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(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】P2024027367
(43)【公開日】2024-03-01
(54)【発明の名称】肉盛溶接方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/04 20060101AFI20240222BHJP
B23K 9/235 20060101ALI20240222BHJP
C22C 19/05 20060101ALI20240222BHJP
C22C 38/48 20060101ALI20240222BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20240222BHJP
C22C 38/44 20060101ALN20240222BHJP
B23K 35/30 20060101ALN20240222BHJP
【ＦＩ】
B23K9/04 N
B23K9/235 A
B23K9/04 J
C22C19/05 B
C22C38/48
C22C38/00 302Z
C22C38/44
B23K35/30 340A
B23K35/30 340M
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022130111
(22)【出願日】2022-08-17
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】益山 大智
(72)【発明者】
【氏名】鴨 和彦
(72)【発明者】
【氏名】石原 幹久
(72)【発明者】
【氏名】熊谷 俊秀
(72)【発明者】
【氏名】榊原 紀幸
【テーマコード（参考）】
4E001
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB07
4E001BB11
4E001CB05
4E001CC01
4E001DB03
4E001DB05
4E001DD02
4E001EA05
(57)【要約】
【課題】コバルト基合金からなる溶接層の補修溶接で形成される補修溶接部の希釈率の低下を抑制することができる肉盛溶接方法を提供する。
【解決手段】鋼材と、鋼材上に形成されたコバルト基合金からなる肉盛溶接部と、を備える部材に肉盛溶接する方法であって、溶接用トーチと肉盛溶接部との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部の表面を溶融して溶融池を形成し、鋼材の共金系溶接材料と、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料と、を同時に、溶融池に挿入させる。
【選択図】図１
【解決手段】鋼材と、鋼材上に形成されたコバルト基合金からなる肉盛溶接部と、を備える部材に肉盛溶接する方法であって、溶接用トーチと肉盛溶接部との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部の表面を溶融して溶融池を形成し、鋼材の共金系溶接材料と、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料と、を同時に、溶融池に挿入させる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼材と、前記鋼材上に形成されたコバルト基合金からなる肉盛溶接部と、
を備える部材に肉盛溶接する方法であって、
溶接用トーチと前記肉盛溶接部との間にアークを発生させ、
前記アークにより前記肉盛溶接部の表面を溶融して溶融池を形成し、
前記鋼材の共金系溶接材料と、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料と、を同時に、前記溶融池に挿入させる、肉盛溶接方法。
を備える部材に肉盛溶接する方法であって、
溶接用トーチと前記肉盛溶接部との間にアークを発生させ、
前記アークにより前記肉盛溶接部の表面を溶融して溶融池を形成し、
前記鋼材の共金系溶接材料と、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料と、を同時に、前記溶融池に挿入させる、肉盛溶接方法。
【請求項2】
前記共金系溶接材料の形状が棒状またはワイヤ状であり、前記コバルト基合金溶接材料の形状が棒状またはワイヤ状である、請求項１に記載の肉盛溶接方法。
【請求項3】
前記コバルト基合金溶接材料の直径と、前記共金系溶接材料の直径との比が７０：３０～６０：４０である、請求項２に記載の肉盛溶接方法。
【請求項4】
前記共金系溶接材料が前記コバルト基合金溶接材料と接触した状態で、前記溶融池に挿入させる、請求項１に記載の肉盛溶接方法。
【請求項5】
前記共金系溶接材料と前記コバルト基合金溶接材料とを、前記鋼材の厚さ方向に沿って、前記溶融池の表面から前記共金系溶接材料の中心までの距離と、前記溶融池の表面から前記コバルト基合金溶接材料の中心までの距離がほぼ等しくなるように、前記溶融池に挿入させる、請求項４に記載の肉盛溶接方法。
【請求項6】
前記溶融池を形成予定の領域を２００℃～３００℃で加熱する、請求項１に記載の肉盛溶接方法。
【請求項7】
前記領域が、前記肉盛溶接部の一部を前記鋼材が露出しないように除去した領域である、請求項６に記載の肉盛溶接方法。
【請求項8】
前記コバルト基合金溶接材料が、前記肉盛溶接部の形成に用いられた材料と同じである、請求項１に記載の肉盛溶接方法。
【請求項9】
前記鋼材が９Ｃｒ系ステンレス鋼または１２Ｃｒ系ステンレス鋼である、請求項１に記載の肉盛溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、肉盛溶接方法に関する。
【背景技術】
【0002】
鋼材の表面硬化処理を行う方法として、硬質材料を用いた肉盛溶接を行う方法がある。
【0003】
特許文献１には、弁棒との摺動面を有する軸受けを備える弁装置であって、前記軸受けは前記弁棒との摺動面に耐熱コバルト基合金からなるプラズマ粉体肉盛溶接層が形成され、当該溶接層は、前記軸受けの表面に形成された、希釈率が５～２５％の第１の溶接層と、前記第１の溶接層の上に形成された、希釈率が前記第１の溶接層の希釈率の５０％以下である第２の溶接層とを備えることを特徴とする弁装置が開示されている。
【0004】
特許文献２には、所定長の金属製の中空パイプ内に硬質粒子を充填して該中空パイプの両端を閉鎖し、上記中空パイプを金属製の母材上に横向きに載置し、上記中空パイプの上方に溶接用トーチを近接させて、その電極と上記中空パイプとの間にアークを発生させ、該アークにより上記中空パイプと上記母材の表面を溶融して溶融池を形成し、上記中空パイプの溶融により未溶融の上記硬質粒子を、上記中空パイプの内部から上記溶融池内に流出させ、上記溶接トーチを上記中空パイプに沿って移動させることにより、上記母材の表面において、上記溶接トーチの移動軌跡に沿う硬化肉盛層を形成することを特徴とする硬化肉盛の形成方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第２００８／１１１１５０号
【特許文献2】特開２０１８－１１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
蒸気タービン等の主要弁内臓品の摺動面、接触面に対しては、より硬い材質であるコバルト基合金（ステライト等）を肉盛溶接することで、耐摩耗性向上を図っている。肉盛溶接部は時効硬化による割れ抑制のため、希釈率（母材の成分がどの程度溶接金属へ溶け込んだかを示すパラメータ）を管理することが必要となっている。希釈率管理は、肉盛溶接部の補修溶接にも適用されるが、肉盛溶接部はコバルト基合金であり、コバルト基合金が溶融されて母材は溶融されない。このため、肉盛溶接部の補修では母材との希釈がなく、希釈率を規定の範囲とすることが難しかった。特許文献１及び２の肉盛溶接方法は、溶接される素材（母材）へ溶接する方法が開示されており、母材が直接溶融する。しかし、コバルト基合金からなる溶接層を補修溶接する場合、母材（鋼材）を直接溶融しないので、補修溶接部の希釈率が低下し、補修溶接部の割れを抑制できない可能性があった。
【0007】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、コバルト基合金からなる溶接層の補修溶接で形成される補修溶接部で不足する成分（例えばＦｅ）を溶接材料に添加し、希釈率の低下を抑制することができる肉盛溶接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】
