CN103510996B - 涡轮转子及其制造方法和使用其的蒸汽涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

在组合两种材料的异种材料焊接转子中，在其焊接部附近具有转子的密闭空间部的情况下，可靠地形成难以产生龟裂的熔透焊道。本发明的涡轮转子具备高温侧转子母材（61）和低温侧转子母材（64），高温侧转子母材具有凹部和坡口部（63），低温侧转子母材具有凹部和坡口部（65），使高温侧转子母材的凹部与低温侧转子母材的凹部相对配置而在这些凹部之间形成密闭空间部，使高温侧转子母材的坡口部与低温侧转子母材的坡口部相对配置而在这些坡口部之间形成槽部（66），在高温侧转子母材与低温侧转子母材之间，具备具有与高温侧转子母材或低温侧转子母材相同成分的堆焊部（62），堆焊部在密闭空间部一侧具有熔透焊道（67），槽部中填充有焊接金属（68）。

Description

涡轮转子及其制造方法和使用其的蒸汽涡轮发动机
技术领域
本发明涉及具有不同种材料焊接部的涡轮转子及其制造方法和使用该涡轮转子的蒸汽涡轮发动机。
背景技术
蒸汽涡轮发动机由锅炉、涡轮转子、动叶片、发电机等构成。
大型的涡轮转子，除了轴长变长以外，其高压侧要求高温蠕变断裂强度，其低压侧要求抗拉强度和韧性。因此，用一个部件形成蒸汽涡轮转子的情况下，难以获得满足上述各要求的特性。特别是伴随蒸汽温度的上升，作为高压侧转子的材料，现有的铁类合金接近极限。
为此，对使用比铁类合金耐热性更好的Ni基超合金进行了研究。然而，Ni基超合金在大型模块的制造性、加工性、成本、易于采购方面与铁类合金相比较差。
于是，可知有用耐热性良好的Ni基超合金材料形成高压侧转子，用抗拉强度和韧性优良的铁类合金材料形成低压侧转子，使这些材料通过焊接一体化的制造方法。
对转子进行焊接时，在位于焊接部的底部的最先进行焊接的对接部，需要形成在焊接部的背面一侧形成的焊道、即熔透焊道（裏波、penetrationbead）。不形成熔透焊道的情况下，对接部残留有未焊接部，担心其增大运转中的损伤潜在性的可能性。
为此，需要在对转子进行焊接的情况下形成熔透焊道，但是转子材料的组合为异种材料、特别是Ni基合金材料与铁类合金材料的组合的情况下，二者的热物性值的差异成为问题。该情况下，（1）因添加元素的差异导致元素的移动成为课题，（2）因热处理条件的差异导致确保机械特性成为课题，以及（3）因导热性的差异导致熔透焊道的形成成为课题。
对于上述（1）和（2）的课题，专利文献1～4中记载了解决方案。
专利文献1中，公开了使用具有完全回火马氏体组织的12%Cr类钢和具有贝氏体组织的Cr-Mo-V类钢作为转子母材，将它们的对接部通过焊接部接合的涡轮转子，其构成为使设置在对接部的预堆边焊层的硬度分布为规定的范围内。
专利文献2中，公开了在氢气气氛中长期供给的Cr-Mo-Fe类耐热钢材上，焊接连接新型的Ni-Cr-Fe类耐热合金材料的异种材料焊接方法中，对Cr-Mo-Fe类耐热钢材的连接部附近加热到规定的温度实施脱氢处理的技术。
专利文献3中，公开了对不锈钢制管进行对接焊时，在从焊接部的内面或外面起规定的深度的范围内形成熔凝层的核反应堆内部配管焊接部的应力腐蚀开裂防止方法。
专利文献4中，公开了对钢材依次焊接两种Ni基焊接材料的方法。
专利文献5中，公开了将使凸部与凹部相互嵌合而一体化的低合金钢的转子轴和Ni基超合金的涡轮叶轮在定心状态下设置后，使其绕转子轴的轴心旋转的同时，在对接部分整周焊接的技术。
专利文献1：日本特开2008-215181号公报
专利文献2：日本特开2000-254774号公报
专利文献3：日本特开2000-254776号公报
专利文献4：日本特开2009-248095号公报
专利文献5：日本特开2012-61498号公报
发明内容
专利文献1～4所记载的焊接部中，通过使事先实施了预堆边焊的在板厚方向上化学组成不同的焊接材料叠层，消除了异种金属焊接部的问题。
然而，焊接转子中，除了解决这些课题以外，上述（3）的焊接转子特有的课题即熔透焊道的稳定形成是重要的。这是由于焊接转子的内部是中空的。熔透焊道的形成失败的情况下，不能从背面进行研磨，不得不在截面上切除。此外，不能适当地形成熔透焊道，对接部产生未焊接部的情况下，担心发生以其为起点的损伤。
