特許 7524076 球状黒鉛を含む鋳鉄の形成溶接及び補修溶接

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

(54)【発明の名称】球状黒鉛を含む鋳鉄の形成溶接及び補修溶接

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/23 20060101AFI20240722BHJP

   B23K 9/04 20060101ALI20240722BHJP

   B23K 9/173 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

B23K9/23 D

B23K9/04 J

B23K9/173 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020565309

(86)(22)【出願日】2019-04-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-09-16

(86)【国際出願番号】 EP2019060585

(87)【国際公開番号】W WO2019223949

(87)【国際公開日】2019-11-28

【審査請求日】2020-12-09

【審判番号】

【審判請求日】2022-12-02

(31)【優先権主張番号】18173878.2

(32)【優先日】2018-05-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】521001582

【氏名又は名称】シーメンス エナジー グローバル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＩＥＭＥＮＳ ＥＮＥＲＧＹ ＧＬＯＢＡＬ ＧＭＢＨ ＆ ＣＯ． ＫＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110003317

【氏名又は名称】弁理士法人山口・竹本知的財産事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100169627

【弁理士】

【氏名又は名称】竹本 美奈

(72)【発明者】

【氏名】ブルッスク，シュテファン

(72)【発明者】

【氏名】ルイトル，アレクサンダー

(72)【発明者】

【氏名】シュライバー，ティム

【合議体】

【審判長】刈間 宏信

【審判官】田々井 正吾

【審判官】大山 健

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１５１４４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０７４６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－０３３１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０９９１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２３５４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０１６８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３２５３７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３３６９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－０４０４４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

B23K 9/00 - 9/32

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

母材（２）の表面を形成するための方法であって、
前記母材（２）が鋳鉄からなり、
以下の工程を有しており、即ち、
１つの前記母材（２）上のみで凹部（４）を有する部分表面（３）の位置を特定するステップと、
前記部分表面（３）上に第１の緩衝層（５）を形成するステップであって、その際に、ＮｉＦｅ溶加材（ＥＮ ＩＳＯ １０７１のタイプＮｉＦｅ－１）を使用する緩衝層の溶接法が用いられ、前記母材（２）への入熱量が僅かであり、溶接部及び熱影響域に亀裂が発生しないように溶接パラメータが選択されている、ステップと、
前記第１の緩衝層（５）上に充填層（６）を形成するステップであって、その際に、ＭＩＧ溶接法が用いられ、ＮｉＦｅ溶加材（ＥＮ ＩＳＯ １０７１のタイプＮｉＦｅ－２）が用いられる、ステップと、
を有しており、
予加熱は行わず、
前記第１の緩衝層（５）を形成する際には、ＭＩＧ溶接法が用いられ、約６５重量％のＮｉ及び約３０重量％のＦｅを有する溶加材が使用され、
前記充填層を形成する際には、約５５重量％のＮｉ及び約３０重量％のＦｅを有する溶加材が使用される、
方法。

【請求項2】

前記第１の緩衝層（５）の形成時にアルゴンが用いられ、
前記充填層の形成時にアルゴン及びＣＯ_２からなる混合物が用いられる、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

母材（２）の表面と形成するための方法であって、
前記母材（２）が鋳鉄からなり、
以下の工程を有しており、即ち、
１つの前記の材（２）上のみで凹部（４）を有する部分表面（３）の位置を特定するステップと、
前記部分表面（３）上に第１の緩衝層（５）を形成するステップであって、その際に、ＮｉＦｅ溶加材（ＥＮ ＩＳＯ １０７１のタイプＮｉＦｅ－２）を使用する緩衝層の溶接法が用いられ、前記母材（２）への入熱量が僅かであり、溶接部及び熱影響域に亀裂が発生しないように溶接パラメータが選択されている、ステップと、
前記第１の緩衝層（５）上に充填層（６）を形成するステップであって、その材に、ＭＩＧ溶接法が用いられ、ＮｉＦｅ溶加材（ＥＮ ＩＳＯ １０７２のタイプＮｉＦｅ－２）が用いられる、ステップと、
を有しており、
予熱は行わず、
前記第１の緩衝層（５）の溶接法として、ＷＩＧ溶接法またはＭＡＧ溶接法が用いられ、約５５重量％のＮｉ及び約３０重量％のＦｅを有する溶加材が使用され、
前記充填層を形成する際には、約５５重量％のＮｉ及び約３０重量％のＦｅを有する溶加材が使用される、
方法。

