回転機械のロータの熱処理装置及び熱処理方法
【課題】熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した温度での熱処理を効率的に行うことができる回転機械のロータの熱処理装置及び熱処理方法を提供する。
【解決手段】母材５となるタービンロータ１に発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部６及び溶接金属７に対して熱処理を施す熱処理装置１０において、熱影響部６に付与される熱量が溶接金属７に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部６及び溶接金属７を同時に加熱する加熱手段２０を設ける。
【解決手段】母材５となるタービンロータ１に発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部６及び溶接金属７に対して熱処理を施す熱処理装置１０において、熱影響部６に付与される熱量が溶接金属７に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部６及び溶接金属７を同時に加熱する加熱手段２０を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母材となる回転機械のロータに発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施す回転機械のロータの熱処理装置及び熱処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラント、原子力発電プラントは蒸気タービン（回転機械）を用いて発電を行っている。この蒸気タービンにおけるタービンロータ（ロータ）は、湿った水蒸気が常に接触するため腐食され易い。その中で、乾燥、湿潤が交互に訪れる領域である乾湿交番域は、ボイラ水中の処理物質が濃縮するために特に腐食し易い環境となっている。
【０００３】
このような腐食し易い条件下で蒸気タービンを運転し続けていると、タービンロータの翼溝等の応力が集中する部分に、応力腐食割れ、腐食疲労による亀裂が発生する。この亀裂は、運転の継続によって大きくなり、そのまま放置しておくと翼がタービンロータから外れて他の部位を破壊することになる。したがって、発電プラントでは定期的に検査を行って、タービンロータ各部位の亀裂発生の有無を検査し、その成長状況を定期的に把握することとしている。
【０００４】
上記のように発生した亀裂に対しては必要に応じて適宜補修を行う。この補修で対応できない場合には、タービンロータを取替えるが、コストを考慮すると取替えに至る前に補修を行うことが望ましい。タービンロータの補修は、肉盛溶接にて行うことが一般的である（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
ここで、ロータの径が小径（φ６００ｍｍ以下）の場合、施工面の曲率が大きいため、サブマージアーク溶接可能な分量のフラックスを施工面に堆積させることができない。よって、サブマージアーク溶接を採用すれば溶接所要時間がＴＩＧ溶接に比べて短いという利点があるにもかかわらず、現状ではＴＩＧ溶接を採用して肉盛溶接を行っている。
【０００６】
この肉盛溶接後には、溶接の熱によりロータの母材の表面が変性することで熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）が形成され、この熱影響部上に溶接金属が形成された状態となる。これら熱影響部及び溶接金属に対しては、残留応力の緩和や熱影響部の軟化を図るべく熱処理を実施する必要がある。
この熱処理の方法として、熱影響部と溶接金属とを同一のヒータにより同条件で熱処理を施すことが一般的に行われている。
また、特許文献１には、ロータの表面に第一の層を肉盛溶接により形成して熱影響部を生ぜしめ、これら第一の層及び熱影響部に第一の熱処理を施した後、第二の層を肉盛溶接により形成し、この第二の層に対して第二の熱処理を施すといった二段階熱処理が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２２２９３１号公報
【特許文献２】特開２００６−５１５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記熱処理によって熱影響部の所望の硬度（Ｈｖ３５０未満）と溶接金属の所望の強度（７２０ＭＰａ）を得るためには、熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した温度で熱処理を施す必要がある。即ち、熱影響部では硬度を低下させるべく比較的高い温度（例えば、溶接金属よりも１０〜１００℃程高い温度）で熱処理を施す一方、強度を低下させたくない溶接金属では、熱影響部よりも低い温度（例えば５００〜６５０℃）で熱処理を施すことが好ましい。
しかしながら、上述のように熱影響部と溶接金属とを同一のヒータにより同一条件で熱処理を施した場合には、熱影響部・溶接金属のいずれかの特性を妥協せざるを得ない。また、熱影響部の硬度と溶接金属の強度との要求値を両立する熱処理条件の策定に時間がかかってしまう。
【０００９】
一方、上述した二段階熱処理では、熱影響部及び溶接金属に対して所望の温度で熱処理を施すことができるものの、工程数が多くなる分だけ時間と労力を要してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した温度での熱処理を効率的に行うことができる回転機械のロータの熱処理装置及び熱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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置は、母材となる回転機械のロータに発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施す回転機械のロータの熱処理装置であって、前記熱影響部に付与される熱量が前記溶接金属に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部及び溶接金属を同時に加熱する加熱手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
このような特徴の回転機械のロータの熱処理装置によれば、熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができるため、硬度を低下させたい熱影響部に対する高温の熱処理と強度を低下させたくない溶接金属に対する低温の熱処理とを同時に行なうことができる。即ち、これら熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した温度での熱処理を一度に施すことができる。
【００１３】
また、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置において、前記加熱手段は、前記熱影響部に沿って前記ロータの周方向に延在する第一ヒータと、前記溶接金属に沿って前記ロータの周方向に延在し、前記第一ヒータよりも低温とされた第二ヒータとを備えることを特徴とする。
【００１４】
このような特徴の回転機械のロータの熱処理装置によれば、第一ヒータと第二ヒータとによって熱影響部及び溶接金属にそれぞれ適した温度での熱処理を施すことができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置において、前前記加熱手段は、中心軸線が前記ロータの径方向に延在するコイル状の電熱線と、前記ロータの径方向に延在して前記電熱線を覆う筒体とを備えるものであってもよい。
電熱線から発生する熱が筒体を介して熱影響部及び溶接金属に伝達されることで、これら熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施すことができる。
