JP3909810B2 - 原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法に関し、特に、析出強化型の合金により構成された原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン動翼には、耐熱超合金が用いられ、特に高温強度が要求される動翼には、例えばＮｉ基超合金が使用されるようになっている。このＮｉ基超合金は、析出強化型合金であり、一般にγ‘相と呼ばれるＮｉ3（Ａｌ，Ｔｉ）の金属間化合物をＮｉマトリックスに析出させる高温強度を得るようにしている。
【０００３】
しかし、このようなＮｉ基超合金性のガスタービン部品については、ガスタービンの運転とともに種々の損傷又は欠陥（以下単に損傷と言う）が見られる。これは、動翼等のタービン部品は高温の燃焼雰囲気にさらされるためであり、これにより腐食や酸化その他の材料劣化が生じるとともに、運転時の遠心応力によってクリープ損傷が蓄積される。また、ガスタービンの起動あるいは停止時には、その熱履歴に遠心応力が重畳した熱疲労が生じ、さらに損傷が蓄積される。
【０００４】
このような問題点を改善するため、特開平１１−３３５８０２号公報の発明では、材料劣化・損傷回復処理方法の一例として次のようにしたものである。これについて、図１６、１７を参照して説明するが、ここでは原動機部品としてガスタービン動翼に適用した場合である。
【０００５】
図１６は材料劣化・損傷回復処理方法の工程の流れを示している。また、図１７は材料劣化・損傷回復処理を行なう原動機部品の一例であるガスタービン動翼１を説明するための図で、図１７（ａ）はその正面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＡ矢視図である。
【０００６】
図１６に示す通り、工程の流れとして、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１、表面損傷・欠陥補修工程Ｓ２、回復熱処理工程Ｓ３、溶体化熱処理工程Ｓ４、時効熱処理工程Ｓ５からなっている。
【０００７】
ここで、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１は、高温下での使用により、図１７に示すガスタービン動翼１のチップシュラウド部２、翼有効部３、シャンク部４や植込み部５の表面において設計許容値を逸脱する割れ、欠損やブローホール等を外観目視検査や蛍光浸透探傷試験によって探し出す検査工程である。この表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１を行うことによって、本結果を基に次の工程である表面損傷・欠陥補修工程Ｓ２において補修を行なうことが可能となった。
【０００８】
表面損傷・欠陥補修工程Ｓ２は、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１において探し出された割れ、欠損やブローホール等を溶接補修、ショットブラスト照射によって補修する工程である。この表面損傷・欠陥補修工程Ｓ２を行うことによって設計許容値を逸脱した表面上の損傷・欠陥を、取り除くことが可能となった。
【０００９】
回復熱処理工程Ｓ３は、高圧下での熱処理を施す工程である。回復熱処理工程Ｓ３は、具体的には、容器中に加熱装置を配置した圧力容器と不活性ガススタック及び不活性ガスを圧縮し、容器中に送り込む圧縮装置、使用した不活性ガスを回収する排気・ガス回収装置及び加熱装置内に配備した本回復熱処理を行う部品を保持する容器からなる装置を用い、この容器中に部品をセットした後、一旦容器内を排気した後、不活性を封入し、加圧しながら昇温し、所定の温度及び圧力でγ’相の母材への完全固溶を図るとともに、不可避的に生じた局部溶解による欠陥或は使用時に生じたクリープあるいは疲労による損傷を回復させるためのものである。しかし、回復熱処理工程Ｓ３において、過度の温度を上げることは、温度が高くなるにつれて部品の強度が低下し、自重により変形を生じることから、回復熱処理時に設計上問題を生じるような変形を生じない強度を有する温度以下にする必要がある。回復熱処理工程Ｓ３において、施す圧力は回復熱処理工程時に局所に偏析した元素の拡散を加速し、かつ不可避的に生じた局所の溶解あるいは運転時に生じたクリープあるいは疲労による損傷（欠陥）をその処理温度で回復させるのに十分な圧力であり、かつ回復熱処理工程時に設計上問題を生じるような変形を生じさせない圧力低下である必要がある。
【００１０】
また、溶体化熱処理工程Ｓ４及び時効熱処理工程Ｓ５は、非加圧下で熱処理を施す工程であり、溶体化処理工程Ｓ４は、例えば１１６０〜１１７５℃で熱処理を行うことである。さらに、時効熱処理工程Ｓ５は、例えば通常温度で熱処理を行うことである。
【００１１】
このような溶体化熱処理工程Ｓ４を行うことにより、γ‘相の完全な母材への固溶を図るとともに、高圧下で加熱することにより、溶解温度の低下を来たす要因なった元素の拡散を加速させ、局部的溶解開始温度の上昇を図るとともに、例え局部的に溶解しても高圧により圧着させることにより、局部溶解による強度低下を防ぐことができる。
【００１２】
これら３つの工程を、回復熱処理工程Ｓ３→溶体化熱処理工程Ｓ４→時効熱処理工程Ｓ５の順番で行うことによって、高温下長時間の使用で劣化したガスタービン動翼１の材料を再使用可能な状態に回復させることが可能となった。
【００１３】
回復熱処理工程Ｓ３の前に、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１で表面損傷もしくは欠陥を検査し、表面損傷・欠陥補修工程Ｓ２で部品表面の露出部について欠陥のない状態にまで補修することで、設計条件を満たす表面状態及び寸法に修復させ、ガスタービン等の原動機部品の材料劣化・損傷回復を図ることが可能となった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回復熱処理工程Ｓ３の前に実施する、部品の表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１及び表面損傷・欠陥補修工程Ｓ２に基づく部品表面の損傷・欠陥補修による表面状態の修復だけでは、高温下長時間使用したことによって発生する部品例えばガスタービン動翼１毎に異なる変形状態（後述する）を捉えることができず、変形修正要否（変形修正が必要かどうか）、変形修正可否（変形修正ができるかどうか）の判断及び変形修正可能な場合の変形修正量を求めることができず、例え材料劣化が回復し、部品表面の損傷・欠陥も修復されたとしても実際に再使用できるか否か判断できないという問題があった。
