JP2011112039A - Turbine rotor and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbine rotor and a method for manufacturing the same capable of electron beam welding between a shaft and a turbine wheel by using one electron beam device, and capable of reducing the welding distortion of a shaft which occurs in the conventional electron beam welding. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the turbine rotor in which the turbine wheel and the shaft formed in a rod shape are joined by the electron beam welding, a joint part of the shaft with the turbine wheel includes at least a plane part and a groove part sequentially from the center side of the shaft, a face contact part is formed by bringing the plane part of the shaft into face-to-face contact with the plane of a joint part of the turbine wheel with the shaft, and the electron beam welding is performed from the outer peripheral side of the turbine wheel and the shaft to a depth where the groove part exists to form a welding part to the groove part in a circumferential direction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、タービンホイールと、棒状に形成されたシャフトとを電子ビーム溶接により接合して形成されるタービンロータ及びタービンロータの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a turbine rotor formed by joining a turbine wheel and a rod-shaped shaft by electron beam welding, and a method of manufacturing the turbine rotor.

例えば乗用車用、大型船舶用、発電機用などに用いられるターボチャージャのタービンロータは、タービンホイールとシャフトを電子ビーム溶接（ＥＢＷ）により接合して形成されたものが多く用いられている。   For example, a turbocharger turbine rotor used for passenger cars, large ships, generators, and the like is often formed by joining a turbine wheel and a shaft by electron beam welding (EBW).

図７は、従来のタービンロータにおけるタービンホイールとシャフトの溶接部周辺の構成図である。図７において１０２はタービンホイール、１０４はシャフトを表している。
図７を用いて、従来のタービンロータ１０１におけるタービンホイール１０２とシャフト１０４の電子ビーム溶接の手順について説明する。 FIG. 7 is a configuration diagram of the periphery of a welded portion between a turbine wheel and a shaft in a conventional turbine rotor. In FIG. 7, reference numeral 102 denotes a turbine wheel, and 104 denotes a shaft.
The procedure of electron beam welding of the turbine wheel 102 and the shaft 104 in the conventional turbine rotor 101 will be described with reference to FIG.

図７に示すように、従来のタービンロータ１０１におけるタービンホイール１０２とシャフト１０４の電子ビーム溶接においては、まず、タービンホイール１０２に設けた嵌合穴１０６に、シャフト１０４の先端に設けた突起部１０８を嵌め込む。次いで、タービンホイール１０２及びシャフト１０４の全体を治具（不図示）などを利用して垂直に保持し、外側から電子ビームを使用して電子ビーム溶接を行っている。なお、１１２は電子ビーム溶接により生ずる溶接部である。また、溶接部１１２の深さは、タービンホイール１０２の嵌合穴１０６（シャフト１０４の突起部１０８）まで達し、その深さをａ’で表している。また、溶接径をｂ’で表している。   As shown in FIG. 7, in the electron beam welding of the turbine wheel 102 and the shaft 104 in the conventional turbine rotor 101, first, the protrusion 108 provided at the tip of the shaft 104 is fitted into the fitting hole 106 provided in the turbine wheel 102. Fit. Next, the entire turbine wheel 102 and shaft 104 are held vertically using a jig (not shown) or the like, and electron beam welding is performed using an electron beam from the outside. In addition, 112 is a welding part produced by electron beam welding. Further, the depth of the welded portion 112 reaches the fitting hole 106 of the turbine wheel 102 (the protruding portion 108 of the shaft 104), and the depth is represented by a '. Further, the weld diameter is represented by b '.

図６は、従来のタービンロータ１０１におけるタービンホイール１０２とシャフト１０４の電子ビーム溶接後の処理を説明する説明図であって、図６（Ａ）は溶接時、図６（Ｂ）は溶接後、図６（Ｃ）は機械加工後を示している。   6A and 6B are explanatory views for explaining processing after electron beam welding of the turbine wheel 102 and the shaft 104 in the conventional turbine rotor 101, in which FIG. 6A is during welding, FIG. 6B is after welding, FIG. 6C shows the state after machining.