【００１６】
また、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置において、前記電熱線の前記熱影響部に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数が、前記電熱線の前記溶接金属に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００１７】
ヒータから発生する熱量は、単位長当たりのコイル巻数が大きい程増大する。よって、ヒータにおける熱影響部に対応する部分のコイル巻数を溶接金属に対応する部分のコイル巻数に比べて大きく設定することで、ロータの径方向の熱流速分布に勾配を形成することができ、熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができる。
【００１８】
また、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置においては、前記筒体の前記熱影響部に対応する部分の厚みが、前記筒体の前記溶接金属に対応する部分の厚みに比べて小さく設定されていることを特徴とする。
【００１９】
ヒータから発生する熱量は、当該ヒータを覆う筒体の厚みが小さい部分程、該筒体の外部に伝達され易くなる。よって、筒体における熱影響部に対応する部分の厚みが溶接金属に対応する部分の厚みよりも小さく設定されていることで、ロータの径方向の熱流速分布に勾配を形成することができ、熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができる。
【００２０】
また、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置においては、前記筒体の前記熱影響部に対応する部分の熱伝導率が、前記筒体の前記溶接金属に対応する部分の熱伝導率よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００２１】
ヒータから発生する熱量は、当該ヒータを覆う筒体の熱伝達率が大きい程、筒体の外部に伝達され易くなる。よって、筒体における熱影響部に対応する部分の熱伝達率が溶接金属に対応する部分の熱伝達率よりも大きく設定したことにより、ロータの径方向の熱流速分布に勾配を形成することができ、熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができる。
また、併せて筒対における熱影響部に対応する部分の厚みを小さくした場合には、筒体における溶接金属と熱影響部に対応する部分との間に温度勾配を形成することができるため、筒体における溶接金属に対応する部分の方が熱影響部に対応する部分に比べて温度が高くなる。すると、温度の高い筒体の溶接金属に対応する部分から温度の低い筒体の熱影響部に対応する部分へと熱が移動することにより、熱影響部に対してより多くの熱量を伝達させることが可能となる。これにより、より効果的に熱影響部の温度を向上させることができる。
【００２２】
本発明に係る回転機械のロータの熱処理方法は、母材となる回転機械のロータに発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施す回転機械のロータの熱処理方法であって、前記熱影響部に付与される熱量が前記溶接金属に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部及び溶接金属を同時に加熱することを特徴とする。
【００２３】
このような特徴の回転機械のロータの熱処理方法によれば、熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができるため、硬度を低下させたい熱影響部に対する高温の熱処理と強度を低下させたくない溶接金属に対する低温の熱処理とを同時に行なうことができる。よって、これら熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した熱処理を施すことができ、理想的な特性を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の回転機械のロータの熱処理方法及び熱処理装置によれば、一度の熱処理によって熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができるため、これら熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した温度での熱処理を効率的に施すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】溶接補修が施されるタービンロータの側面図である。
【図２】溶接補修工程の手順を示す図である。
【図３】第一実施形態に係る加熱手段を軸線方向から見た図である。
【図４】第二実施形態に係る加熱手段を軸線方向から見た図である
【図５】第二実施形態に係る加熱手段を軸線方向から見た図である
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の回転機械のロータの熱処理装置１０の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
熱処理装置１０（図２及び図３参照）は、図１に示すように、蒸気タービン（回転機械）のタービンロータ１（ロータ）に対して溶接補修を行う際に使用される。
このタービンロータ１は、軸線Ｏ周りに回転可能とされた回転軸２と、該回転軸２の外周側に張り出すように同軸に固定された円盤状のディスク３とを備えており、ディスク３の外周面には、図示しない翼を固定するための翼溝４が周方向に間隔をあけて複数形成されている。
【００２７】
蒸気タービンの駆動中には、回転軸２の回転による遠心力によってディスク３に固定された翼に対して径方向外側に向かっての張力が作用する。これによって翼を固定する翼溝４に高い応力が加わると、図１及び図２（ａ）に示すように応力腐食割れによる亀裂Ｋが発生することがある。
【００２８】
このようにタービンロータ１に亀裂Ｋが発生した場合には、以下のような溶接補修を施す。
即ち、図２（ａ）に示すように、ディスク３の翼溝４内に亀裂Ｋを発見した際には、まず図２（ｂ）に示すように、当該亀裂Ｋを含む損傷部８を切削により除去する。ここで、複数の翼溝４には同様の応力が加わっているため、一部の翼溝４に亀裂Ｋが発見された場合には他の翼溝４にも亀裂Ｋが生じている可能性が高い。そのため、亀裂Ｋが存在する範囲を径方向範囲とするドーナツ状の領域を損傷部８として、当該損傷部８をディスク３の外周側から削取する。ディスク３から損傷部８を削取した残りの部分、即ち、本来のディスク３よりも一回り小径の円盤状部分は、肉盛溶接を行う際の母材５とされる。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、母材５の外周面全域に溶接金属７を環状に形成すべく、当該母材５の外周面全域に肉盛溶接を行う。この際、溶接金属７の外径は補修前のディスク３の外径と略同一とされる。
肉盛溶接としては、ＴＩＧ溶接を適用することができる。ＴＩＧ溶接は、Ａｒガス雰囲気中でフラックス等を一切使用しないで溶接を行うため、溶接部の品質が高く、延性、靭性等の機械的特性が良好な溶接金属７を得ることができる。また、このＴＩＧ溶接に代えてサブマージアーク溶接を施してもよい。
【００３０】
また、上記溶接処理の後、母材５の外周面は溶接の熱によって熱影響部６に変性する。この熱影響部６は、母材５に比べて硬度が大きく、周方向全域にわたって環状に存在する。この熱影響部６の径方向の厚みは例えば１０ｍｍ程とされる。
これによって、タービンロータ１には、径方向内側から外側に向かって、母材５、熱影響部６及び溶接金属７が順次連続して存在した状態となる。