【００１５】
例えば各ガスタービン動翼１にあっては、図３に示すようにチップシュラウド部２に有しタービンが回転動作時は隣接のガスタービン動翼１のコンタクト面と接触（単に当接する）し、かつタービンが停止時はコンタクト面が非接触状態となるコンタクト面６を備え、またチップシュラウド部２に有し、タービンの運転、停止に関係なくいつも隣接するガスタービン動翼１と非接触（隙間があいた状態）となる非コンタクト面７を有している。このようなガスタービン動翼１は理想的な状態であるが、ガスタービン動翼１を高温下で長時間使用すると、隣接するコンタクト面６同士が接触し過ぎて（接触圧が高い状態）、コンタクト面６がボロボロになったり、あるいは例えば一方のガスタービン動翼１のコンタクト面６が例えば２ｍｍぐらい競り上がり、他方のガスタービン動翼１のコンタクト面６がほとんど競り上がらず、両コンタクト面６同士が接触しないような状態のガスタービン動翼１にあっては、ガスタービン動翼１が再使用できるか判断ができないことがある。
【００１６】
なお、図３のガスタービン動翼１に形成されている突起部１２は、ガスが翼有効部に作用するようにするためのものである。
【００１７】
また、目視観察だけでは例えばガスタービン動翼１の冷却空気孔の詰まりなどの機能上の欠陥を見つけることができず、この観点からも再使用できるか否か判断できないという問題があった。
【００１８】
そして、回復熱処理工程Ｓ３の後に、回復熱処理による部品への変形の影響を捉えるための検査工程も無く、この観点からも再使用できるか否かを判断できないという問題があった。
【００１９】
さらに、修復したガスタービン動翼１を例えば９２本用意し、これらを全て実機のホイールの植込み部に組込んだ際、各ガスタービン動翼１間の取合い部における検査工程及び調整工程も無く、この観点からも再使用できるか否かを判断できず、この最終段階で再使用不可と判断された場合に「予備品と交換する」等の適切な処理ができない、という問題があった。
【００２０】
このように材料劣化・損傷回復したガスタービン動翼１を新品と同様に再使用するには、以上述べたような問題があり、従来このような問題があるという認識がなかったために必要な計測、検査、検討、調整の工程が無く、回復処理を行った部品を用いて復旧した実機の安全な運用が脅かされていた。
【００２１】
本発明の目的は、単なる材料劣化の回復や部品表面の損傷修理に止まらず、対象部品を実機に復旧し、最終的に安全な運用を実現するに足る必要十分な原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、析出強化型の合金により構成され、高温下の使用により材料の劣化または損傷が生じた原動機部品に対し、高圧下で熱処理を施す回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す溶体化熱処理工程及び時効熱処理工程を順次実施するか、又は高圧下で熱処理を行う際に毎分４０℃以上で冷却する回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す時効熱処理工程を順次実施する原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法において、
前記回復熱処理工程の前に、前記原動機部品が設計条件を満たすか否かの変形を計測する変形計測工程と、
を含む方法であって、
前記変形計測工程は、前記原動機部品であるガスタービン動翼のチップシュラウド側とは反対側の端部を水平となるように治具本体により支持固定し、この状態で該チップシュラウド側を、該チップシュラウドと類似した形状に刳り貫いたチップシュラウド計測孔を有する板ゲージを水平方向にスライドさせて該チップシュラウドに該チップシュラウド計測孔を挿通させ、この該チップシュラウド計測孔と前記チップシュラウドのすきまを、スキミゲージにより計測することである原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法である。
【００２３】
前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、析出強化型の合金により構成され、高温下の使用により材料の劣化または損傷が生じた原動機部品に対し、高圧下で熱処理を施す回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す溶体化熱処理工程及び時効熱処理工程を順次実施するか、又は高圧下で熱処理を行う際に毎分４０℃以上で冷却する回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す時効熱処理工程を順次実施する原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法において、
前記回復熱処理工程の前に、前記原動機部品が設計条件を満たすか否かの変形を計測する変形計測工程と、
前記変形計測工程で計測された原動機部品の表面損傷・欠陥を検査する表面損傷・欠陥検査工程と、
前記表面損傷・欠陥検査工程で検査された原動機部品の機能上の欠陥を検査する機能上の欠陥検査工程と、
前記機能上の欠陥検査工程の後に、該検査した該原動機部品の機能上の欠陥を除去する機能上の欠陥除去工程を含む方法であって、
前記機能上の欠陥検査工程は、前記原動機部品であるガスタービン動翼の運転中に自分自身を冷却するための冷却空気孔の詰まりを流体を該冷却空気孔に流すことにより検査することであり、
前記機能上の欠陥除去工程は、前記原動機部品としてガスタービン動翼の場合には、該冷却空気孔に線状部材を挿通又は該冷却空気孔に高圧流体を噴射することである原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法である。
【００２４】
前記目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、析出強化型の合金により構成され、高温下の使用により材料の劣化または損傷が生じた原動機部品に対し、高圧下で熱処理を施す回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す溶体化熱処理工程及び時効熱処理工程を順次実施するか、又は高圧下で熱処理を行う際に毎分４０℃以上で冷却する回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す時効熱処理工程を順次実施する原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法において、
