JP5867242B2 - Steam turbine blade manufacturing method and steam turbine blade manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気タービン翼の製造方法および蒸気タービン翼の製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a steam turbine blade and an apparatus for manufacturing a steam turbine blade.
一般に、液滴化した蒸気が高速で回転する蒸気タービン翼に衝突するとエロージョン摩耗が蒸気タービン翼の前縁部(入口側)に発生し、蒸気タービン翼の寿命を大きく低下させる原因となる。
このようなエロージョン摩耗の発生を抑制する方策として、蒸気タービン翼の前縁部に火炎焼入れを施してエロージョン摩耗の発生を抑制する方法(例えば、特許文献1、2参照)や、蒸気タービン翼の前縁部にレーザ焼入れを施してエロージョン摩耗の発生を抑制する方法(例えば、特許文献3参照)が知られている。
In general, when the vaporized steam collides with a steam turbine blade that rotates at high speed, erosion wear occurs at the front edge (inlet side) of the steam turbine blade, causing a significant decrease in the life of the steam turbine blade.
As a measure for suppressing the occurrence of such erosion wear, a method of suppressing the occurrence of erosion wear by flame quenching the front edge of the steam turbine blade (see, for example,
しかし、蒸気タービン翼の前縁部を火炎焼入れする前者の方法では、蒸気タービン翼に対して入熱量を精度よく管理することが難しく、焼入れ後の硬さにバラツキが生じやすいという問題もある。また、現状の入熱量管理は熟練した技能者に依存しており、技術伝承が非常に困難であるという問題もある。
これに対し、蒸気タービン翼の前縁部をレーザ焼入れする後者の方法では、上記のような問題が生じることはほとんどない。しかしながら、特許文献3に記載された方法で蒸気タービン翼の前縁部に硬化処理を施して硬度450Hv以上の高硬度層を形成しようとすると、高硬度層の硬化深さが2mm以下となる。このため、蒸気タービン翼の耐エロージョン寿命が10年未満と短くなり、蒸気タービン翼の交換作業を少なくとも10年ごとにしなければならないという問題がある。
However, in the former method in which the front edge portion of the steam turbine blade is flame-quenched, it is difficult to accurately control the heat input to the steam turbine blade, and there is a problem that the hardness after quenching tends to vary. In addition, there is a problem that current heat input management depends on skilled technicians, and it is very difficult to transfer the technology.
On the other hand, the latter method in which the front edge portion of the steam turbine blade is laser-quenched hardly causes the above problems. However, if a high hardness layer having a hardness of 450 Hv or more is formed by performing a curing process on the front edge portion of the steam turbine blade by the method described in
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、エロージョン摩耗に対する蒸気タービン翼の寿命を20年以上に延ばすことのできる蒸気タービン翼の硬化処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、エロージョンに対して20年以上の寿命を有する蒸気タービン翼を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for hardening a steam turbine blade that can extend the life of the steam turbine blade against erosion wear to 20 years or more. Another object of the present invention is to provide a steam turbine blade having a life of 20 years or more against erosion.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼である蒸気タービン翼の前縁部にレーザビームを照射して硬化処理し深さ2mm以上の高硬度層を形成する蒸気タービン翼の製造方法であって、前記蒸気タービン翼の前縁部に半導体レーザからレーザビームを照射するステップと、前記レーザビームの照射箇所で発生する熱放射光の強度を検出するステップと、前記レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が上限強度を上回る場合に該レーザビームの出力を下げ、該レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が下限強度を下回る場合にレーザビームの出力を上げるフィードバック制御を行うステップと、を含み、前記上限強度が、前記レーザビームの熱エネルギーにより前記蒸気タービン翼の表層部に溶融を生じるフェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼の熱放射光の強度よりも低く設定されていて、前記レーザビームの照射から照射完了までの間、前記熱放射光の強度の検出および前記フィードバック制御を繰り返し行うことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載の蒸気タービン翼の製造方法において、前記レーザビームのビームスポット面積が、200mm 2 以上であることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の蒸気タービン翼の製造方法において、前記レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が上限強度を上回る場合、該熱放射光の検出強度と該上限強度との偏差を変数とする函数に従って該レーザビームの出力を下げることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の蒸気タービン翼の製造方法において、前記レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が下限強度を下回る場合、現在の出力に対して出力を加算し、該レーザビームの出力を上げることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の蒸気タービン翼の製造方法において、前記蒸気タービン翼の根元部側にて、前記高硬度層の幅を小さくするステップをさらに含むことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a steam turbine blade according to the first aspect, a beam spot area of the laser beam is 200 mm 2 or more .