【００３１】
このような肉盛溶接の後には、図２（ｄ）に示すように、残留応力の緩和や熱影響部６の軟化を図るべく熱処理を行う。この熱処理は、詳細は後述する熱処理装置１０によって施される。この熱処理装置１０による熱処理後には、図２（ｅ）に示すように、溶接金属７の外周側から切削加工を施すことによって複数の翼溝４を形成する。
これにより、亀裂Ｋが生じる前のディスク３が復元され、新たな翼溝４に翼が固定されることで蒸気タービンとしての運転が可能となる。
【００３２】
次に、上記の補修工程における熱処理に用いられる熱処理装置１０の詳細について、図３を参照して説明する。
この熱処理装置１０は、第一ヒータ２１と第二ヒータ２２とを備えている。
第一ヒータ２１は、熱影響部６の端面、即ち、熱影響部６における軸線Ｏ方向を向く端面において当該熱影響部６に沿って周方向に延在するように配置されている。即ち、この第一ヒータ２１は、熱影響部６と同様の曲率で湾曲する円弧状に延びており、図示しない固定手段を用いて熱影響部６の端面に固定されている。
【００３３】
なお、図３においては、第一ヒータ２１が熱影響部６端面における周方向一部に２つ設けられた例を示しているが、熱影響部６の周方向全域にわたって設けられていることが好ましい。また、熱影響部６の径方向の厚みに応じて、第一ヒータ２１が径方向に隣接して複数が設けられていてもよい。
【００３４】
第二ヒータ２２は、溶接金属７の端面、即ち、溶接金属７における軸線Ｏ方向を向く端面において当該溶接金属７に沿って周方向に延在するように配置されている。即ち、この第二ヒータ２２は、溶接金属７と同様の曲率で湾曲する円弧状に延びており、第一ヒータ２１と同様、図示しない固定手段を用いて溶接金属７の端面に固定されている。
【００３５】
なお、図３においては、第二ヒータ２２が溶接金属７の端面における周方向一部に２つ設けられた例を示しているが、溶接金属７の周方向全域にわたって設けられていることが好ましい。また、第二ヒータ２２は、径方向に二つが隣接するように設けられているが、溶接金属７の径方向の厚みに応じて、当該径方向に単一の第二ヒータ２２が設けられていてもよいし、径方向に隣接して３つ以上の複数の第二ヒータ２２が設けられていてもよい。
【００３６】
これら第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２としては、例えば電流を通電することで発熱する電熱線を採用することができ、該電流の通電量に対応した熱量を発生することができるようになっている。なお、当該電熱線を覆うカバーが設けられていてもよい。
本実施形態においては、例えば図示しない電流制御手段によって第一ヒータ２１の通電量の方が第二ヒータ２２の通電量よりも大きくなるように制御されている。これにより、第一ヒータ２１の発熱量の方が第二ヒータ２２の発熱量よりも大きくなるように設定されている。
【００３７】
このような熱処理装置１０を用いてタービンロータ１に熱処理を施す際には、母材５の外周面に肉盛溶接を行った後、第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２を上記のように固定する。次いで、例えば図示しない熱電対等の温度測定手段をディスク３の両端面に固定し、熱影響部６及び溶接金属７表面の温度を測定可能な状態とする。その後、タービンロータ１全域を第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２ごと、断熱材によって覆う。これによって、熱処理の準備が完了する。
【００３８】
そして、この状態において第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２に通電することにより、これら第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２を発熱させる。これにより、温度測定手段による温度を監視しながら、溶接金属７の温度が５００〜６５０℃の範囲になるように、また、熱影響部６の温度が溶接金属の温度よりも１０〜１００℃の範囲で高くなるように第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２への通電量を電流制御手段が制御する。即ち、加熱手段によって、熱影響部に付与される熱量が前記溶接金属に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部及び溶接金属が同時に加熱される。
【００３９】
ここで、上記のような熱処理には、肉盛溶接後の残留応力を緩和させる目的の他、硬度の高い熱影響部６を軟化させる目的がある。そのためには、熱影響部６に対しては比較的高温での熱処理を施すことが好ましい。一方で、熱影響部６よりも硬度の低い溶接金属７に対して熱影響部６と同様の温度での熱処理を施してしまえば、溶接金属７の強度を低下させてしまうことになる。したがって、溶接金属７は熱影響部６よりも低い温度での熱処理を施すことが好ましい。
【００４０】
これに対して、本実施形態の熱処理装置１０及び熱処理方法によれば、第一ヒータ２１と第二ヒータ２２とによって熱影響部６及び及び溶接金属７をそれぞれ加熱することにより、熱影響部６に対して溶接金属７よりも大きな熱量を付与する加熱処理を行うことができる。
即ち、タービンロータ１の半径方向の熱流速に勾配を持たせて熱処理を行うことができるため、硬度を低下させたい熱影響部６に対する比較的高温の熱処理と強度を低下させたくない溶接金属７に対する比較的低温の熱処理とを同時に行なうことができる。
【００４１】
これによって、熱影響部６及び溶接金属７の熱処理の温度条件を満たすことで、熱影響部６を所望の硬度まで低下させることができるとともに溶接金属７を所望の強度に維持することができ、熱影響部６と溶接金属７との理想的な特性を得ることができる。
即ち、本実施形態の熱処理装置１０によれば、一度の熱処理によって熱影響部６に対して溶接金属７よりも大きな熱量を付与することができるため、これら熱影響部６及び溶接金属７に対してそれぞれ適した温度での熱処理を効率的に施すことが可能となる。
【００４２】
また、この結果、熱影響部６と溶接金属７との要求特性を両立させる条件策定を容易に行うことができるため、施工期間の短縮及びコストの低減を図ることが可能となる。
さらに、本実施形態では、第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２の位置を任意に定められるため、タービンロータ１の母材５を避けてこれら第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２を設置することができ、当該母材５の強度低下の抑制を図ることもできる。
【００４３】
次に第二実施形態の熱処理装置１０及び熱処理方法について図４及び図５を参照して説明する。なお、第二実施形態においては、第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態の加熱手段２０は、図４に示すように、母材５、熱影響部６及び溶接金属７の端面に沿って径方向に延在する複数のヒータ３０によって構成されている。これらヒータ３０は、それぞれ 周方向に間隔あけて複数配置されており、図示しない固定手段によってタービンロータ１に固定されている。なお、図４においては、周方向の一部分にのみヒータ３０が設けられているが、周方向全域にこれらヒータ３０が設けられていることが好ましい。
【００４４】
加熱手段２０を構成するヒータ３０は、図５に示すように、電熱線３１と筒体３２とから構成されている。
電熱線３１は、その中心軸線がタービンロータ１の径方向に延在するコイル状をなしており、電流が通電されることによって発熱するようになっている。
また、筒体３２は、セラミックスからなる筒状をなしており、タービンロータ１の径方向に延在して電熱線３１を覆うように配置されている。