除了这样的焊接转子特有的课题以外，转子材料为Ni基合金材料与铁类合金材料的组合的情况下，存在热物性、特别是导热率较大不同的问题。由于热物性的不同，两种材料的熔化行为产生差异，难以形成熔透焊道。
本发明的目的在于，在将两种合金材料组合而成的异种材料焊接转子中，其焊接部附近具有转子的密闭空间部的情况下，可靠地形成难以产生龟裂的熔透焊道。
本发明的涡轮转子包括高温侧转子母材和低温侧转子母材，其特征为，高温侧转子母材具有凹部和坡口部，低温侧转子母材具有凹部和坡口部，使高温侧转子母材的凹部与低温侧转子母材的凹部相对配置而在这些凹部之间形成密闭空间部，使高温侧转子母材的坡口部与低温侧转子母材的坡口部相对配置而在这些坡口部之间形成槽部，在高温侧转子母材与低温侧转子母材之间，具备具有与高温侧转子母材或低温侧转子母材相同的成分的堆焊部，堆焊部在密闭空间部一侧具有熔透焊道，槽部中填充有焊接金属。
根据本发明，能够在将热物性不同的两种合金材料组合而成的异种材料焊接转子上形成稳定的熔透焊道，所以能够抑制作为损伤的起点的对接部的未焊接部的产生，降低缺陷的发生频度，提高作为大型焊接构造物的涡轮转子的强度可靠性。
附图说明
图1是表示蒸汽涡轮发动机的结构的示意图。
图2A是表示转子的形状的部分立体图。
图2B是表示两个转子母材的焊接部的截面图。
图2C是图2B的A-A截面图。
图3是表示两个转子母材的导热率的相关关系的曲线图。
图4是表示用于涡轮转子的焊接的钨极惰性气体保护焊装置的概要侧面图。
图5是表示实施例1的焊接工序的流程图。
图6是表示实施例1的焊接工序的连续截面图。
图7是表示实施例2的焊接工序的流程图。
图8是表示实施例2的焊接工序的连续截面图。
图9是表示实施例3的焊接工序的连续截面图。
符号说明
20、41、51：涡轮转子，21、61：高温侧转子母材，22、64：低温侧转子母材，23：焊接部，24：密闭空间部，25：熔透焊道，26、27：凹部，28：虚线部，40：焊接装置，42：焊接部，43：驱动装置，44：焊接机构，45、46、154：信号线缆，47：控制装置，48：焊炬，49：气体高压储罐（gasbombe），50：转子旋转装置，51、52：气体软管，53：接地线缆，54：高压涡轮，55：中压涡轮，56a、56b：低压涡轮，57：发电机，62、72、91：堆焊部，63、65、73、95：坡口部，66、76、96：槽部，67、77、97：熔透焊道，68、78、98：焊接金属，71：整面预堆边焊部，150：蒸汽涡轮发动机。
具体实施方式
本发明人研究了用于在将Ni基合金和铁类合金材料组合而成的焊接转子的对接部形成熔透焊道的方法。结果，想到使对接部和形成熔透焊道时热传导的范围由同种材料构成。即，使对接部为同种材料，由此易于使两个转子母材的熔化行为变得相同。使热传导的范围为同种材料，由此易于使两个转子母材的对接部附近的温度变得一致。
基于该结果，在构成将两种异种材料接合而成的转子（异种材料焊接转子）的Ni基合金材料的转子母材（高温侧转子母材）与铁类合金材料的转子母材（低温侧转子母材）的对接部，预先设置铁类合金材料的焊接部，在通过将两个转子母材对接而形成的转子的中空部一侧形成熔透焊道。
以下，对本发明的实施方式的涡轮转子及其制造方法进行说明。
上述涡轮转子的特征在于：包括高温侧转子母材和低温侧转子母材，其特征为，高温侧转子母材具有凹部和坡口部，低温侧转子母材具有凹部和坡口部，使高温侧转子母材的凹部与低温侧转子母材的凹部相对配置而在这些凹部之间形成密闭空间部，使高温侧转子母材的坡口部与低温侧转子母材的坡口部相对配置而在这些坡口部之间形成槽部，在高温侧转子母材与低温侧转子母材之间，具备具有与高温侧转子母材或低温侧转子母材相同的成分的堆焊部，堆焊部在密闭空间部一侧具有熔透焊道，槽部中填充有焊接金属。
上述涡轮转子中，优选高温侧转子母材与低温侧转子母材的导热率的比为2/3～3/2的范围。
上述涡轮转子中，优选高温侧转子母材在坡口部的表面具有整面预堆边焊部。
