JP2004036485A - 圧縮機用羽根車の製造方法及び圧縮機用羽根車 - Google Patents

Abstract

【課題】シュラウドと羽根の間に未着部や不規則な隙間が発生することのない圧縮機用羽根車を提供する。
【解決手段】前後シュラウド２、３の少なくとも一方と羽根３の間を電子ビーム溶接により溶接して羽根車１を製作した後、羽根車１を真空雰囲気中で熱処理することにより、前後シュラウド２、３の少なくとも一方と羽根４の接合部１ｂを拡散接着したもので、シュラウド２、３と羽根４の間を電子ビーム溶接した際、溶接歪による未溶着部や不規則な隙間が接合部１ｂに発生しても、羽根車１を熱処理することにより接合部１ｂが拡散接着されて未溶着部がほぼ完全に接合されるため、シュラウド２、３と羽根４の接合部１ｂに腐食性ガス等が侵入するのを確実に防止することができる。
【選択図】　　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として遠心圧縮機やターボ圧縮機に使用する羽根車の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の羽根車は、各羽根の間に狭小な間隙があったり、構造が複雑になることから、精密鋳造や放電加工により間隙を加工する方法、拡散接合により羽根を接合する方法等により製造されているが、これら方法では仕上がり面が粗かったり、加工に長時間を要するため、製造コストが高い等の問題がある。
かかる問題を解消するため、溶接構造の羽根車が例えば特開平５−１８７３９５号公報や特開平５−３７２号公報で提案されている。
【０００３】
前記公報の羽根車は図８に示すように、前板ａと一体に形成された羽根ｂの先端に主板ｃを当接して、主板ｃと羽根ｂの先端を電子ビーム溶接する際、主板ｃと羽根ｂの接合部両側に生じる隙間に、羽根ｂの曲線に沿って銀ろう細線ｄを施し、電子ビーム溶接の際に発生する熱で銀ろう細線ｄを溶融させて、主板ｃと羽根ｂの接合部に生じた隙間に溶け込ませることにより隙間を密閉するようにしたもので、腐食性ガス等が隙間に侵入するのを防止できる効果を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記公報に記載された羽根車の製造方法のように、羽根ｂと主板ｃの接合部を電子ビーム溶接により溶接するようにしたものでは、溶接部に溶接歪が発生して、羽根ｂと主板ｃの接合部に未溶着部分や不規則な隙間が発生することがある。
このため溶接熱により銀ろう細線ｄを隙間に溶け込ませても、銀ろうにより未溶着部や不規則な隙間を完全に密閉することができず、その結果未溶着部や不規則な隙間に侵入した腐食性ガスが主板ｃと羽根ｂの溶接部を腐食して、羽根車の寿命を低下させたり、圧縮機の運転中に羽根車が破損する等の問題があった。
【０００５】
本発明はかかる従来の問題点を改善するためになされたもので、シュラウドと羽根の間に未着部や不規則な隙間が発生することのない圧縮機用羽根車の製造方法及び圧縮機用羽根車を提供して、羽根車の寿命及び信頼性の向上を図ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の圧縮機用羽根車の製造方法は、前シュラウドと後シュラウド及び前後シュラウドの間に放射方向に設けられた複数の羽根よりなる圧縮機用羽根車の製造方法であって、前後シュラウドの少なくとも一方と羽根の間を電子ビーム溶接により溶接して羽根車を製作した後、羽根車を真空雰囲気中で熱処理することにより、前後シュラウドの少なくとも一方と羽根の接合部を拡散接着したものである。
【０００７】
前記方法により、シュラウドと羽根の間を電子ビーム溶接した際、溶接歪による未溶着部や不規則な隙間が接合部に発生しても、羽根車を熱処理することにより接合部が拡散接着されて未溶着部がほぼ完全に接合されるため、シュラウドと羽根の接合部に腐食性ガス等が侵入するのを確実に防止できる。
これによって腐食性ガス環境下や高温多湿環境下で使用される圧縮機であっても、シュラウドと羽根の接合部が腐食することがほとんどないため、腐食により羽根車の寿命が著しく低下することがないと共に、圧縮機の運転中、腐食よりに羽根車が破損することがないため信頼性も高い。
また電子ビーム溶接により製作した羽根車を熱処理するだけでよいため、従来の精密鋳造や、放電加工、羽根車全体を拡散接合して羽根車を製作する場合に比べて、製造時間の短縮及び製造コストの削減が図れるようになる。
【０００８】