前記回復熱処理工程の前に、前記原動機部品が設計条件を満たすか否かの変形を計測する変形計測工程と、
前記原動機部品に施工されているコーティング層を除去するコーティング除去工程と、
前記時効熱処理工程後に前記原動機部品に対し、設計条件を満たすように変形を修正する変形修正工程と、
前記変形修正工程の後に、前記原動機部品におけるコーティングすべき部分に酸化及び腐食を防止するためのコーティング層、ガスタービン動翼の植込み部にガタ防止のためのコーティング層を施工するコーティング施工工程と、
を含む原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法である。
【００２５】
前記目的を達成するため、請求項４に対応する発明は、析出強化型の合金により構成され、高温下の使用により材料の劣化または損傷が生じた原動機部品に対し、高圧下で熱処理を施す回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す溶体化熱処理工程及び時効熱処理工程を順次実施するか、又は高圧下で熱処理を行う際に毎分４０℃以上で冷却する回復処理工程と、非加圧下で熱処理を施す時効熱処理工程を順次実施する原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法において、
前記回復熱処理工程の前に、前記原動機部品が設計条件を満たすか否かの変形を計測する変形計測工程と、
前記原動機部品に対してコンタクト面に溶接部を肉盛りする溶接補修工程と、
前記時効熱処理工程後に前記原動機部品に対し、前記溶接補修工程で前記コンタクト面に肉盛りされた溶接部を機械加工する変形修正工程を更に含む原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法である。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法について図面を基に説明するが、ここでいう原動機部品としては、析出強化型の合金により構成され、高温下の使用により材料の劣化または損傷が生じたものが対象であり、例えばガスタービン動翼、ガスタービン静翼、ガスタービン燃焼器ライナ、トランジョンピース、蒸気タービン部品等に好適である。
【００３７】
（第１の実施形態）
本発明に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法における第１の実施形態を、原動機部品としてガスタービン動翼を用い、図１〜図４、及び図１７を参照して説明する。
【００３８】
図１は、材料劣化・損傷回復処理方法における第１の実施形態の工程の流れを示している。第１の実施形態の構成としては、次の７つの工程からなっている。すなわち、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１（図１６のＳ１に相当）、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、コーティング除去工程Ｓ１３、回復熱処理工程Ｓ１４（図１６のＳ３に相当）、溶体化熱処理工程Ｓ１５（図１６のＳ４に相当）、時効熱処理工程Ｓ１６（図１６のＳ５に相当）である。
【００３９】
工程の流れとして重要なのは、回復熱処理工程Ｓ１４の前に、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、コーティング除去工程Ｓ１３を行うことである。
【００４０】
変形計測工程Ｓ１０は、高温下長時間の使用により変形した図１７に示すガスタービン動翼１のチップシュラウド部２の変形を、図２に示す計測加工治具９により以下に述べる方法で計測する工程である。
【００４１】
図２は、図１の変形計測工程を説明するための図であり、図２（ａ）はガスタービン動翼１を計測加工治具９により支持した状態を示す正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ矢視図である。計測加工治具９は、定盤９１と、定盤９１の所定位置に固定され、図１７の動翼１の植込み部５及びシャンク部４を夫々支持固定する支持固定具９２，９３と、動翼１の外周面を押さえる押え具（図示しない）と、定盤９１上にスライド可能に配設され、動翼１の軸方向とは直交する断面形状の変形を測定するためのものであって、動翼１の軸方向とは直交する断面形状に類似した形状でかつ動翼１の外形寸法より例えば全体が３ｍｍ大きい刳り抜き孔８１が形成された板状ゲージ８と、該刳り抜き孔８１と動翼１の外周面の隙間寸法を測定するスキミゲージ（図示しない）とから構成されている。
【００４２】
このような構成の計測加工治具９を用いて変形計測工程Ｓ１０を実施するためには、始めに計測すべき動翼１を、図２（ａ）に示すように支持固定具９２，９３の上に載置すると共に押え具（図示しない）により押さえて動翼１を水平に支持固定し、この状態で板状ゲージ８を定盤９１上にスライドさせて動翼１に近接させる。そして、板状ゲージ８の刳り抜き孔８１を、動翼１の外周側を挿通させながらスキミゲージ（図示しない）を用いて、間隙計測位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３における隙間を計測する。この場合、間隙計測位置Ｐ１は、非コンタクト面７と対向する刳り抜き孔８１の隙間を測定する位置であり、又間隙計測位置Ｐ３は、コンタクト面６と対向する刳り抜き孔８１の隙間を測定する位置であり、更に間隙計測位置Ｐ２は非コンタクト面７とコンタクト面６の連結部であってこの連結部と対向する刳り抜き孔８１の隙間を測定する位置である。
【００４３】
この板状ゲージ８はガスタービン動翼１が変形のない状態で計測したときに各計測位置での隙間が１ｍｍとなるように製作されており、チップシュラウド部２の変形量を定量的に計測することができる。
【００４４】
図３は、ガスタービン動翼１を実機に組み込み運転した際の隣接したチップシュラウド部２の状態をチップシュラウド上面側から見た様子を示している。図４は、冷却空気孔１０を持つガスタービン動翼１を冷却空気孔１０を中心に長手方向に切断した状態を示している。