上述涡轮转子中，优选高温侧母材为，按质量基准，由钴（Co）5～15%、铬（Cr）13～15.5%、铝（Al）4.0～5.5%、钛（Ti）0.1～2.0%、铌（Nb）0.1～1.0%、钽（Ta）0.1～3.0%、钼（Mo）0.1～2.0%、钨（W）4.5～10%、铪（Hf）0.1～2.0%、碳（C）0.05～0.20%、硼（B）0.001～0.03%、锆（Zr）0.01～0.1%、剩下部分的镍（Ni）和不可避免的杂质构成的镍基合金。
上述涡轮转子中，优选高温侧转子母材为，按质量基准，由铁（Fe）30～40%、铬（Cr）14～16%、钛（Ti）1.2～1.7%、铝（Al）1.1～1.5%、铌（Nb）1.9～2.7%、碳（C）0.05%以下、剩下部分的镍（Ni）和不可避免的杂质构成的镍-铁基合金。
上述涡轮转子中，优选低温侧转子母材为，按质量基准，含有碳（C）0.1～0.2%、锰（Mn）0.3～1.0%、镍（Ni）1%以下、铬（Cr）9～13%、钼（Mo）0.1～1.5%、钨（W）0.2～5.0%、铌（Nb）0.02～0.1%、钴（Co）3%以下的具有完全回火马氏体组织的12%铬钢。
上述涡轮转子中，优选低温侧转子母材为，按质量基准，含有碳（C）0.25～0.35%、锰（Mn）0.5～1%、镍（Ni）1%以下、铬（Cr）0.8～1.5%、钼（Mo）1.0～1.5%、钒（V）0.2～0.3%的具有贝氏体组织的1%铬-钼-钒钢。
上述涡轮转子中，优选高温侧转子母材为，按质量基准，由钴（Co）5～15%、铬（Cr）13～15.5%、铝（Al）4.0～5.5%、钛（Ti）0.1～2.0%、铌（Nb）0.1～1.0%、钽（Ta）0.1～3.0%、钼（Mo）0.1～2.0%、钨（W）4.5～10%、铪（Hf）0.1～2.0%、碳（C）0.05～0.20%、硼（B）0.001～0.03%、锆（Zr）0.01～0.1%、剩下部分的镍（Ni）和不可避免的杂质构成的镍基合金，低温侧转子母材，按质量基准，由含有碳（C）0.1～0.2%、锰（Mn）0.3～1.0%、镍（Ni）1%以下、铬（Cr）9～13%、钼（Mo）0.1～1.5%、钨（W）0.2～5.0%、铌（Nb）0.02～0.1%、钴（Co）3%以下的具有完全回火马氏体组织的12%铬钢，或含有碳（C）0.25～0.35%、锰（Mn）0.5～1%、镍（Ni）1%以下、铬（Cr）0.8～1.5%、钼（Mo）1.0～1.5%、钒（V）0.2～0.3%的具有贝氏体组织的1%铬-钼-钒钢构成。
上述涡轮转子中，优选高温侧转子母材，按质量基准，由钴（Co）5～15%、铬（Cr）13～15.5%、铝（Al）4.0～5.5%、钛（Ti）0.1～2.0%、铌（Nb）0.1～1.0%、钽（Ta）0.1～3.0%、钼（Mo）0.1～2.0%、钨（W）4.5～10%、铪（Hf）0.1～2.0%、碳（C）0.05～0.20%、硼（B）0.001～0.03%、锆（Zr）0.01～0.1%、剩下部分的镍（Ni）和不可避免的杂质构成的镍基合金构成，低温侧转子母材，按质量基准，由含有碳（C）0.1～0.2%、锰（Mn）0.3～1.0%、镍（Ni）1%以下、铬（Cr）9～13%、钼（Mo）0.1～1.5%、钨（W）0.2～5.0%、铌（Nb）0.02～0.1%、钴（Co）3%以下的具有完全回火马氏体组织的12%铬钢构成。
上述涡轮转子中，优选高温侧转子母材，按质量基准，由钴（Co）5～15%、铬（Cr）13～15.5%、铝（Al）4.0～5.5%、钛（Ti）0.1～2.0%、铌（Nb）0.1～1.0%、钽（Ta）0.1～3.0%、钼（Mo）0.1～2.0%、钨（W）4.5～10%、铪（Hf）0.1～2.0%、碳（C）0.05～0.20%、硼（B）0.001～0.03%、锆（Zr）0.01～0.1%、剩下部分的镍（Ni）和不可避免的杂质构成的镍基合金，或由铁（Fe）30～40%、铬（Cr）14～16%、钛（Ti）1.2～1.7%、铝（Al）1.1～1.5%、铌（Nb）1.9～2.7%、碳（C）0.05%以下、剩下部分的镍（Ni）和不可避免的杂质构成的镍-铁基合金构成，低温侧转子母材，按质量基准，由含有碳（C）0.1～0.2%、锰（Mn）0.3～1.0%、镍（Ni）1%以下、铬（Cr）9～13%、钼（Mo）0.1～1.5%、钨（W）0.2～5.0%、铌（Nb）0.02～0.1%、钴（Co）3%以下的具有完全回火马氏体组织的12%铬钢，或含有碳（C）0.25～0.35%、锰（Mn）0.5～1%、镍（Ni）1%以下、铬（Cr）0.8～1.5%、钼（Mo）1.0～1.5%、钒（V）0.2～0.3%的具有贝氏体组织的1%铬-钼-钒钢构成。