【００４５】
ここで、本実施形態における電熱線３１は、単位長当たりのコイル巻数が、熱影響部６に対応する部分において他の部分よりも大きく設定されている。即ち、電熱線３１の熱影響部６に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数が、電熱線３１の溶接金属７及び母材５に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数よりも大きく設定されている。
【００４６】
また、本実施形態における筒体３２の内周面には、タービンロータ１の径方向のうち熱影響部６に対応する部分に、筒体３２の径方向外側に向かって凹む環状溝３３が形成されている。これによって、筒体３２の熱影響部６に対応する部分の厚みが、筒体３２の溶接金属７に対応する部分の厚みに比べて小さく設定されている。
【００４７】
さらに、本実施形態における筒体３２は、延在方向の一部分であるタービンロータ１に固定された状態における熱影響部６に対応する部分のみが他の部分、即ち、母材５及び溶接金属７に対応する部分に比べて熱伝導率が高く設定されている。即ち、本実施形態の筒体３２は、熱伝導率の高いセラミックスと熱伝導率が低いセラミックスとが互いに接合されることによって構成されている。熱伝導率の高いセラミックスとしては、例えば窒化アルミニウムや炭化ケイ素を主体としたセラミックスが挙げられる。一方、熱伝導率の低いセラミックスとしては、例えばジルコニウムを主体としたセラミックスが挙げられる。
【００４８】
このような熱処理装置１０を用いてタービンロータ１に熱処理を施す際には、母材５の外周面に肉盛溶接を行った後、複数のヒータ３０を上記のように固定する。その後、タービンロータ１全域を第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２ごと、断熱材によって覆う。これによって、熱処理の準備が完了する。
【００４９】
そして、この状態においてヒータ３０に通電することにより、該ヒータ３０を発熱させる。ここで、電熱線３１は単位長当たりのコイル巻数が大きい方が発熱量が大きくなるため、電熱線３１における熱影響部６に対応する部分の温度は該電熱線３１の溶接金属７に対応する温度よりも大きくなる。
また、電熱線３１の熱は筒体３２を介して熱影響部６及び溶接金属７に伝達されるため、筒体３２の厚みの小さい部分、即ち、筒体３２の熱影響部６に対応する部分の方が他の部分に比べて電熱線３１の熱を筒体３２外の部に伝達し易くなる。
さらに、電熱線３１から発生する熱量は、当該ヒータ３０を覆う筒体３２の熱伝達率が大きい程、筒体３２の外部に伝達され易くなる。
【００５０】
したがって、本実施形態のヒータ３０では、電熱線３１のコイル巻数が多く、また、筒体３２の厚みの小さく、さらに筒体３２の熱伝導率が大きい部分に対応する熱影響部６の方が溶接金属７よりも多くの熱量が伝達されるため、当該熱影響部６の温度は溶接金属７の温度よりも高くなる。
【００５１】
即ち、電熱線３１のコイル巻数、筒体３２の厚み及び該筒体３２の熱伝導率をタービンロータ１の半径方向に変化させたため、該タービンロータ１の半径方向の熱流速に勾配を持たせて熱処理を行うことができる。したがって、硬度を低下させたい熱影響部６に対する比較的高温の熱処理と強度を低下させたくない溶接金属７に対する比較的低温の熱処理とを同時に行なうことができ、熱影響部６と溶接金属７との理想的な特性を得ることが可能となる。
【００５２】
よって、本実施形態の熱処理装置１０によっても、第一実施形態と同様、一度の熱処理によって熱影響部６に対して溶接金属７よりも大きな熱量を付与することができるため、これら熱影響部６及び溶接金属７に対してそれぞれ適した温度での熱処理を効率的に施すことが可能となる。特に本実施形態においては第一実施形態のようにタービンロータ１の径方向に複数の第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２を設ける必要がないため、加熱手段２０の設置作業を容易に行うことができる。
【００５３】
また、筒体３２の厚み及び該筒体３２の熱伝導率がタービンロータ１の半径方向に変化しているため、筒体３２における溶接金属７と熱影響部６に対応する部分との間に温度勾配が生じ、即ち、筒体３２においては、溶接金属７に対応する部分の方が熱影響部６に対応する部分に比べて温度が高くなる。すると、温度の高い筒体３２の溶接金属７に対応する部分から温度の低い筒体３２の熱影響部６に対応する部分へと熱が移動することにより、熱影響部６に対してより多くの熱量を伝達させることができ、より効果的に熱影響部６の温度を向上させることができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、第二実施形態では、電熱線３１の一部のコイル巻数を多くするとともに筒体３２の一部の厚みを小さくし、さらに、筒体３２の一部の熱伝導率を小さくした３つの特徴を有するヒータ３０について説明したが、これら三つの特徴のうちの一つを備えるヒータ３０であってもよいし、選択した二つの特徴を備えるヒータ３０であってもよい。これによっても、熱影響部６に付与する熱量を溶接金属７に付与する熱量よりも大きくすることができる加熱手段２０を構成することができる。
【００５５】
また、実施形態では、熱処理装置１０を蒸気タービンのタービンロータ１に適用した例について説明したが、他の回転機械のロータの溶接補修に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ タービンロータ
２ 回転軸
３ ディスク
４ 翼溝
５ 母材
６ 熱影響部
７ 溶接金属
１０ 熱処理装置
２０ 加熱手段
２１ 第一ヒータ
２２ 第二ヒータ
３０ ヒータ
３１ 電熱線
３２ 筒体
３３ 環状溝
Ｋ 亀裂
Ｏ 軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母材となる回転機械のロータに発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施す回転機械のロータの熱処理装置及び熱処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラント、原子力発電プラントは蒸気タービン（回転機械）を用いて発電を行っている。この蒸気タービンにおけるタービンロータ（ロータ）は、湿った水蒸気が常に接触するため腐食され易い。その中で、乾燥、湿潤が交互に訪れる領域である乾湿交番域は、ボイラ水中の処理物質が濃縮するために特に腐食し易い環境となっている。
【０００３】
このような腐食し易い条件下で蒸気タービンを運転し続けていると、タービンロータの翼溝等の応力が集中する部分に、応力腐食割れ、腐食疲労による亀裂が発生する。この亀裂は、運転の継続によって大きくなり、そのまま放置しておくと翼がタービンロータから外れて他の部位を破壊することになる。したがって、発電プラントでは定期的に検査を行って、タービンロータ各部位の亀裂発生の有無を検査し、その成長状況を定期的に把握することとしている。
【０００４】
上記のように発生した亀裂に対しては必要に応じて適宜補修を行う。この補修で対応できない場合には、タービンロータを取替えるが、コストを考慮すると取替えに至る前に補修を行うことが望ましい。タービンロータの補修は、肉盛溶接にて行うことが一般的である（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
ここで、ロータの径が小径（φ６００ｍｍ以下）の場合、施工面の曲率が大きいため、サブマージアーク溶接可能な分量のフラックスを施工面に堆積させることができない。よって、サブマージアーク溶接を採用すれば溶接所要時間がＴＩＧ溶接に比べて短いという利点があるにもかかわらず、現状ではＴＩＧ溶接を採用して肉盛溶接を行っている。
【０００６】
