特開 2024-125477 ボイラーチューブの表面処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125477

(43)【公開日】2024-09-19

(54)【発明の名称】ボイラーチューブの表面処理方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/04 20060101AFI20240911BHJP

   B23K 9/00 20060101ALI20240911BHJP

   B23K 26/342 20140101ALI20240911BHJP

   B23K 9/173 20060101ALI20240911BHJP

   B23K 10/02 20060101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

B23K9/04 A

B23K9/00 501H

B23K26/342

B23K9/173 A

B23K10/02 501A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033314

(22)【出願日】2023-03-06

(71)【出願人】

【識別番号】390001801

【氏名又は名称】大阪富士工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141852

【弁理士】

【氏名又は名称】吉本 力

(72)【発明者】

【氏名】辰巳 佳宏

(72)【発明者】

【氏名】松井 祥司

(72)【発明者】

【氏名】森本 健斗

【テーマコード（参考）】

4E001

4E081

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BB08

4E001BB11

4E001CB03

4E001CC01

4E001CC03

4E081YH01

4E081YX05

4E081YX07

4E168BA32

4E168BA86

4E168CB03

4E168CB07

4E168FA01

4E168FB03

(57)【要約】

【課題】母材の表面に肉盛層を形成する際に、母材が肉盛層に溶け込むことを抑制でき、かつ、処理効率が高いボイラーチューブの表面処理方法を提供する。
【解決手段】下盛工程において、母材１であるボイラーチューブの表面１１に、レーザークラッディング法により下盛層２を形成する。上盛工程において、下盛工程により形成された下盛層２の表面２１に、ＭＩＧ法又はＰＴＡ法により上盛層３を形成する。上盛工程では、下盛層２の表面２１を溶融させつつ、母材１の表面１１は溶融させないように上盛層３を形成する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

母材であるボイラーチューブの表面に、レーザークラッディング法により下盛層を形成する下盛工程と、
前記下盛工程により形成された前記下盛層の表面に、ＭＩＧ法又はＰＴＡ法により上盛層を形成する上盛工程とを含み、
前記上盛工程では、前記下盛層の表面を溶融させつつ、前記母材の表面は溶融させないように前記上盛層を形成する、ボイラーチューブの表面処理方法。

【請求項2】

前記下盛工程により形成される前記下盛層の表面の凹凸率が１６％以下である、請求項１に記載のボイラーチューブの表面処理方法。

【請求項3】

前記下盛層及び前記上盛層が同一の材料により形成される、請求項１に記載のボイラーチューブの表面処理方法。

【請求項4】

前記下盛層に対する前記母材の希釈率が９％以下である、請求項１に記載のボイラーチューブの表面処理方法。

【請求項5】

前記上盛層に対する前記母材の希釈率が３．２％以下である、請求項１に記載のボイラーチューブの表面処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラーチューブの表面をコーティングするための表面処理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ボイラーチューブの表面をコーティングする方法として、ＭＩＧ（Metal Inert Gas）法及びＰＴＡ（Plasma Transferred Arc）法が知られている。ＭＩＧ法及びＰＴＡ法は、いずれも肉盛溶接法の一種であり、肉盛層の形成時には母材であるボイラーチューブの表面が高温となる。そのため、肉盛層の形成時に母材が肉盛層に溶け込み、肉盛層が母材により希釈される結果、肉盛層の耐食性が劣化するという問題がある（例えば、下記特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５５２９４３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

そこで、母材に対する入熱量が少ないレーザークラッディング法を用いて、母材の表面に肉盛層を形成することが考えられる。しかしながら、レーザークラッディング法を用いて厚みのある肉盛層全体を形成しようとした場合、処理に時間がかかるため、処理効率が悪いという問題がある。

【0005】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、母材の表面に肉盛層を形成する際に、母材が肉盛層に溶け込むことを抑制でき、かつ、処理効率が高いボイラーチューブの表面処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明に係るボイラーチューブの表面処理方法は、下盛工程と、上盛工程とを含む。前記下盛工程では、母材であるボイラーチューブの表面に、レーザークラッディング法により下盛層を形成する。前記上盛工程では、前記下盛工程により形成された前記下盛層の表面に、ＭＩＧ法又はＰＴＡ法により上盛層を形成する。前記上盛工程では、前記下盛層の表面を溶融させつつ、前記母材の表面は溶融させないように前記上盛層を形成する。