【0008】
本開示に係る鋼材と、前記鋼材上に形成されたコバルト基合金からなる肉盛溶接部と、
を備える部材に肉盛溶接する方法であって、溶接用トーチと前記肉盛溶接部との間にアークを発生させ、前記アークにより前記肉盛溶接部の表面を溶融して溶融池を形成し、前記鋼材の共金系溶接材料と、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料と、を同時に、前記溶融池に挿入させる。
を備える部材に肉盛溶接する方法であって、溶接用トーチと前記肉盛溶接部との間にアークを発生させ、前記アークにより前記肉盛溶接部の表面を溶融して溶融池を形成し、前記鋼材の共金系溶接材料と、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料と、を同時に、前記溶融池に挿入させる。
【発明の効果】
【0009】
本開示に係る肉盛溶接方法によれば、コバルト基合金の補修溶接で形成される補修溶接部の希釈率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１実施形態の肉盛溶接方法における除去領域の近傍を拡大した斜視図である。
【図2】第１実施形態の肉盛溶接方法における溶融池近傍を拡大した断面図である。
【図3】第２実施形態の肉盛溶接方法における溶融池近傍を拡大した断面図である。
【図4】比較例１の除去領域の近傍を拡大した断面図である。
【図5】比較例２の除去領域の近傍を拡大した断面図である。
【図6】比較例３の除去領域の近傍を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
＜第１実施形態＞
以下、本開示の肉盛溶接方法について説明する。第１実施形態の肉盛溶接方法における除去領域の近傍を拡大した斜視図である。
本開示の肉盛溶接方法は、鋼材１１と、鋼材１１上に形成されたコバルト基合金からなる肉盛溶接部１２と、を備える部材１０に肉盛溶接する方法であって、溶接用トーチ５０と肉盛溶接部１２との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池を形成し、鋼材１１の共金系溶接材料２１と、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料２２と、を同時に、前記溶融池に挿入させる。ここで希釈率とは、溶接金属にどの程度鋼材の成分が溶け込んだかを示すパラメータであり、一般的には溶接した金属の全量をＡ、鋼材へ溶け込んでいる溶接金属の量をＢとすると、Ｂ／Ａ×１００（％）で求められる値をいう。しかし、上記式を適用する場合、溶接金属を切断しなければならない。実製品の切断は不可であることから、本開示における希釈率は、鋼材中の少なくとも１つの成分Ｘ(例えばＦｅ値)に対する溶接金属中の少なくとも１つの成分Ｙ（例えばＦｅ値）の割合を百分率で求めた値であり、Ｙ／Ｘ×１００（％）で求められる。なお、本開示における溶接金属とは、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２が溶融して溶接された補修溶接部の金属をいう。以下、第1実施形態の肉盛溶接方法について説明する。
以下、本開示の肉盛溶接方法について説明する。第１実施形態の肉盛溶接方法における除去領域の近傍を拡大した斜視図である。
本開示の肉盛溶接方法は、鋼材１１と、鋼材１１上に形成されたコバルト基合金からなる肉盛溶接部１２と、を備える部材１０に肉盛溶接する方法であって、溶接用トーチ５０と肉盛溶接部１２との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池を形成し、鋼材１１の共金系溶接材料２１と、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料２２と、を同時に、前記溶融池に挿入させる。ここで希釈率とは、溶接金属にどの程度鋼材の成分が溶け込んだかを示すパラメータであり、一般的には溶接した金属の全量をＡ、鋼材へ溶け込んでいる溶接金属の量をＢとすると、Ｂ／Ａ×１００（％）で求められる値をいう。しかし、上記式を適用する場合、溶接金属を切断しなければならない。実製品の切断は不可であることから、本開示における希釈率は、鋼材中の少なくとも１つの成分Ｘ(例えばＦｅ値)に対する溶接金属中の少なくとも１つの成分Ｙ（例えばＦｅ値）の割合を百分率で求めた値であり、Ｙ／Ｘ×１００（％）で求められる。なお、本開示における溶接金属とは、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２が溶融して溶接された補修溶接部の金属をいう。以下、第1実施形態の肉盛溶接方法について説明する。
【0012】
（部材１０）
部材１０は、鋼材１１と、鋼材１１上に形成されたコバルト基合金からなる肉盛溶接部１２と、を備える。
部材１０は、鋼材１１と、鋼材１１上に形成されたコバルト基合金からなる肉盛溶接部１２と、を備える。
【0013】
（鋼材）
鋼材１１は、９Ｃｒ系ステンレス鋼、１２Ｃｒ系ステンレス鋼などを用いることができる。９Ｃｒ系ステンレス鋼の化学組成としては、例えば、Ｃ：０．０６～０．１２質量％、Ｓｉ：０．２～０．５質量％、Ｍｎ：０．３～０．６質量％、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、Ｎｉ：０．４質量％以下、Ｃｒ：８．０～９．５質量％、Ｍｏ：０．８５～１．０５質量％、残部：Ｆｅおよび不純物である。１２Ｃｒ系ステンレス鋼の化学組成としては、例えば、Ｃ：０．０６～０．１３質量％、Ｓｉ：０．５質量％以下、Ｍｎ：０．６質量％以下、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０４質量％以下、Ｎｉ：０．５質量％以下、Ｃｒ：１２．０～１３．５質量％、Ｍｏ：０．６質量％以下、残部：Ｆｅおよび不純物である。
鋼材１１は、９Ｃｒ系ステンレス鋼、１２Ｃｒ系ステンレス鋼などを用いることができる。９Ｃｒ系ステンレス鋼の化学組成としては、例えば、Ｃ：０．０６～０．１２質量％、Ｓｉ：０．２～０．５質量％、Ｍｎ：０．３～０．６質量％、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、Ｎｉ：０．４質量％以下、Ｃｒ：８．０～９．５質量％、Ｍｏ：０．８５～１．０５質量％、残部：Ｆｅおよび不純物である。１２Ｃｒ系ステンレス鋼の化学組成としては、例えば、Ｃ：０．０６～０．１３質量％、Ｓｉ：０．５質量％以下、Ｍｎ：０．６質量％以下、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０４質量％以下、Ｎｉ：０．５質量％以下、Ｃｒ：１２．０～１３．５質量％、Ｍｏ：０．６質量％以下、残部：Ｆｅおよび不純物である。
【0014】
（肉盛溶接部）
肉盛溶接部１２は、コバルト基合金からなる。肉盛溶接部１２は、溶接中に溶融した金属が凝固した部分であり、肉盛溶接部１２には熱影響部（鋼材１１と肉盛溶接部１２の間で入熱のある部分）は含まれない。ここでコバルト基合金とは、コバルトを５０質量％以上含有する合金である。肉盛溶接部１２は、例えば、鋼材１１に対し、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料２２を用いて肉盛溶接を行って形成した溶接部である。肉盛溶接部１２は鋼材１１よりも硬質であることが好ましい。
肉盛溶接部１２は、コバルト基合金からなる。肉盛溶接部１２は、溶接中に溶融した金属が凝固した部分であり、肉盛溶接部１２には熱影響部（鋼材１１と肉盛溶接部１２の間で入熱のある部分）は含まれない。ここでコバルト基合金とは、コバルトを５０質量％以上含有する合金である。肉盛溶接部１２は、例えば、鋼材１１に対し、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料２２を用いて肉盛溶接を行って形成した溶接部である。肉盛溶接部１２は鋼材１１よりも硬質であることが好ましい。
【0015】
（溶融池形成領域）
溶融池を形成する予定の領域（溶融池形成領域）は、肉盛溶接部１２上にある。溶融池形成領域は、例えば、肉盛溶接部１２の一部を鋼材が露出しないように除去した領域であることが好ましい。具体的には、溶融池形成領域は、肉盛溶接部１２の欠陥がある箇所をカッターなどで除去した後の除去領域１５である。
