高圧調節弁の溶射修復

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高圧調節弁の溶射修理　皆さん、不足している点を補完したり、より優れた省エネの修理方法をご提案ください。高圧調節弁の開閉不全は、機器の安全かつ安定した運転に深刻な影響を及ぼします。バルブの分解検査を行った結果、高圧調速弁の弁座が10mm沈下しており、そのため弁ディスクのガイド突起がガイド溝から外れてしまい、蒸気を正常に調節できない状態であることがわかった。機器の緊急修理にかけられる時間が短く、バルブシートの沈下を現場で回復させることが困難であるため、溶着処理を施してガイドリッジの高さを増やし、高圧主蒸気調節弁の元の機能を回復させることにした。1 高圧主蒸気調節弁の修理案 1.1 バルブディスクのガイド突起の動作原理 N300－16.7/537/537－3型タービンの高圧主蒸気調節弁は、1つの主蒸気弁と2つの調節弁で構成されており、高圧調節弁は高圧シリンダーへの蒸気供給量を調整するために使用される。機械が動作している間、オイルモーターは機械的な昇降装置として機能し、バルブディスクのガイド肩をガイド溝に沿って上下に移動させることで、調節バルブディスクの開度を制御する。機組が運転中、調節弁の高温蒸気は16.7 MPa、537℃であり、ガイドショルダーは主に熱応力とある程度の周方向せん断応力を受ける。1号高圧調節弁のバルブディスクとバルブシートの適合直径は170 mmで、そのバルブディスクの構造は図1に示されている。ガイドショルダーの寸法は55 mm×30 mm×10 mm（高さ×幅×厚さ）である。バルブディスクの材質は20Cr3MoWVA合金鋼を使用しており、エロージョンに対する耐性を高めるため、その表面には高温窒化処理が施されている。1.2 堆溶接材料および溶接装置の選定は、調節弁の作動条件に基づき、バルブディスクのガイドショルダーは十分な高温強度を確保するとともに、一定の耐摩耗性も満たす必要がある。機器の緊急修理のため、最適な材料を調達することができず、溶着材の選定原則および各溶着材の力学的性質の分析に基づき、母材の材質に近いTIG-R34（12Cr2MoWVTIB、Φ2.5 mm）のワイヤーを選定した。溶接機はLincoln V300－1およびアルゴンアーク溶接用の付属ツールを使用する；温度監視にはアメリカ製MX2赤外線温度計を使用します。2 焊接性能の分析は炭素当量式に基づいて行われ、材料20Cr3MoWVAの主な特徴は炭素および合金元素を多く含んでいることであり、溶接時には溶接部や熱処理領域で硬化組織が生じやすく、溶接部品の剛性や接合部の応力が大きい場合には冷間割れが発生しやすい。 窒化処理を施したバルブディスクは、その表面硬度がHV900にも達し、溶接時にひび割れが非常に発生しやすい。3 パウダー溶接工程 3.1 工程の流れ 焊接前の研磨・洗浄－予熱－パウダー溶接－焊接後の熱処理－焊接後の旋削。3.2 溶接前の準備として、まずアングルグラインダーを使用して、溶着部周辺20mm範囲内の窒化層を徹底的に除去する。研磨の深さは0.4mm以上でなければならず、研磨した部分の硬さを測定し、溶接領域がHB185～321の基準を満たしていることを確認する。JB4730－94の検査基準に従い、研磨後のガイドショルダーの表面品質を確認し、亀裂や介在物などの欠陥がないことが求められ、I級基準を満たせば合格となる。 次にプロパンガスを用いてバルブディスクの溶接部およびその周辺50mm範囲を洗浄し、水分や油分がないことを確認する；サンドペーパーを使って、アルゴンアーク溶接ワイヤーの表面に付着した油汚れや錆などの汚れを取り除きます。3.3 溶接工程およびパラメータは、酸素アセチレン炎による加熱法で溶接前の予熱を行い、予熱温度は350～400℃とし、温度計を用いて予熱温度を測定する。バルブディスクの溶接部は露出させ、その他の部分はアスベスト布で覆って、アークによる焼傷を防ぐ。加工パラメータは、I＝80～90 A、アルゴンガス流量8～10L/min、直流正極接続、電圧範囲10～15 V、溶接速度30～45 mm/min、各振動幅は≤10 mm、各層の溶着厚さは≤4 mm。予熱温度に達したら溶接を開始し、層間温度は300～400℃に制御する。溶接中はいかなる欠陥も発生してはならず、特にアークの発生点と終了点を重点的にチェックし、欠陥が見つかった場合は直ちにコーナーグラインダーで除去する。加工余量を確保するため、図面に従った溶着寸法で、外径を5 mm増加させ、内径を5 mm減少させ、溶着厚さは13 mmとする。一方の溶着が終わったら、もう一方に溶着する。 溶接が完了したら、アルミノシリケート系の耐熱綿で覆ってゆっくりと冷却し、溶接部の温度が100～150℃になったら、直ちに溶接後の局部熱処理を行う。熱処理は、炎によって640～660℃まで加熱し、30分間保持する。温度は温度計で監視し、昇温速度および冷却速度はいずれも300℃/h未満とする。300℃以下まで冷却する際は制御しなくてよく、冷却時にはアルミノシリケート繊維の断熱マットで包んで徐冷する。4 溶接後検査では、工程に従ってバルブディスクの溶着および機械加工を行った後、浸透探傷および超音波探傷による検査を実施し、溶接部にひび割れ、介在物、気孔などの欠陥がないことを確認する。また、溶着部の品質はJB4730－94規格の第I級の要求を満たしている；加工面における硬度試験の結果、平均硬度値はHB241であり、元の母材の硬度値とほぼ同等で、部品の使用性能を満たしている。5 高圧調節弁の溶着補修に関する結論　第2号機の第1高圧主蒸気調節弁は溶接補修後、約1年間運用されたが、機械の大規模修理時に分解検査を行った結果、溶着されたバルブディスクの突起部には5,616時間の運用期間中に何の問題も見られなかった。TIG－R34アルゴンアーク溶接ワイヤを用いて20Cr3MoWVA材にスパッタ溶接する場合、予熱を350～400℃、溶接後は640～650℃で30分間保持するという溶接工程が合理的かつ実行可能であることがわかる。それは高圧主蒸気調節弁が正常に蒸気を調節する問題を解決するだけでなく、数万円のコストも節約しました。