【0007】

このような構成によれば、下盛層及び上盛層からなる肉盛層を母材の表面に形成することができる。下盛層はレーザークラッディング法により形成されるため、母材に対する入熱量が少なく、母材が肉盛層に溶け込むことを抑制できる。また、肉盛層全体をレーザークラッディング法により形成するのではなく、レーザークラッディング法により形成された下盛層の表面に、ＭＩＧ法又はＰＴＡ法により上盛層を形成するため、処理時間を短くすることができ、処理効率が高い。

【0008】

特に、上盛層を形成する際には、下盛層の表面を溶融させつつ、母材の表面は溶融させないため、下盛層と上盛層とが剥離しにくく、かつ、母材が肉盛層に溶け込むことを効果的に抑制できる。したがって、耐久性の高い肉盛層を形成することができる。

【0009】

（２）前記下盛工程により形成される前記下盛層の表面の凹凸率が１６％以下であることが好ましい。

【0010】

このような構成によれば、下盛層の表面に上盛層を安定して形成することができる。

【0011】

（３）前記下盛層及び前記上盛層が同一の材料により形成されることが好ましい。

【0012】

このような構成によれば、下盛層及び上盛層からなる肉盛層を同一の材料により一体的に形成することができる。

【0013】

（４）前記下盛層に対する前記母材の希釈率が９％以下であることが好ましい。

【0014】

このような構成によれば、母材の溶け込みが抑制された肉盛層を形成することができる。

【0015】

（５）前記上盛層に対する前記母材の希釈率が３．２％以下であることが好ましい。

【0016】

このような構成によれば、母材の溶け込みが抑制された肉盛層を形成することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、下盛層がレーザークラッディング法により形成されるため、母材に対する入熱量が少なく、母材が肉盛層に溶け込むことを抑制できる。また、レーザークラッディング法により形成された下盛層の表面に、ＭＩＧ法又はＰＴＡ法により上盛層を形成するため、処理時間を短くすることができ、処理効率が高い。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】下盛工程の一例について説明するための概略図である。

【図2】上盛工程の一例について説明するための概略図である。

【図3】上盛工程の他の例について説明するための概略図である。

【図4】下盛層の肉盛試験の各条件Ａ１～Ａ１１を示す図である。

【図5】各条件Ａ１～Ａ１１での試験結果を示す図である。

【図6】凹凸率の算出方法について説明するための図である。

【図7】条件Ａ６及び条件Ａ９で肉盛を実施した結果を示す図である。

【図8】希釈率の算出方法の一例について説明するための図である。

【図9】上盛層の肉盛試験の各条件Ｂ１～Ｂ４を示す図である。

【図10】各条件Ｂ１～Ｂ４での試験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

１．下盛工程
本実施形態では、母材であるボイラーチューブの表面に対して、下盛層を形成する処理が行われた後（下盛工程）、その下盛層の表面に上盛層を形成する処理が行われる（上盛工程）。なお、ボイラーチューブは、水蒸気を循環させるための管であり、発電プラント又はごみ焼却プラントなどに設置される。ボイラーチューブの材質は、例えばステンレス鋼であるが、これに限られるものではない。

【0020】

図１は、下盛工程の一例について説明するための概略図である。下盛工程では、母材１の表面１１に対して、レーザークラッディング法により下盛層２が形成される。レーザークラッディング法における熱源としては、レーザービーム１０１が用いられる。レーザービーム１０１は、ノズル１００から連続的に出射され、母材１の表面１１に照射される。レーザービーム１０１は、平行光であってもよいし、照射位置１０４に向かって集光されてもよい。

【0021】

ノズル１００からは、母材１に向けて溶材１０２及びシールドガス１０３を連続的に噴射しつつ、レーザービーム１０１が出射される。溶材１０２は、例えばインコネルを含む粉末状の材料である。なお、溶材１０２は、インコネルのみからなるものであってもよいし、他の材料を含むものであってもよい。また、溶材１０２は、インコネル以外の材料により構成されるものであってもよい。

【0022】

シールドガス１０３としては、例えばアルゴンガス又はヘリウムガスなどの不活性ガスが用いられる。ノズル１００から噴射される溶材１０２は、シールドガス１０３中に入射されることにより、飛行中の酸化を抑制することができる。ただし、シールドガス１０３は省略することも可能である。