溶融池を形成する予定の領域（溶融池形成領域）は、肉盛溶接部１２上にある。溶融池形成領域は、例えば、肉盛溶接部１２の一部を鋼材が露出しないように除去した領域であることが好ましい。具体的には、溶融池形成領域は、肉盛溶接部１２の欠陥がある箇所をカッターなどで除去した後の除去領域１５である。
【0016】
（共金系溶接材料）
共金系溶接材料２１は、鋼材１１の化学成分と同一またはほぼ同等の化学成分を有する。鋼材１１が９Ｃｒ系ステンレス鋼であれば、鋼材１１の９Ｃｒ系ステンレス鋼の化学成分と同一またはほぼ同等の化学成分を有する溶接材料を用いる。
共金系溶接材料２１は、鋼材１１の化学成分と同一またはほぼ同等の化学成分を有する。鋼材１１が９Ｃｒ系ステンレス鋼であれば、鋼材１１の９Ｃｒ系ステンレス鋼の化学成分と同一またはほぼ同等の化学成分を有する溶接材料を用いる。
【0017】
共金系溶接材料２１の形状は特に限定されず、例えば、棒状、ワイヤ状である。共金系溶接材料２１としては、棒状であることが好ましい。共金系溶接材料２１が棒状またはワイヤ状である場合、共金系溶接材料２１の直径ｄ１は特に限定されない。共金系溶接材料２１の直径ｄ１は、目的に応じて適宜選択することができる。
【0018】
（コバルト基合金溶接材料２２）
コバルト基合金溶接材料２２は、コバルト基合金からなる。コバルト基合金は全質量に対し、コバルトの含有量が５０質量％以上である合金をいう。コバルト基合金溶接材料２２としては、ステライト（登録商標）、トリバロイ（登録商標）などを用いることができる。ステライトとしては、ステライト１（Ｃｒ：３１質量％、Ｗ：１３質量％、Ｃ：２．３質量％、Ｓｉ：１．３質量％、残部：Ｃｏ）、ステライト６（Ｃｒ：２８．５質量％、Ｗ：４．５質量％、Ｃ：１．１質量％、Ｓｉ：１．２質量％、残部：Ｃｏ）、ステライト１２（Ｃｒ：２８．５質量％、Ｗ：７．７質量％、Ｃ：１．４質量％、Ｓｉ：１．２質量％、残部：Ｃｏ）、ステライト２０（Ｃｒ：３５質量％、Ｗ：１８質量％、Ｃ：３．２質量％、Ｓｉ：０．６質量％、残部：Ｃｏ）、ステライト２１（Ｃｒ：２６質量％、Ｃ：０．２２質量％、Ｎｉ：３質量％、Ｍｏ：５．８質量％、Ｓｉ：１．２質量％、残部：Ｃｏ）、ステライト３２（Ｃｒ：２６質量％、Ｗ：１３質量％、Ｃ：１．９５質量％、Ｓｉ：１．２質量％、残部：Ｃｏ）などが挙げられる。コバルト基合金溶接材料２２は、肉盛溶接部１２の形成に用いられた材料（溶接材料）と同じであることが好ましい。
コバルト基合金溶接材料２２は、コバルト基合金からなる。コバルト基合金は全質量に対し、コバルトの含有量が５０質量％以上である合金をいう。コバルト基合金溶接材料２２としては、ステライト（登録商標）、トリバロイ（登録商標）などを用いることができる。ステライトとしては、ステライト１（Ｃｒ：３１質量％、Ｗ：１３質量％、Ｃ：２．３質量％、Ｓｉ：１．３質量％、残部：Ｃｏ）、ステライト６（Ｃｒ：２８．５質量％、Ｗ：４．５質量％、Ｃ：１．１質量％、Ｓｉ：１．２質量％、残部：Ｃｏ）、ステライト１２（Ｃｒ：２８．５質量％、Ｗ：７．７質量％、Ｃ：１．４質量％、Ｓｉ：１．２質量％、残部：Ｃｏ）、ステライト２０（Ｃｒ：３５質量％、Ｗ：１８質量％、Ｃ：３．２質量％、Ｓｉ：０．６質量％、残部：Ｃｏ）、ステライト２１（Ｃｒ：２６質量％、Ｃ：０．２２質量％、Ｎｉ：３質量％、Ｍｏ：５．８質量％、Ｓｉ：１．２質量％、残部：Ｃｏ）、ステライト３２（Ｃｒ：２６質量％、Ｗ：１３質量％、Ｃ：１．９５質量％、Ｓｉ：１．２質量％、残部：Ｃｏ）などが挙げられる。コバルト基合金溶接材料２２は、肉盛溶接部１２の形成に用いられた材料（溶接材料）と同じであることが好ましい。
【0019】
コバルト基合金溶接材料２２の形状は特に限定されず、例えば、棒状またはワイヤ状である。コバルト基合金溶接材料２２としては、棒状であることが好ましい。コバルト基合金溶接材料２２が棒状またはワイヤ状である場合、コバルト基合金溶接材料２２の直径ｄ２は特に限定されない。コバルト基合金溶接材料２２の直径ｄ２は、目的に応じて適宜選択することができる。
【0020】
コバルト基合金溶接材料２２の直径ｄ２と共金系溶接材料２１の直径ｄ１の比（ｄ２：ｄ１）は、７０：３０～６０：４０であることが好ましい。より好ましくは、コバルト基合金溶接材料２２の直径ｄ２と共金系溶接材料２１の直径ｄ１の比が６５：３５～６０：４０である。コバルト基合金溶接材料２２の直径ｄ２と共金系溶接材料２１の直径ｄ１の比を上記の範囲にすることで、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。
【0021】
（溶接用トーチ５０）
溶接用トーチ５０は、先端が開口したノズル５２とノズル５２の中心軸に配置された電極５１を備える。溶接用トーチ５０は、ＴＩＧ（ＴＵＮＧＳＴＥＮ ＩＮＥＲＴ ＧＡＳ）用溶接トーチであることが好ましい。ＴＩＧ溶接の場合、電極５１はタングステン電極である。ＴＩＧ溶接の場合、ノズル５２の内に不活性ガス（Ａｒなど）が供給される。不活性ガスを供給しながら、溶接用トーチ５０と肉盛溶接部１２との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池を形成する。
溶接用トーチ５０は、先端が開口したノズル５２とノズル５２の中心軸に配置された電極５１を備える。溶接用トーチ５０は、ＴＩＧ（ＴＵＮＧＳＴＥＮ ＩＮＥＲＴ ＧＡＳ）用溶接トーチであることが好ましい。ＴＩＧ溶接の場合、電極５１はタングステン電極である。ＴＩＧ溶接の場合、ノズル５２の内に不活性ガス（Ａｒなど）が供給される。不活性ガスを供給しながら、溶接用トーチ５０と肉盛溶接部１２との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池を形成する。
【0022】
次に、溶接条件について説明する。図２は、第１実施形態の肉盛溶接方法における溶融池近傍を拡大した断面図である。図２に示すように、溶接用トーチ５０と肉盛溶接部１２との間にアークを発生させ、発生したアークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池１３を形成し、鋼材１１の共金系溶接材料２１と、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料２２と、を同時に、溶融池１３に挿入させる。溶融池１３が凝固することで、肉盛溶接部１２の除去領域１５に補修溶接部を形成することができる。
【0023】
（予熱）
第１実施形態の肉盛溶接方法において、肉盛溶接を行う前に、部材１０の溶接予定領域（例えば、除去領域１５）付近を予熱しておくことが好ましい。予熱温度は例えば、２００℃～３００℃である。予熱を行うことで、補修溶接部および周囲母材部の割れを抑制することができる。
第１実施形態の肉盛溶接方法において、肉盛溶接を行う前に、部材１０の溶接予定領域（例えば、除去領域１５）付近を予熱しておくことが好ましい。予熱温度は例えば、２００℃～３００℃である。予熱を行うことで、補修溶接部および周囲母材部の割れを抑制することができる。
【0024】
（アーク溶接）
第１実施形態の肉盛溶接方法において、溶接方法はアークを発生させるアーク溶接であれば、特に限定されない。アーク溶接としては、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接などが挙げられる。アーク溶接としては、特にＴＩＧ溶接が好ましい。
第１実施形態の肉盛溶接方法において、溶接方法はアークを発生させるアーク溶接であれば、特に限定されない。アーク溶接としては、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接などが挙げられる。アーク溶接としては、特にＴＩＧ溶接が好ましい。
【0025】
（溶接電流）
第１実施形態に係る肉盛溶接方法の溶接電流は、肉盛溶接を行うことができれば、特に限定されない。溶接電流は、例えば、５０～１００Ａである。
第１実施形態に係る肉盛溶接方法の溶接電流は、肉盛溶接を行うことができれば、特に限定されない。溶接電流は、例えば、５０～１００Ａである。
【0026】
（不活性ガス）
第１実施形態に係る肉盛溶接方法において、不活性ガス（シールドガス）を流すことが好ましい。不活性ガスとしては、例えばＡｒである。シールドガスの流量は特に限定されない。例えば、シールドガスの流量は、８～１２Ｌ／ｍｉｎである。
第１実施形態に係る肉盛溶接方法において、不活性ガス（シールドガス）を流すことが好ましい。不活性ガスとしては、例えばＡｒである。シールドガスの流量は特に限定されない。例えば、シールドガスの流量は、８～１２Ｌ／ｍｉｎである。
【0027】
