特開 2024-142821 オーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法

(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】P2024142821

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】オーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/342 20140101AFI20241003BHJP

   B23K 26/32 20140101ALI20241003BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B23K26/342

B23K26/32

B23K26/00 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055165

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000109875

【氏名又は名称】トーカロ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】植田 和樹

(72)【発明者】

【氏名】福士 達也

(72)【発明者】

【氏名】横田 博紀

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA32

4E168BA86

4E168CA11

4E168CB03

4E168EA17

4E168FB03

4E168KA04

(57)【要約】

【課題】オーステナイト系ステンレス鋳鋼をレーザメタルデポジション法によって補修するに際して、オーステナイト系ステンレス鋳鋼が受ける熱的影響を抑える。
【解決手段】インペラ８０の表面の補修部位８４に対してレーザビーム９１を照射するとともに金属粉９２を噴射し、金属粉９２がレーザビーム９１により溶融されることによって形成された溶融池８５の温度を検出し、検出された溶融池８５の温度に基づいてレーザビーム９１の強度を調整し、強度が調整されたレーザビーム９１の照射箇所及び金属粉９２の噴出箇所を補修部位８４の表面形状に沿って移動させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

オーステナイト系ステンレス鋳鋼の表面の補修部位に対し、レーザビームを照射するとともに金属粉を噴射する第１の工程と、
前記金属粉が前記レーザビームにより溶融されることにより前記補修部位に形成された溶融池の温度を検出する第２の工程と、
検出された前記溶融池の温度に基づいて、前記レーザビームの強度を調整する第３の工程と、
前記レーザビームの照射箇所及び前記金属粉の噴射箇所を、前記補修部位の形状に沿って移動させる第４の工程と、
を有するオーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法。

【請求項2】

前記第３の工程において、前記レーザビームの強度の調整により前記溶融池の温度を一定に維持する
請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法。

【請求項3】

前記第３の工程においては、検出された前記溶融池の温度が所定の設定温度に等しい場合、前記レーザビームの強度を維持し、検出された前記溶融池の温度が前記設定温度を超える場合、前記レーザビームの強度を低下させ、検出された前記溶融池の温度が前記設定温度未満である場合、前記レーザビームの強度を増大させる
請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法。

【請求項4】

前記オーステナイト系ステンレス鋳鋼の表面に生じた損傷部の周辺を取り除くことによって、前記補修部位としての開先を前記オーステナイト系ステンレス鋳鋼の表面に形成する形成工程を有し、
前記開先は、その底に向かって窄まるよう斜面が設けられている請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法。

【請求項5】

前記開先の斜面の勾配αは２０°～７０°である請求項４に記載のオーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法。

【請求項6】

前記金属粉は、オーステナイト系ステンレス鋼材である請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法。

【請求項7】

前記オーステナイト系ステンレス鋼材からなる金属粉は、補修部位であるオーステナイト系ステンレス鋳鋼よりも炭素含有率が小さい請求項６に記載のオーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法。

【請求項8】

前記オーステナイト系ステンレス鋼材からなる金属粉は、炭素含有率が０．０３％以下である請求項７に記載のオーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、タービン動翼には、耐食性および加工硬化特性に優れるオーステナイト系ステンレス鋼材が使用されることが知られている（特許文献１）。また、タービン動翼に生じた亀裂を補修する方法としては、亀裂を除去し、その除去した箇所をレーザメタルデポジション（Laser Metal Deposition：ＬＭＤ法）により多層肉盛することで補修する方法が知られている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－０３６４５１号公報