【００４５】
この変形計測工程Ｓ１０によって、植込み部５を基準としたシャンク部４、翼有効部３及びチップシュラウド部２おいて、各々の変形を積算した翼全体の変形を計測することが可能となった。さらに変形計測工程Ｓ１０で計測した変形量は、後工程で実施される変形を修正するための、溶接補修工程（図７のＳ１７）や変形修正工程（図１２のＳ２１）において用いられ、実機にガスタービン動翼１が組み込まれて運転された際に、図３に示すように隣接する動翼１同士が設計通り、コンタクト面６のみで接触するように修正することが可能となった。
【００４６】
表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１は、高温下の使用により、図１７に示すガスタービン動翼１のチップシュラウド部２、翼有効部３、シャンク部４や植込み部５の表面において設計許容値を逸脱する割れ、欠損やブローホール等を外観目視検査や蛍光浸透探傷試験によって探し出す検査工程である。
【００４７】
機能上の欠陥検査工程Ｓ１２は、高温下長時間の使用により図４に示すようにガスタービン動翼１の冷却空気孔１０が異物１１によって閉塞しているか否かを、冷却空気孔に水を流す水流試験によって確認する。機能上の欠陥検査工程Ｓ１２によってガスタービン動翼１の冷却空気孔１０の閉塞を捉え、後工程の「機能上の欠陥を除去する欠陥除去工程（図１１のＳ２０）において閉塞を取り除く冷却空気孔１０を特定することが可能となった。
【００４８】
コーティング除去工程Ｓ１３は、図１７のガスタービン動翼１のチップシュラウド部２のコンタクト面６に、施工されている酸化及び腐食を防止するための耐酸化・耐腐食用のコーティング層を除去したり、またガスタービン動翼１の翼有効部３に施工されている高温腐食を防止するための耐腐食のコーティング層を除去したり、或はガスタービン動翼１の植込み部に施工されているガタ防止のためのコーティング層例えばアルミニュウム層を除去することである。
【００４９】
コーティング除去工程Ｓ１３は、例えば、チップシュラウド部２のコンタクト面６に耐摩耗のコーティング層が施工されていた場合に、特殊な化学溶液を用いるケミカルストリップやショットブラスト、或いはメカニカルストリップによってコーティング層を除去することである。
【００５０】
このようにコーティング除去工程Ｓ１３を実施することによって、後工程の回復熱処理工程Ｓ１４中にガスタービン動翼１の母材がコーティングの影響を受けて変質してしまうことを防止することが可能となった。
【００５１】
その他の工程である表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６については、前述の従来例で述べた通りである。回復熱処理工程Ｓ１４は、高圧下で熱処理を施す工程である。また、溶体化熱処理工程Ｓ１５及び時効熱処理工程Ｓ１６は、非加圧下で熱処理を施す工程である。
【００５２】
以上述べた第１の実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。すなわち、変形計測工程Ｓ１０によって、植込み部５を基準としたシャンク部４、翼有効部３及びチップシュラウド部２において各々の変形を積算した翼全体の変形を計測することが可能となった。さらに変形計測工程Ｓ１０で計測した変形量は、後工程で実施される変形を修正するための、溶接補修工程や変形修正工程において用いられ、実機にガスタービン動翼１が組み込まれてガスタービンが運転された際に、設計通り図３に示すように動翼１のコンタクト面６のみが接触するように修正することが可能となった。
【００５３】
機能上の欠陥検査工程Ｓ１２によってガスタービン動翼１の冷却空気孔の閉塞を捉え、後工程の「機能上の欠陥除去工程において閉塞を取り除く冷却空気孔１０を特定することが可能となった。コーティング除去工程Ｓ１３によって、後工程の回復熱処理中にガスタービン動翼１の母材がコーティングの影響を受けて変質してしまうことを防止することが可能となった。
【００５４】
この結果、第１の実施形態によれば、単なる材料劣化の回復や部品表面の損傷修理に止まらず、対象部品を実機に復旧し、最終的に安全な運用を実現するに足る必要十分な原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法を提供することができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
図５は、本発明に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法における第２の実施形態の工程の流れを示している。第２の実施形態の構成としては、次の６つの工程からなっている。すなわち、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、コーティング除去工程Ｓ１３、回復熱処理工程Ｓ１４Ａ、時効熱処理工程Ｓ１６である。
【００５６】
ここで、工程の流れとして重要なのは、高圧下での回復熱処理工程Ｓ１４の後に、第１の実施形態の溶体化熱処理工程Ｓ１５がなく、時効熱処理工程Ｓ１６のみがあることである。この場合、回復熱処理工程Ｓ１４Ａは第１の実施形態の溶体化熱処理工程Ｓ１５を兼ねている。具体的には、回復熱処理工程Ｓ１４Ａを実施する装置が例えばガス冷却装置を備え、毎分４０℃以上で冷却可能な構成となっている。なお、以上述べた点以外の構成は、第１の実施形態と同一である。
【００５７】
この結果、γ‘相を固溶させる熱処理を施した後、本来の本合金の溶体化処理温度、特に部分溶体化処理温度で一旦保持した後、急速に冷却することで、第１の実施形態において実施されていた、溶体化熱処理工程Ｓ１５を削除できることから、効率的な回復処理が可能となった。
【００５８】
（第３の実施形態）
図６は、本発明に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法における第３の実施形態の工程の流れを示している。第３の実施形態の構成としては、第１の実施形態の変形計測工程Ｓ１０と、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１と、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２と、コーティング除去工程Ｓ１３をすべて省略し、次の６つの工程のみを実施する場合である。すなわち、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６、変形計測工程Ｓ３０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ３１、機能上の欠陥検査工程Ｓ３２である。