（共金系溶接材料２１およびコバルト基合金溶接材料２２の溶融池への挿入方法）
第１実施形態において、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させることが好ましい。共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させることで、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２と接触させる方法は、特に限定されない。例えば、治具を用いて、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを固定することで、共金系溶接材料２１をコバルト基合金溶接材料２２と接触させてもよい。
第１実施形態において、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させることが好ましい。共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させることで、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２と接触させる方法は、特に限定されない。例えば、治具を用いて、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを固定することで、共金系溶接材料２１をコバルト基合金溶接材料２２と接触させてもよい。
【0028】
第１実施形態において、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを、母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離がほぼ等しくなるように溶融池１３に挿入させることが好ましい。このように共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを、溶融池１３に挿入させることで、さらに補修溶接部の希釈率のばらつきを抑制することができる。
【0029】
共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを、母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離がほぼ等しくなるように溶融池１３に挿入させる方法は、特に限定されない。母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離とが等しくてもよい。例えば、以下の方法で、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを、溶融池１３に略同時に挿入させることができる。まず、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを治具などで固定することで、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態にする。次に、母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離がほぼ等しくなるように溶融池１３に挿入させる。共金系溶接材料２１の中心は、共金系溶接材料２１の長手方向に垂直な断面における中心である。共金系溶接材料２１が棒状またはワイヤ状である場合は、共金系溶接材料２１の中心は、円の中心である。同様に、コバルト基合金溶接材料２２の中心は、コバルト基合金溶接材料２２の長手方向に垂直な断面における中心である。コバルト基合金溶接材料２２が棒状またはワイヤ状である場合は、コバルト基合金溶接材料２２の中心は、円の中心である。
【0030】
溶接終了直後（補修溶接部形成後）に、ガスバーナなどで加熱（後加熱）を行ってもよい。加熱温度は例えば、３００～４００℃である。後加熱の後、部材１０をガラスクロスなどで覆うことで、徐冷することが好ましい。
【0031】
溶接終了後、または、後加熱後の徐冷後、希釈率を確認することが好ましい。希釈率は、ＰＭＩ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）検査用の蛍光Ｘ線測定装置で、補修溶接部の特定の元素（例えば、Ｆｅ）の値を測定することで、希釈率を求めることができる。希釈率は、用途に応じて適宜設定される。例えば、希釈率は、１０％以上～３０％以下である。
【0032】
（作用効果）
以上説明した第１の実施形態においては、コバルト基合金からなる肉盛溶接部の補修溶接の際に、補修溶接で形成された補修溶接部で不足する成分を溶接材料に添加し、希釈率の低下を抑制することができる。また、第１実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池に挿入させている。そのため、補修溶接部の希釈率をより抑制することができる。また、第１実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料と前記コバルト基合金溶接材料とを、母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離がほぼ等しくなるように溶融池１３に挿入させる。そのため、補修溶接部の希釈率のばらつきを抑制することができる。
以上説明した第１の実施形態においては、コバルト基合金からなる肉盛溶接部の補修溶接の際に、補修溶接で形成された補修溶接部で不足する成分を溶接材料に添加し、希釈率の低下を抑制することができる。また、第１実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池に挿入させている。そのため、補修溶接部の希釈率をより抑制することができる。また、第１実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料と前記コバルト基合金溶接材料とを、母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離がほぼ等しくなるように溶融池１３に挿入させる。そのため、補修溶接部の希釈率のばらつきを抑制することができる。
【0033】
＜第２実施形態＞
以下、本開示の肉盛溶接方法について説明する。以下、第１実施形態と異なる内容について説明し、第１実施形態の肉盛溶接方法と共通する詳しい説明は、省略する。
以下、本開示の肉盛溶接方法について説明する。以下、第１実施形態と異なる内容について説明し、第１実施形態の肉盛溶接方法と共通する詳しい説明は、省略する。
【0034】
（共金系溶接材料２１およびコバルト基合金溶接材料２２の溶融池への挿入方法）
第２実施形態の肉盛溶接方法において、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させる。共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させることで、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触させる方法は、特に限定されない。例えば、治具を用いて、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを固定することで、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触させてもよい。
第２実施形態の肉盛溶接方法において、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させる。共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させることで、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触させる方法は、特に限定されない。例えば、治具を用いて、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを固定することで、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触させてもよい。
【0035】
共金系溶接材料２１およびコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方を先に、溶融池１３に挿入させる。共金系溶接材料２１およびコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方を先に、溶融池１３に挿入させても、補修溶接部の希釈率の低下を抑制することができる。