上述涡轮转子中，优选高温侧转子母材，按质量基准，由钴（Co）5～15%、铬（Cr）13～15.5%、铝（Al）4.0～5.5%、钛（Ti）0.1～2.0%、铌（Nb）0.1～1.0%、钽（Ta）0.1～3.0%、钼（Mo）0.1～2.0%、钨（W）4.5～10%、铪（Hf）0.1～2.0%、碳（C）0.05～0.20%、硼（B）0.001～0.03%、锆（Zr）0.01～0.1%、剩下部分的镍（Ni）和不可避免的杂质构成的镍基合金，或由铁（Fe）30～40%、铬（Cr）14～16%、钛（Ti）1.2～1.7%、铝（Al）1.1～1.5%、铌（Nb）1.9～2.7%、碳（C）0.05%以下、剩下部分的镍（Ni）和不可避免的杂质构成的镍-铁基合金构成，低温侧转子母材，按质量基准，由含有碳（C）0.1～0.2%、锰（Mn）0.3～1.0%、镍（Ni）1%以下、铬（Cr）9～13%、钼（Mo）0.1～1.5%、钨（W）0.2～5.0%、铌（Nb）0.02～0.1%、钴（Co）3%以下的具有完全回火马氏体组织的12%铬钢构成。
上述涡轮转子的制造方法的特征在于，其包括在高温侧转子母材或低温侧转子母材的对接部实施预堆边焊的预堆边焊工序、使对接部熔化而形成熔透焊道的熔透焊道形成工序、在槽部填充焊接金属的正式焊接工序。
上述涡轮转子的制造方法中，优选在预堆边焊工序之后进行对高温侧转子母材和低温侧转子母材实施坡口加工的坡口加工工序，然后进行熔透焊道形成工序。
上述涡轮转子的制造方法中，优选进行在高温侧转子母材的坡口部的表面形成整面预堆边焊部的预堆边焊工序，然后进行预堆边焊工序。
上述涡轮转子能够用于蒸汽涡轮发动机。
图1是表示蒸汽涡轮发动机的结构的示意图。
该图中，蒸汽涡轮发动机150为在涡轮转子51（蒸汽涡轮转子）上安装有高压涡轮54、中压涡轮55和两个低压涡轮56a、56b的结构。在涡轮转子51的端部安装有发电机57。
从主蒸汽配管52向高压涡轮54导入蒸汽。使高压涡轮54旋转的蒸汽被锅炉再热器53加热，被导入中压涡轮55。然后，使中压涡轮55旋转的蒸汽被导入低压涡轮56a、56b，使低压涡轮56a、56b旋转。发电机57将涡轮转子51的旋转能（动能）转换为电能。
此外，高压涡轮54也可以是高中压涡轮。
图2A是表示转子的形状的部分立体图。
该图中，涡轮转子20具有将高温侧转子母材21和低温侧转子母材22用对接焊接合的部分即焊接部23。
图2B表示图2A的涡轮转子的较长方向的截面，是表示涡轮转子的内部结构的图。
该图中，高温侧转子母材21和低温侧转子母材22分别具有大致圆筒形状的凹部26、27。焊接后的凹部26、27形成涡轮转子20的中空部即密闭空间部24。该密闭空间部24为不存在与涡轮转子20的外部的空气流通等的状态。在焊接部23的密闭空间部24一侧形成有熔透焊道25。熔透焊道25有助于提高焊接部23的接合强度。
其中，虚线部28是为了说明后述的焊接工序而图示的部分。
该图中，使凹部26、27为大致圆筒形状，但凹部26、27的形状不限于此，也可以为半球形状、圆锥形状、三棱锥形状、四棱锥形状等其他多棱锥形状等。
图2C是图2B的A-A截面图。
该图中，熔透焊道25朝向涡轮转子20的密闭空间部24的中心部圆环状地形成。
图3是表示两个转子母材的导热率的相关关系的曲线图。横轴为转子母材1的导热率T1，纵轴为转子母材2的导热率T2。
该图中，同时记载了准备试验中两个转子母材的对接部能够以相同的热输入量熔化的区域。该区域是两个转子母材的导热率的比例为2/3～3/2的部分。
另一方面，两个转子母材的导热率的比例不足2/3的情况或超过3/2的情况下，不能以相同的热输入量使对接部熔化。