図６（Ａ）に示したように、図７を用いて説明した手順で、タービンホイール１０２とシャフト１０４を電子ビーム溶接時においては、タービンホイール１０２とシャフト１０４とは前記治具などを使用することにより垂直に保たれている。しかし、電子ビーム溶接後に、図６（Ｂ）に示したように、シャフト１０４が溶接金属の凝固収縮に伴う溶接変形によって倒れる現象がおこることがある。シャフト１０４が倒れると、タービンロータは回転体としての機能を損なう。そのため、溶接後に旋削加工などの機械加工によりシャフト１０４を図６（Ｃ）に示したような垂直な状態に修正することが行われている。即ち、シャフト１０４を倒れ代を設けた必要以上に太いものとし、電子ビーム溶接後にシャフト１０４を機械加工により削って修正することが行われている。   As shown in FIG. 6A, the turbine wheel 102 and the shaft 104 use the above-mentioned jigs and the like when the turbine wheel 102 and the shaft 104 are electron beam welded by the procedure described with reference to FIG. To keep it vertical. However, after electron beam welding, as shown in FIG. 6B, a phenomenon may occur in which the shaft 104 falls due to welding deformation accompanying solidification shrinkage of the weld metal. When the shaft 104 falls, the turbine rotor loses its function as a rotating body. Therefore, the shaft 104 is corrected to a vertical state as shown in FIG. 6C by machining such as turning after welding. That is, the shaft 104 is made thicker than necessary to provide a tilt allowance, and the shaft 104 is machined and corrected after electron beam welding.

また、タービンホイールにはインコネル７１３ＣなどのＮｉ基鋳造用耐熱合金などを材料として使用することが多い。Ｎｉ基鋳造用耐熱合金製タービンホイールとシャフトとの電子ビーム溶接は、溶接時に高温割れなどの溶接欠陥が発生しやすいため、電子ビーム溶接時にタービンホイール１０２とシャフト１０４との拘束を緩め、シャフト１０４が倒れる状態で電子ビーム溶接を行うことで高温割れを防止することが行われている。そのため、特にタービンホイールの材料としてインコネル７１３ＣなどのＮｉ基鋳造用耐熱合金を使用する場合には前記機械加工による修正が必要不可欠なものとなっている。   In addition, Ni-based casting heat-resistant alloys such as Inconel 713C are often used as materials for turbine wheels. Electron beam welding between a turbine wheel made of a heat-resistant alloy for Ni-base casting and a shaft is liable to generate welding defects such as hot cracks during welding. It has been practiced to prevent high temperature cracking by performing electron beam welding in a state where the metal tip is tilted. Therefore, especially when using a Ni-base casting heat-resistant alloy such as Inconel 713C as the material of the turbine wheel, the correction by the machining is indispensable.

図７を用いて説明したタービンホイールとシャフトの電子ビーム溶接方法は例えば特許文献１に開示されており、さらに前記溶接変形を抑制するために接合部分を周方向に等角度隔てた複数点で同時に電子ビーム溶接する技術が同じく特許文献１に開示されている。   The electron beam welding method for the turbine wheel and shaft described with reference to FIG. 7 is disclosed, for example, in Patent Document 1, and at the same time at a plurality of points at equal intervals in the circumferential direction in order to suppress the welding deformation. A technique for electron beam welding is also disclosed in Patent Document 1.

特開２００１−２５４６２７号号公報JP 2001-254627 A

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、前記溶接変形を抑制するためには、複数点で同時に電子ビーム溶接を行う必要がある。しかし、電子ビーム溶接を行うために必要な電子ビーム装置は高額である。そのため、特許文献１に開示された技術を実施するためには高額な電子ビーム装置を複数用意する必要があり、実施に際して高額のコストを要するという問題点がある。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to perform electron beam welding simultaneously at a plurality of points in order to suppress the welding deformation. However, the electron beam apparatus necessary for performing electron beam welding is expensive. Therefore, in order to implement the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to prepare a plurality of expensive electron beam devices, and there is a problem that high cost is required for implementation.

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、電子ビーム装置を１台使用することでシャフトとタービンホイールの電子ビーム溶接が可能であり、しかも従来の電子ビーム溶接によって生じていたシャフトの溶接変形を低減することが可能なタービンロータ及びタービンロータの製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the problems of the prior art, the present invention enables the electron beam welding of the shaft and the turbine wheel by using one electron beam device, and the welding deformation of the shaft caused by the conventional electron beam welding. It is an object of the present invention to provide a turbine rotor and a method of manufacturing a turbine rotor that can reduce the above.