【0036】
共金系溶接材料２１およびコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方を先に、溶融池１３に挿入させる方法は、特に限定されない。例えば、以下の方法で、共金系溶接材料２１およびコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方を先に、溶融池１３に挿入させることができる。まず、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを治具などで固定することで、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態にする。次に、母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離が異なるようにして、溶融池１３に挿入させる。
【0037】
（作用効果）
以上説明した第２の実施形態においては、コバルト基合金からなる肉盛溶接部の補修溶接の際に、補修溶接で形成された補修溶接部で不足する成分を溶接材料に添加し、希釈率の低下を抑制することができる。また、第２実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池に挿入させている。そのため、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。また、第２実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１およびコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方を先に、溶融池１３に挿入させる。このように挿入すると、共金系溶接材料２１またはコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方の溶接材料の溶ける量が多くなるため、溶接箇所の形状や希釈率に応じて、挿入方法を適宜変更することができる。どちらか一方を先に溶融池１３に挿入しても、第2実施形態に係る肉盛溶接方法によれば、補修溶接部の希釈率の低下を抑制することができる。
以上説明した第２の実施形態においては、コバルト基合金からなる肉盛溶接部の補修溶接の際に、補修溶接で形成された補修溶接部で不足する成分を溶接材料に添加し、希釈率の低下を抑制することができる。また、第２実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池に挿入させている。そのため、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。また、第２実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１およびコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方を先に、溶融池１３に挿入させる。このように挿入すると、共金系溶接材料２１またはコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方の溶接材料の溶ける量が多くなるため、溶接箇所の形状や希釈率に応じて、挿入方法を適宜変更することができる。どちらか一方を先に溶融池１３に挿入しても、第2実施形態に係る肉盛溶接方法によれば、補修溶接部の希釈率の低下を抑制することができる。
【0038】
以上、本開示の肉盛溶接方法について、説明した。本開示の肉盛溶接方法によれば、コバルト基合金からなる肉盛溶接部の補修溶接の際に、補修溶接で形成された補修溶接部の希釈率の低下を抑制することができる。
【0039】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【実施例0040】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【0041】
（実施例１）
部材１０は、鋼材１１の９Ｃｒ系ステンレス鋼（９．０％Ｃｒ―１．０％Ｍｏ鋼(ＡＳＴＭＡ１８２ＭＦ９１)）、または１２Ｃｒ系ステンレス鋼の上に肉盛溶接部１２を形成したものを用意した。鋼材の組成を表１に示す。実施例１の肉盛溶接部１２は、Ｃｏ：５５質量％、Ｃｒ：２５質量％、Ｎｉ：３質量％の粉体を用いて、プラズマ粉体肉盛溶接で形成した。以後の実施例は９Ｃｒ系ステンレス鋼についての結果を示す。
部材１０は、鋼材１１の９Ｃｒ系ステンレス鋼（９．０％Ｃｒ―１．０％Ｍｏ鋼(ＡＳＴＭＡ１８２ＭＦ９１)）、または１２Ｃｒ系ステンレス鋼の上に肉盛溶接部１２を形成したものを用意した。鋼材の組成を表１に示す。実施例１の肉盛溶接部１２は、Ｃｏ：５５質量％、Ｃｒ：２５質量％、Ｎｉ：３質量％の粉体を用いて、プラズマ粉体肉盛溶接で形成した。以後の実施例は９Ｃｒ系ステンレス鋼についての結果を示す。
【0042】
【表1】
【0043】
共金系溶接材料２１は鋼材１１と化学組成が同じであるものを用意した。コバルト基合金溶接材料２２は、肉盛溶接部１２の形成に用いたＣｏ：５５質量％、Ｃｒ：２５質量％、Ｎｉ：３質量％の溶接棒を用意した。コバルト基合金溶接材料２２と共金系溶接材料２１はともに棒状であり、コバルト基合金溶接材料２２の直径と共金系溶接材料２１の直径の比（コバルト基合金溶接材料２２の直径：共金系溶接材料２１の直径）＝６０：４０とした。また、共金系溶接材料２１は、コバルト基合金溶接材料２と治具で固定した。まず、部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
【0044】
加熱後に、溶接用トーチ（電極：タングステン）５０を除去領域１５に近づけて、溶接用トーチ５０と除去領域１５との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池１３を形成した。
【0045】
溶融池１３を形成後、共金系溶接材料２１と、コバルト基合金溶接材料２２と、を同時に、溶融池１３に挿入させた。具体的には、図２のように、母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離がほぼ等しくなるように溶融池１３に挿入させた。溶接電流は５０～１００Ａとし、シールドガスにはＡｒを用い、８～１２Ｌ／ｍｉｎとした。この溶接によって、補修溶接部を形成した。
【0046】
（実施例２）
部材１０、共金系溶接材料２１、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
部材１０、共金系溶接材料２１、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
【0047】
加熱後に、溶接用トーチ（電極：タングステン）５０を除去領域１５に近づけて、溶接用トーチ５０と除去領域１５との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池１３を形成した。
【0048】
溶融池１３形成後、共金系溶接材料２１と、コバルト基合金溶接材料２２と、を同時に、溶融池１３に挿入させた。具体的には、図３のように、共金系溶接材料２１をコバルト基合金溶接材料２２の下にすることで、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２よりも先に溶融池１３に入るようにした。溶接電流は５０～１００Ａとし、シールドガスにはＡｒを用い、８～１２Ｌ／ｍｉｎとした。この溶接によって、補修溶接部を形成した。
【0049】
（比較例１）
部材１０、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。図４のように、比較例１では、コバルト基合金溶接材料２２のみを用いた。部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
部材１０、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。図４のように、比較例１では、コバルト基合金溶接材料２２のみを用いた。部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
【0050】
加熱後に、溶接用トーチ（電極：タングステン）５０を除去領域１５に近づけて、溶接用トーチ５０と除去領域１５との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池１３を形成した。
