JP2000130307A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009291918A (en) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Jfe Steel Corp | Method of extending fatigue life of metal material subjected to repeated load history |
| WO2015197038A1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-12-30 | MTU Aero Engines AG | Method and device for the quality assurance of at least one component during the production thereof by a generative production process |
| US20170136574A1 (en) * | 2014-06-26 | 2017-05-18 | MTU Aero Engines AG | Method and device for the quality assurance of at least one component during the production thereof by a generative production process |
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