【特許文献2】特開２０１１－１０６４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

オーステナイト系ステンレス鋼材は、６００℃～８００℃の高温状態で一定時間保持されると、鋼材中のクロムと炭素とが結合し、クロム炭化物が析出され、クロム欠乏領域が生じる。クロム欠乏領域が生じると、耐食性が著しく低下して腐食が進みやすくなる。更に、オーステナイト系ステンレス鋼材の中でも、鋳造法により形成される鋳鋼は、凝固偏析に伴い、鋳鋼中に炭素量が多く、かつ、クロム量が少ない領域が生じるため、局所的なクロム欠乏領域が生じやすい。ここで、特許文献２に記載のように、亀裂を除去した箇所に対して多層肉盛する補修を行う場合、レーザビームが照射された補修部位周辺の鋳鋼に熱が蓄積し、高温状態となる。そのため、オーステナイト系ステンレス鋳鋼に対して、レーザメタルデポジション法による補修を適用する場合、補修部位周辺の鋳鋼への熱影響を考慮する必要がある。

【0005】

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、補修対象物たるオーステナイト系ステンレス鋳鋼をレーザメタルデポジション法によって補修するに際して、オーステナイト系ステンレス鋳鋼の耐食性の低下を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上の課題を解決するために、オーステナイト系ステンレス鋳鋼の表面の補修部位に対し、レーザビームを照射するとともに金属粉を噴射する第１の工程と、前記金属粉が前記レーザビームにより溶融されることにより前記補修部位に形成された溶融池の温度を検出する第２の工程と、検出された前記溶融池の温度に基づいて、前記レーザビームの強度を調整する第３の工程と、調整された前記強度のレーザビームの照射箇所及び前記金属粉の噴射箇所を、前記補修部位の形状に沿って移動させる第４の工程と、を有するオーステナイト系ステンレス鋳鋼の補修方法が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、レーザビームの強度が、検出された溶融池の温度に基づいて調整されることにより、補修部位周辺のオーステナイト系ステンレス鋳鋼が高温状態に保持されることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】レーザメタルデポジション装置の概略図である。

【図2】レーザメタルデポジション装置の要部の概略図である。

【図3】補修対象物の損傷部の周辺の断面の状態を工程順に示した工程図である。

【図4】制御装置の処理のフローチャートである。

【図5】制御装置の処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

【0010】

１． 補修対象物
補修対象物は、本発明の実施形態に係る補修方法を実施する対象である。補修対象物は、オーステナイト系ステンレス鋳鋼である。補修対象物には、異物の衝突又は経年劣化等で亀裂等が生じる。この亀裂等及びその周辺部を切削加工又はブラスト加工により除去することで、補修対象物に開先を形成する。亀裂は損傷部の一例である。開先は、補修部位に相当する。なお、開先を形成することなく、損傷部に対してそのまま、本実施形態に係る補修方法を適用してもよい。この場合、損傷部は、補修部位に相当する。

【0011】

たとえば、図１には、補修対象物たるインペラ８０を示している。
インペラ８０は、例えば、発電所内に設置された取水用のポンプ等に用いられる流体機器機である。本発明におけるインペラ８０は、オーステナイト系ステンレス鋳鋼で構成されている。オーステナイト系ステンレス鋳鋼は、耐食性および加工硬化特性に優れることで知られている。

【0012】

図１において、インペラ８０の羽根８０ａには、補修部位８４がある。図２には、補修部位８４を拡大して示している。本実施形態では、補修部位８４が開先８３である。
補修部位８４としての開先８３は、インペラ８０の表面に形成された窪みである。開先８３の形状は、開先８３の底８３ａに向かって窄まった四角錐台型である。インペラ８０の表面から開先８３の底８３ａに向かう斜面８３ｂの勾配αは、例えば、底８３ａに対して３０°又は４５°である。

【0013】

２． レーザメタルデポジション装置（ＬＭＤ装置）
ＬＭＤ装置は、レーザビームを補修対象物の補修部位に照射するとともに金属粉を補修部位に噴射することによって金属粉を溶融させて、溶接ビードを補修部位に形成する装置である。具体的には、レーザビームの照射箇所及び金属粉の照射箇所を補修部位の表面形状に沿って移動させることによって溶融池を変位させて、溶融池の軌跡となる溶接ビードを補修部位に形成する装置である。溶接ビードとは、レーザビームの通過後に溶融池が凝固したものである。

