JP4411114B2 - 合金被覆ボイラ部品、及び自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法 - Google Patents
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Description
但し、上記の自溶合金被覆は、たとえばHVOF(High Velocity Oxygen Fuel)溶射機により溶射形成したままの被覆(即ち、多孔質であり、母材に達するピンホールが存在する。以下「未溶融被覆」)であり、他の用途(たとえば金属板処理ライン用ローラ類)で、多用されているような、溶射後に溶融処理の施された自溶合金被覆(これは、多孔質から緻密質に変成し、上記ピンホールがなくなって十分な環境遮断機能が具わった被覆であり、「溶着被覆」の典型例である)の適用は稀である。
しかしながら昨今のボイラにおいては、エロージョンばかりではなくコロージョン(腐食)の問題が、排気無害化のための高温燃焼要請に伴って重大化してきており、ボイラへの溶着被覆適用が、しかもプレハブ被覆部分の供給という形で、益々切望される状況に至っている。
因に、自溶合金の溶融処理は全体同時溶融か一方向溶融を行わないと再加熱割れが生じるため、その場での実施には、誘導加熱が不可欠である。
また、第二の課題は全域に自溶合金の溶着被覆が施されたボイラ部品の接続などのための溶接施工を熱衝撃割れを生じないように行える自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法を提供することである。
端部領域の溶着被覆はB、Siの配合量を極小に留めている(第二合金材料からなる)ため、易融性ではなく高い施工生産性は望めないが、その代りに、B,Siを十分に配合した合金材料のような熱衝撃割れ感受性については、これのないものとなっている。
耐久性能について云えば、両被覆ともに溶着被覆であるため、環境遮断性は十分であり、更には高Ni−Cr組成によって被覆自体の耐食性も共に極めて優れたものとなっている。耐エロージョン性については、B,Siが多量に配合されている大半領域被覆の方が優れているが大差ではないので初期被覆厚に差をつける程度の処置でほぼ均等にできる。
以上の通り、前記第一の課題は解決される。
上記溶接施工方法は、先ず、前記請求項1の構成の合金被覆ボイラ部品を、ボイラ構築現場における寸法現合などの突発的な事情により急調製する必要が生じたときに有用である。たとえば、工場生産された自溶合金溶着被覆ボイラ部品を現合寸法に調え、更に、端部の自溶合金(第一合金材料)の被覆を除去してから、その端部に、前記端部用組成の合金材料(望ましくは第二合金材料)を溶加材とする溶接肉盛を行うことで、請求項1記載の製品と同等で且つ現合寸法に調えられた、溶接接続に供しても熱衝撃割れを生じない合金被覆ボイラ部品をその場で調製することができるのである。あるいは、自溶合金被覆(溶着被覆又は未溶融被覆)の施された部材における被覆欠損部(剥離部など)に対して、上記の予熱−溶接肉盛を適用することで、自溶合金被覆の補修が行える。
上記予熱処置は若干手数のかかる作業ではあるが、対象領域が極く狭い範囲であること、延いては極小規模の高周波電源を用意すれば足りることから、ボイラ内の狭隘スペースにおいても無理なく実施できるのである。なお、この溶接施工方法における予熱は、上述のように誘導加熱によるのが能率的であるが、これに限定されるものでなく、他の加熱方法、たとえばガス加熱によって代替されてもよい。
上記溶接施工方法は、さらに、上記請求項1記載の合金被覆ボイラ部品のその場調製に代えて、現合寸法に切断された自溶合金溶着被覆ボイラ部品を、ともかく熱衝撃割れが生じないように溶接接続したいときにも有用であり、請求項1記載の合金被覆ボイラ部品の提供に代る一品対応の応急対策となる。
なお、上記請求項8記載の自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法においては、溶接施工後の品質要請(耐エロージョン・コロージョン性)を考慮して、前記端部用組成の合金材料(第二合金材料)を溶加材とすることが望ましい。
以上の通り、前記第二の課題は解決される。
鋼製パネル11は(図2参照)、従来同様で良く、鋼材からなる管部12と板部13とを交互に溶接接続等にて連結したものである。一般的なボイラ火炉パネルの場合、鋼製パネル11のサイズは長さが4000〜6000mm程度で幅が400〜500mm程度、管部12の径は60〜75mm程度、管部12の厚さは5.0〜7.0mm程度、板部13の厚さは5〜7mm程度である。
超合金被覆15のマスキングは、例えば金属薄板等の遮蔽板又は耐熱マスキングテープを用いて行われる。また、超合金被覆15と自溶合金被覆16との間に隙間ができて母材が露出しないよう、超合金被覆15と自溶合金被覆16が一部で重複するようにマスキングを行う。そのような重層部分では、急峻な段差が現出しないよう、両被覆の厚みにテーパを付けると良い。
ただし、従来と異なり板部13に溶射された自溶合金被覆16に対しても一方向移動の条件下で十分な溶融処理を施すようにする(特許文献2,3参照)。
こうして、端部の仕上げも終えると、一枚のボイラ火炉パネル10が出来上がる。また、同様にして能率良く次々にボイラ火炉パネル10が製造されると、それらは工場や倉庫などに蓄積され保管される。
先ず位置決め工程では(図6(a)参照)、溶接接続部20となる管部12の先端同士を対向させた状態で、両ボイラ火炉パネル10を固定する。それから、各管端対向状態に位置ずれがあれば、そして、その位置ずれが先の合金被覆15,16形成などで生じた僅かなものであれば、切込み14に小さな楔を打ち込む等のことを行って、対向管端の位置整合を採る。