上記課題を解決するタービンロータの製造方法の発明として、タービンホイールと、棒状に形成されたシャフトとを電子ビーム溶接により接合するタービンロータの製造方法において、前記シャフトのタービンホイールとの接合部は、シャフト中心側から順に少なくとも平面部と溝部を有しており、前記タービンホイールのシャフトとの接合部の平面に、前記シャフトの平面部を対面して接触させて面当て部を形成し、前記タービンホイールとシャフトの外周側から前記溝部が存在する深さまで電子ビーム溶接を行って、周方向に前記溝部まで溶接部を形成することを特徴とする。   As an invention of a method of manufacturing a turbine rotor that solves the above problems, in the method of manufacturing a turbine rotor in which a turbine wheel and a shaft formed in a rod shape are joined by electron beam welding, the joint between the shaft and the turbine wheel includes: The turbine has at least a flat surface portion and a groove portion in order from the shaft center side, and a flat surface portion of the shaft is brought into contact with and contacted with a flat surface of the joint portion of the turbine wheel with the shaft, thereby forming a surface contact portion. Electron beam welding is performed from the outer peripheral side of the wheel and the shaft to a depth where the groove is present, and a weld is formed in the circumferential direction up to the groove.

前記面当て部を形成することにより、電子ビーム溶接中におけるタービンホイールとシャフトとの位置関係が安定するため電子ビーム装置が１つであっても電子ビーム溶接が可能であり、しかも溶接金属の凝固収縮に伴う溶接変形を抑制することができる。   By forming the surface contact portion, the positional relationship between the turbine wheel and the shaft during electron beam welding is stabilized, so that even if there is only one electron beam device, it is possible to perform electron beam welding, and solidify the weld metal. Welding deformation accompanying shrinkage can be suppressed.

また、溝部を設けることにより、溶接部の深さを均一にすることができるとともに、溶接部の先端に応力が集中することを防止することができる。さらに、タービンホイールやシャフトの材料中にガスが含まれていても、溝部がガス抜き穴となるため、タービンホイールやシャフトの材料中にガスが含まれている場合であっても、該ガスが溶接部へ混入し、溶接部にブローホールが生じることを防止できる。   Further, by providing the groove portion, the depth of the welded portion can be made uniform, and stress can be prevented from concentrating on the tip of the welded portion. Furthermore, even if gas is contained in the material of the turbine wheel or shaft, the groove portion becomes a vent hole, so that even if the gas is contained in the material of the turbine wheel or shaft, the gas It can prevent that a blowhole mixes in a welding part and a blowhole arises in a welding part.

さらに、溶接部の深さが、従来よりも小さくなるように溝部の位置を決めておき、溶接部の深さを小さくすることで、入熱量が小さくなり、溶接時における高温割れなどの溶接欠陥を抑制することができる。   Furthermore, the position of the groove is determined so that the depth of the welded portion is smaller than before, and by reducing the depth of the welded portion, the amount of heat input becomes smaller, and welding defects such as hot cracks during welding. Can be suppressed.

さらに、タービンホイールとシャフトの溶接後における溶接径を大きくすることで、曲げに対する断面係数Ｚが大きくなり、前記曲げモーメントに対する耐性を確保することができる。   Furthermore, by increasing the weld diameter after welding the turbine wheel and the shaft, the section modulus Z for bending increases, and resistance to the bending moment can be ensured.

また、前記シャフトは快削鋼によって形成され、前記タービンホイールは鋳造加工された材料によって形成されていることを特徴とする。
前記溝部の存在により、一般的に用いられるシャフト、タービンホイールの材料であっても、溶接部におけるブローホールの発生を防止することができる。 The shaft is made of free-cutting steel, and the turbine wheel is made of a cast material.
Due to the presence of the groove portion, it is possible to prevent the occurrence of blowholes in the welded portion, even if it is a commonly used shaft and turbine wheel material.

また、上記課題を解決するタービンロータの発明として、タービンホイールと、棒状に形成されたシャフトとを電子ビーム溶接により接合して形成されたタービンロータにおいて、前記タービンホイール端部に接合される前記シャフトの接合部に、シャフト中心側から順に設けられた平面部及び溝部と、前記シャフト端部に接合される前記タービンホイールの接合部に設けられた平面部と、前記シャフトの接合部に設けられた平面部と前記タービンホイールの接合部に設けられた平面部を対面して接触させて形成される面当て部と、を有し、前記タービンホイールとシャフトの外周側から前記溝部が存在する深さまで電子ビーム溶接を行って、周方向に前記溝部まで溶接部を形成されていることを特徴とする。   Moreover, in the turbine rotor formed by joining a turbine wheel and a shaft formed in a rod shape by electron beam welding as an invention of a turbine rotor that solves the above problems, the shaft joined to the end of the turbine wheel The flat portion and the groove portion provided in order from the shaft center side, the flat portion provided at the joint portion of the turbine wheel joined to the shaft end portion, and the joint portion of the shaft. A planar contact portion formed by facing and contacting a planar portion provided at a joint portion of the turbine wheel, from the outer peripheral side of the turbine wheel and the shaft to a depth where the groove portion exists Electron beam welding is performed, and a weld is formed in the circumferential direction up to the groove.