【0023】

ノズル１００は、母材１の表面１１に対して平行な所定の走査方向に沿って移動される。したがって、母材１の表面１１上でレーザービーム１０１を走査しながら、溶材１０２を噴射して溶融させ、母材１の表面１１上に連続的に肉盛層（下盛層２）を形成することができる。ただし、ノズル１００を移動させるのではなく、母材１を移動させることにより走査が行われてもよい。

【0024】

２．上盛工程
図２は、上盛工程の一例について説明するための概略図である。上盛工程では、下盛工程により形成された下盛層２の表面２１に上盛層３が形成される。この例では、ＭＩＧ（Metal Inert Gas）法により上盛層３を形成する場合について説明する。

【0025】

ＭＩＧ法では、電極２０１が内部に備えられたノズル２００が用いられる。電極２０１は、ノズル２００の中心軸線に沿って延びており、その先端部がノズル２００から突出している。電極２０１は、例えばタングステンにより形成されており、先細りした先端部を有している。ノズル２００からは、電極２０１に沿って供給されるシールドガス２０２が、電極２０１の先端から下盛層２の表面２１に向けて連続的に噴射される。

【0026】

図２の構成による上盛工程では、下盛層２の表面２１に溶接棒２０３の先端部を近づけ、その溶接棒２０３の先端部と電極２０１の先端部との間にアークを発生させる。これにより、溶接棒２０３が溶融し、自然冷却によって上盛層３が形成される。このとき、下盛層２の表面２１も一部溶融することとなる。溶接棒２０３は、下盛層２の溶材１０２と同一の材料であることが好ましく、例えばインコネルを含む材料であってもよい。なお、溶接棒２０３は、インコネルのみからなるものであってもよいし、他の材料を含むものであってもよい。また、溶接棒２０３は、インコネル以外の材料により構成されるものであってもよい。

【0027】

シールドガス２０２としては、例えばアルゴンガス又はヘリウムガスなどの不活性ガスが用いられる。これにより、溶接部分をシールドしながら溶接（肉盛溶接）を行うことができる。ただし、シールドガス２０２は省略することも可能である。

【0028】

ノズル２００及び溶接棒２０３は、下盛層２の表面２１に対して平行な所定の走査方向に沿って移動される。したがって、下盛層２の表面２１上でノズル２００及び溶接棒２０３を走査しながら、溶接棒２０３を溶融させ、下盛層２の表面２１上に連続的に肉盛層（上盛層３）を形成することができる。上盛工程時の走査方向は、下盛工程時の走査方向と一致していてもよい。ただし、ノズル２００及び溶接棒２０３を移動させるのではなく、下盛層２が形成された母材１を移動させることにより走査が行われてもよい。

【0029】

図３は、上盛工程の他の例について説明するための概略図である。この例では、ＰＴＡ（Plasma Transferred Arc）法により上盛層３を形成する場合について説明する。

【0030】

ＰＴＡ法では、電極３０１が内部に備えられたノズル３００が用いられる。電極３０１は、ノズル３００の中心軸線に沿って延びており、電極３０１に沿って供給されるプラズマガス３０２が、電極３０１の先端から下盛層２の表面２１に向けて連続的に噴射される。電極３０１は、例えばタングステンにより形成されており、先細りした先端部を有している。

【0031】

ノズル３００内には、冷却水３０３が循環しており、ノズル３００が高温になるのを防止している。また、ノズル３００からは、下盛層２の表面２１に向けて溶材３０４及びシールドガス３０５が連続的に噴射される。

【0032】

図３の構成による上盛工程では、下盛層２の表面２１と電極３０１の先端部との間にアークを発生させる。これにより、下盛層２の表面２１に向けて噴射される溶材３０４が溶融し、自然冷却によって上盛層３が形成される。このとき、下盛層２の表面２１も一部溶融することとなる。溶材３０４は、下盛層２の溶材１０２と同一の材料であることが好ましく、例えばインコネルを含む粉末状の材料であってもよい。なお、溶材３０４は、インコネルのみからなるものであってもよいし、他の材料を含むものであってもよい。また、溶材３０４は、インコネル以外の材料により構成されるものであってもよい。