前記目的を達成するため本発明の圧縮機用羽根車の製造方法は、羽根車の熱処理を、電子ビーム溶接後の真空雰囲気中で加熱後冷却して真空焼入れを行い、その後真空雰囲気中で加熱後冷却して真空焼き戻しを行うようにしたものである。
【０００９】
前記方法により、羽根車を電子ビーム溶接した真空雰囲気内で熱処理が連続して行えるため、工程数の削減とこれに伴う作業能率の向上が図れるようになる。
【００１０】
前記目的を達成するため本発明の圧縮機用羽根車は、シュラウドと後シュラウド及び前後シュラウドの間に放射方向に設けられた複数の羽根よりなる圧縮機用羽根車であって、前後シュラウドの少なくとも一方と羽根の間を電子ビーム溶接により溶接することにより羽根車を製作し、かつ羽根車を熱処理することにより、前後シュラウドの少なくとも一方と羽根の接合部を拡散接着したものである。
【００１１】
前記構成により、シュラウドと羽根の間を電子ビーム溶接した際、溶接歪による未溶着部や不規則な隙間が接合部に発生しても、羽根車を熱処理することにより接合部が拡散接着されて未溶着部がほぼ完全に接合されるため、シュラウドと羽根の接合部に腐食性ガス等が侵入するのを確実に防止できる。
これによって腐食性ガス環境下や高温多湿環境下で使用される圧縮機であっても、シュラウドと羽根の接合部が腐食することがほとんどないため、腐食により羽根車の寿命が著しく低下することがないと共に、圧縮機の運転中、腐食よりに羽根車が破損することがないため信頼性も高い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳述する。
図１は遠心圧縮機やターボ圧縮機等に使用する羽根車の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３ないし図７は羽根車の製造方法を示す説明図である。
図１及び図２に示す羽根車１は、中心部に円形の開口部２ａを有する前シュラウド２と、中心部に円形の軸孔３ａを有する後シュラウド３及び前シュラウド２と後シュラウド３の間に放射方向に設けられ、かつ後シュラウド３と一体に形成された複数の羽根４より構成されている。
これら前後シュラウド２、３及び羽根４は、例えば析出硬化型のステンレス鋼であるＳＵＳ６３０、またはＳＣＭ４３０により製作されていて、図３に示す電子ビーム溶接装置５により前シュラウド２と羽根４の先端が電子ビーム溶接されている。
【００１３】
電子ビーム溶接装置５は、溶接後羽根車１を熱処理する密閉構造の真空雰囲気炉６と、真空雰囲気炉６の上部に設置された電子ビーム溶接手段７とよりなり、電子ビーム溶接手段７内には、羽根車１の溶接部１ａへ向けて電子ビーム８ａを照射する電子銃８が設けられている。
真空雰囲気炉６内には、Ｘ，Ｙ，Ｚ及びθ方向の４軸方向へ羽根車１を揺動させるワーク載置台９が設置されていて、テーブル９ａ上に固定された羽根車１の溶接部１ａが電子銃８より照射される電子ビーム８ａの焦点と常に一致するよう羽根車１を揺動させるようになっている。
【００１４】
次に羽根車の製造方法を説明する。
予め別体に製作された前シュラウド２と後シュラウド３を、真空雰囲気炉６内に設置されたワーク載置台９のテーブル９ａ上に図示しない治具を使用して精度よく固定する。
すなわち図５の（イ）に示すように、後シュラウド３と一体に形成された羽根４の先端に前シュラウド２を隙間なく当接した状態で、前シュラウド２が上向きとなるように治具を使用してテーブル９ａ上に羽根車１を固定する。
次にこの状態で、羽根車１の溶接を開始する溶接部１ａを自動的に割り出して、電子ビーム８ａの焦点に一致させたら、電子銃８より電子ビーム８ａを溶接部１ａへ照射しながら、同時にワーク載置台９のテーブル９ａを４軸方向へ揺動させて、図４の（イ）及び（ロ）の斜線及び図５の（ロ）の斜線で示すように、前シュラウド２と羽根４の先端を電子ビーム溶接する。
そして１枚目の羽根４と前シュラウド２間の接合部１ｂを電子ビーム溶接が完了したら、前記動作を繰り返して全ての羽根４と前シュラウド２間の接合部１ｂを電子ビーム溶接して、前シュラウド２と後シュラウド３を羽根４を介して一体化する。
【００１５】
以上のようにして電子ビーム溶接の完了した羽根車１は、溶接部１ａが冷えるのと共に熱収縮するが、この際図５（ロ）矢印Ｃに示すように前シュラウド２と羽根４の接合部１ｂに発生する残留応力により両者は密着されるが、溶接歪により未着部や不規則な隙間が接合部１ｂに発生し、腐食ガスが侵入する原因となる。
これを防止するため、羽根車１の電子ビーム溶接が完了したら、真空雰囲気炉６内を真空状態に維持したまま、真空雰囲気炉６内を図６（イ）に示すように９５０°Ｃまで加熱し、高温真空雰囲気を１．５時間保持した後、羽根車１全体を油冷して、溶接部を真空焼き入れする。