【0051】
溶融池１３形成後、コバルト基合金溶接材料２２のみを、溶融池１３に挿入させて、補修溶接部を形成した。溶接電流は５０～１００Ａとし、シールドガスにはＡｒを用い、８～１２Ｌ／ｍｉｎとした。
【0052】
（比較例２）
部材１０、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。図５のように、比較例２では、部材１０表面の肉盛溶接部の一部を鋼材１１まで達するように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していることを確認した。
部材１０、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。図５のように、比較例２では、部材１０表面の肉盛溶接部の一部を鋼材１１まで達するように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していることを確認した。
【0053】
加熱後に、溶接用トーチ（電極：タングステン）５０を除去領域１５に近づけて、溶接用トーチ５０と除去領域１５との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池１３を形成した。
【0054】
溶融池１３形成後、コバルト基合金溶接材料２２のみを、溶融池１３に挿入させて、補修溶接部を形成した。溶接電流は５０～１００Ａとし、シールドガスにはＡｒを用い、８～１２Ｌ／ｍｉｎとした。
【0055】
（比較例３）
部材１０は、実施例１と同じものを用意した。図６のように、比較例３では、コバルト基合金溶接材料２２をコバルト基合金溶接材料２２ａに変えた。具体的には、コバルト基合金溶接材料２２ａは、希釈率を満足するように、Ｆｅを含有したコバルト基合金溶接材料である。
部材１０は、実施例１と同じものを用意した。図６のように、比較例３では、コバルト基合金溶接材料２２をコバルト基合金溶接材料２２ａに変えた。具体的には、コバルト基合金溶接材料２２ａは、希釈率を満足するように、Ｆｅを含有したコバルト基合金溶接材料である。
【0056】
実施例１と同様に、部材表面の肉盛溶接部の一部を鋼材に達しないように除去し除去領域を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
【0057】
加熱後に、溶接用トーチ（電極：タングステン）を除去領域に近づけて、溶接用トーチと除去領域との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部の表面を溶融して溶融池を形成した。
【0058】
溶融池形成後、コバルト基合金溶接材料のみを、溶融池に挿入させて、補修溶接部を形成した。溶接電流は５０～１００Ａとし、シールドガスにはＡｒを用い、８～１２Ｌ／ｍｉｎとした。
【0059】
（表面希釈率）
実施例１～２および比較例１～３の補修溶接部の表面希釈率を測定した。測定は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線装置による成分分析で行った。具体的には、Ｏｌｙｍｐｕｓ製 ＶＡＮＴＡを用い、補修溶接部の表面からＦｅ含有量を測定し、得られた鉄（Ｆｅ）の含有量の値を基に表面希釈率を評価した。得られた結果を表２に示す。表面希釈率が１０～３０％の範囲内であればＧｏｏｄ、範囲外であればＢａｄとした。
実施例１～２および比較例１～３の補修溶接部の表面希釈率を測定した。測定は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線装置による成分分析で行った。具体的には、Ｏｌｙｍｐｕｓ製 ＶＡＮＴＡを用い、補修溶接部の表面からＦｅ含有量を測定し、得られた鉄（Ｆｅ）の含有量の値を基に表面希釈率を評価した。得られた結果を表２に示す。表面希釈率が１０～３０％の範囲内であればＧｏｏｄ、範囲外であればＢａｄとした。
【0060】
（断面希釈率）
実施例１～２および比較例１～３の補修溶接部の断面希釈率を測定した。測定は、ＰＭＩ蛍光Ｘ線装置による成分分析で行った。Ｏｌｙｍｐｕｓ製 ＶＡＮＴＡを用い、補修溶接部を切断し、得られた断面において、鉄（Ｆｅ）の値を測定し断面希釈率を評価した。得られた結果を表２に示す。断面希釈率が１０～３０％の範囲内であればＧｏｏｄ、範囲外であればＢａｄとした。
実施例１～２および比較例１～３の補修溶接部の断面希釈率を測定した。測定は、ＰＭＩ蛍光Ｘ線装置による成分分析で行った。Ｏｌｙｍｐｕｓ製 ＶＡＮＴＡを用い、補修溶接部を切断し、得られた断面において、鉄（Ｆｅ）の値を測定し断面希釈率を評価した。得られた結果を表２に示す。断面希釈率が１０～３０％の範囲内であればＧｏｏｄ、範囲外であればＢａｄとした。
【0061】
（断面観察）
実施例１～２および比較例１～３の補修溶接部の断面を観察した。観察は走査型電子顕微鏡を用いて行った。得られた結果を表２に示す。断面観察において、溶接不良（ひびなどの欠陥）が無ければ、Ｇｏｏｄ、溶接不良があればＢａｄとした。
実施例１～２および比較例１～３の補修溶接部の断面を観察した。観察は走査型電子顕微鏡を用いて行った。得られた結果を表２に示す。断面観察において、溶接不良（ひびなどの欠陥）が無ければ、Ｇｏｏｄ、溶接不良があればＢａｄとした。
【0062】
【表2】
【0063】
表２に示すように、本開示の肉盛溶接方法の条件を満足する実施例１および２は、表面希釈率、断面希釈率、断面観察全て合格した。また、実施例１の場合、６箇所溶接を行った場合の希釈率ばらつきは±０．５％以内であったが、実施例２の場合は、６箇所溶接を行った場合の希釈率ばらつきは、±２．０％以内であった。そのため、母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離がほぼ等しくなるように溶融池１３に挿入させることで、希釈率のばらつきを低減できることが確認された。なお、鋼材１１が１２Ｃｒ系ステンレス鋼の場合も同様の結果となることを確認した。
【0064】
比較例１は、肉盛溶接部に、コバルト基合金溶接材料２２で溶接を行ったため、表面希釈率が表面希釈率の下限を下回った。比較例２は、鋼材が露出するまで除去してから溶接を行ったので、表面希釈率は合格したが、断面希釈率において、初層の表面希釈率が上限値を超えた。比較例３は、断面観察において、不良部があった。
【0065】
以上の結果から、本開示の肉盛溶接方法を用いることで、コバルト基合金の補修溶接で形成される補修溶接部の希釈率の低下を抑制することができることが確認された。
【0066】
＜付記＞
上記の実施形態に記載の肉盛溶接方法は以下のように把握され得る。
上記の実施形態に記載の肉盛溶接方法は以下のように把握され得る。
【0067】
（１）本開示の第１の態様に係る肉盛溶接方法は、鋼材１１と、鋼材１１上に形成されたコバルト基合金からなる肉盛溶接部１２と、を備える部材１０に肉盛溶接する方法であって、溶接用トーチ５０と肉盛溶接部１２との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池１３を形成し、鋼材１１の共金系溶接材料２１と、コバルト基合金からなるコバルト基合金溶接材料２２と、を同時に、溶融池１３に挿入させる。
【0068】
このようにすることで、コバルト基合金の補修溶接で形成される補修溶接部の希釈率の低下を抑制することができる。
【0069】
（２）本開示の第２の態様に係る肉盛溶接方法は、（１）の肉盛溶接方法であって、共金系溶接材料２１の形状が棒状またはワイヤ状であり、コバルト基合金溶接材料２２の形状が棒状またはワイヤ状である。
【0070】
このようにすることで、コバルト基合金の補修溶接で形成される補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。また、共金系溶接材料２１またはコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方の溶接材料の溶ける量が多くなるため、溶接箇所の形状や希釈率に応じて、挿入方法を適宜変更することができる。
【0071】
（３）本開示の第３の態様に係る肉盛溶接方法は、（２）の肉盛溶接方法であって、コバルト基合金溶接材料２２の直径と、前記共金系溶接材料の直径との比が７０：３０～６０：４０である。
【0072】
このようにすることで、コバルト基合金の補修溶接で形成される補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。
【0073】