【００５９】
ここで工程の流れとして重要なのは、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６を順次行うという熱処理工程の後に、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２を行うことである。
【００６０】
この場合の変形計測工程Ｓ３０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ３１及び機能上の欠陥検査工程Ｓ３２の実施内容は、第１の実施形態で述べた変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１及び機能上の欠陥検査工程Ｓ１２に述べた通りである。
【００６１】
この実施形態の場合には、第１のような実施形態を所定回数実施することにより、過去の実績データから原動機部品の材料の欠陥率が求められる場合に限る。このことは、例えば高温下で何時間運転したものは変形計測・変形修正処理工程を行わなくても良いという判断が成り立つ場合である。従って、ユーザ側での受け入れ検査において、変形計測工程を行う必要がない（通常２回行う変形計測工程が１回ですむ）ので、ガスタービンの材料劣化・損傷回復処理費用が極めて安くなる。例えば、９２本のガスタービン動翼のうち２本のみ２回変形計測工程を行えばよいと、判断された時である。
【００６２】
（第４の実施形態）
図７は、本発明に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法における第４の実施形態の工程の流れを示している。第４の実施形態の構成としては、次の７つの工程からなっている。すなわち、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、溶接補修工程Ｓ１７、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６である。
【００６３】
工程の流れとして重要なのは、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２という計測・検査工程の後に、溶接補修工程Ｓ１７を行うことである。
【００６４】
溶接補修工程Ｓ１７は、第１の実施形態でも述べたように、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１という計測・検査の前工程にて確認されたチップシュラウド部２の変形量や翼有効部の表面に確認された設計許容値を逸脱する割れや欠損等について、低電流ＴＩＧ溶接手法を用いて溶接修理する工程である。
【００６５】
特にチップシュラウド部２の変形修理については、後工程の回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５及び時効熱処理工程Ｓ１６による更なる変形量を考慮して溶接修理する。この更なる変形量は事前検証試験によって導出した値を用いる。具体的なチップシュラウド部２の変形修正方法は、チップシュラウド部２のコンタクト面６が変形のない設計通りの位置になるように、不足部分を溶接肉盛りし、後工程の変形修正工程において機械加工する。ここで、溶接肉盛りはコンタクト面６の摩耗による減肉分も考慮して行う。この工程によって、計測・検査の前工程にて確認された変形や設計許容値を逸脱する割れや欠損等を補修することができ、変形・損傷したガスタービン動翼を再使用することが可能となった。
【００６６】
その他の工程である変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６については、第１の実施形態で述べた通りである。
【００６７】
（第５の実施形態）
図８は、本発明に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法における第５の実施形態の工程の流れを示している。第５の実施形態の構成としては、次の７つの工程からなっている。すなわち、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、表面損傷・欠陥修理工程Ｓ１８、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６である。
【００６８】
工程の流れとして重要なのは、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２という計測・検査工程を順次実施の後に表面損傷・欠陥修理工程Ｓ１８を行うことである。
【００６９】
表面損傷・欠陥補修工程Ｓ１８は第１の実施形態でも述べたように、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１において探し出された高温下の使用により、図１７に示すガスタービン動翼１のチップシュラウド部２、翼有効部３、シャンク部４や植込み部５の表面において設計許容値を逸脱する割れ、欠損やブローホール等を外観目視検査や蛍光浸透探傷試験によって探し出す検査工程である。
【００７０】
この表面損傷・欠陥補修工程Ｓ１８によって設計許容値を逸脱した表面上の損傷・欠陥を、取り除くことが可能となった。
【００７１】
その他の工程である変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６については、第１の実施形態で述べた通りである。
【００７２】
（第６の実施形態）
図９は、本発明に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法における第６の実施形態の工程の流れを示している。また、図１０はガスタービン動翼１のチップシュラウド部２における応力集中による高応力部１２、具体的にはコンタクト面及びその応力低減化処置後の状態部１３を示している。
【００７３】
第６の実施形態の構成としては、次の７つの工程からなっている。すなわち、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、応力低減化処置工程Ｓ１９、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６である。