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a steam turbine blade according to the first or second aspect, when the intensity of the thermal radiation light at the irradiation position of the laser beam exceeds the upper limit intensity, the detection intensity of the thermal radiation light The output of the laser beam is lowered according to a function having a deviation from the upper limit intensity as a variable.
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a steam turbine blade according to any one of the first to third aspects, when the intensity of the heat radiation light at the laser beam irradiation site is lower than the lower limit intensity, the current output The output is added to the laser beam to increase the output of the laser beam.
Invention of
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の蒸気タービン翼の製造方法において、前記蒸気タービン翼の根元部側にて、前記高硬度層の硬化深さを小さくするステップをさらに含むことを特徴とする。
請求項7の発明は、蒸気タービン翼の製造装置であって、半導体レーザで構成され、レーザビームを発生するレーザ発生器と、フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼である蒸気タービン翼の前縁部に前記レーザビームを照射するレーザ照射ヘッドと、前記レーザ照射ヘッドを駆動してレーザビームを二次元方向に走査するレーザビーム走査機構と、前記レーザビームの照射箇所で発生する熱放射光の強度を検出する熱放射光検出器と、前記レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が上限強度を上回る場合に該レーザビームの出力を下げ、該レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が下限強度を下回る場合にレーザビームの出力を上げるフィードバック制御を行う制御装置と、を備え、前記上限強度が、前記レーザビームの熱エネルギーにより前記蒸気タービン翼の表層部に溶融を生じるフェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼の熱放射光の強度よりも低く設定され、前記制御装置が、前記レーザビームの照射から照射完了までの間、前記熱放射光の強度の検出および前記フィードバック制御を繰り返し行うことで前記前縁部に深さ2mm以上の高硬度層を形成することを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項7に記載の蒸気タービンの製造装置であって、前記レーザビームのビームスポット面積が、200mm2以上であることを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項7または8に記載の蒸気タービンの製造装置であって、前記制御装置は、前記レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が上限強度を上回る場合、該熱放射光の検出強度と該上限強度との偏差を変数とする函数に従って該レーザビームの出力を下げることを特徴とする。
請求項10の発明は、請求項7〜9のいずれか一項に記載の蒸気タービンの製造装置であって、前記制御装置は、前記レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が下限強度を下回る場合、現在の出力に対して出力を加算し、該レーザビームの出力を上げることを特徴とする。
Invention of
Invention 請 Motomeko 7 is directed to an apparatus for producing a steam turbine blade is formed of a semiconductor laser, a laser generator for generating laser beams, the steam turbine blade is a ferritic stainless steel or martensitic stainless steel A laser irradiation head that irradiates the laser beam on the front edge, a laser beam scanning mechanism that drives the laser irradiation head to scan the laser beam in a two-dimensional direction, and heat radiation light generated at the irradiation position of the laser beam A thermal synchrotron detector for detecting the intensity of the laser beam, and when the intensity of the thermal synchrotron radiation at the laser beam irradiation site exceeds the upper limit intensity, the output of the laser beam is lowered, and the thermal synchrotron radiation at the laser beam irradiation site and a control device intends line feedback control to increase the output of the laser beam when the intensity is below the lower limit strength, is pre-SL upper limit strength, the rate Is set lower than the intensity of the thermal radiation ferritic stainless steel or martensitic stainless steel to produce molten surface layer portion of the steam turbine blade by the thermal energy of the beam, wherein the controller, from the irradiation of the laser beam Until the irradiation is completed, a high hardness layer having a depth of 2 mm or more is formed on the front edge by repeatedly detecting the intensity of the heat radiation light and performing the feedback control .
The invention of
A ninth aspect of the present invention is the steam turbine manufacturing apparatus according to the seventh or eighth aspect, wherein the control device is configured such that when the intensity of the heat radiation light at the irradiation position of the laser beam exceeds an upper limit intensity, The output of the laser beam is reduced according to a function having a deviation between the detected intensity of the emitted light and the upper limit intensity as a variable.
A tenth aspect of the present invention is the steam turbine manufacturing apparatus according to any one of the seventh to ninth aspects, wherein the control device is configured such that the intensity of thermal radiation at the laser beam irradiation portion has a lower limit intensity. If the output is lower, the output is added to the current output to increase the output of the laser beam.