（４）本開示の第４の態様に係る肉盛溶接方法は、（１）～（３）のいずれか１つの肉盛溶接方法であって、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、前記溶融池に挿入させる。
【0074】
このようにすることで、コバルト基合金の補修溶接で形成される補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。
【0075】
（５）本開示の第５の態様に係る肉盛溶接方法は、（４）の肉盛溶接方法であって、共金系溶接材料２１とコバルト基合金溶接材料２２とを、鋼材１１の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離がほぼ等しくなるように、溶融池１３に挿入させる。
【0076】
このようにすることで、コバルト基合金の補修溶接で形成される補修溶接部の希釈率のばらつきを抑制することができる。
【0077】
（６）本開示の第６の態様に係る肉盛溶接方法は、（１）～（５）のいずれか１つの肉盛溶接方法であって、溶融池を形成予定の領域を２００℃～３００℃で加熱する。
【0078】
このようにすることで、補修溶接部および周囲母材部の割れを抑制することができる。
【0079】
（７）本開示の第７の態様に係る肉盛溶接方法は、（６）の肉盛溶接方法であって、前記領域が、肉盛溶接部１２の一部を鋼材が露出しないように除去した領域である。
【0080】
このようにすることで、肉盛溶接部１２の欠陥部を除去した状態で補修をすることができる。
【0081】
（８）本開示の第８の態様に係る肉盛溶接方法は、（１）～（７）のいずれか１つの肉盛溶接方法であって、コバルト基合金溶接材料２２が、肉盛溶接部１２の形成に用いられた材料と同じである。
【0082】
このようにすることで、肉盛溶接部１２との補修溶接部の成分の差を小さくすることができる。
【0083】
（９）本開示の第９の態様に係る肉盛溶接方法は、（１）～（８）のいずれか１つの肉盛溶接方法であって、鋼材１１が９Ｃｒ系ステンレス鋼または１２Ｃｒ系ステンレス鋼である。
【0084】
このようにすることで、部材１０が優れた常温特性および高温特性を得ることができる。
【符号の説明】
【0085】
１０ 部材、１１ 鋼材、１２ 肉盛溶接部、１３ 溶融池、１５ 除去領域、２１ 共金系溶接材料、２２ コバルト基合金溶接材料、５０ 溶接用トーチ、５１ 電極、５２ ノズル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2023-11-08
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
蒸気タービン等の主要弁内蔵品の摺動面、接触面に対しては、より硬い材質であるコバルト基合金（ステライト等）を肉盛溶接することで、耐摩耗性向上を図っている。肉盛溶接部は時効硬化による割れ抑制のため、希釈率（母材の成分がどの程度溶接金属へ溶け込んだかを示すパラメータ）を管理することが必要となっている。希釈率管理は、肉盛溶接部の補修溶接にも適用されるが、肉盛溶接部はコバルト基合金であり、コバルト基合金が溶融されて母材は溶融されない。このため、肉盛溶接部の補修では母材との希釈がなく、希釈率を規定の範囲とすることが難しかった。特許文献１及び２の肉盛溶接方法は、溶接される素材（母材）へ溶接する方法が開示されており、母材が直接溶融する。しかし、コバルト基合金からなる溶接層を補修溶接する場合、母材（鋼材）を直接溶融しないので、補修溶接部の希釈率が低下し、補修溶接部の割れを抑制できない可能性があった。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0015】
（溶融池形成領域）
溶融池を形成する予定の領域（溶融池形成領域）は、肉盛溶接部１２上にある。溶融池形成領域は、例えば、肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１が露出しないように除去した領域であることが好ましい。具体的には、溶融池形成領域は、肉盛溶接部１２の欠陥がある箇所をカッターなどで除去した後の除去領域１５である。
溶融池を形成する予定の領域（溶融池形成領域）は、肉盛溶接部１２上にある。溶融池形成領域は、例えば、肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１が露出しないように除去した領域であることが好ましい。具体的には、溶融池形成領域は、肉盛溶接部１２の欠陥がある箇所をカッターなどで除去した後の除去領域１５である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0032】
（作用効果）
以上説明した第１の実施形態においては、コバルト基合金からなる肉盛溶接部の補修溶接の際に、補修溶接で形成された補修溶接部で不足する成分を溶接材料に添加し、希釈率の低下を抑制することができる。また、第１実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させている。そのため、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。また、第１実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１と前記コバルト基合金溶接材料２２とを、母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離がほぼ等しくなるように溶融池１３に挿入させる。そのため、補修溶接部の希釈率のばらつきを抑制することができる。
以上説明した第１の実施形態においては、コバルト基合金からなる肉盛溶接部の補修溶接の際に、補修溶接で形成された補修溶接部で不足する成分を溶接材料に添加し、希釈率の低下を抑制することができる。また、第１実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させている。そのため、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。また、第１実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１と前記コバルト基合金溶接材料２２とを、母材の厚さ方向に沿って、溶融池１３の表面から共金系溶接材料２１の中心までの距離と、溶融池１３の表面からコバルト基合金溶接材料２２の中心までの距離がほぼ等しくなるように溶融池１３に挿入させる。そのため、補修溶接部の希釈率のばらつきを抑制することができる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0037】
（作用効果）
以上説明した第２の実施形態においては、コバルト基合金からなる肉盛溶接部１２の補修溶接の際に、補修溶接で形成された補修溶接部で不足する成分を溶接材料に添加し、希釈率の低下を抑制することができる。また、第２実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させている。そのため、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。また、第２実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１およびコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方を先に、溶融池１３に挿入させる。このように挿入すると、共金系溶接材料２１またはコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方の溶接材料の溶ける量が多くなるため、溶接箇所の形状や希釈率に応じて、挿入方法を適宜変更することができる。どちらか一方を先に溶融池１３に挿入しても、第2実施形態に係る肉盛溶接方法によれば、補修溶接部の希釈率の低下を抑制することができる。
以上説明した第２の実施形態においては、コバルト基合金からなる肉盛溶接部１２の補修溶接の際に、補修溶接で形成された補修溶接部で不足する成分を溶接材料に添加し、希釈率の低下を抑制することができる。また、第２実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、溶融池１３に挿入させている。そのため、補修溶接部の希釈率の低下をより抑制することができる。また、第２実施形態の肉盛溶接方法では、共金系溶接材料２１およびコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方を先に、溶融池１３に挿入させる。このように挿入すると、共金系溶接材料２１またはコバルト基合金溶接材料２２のどちらか一方の溶接材料の溶ける量が多くなるため、溶接箇所の形状や希釈率に応じて、挿入方法を適宜変更することができる。どちらか一方を先に溶融池１３に挿入しても、第2実施形態に係る肉盛溶接方法によれば、補修溶接部の希釈率の低下を抑制することができる。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0041】