【００７４】
工程の流れとして重要なのは、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２という計測・検査工程を順次行った後に応力低減化処置工程Ｓ１９を行うことである。
【００７５】
この応力低減化処置工程Ｓ１９は、前工程である表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１において確認された部位の割れや損傷が他の多くの翼に共通し、かつＦＥＭ（有限要素法）解析等の応力解析によってチップシュラウド部２における応力が高い部位（高応力部）１２であると判断された場合、図１０で示したように高応力を低減するべくグラインダー等を用いてＲ加工（面取り加工）し、応力低減化処置状態部１３を形成する工程である。この応力低減化処置工程Ｓ１９によって、実機組み込み後の運転において同様の割れが発生することを防ぎ、安全な実機運用に期することが可能となった。
【００７６】
その他の工程である変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６については、第１の実施形態で述べた通りである。
【００７７】
（第７の実施形態）
図１１は、本発明に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法における第７の実施形態の工程の流れを示している。第７の実施形態の構成としては、次の７つの工程からなっている。すなわち、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、機能上の欠陥除去工程Ｓ２０、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６である。
【００７８】
工程の流れとして重要なのは、変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２という計測・検査工程の後に、機能上の欠陥除去工程Ｓ２０を行うことである。
【００７９】
機能上の欠陥除去工程Ｓ２０は図４に示したガスタービン動翼１の冷却空気孔１０に詰まった異物１１を、ピアノ線を冷却空気孔１０に挿入する方法や高圧の水を冷却空気孔１０に噴射する方法等によって異物１１を取り除く工程である。この機能上の欠陥除去工程Ｓ２０によって冷却空気孔の閉塞を取り除き、実機組み込み後の運転時にガスタービン動翼１を冷却させて設計通りのメタル温度を確保することにより、安全な実機運用が可能となった。
【００８０】
その他の工程である変形計測工程Ｓ１０、表面損傷・欠陥検査工程Ｓ１１、機能上の欠陥検査工程Ｓ１２、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６については、第１の実施形態で述べた通りである。
【００８１】
（第８の実施形態）
図１２は、本発明に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法における第８の実施形態の工程の流れを示している。図１３は、図１２の変形修正工程（具体的にはチップシュラウド部２のコンタクト面に対して行う変形修正工程）を説明するための図であり、図１３（ａ）はガスタービン動翼１を計測加工治具９により支持した状態を示す正面図であり、図１３（ｂ），（ｃ）はいずれも図１３（ａ）のＣ矢視図であって、チップシュラウド部２の腹側計測加工時及び背側計測加工時を説明するための図である。
【００８２】
第８の実施形態の構成としては、次の６つの工程からなっている。すなわち、溶接補修工程Ｓ１７、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６、変形修正工程Ｓ２１である。
【００８３】
工程の流れとして重要なのは、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６という熱処理工程の後に変形修正工程Ｓ２１を行うことである。
【００８４】
変形修正工程Ｓ２１は、高温下長時間使用や熱処理工程によって変形したガスタービン動翼１を実機に組み込み運転した際に図３に示すように翼同士がコンタクト面６のみで設計通り接触するように修正を行う工程である。
【００８５】
具体的には図１３（ａ）に示した計測加工治具９にガスタービン動翼１を水平にセッティングし、前工程の「溶接補修工程」においてコンタクト面６に肉盛りした溶接部を、平面研削盤を用いて新翼製作時の公差±０．１ｍｍ内に機械加工する。平面研削盤で加工したコンタクト面６の確認は、図１３（ｂ），（ｃ）に示すようにデプスゲージ１４を用いて計測加工治具９の計測基準１５から腹側及び背側の各コンタクト面までの距離を計測することで行なう。変形修正工程Ｓ２１によって、実機にガスタービン動翼が組み込まれて運転された際に図３に示すように翼同士がコンタクト面６のみで設計通り接触するように修正され、安全な実機運用に期することが可能となった。
【００８６】
その他の工程である溶接補修工程Ｓ１７、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６については、第１の実施形態で述べた通りである。
【００８７】
（第９の実施形態）
図１４は、本発明に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法における第９の実施形態の工程の流れを示している。第９の実施形態の構成としては、次の５つの工程からなっている。すなわち、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６、変形修正工程Ｓ２１、コーティング施工工程Ｓ２２である。
【００８８】
工程の流れとして重要なのは、変形修正工程Ｓ２１の後にコーティング施工工程Ｓ２２を行うことである。
【００８９】
コーティング施工工程Ｓ２２は図１７に示したガスタービン動翼１の翼有効部３に耐食コーティング、図３に示したチップシュラウド部コンタクト面６に耐摩耗コーティングを施工する工程である。これらの施工は粉末状のコーティング材を対象部位に溶射することで実施される。この工程によって耐食・耐摩耗性能が向上し、実機組込み後の運転において安全な実機運用が可能となった。
【００９０】