また、前記シャフトは快削鋼によって形成され、前記タービンホイールは鋳造加工された材料によって形成されていることを特徴とする。   The shaft is made of free-cutting steel, and the turbine wheel is made of a cast material.

また、前記溝部は断面矩形状の形状であるとよい。
溝部を断面矩形状とすることで、シャフトに溝部を設ける加工が簡単であるとともに、前記溶接部の深さを確実に規定することができ、溶接部の先端への応力集中を確実に防止することができる。 The groove may have a rectangular cross section.
By making the groove part into a rectangular cross section, the process of providing the groove part on the shaft is simple, the depth of the welded part can be reliably defined, and stress concentration at the tip of the welded part is reliably prevented. be able to.

以上記載のごとく本発明によれば、電子ビーム装置を１台使用することでシャフトとタービンホイールの電子ビーム溶接が可能であり、しかも従来の電子ビーム溶接によって生じていたシャフトの溶接変形を低減することが可能なタービンロータ及びタービンロータの製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to perform electron beam welding of the shaft and the turbine wheel by using one electron beam device, and to reduce the welding deformation of the shaft which has been caused by conventional electron beam welding. It is possible to provide a turbine rotor and a method of manufacturing the turbine rotor that can be used.

実施例のタービンロータの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the turbine rotor of an Example. 実施例のタービンロータにおけるタービンホイールとシャフトの溶接部周辺の概略断面図であって、図１におけるＡ部拡大図に相当する。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view around a welded portion of a turbine wheel and a shaft in the turbine rotor of the embodiment, and corresponds to an enlarged view of a portion A in FIG. 1. タービンホイールの倒れ量測定試験の概要を表す図である。It is a figure showing the outline | summary of the fall amount measurement test of a turbine wheel. 本発明の電子ビーム溶接方法を用いて作成したタービンロータにおける電子ビーム溶接後の倒れ量計測結果を示したものである。The fall amount measurement result after the electron beam welding in the turbine rotor produced using the electron beam welding method of this invention is shown. 従来の電子ビーム溶接方法を用いて作成したタービンロータにおける電子ビーム溶接後の倒れ量計測結果を示したものである。The fall amount measurement result after the electron beam welding in the turbine rotor produced using the conventional electron beam welding method is shown. 従来のタービンロータにおけるタービンホイールとシャフトの電子ビーム溶接後の処理を説明する説明図であって、図６（Ａ）は溶接時、図６（Ｂ）は溶接後、図６（Ｃ）は機械加工後を示している。FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams for explaining processing after electron beam welding of a turbine wheel and a shaft in a conventional turbine rotor, FIG. 6A is during welding, FIG. 6B is after welding, and FIG. It shows after processing. 従来のタービンロータにおけるタービンホイールとシャフトの溶接部周辺の構成図である。It is a block diagram around the welding part of the turbine wheel and shaft in the conventional turbine rotor.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.

図１は、本実施例のタービンロータの概略構成図である。タービンロータ１は、タービンホイール２とシャフト４が電子ビーム溶接により接合されて構成されている。本実施例において、タービンホイール２は、Ｎｉ鋳造用耐熱合金であるインコネル７１３Ｃを材料として形成され、シャフト４は快削鋼である米国鉄鋼協会（ＡＩＳＩ）で規格されるＣ１１４４を材料として形成されている。
図２は、本実施例のタービンロータにおけるタービンホイール２とシャフト４の溶接部周辺の概略断面図であって、図１におけるＡ部拡大図に相当する。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a turbine rotor of the present embodiment. The turbine rotor 1 is configured by joining a turbine wheel 2 and a shaft 4 by electron beam welding. In this embodiment, the turbine wheel 2 is made of Inconel 713C, which is a heat-resistant alloy for Ni casting, and the shaft 4 is made of C1144, which is a free-cutting steel, standardized by the American Iron and Steel Institute (AISI). Yes.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view around the welded portion of the turbine wheel 2 and the shaft 4 in the turbine rotor of the present embodiment, and corresponds to an enlarged view of a portion A in FIG.