【請求項4】

前記母材（２）が、球状黒鉛を含む鋳鉄からなり、
請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記充填層（６）を形成する前に、第２の緩衝層（５）が形成される、
請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記表面が、１００℃未満の温度で形成される、
請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の方法を用いて製造されるターボ機械の構成要素（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、母材表面の形成方法に関し、母材は鋳鉄からなる。

【背景技術】

【0002】

球状黒鉛を含む鋳鉄から製造される複数の鋳造部品が、例えば蒸気タービンのようなターボ機械内で使用される。これらの鋳造部品は大体積で形成されていてもよい。鋳造部品を製造する場合、例えば細孔又は空洞のような鋳造欠陥が現れ得る。これに関しては、個々の場合に応じて、存在している欠陥と共に更なる対策なしに鋳造部品を使用出来るかどうかについて、決定されなければならない。そのような鋳造部品の溶接技術的な加工は、限られた範囲でのみ可能である。例えば、５５０℃から６５０℃の間に限定される高い予熱温度を使用しなければならないため、同種の溶接素材を使用する溶接は困難であろう。鋳造欠陥を取り除くための別の可能性は、種類の異なる溶加材（フィラーメタル）を用いて例えばＮｉ－Ｆｅ電極を溶接することであり、これは、上昇された予熱温度を必要としない。

【0003】

しかしながらどちらの溶接においても、それぞれの方法によって得られる機械的特性が、往々にして、母材の機械的特性に到達しない、という問題が存在する。

【0004】

従って、個々の場合に応じて、鋳造部品が廃棄又は／及び新たに製造されなければならないかどうかが、決定されなければならない。

【0005】

新たな製造時のみならず、保守点検の場合でも、鋳鉄部品の損傷は修復されなければならないが、その理由は短い修正期間で新しい部品を製造することは不可能であるからである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、改善された品質を有する母材の表面を形成するための方法を示すことである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この課題は、母材の表面を形成するための方法であって、母材が鋳鉄からなり、以下の工程を有する、即ち、
部分表面の位置を特定し、
部品表面上へ第１の緩衝層の形成し、その際に緩衝溶加材を使用する緩衝層の溶接法が用いられ、その際に母材への入熱量が僅かであるように溶接パラメータが選択されており、
緩衝層上へ充填層を形成し、その際にＭＡＧ溶接法が用いられ、その際にＮｉＦｅ溶加材材料が使用される、
工程を有し、
予加熱は行われない
方法によって、解決される。

【0008】

有利な発展形態は従属請求項に示されている。

【0009】

従って、本発明を用いて、予熱なしで或いは低い予熱温度で行われるアーク溶接プロセスを有する溶接方法であって母材と比較出来るほどの特性を達成する溶接方法を提供するという目的が、達成される。

【0010】

溶接方法は、溶接作業及び溶接プロセスに合わせて調整され溶接の品質に著しい影響を及ぼす溶加材材料を使用する２段階のプロセスを含んでいる。溶接プロセス、溶加材材料及び溶接パラメータを的確に選択することによって、母材との接続部内の欠陥も、また同様に溶接材料或いは充填部内の欠陥も、防止することが出来る。

【0011】

先ず、本発明に従い、緩衝部を介して母材への接続部がもたらされる。第２のステップではそれに続き充填部が形成される。

【0012】

本発明に従う溶接方法／溶接プロセスを用いて、母材の機械的特性を実現する形成溶接部及び補修溶接部を形成することが可能である。これは、低温（凝縮水を含まない、約１００℃）で行われ、また従って、低い入熱量のために反りが最小化されるので、完成まで加工された又はほぼ完成まで加工された構成要素への溶接を促進する。

【0013】

本質的な長所は、例えば鋳鉄部品を再加工する機械加工中に生成される鋳造欠陥が、本発明に従う溶接によって修復を行うことが出来る。従って、鋳鉄部品の廃棄とそれに伴う時間の掛かる再製造は必要ない。

【0014】

既に使用されておりまた例えば補修の間に亀裂、材料損傷などの形態の損傷が確認された複数の構成部品に対して、本発明に従う方法は、これらを溶接技術的に強化するのに適している。その結果、補修期間の延長は必要でないことが多い。