その他の工程である回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６については、第１の実施形態に述べた通りであり、また変形修正工程Ｓ２１については第８の実施形態で述べた通りである。
【００９１】
（第１０の実施形態）
図１５は、本発明に係る原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法における第１０の実施形態の工程の流れを示している。第１０の実施形態の構成としては、次の７つの工程からなっている。すなわち、回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６、変形修正工程Ｓ２１、実機組込み配列計算工程Ｓ２３、実機組込み後のチップシュラウド部取り合い間隙計測工程Ｓ２４、取り合い部調整・予備翼交換工程Ｓ２５である。
【００９２】
工程の流れとして重要なのは、変形修正工程Ｓ２１という工程の後に実機組込み配列計算工程Ｓ２３、実機組込み後のチップシュラウド部間隙計測工程Ｓ２４、取り合い部調整・予備翼交換工程Ｓ２５を行うことである。
【００９３】
実機組込み配列計算工程Ｓ２３は、一連の回復処理を施工してきたガスタービン動翼１の例えば９２本全てののモーメント重量に基づいて、実機に組み込んだ際にアンバランス量が最小になる配列を計算する工程である。この工程によってガスタービンローターの回転バランス試験を効率良く実施することができ、バランスウエイトを最小限に抑えることが可能となった。
【００９４】
実機組込み後のチップシュラウド部間隙計測工程Ｓ２４は、前記の工程で決った配列に基づいてガスタービン動翼を実機に組み込んだ際に、隣接翼のチップシュラウド部で形成される図３に示すコンタクト面６及び非コンタクト面７の間隙寸法を計測する工程である。
【００９５】
具体的には、非コンタクト面における間隙寸法はコンタクト面６を隣接翼同士で接触させて計測する。またコンタクト面における間隙寸法は、組込んだ翼全体のガタツキがなくなるまで非コンタクト面に等間隔にシムを挿入し、その総シム量を計測する。この工程によって計測された値に基づいて、後工程の間隙調整・予備翼交換工程Ｓ２５を実施することが可能となった。
【００９６】
間隙調整・予備翼交換工程Ｓ２５は、前工程で計測した間隙寸法に基づいて行われる以下のような工程である。先ず非コンタクト面については、設計許容値を確保するようにグラインダーを用いてチップシュラウド部の非コンタクト面を削る工程である。
【００９７】
ここで用いる設計許容値としては、運転時に遠心力と熱伸びで非コンタクト面が接触しないように下限値のみを設定する。一方、コンタクト面の間隙寸法の設計許容値には上・下限値があり、下限値未満の場合はグラインダーでコンタクト面を削る工程と、上限値を超えた場合には予備翼と交換する工程となる。このときの予備翼は交換対象の翼と同程度のモーメント重量であるものを選択する。この工程によって回復熱処理工程Ｓ１４を施したガスタービン動翼の最終調整が終了し、実機に組み込んだこの状態が真に再使用可能な状態となり得るに到り、実機運転後の安全な運用が可能となった。
【００９８】
その他の工程である回復熱処理工程Ｓ１４、溶体化熱処理工程Ｓ１５、時効熱処理工程Ｓ１６については第１の実施形態で述べた通りであり、また変形修正工程Ｓ２１については第８の実施形態で通りである。
【００９９】
（変形例）
本発明は、前述した実施形態に限定されず、例えば次のように変形して実施できる。図１、図６、図７、図８、図９、図１１、図１２、図１４、図１５の実施形態で記載されている高圧下で熱処理を施す回復熱処理工程Ｓ１４と、非加圧下で熱処理を施す溶体化熱処理工程Ｓ１５及び時効熱処理工程Ｓ１６を順次実施する代りに、図５の実施形態の高圧下で熱処理を行う際に毎分４０℃以上で冷却する回復熱処理工程１４Ａと、非加圧下で熱処理を施す時効熱処理工程Ｓ１６を順次実施するようにしてもよい。
【０１００】
また、図６の実施形態を、必要に応じて他の実施形態に組み合わせるようにしてもよい。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような従来の技術の課題を解決することができる。すなわち、従来の技術では、特に変形を計測・修正する工程、機能上の欠陥を検査・除去する工程や個々の部品が材料劣化・損傷回復した後の実機組込み状態における実機全体としての調整工程がなかったために、回復処理を施した部品が真に再使用可能かどうか判断できなかった。
【０１０２】
これに対して、本発明によれば、回復熱処理工程によって材料劣化・損傷の回復された全ての原動機部品について、検査工程から実機組込み工程までの必要十分な工程を提供することによって、最終的に材料劣化・損傷回復した部品を組み込んだ実機を安全に運用することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る材料劣化・損傷回復処理方法における第１の実施形態の工程の流れを示した図。
【図２】ガスタービン動翼の変形計測方法の一実施形態を示した図。
【図３】ガスタービン動翼を実機に組み込んで運転した際の隣接するチップシュラウド部の状態を示した図。
【図４】ガスタービン動翼の冷却空気孔とそれを閉塞する異物の状況を示した図。
【図５】本発明に係る材料劣化・損傷回復処理方法における第２の実施形態の工程の流れを示した図。
【図６】本発明に係る材料劣化・損傷回復処理方法における第３の実施形態の工程の流れを示した図。
【図７】本発明に係る材料劣化・損傷回復処理方法における第４の実施形態の工程の流れを示した図。
【図８】本発明に係る材料劣化・損傷回復処理方法における第５の実施形態の工程の流れを示した図。
【図９】本発明に係る材料劣化・損傷回復処理方法における第６の実施形態の工程の流れを示した図。
【図１０】第６の実施形態の作用を説明するためのガスタービン動翼チップシュラウド部の高応力部とそれを応力低減した状態を示した図。
【図１１】本発明に係る材料劣化・損傷回復処理方法における第７の実施形態の工程の流れを示した図。
【図１２】本発明に係る材料劣化・損傷回復処理方法における第８の実施形態の工程の流れを示した図。
【図１３】第８の実施形態の作用を説明するためのガスタービン動翼の変形修正の一実施形態を示した図。
【図１４】本発明に係る材料劣化・損傷回復処理方法における第９の実施形態の工程の流れを示した図。
【図１５】本発明に係る材料劣化・損傷回復処理方法における第１０の実施形態の工程の流れを示した図。