まず、図２を用いて、本実施例のタービンロータにおけるタービンホイール１０２及びシャフト１０４の接合部周辺の形態について説明する。
タービンホイール２は、シャフト４との接合部の中心付近に嵌合穴６が設けられており、その周囲には平面部７が形成されている。
また、シャフト４は、タービンホイール２との接合部の中心付近に嵌合穴６に嵌合可能な突起部８が設けられており、その周囲にはシャフト４の中心側から順に平面部９、断面矩形状の溝部１０が形成されている。さらに、溝部１０の周辺は平面状に形成されている。また、上記のタービンホイール２とシャフト４の接合部周辺の各部は、タービンホイール２とシャフト４とが図６に示した従来例と同等のものである場合、タービンホイール２とシャフト４の溶接後における溶接径ｂが、図６に示した溶接径ｂ’よりも大きくなるように形成する。 First, with reference to FIG. 2, the configuration around the joint between the turbine wheel 102 and the shaft 104 in the turbine rotor of this embodiment will be described.
The turbine wheel 2 is provided with a fitting hole 6 near the center of the joint with the shaft 4, and a flat portion 7 is formed around the fitting hole 6.
In addition, the shaft 4 is provided with a protrusion 8 that can be fitted in the fitting hole 6 near the center of the joint with the turbine wheel 2, and the periphery thereof in order from the center side of the shaft 4, A groove 10 having a rectangular cross section is formed. Furthermore, the periphery of the groove 10 is formed in a planar shape. In addition, each part around the joint portion of the turbine wheel 2 and the shaft 4 is after the turbine wheel 2 and the shaft 4 are welded when the turbine wheel 2 and the shaft 4 are equivalent to the conventional example shown in FIG. The welding diameter b is formed so as to be larger than the welding diameter b ′ shown in FIG.

次に、図２を用いて、本実施例のタービンロータ１におけるタービンホイール２とシャフト４の電子ビーム溶接の手順について説明する。   Next, the procedure of electron beam welding of the turbine wheel 2 and the shaft 4 in the turbine rotor 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG.

図２に示すように、本実施例のタービンロータ１におけるタービンホイール２とシャフト４の電子ビーム溶接においては、まず、タービンホイール２に設けた嵌合穴６に、シャフト４の先端に設けた突起部８を嵌め込む。このとき、タービンホイール２の平面部７とシャフト４の平面部９とを対面して接触させ、面当て部１４を形成する。   As shown in FIG. 2, in the electron beam welding of the turbine wheel 2 and the shaft 4 in the turbine rotor 1 of the present embodiment, first, the protrusion provided at the tip of the shaft 4 in the fitting hole 6 provided in the turbine wheel 2. Part 8 is fitted. At this time, the planar portion 7 of the turbine wheel 2 and the planar portion 9 of the shaft 4 are brought into contact with each other to form a surface contact portion 14.

次いで、タービンホイール２及びシャフト４の全体を治具などを利用して垂直に保持し、外側から電子ビームを使用して電子ビーム溶接を行う。このとき、電子ビーム装置は１つだけ用いる。なお、１２は電子ビーム溶接により生ずる溶接部である。溶接部１２の深さは、シャフト４に設けた溝部１０の位置によって規制され、図２に示したａとなる。なお、溶接部１２の深さａが、タービンホイール２とシャフト４とが図６に示した従来例と同等のものである場合、図６に示した溶接深さａ’よりも小さくなるように溝部１０の位置を決めておくとよい。   Next, the entire turbine wheel 2 and shaft 4 are held vertically using a jig or the like, and electron beam welding is performed using an electron beam from the outside. At this time, only one electron beam device is used. In addition, 12 is a welding part produced by electron beam welding. The depth of the welded portion 12 is regulated by the position of the groove portion 10 provided in the shaft 4 and becomes a shown in FIG. In addition, when the depth a of the welded portion 12 is the same as that of the conventional example shown in FIG. 6 for the turbine wheel 2 and the shaft 4, the depth a is made smaller than the weld depth a ′ shown in FIG. 6. It is preferable to determine the position of the groove 10.