そのような火炉ハウジングにあっては、内壁全面が又は内壁面のうち要保護部については全域が緻密な合金被覆にて覆われるので、耐エロージョン・コロージョン性が格段に向上する。
このような溶接施工では自溶合金被覆の形成が先で超合金被覆の形成が後になっているが、「ぼかし予熱領域」内での施工であるので、自溶合金被覆が割れることは無い。
11 鋼製パネル(複合パネル)
12 管部(管材)
13 板部(板材)
14 切込み
15 超合金被覆(溶接肉盛部、第二合金材料被覆)
16 自溶合金被覆(溶射後溶融部、第一合金材料被覆)
20 溶接接続部
21〜25 超合金溶接層(第二合金材料溶加材)
40 誘導コイル(高周波誘導加熱装置)
70 ボイラチューブ(自溶合金被覆ボイラ部品)
71 余剰部分
72 適合部(採用部分)
73,74 端部(急速昇温領域)
75 誘導コイル(高周波誘導加熱装置)
76 超合金被覆(溶接肉盛部、第二合金材料被覆)
80〜82 ボイラチューブ(合金被覆ボイラ部品)
83,84 溶接接続部
90 ボイラチューブ(自溶合金被覆ボイラ部品)
91 端部
92 誘導コイル(高周波誘導加熱装置)
93 溶接接続部
Claims (11)
- 金属製の母材にNiリッチのNi−Cr成分が過半量を占める合金材料による被覆が施された、溶接接続して用いられる合金被覆ボイラ部品であって、溶接接続に供される端部には、その近傍も含めた、溶接作業時に熱衝撃割れが生じうる急速昇温領域に亘って、融点降下元素であるB,Siの含量をBは0.1%以下,Siは0.5%以下に抑えた前記合金材料による溶着被覆が施されており、一方、前記急速昇温領域以外の残部領域には、前記B,Siの含量を夫々1〜5%とした組成の前記合金材料による溶着被覆が施されている、ことを特徴とする合金被覆ボイラ部品。
- 前記急速昇温領域は、溶接に供される端部と、この端部から15〜50mm離れた位置との間に亘る領域である、ことを特徴とする請求項1記載の合金被覆ボイラ部品。
- 前記B,Siの含量をBは0.1%以下,Siは0.5%以下に抑えた前記合金材料として、JISG4901,4902に規定された組成の超合金材料を用いた、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された合金被覆ボイラ部品。
- 前記B,Siの含量を夫々1〜5%とした組成の前記合金材料としてJISH8303に規定された組成のニッケル自溶合金材料を用いた、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された合金被覆ボイラ部品。
- 前記B,Siの含量をBは0.1%以下,Siは0.5%以下に抑えた前記合金材料として、JISG4901,4902−NCF625該当の超合金材料を用い、また、前記B,Siの含量を1〜5%とした組成の前記合金材料としてJISH8303−SFNi4該当のニッケル自溶合金材料を用いるとともに、これらの材料を用いて形成した前記急速昇温領域と前記残部領域の溶着被覆の厚さ比率を、1.2〜2.0:1に設定した、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された合金被覆ボイラ部品。
- 前記合金被覆ボイラ部品はボイラ火炉パネル又はボイラチューブである、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された合金被覆ボイラ部品。
- 前記合金被覆ボイラ部品は、管材と板材とを交互に連結したボイラ火炉パネルであり、前記板材の端部には、内方に向けて前記急速昇温領域を越え前記残部領域に達するところまで、前記B,Siの含量をBは0.1%以下,Siは0.5%以下に抑えた前記合金材料による溶着被覆が施されるとともに、切込みが形成されている、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された合金被覆ボイラ部品。
- 金属製の母材にNiリッチのNi−Cr成分が過半量を占め更にBとSiが夫々1〜5%配された自溶合金材料による溶着被覆が端部の溶接作業時に熱衝撃割れの生じうる急速昇温領域に亘って施された自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法であって、溶接施工に供される端部を対象として、端部から内方に向けて昇温量が漸減して行く加熱パターンでの予熱処理を前記端部における昇温速度が2〜10℃/秒という緩速加熱条件で適用してぼかし予熱領域を形成し、引続いて当該端部の溶接作業を行う、ことを特徴とする自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法。
- 前記予熱処置を、前記溶接施工における溶加材適用領域よりも内方に更に15〜50mm広くとった領域を前記ぼかし予熱領域とし、最高温部温度を450〜600℃とする条件にて行う、ことを特徴とする請求項8記載の自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法。
- 前記溶接施工は、前記端部からその内方に亘る領域に施す、NiリッチのNi−Cr成分が過半量を占め且つBとSiの含量をBは0.1%以下,Siは0.5%以下に抑えた合金材料を溶加材とする溶接肉盛である、ことを特徴とする請求項8又は請求項9に記載された自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法。
- 前記溶接施工は、前記端部を対象としたNiリッチのNi−Cr成分が過半量を占め且つBとSiの含量をBは0.1%以下,Siは0.5%以下に抑えた合金材料を溶加材とする溶接接続である、ことを特徴とする請求項8又は請求項9に記載された自溶合金被覆ボイラ部品の溶接施工方法。
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