本实施例的两个转子母材的组合中，导热率的差异大约为4.4倍。因此，不能以相同的热输入量使对接部熔化。
表1表示构成异种金属焊接转子的转子母材的合金的种类和成分范围。
【表1】
表1
以下用实施例说明。
【实施例1】
本实施例涉及从表1所示的转子母材中，采用Ni基超合金和12%Cr钢并将它们焊接的示例。
图4是将用于涡轮转子的焊接的钨极惰性气体保护焊装置的概要作为一例表示的图。
该图中，焊接装置40具有驱动装置43、焊接机构44、焊炬48和控制装置47，经由气体软管52连接了气体高压储罐49。气体高压储罐49的惰性气体经由气体软管51被输送到焊炬48。惰性气体使用氮或氩等。在驱动装置43与控制装置47之间设置有发送接收信号的信号线缆45。在焊接机构44与控制装置47之间设置有发送接收信号的信号线缆46。
涡轮转子41设置在转子旋转装置50上，能够绕涡轮转子41的中心轴旋转。转子旋转装置50经由信号线缆154与控制装置47连接，能够通过控制装置47进行涡轮转子41的旋转。
此外，涡轮转子41上连接了接地线缆53，能够抑制焊接时涡轮转子41的电位变化。
焊接机构44能够通过驱动装置43至少在涡轮转子41的轴方向上移动，构成为能够使焊炬48接近涡轮转子41的焊接部42进行焊接。
该图所示的驱动装置43是与焊接构造物（涡轮转子41）密合移动的独立型，此外，也可以例如通过扫描臂等外力使驱动装置43移动。
本实施例中，采用热输入量20kJ/cm的钨极惰性气体保护焊（TungstenInertGasWelding：TIG焊接），但也可以使用例如埋弧焊（SubmergedArcWelding：SAW）、熔化极自动保护电弧焊（ShieldedMetalArcWelding：SMAW）、金属惰性气体保护焊（MetalInertGasWelding：MIG焊接）、激光焊接（LaserBeamWelding：LBW）、CMT（ColdMetalTransfer：冷金属过渡）等其他方法。
图5是表示本实施例的涡轮转子的焊接工序的流程图。
首先，将一方的转子母材组装到另一方的转子母材（S101）。接着，指示焊接工序的开始（S102）。为了缓和焊接中的热应力而对转子母材进行预热（S103）。该预热时使用的装置能够列举电炉、燃气炉、高频感应加热器等，也可以是其他装置。
然后，使用图4所示的焊接装置在一方的转子母材上进行预堆边堆焊（预堆边堆焊工序S104）。之后，对于两个转子母材和预堆边堆焊部的一部分实施坡口加工（坡口加工工序S105）。使一方的转子母材的预堆边堆焊部与另一方的转子母材对接，进行对准后，对一方的转子母材的预堆边堆焊部与另一方的转子母材的接触部分即对接部从转子的外部加热，进行熔透焊道焊接（熔透焊道形成工序S106）。
之后，在两个转子母材的坡口之间形成的槽部中进行正式焊接，形成焊接部（正式焊接工序S107）。然后，为了除去正式焊接形成的焊接部的剩下应力而进行退火（S108）。此时使用的装置能够列举电炉、燃气炉、高频感应加热器等，也可以是其他装置。
而后，进行焊接部的焊接缺陷检查（S109）。检查方法能够列举渗透探伤（PT）、目视检查（VT）、超声波探伤（UT）、磁粉探伤（MT）等，也可以是其他方法。
判别有无缺陷（S110），检测到缺陷的情况下，进一步判别缺陷尺寸从机械强度方面是否允许（S111），不允许的情况下，切除焊接部（S112），对转子端面实施坡口加工（S113），返回预热工序（S103）。
在有无缺陷的判别（S110）中未检测到缺陷的情况下，或在缺陷尺寸的判别（S111）中缺陷尺寸为可允许的范围内的情况下，结束焊接工序（S114）。
图6是连续地表示图5的焊接工序的部分放大截面图。
该图将图2B的虚线部28放大并平板状地变形而作为（A）～（F）表示。该图中，表示将高温侧和低温侧材质不同的两个转子母材焊接的情况。
（A）表示由Ni基超合金构成的高温侧转子母材61的焊接前的状态。
转子母材61的厚度为了能够承受转子的旋转力、离心力和自重而优选为100mm以上。转子的直径依赖于涡轮转子的输出等，且出于制造素材时的偏析、可锻性等限制，优选为500mm以上13000mm以下（500～13000mm）。