以上の手順により、タービンホイール２とシャフト４の接合部は、嵌合穴６と突起部８の嵌合部の周囲に、シャフト４の中心側から順に面当て部１４、溝部１０、溶接部１２が形成される。
面当て部１４を設けることにより、電子ビーム溶接中におけるタービンホイール２とシャフト４との位置関係が安定するため電子ビーム装置が１つであっても電子ビーム溶接が可能であり、しかも溶接金属の凝固収縮に伴う溶接変形を抑制することができる。
また、溝部１０を設けることにより、溶接部１２の深さａを均一にすることができるとともに、溶接部１２の先端に応力が集中することを防止することができる。さらに、溝部１０を断面矩形状としているため、シャフト４に溝部１０を設ける加工が簡単であるとともに、前記溶接部１２の深さを確実に規定することができ、溶接部１２の先端への応力集中を確実に防止することができる。 According to the above procedure, the joint between the turbine wheel 2 and the shaft 4 is arranged around the fitting portion between the fitting hole 6 and the protrusion 8 in order from the center side of the shaft 4, the groove portion 10, the welded portion 12. Is formed.
By providing the surface contact portion 14, the positional relationship between the turbine wheel 2 and the shaft 4 during electron beam welding is stabilized, so that even if there is only one electron beam device, electron beam welding is possible. Welding deformation accompanying solidification shrinkage can be suppressed.
In addition, by providing the groove portion 10, the depth a of the welded portion 12 can be made uniform, and stress can be prevented from concentrating on the tip of the welded portion 12. Further, since the groove portion 10 has a rectangular cross section, the process of providing the groove portion 10 on the shaft 4 is easy, and the depth of the welded portion 12 can be reliably defined, and the stress on the tip of the welded portion 12 can be determined. Concentration can be reliably prevented.

また、タービンホイール２やシャフト４の材料（インコネル７１３Ｃ、Ｃ１１４４）は電子ビーム溶接中にガスが発生することがある。溝部１０は、該ガスのガス抜き穴となるため、タービンホイール２やシャフト４の材料中からガスが発生する場合であっても、該ガスが原因により溶接部１２へのガスの混入を防止し、溶接部１２にブローホールが生じることを防止できる。   Further, the material of the turbine wheel 2 and the shaft 4 (Inconel 713C, C1144) may generate gas during electron beam welding. Since the groove portion 10 serves as a gas vent hole for the gas, even if gas is generated from the material of the turbine wheel 2 or the shaft 4, the gas prevents the gas from entering the welded portion 12 due to the gas. The blow hole can be prevented from occurring in the welded portion 12.

さらに、タービンホイール２とシャフト４とが図６に示した従来例と同等のものである場合、溶接部１２の深さａが図６に示した溶接深さａ’よりも小さくなるように溝部１０の位置を決めておくなど、溶接部１２の深さａを小さくすることで、入熱量が小さくなり、溶接時における高温割れなどの溶接欠陥を抑制することができる。   Further, when the turbine wheel 2 and the shaft 4 are equivalent to the conventional example shown in FIG. 6, the groove portion so that the depth a of the welded portion 12 is smaller than the weld depth a ′ shown in FIG. 6. Decreasing the depth a of the welded portion 12 such as determining the position 10 reduces the heat input and suppresses welding defects such as hot cracks during welding.

また、完成したタービンロータ１を用いたターボチャージャの使用時においては、タービンロータ１の溶接部分には曲げモーメントがかかることが予想される。そのため、タービンホイール２とシャフト４とが図６に示した従来例と同等のものである場合、タービンホイール２とシャフト４の溶接後における溶接径ｂが、図６に示した溶接径ｂ’よりも大きくなるように形成するなど、溶接径ｂを大きくすることで、曲げに対する断面係数Ｚが大きくなり、前記曲げモーメントに対する耐性を確保することができる。   Further, it is expected that a bending moment is applied to the welded portion of the turbine rotor 1 when the turbocharger using the completed turbine rotor 1 is used. Therefore, when the turbine wheel 2 and the shaft 4 are equivalent to the conventional example shown in FIG. 6, the weld diameter b after welding of the turbine wheel 2 and the shaft 4 is greater than the weld diameter b ′ shown in FIG. By increasing the welding diameter b, for example, by increasing the weld diameter b, the section modulus Z for bending increases, and resistance to the bending moment can be ensured.