【0014】

図１及び図２は、本実施形態に係るＬＭＤ装置１０の概略図である。
ＬＭＤ装置１０は、ホルダ１１、ヘッド１２、レーザドライバ１５、非接触式温度センサ１６、移動機構１７、粉末供給機１８、シールドガス供給機１９及び制御装置２０を備える。

【0015】

ホルダ１１は、インペラ８０を保持するための部材である。図１に示すように、ホルダ１１は、インペラ８０が載置される上面を有する台、テーブル又はトレーである。ホルダ１１にインペラ８０を載せ置き、図示しない固定具で固定する。なお、補修対象物を保持するためのホルダは図１の例のようなホルダ１１に限らず、補修対象物を保持できればよく、補修対象物の種類又は形状に応じて様々なホルダを図１の例のホルダ１１に代えて用いることができる。例えば、ホルダは、補修対象物を固定するチャックであってもよい。

【0016】

ヘッド１２は、その先端１２ａからレーザビーム９１を補修部位８４に照射するための部材である。また、ヘッド１２は、その先端１２ａからレーザビーム９１の照射箇所に金属粉９２を噴出するための部材である。噴出された金属粉９２は、レーザビーム９１に照射されることによって、加熱・溶融される。これにより、溶融池８５がレーザビーム９１の照射箇所に形成される。更に、ヘッド１２は、その先端１２ａからレーザビーム９１の照射箇所の周囲にシールドガス９３を噴射する。

【0017】

ヘッド１２は、ヘッド本体１２ｅ、レーザ光源１２ｆ及び光学系１２ｇを有する。
ヘッド本体１２ｅは先細りに設けられている。ヘッド本体１２ｅの先端はヘッド１２の先端１２ａに相当する。ヘッド本体１２ｅの内部には、中空１２ｂが形成されている。その中空１２ｂは、ヘッド本体１２ｅの先端において開口する。レーザ光源１２ｆは、中空１２ｂ内においてヘッド本体１２ｅに取り付けられて、中空１２ｂの開口に向けられている。レーザ光源１２ｆは、光ファイバを介して、電力回路等からなるレーザドライバ１５に接続されている。レーザ光源１２ｆは、レーザドライバ１５によって駆動されることによって、中空１２ｂの開口に向けてレーザビーム９１を出射する。光学系１２ｇは、中空１２ｂ内においてレーザ光源１２ｆと中空１２ｂの開口との間に配置されて、ヘッド本体１２ｅに取り付けられている。光学系１２ｇは、例えばコリメートレンズ及び集光レンズを有する。光学系１２ｇは、レーザビーム９１をコリメートした上で、そのレーザビーム９１を補修部位８４に集光する。これにより、レーザビーム９１の集光スポットが補修部位８４に形成される。レーザビーム９１の集光スポットが形成される箇所は、レーザビーム９１の照射箇所に相当する。

【0018】

ヘッド本体１２ｅの内部には、粉末供給路１２ｃが形成されている。粉末供給路１２ｃは、ヘッド本体１２ｅの先端において開口する。ヘッド本体１２ｅの先端では、粉末供給路１２ｃの開口が中空１２ｂの開口の周囲に配置される。粉末供給路１２ｃは、配管等を介して粉末供給機１８に接続されている。粉末供給機１８は、金属粉９２を粉末供給路１２ｃに供給する。そうすると、金属粉９２は、粉末供給路１２ｃを通って、ヘッド本体１２ｅの先端における粉末供給路１２ｃの開口から噴出される。金属粉９２が噴射される噴射箇所は、レーザビーム９１の集光スポットが形成される箇所である。そのため、噴出された金属粉９２は、レーザビーム９１の集光スポットにおいてレーザビーム９１によって加熱・溶融される。これにより、溶融池８５が補修部位８４に形成される。