（B）是在转子母材61的对接部使用与低温侧转子母材相同成分的熔敷金属（焊接金属），通过预堆边焊设置有堆焊部62的状态。堆焊部62在转子母材61与中空部相接触的部位在转子的周方向上形成。其与图5的S104对应。
本实施例的堆焊部62使转子的轴方向上的厚度为10mm，只要是其以上的厚度（10mm以上）即可。该厚度不足10mm时，在之后的坡口加工S105中，堆焊部62的稀释率较高的部位残留，因而不优选。然而，优选堆焊部62较薄，其较厚的情况下为15mm即足够。
此外，本实施例中，转子母材61的半径方向上延伸的堆焊部62的宽度，从转子母材61的与中空部相接触的部位起为10mm，但是其为坡口加工S105之后需要的宽度、即实施了坡口加工的低温侧转子母材通过对接相接触的面的宽度（对接部的宽度）以上，例如2mm以上即可。堆焊部62的宽度不足2mm时，与对方一侧的母材23对接形成熔透焊道时，导热特性产生差异，不能形成稳定的熔透焊道，因而不优选。然而，优选堆焊部62的宽度较短，最长5mm即足够。
（C）是通过实施图5的S105的坡口加工切除母材20和堆焊部62的一部分，形成了坡口部63的状态。
通过该工序，加工为与实施了坡口加工的低温侧转子母材的坡口部相同的形状，能够进行稳定的焊接。
（D）表示将高温侧转子母材61与对方一侧的低温侧转子母材64对接后的状态。低温侧转子母材64与堆焊部62相接触。然后，通过高温侧转子母材61和低温侧转子母材64的坡口部63和65形成有槽部66。
（E）是在将高温侧转子母材61和低温侧转子母材64对接的状态下在中空部一侧形成了熔透焊道67的状态。
（F）表示对由高温侧转子母材61和低温侧转子母材64的坡口部63及65形成的槽部66实施了使用焊接金属68的对接焊的状态。
本实施例中，表示了对高温侧转子母材61设置有堆焊部62的例子，而根据化学成分和热处理条件，也可以对低温侧转子母材64设置堆焊部。该情况下，使用与高温侧转子母材61相同成分的熔敷金属实施预堆边焊。此处，焊接金属68为由Co：12～25%、Cr：10～18%、Al：2.0～3.6%、Mo+W：5.0～10%、C：0.01～0.15%、B：0.001～0.03%、剩下部分的Ni和不可避免的杂质构成的Ni基合金。
【实施例2】
如图6所示，实施例1中对转子母材61的表面直接施加堆焊部62。与此相对，本实施例的特征在于，为了消除高温侧转子母材与低温侧转子母材的化学成分、热处理条件等的差异，对高温侧转子母材的坡口部预先实施预堆边焊。此处，省略与实施例1一致的部分，仅说明与实施例1的不同点。
图7是表示本实施例的涡轮转子的焊接工序的流程图。
本实施例中追加的流程，与实施例1相比，为S201～S203。
首先，与实施例1同样地实行S101和S102。
预堆边焊工序S201中，预先对高温侧转子母材上设置的坡口部的整面实施预堆边焊，设置整面预堆边焊部。这是为了缓和高温侧转子母材与低温侧转子母材的化学成分和热处理条件的差异。
在坡口加工S202中，对整面预堆边焊部实施坡口加工。之后，对高温侧转子母材和整面预堆边焊部进行热处理S203。热处理S203是为了确保适合高温侧转子母材的强度的处理，对低温侧转子母材是不利的。因此，热处理S203需要在将低温侧转子母材焊接到高温侧转子母材之前进行。S103之后与实施例1相同。
图8是表示实施例2的焊接工序的连续截面图。
该图是与图6同样地将图2B的虚线部28放大并平板状地变形作为（A）～（F）表示的图。
本实施例与实施例1的不同点主要在于（A）表示的工序。
（A）中，在施加堆焊部72前（（B）之前）预先在高温侧转子母材61上形成有整面预堆边焊部71。
整面预堆边焊部71的轴方向的厚度为5mm以上15mm以下（5～15mm）。比5mm薄的情况下，可能产生该焊接用熔敷金属的稀释的影响。此外，比15mm厚的情况下，该焊接用熔敷金属的稀释的影响消除，然而担心施工时间的增加。
此后的工序与实施例1相同。
即，在图8的（C）中形成坡口部73，在（D）中将高温侧转子母材61与低温侧转子母材64对接形成槽部76，在（E）中形成熔透焊道77，在（F）中对槽部76实施使用焊接金属78的对接焊。
【实施例3】