本発明によれば、蒸気タービン翼の前縁部に硬度450Hv以上、硬化深さ2mm以上の高硬度層を形成することが可能となり、これにより、エロージョン摩耗に対する蒸気タービン翼の寿命を20年以上に延ばすことができる。 According to the present invention, it becomes possible to form a high hardness layer having a hardness of 450 Hv or more and a hardening depth of 2 mm or more on the leading edge of the steam turbine blade, thereby increasing the life of the steam turbine blade against erosion wear for 20 years or more. Can be extended.
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図1に、本発明の一実施形態を実施するときに用いられるタービン翼硬化処理装置の概略構成を示す。図1に示されるタービン翼硬化処理装置は蒸気タービン翼1の前縁部表面にレーザビーム2を照射して蒸気タービン翼1の前縁部17を硬化処理する装置であって、レーザ発生器3、レーザ照射ヘッド4、レーザビーム走査機構5、照射ヘッド位置検出器6、熱放射光検出器7および制御装置11を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a turbine blade curing apparatus used when carrying out an embodiment of the present invention. The turbine blade curing processing apparatus shown in FIG. 1 is an apparatus for irradiating the front edge portion of the
レーザ発生器3は蒸気タービン翼1の前縁部表面に照射されるレーザビーム2を発生するものであって、例えば発振波長が800nm±10nmまたは940±10nm、最大出力が1300W〜1500Wの半導体レーザ等から構成されている。
レーザ照射ヘッド4はレーザ発生器3で発生したレーザビーム2を蒸気タービン翼1の前縁部表面に照射するものであって、蒸気タービン翼1の前縁部表面で反射したレーザビーム2が入射するのを防ぐため、蒸気タービン翼1の前縁部表面にレーザビーム2が例えば45°の角度で照射される位置に配置されている。
The
The
レーザビーム走査機構5はレーザ照射ヘッド4を駆動してレーザビーム2を二次元方向に走査するものであって、例えばレーザ照射ヘッド4をX方向(図1中左右方向)に駆動するX方向駆動機構部と、レーザ照射ヘッド4をY方向(図1中紙面に対して垂直な方向)に駆動するY方向駆動機構部(いずれも図示せず)とから構成されている。
照射ヘッド位置検出器6はレーザ照射ヘッド4の位置を検出するものであって、レーザビーム走査機構5に付設されている。
The laser
The irradiation
熱放射光検出器7はレーザビーム2の照射箇所で発生する熱放射光(例えば波長1.56μmの熱放射光)12の強度を検出するものであって、例えばレーザビーム2の照射箇所で発生する熱放射光12のうち特定波長の熱放射光成分を減衰させるノッチフィルタ8と、このノッチフィルタ8を通過した熱放射光のうち特定波長の熱放射光成分のみを通す干渉フィルタ9と、この干渉フィルタ9を通過した熱放射光の強度を検出する熱放射光センサ10とから構成されている。
The
制御装置11はレーザ発生器3を制御するものであって、熱放射光検出器7により検出された熱放射光12の強度を温度に換算した値が蒸気タービン翼1の融点より低い温度となるとともに硬度450Hv以上となるようにレーザ発生器3のレーザ出力を制御するように構成されている。
図2に、レーザ照射ヘッド4から蒸気タービン翼1の前縁部表面にレーザビーム2を照射した状態を示す。レーザ照射ヘッド4はレーザ発生器3からのレーザビーム2を集束する集束レンズ(図示せず)を有し、この集束レンズを通過したレーザビーム2は、図2に示すように、所定のビームスポット面積(照射面積)Aで蒸気タービン翼1の前縁部表面に照射される。
The
FIG. 2 shows a state in which the
レーザ発生器3のレーザ出力を制御する方法の一例を図3に示す。蒸気タービン翼1の前縁部表面にレーザビーム2がレーザ照射ヘッド4から照射され、蒸気タービン翼1の前縁部表面に照射されたレーザビーム2がレーザビーム走査機構5により二次元方向に走査されると、図3に示すように、制御装置11は照射ヘッド位置検出器6の出力をステップS1で取り込み、レーザ照射ヘッド4がレーザビーム2の照射完了位置に到達したか否かをステップS2で判定する。
An example of a method for controlling the laser output of the
ここで、レーザ照射ヘッド4がレーザ照射完了位置に到達している場合は、ステップS8に進み、レーザ発生器3の出力を零まで下げた後、蒸気タービン翼1に対する硬化処理を終了する。また、レーザ照射ヘッド4がレーザ照射完了位置に到達していない場合には、制御装置11は熱放射光検出器7の出力をステップS3で取り込み、熱放射光検出器7により検出された熱放射光12の強度があらかじめ設定した上限強度(例えば、蒸気タービン翼1の前縁部表面がレーザビーム2の熱エネルギーにより融点に達する直前の熱放射光強度)以下であるか否かをステップS4で判定する。
If the
熱放射光検出器7により検出された熱放射光12の強度が上限強度以下でない場合には、制御装置11は熱放射光検出器7により検出された熱放射光12の強度を温度に換算した値が蒸気タービン翼1の融点より低い温度となるようにレーザ発生器3のレーザ出力をステップS5で制御した後、ステップS1に戻る。具体的には、熱放射光12の検出強度と上限強度との偏差を変数とする函数fに従ってレーザ発生器3のレーザ出力をステップS5で制御する。
When the intensity of the