【0019】

金属粉９２は、鉄鋼、ステンレス鋼その他の金属材料からなる。中でも、オーステナイト系ステンレス鋼材が好ましい。オーステナイト系ステンレス鋼材は、耐食性および加工硬化特性に優れている。さらにその中でも、補修部位であるオーステナイト系ステンレス鋳鋼よりも炭素含有率が小さいオーステナイト系ステンレス鋼材であることが好ましく、特に、炭素含有率が０．０３％以下の低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼材が好ましい。金属粉９２を低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼材とすることで、金属粉９２中または基材であるインペラ８０中のクロムと反応可能な炭素が少なくなるため、クロム欠乏領域の発生を抑制でき、結果、インペラ８０の補修部位の耐食性が低下することを抑制可能となる。オーステナイト系ステンレス鋼材としては、具体的にはＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６又はＳＵＳ３１６Ｌ等が挙げられ、低炭素なオーステナイト系ステンレス鋼材としては、ＳＵＳ３１６Ｌ等が挙げられる。

【0020】

ヘッド本体１２ｅの内部には、ガス供給路１２ｄが形成されている。ガス供給路１２ｄは、ヘッド本体１２ｅの先端において開口する。ヘッド本体１２ｅの先端では、ガス供給路１２ｄの開口が粉末供給路１２ｃの開口の周囲に配置される。ガス供給路１２ｄは、配管等を介してシールドガス供給機１９に接続されている。シールドガス供給機１９は、シールドガス９３をガス供給路１２ｄに供給する。そうすると、シールドガス９３は、ガス供給路１２ｄを通って、ヘッド本体１２ｅの先端におけるガス供給路１２ｄの開口から噴出される。噴出されたシールドガス９３は、溶融池８５の周囲のインペラ８０の表面に吹き付けられる。噴出されたシールドガス９３は、周辺の空気から溶融池８５を遮蔽して、溶融池８５の溶融金属の酸化或いは窒化等の反応を抑制する。シールドガス９３はアルゴンガス等の不活性ガスである。

【0021】

ヘッド１２は、移動機構１７に取り付けられている。
移動機構１７は、例えばマニピュレータ又はＸＹＺ走査機構である。この移動機構１７は、ヘッド１２の先端１２ａを補修部位８４の表面形状に沿わせるようにして、インペラ８０に対して相対的にヘッド１２を移動させる。移動機構１７がヘッド１２を移動させることによって、レーザビーム９１の照射箇所及び金属粉９２の噴射箇所が補修部位８４の表面形状に沿って変位する。これにより、溶融池８５の形成位置が補修部位８４の表面形状に沿って変位する。レーザビーム９１の通過後に溶融池８５が凝固して、溶融池８５が溶接ビード８６になる。

【0022】

非接触式温度センサ１６は、溶融池８５の温度を検出するための部材である。非接触式温度センサ１６は、レーザビーム９１の照射箇所及び金属粉９２の噴射箇所から離れた位置においてレーザビーム９１の照射箇所及び金属粉９２の噴射箇所に向けられた状態となって、移動機構１７に取り付けられている。非接触式温度センサ１６は、移動機構１７によって、インペラ８０に対して相対的にヘッド１２と一緒に移動する。これにより、溶融池８５の形成位置が変位しても、非接触式温度センサ１６が溶融池８５から離れた位置から溶融池８５の温度を検出する。非接触式温度センサ１６は、配線等を介して制御装置２０に接続されている。非接触式温度センサ１６は、検出された温度に応じた信号を制御装置２０に出力する。

【0023】

制御装置２０は、インターフェース回路、駆動回路及びコンピューター等を有する。制御装置２０は、配線等を介してレーザドライバ１５、非接触式温度センサ１６、粉末供給機１８、シールドガス供給機１９に接続されている。

【0024】

制御装置２０は、非接触式温度センサ１６によって出力された信号が入力されることにより、非接触式温度センサ１６によって検出された溶融池８５の温度を周期的に取得する。制御装置２０は、非接触式温度センサ１６によって検出された温度に基づいてレーザドライバ１５の出力をフィードバック制御することによって、溶融池８５の温度を一定の設定温度に維持するように、レーザ光源１２ｆによって出射されるレーザビーム９１の強度を調整する。