この肉盛溶接後には、溶接の熱によりロータの母材の表面が変性することで熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）が形成され、この熱影響部上に溶接金属が形成された状態となる。これら熱影響部及び溶接金属に対しては、残留応力の緩和や熱影響部の軟化を図るべく熱処理を実施する必要がある。
この熱処理の方法として、熱影響部と溶接金属とを同一のヒータにより同条件で熱処理を施すことが一般的に行われている。
また、特許文献１には、ロータの表面に第一の層を肉盛溶接により形成して熱影響部を生ぜしめ、これら第一の層及び熱影響部に第一の熱処理を施した後、第二の層を肉盛溶接により形成し、この第二の層に対して第二の熱処理を施すといった二段階熱処理が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２２２９３１号公報
【特許文献２】特開２００６−５１５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記熱処理によって熱影響部の所望の硬度（Ｈｖ３５０未満）と溶接金属の所望の強度（７２０ＭＰａ）を得るためには、熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した温度で熱処理を施す必要がある。即ち、熱影響部では硬度を低下させるべく比較的高い温度（例えば、溶接金属よりも１０〜１００℃程高い温度）で熱処理を施す一方、強度を低下させたくない溶接金属では、熱影響部よりも低い温度（例えば５００〜６５０℃）で熱処理を施すことが好ましい。
しかしながら、上述のように熱影響部と溶接金属とを同一のヒータにより同一条件で熱処理を施した場合には、熱影響部・溶接金属のいずれかの特性を妥協せざるを得ない。また、熱影響部の硬度と溶接金属の強度との要求値を両立する熱処理条件の策定に時間がかかってしまう。
【０００９】
一方、上述した二段階熱処理では、熱影響部及び溶接金属に対して所望の温度で熱処理を施すことができるものの、工程数が多くなる分だけ時間と労力を要してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した温度での熱処理を効率的に行うことができる回転機械のロータの熱処理装置及び熱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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置は、母材となる回転機械のロータに発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施す回転機械のロータの熱処理装置であって、前記熱影響部に付与される熱量が前記溶接金属に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部及び溶接金属を同時に加熱する加熱手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
このような特徴の回転機械のロータの熱処理装置によれば、熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができるため、硬度を低下させたい熱影響部に対する高温の熱処理と強度を低下させたくない溶接金属に対する低温の熱処理とを同時に行なうことができる。即ち、これら熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した温度での熱処理を一度に施すことができる。
【００１３】
また、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置において、前記加熱手段は、前記熱影響部に沿って前記ロータの周方向に延在する第一ヒータと、前記溶接金属に沿って前記ロータの周方向に延在し、前記第一ヒータよりも低温とされた第二ヒータとを備えることを特徴とする。
【００１４】
このような特徴の回転機械のロータの熱処理装置によれば、第一ヒータと第二ヒータとによって熱影響部及び溶接金属にそれぞれ適した温度での熱処理を施すことができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置において、前前記加熱手段は、中心軸線が前記ロータの径方向に延在するコイル状の電熱線と、前記ロータの径方向に延在して前記電熱線を覆う筒体とを備えるものであってもよい。
電熱線から発生する熱が筒体を介して熱影響部及び溶接金属に伝達されることで、これら熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施すことができる。
【００１６】
また、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置において、前記電熱線の前記熱影響部に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数が、前記電熱線の前記溶接金属に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００１７】
ヒータから発生する熱量は、単位長当たりのコイル巻数が大きい程増大する。よって、ヒータにおける熱影響部に対応する部分のコイル巻数を溶接金属に対応する部分のコイル巻数に比べて大きく設定することで、ロータの径方向の熱流速分布に勾配を形成することができ、熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができる。
【００１８】
また、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置においては、前記筒体の前記熱影響部に対応する部分の厚みが、前記筒体の前記溶接金属に対応する部分の厚みに比べて小さく設定されていることを特徴とする。
【００１９】
ヒータから発生する熱量は、当該ヒータを覆う筒体の厚みが小さい部分程、該筒体の外部に伝達され易くなる。よって、筒体における熱影響部に対応する部分の厚みが溶接金属に対応する部分の厚みよりも小さく設定されていることで、ロータの径方向の熱流速分布に勾配を形成することができ、熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができる。
【００２０】
また、本発明に係る回転機械のロータの熱処理装置においては、前記筒体の前記熱影響部に対応する部分の熱伝導率が、前記筒体の前記溶接金属に対応する部分の熱伝導率よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００２１】
ヒータから発生する熱量は、当該ヒータを覆う筒体の熱伝達率が大きい程、筒体の外部に伝達され易くなる。よって、筒体における熱影響部に対応する部分の熱伝達率が溶接金属に対応する部分の熱伝達率よりも大きく設定したことにより、ロータの径方向の熱流速分布に勾配を形成することができ、熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができる。
また、併せて筒対における熱影響部に対応する部分の厚みを小さくした場合には、筒体における溶接金属と熱影響部に対応する部分との間に温度勾配を形成することができるため、筒体における溶接金属に対応する部分の方が熱影響部に対応する部分に比べて温度が高くなる。すると、温度の高い筒体の溶接金属に対応する部分から温度の低い筒体の熱影響部に対応する部分へと熱が移動することにより、熱影響部に対してより多くの熱量を伝達させることが可能となる。これにより、より効果的に熱影響部の温度を向上させることができる。
【００２２】
本発明に係る回転機械のロータの熱処理方法は、母材となる回転機械のロータに発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施す回転機械のロータの熱処理方法であって、前記熱影響部に付与される熱量が前記溶接金属に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部及び溶接金属を同時に加熱することを特徴とする。