その後再び真空雰囲気炉６内で図６の（ロ）に示すように羽根車１を５９０°Ｃまで加熱して真空雰囲気を５時間保持し、羽根車１を真空焼き戻しする。
なお図７は電子ビーム溶接後、真空雰囲気炉６内の真空雰囲気中でこれらの熱処理を行う過程を示している。
【００１６】
以上のようにして電子ビーム溶接された羽根車１を真空熱処理することにより、前シュラウド２と羽根４間の接合部１ｂは拡散接着されて、隙間のないほぼ完全に密着された状態となるため、腐食性ガス等の環境下で使用しても、前シュラウド２と羽根４の接合部１ｂに腐食性ガスが侵入することがない。
【００１７】
なお前記実施の形態では、後シュラウド３と羽根４を一体形成した場合について説明したが、前シュラウド２側に羽根４を一体形成して、羽根４と後シュラウド３の接合部１ｂを電子ビーム溶接するようにしても勿論よい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、前後シュラウドの少なくとも一方と羽根の間を電子ビーム溶接により溶接して羽根車を製作した後、羽根車を真空雰囲気中で熱処理することにより、前後シュラウドの少なくとも一方と羽根の接合部を拡散接着したことから、シュラウドと羽根の間を電子ビーム溶接した際、溶接歪による未溶着部や不規則な隙間が接合部に発生しても、羽根車を熱処理することにより接合部が拡散接着されて未溶着部がほぼ完全に接合されるため、シュラウドと羽根の接合部に腐食性ガス等が侵入するのを確実に防止できる。
【００１９】
これによって腐食性ガス環境下や高温多湿環境下で使用される圧縮機であっても、シュラウドと羽根の接合部が腐食することがほとんどないため、腐食により羽根車の寿命が著しく低下することがないと共に、圧縮機の運転中、腐食よりに羽根車が破損することがないため信頼性も高い。
また電子ビーム溶接により製作した羽根車を熱処理するだけでよいため、従来の精密鋳造や、放電加工、羽根車全体を拡散接合して羽根車を製作する場合に比べて、製造時間の短縮及び製造コストの削減が図れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態になる圧縮機用羽根車の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施の形態になる圧縮機用羽根車を製造する電子ビーム溶接装置の断面図である。
【図４】（イ）は　本発明の実施の形態になる圧縮機用羽根車の電子ビーム溶接個所を示す説明図である。（ロ）は図４の（イ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】（イ）及び（ロ）は本発明の実施の形態になる圧縮機用羽根車の製造過程を示す説明図である。
【図６】（イ）及び（ロ）は本発明の実施の形態になる圧縮機用羽根車の熱処理工程を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態になる圧縮機用羽根車の電子ビーム溶接及び熱処理方法を示す説明図である。
【図８】電子ビーム溶接により製作された従来の圧縮機用羽根車を示す説明図である。
【符号の説明】
１　羽根車
１ａ　溶接部
１ｂ　接合部
２　前シュラウド
３　後シュラウド
４　羽根
５　電子ビーム溶接装置
６　真空雰囲気炉
８　電子銃
９　ワーク載置台

Claims (3)

1. 前シュラウドと後シュラウド及び前後シュラウドの間に放射方向に設けられた複数の羽根よりなる圧縮機用羽根車の製造方法であって、前記前後シュラウドの少なくとも一方と前記羽根の間を電子ビーム溶接により溶接して羽根車を製作した後、前記羽根車を真空雰囲気中で熱処理することにより、前記前後シュラウドの少なくとも一方と前記羽根の接合部を拡散接着したことを特徴とする圧縮機用羽根車の製造方法。
2. 前記羽根車の熱処理を、電子ビーム溶接後の真空雰囲気中で加熱後冷却して真空焼入れを行い、その後真空雰囲気中で加熱後冷却して真空焼き戻しを行うようにしてなる請求項１に記載の圧縮機用羽根車の製造方法。
3. 前シュラウドと後シュラウド及び前後シュラウドの間に放射方向に設けられた複数の羽根よりなる圧縮機用羽根車であって、前記前後シュラウドの少なくとも一方と前記羽根の間を電子ビーム溶接により溶接することにより羽根車を製作し、かつ前記羽根車を熱処理することにより、前記前後シュラウドの少なくとも一方と前記羽根の接合部を拡散接着したことを特徴とする圧縮機用羽根車

Images