【0025】

制御装置２０は、粉末供給機１８を制御して、粉末供給機１８を作動させたり、停止させたり、粉末供給機１８が単位時間当たりに供給する粉末供給量を調整したりする。

【0026】

制御装置２０は、シールドガス供給機１９を制御して、シールドガス供給機１９を作動させたり、シールドガス供給機１９を停止させたり、シールドガス供給機１９が供給するシールドガス９３の供給流量又は供給圧を調整したりする。

【0027】

制御装置２０は、コンピューターの記憶装置に記録された経路プログラムに従って移動機構１７を制御して、ヘッド１２の先端１２ａが経路プログラムに設定された経路をなぞるようなヘッド１２及び非接触式温度センサ１６の移動を移動機構１７に行わせる。なお、操縦器が制御装置２０に接続され、作業者が操縦器を操作することによって制御装置２０が操縦器の出力信号に従って移動機構１７を制御し、ヘッド１２及び非接触式温度センサ１６の移動を移動機構１７に行わせてもよい。

【0028】

２． 補修方法
図３（ａ）～図３（ｅ）、図４及び図５を参照して、インペラ８０の補修方法について説明する。この例では、インペラ８０に損傷部８１が発生しているとする。ここで、図３（ａ）～図３（ｅ）は、インペラ８０の損傷部８１の周辺の断面の状態を工程順に示した工程図である。図４及び図５は、制御装置２０の処理のフローチャートである。

【0029】

（１） 開先加工工程
作業者は、インペラ８０を切削加工機にセットする。切削加工機は、インペラ８０の表面に生じた凹み又は亀裂等の損傷部８１の周辺部８２（図３（ａ））を取り除き、図３（ｂ）に示すように開先８３を形成する。ここで、開先８３の形状は、開先８３の底８３ａに向かって窄まった四角錐台型である。インペラ８０の表面から開先８３の底８３ａに向かう斜面８３ｂの勾配αは、例えば、底８３ａに対して３０°又は４５°である。

【0030】

（２） レーザメタルデポジション工程
開先加工後、作業者がインペラ８０をＬＭＤ装置１０のホルダ１１に装着する。そして、ＬＭＤ装置１０が始動する。そうすると、制御装置２０は、ヘッド１２及び非接触式温度センサ１６をインペラ８０の開先８３の近傍にまで移動させることと、ヘッド１２の先端１２ａ及び非接触式温度センサ１６を開先８３の底８３ａに向けることを移動機構１７に行わせる（ステップＳ１）。

【0031】

その後、制御装置２０は、単位時間当たり一定の量の金属粉９２の供給を粉末供給機１８に行わせる（ステップＳ２）。また、制御装置２０は、シールドガス９３の供給をシールドガス供給機１９に行わせる（ステップＳ３）。ステップ２及びステップ３の処理を同時に実行することにより、金属粉９２及びシールドガス９３は、ヘッド１２の先端１２ａから開先８３内のインペラ８０の表面に向けて噴出される。

【0032】

また、制御装置２０は、レーザ光源１２ｆの駆動をレーザドライバ１５に行わせる（ステップＳ４）。そうすると、レーザ光源１２ｆが点灯してレーザビーム９１を出射して、レーザビーム９１がヘッド１２の先端１２ａから開先８３内のインペラ８０の表面に向けて照射される。その結果、図２に示すように、噴射された金属粉９２がレーザビーム９１によって加熱及び溶融されて、金属粉９２が溶融した溶融池８５が開先８３内のインペラ８０の表面に形成される。

【0033】

レーザビーム９１の照射中、制御装置２０は、非接触式温度センサ１６によって検出された溶融池８５の温度に基づいてレーザドライバ１５の出力をフィードバック制御して、溶融池８５の温度を一定の設定温度に維持するようにレーザビーム９１の強度を調整する（ステップＳ５）。