【図１６】従来の技術における材料劣化・損傷回復処理方法の一例を示す工程の流れ図。
【図１７】図１６の問題点を説明するための原動機部品の一例であるガスタービン動翼を示す図。
【符号の説明】
Ｓ１０，Ｓ３０…変形計測工程
Ｓ１１，Ｓ３１…表面損傷・欠陥検査工程
Ｓ１２，Ｓ３２…機能上の欠陥検査工程
Ｓ１３…コーティング除去工程
Ｓ１４，Ｓ１４Ａ…回復熱処理工程
Ｓ１５…溶体化熱処理工程
Ｓ１６…時効熱処理工程
Ｓ１７…溶接補修工程
Ｓ１８…表面損傷・欠陥修理工程
Ｓ１９…応力低減化処置工程
Ｓ２０…機能上の欠陥除去工程
Ｓ２１…変形修正工程
Ｓ２２…コーティング施工工程
Ｓ２３…実機組込み配列計算工程
Ｓ２４…実機組込み後のチップシュラウド部間隙計測工程
Ｓ２５…チップシュラウド部間隙調整・予備翼交換工程

Claims (4)

1. 析出強化型の合金により構成され、高温下の使用により材料の劣化または損傷が生じた原動機部品に対し、高圧下で熱処理を施す回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す溶体化熱処理工程及び時効熱処理工程を順次実施するか、又は高圧下で熱処理を行う際に毎分４０℃以上で冷却する回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す時効熱処理工程を順次実施する原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法において、
   前記回復熱処理工程の前に、前記原動機部品が設計条件を満たすか否かの変形を計測する変形計測工程と、
   を含む方法であって、
   前記変形計測工程は、前記原動機部品であるガスタービン動翼のチップシュラウド側とは反対側の端部を水平となるように治具本体により支持固定し、この状態で該チップシュラウド側を、該チップシュラウドと類似した形状に刳り貫いたチップシュラウド計測孔を有する板ゲージを水平方向にスライドさせて該チップシュラウドに該チップシュラウド計測孔を挿通させ、この該チップシュラウド計測孔と前記チップシュラウドのすきまを、スキミゲージにより計測することである原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法。
2. 析出強化型の合金により構成され、高温下の使用により材料の劣化または損傷が生じた原動機部品に対し、高圧下で熱処理を施す回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す溶体化熱処理工程及び時効熱処理工程を順次実施するか、又は高圧下で熱処理を行う際に毎分４０℃以上で冷却する回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す時効熱処理工程を順次実施する原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法において、
   前記回復熱処理工程の前に、前記原動機部品が設計条件を満たすか否かの変形を計測する変形計測工程と、
   前記変形計測工程で計測された原動機部品の表面損傷・欠陥を検査する表面損傷・欠陥検査工程と、
   前記表面損傷・欠陥検査工程で検査された原動機部品の機能上の欠陥を検査する機能上の欠陥検査工程と、
   前記機能上の欠陥検査工程の後に、該検査した該原動機部品の機能上の欠陥を除去する機能上の欠陥除去工程を含む方法であって、
   前記機能上の欠陥検査工程は、前記原動機部品であるガスタービン動翼の運転中に自分自身を冷却するための冷却空気孔の詰まりを流体を該冷却空気孔に流すことにより検査することであり、
   前記機能上の欠陥除去工程は、前記原動機部品としてガスタービン動翼の場合には、該冷却空気孔に線状部材を挿通又は該冷却空気孔に高圧流体を噴射することである原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法。
3. 析出強化型の合金により構成され、高温下の使用により材料の劣化または損傷が生じた原動機部品に対し、高圧下で熱処理を施す回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す溶体化熱処理工程及び時効熱処理工程を順次実施するか、又は高圧下で熱処理を行う際に毎分４０℃以上で冷却する回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す時効熱処理工程を順次実施する原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法において、
   前記回復熱処理工程の前に、前記原動機部品が設計条件を満たすか否かの変形を計測する変形計測工程と、
   前記原動機部品に施工されているコーティング層を除去するコーティング除去工程と、
   前記時効熱処理工程後に前記原動機部品に対し、設計条件を満たすように変形を修正する変形修正工程と、
   前記変形修正工程の後に、前記原動機部品におけるコーティングすべき部分に酸化及び腐食を防止するためのコーティング層、ガスタービン動翼の植込み部にガタ防止のためのコーティング層を施工するコーティング施工工程と、
   を含む原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法。
4. 析出強化型の合金により構成され、高温下の使用により材料の劣化または損傷が生じた原動機部品に対し、高圧下で熱処理を施す回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す溶体化熱処理工程及び時効熱処理工程を順次実施するか、又は高圧下で熱処理を行う際に毎分４０℃以上で冷却する回復熱処理工程と、非加圧下で熱処理を施す時効熱処理工程を順次実施する原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法において、
   前記回復熱処理工程の前に、前記原動機部品が設計条件を満たすか否かの変形を計測する変形計測工程と、
   前記原動機部品に対してコンタクト面に溶接部を肉盛りする溶接補修工程と、
   前記時効熱処理工程後に前記原動機部品に対し、前記溶接補修工程で前記コンタクト面に肉盛りされた溶接部を機械加工する変形修正工程を更に含む原動機部品の材料劣化・損傷回復処理方法。

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