【００２３】
このような特徴の回転機械のロータの熱処理方法によれば、熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができるため、硬度を低下させたい熱影響部に対する高温の熱処理と強度を低下させたくない溶接金属に対する低温の熱処理とを同時に行なうことができる。よって、これら熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した熱処理を施すことができ、理想的な特性を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の回転機械のロータの熱処理方法及び熱処理装置によれば、一度の熱処理によって熱影響部に対して溶接金属よりも大きな熱量を付与することができるため、これら熱影響部及び溶接金属に対してそれぞれ適した温度での熱処理を効率的に施すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】溶接補修が施されるタービンロータの側面図である。
【図２】溶接補修工程の手順を示す図である。
【図３】第一実施形態に係る加熱手段を軸線方向から見た図である。
【図４】第二実施形態に係る加熱手段を軸線方向から見た図である
【図５】第二実施形態に係る加熱手段を軸線方向から見た図である
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の回転機械のロータの熱処理装置１０の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
熱処理装置１０（図２及び図３参照）は、図１に示すように、蒸気タービン（回転機械）のタービンロータ１（ロータ）に対して溶接補修を行う際に使用される。
このタービンロータ１は、軸線Ｏ周りに回転可能とされた回転軸２と、該回転軸２の外周側に張り出すように同軸に固定された円盤状のディスク３とを備えており、ディスク３の外周面には、図示しない翼を固定するための翼溝４が周方向に間隔をあけて複数形成されている。
【００２７】
蒸気タービンの駆動中には、回転軸２の回転による遠心力によってディスク３に固定された翼に対して径方向外側に向かっての張力が作用する。これによって翼を固定する翼溝４に高い応力が加わると、図１及び図２（ａ）に示すように応力腐食割れによる亀裂Ｋが発生することがある。
【００２８】
このようにタービンロータ１に亀裂Ｋが発生した場合には、以下のような溶接補修を施す。
即ち、図２（ａ）に示すように、ディスク３の翼溝４内に亀裂Ｋを発見した際には、まず図２（ｂ）に示すように、当該亀裂Ｋを含む損傷部８を切削により除去する。ここで、複数の翼溝４には同様の応力が加わっているため、一部の翼溝４に亀裂Ｋが発見された場合には他の翼溝４にも亀裂Ｋが生じている可能性が高い。そのため、亀裂Ｋが存在する範囲を径方向範囲とするドーナツ状の領域を損傷部８として、当該損傷部８をディスク３の外周側から削取する。ディスク３から損傷部８を削取した残りの部分、即ち、本来のディスク３よりも一回り小径の円盤状部分は、肉盛溶接を行う際の母材５とされる。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、母材５の外周面全域に溶接金属７を環状に形成すべく、当該母材５の外周面全域に肉盛溶接を行う。この際、溶接金属７の外径は補修前のディスク３の外径と略同一とされる。
肉盛溶接としては、ＴＩＧ溶接を適用することができる。ＴＩＧ溶接は、Ａｒガス雰囲気中でフラックス等を一切使用しないで溶接を行うため、溶接部の品質が高く、延性、靭性等の機械的特性が良好な溶接金属７を得ることができる。また、このＴＩＧ溶接に代えてサブマージアーク溶接を施してもよい。
【００３０】
また、上記溶接処理の後、母材５の外周面は溶接の熱によって熱影響部６に変性する。この熱影響部６は、母材５に比べて硬度が大きく、周方向全域にわたって環状に存在する。この熱影響部６の径方向の厚みは例えば１０ｍｍ程とされる。
これによって、タービンロータ１には、径方向内側から外側に向かって、母材５、熱影響部６及び溶接金属７が順次連続して存在した状態となる。
【００３１】
このような肉盛溶接の後には、図２（ｄ）に示すように、残留応力の緩和や熱影響部６の軟化を図るべく熱処理を行う。この熱処理は、詳細は後述する熱処理装置１０によって施される。この熱処理装置１０による熱処理後には、図２（ｅ）に示すように、溶接金属７の外周側から切削加工を施すことによって複数の翼溝４を形成する。
これにより、亀裂Ｋが生じる前のディスク３が復元され、新たな翼溝４に翼が固定されることで蒸気タービンとしての運転が可能となる。
【００３２】
次に、上記の補修工程における熱処理に用いられる熱処理装置１０の詳細について、図３を参照して説明する。
この熱処理装置１０は、第一ヒータ２１と第二ヒータ２２とを備えている。
第一ヒータ２１は、熱影響部６の端面、即ち、熱影響部６における軸線Ｏ方向を向く端面において当該熱影響部６に沿って周方向に延在するように配置されている。即ち、この第一ヒータ２１は、熱影響部６と同様の曲率で湾曲する円弧状に延びており、図示しない固定手段を用いて熱影響部６の端面に固定されている。
【００３３】
なお、図３においては、第一ヒータ２１が熱影響部６端面における周方向一部に２つ設けられた例を示しているが、熱影響部６の周方向全域にわたって設けられていることが好ましい。また、熱影響部６の径方向の厚みに応じて、第一ヒータ２１が径方向に隣接して複数が設けられていてもよい。
【００３４】
第二ヒータ２２は、溶接金属７の端面、即ち、溶接金属７における軸線Ｏ方向を向く端面において当該溶接金属７に沿って周方向に延在するように配置されている。即ち、この第二ヒータ２２は、溶接金属７と同様の曲率で湾曲する円弧状に延びており、第一ヒータ２１と同様、図示しない固定手段を用いて溶接金属７の端面に固定されている。
【００３５】
なお、図３においては、第二ヒータ２２が溶接金属７の端面における周方向一部に２つ設けられた例を示しているが、溶接金属７の周方向全域にわたって設けられていることが好ましい。また、第二ヒータ２２は、径方向に二つが隣接するように設けられているが、溶接金属７の径方向の厚みに応じて、当該径方向に単一の第二ヒータ２２が設けられていてもよいし、径方向に隣接して３つ以上の複数の第二ヒータ２２が設けられていてもよい。
【００３６】
これら第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２としては、例えば電流を通電することで発熱する電熱線を採用することができ、該電流の通電量に対応した熱量を発生することができるようになっている。なお、当該電熱線を覆うカバーが設けられていてもよい。
本実施形態においては、例えば図示しない電流制御手段によって第一ヒータ２１の通電量の方が第二ヒータ２２の通電量よりも大きくなるように制御されている。これにより、第一ヒータ２１の発熱量の方が第二ヒータ２２の発熱量よりも大きくなるように設定されている。
【００３７】
このような熱処理装置１０を用いてタービンロータ１に熱処理を施す際には、母材５の外周面に肉盛溶接を行った後、第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２を上記のように固定する。次いで、例えば図示しない熱電対等の温度測定手段をディスク３の両端面に固定し、熱影響部６及び溶接金属７表面の温度を測定可能な状態とする。その後、タービンロータ１全域を第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２ごと、断熱材によって覆う。これによって、熱処理の準備が完了する。