【0033】

シールドガス３０５としては、例えばアルゴンガス又はヘリウムガスなどの不活性ガスが用いられる。これにより、溶接部分をシールドしながら溶接（肉盛溶接）を行うことができる。ただし、シールドガス３０５は省略することも可能である。

【0034】

ノズル３００は、下盛層２の表面２１に対して平行な所定の走査方向に沿って移動される。したがって、下盛層２の表面２１上でノズル３００を走査しながら、溶材３０４を噴射して溶融させ、下盛層２の表面２１上に連続的に肉盛層（上盛層３）を形成することができる。上盛工程時の走査方向は、下盛工程時の走査方向と一致していてもよい。ただし、ノズル３００を移動させるのではなく、下盛層２が形成された母材１を移動させることにより走査が行われてもよい。

【0035】

図２及び図３を用いて説明したように、上盛工程では、下盛工程により形成された下盛層２の表面２１に、ＭＩＧ法又はＰＴＡ法により上盛層３が形成される。これにより、下盛層２及び上盛層３からなる肉盛層４を母材１の表面１１に形成することができる。このとき、下盛層２の表面２１を溶融させつつ、母材１の表面１１は溶融させないように上盛層３が形成される。

【0036】

下盛層２はレーザークラッディング法により形成されるため、母材１に対する入熱量が少なく、母材１が肉盛層４に溶け込むことを抑制できる。また、肉盛層４全体をレーザークラッディング法により形成するのではなく、レーザークラッディング法により形成された下盛層２の表面２１に、ＭＩＧ法又はＰＴＡ法により上盛層３を形成するため、処理時間を短くすることができ、処理効率が高い。

【0037】

特に、上盛層３を形成する際には、下盛層２の表面２１を溶融させつつ、母材１の表面１１は溶融させないため、下盛層２と上盛層３とが剥離しにくく、かつ、母材１が肉盛層４に溶け込むことを効果的に抑制できる。したがって、耐久性の高い肉盛層４を形成することができる。

【0038】

３．下盛層の肉盛試験
ステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）により形成された管を母材として準備した。母材の外径は４３ｍｍ、厚みは７ｍｍとした。この母材に対して、インコネル６２５に相当する粉末溶材を用いてレーザークラッディング法により下盛工程を行った。具体的には、ノズルを走査方向に対して後方に２０°傾斜させ、図４の各条件Ａ１～Ａ１１で走査方向に１５ｍｍ程度の長さで肉盛を実施した。各条件Ａ１～Ａ１１での試験結果は図５の通りである。

【0039】

（条件Ａ１）
条件Ａ１は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が３３００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が１０ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が４２ｇ／ｍｉｎ（５．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が１．０ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が１．２ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は１３分５３秒であった。

【0040】

条件Ａ１での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は３４５μｍ、凹凸率は２３％、溶着率は７７％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ１では肉盛層に割れが発生していることが確認された。

【0041】

（条件Ａ２）
条件Ａ２は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が３３００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が１０ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が４２ｇ／ｍｉｎ（５．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が１．２ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が１．５ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は１１分７秒であった。

【0042】

条件Ａ２での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は２７７μｍ、凹凸率は３７％、溶着率は７９％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ２では肉盛層に割れが発生していることが確認された。

【0043】

（条件Ａ３）
条件Ａ３は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が３０００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が１０ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が４２ｇ／ｍｉｎ（５．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が１．０ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が１．２ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は１３分５３秒であった。

【0044】

条件Ａ３での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は３４８μｍ、凹凸率は１８％、溶着率は７６％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ３では肉盛層に割れが発生していることが確認された。

【0045】

（条件Ａ４）
条件Ａ４は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が３０００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が１０ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が４２ｇ／ｍｉｎ（５．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が１．２ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が１．５ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は１１分７秒であった。

【0046】

条件Ａ４での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は２８７μｍ、凹凸率は３４％、溶着率は８１％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ４では肉盛層に割れが発生していることが確認された。

【0047】

（条件Ａ５）
条件Ａ５は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が２８００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が１０ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が４２ｇ／ｍｉｎ（５．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が１．５ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が１．５ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は１１分７秒であった。

【0048】

条件Ａ５での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は２９３μｍ、凹凸率は２８％、溶着率は１００％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ５では肉盛層に割れが発生していることが確認された。

【0049】

（条件Ａ６）
条件Ａ６は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が２８００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が１０ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が４２ｇ／ｍｉｎ（５．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が１．０ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が１．２ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は１３分５３秒であった。