図２を用いて説明した本発明の電子ビーム溶接方法により作成されたタービンロータ１と、図７を用いて説明した従来の電子ビーム溶接方法により作成されたタービンロータ１０１を用いて、本発明の効果の確認を行うため、タービンホイールの倒れ量測定試験を行った。   The turbine rotor 1 created by the electron beam welding method of the present invention described with reference to FIG. 2 and the turbine rotor 101 created by the conventional electron beam welding method described with reference to FIG. In order to confirm the effect, a turbine wheel collapse amount measurement test was conducted.

図３は、タービンホイールの倒れ量測定試験の概要を表す図である。図３に示したように、電子ビーム溶接後の、シャフト４（１０４）上の基準Ａから見たタービンホイール２（１０２）の倒れ量Ｄを測定した。
倒れ量Ｄの測定試験は、図２を用いて説明した本発明の電子ビーム溶接方法により作成されたタービンロータ１と、図７を用いて説明した従来の電子ビーム溶接方法により作成されたタービンロータ１０１と、それぞれについて４８サンプルについて行った。 FIG. 3 is a diagram showing an outline of a turbine wheel collapse amount measurement test. As shown in FIG. 3, the amount of tilt D of the turbine wheel 2 (102) as viewed from the reference A on the shaft 4 (104) after electron beam welding was measured.
The measurement test of the fall amount D is performed by using the turbine rotor 1 created by the electron beam welding method of the present invention explained using FIG. 2 and the turbine rotor produced by the conventional electron beam welding method explained using FIG. 101 and 48 samples for each.

図４は、本発明の電子ビーム溶接方法を用いて作成したタービンロータ１における電子ビーム溶接後の倒れ量計測結果を示したものである。
図４において、縦軸は標本数、横軸は倒れ度を表している。ここで、倒れ度とは、図３に示した倒れ量Ｄの大きさを意味する。また、図４に示した倒れ度の基準値はシャフトの機械加工を行わなくともタービンロータ１が回転体としての機能を損なわない上限値を意味する。即ち倒れ度が基準値以下であれば、タービンホイール２とシャフト４の電子ビーム溶接後の機械加工は必要ない。 FIG. 4 shows the result of measuring the amount of collapse after electron beam welding in the turbine rotor 1 produced by using the electron beam welding method of the present invention.
In FIG. 4, the vertical axis represents the number of samples and the horizontal axis represents the degree of collapse. Here, the degree of fall means the magnitude of the fall amount D shown in FIG. Further, the reference value of the degree of tilt shown in FIG. 4 means an upper limit value that does not impair the function of the turbine rotor 1 as a rotating body without machining the shaft. That is, if the degree of collapse is equal to or less than the reference value, machining after the electron beam welding of the turbine wheel 2 and the shaft 4 is not necessary.

図４に示したように、本発明の電子ビーム溶接方法を用いて作成したタービンロータ１においては、４８サンプル中４３サンプルで倒れ度が基準値以下であり、９０％のサンプルで機械加工が不要であった。   As shown in FIG. 4, in the turbine rotor 1 created by using the electron beam welding method of the present invention, the tilting degree is below the reference value in 43 samples out of 48 samples, and machining is unnecessary in 90% samples. Met.

図５は、従来の電子ビーム溶接方法を用いて作成したタービンロータ１０１における電子ビーム溶接後の倒れ量計測結果を示したものである。
図５において、縦軸は標本数、横軸は倒れ度を表している。 FIG. 5 shows the result of measuring the amount of collapse after electron beam welding in the turbine rotor 101 produced using the conventional electron beam welding method.
In FIG. 5, the vertical axis represents the number of samples and the horizontal axis represents the degree of collapse.

図５に示したように、従来の電子ビーム溶接方法を用いて作成したタービンロータ１０１においては、４８サンプル中倒れ度が基準値であるのは２サンプルであり、機械加工が不要なサンプルは４％であった。   As shown in FIG. 5, in the turbine rotor 101 produced by using the conventional electron beam welding method, 48 samples are tilted with a reference value of 2 samples, and 4 samples are not required for machining. %Met.

つまり、従来においてはタービンホイールとシャフトの電子ビーム溶接後に機械加工が不要なタービンロータは全体の４％であったのに対し、本発明により９０％のタービンロータで機械加工が不要となり、シャフトの溶接変形を大幅に低減することができた。   In other words, in the past, 4% of turbine rotors that did not require machining after electron beam welding of the turbine wheel and the shaft were used, whereas according to the present invention, 90% of the turbine rotors do not require machining. Welding deformation could be greatly reduced.