【0034】

図５は、フィードバック制御の具体的な処理の流れを示したチャートである。まず、制御装置２０は、非接触式温度センサ１６によって検出された溶融池８５の温度を取得する（ステップＳ５１）。次に、制御装置２０は、非接触式温度センサ１６によって検出された温度を所定の設定温度と比較する（ステップＳ５２）。
比較の結果、制御装置２０は、非接触式温度センサ１６によって検出された温度が設定温度を超えていると判断した場合、レーザドライバ１５がレーザ光源１２ｆに供給する出力を低下させる（ステップＳ５３）。これにより、レーザビーム９１の強度が低下するため、溶融池８５の温度も低下する。
一方、比較の結果、制御装置２０は、非接触式温度センサ１６によって検出された溶融池８５の温度が設定温度で未満であると判断した場合、レーザドライバ１５がレーザ光源１２ｆに供給する出力を上昇させる（ステップＳ５４）。これにより、レーザビーム９１の強度が増大し、溶融池８５の温度も上昇する。
なお、比較の結果、制御装置２０は、非接触式温度センサ１６によって検出された溶融池８５の温度が設定温度に等しいと判断した場合、レーザドライバ１５の出力を変更せずに維持する（ステップＳ５５）。

【0035】

以後、制御装置２０は、非接触式温度センサ１６によって検出された温度を周期的に取得する（ステップＳ５１）。そして、制御装置２０は、非接触式温度センサ１６によって検出された溶融池８５の温度を取得する度に、ステップＳ５２の比較処理及びステップＳ５３、Ｓ５４又はＳ５５の調整処理を実行する。よって、溶融池８５の温度の変化に応じて、レーザビーム９１の強度が調整されるため、溶融池８５の温度が設定温度に維持される。

【0036】

制御装置２０は、フィードバック制御と並行して、移動機構１７を制御する（ステップＳ６）。具体的には、制御装置２０は、ヘッド１２の先端１２ａが経路プログラムに設定された経路をなぞるようなヘッド１２及び非接触式温度センサ１６の移動を移動機構１７に行わせる（ステップＳ６）。これにより、強度が調整されたレーザビーム９１の照射箇所及び金属粉９２の噴射箇所が変位し、溶融池８５が変位する。

【0037】

ステップＳ６におけるヘッド１２の先端１２ａ及び非接触式温度センサ１６の移動について、具体的に説明する。まず、制御装置２０は、ヘッド１２の先端１２ａ及び非接触式温度センサ１６が開先８３の底８３ａに沿うようなヘッド１２及び非接触式温度センサ１６の移動を移動機構１７に行わせる。その結果、図３（ｃ）に示すように一層目の溶接ビード層８７ａが開先８３の底８３ａに形成される。その後、制御装置２０は、ヘッド１２の先端１２ａ及び非接触式温度センサ１６が一層目の溶接ビード層８７ａから離れるようなヘッド１２及び非接触式温度センサ１６の移動を移動機構１７に行わせる。ヘッド１２の先端１２ａ及び非接触式温度センサ１６が一層目の溶接ビード層８７ａから離れる移動距離は、溶接ビード層の一層分の厚さに相当する。その後、制御装置２０は、ヘッド１２の先端１２ａ及び非接触式温度センサ１６が一層目の溶接ビード層８７ａの表面に沿うようなヘッド１２及び非接触式温度センサ１６の移動を移動機構１７に行わせる。その結果、図３（ｄ）に示すように二層目の溶接ビード層８７ｂが一層目の溶接ビード層８７ａの上に形成される。以上のように制御装置２０が移動機構１７を制御することによって、複数の溶接ビード層（図３（ｅ）に示す例では、三層の溶接ビード層８７ａ～８７ｃ）が開先８３の底８３ａから順に堆積されて、これら溶接ビード層からなる肉盛り８７が開先８３内に埋め込まれる。

【0038】

肉盛り８７の形成後、ＬＭＤ装置１０が停止する。そして、作業者がインペラ８０をＬＭＤ装置１０のホルダ１１から取り外す。

【0039】

（３） 表面処理工程
レーザメタルデポジション工程後、図３（ｆ）に示すように、研削機が肉盛り８７のうち開先８３から盛り上がった部分を研削して、肉盛り８７の表面をインペラ８０の表面と面一にする。

