JP5449610B2 - 耐エロージョン性金属材料の溶接方法及びタービン翼 - Google Patents
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Description
特許文献1には、表面にホウ化処理層が形成されたエロージョンシールドを、蒸気タービン翼の基体に接合することによって、エロージョン損耗を少なくする技術が開示されている。また、特許文献2には、タービン回転翼の翼形状の一部である翼リーディングエッジ部を切り取り、レーザによる肉盛溶接を用いて浸食防止部を復元形成することが記載されている。
すなわち、本発明の参考例に係る耐エロージョン性金属材料の溶接方法は、タービン翼前縁部における基体への耐エロージョン性金属材料の溶接方法であって、前記耐エロージョン性金属材料が施される前記前縁部における曲面の半径を前記基体の厚さよりも大きく形成するステップと、前記前縁部に前記耐エロージョン性金属材料を溶接するステップとを備える。
この発明によれば、母材による希釈を低減できることから、耐エロージョン性に必要な最小限の厚さであって、高品質の耐エロージョン層を形成できる。
この発明によれば、エネルギー密度分布を平坦化することができ、溶融部分を浅く又は幅広くすることができる。
耐エロージョン性金属材料を粉末状若しくは帯板状で供給しながら溶接する、又は耐エロージョン性金属材料を溶接箇所に予め溶射若しくはコールドスプレーで付着した後に溶接してもよい。
この発明によれば、パス数を減らすことができ、欠陥の発生を抑制できる。
まず、蒸気タービン翼10の前縁部1Aの構成について説明する。図11は、蒸気タービン翼10を示す側面図である。
蒸気タービン翼10の前縁部1Aは、主成分をコバルトとするコバルト基合金による耐エロージョン層3が基体1に接合されて形成されている。耐エロージョン層3は、蒸気タービン翼10が回転して蒸気流が流れる際、蒸気タービン翼10のうち蒸気流の上流側である前縁部1Aに配置されている。これにより、蒸気タービン翼10の前縁部1Aのエロージョン(浸食)を抑制できる。
レーザ溶接は、通常の溶接装置を用いることができ、本実施形態では、次に示すような条件で行われる。すなわち、位置決めカメラと、高さセンサーを有する高さ調整用治具を用いる。溶接姿勢は常に下向きとし、基体1を回転させながらパス間移動をする。プログラムには、各パスの狙い位置が、ティーチングによって、ティーチングポイントとして入力されている。また、溶接時における熱の影響による基体1の変形形状を予測し、予めパスを基体1の変形形状に沿うように設定する。さらに、位置決めカメラを用いることによって、フィードバックしながら、位置ずれが生じないように溶接することができる。
まず、蒸気タービン翼10の基体1における溝部2の前端部2Aに形成する角部について、基体1の厚さよりも長い半径Rを有する円弧形状の断面とすることによって、溶接時の角部の熱のこもりを緩和できる。従来、角部は、基体1の厚さよりも短い半径R0を有する円弧形状の断面であったところ、このような基体1の断面形状は、溶着金属から受けて蓄積された熱が放熱されにくい。一方、本実施形態のように、角部断面の円弧形状を緩やかにすることによって、基体1から熱が放熱されて局所的な温度上昇を抑えることができる。その結果、溶着金属への母材の混入による溶着金属の希釈化を低減し、耐エロージョン層3の硬さ低下を抑制できる。
一方、図12に示すように、溝部2の深さが浅い場合、硬さの低い希釈領域が、耐エロージョン層3の予定仕上がり面Sに近くなるため、耐エロージョン性能が低下するおそれがある。
上述した溶接方法では、溝部2に形成された耐エロージョン層3は、1層の溶接によって形成され、母材による希釈が10%以下となるようにする。
2 溝部
3 耐エロージョン層
10 蒸気タービン翼
11 レーザ先端部
12 シュラウド部
S 予定仕上がり面
Claims (8)
- タービン翼前縁部における基体への耐エロージョン性金属材料の溶接方法であって、
前記耐エロージョン性金属材料が1層で埋まるように、耐エロージョン層の予定仕上げ面と耐エロージョン層の厚さに基づいて、前記耐エロージョン性金属材料が施される溝を前記基体に形成するステップと、
前記溝に前記耐エロージョン性金属材料を溶接するステップと、
を備え、
前記溝の深さは、溶接によって前記耐エロージョン性金属材料に前記基体が混入する領域が前記予定仕上げ面に出現しない深さである耐エロージョン性金属材料の溶接方法。 - 前記溝の深さは、前記予定仕上げ面に対して2mm以下である請求項1に記載の耐エロージョン性金属材料の溶接方法。
- 新たに形成されるビードと既に形成されているビードとの接触部分が、前記基体との接触部分よりも広く形成されるように、溶接時の各パスの重ね量を決定するステップと、
前記重ね量に基づいて前記基体に前記耐エロージョン性金属材料を溶接するステップと、
を更に備える請求項1または2に記載の耐エロージョン性金属材料の溶接方法。 - 溶接された前記耐エロージョン性金属材料は、前記基体の材料による希釈が10%以下である請求項1から3のいずれか1項に記載の耐エロージョン性金属材料の溶接方法。
- 前記耐エロージョン性金属材料を溶接して形成される仕上げ加工前の耐エロージョン層は、1層で2mm以下である請求項1から4のいずれか1項に記載の耐エロージョン性金属材料の溶接方法。
- 前記耐エロージョン性金属材料を溶接するステップは、エネルギー密度分布が平坦化するようにレーザを進行方向に対して横方向にウィービングさせることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の耐エロージョン性金属材料の溶接方法。
- 耐エロージョン性金属材料を粉末状若しくは帯板状で供給しながら溶接する、又は耐エロージョン性金属材料を溶接箇所に予め溶射若しくはコールドスプレーで付着した後に溶接する請求項6に記載の耐エロージョン性金属材料の溶接方法。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の耐エロージョン性金属材料の溶接方法によって前縁部に耐エロージョン層が形成されたタービン翼。
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