電子ビーム装置を１台使用することでシャフトとタービンホイールの電子ビーム溶接が可能であり、しかも従来の電子ビーム溶接によって生じていたシャフトの溶接変形を低減することが可能なタービンロータ及びタービンロータの製造方法として利用することができる。   By using one electron beam apparatus, it is possible to perform electron beam welding of a shaft and a turbine wheel, and to reduce the welding deformation of the shaft that has been caused by conventional electron beam welding. It can be used as a manufacturing method.

１ タービンロータ
２ タービンホイール
４ シャフト
７ タービンホイールの平面部
９ シャフトの平面部
１０ 溝部
１２ 溶接部
１４ 面当て部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine rotor 2 Turbine wheel 4 Shaft 7 Plane part of turbine wheel 9 Plane part of shaft 10 Groove part 12 Welding part 14 Surface contact part

Claims (6)

タービンホイールと、棒状に形成されたシャフトとを電子ビーム溶接により接合するタービンロータの製造方法において、
前記シャフトのタービンホイールとの接合部は、シャフト中心側から順に少なくとも平面部と溝部を有しており、
前記タービンホイールのシャフトとの接合部の平面に、前記シャフトの平面部を対面して接触させて面当て部を形成し、
前記タービンホイールとシャフトの外周側から前記溝部が存在する深さまで電子ビーム溶接を行って、周方向に前記溝部まで溶接部を形成することを特徴とするタービンロータの製造方法。 In a method of manufacturing a turbine rotor in which a turbine wheel and a shaft formed in a rod shape are joined by electron beam welding,
The joint portion of the shaft with the turbine wheel has at least a flat portion and a groove portion in order from the shaft center side.
The flat surface of the joint portion with the shaft of the turbine wheel is brought into contact with the flat surface portion of the shaft to form a contact portion,
A method for manufacturing a turbine rotor, comprising performing electron beam welding from an outer peripheral side of the turbine wheel and a shaft to a depth where the groove portion is present, and forming a weld portion to the groove portion in a circumferential direction. 前記シャフトは快削鋼によって形成され、前記タービンホイールは鋳造加工された材料によって形成されていることを特徴とする請求項１記載のタービンロータの製造方法。   The method for manufacturing a turbine rotor according to claim 1, wherein the shaft is made of free-cutting steel, and the turbine wheel is made of a cast material. タービンホイールと、棒状に形成されたシャフトとを電子ビーム溶接により接合して形成されたタービンロータにおいて、
前記タービンホイール端部に接合される前記シャフトの接合部に、シャフト中心側から順に設けられた平面部及び溝部と、
前記シャフト端部に接合される前記タービンホイールの接合部に設けられた平面部と、
前記シャフトの接合部に設けられた平面部と前記タービンホイールの接合部に設けられた平面部を対面して接触させて形成される面当て部と、を有し、
前記タービンホイールとシャフトの外周側から前記溝部が存在する深さまで電子ビーム溶接を行って、周方向に前記溝部まで溶接部を形成されていることを特徴とするタービンロータ。 In a turbine rotor formed by joining a turbine wheel and a shaft formed in a rod shape by electron beam welding,
A plane part and a groove part provided in order from the shaft center side at the joint part of the shaft joined to the turbine wheel end part,
A plane portion provided at a joint portion of the turbine wheel to be joined to the shaft end portion;
A flat portion provided at the joint portion of the shaft and a surface contact portion formed by contacting and contacting the flat portion provided at the joint portion of the turbine wheel;
A turbine rotor, wherein electron beam welding is performed from an outer peripheral side of the turbine wheel and the shaft to a depth where the groove portion exists, and a weld portion is formed in the circumferential direction to the groove portion. 前記シャフトは削鋼によって形成され、前記タービンホイールは鋳造加工された材料によって形成されていることを特徴とする請求項３記載のタービンロータ。   The turbine rotor according to claim 3, wherein the shaft is formed by cutting steel, and the turbine wheel is formed by a cast material. 前記溝部は断面矩形状の形状であることを特徴とする請求項３又は４記載のタービンロータ。   The turbine rotor according to claim 3, wherein the groove has a rectangular cross section. 前記タービンロータは、乗用車用、大型船舶用又は発電機用に用いられるターボチャージャ用のタービンロータであることを特徴とする請求項３〜５何れかに記載のタービンロータ。   The turbine rotor according to any one of claims 3 to 5, wherein the turbine rotor is a turbine rotor for a turbocharger used for passenger cars, large ships, or generators.
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