图9是表示实施例3的焊接工序的连续截面图。
用该图说明本实施例中与实施例2的不同点。
实施例2中，在整面预堆边焊部71的一部分设置有堆焊部72。与此相对，本实施例中，在低温侧转子母材64上设置堆焊部91（B），形成坡口部95（C）。然后，将高温侧转子母材61与低温侧转子母材64对接形成槽部96（D），形成熔透焊道97（E），对槽部96实施使用焊接金属98的对接焊（F）。
【实施例4】
本实施例1中，采用表1所示的转子母材中的Ni-Fe基超合金和12%Cr钢作为与实施例1不同的转子母材。即，本实施例只有转子母材的化学成分与实施例1不同，焊接工序及其他部分相同。
转子母材以Ni为主成分的合金的热特性与铁类合金材料的不同，会产生与实施例1同样的课题。因此，能够用与实施例1相同的方法解决课题。
【实施例5】
本实施例中，采用表1所示的转子母材中的Ni基超合金和1%Cr-Mo-V钢作为与实施例1不同的转子母材。即，本实施例只有和转子母材的化学成分与实施例1不同，焊接工序及其他部分相同。
转子母材以Ni为主成分的合金的热特性与铁类合金材料的不同，会产生与实施例1同样的课题。因此，能够用与实施例1相同的方法解决课题。
【实施例6】
本实施例中，采用表1所示的转子母材中的Ni-Fe基超合金和1%Cr-Mo-V钢作为与实施例1不同的转子母材。即，本实施例只有转子母材的化学成分与实施例1不同，焊接工序及其他部分相同。
转子母材以Ni为主成分的合金的热特性与铁类合金材料的不同，会产生与实施例1同样的课题。因此，能够用与实施例1相同的方法解决课题。

Claims (13)

1.一种涡轮转子，包括高温侧转子母材和低温侧转子母材，所述高温侧转子母材具有凹部和坡口部，所述低温侧转子母材具有凹部和坡口部，使所述高温侧转子母材的所述凹部与所述低温侧转子母材的所述凹部相对配置而在这些所述凹部之间形成密闭空间部，使所述高温侧转子母材的所述坡口部与所述低温侧转子母材的所述坡口部相对配置而在这些所述坡口部之间形成槽部，在所述高温侧转子母材与所述低温侧转子母材之间具备堆焊部，所述堆焊部在所述密闭空间部一侧具有熔透焊道，所述槽部中填充有焊接金属，所述涡轮转子的特征在于：
所述堆焊部具有与所述高温侧转子母材或所述低温侧转子母材相同的成分。
2.如权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
所述高温侧转子母材与所述低温侧转子母材的导热率的比为2/3～3/2的范围。
3.如权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
所述高温侧转子母材，在所述坡口部的表面具有整面预堆边焊部。
4.如权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
所述高温侧转子母材为，按质量基准，由钴(Co)5～15％、铬(Cr)13～15.5％、铝(Al)4.0～5.5％、钛(Ti)0.1～2.0％、铌(Nb)0.1～1.0％、钽(Ta)0.1～3.0％、钼(Mo)0.1～2.0％、钨(W)4.5～10％、铪(Hf)0.1～2.0％、碳(C)0.05～0.20％、硼(B)0.001～0.03％、锆(Zr)0.01～0.1％、剩下部分的镍(Ni)和不可避免的杂质构成的镍基合金。
5.如权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
所述高温侧转子母材为，按质量基准，由铁(Fe)30～40％、铬(Cr)14～16％、钛(Ti)1.2～1.7％、铝(Al)1.1～1.5％、铌(Nb)1.9～2.7％、碳(C)0.05％以下、剩下部分的镍(Ni)和不可避免的杂质构成的镍-铁基合金。
6.如权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
所述低温侧转子母材为，按质量基准，含有碳(C)0.1～0.2％、锰(Mn)0.3～1.0％、镍(Ni)1％以下、铬(Cr)9～13％、钼(Mo)0.1～1.5％、钨(W)0.2～5.0％、铌(Nb)0.02～0.1％、钴(Co)3％以下的具有完全回火马氏体组织的12％铬钢。