【0040】

３． 有利な効果
（１） 本実施形態に係る補修方法では、ヘッド１２がオーステナイト系ステンレス鋳鋼たるインペラ８０の表面の補修部位８４に対してレーザビーム９１を照射するとともに金属粉９２を噴射し、非接触式温度センサ１６がレーザビーム９１により溶融された金属粉９２の溶融池８５の温度を検出し、制御装置２０が非接触式温度センサ１６により検出された溶融池８５の温度に基づいてレーザビーム９１の強度を調整し、移動機構１７がレーザビーム９１の照射箇所及び金属粉９２の噴射箇所を補修部位８４の形状に沿って移動させる。レーザビーム９１の照射箇所及び金属粉９２の噴射箇所の移動に伴い、直前に形成された溶融池８５は冷却されて凝固し、次の溶融池８５が形成される。つまり、時間の経過とともに、溶融池８５の位置は移動する。
レーザビーム９１の照射により形成された溶融池８５は、溶接肉盛りにより形成された溶融池よりもスポットサイズが小さく溶融深さが浅いため、比較的速やかに冷却される。それゆえ、直前に形成された溶融池８５の温度に基づいてレーザビーム９１の強度を調整することで、過度の熱エネルギーが補修部位周辺のオーステナイトステンレス鋳鋼からなるインペラ８０に滞留することを防ぐことができる。こうして、補修部位周辺のオーステナイト系ステンレス鋳鋼からなるインペラ８０が、５００℃以上の高温状態で保持されないように調整することができるため、インペラ８０の耐食性が低下することを抑制可能となる。また、過度の熱エネルギーが補修部位周辺に加わらないようにすることにより、インペラ８０が受ける熱影響が大きくならないため、インペラ８０の熱変形も抑制可能となる。
更に、溶融池８５の温度に基づいてレーザビーム９１の強度が調整されることにより、溶融池８５の温度が低くなりすぎることを防ぐことができるため、レーザビーム９１の照射箇所の変位速度に関わらず、金属粉９２が適切な温度で溶融する上、溶融池８５と母材との間の界面近傍において母材が適度に溶融する。よって、肉盛り８７が良好に形成される。
レーザビーム９１の照射箇所及び金属粉９２の噴射箇所の移動により溶融池８５が移動するところ、溶融池８５は何れの位置でも一定の温度に保たれるように調整することもできる。この場合、形成される肉盛り８７はどの部分でも均一な熱的影響を受けて、均一な性質及び組織になりやすい。例えば、肉盛り８７は局部的な析出或いは欠陥が発生しにくい。
形成される肉盛り８７はオーステナイト系ステンレス鋼材であり、インペラ８０もオーステナイト系ステンレス鋳鋼であるため、肉盛り８７とインペラ８０の親和性が高い。よって、肉盛り８７とインペラ８０の接合強度が高い。

【0041】

（２） 本実施形態に係る補修方法では、非接触式温度センサ１６により検出された溶融池９５の温度が設定温度に等しい場合、制御装置２０がレーザビーム９１の強度を維持するようレーザドライバ１５の出力を調整することで、レーザビーム９１の強度を調整する。非接触式温度センサ１６により検出された溶融池９５の温度が設定温度を超える場合、制御装置２０がレーザビーム９１の強度を低下させるようレーザドライバ１５の出力を調整することで、レーザビーム９１の強度を調整する。非接触式温度センサ１６により検出された溶融池９５の温度が設定温度未満である場合、制御装置２０がレーザビーム９１の強度を増大させるようレーザドライバ１５の出力を調整することで、レーザビーム９１の強度を調整する。
そのため、溶融池８５の温度が設定温度から変化しても、レーザビーム９１の強度の調整により溶融池８５の温度が設定温度に元に戻る。このようにして、溶融池８５の温度は一定に維持される。