【0015】

第１の有利な発展形態では、母材は、球状黒鉛を含む鋳鉄からなる。

【0016】

別の有利な発展形態では、緩衝層の溶接方法としてＷＩＧ溶接法が用いられ、溶加材としてＮｉＦｅ溶加材（ＥＮ ＩＳＯ １０７１のタイプＮｉＦｅ－２）が使用される。

【0017】

代替的に、ＭＩＧ溶接法が緩衝溶接方法として用いられてもよく、溶加材としてはＥＮ ＩＳＯ １０７１に準拠するタイプＮｉＦｅ－１のＮｉＦｅ溶加材が使用される。

【0018】

充填層を形成する際にもＭＩＧ溶接法が用いられ、ＮｉＦｅ溶加材材料、特にＮｉＦｅ溶加材が使用される。

【0019】

別の有利な発展形態では、充填層を形成する前に、第２の緩衝層が形成される。

【0020】

本発明の上述の特性、特徴及び長所、並びに、それらが達成される様式は、図面に関連してより詳細に説明される実施例の以下の説明に関連して、より明確且つより明瞭に理解される。

【0021】

本発明の実施例は、図面を参照して以下に説明される。この図面は実施例を決定して表すことを意図してはいない。むしろ、説明に有用な図面は、概略的及び／又はわずかに変形された形態で、示されている。図面に直接見ることができる教示の補足に関しては、関連する先行技術が参照される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】部品を通る断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、鋳造法によって製造された部品１を示している。母材２は球状黒鉛を含む鋳鉄からなる。部品１は部分表面３を有しており、部分表面３は凹部４として形成されている。母材２へ溶接材料を接続するために、ＮｉＦｅ溶加材材料（ＥＮ ＩＳＯ １０７１のタイプＮｉＦｅ－２）を使用するＷＩＧ溶接法が、選択されそして２層で実現される。その際に、溶接パラメータは母材２への入熱量が僅かであるように選択される。

【0024】

従って、第１のステップでは、部分表面３の位置が特定される。次のステップでは、第１の緩衝層５が部分表面３上に形成される。適切に選択された溶接パラメータにより、接続部及び熱影響域に亀裂が発生せず、また、熱影響域が比較的狭く均一な形成が達成される。第２のＷＩＧ層の溶接パラメータを選択することにより、母材２への熱影響域が的確に熱的に影響を及ぼされ、またそれに伴い機械的特性が最適化される。

【0025】

ＷＩＧ溶接プロセスの代替として、ＭＩＧ溶接プロセスが用いられてもよく、そのパラメータも同様に、母材２への入熱量が僅かである程度まで変更される。溶加材としては、ＮｉＦｅ溶加材（ＥＮ ＩＳＯ １０７１のタイプＮｉＦｅ－１）が使用される。

【0026】

部品を埋めるために２層的な緩衝部が十分ではない場合、更なるステップでは、緩衝層５上に充填層６が形成される。これは、ＭＩＧ溶接プロセスを用いる充填溶接によって行われる。このＭＩＧ溶接プロセスでも同様に、ＮｉＦｅ溶加材材料が使用され、当該ＮｉＦｅ溶加材材料は、第１の層と接続するためのＷＩＧ溶接の場合に使用される溶加材材料と同一のものである。

【0027】

表面の形成は、予熱が行われないか或いは１００℃未満の温度で行われる。

【0028】

緩衝層を形成する際にはアルゴンが用いられ、充填層を形成する際にはアルゴンとＣＯ_２からなる混合物が用いられる。

【0029】

緩衝層の溶接方法としては、ＭＩＧ溶接方法が用いられてもよく、基本的に６５重量％のＮｉ及び基本的に３０重量％のＦｅを有する溶加材が使用される。

【0030】

充填層を形成する際には、基本的に５５重量％のＮｉ及び基本的に３０重量％のＦｅを有する溶加材が使用される。

【0031】

緩衝溶接方法としては、ＷＩＧ溶接方法が用いられてもよく、緩衝溶接方法でも、また同様にＭＡＧ溶接でも、基本的に５５重量％のＮｉ及び基本的に３０重量％のＦｅを有する溶加材が使用される。

【0032】

本発明は好適な実施例によって詳細に解説及び説明されたが、本発明は、開示された例に限定されるものではなく、また、別の変型はここから、本発明の保護範囲を逸脱することなく、当業者によって導出され得る。

【符号の説明】

【0033】

１…部品、２…母材、３…部分表面、４…凹部、５…緩衝層、６…充填層

【図1】