【0050】

条件Ａ６での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は３５７μｍ、凹凸率は１６％、溶着率は７７％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ６では肉盛層に割れは確認されなかった。

【0051】

（条件Ａ７）
条件Ａ７は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が３３００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が１０ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が３８ｇ／ｍｉｎ（４．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が１．０ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が１．２ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は１３分５３秒であった。

【0052】

条件Ａ７での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は３０７μｍ、凹凸率は１９％、溶着率は７５％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ７では肉盛層に割れが発生していることが確認された。

【0053】

（条件Ａ８）
条件Ａ８は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が３０００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が１０ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が３８ｇ／ｍｉｎ（４．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が１．０ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が１．２ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は１３分５３秒であった。

【0054】

条件Ａ８での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は２９２μｍ、凹凸率は２２％、溶着率は７２％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ８では肉盛層に割れが発生していることが確認された。

【0055】

（条件Ａ９）
条件Ａ９は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が２５００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が５ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が４２ｇ／ｍｉｎ（５．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が１．２ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が０．７ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は２３分４９秒であった。

【0056】

条件Ａ９での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は５９４μｍ、凹凸率は１４％、溶着率は７６％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ９では肉盛層に割れは確認されなかった。

【0057】

（条件Ａ１０）
条件Ａ１０は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が２５００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が５ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が４２ｇ／ｍｉｎ（５．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が２．０ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が１．２ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は１３分５３秒であった。

【0058】

条件Ａ１０での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は２１３μｍ、凹凸率は１１１％、溶着率は６７％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ１０では肉盛層に割れが発生していることが確認された。

【0059】

（条件Ａ１１）
条件Ａ１１は、図４に記載の通り、レーザービームの出力が２３００Ｗ、肉盛時の走査速度（溶接速度）が５ｍ／ｍｉｎ、粉末溶材の供給量が４２ｇ／ｍｉｎ（５．５ｒｐｍ）、走査方向に直交する方向への送り量が２．０ｍｍ／ｒｅｖ、走査方向に直交する方向への送り速度が１．２ｍｍ／ｓｅｃ、シールドガスの供給量が１２Ｌ／ｍｉｎ、粉末溶材を送るキャリアガスの供給量が４Ｌ／ｍｉｎであり、母材１ｍに対する施工時間は１３分５３秒であった。

【0060】

条件Ａ１１での試験結果は図５の通りであり、肉盛厚は２０７μｍ、凹凸率は９９％、溶着率は６２％であった。また、断面観察により肉盛層の割れを確認したところ、条件Ａ１１では肉盛層に割れが発生していることが確認された。

【0061】

（試験結果）
上記試験結果によると、条件Ａ６及び条件Ａ９では肉盛層（下盛層）に割れは確認されず、下盛層としては欠陥がなく好ましい。また、条件Ａ６及び条件Ａ９で形成される下盛層の表面の凹凸率は１６％以下であり、下盛層の表面に上盛層を安定して形成することができる。なお、凹凸率とは、肉盛層（下盛層）の表面の凹凸の大きさを示す指標であり、凹凸率が大きいほど凹凸が大きい。

【0062】

図６は、凹凸率の算出方法について説明するための図である。母材の表面に肉盛層（下盛層）を形成した場合、走査方向に延びる肉盛層の列が、送り方向（主走査方向に直交する方向）に複数並べて形成される。このとき、母材の表面の高さに対する各列の肉盛層の頂部の高さａと、母材の表面の高さに対する各列間の肉盛層の境界部の高さｂとを用いて、凹凸率は下記式（１）で表される。
凹凸率（％）＝（１－ｂ／ａ）×１００ ・・・（１）

【0063】

（長尺肉盛試験）
条件Ａ６及び条件Ａ９で走査方向に４００ｍｍ程度の長尺で肉盛を実施した結果を図７に示す。条件Ａ６及び条件Ａ９は、いずれも図５に示した条件と同じであり、肉盛を実施する走査方向の長さだけが異なる。図７に示すように、条件Ａ６では、肉盛厚が３６５μｍ、希釈率が５．５％、溶着率が７６％であった。また、条件Ａ９では、肉盛厚が５６８μｍ、希釈率が９．０％、溶着率が７７％であった。