7.如权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
所述低温侧转子母材为，按质量基准，含有碳(C)0.25～0.35％、锰(Mn)0.5～1％、镍(Ni)1％以下、铬(Cr)0.8～1.5％、钼(Mo)1.0～1.5％、钒(V)0.2～0.3％的具有贝氏体组织的1％铬-钼-钒钢。
8.如权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
所述高温侧转子母材，按质量基准，由钴(Co)5～15％、铬(Cr)13～15.5％、铝(Al)4.0～5.5％、钛(Ti)0.1～2.0％、铌(Nb)0.1～1.0％、钽(Ta)0.1～3.0％、钼(Mo)0.1～2.0％、钨(W)4.5～10％、铪(Hf)0.1～2.0％、碳(C)0.05～0.20％、硼(B)0.001～0.03％、锆(Zr)0.01～0.1％、剩下部分的镍(Ni)和不可避免的杂质构成的镍基合金构成，
所述低温侧转子母材，按质量基准，由含有碳(C)0.1～0.2％、锰(Mn)0.3～1.0％、镍(Ni)1％以下、铬(Cr)9～13％、钼(Mo)0.1～1.5％、钨(W)0.2～5.0％、铌(Nb)0.02～0.1％、钴(Co)3％以下的具有完全回火马氏体组织的12％铬钢，或含有碳(C)0.25～0.35％、锰(Mn)0.5～1％、镍(Ni)1％以下、铬(Cr)0.8～1.5％、钼(Mo)1.0～1.5％、钒(V)0.2～0.3％的具有贝氏体组织的1％铬-钼-钒钢构成。
9.如权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于：
所述高温侧转子母材，按质量基准，由铁(Fe)30～40％、铬(Cr)14～16％、钛(Ti)1.2～1.7％、铝(Al)1.1～1.5％、铌(Nb)1.9～2.7％、碳(C)0.05％以下、剩下部分的镍(Ni)和不可避免的杂质构成的镍-铁基合金构成，
所述低温侧转子母材，按质量基准，由含有碳(C)0.1～0.2％、锰(Mn)0.3～1.0％、镍(Ni)1％以下、铬(Cr)9～13％、钼(Mo)0.1～1.5％、钨(W)0.2～5.0％、铌(Nb)0.02～0.1％、钴(Co)3％以下的具有完全回火马氏体组织的12％铬钢，或含有碳(C)0.25～0.35％、锰(Mn)0.5～1％、镍(Ni)1％以下、铬(Cr)0.8～1.5％、钼(Mo)1.0～1.5％、钒(V)0.2～0.3％的具有贝氏体组织的1％铬-钼-钒钢构成。
10.一种涡轮转子的制造方法，所述涡轮转子包括高温侧转子母材和低温侧转子母材，所述高温侧转子母材具有凹部和坡口部，所述低温侧转子母材具有凹部和坡口部，使所述高温侧转子母材的所述凹部与所述低温侧转子母材的所述凹部相对配置而在这些所述凹部之间形成密闭空间部，使所述高温侧转子母材的所述坡口部与所述低温侧转子母材的所述坡口部相对配置而在这些所述坡口部之间形成槽部，在所述高温侧转子母材与所述低温侧转子母材之间，具备具有与所述高温侧转子母材或所述低温侧转子母材相同的成分的堆焊部，所述堆焊部在所述密闭空间部一侧具有熔透焊道，所述槽部中填充有焊接金属，所述涡轮转子的制造方法的特征在于，包括：
在所述高温侧转子母材或所述低温侧转子母材的对接部实施预堆边堆焊的预堆边堆焊工序、使所述对接部熔化而形成所述熔透焊道的熔透焊道形成工序、在所述槽部填充所述焊接金属的正式焊接工序。
11.如权利要求10所述的涡轮转子的制造方法，其特征在于：
在所述预堆边堆焊工序之后进行对所述高温侧转子母材和所述低温侧转子母材实施坡口加工的坡口加工工序，然后进行所述熔透焊道形成工序。
12.如权利要求10所述的涡轮转子的制造方法，其特征在于：
进行在所述高温侧转子母材的所述坡口部的表面形成整面预堆边焊部的预堆边焊工序，然后进行所述预堆边堆焊工序。
13.一种蒸汽涡轮发动机，其特征在于：
使用权利要求1所述的涡轮转子。
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