（実施例１）
部材１０は、鋼材１１の９Ｃｒ系ステンレス鋼（９．０％Ｃｒ―１．０％Ｍｏ鋼(ＡＳＴＭＡ１８２ＭＦ９１)）、または１２Ｃｒ系ステンレス鋼の上に肉盛溶接部１２を形成したものを用意した。鋼材１１の組成を表１に示す。実施例１の肉盛溶接部１２は、Ｃｏ：５５質量％、Ｃｒ：２５質量％、Ｎｉ：３質量％の粉体を用いて、プラズマ粉体肉盛溶接で形成した。以後の実施例は９Ｃｒ系ステンレス鋼についての結果を示す。
部材１０は、鋼材１１の９Ｃｒ系ステンレス鋼（９．０％Ｃｒ―１．０％Ｍｏ鋼(ＡＳＴＭＡ１８２ＭＦ９１)）、または１２Ｃｒ系ステンレス鋼の上に肉盛溶接部１２を形成したものを用意した。鋼材１１の組成を表１に示す。実施例１の肉盛溶接部１２は、Ｃｏ：５５質量％、Ｃｒ：２５質量％、Ｎｉ：３質量％の粉体を用いて、プラズマ粉体肉盛溶接で形成した。以後の実施例は９Ｃｒ系ステンレス鋼についての結果を示す。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0043】
共金系溶接材料２１は鋼材１１と化学組成が同じであるものを用意した。コバルト基合金溶接材料２２は、肉盛溶接部１２の形成に用いたＣｏ：５５質量％、Ｃｒ：２５質量％、Ｎｉ：３質量％の溶接棒を用意した。コバルト基合金溶接材料２２と共金系溶接材料２１はともに棒状であり、コバルト基合金溶接材料２２の直径と共金系溶接材料２１の直径の比（コバルト基合金溶接材料２２の直径：共金系溶接材料２１の直径）＝６０：４０とした。また、共金系溶接材料２１は、コバルト基合金溶接材料２２と治具で固定した。まず、部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0046】
（実施例２）
部材１０、共金系溶接材料２１、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
部材１０、共金系溶接材料２１、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0049】
（比較例１）
部材１０、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。図４のように、比較例１では、コバルト基合金溶接材料２２のみを用いた。部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
部材１０、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。図４のように、比較例１では、コバルト基合金溶接材料２２のみを用いた。部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0052】
（比較例２）
部材１０、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。図５のように、比較例２では、部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１まで達するように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していることを確認した。
部材１０、コバルト基合金溶接材料２２は、実施例１と同じものを用意した。図５のように、比較例２では、部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１まで達するように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域１５を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していることを確認した。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0056】
実施例１と同様に、部材１０表面の肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１に達しないように除去し除去領域１５を形成した。次に、ガスバーナで、２００～３００℃で除去領域を加熱した。除去領域１５は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線測定装置で鋼材１１が露出していないことを確認した。
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0057】
加熱後に、溶接用トーチ（電極：タングステン）５０を除去領域１５に近づけて、溶接用トーチ５０と除去領域１５との間にアークを発生させ、アークにより肉盛溶接部１２の表面を溶融して溶融池１３を形成した。
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0058】
溶融池１３形成後、コバルト基合金溶接材料２２ａのみを、溶融池１３に挿入させて、補修溶接部を形成した。溶接電流は５０～１００Ａとし、シールドガスにはＡｒを用い、８～１２Ｌ／ｍｉｎとした。
【手続補正13】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0060】
（断面希釈率）
実施例１～２および比較例１～３の補修溶接部の断面希釈率を測定した。測定は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線装置による成分分析で行った。Ｏｌｙｍｐｕｓ製 ＶＡＮＴＡを用い、補修溶接部を切断し、得られた断面において、鉄（Ｆｅ）の値を測定し断面希釈率を評価した。得られた結果を表２に示す。断面希釈率が１０～３０％の範囲内であればＧｏｏｄ、範囲外であればＢａｄとした。
実施例１～２および比較例１～３の補修溶接部の断面希釈率を測定した。測定は、ＰＭＩ検査用の蛍光Ｘ線装置による成分分析で行った。Ｏｌｙｍｐｕｓ製 ＶＡＮＴＡを用い、補修溶接部を切断し、得られた断面において、鉄（Ｆｅ）の値を測定し断面希釈率を評価した。得られた結果を表２に示す。断面希釈率が１０～３０％の範囲内であればＧｏｏｄ、範囲外であればＢａｄとした。
【手続補正14】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0064】
比較例１は、肉盛溶接部１２に、コバルト基合金溶接材料２２で溶接を行ったため、表面希釈率が表面希釈率の下限を下回った。比較例２は、鋼材１１が露出するまで除去してから溶接を行ったので、表面希釈率は合格したが、断面希釈率において、初層の表面希釈率が上限値を超えた。比較例３は、断面観察において、不良部があった。
【手続補正15】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0071】
（３）本開示の第３の態様に係る肉盛溶接方法は、（２）の肉盛溶接方法であって、コバルト基合金溶接材料２２の直径と、前記共金系溶接材料２１の直径との比が７０：３０～６０：４０である。
【手続補正16】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0073】
（４）本開示の第４の態様に係る肉盛溶接方法は、（１）～（３）のいずれか１つの肉盛溶接方法であって、共金系溶接材料２１がコバルト基合金溶接材料２２と接触した状態で、前記溶融池１３に挿入させる。
【手続補正17】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0077】
（６）本開示の第６の態様に係る肉盛溶接方法は、（１）～（５）のいずれか１つの肉盛溶接方法であって、溶融池１３を形成予定の領域を２００℃～３００℃で加熱する。
【手続補正18】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0079】
（７）本開示の第７の態様に係る肉盛溶接方法は、（６）の肉盛溶接方法であって、前記領域が、肉盛溶接部１２の一部を鋼材１１が露出しないように除去した領域である。