【0042】

（３） 本実施形態に係る補修方法では、インペラ８０の表面に生じた損傷部８１の周辺の部分が除去されて、補修部位８４としての四角錐台型の開先８３がインペラ８０の表面に形成される。
損傷部８１の周辺部８２を取り除いたため、レーザビーム９１を開先８３内の表面に照射しやすい。よって、レーザメタルデポジション法による補修を容易に行える。
開先８３が四角錐台型であることから、開先８３の底８３ａが平坦である。そのため、溶融池８５の溶融金属が開先８３の底８３ａに濡れやすい。よって、肉盛り８７と開先８３の底８３ａとの間の界面にボイドが生じにくく、良好な肉盛り８７が形成される。
開先８３が四角錐台型であることから、開先８３の底８３ａと斜面８３ｂによって挟まれる角が鈍角となる。そのため、溶融池８５の溶融金属がその角に入り込みやすい。よって、その角にボイドが生じにくく、良好な肉盛り８７が形成される。

【0043】

（４） 本実施形態に係る補修方法では、一例として、開先８３の斜面８３ｂの勾配αが２０°～７０°である。
勾配αが２０°以上であることにより、インペラ８０の表面における開先８３の開口面積が大きくなり過ぎず、加熱範囲が狭くなる。よって、インペラ８０への入熱量が少なく、インペラ８０の熱変形が抑えられる。また、勾配αが７０°以下、好ましくは４５°以下であることにより、溶融地８５の溶融金属が、開先８３の底８３ａと斜面８３ｂによって挟まれる角に入り込みやすくなり、ボイドがより生じにくくなるため、良好な肉盛り８７が形成される。

【0044】

（５） 本実施形態に係る補修方法では、一例として、金属粉９２がオーステナイト系ステンレス鋼材である。よって、肉盛り８７とインペラ８０の親和性が高く、肉盛り８７とインペラ８０の接合強度が高い。

【0045】

（６） 本実施形態にかかる補修方法では、一例として、金属粉９２は、補修部位であるオーステナイト系ステンレス鋳鋼よりも炭素含有率が小さいオーステナイト系ステンレス鋼材である。
金属粉９２中の炭素含有率が補修部位であるオーステナイト系ステンレス鋳鋼の炭素含有率よりも少ないことにより、仮に、補修部位周辺のオーステナイト系ステンレス鋳鋼が高温状態になったとしても、オーステナイト系ステンレス鋳鋼中のクロムと反応可能な炭素が少ないため、クロム欠乏領域の発生を抑制でき、結果、インペラ８０の耐食性が低下すること抑制可能となる。
（７） 本実施形態にかかる補修方法では、一例として、金属粉９２は、炭素含有率が０．０３％以下であるオーステナイト系ステンレス鋼材である。
金属粉９２中の炭素含有率が０．０３％以下であることにより、仮に、補修部位周辺のオーステナイト系ステンレス鋳鋼が高温状態になったとしても、オーステナイト系ステンレス鋳鋼中のクロムと反応可能な炭素が少ないため、クロム欠乏領域の発生を抑制でき、結果、インペラ８０の耐食性が低下すること抑制可能となる。

【0046】

４． 変形例
上記実施形態では、損傷部８１が小さいため、損傷部８１の周辺部８２を取り除いて開先８３をインペラ８０に形成した。それに対して、凹状の損傷部８１が大きく、損傷部８１内のインペラ８０の表面が滑らかであれば、開先８３を形成しなくてもよい。この場合、損傷部８１が補修部位８４に相当する。また、レーザビーム９１の照射中、制御装置２０が経路プログラムに従って移動機構１７を制御し、損傷部８１の表面形状に沿ってヘッド１２の先端１２ａ及び非接触式温度センサ１６の移動を移動機構１７に行わせる。

【0047】

また、上記実施形態では、開先８３を四角錐台型に形成した。それに対して、開先８３を他の形状（例えば、半球型、半楕円体型、円錐台型）に形成してもよい。

【符号の説明】

【0048】

８０…インペラ（オーステナイト系ステンレス鋳鋼）
８１…損傷部
８２…周辺部
８３…開先
８３ａ…開先の底
８４…補修部位
８５…溶融池
８７…肉盛り
９１…レーザビーム
９２…金属粉

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】