一方、熱放射光検出器7により検出された熱放射光12の強度が上限強度以下の場合には、制御装置11は熱放射光検出器7により検出された熱放射光12の強度があらかじめ設定した下限強度(例えば、硬度450Hv以上の高硬度層を得ることが困難なレーザビーム2を照射した場合の熱放射光強度)以上であるか否かをステップS6で判定する。
On the other hand, when the intensity of the
ここで、熱放射光検出器7により検出された熱放射光12の強度が下限強度以上の場合は、ステップS1に戻り、照射ヘッド位置検出器6の出力を取り込む。また、熱放射光検出器7により検出された熱放射光12の強度が下限強度を下回っている場合には、制御装置11はステップS7に進み、レーザビーム2の熱エネルギーにより蒸気タービン翼1の前縁部に硬度450Hv以上の高硬度層が形成されるようにレーザ発生器3の出力を制御した後、ステップS1に戻る。具体的には、制御装置11はレーザ発生器3の出力が現在の出力に例えば40Wを加算した出力となるようにレーザ発生器3の出力をステップS7で制御する。
Here, when the intensity of the
なお、図1に示すタービン翼硬化処理装置を用いて蒸気タービン翼1の前縁部17を硬化処理する場合は、レーザ吸収率のばらつきを抑制するために、蒸気タービン翼1の前縁部表面をあらかじめ♯80の研磨紙で磨いておくことが好ましい。
本発明者らは、13クロム合金鋼からなる試験片の表面にレーザビームをビームスポット面積:600mm2、レーザ出力:1300W、レーザ走査速度:0.02m/minの条件で照射して試験片の硬化処理を行った後、硬化処理が施された試験片を厚さ方向に切断した。そして、切断された試験片の切断面を写真撮影すると共に、試験片切断面の硬さを硬さ試験機で測定した。このとき得られた試験片切断面の写真を図4に示す。
In addition, when hardening the
The inventors irradiate the surface of a test piece made of 13 chromium alloy steel with a laser beam under the conditions of a beam spot area: 600 mm 2 , a laser output: 1300 W, and a laser scanning speed: 0.02 m / min. After performing the curing process, the test piece subjected to the curing process was cut in the thickness direction. And while taking the photograph of the cut surface of the cut | disconnected test piece, the hardness of the test piece cut surface was measured with the hardness tester. A photograph of the cut surface of the test piece obtained at this time is shown in FIG.
試験片切断面の硬さを硬さ試験機で測定したところ、図4に示される高硬度層13の硬さは450Hv以上、硬化層14の硬さは450Hv未満であった。なお、高硬度層13の硬化深さは4.2mm以上、高硬度層13と硬化層14を足し合わせた硬化深さは8.5mmであった。この時の表層部は溶融していない。
次に、本発明者らは、13クロム合金鋼からなる試験片の表面にレーザビームを照射して試験片の表層部を硬化させたときの硬度と硬化深さとの関係について調査した。その調査結果を図5に示す。
When the hardness of the cut surface of the test piece was measured with a hardness tester, the hardness of the
Next, the present inventors investigated the relationship between the hardness and the hardening depth when the surface of the test piece made of 13 chromium alloy steel was irradiated with a laser beam to cure the surface layer portion of the test piece. The survey results are shown in FIG.
図5に示される試験片表層部の硬度と硬化深さとの関係から、試験片表層部の硬化深さが4.2mm未満では試験片表層部の硬度が450Hv以上となり、試験片表層部の硬化深さが4.2mmを超えると試験片表層部の硬度が450Hvより低い値となることがわかった。
次に、本発明者らは、13クロム合金鋼からなる試験片の表面にレーザビームを表1に示す照射条件で照射して試験片の硬化処理を行い、試験片表層部の硬化深さ(硬度450Hv以上)とレーザビームのビームスポット面積との関係について調査した。その調査結果を図6に示す。
From the relationship between the hardness of the surface layer portion of the test piece shown in FIG. 5 and the curing depth, when the hardness of the surface layer portion of the test piece is less than 4.2 mm, the hardness of the surface portion of the test piece is 450 Hv or more, and the hardness of the surface portion of the test piece is hardened. When the depth exceeded 4.2 mm, it was found that the hardness of the surface layer portion of the test piece was lower than 450 Hv.