【００３８】
そして、この状態において第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２に通電することにより、これら第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２を発熱させる。これにより、温度測定手段による温度を監視しながら、溶接金属７の温度が５００〜６５０℃の範囲になるように、また、熱影響部６の温度が溶接金属の温度よりも１０〜１００℃の範囲で高くなるように第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２への通電量を電流制御手段が制御する。即ち、加熱手段によって、熱影響部に付与される熱量が前記溶接金属に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部及び溶接金属が同時に加熱される。
【００３９】
ここで、上記のような熱処理には、肉盛溶接後の残留応力を緩和させる目的の他、硬度の高い熱影響部６を軟化させる目的がある。そのためには、熱影響部６に対しては比較的高温での熱処理を施すことが好ましい。一方で、熱影響部６よりも硬度の低い溶接金属７に対して熱影響部６と同様の温度での熱処理を施してしまえば、溶接金属７の強度を低下させてしまうことになる。したがって、溶接金属７は熱影響部６よりも低い温度での熱処理を施すことが好ましい。
【００４０】
これに対して、本実施形態の熱処理装置１０及び熱処理方法によれば、第一ヒータ２１と第二ヒータ２２とによって熱影響部６及び及び溶接金属７をそれぞれ加熱することにより、熱影響部６に対して溶接金属７よりも大きな熱量を付与する加熱処理を行うことができる。
即ち、タービンロータ１の半径方向の熱流速に勾配を持たせて熱処理を行うことができるため、硬度を低下させたい熱影響部６に対する比較的高温の熱処理と強度を低下させたくない溶接金属７に対する比較的低温の熱処理とを同時に行なうことができる。
【００４１】
これによって、熱影響部６及び溶接金属７の熱処理の温度条件を満たすことで、熱影響部６を所望の硬度まで低下させることができるとともに溶接金属７を所望の強度に維持することができ、熱影響部６と溶接金属７との理想的な特性を得ることができる。
即ち、本実施形態の熱処理装置１０によれば、一度の熱処理によって熱影響部６に対して溶接金属７よりも大きな熱量を付与することができるため、これら熱影響部６及び溶接金属７に対してそれぞれ適した温度での熱処理を効率的に施すことが可能となる。
【００４２】
また、この結果、熱影響部６と溶接金属７との要求特性を両立させる条件策定を容易に行うことができるため、施工期間の短縮及びコストの低減を図ることが可能となる。
さらに、本実施形態では、第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２の位置を任意に定められるため、タービンロータ１の母材５を避けてこれら第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２を設置することができ、当該母材５の強度低下の抑制を図ることもできる。
【００４３】
次に第二実施形態の熱処理装置１０及び熱処理方法について図４及び図５を参照して説明する。なお、第二実施形態においては、第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態の加熱手段２０は、図４に示すように、母材５、熱影響部６及び溶接金属７の端面に沿って径方向に延在する複数のヒータ３０によって構成されている。これらヒータ３０は、それぞれ 周方向に間隔あけて複数配置されており、図示しない固定手段によってタービンロータ１に固定されている。なお、図４においては、周方向の一部分にのみヒータ３０が設けられているが、周方向全域にこれらヒータ３０が設けられていることが好ましい。
【００４４】
加熱手段２０を構成するヒータ３０は、図５に示すように、電熱線３１と筒体３２とから構成されている。
電熱線３１は、その中心軸線がタービンロータ１の径方向に延在するコイル状をなしており、電流が通電されることによって発熱するようになっている。
また、筒体３２は、セラミックスからなる筒状をなしており、タービンロータ１の径方向に延在して電熱線３１を覆うように配置されている。
【００４５】
ここで、本実施形態における電熱線３１は、単位長当たりのコイル巻数が、熱影響部６に対応する部分において他の部分よりも大きく設定されている。即ち、電熱線３１の熱影響部６に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数が、電熱線３１の溶接金属７及び母材５に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数よりも大きく設定されている。
【００４６】
また、本実施形態における筒体３２の内周面には、タービンロータ１の径方向のうち熱影響部６に対応する部分に、筒体３２の径方向外側に向かって凹む環状溝３３が形成されている。これによって、筒体３２の熱影響部６に対応する部分の厚みが、筒体３２の溶接金属７に対応する部分の厚みに比べて小さく設定されている。
【００４７】
さらに、本実施形態における筒体３２は、延在方向の一部分であるタービンロータ１に固定された状態における熱影響部６に対応する部分のみが他の部分、即ち、母材５及び溶接金属７に対応する部分に比べて熱伝導率が高く設定されている。即ち、本実施形態の筒体３２は、熱伝導率の高いセラミックスと熱伝導率が低いセラミックスとが互いに接合されることによって構成されている。熱伝導率の高いセラミックスとしては、例えば窒化アルミニウムや炭化ケイ素を主体としたセラミックスが挙げられる。一方、熱伝導率の低いセラミックスとしては、例えばジルコニウムを主体としたセラミックスが挙げられる。
【００４８】
このような熱処理装置１０を用いてタービンロータ１に熱処理を施す際には、母材５の外周面に肉盛溶接を行った後、複数のヒータ３０を上記のように固定する。その後、タービンロータ１全域を第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２ごと、断熱材によって覆う。これによって、熱処理の準備が完了する。
【００４９】
そして、この状態においてヒータ３０に通電することにより、該ヒータ３０を発熱させる。ここで、電熱線３１は単位長当たりのコイル巻数が大きい方が発熱量が大きくなるため、電熱線３１における熱影響部６に対応する部分の温度は該電熱線３１の溶接金属７に対応する温度よりも大きくなる。
また、電熱線３１の熱は筒体３２を介して熱影響部６及び溶接金属７に伝達されるため、筒体３２の厚みの小さい部分、即ち、筒体３２の熱影響部６に対応する部分の方が他の部分に比べて電熱線３１の熱を筒体３２外の部に伝達し易くなる。
さらに、電熱線３１から発生する熱量は、当該ヒータ３０を覆う筒体３２の熱伝達率が大きい程、筒体３２の外部に伝達され易くなる。
【００５０】
したがって、本実施形態のヒータ３０では、電熱線３１のコイル巻数が多く、また、筒体３２の厚みの小さく、さらに筒体３２の熱伝導率が大きい部分に対応する熱影響部６の方が溶接金属７よりも多くの熱量が伝達されるため、当該熱影響部６の温度は溶接金属７の温度よりも高くなる。
【００５１】
即ち、電熱線３１のコイル巻数、筒体３２の厚み及び該筒体３２の熱伝導率をタービンロータ１の半径方向に変化させたため、該タービンロータ１の半径方向の熱流速に勾配を持たせて熱処理を行うことができる。したがって、硬度を低下させたい熱影響部６に対する比較的高温の熱処理と強度を低下させたくない溶接金属７に対する比較的低温の熱処理とを同時に行なうことができ、熱影響部６と溶接金属７との理想的な特性を得ることが可能となる。
【００５２】
