JP2017125483A - 蒸気タービン翼の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、第1実施形態によれば、蒸気タービン翼の製造方法であって、母材上にクラッド層を形成するクラッド層形成工程(以下、第1工程ともいう)と、前記クラッド層下の母材を局所加熱する局所加熱工程(以下、第2工程ともいう)とを含む。図1は、本発明の一実施形態による、蒸気タービン翼の製造方法を模式的に示すものである。図1において、製造される蒸気タービン翼3は、母材31と、その一部に形成されたクラッド層33から構成されている。そして、第1工程において用いられるレーザクラッディング装置1、第2工程において用いられる局所加熱用レーザ装置2が、それぞれ、被加工物である蒸気タービン翼3に対向して配置されている。
Me:測定された熱放射光エネルギー
ε:放射率(温度、材質、表面状態等により常時変化)
α:測定光学系の受光特性係数
λ:波長
C1:定数
C2:定数
T:温度
をそれぞれ表している。本実施形態の第2工程においては、Meは、赤外線カメラ22で検出される熱放射光エネルギーの測定値である。εは被測定系、α、λ、C1、C2は測定系に固有の数値である。この機能により計測したレーザ加熱部の温度値を制御指標として、後熱処理レーザ21のレーザ出力にフィードバック制御を行うことで、一定温度での加熱を行い高精度に熱影響層の除去を行うことができる。
本発明は、第2実施形態によれば、蒸気タービン翼であって、母材上にクラッド層が形成された耐食性部位を備え、クラッド層下の母材の硬度が、前記母材本体の硬度に対して、+10%以内である蒸気タービン翼である。本発明の第2実施形態による蒸気タービン翼は、実質的には、第1実施形態による製造方法により製造された蒸気タービン翼である。したがって、その材質、製造方法などの詳細な条件は、第1実施形態と同様であり、説明を省略する。硬度は、腐食の要因となる母材組織の歪を表す指標であり、耐食性の簡易的な代替指標である。本実施形態による蒸気タービン翼は、特に硬度の観点から、耐食性が向上していることが確認できる。
本発明は、第3実施形態によれば、蒸気タービン翼の耐食処理装置であって、レーザクラッディング装置と、局所加熱用レーザ装置と、任意選択的にレーザクラッディング装置と、局所加熱用レーザ装置の駆動機構を備える。再び図1を参照する。レーザクラッディング装置1及び、局所加熱用レーザ装置2は、それぞれ、第1実施形態において説明したとおりのものであってよく、第1実施形態において説明したように機能することができる。第3実施形態において、レーザクラッディング装置1と局所加熱用レーザ装置2は、レーザクラッディングと、局所加熱の連続処理が可能な程度に近接して設けられていてもよい。
本実施例、比較例においては、結果を比較しやすくするために、一つのタービン翼の母材に対して、本発明の第1実施形態に係る方法を適用した部位と、クラッド層形成後、局所加熱工程を行っていない部位を設けた。
実験例においては、実施例1と同じ母材に対して、実施例1と同じ条件で第1工程を実施し、2mmのクラッド層を形成した試料を作製した。1日後に、第2工程の局所加熱処理を、温度のみを変化させて実施した。具体的には、加熱処理なし、450℃、640℃、650℃、720℃、760℃、780℃のそれぞれの局所加熱処理を、それぞれ20秒間行った。図4に、局所加熱温度と加熱後の熱影響層硬さの関係を示す。13クロム鋼の場合、熱影響層は700℃程度の加熱により焼き戻しが行われ硬度が母材と同等の状態に戻る。熱影響層の硬度が550Hvであるのに対して、局所加熱処理を行った部位では315Hvであり、母材の硬度規格≦300Hvとほぼ同等の硬度であることから、熱影響層が除去されており、熱影響層のなく高耐食性を有するクラッド層が得られていることが確認できた。
11 クラッディングレーザ
12 粉体供給ノズル
2 局所加熱用レーザ装置
21 後熱処理レーザ
22 赤外線カメラ
3 蒸気タービン翼
31 母材
32 熱影響層
33 クラッド層
Claims (6)
- 母材上の腐食が発生しやすい部位にクラッド層を形成するクラッド層形成工程と、
前記クラッド層下の母材を調質における焼き戻し温度で局所加熱する局所加熱工程と
を含む、蒸気タービン翼の製造方法。 - 前記クラッド層形成工程後に、前記クラッド層下の母材の温度を前記焼き戻し温度以下に冷却する冷却工程をさらに含む、請求項1に記載の製造方法。
- 前記局所加熱する工程が、レーザ照射により行われる、請求項1に記載の製造方法。
- 前記レーザ照射は、前記クラッド層が溶融しないレーザパワー密度で、前記クラッド層下の母材の温度が前記焼き戻し温度となるレーザスポット面積で照射される、請求項3に記載の製造方法。
- 前記局所加熱する工程が、
レーザ照射部からの熱放射光に基づき、レーザ照射部温度を検知する工程と、
前記レーザ照射部温度を指標として、前記局所加熱される母材温度が前記焼き戻し温度になるようにレーザ出力をフィードバック制御する工程と
により実施される、請求項2に記載の方法。 - 母材上にクラッド層が形成された耐食性部位を備える蒸気タービン翼であって、前記クラッド層下の母材の硬度が、前記母材本体の硬度に対して、+10%以内である蒸気タービン翼。
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