【0064】

図８は、希釈率の算出方法の一例について説明するための図である。母材の表面に肉盛層（下盛層）を形成した場合、レーザークラッディング法であっても母材の表面が若干溶融して窪み、その窪みに肉盛層が形成される。このとき、母材の表面に対して窪んでいる部分（母材の表面よりも下側）の断面積Ａと、母材の表面に対して突出している部分（母材の表面よりも上側）の断面積Ｂとを用いて、希釈率は下記式（２）で表される。
希釈率Ｐ（％）＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００ ・・・（２）

【0065】

また、希釈率の算出方法の他の例として、実際に肉盛層に含まれる母材成分（Ｆｅ成分）を測定し、下記式（３）を用いて算出する方法もある。図７に示す希釈率は、下記式（３）を用いて算出した値である。
肉盛層Ｆｅ成分＝溶材Ｆｅ成分ｘ＋（母材Ｆｅ成分－ｘ）×希釈率Ｐ／１００ ・・・（３）

【0066】

図７に示すように、上記式（３）で算出される肉盛層（下盛層）に対する母材の希釈率は、９％以下であり、より具体的には、５．５～９．０％である。これにより、母材の溶け込みが抑制された肉盛層を形成することができる。

【0067】

４．上盛層の肉盛試験
次に、条件Ａ９で母材の表面に形成された下盛層の表面に、インコネル６２５に相当する溶接棒を用いてＭＩＧ法により上盛工程を行った。このように、下盛層及び上盛層は、同一の材料により一体的に形成されることが好ましい。ただし、下盛層及び上盛層は、異なる材料により形成されてもよく、その材料はインコネル６２５に限られるものではない。下盛層及び上盛層の材料としては、インコネル６２５の他、インコネル６２２又はハステロイ合金などのＮｉ基合金を例示することができる。

【0068】

具体的には、電極に印加する電流及び電圧を変化させ、図９の各条件Ｂ１～Ｂ４で走査方向に１０００ｍｍ程度の長さで肉盛を実施した。各条件Ｂ１～Ｂ４での試験結果は図１０の通りである。なお、図１０に示す試験結果では、下盛層と上盛層を一体的な層（１層）として、希釈率は上述の式（３）により算出した。

【0069】

（条件Ｂ１）
条件Ｂ１は、図９に記載の通り、電極に印加する電流が１６０Ａ、電圧が２４Ｖ、走査方向に直交する方向への送り幅が４．０ｍｍ／ｒｅｖである。条件Ｂ１での試験結果は図１０の通りであり、肉盛層に対するＦｅの溶け込み量は１１．５％、希釈率は１８．３％であった。

【0070】

（条件Ｂ２）
条件Ｂ２は、図９に記載の通り、電極に印加する電流が１４０Ａ、電圧が２２Ｖ、走査方向に直交する方向への送り幅が３．０ｍｍ／ｒｅｖである。条件Ｂ２での試験結果は図１０の通りであり、肉盛層に対するＦｅの溶け込み量は２．０％、希釈率は３．２％であった。

【0071】

（条件Ｂ３）
条件Ｂ３は、図９に記載の通り、電極に印加する電流が１２０Ａ、電圧が２２Ｖ、走査方向に直交する方向への送り幅が２．５ｍｍ／ｒｅｖである。条件Ｂ３での試験結果は図１０の通りであり、肉盛層に対するＦｅの溶け込み量は１．７％、希釈率は２．６％であった。

【0072】

（条件Ｂ４）
条件Ｂ４は、図９に記載の通り、電極に印加する電流が１１０Ａ、電圧が２２Ｖ、走査方向に直交する方向への送り幅が２．５ｍｍ／ｒｅｖである。条件Ｂ４での試験結果は図１０の通りであり、肉盛層に対するＦｅの溶け込み量は１．９％、希釈率は３．０％であった。

【0073】

（試験結果）
上記試験結果によると、条件Ｂ１では希釈率が高く、肉盛層の耐食性の劣化が懸念される。一方、条件Ｂ２～Ｂ４では希釈率が同程度で低く、母材の溶け込みが抑制された肉盛層を形成することができる。具体的には、肉盛層（上盛層）に対する母材の希釈率は、３．２％以下であり、より具体的には、２．６～３．２％である。

【符号の説明】

【0074】

１ 母材
２ 下盛層
３ 上盛層
４ 肉盛層
１１ 表面
２１ 表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】