よって、本実施形態の熱処理装置１０によっても、第一実施形態と同様、一度の熱処理によって熱影響部６に対して溶接金属７よりも大きな熱量を付与することができるため、これら熱影響部６及び溶接金属７に対してそれぞれ適した温度での熱処理を効率的に施すことが可能となる。特に本実施形態においては第一実施形態のようにタービンロータ１の径方向に複数の第一ヒータ２１及び第二ヒータ２２を設ける必要がないため、加熱手段２０の設置作業を容易に行うことができる。
【００５３】
また、筒体３２の厚み及び該筒体３２の熱伝導率がタービンロータ１の半径方向に変化しているため、筒体３２における溶接金属７と熱影響部６に対応する部分との間に温度勾配が生じ、即ち、筒体３２においては、溶接金属７に対応する部分の方が熱影響部６に対応する部分に比べて温度が高くなる。すると、温度の高い筒体３２の溶接金属７に対応する部分から温度の低い筒体３２の熱影響部６に対応する部分へと熱が移動することにより、熱影響部６に対してより多くの熱量を伝達させることができ、より効果的に熱影響部６の温度を向上させることができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、第二実施形態では、電熱線３１の一部のコイル巻数を多くするとともに筒体３２の一部の厚みを小さくし、さらに、筒体３２の一部の熱伝導率を小さくした３つの特徴を有するヒータ３０について説明したが、これら三つの特徴のうちの一つを備えるヒータ３０であってもよいし、選択した二つの特徴を備えるヒータ３０であってもよい。これによっても、熱影響部６に付与する熱量を溶接金属７に付与する熱量よりも大きくすることができる加熱手段２０を構成することができる。
【００５５】
また、実施形態では、熱処理装置１０を蒸気タービンのタービンロータ１に適用した例について説明したが、他の回転機械のロータの溶接補修に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ タービンロータ
２ 回転軸
３ ディスク
４ 翼溝
５ 母材
６ 熱影響部
７ 溶接金属
１０ 熱処理装置
２０ 加熱手段
２１ 第一ヒータ
２２ 第二ヒータ
３０ ヒータ
３１ 電熱線
３２ 筒体
３３ 環状溝
Ｋ 亀裂
Ｏ 軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材となる回転機械のロータに発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施す回転機械のロータの熱処理装置であって、
前記熱影響部に付与される熱量が前記溶接金属に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部及び溶接金属を同時に加熱する加熱手段を備えることを特徴とする回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、
前記熱影響部に沿って前記ロータの周方向に延在する第一ヒータと、
前記溶接金属に沿って前記ロータの周方向に延在し、前記第一ヒータよりも低温とされた第二ヒータとを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、
中心軸線が前記ロータの径方向に延在するコイル状の電熱線と、
前記ロータの径方向に延在して前記電熱線を覆う筒体とを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項４】
前記電熱線の前記熱影響部に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数が、前前記電熱線の記溶接金属に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３に記載の回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項５】
前記筒体の前記熱影響部に対応する部分の厚みが、前記筒体の前記溶接金属に対応する部分の厚みに比べて小さく設定されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項６】
前記筒体の前記熱影響部に対応する部分の熱伝導率が、前記筒体の前記溶接金属に対応する部分の熱伝導率よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項７】
母材となる回転機械のロータに発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施す回転機械のロータの熱処理方法であって、
前記熱影響部に付与される熱量が前記溶接金属に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部及び溶接金属を同時に加熱することを特徴とする回転機械のロータの熱処理方法。
【請求項１】
母材となる回転機械のロータに発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施す回転機械のロータの熱処理装置であって、
前記熱影響部に付与される熱量が前記溶接金属に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部及び溶接金属を同時に加熱する加熱手段を備えることを特徴とする回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、
前記熱影響部に沿って前記ロータの周方向に延在する第一ヒータと、
前記溶接金属に沿って前記ロータの周方向に延在し、前記第一ヒータよりも低温とされた第二ヒータとを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、
中心軸線が前記ロータの径方向に延在するコイル状の電熱線と、
前記ロータの径方向に延在して前記電熱線を覆う筒体とを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項４】
前記電熱線の前記熱影響部に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数が、前前記電熱線の記溶接金属に対応する部分における単位長当たりのコイル巻数よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３に記載の回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項５】
前記筒体の前記熱影響部に対応する部分の厚みが、前記筒体の前記溶接金属に対応する部分の厚みに比べて小さく設定されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項６】
前記筒体の前記熱影響部に対応する部分の熱伝導率が、前記筒体の前記溶接金属に対応する部分の熱伝導率よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の回転機械のロータの熱処理装置。
【請求項７】
母材となる回転機械のロータに発生した損傷部に対して溶接補修を施した後に、該溶接補修により形成された熱影響部及び溶接金属に対して熱処理を施す回転機械のロータの熱処理方法であって、
前記熱影響部に付与される熱量が前記溶接金属に付与される熱量よりも大きくなるように、これら熱影響部及び溶接金属を同時に加熱することを特徴とする回転機械のロータの熱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５４２７１（Ｐ２０１２−１５４２７１Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５０９４（Ｐ２０１１−１５０９４）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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