Next, the present inventors irradiate the surface of a test piece made of 13 chromium alloy steel with a laser beam under the irradiation conditions shown in Table 1 to perform the hardening treatment of the test piece, and the hardening depth of the surface portion of the test piece ( The relationship between the hardness (450Hv or higher) and the beam spot area of the laser beam was investigated. The result of the investigation is shown in FIG.
図6に示すプロット点aは試験片の表面にレーザビームを表1の照射条件1で照射した場合を示し、図6に示すプロット点bは試験片の表面にレーザビームを表1の照射条件2で照射した場合を示している。また、図6に示すプロット点cは試験片の表面にレーザビームを表1の照射条件3で照射した場合を示している。
図6に示される試験片表層部の硬化深さとレーザビームのビームスポット面積との関係から、硬度450Hv以上、硬化深さ2.0mm以上の高硬度層を得るためには、蒸気タービン翼の前縁部表面に照射されるレーザビームのビームスポット面積を200mm2以上にすれば良いことがわかる。
The plot point a shown in FIG. 6 shows the case where the laser beam is irradiated on the surface of the test piece under the
In order to obtain a high hardness layer having a hardness of 450 Hv or more and a cure depth of 2.0 mm or more from the relationship between the hardening depth of the surface layer portion of the test piece and the beam spot area of the laser beam shown in FIG. a beam spot area of the laser beam irradiated to the edge surface it can be seen that it is sufficient to 200 m m 2 or more.
したがって、蒸気タービン翼1の前縁部表面にレーザビーム2を照射して蒸気タービン翼1の前縁部17を硬化処理するに際して、蒸気タービン翼1の前縁部表面にビームスポット面積が200mm2以上のレーザビーム2を照射することで、硬度450Hv以上、硬化深さ2.0mm以上の高硬度層を蒸気タービン翼の前縁部17に形成することが可能となり、これにより、エロージョン摩耗に対する蒸気タービン翼の寿命を20年以上に延ばすことができる。その結果、メンテナンスフリーとなる蒸気タービン翼を得ることができる。
Therefore, when the
また、レーザビーム2の照射箇所で発生する熱放射光12の強度を熱放射光検出器7で検出し、熱放射光検出器7により検出された熱放射光12の強度を温度に換算した値が蒸気タービン翼1の融点以下となるようにレーザ発生器3のレーザ出力をフィードバック制御することで、蒸気タービン翼1の表面温度を融点以下の一定温度に保つことができ、これにより、蒸気タービン翼1の融解を引き起こすことなく硬度450Hv、硬化深さ2.0mm以上の高硬度層を蒸気タービン翼1の前縁部表層部に形成することができる。
Further, the intensity of the
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、高硬度層の終端部の幅が蒸気タービン翼の根元部に近づくに従って小さくなるように、蒸気タービン翼の前縁部表面にレーザビームを照射して蒸気タービン翼の硬化処理を行っても良い。このようにすると、図7に示されるように、蒸気タービン翼1の前縁部17に形成される高硬度層13の終端部の幅が蒸気タービン翼1の根元部に近づくに従って小さくなり、これにより、硬化処理によって生じる金属組織の相変態に起因する歪によって蒸気タービン翼1の前縁部17における硬化領域の終端部に発生する圧縮残留応力は低減する。その結果、硬化領域と450Hv未満の非硬化領域16との境界近傍には常に引張残留応力が発生するが、その引張残留応力は低減する。これによって、応力腐食割れの発生を抑制することができる。特に、高硬度層13の終端部ではタービン翼長手方向にかかる遠心力による引張力と残留応力15の方向が一致するため、遠心力と残留応力の相乗効果により高硬度層13の終端部は非常に大きな引張り応力状態となり、応力腐食割れが発生しやすくなるが、高硬度層13の終端部の幅が蒸気タービン翼1の根元部に近づくに従って小さくなることにより残留応力15が小さくなるため、応力腐食割れの発生が抑制される。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, even if the steam turbine blade is hardened by irradiating the surface of the front edge of the steam turbine blade with a laser beam so that the width of the end portion of the high hardness layer decreases as it approaches the root portion of the steam turbine blade. good. In this way, as shown in FIG. 7, the width of the end portion of the
また、高硬度層の終端部の硬化深さが蒸気タービン翼の根元部に近づくに従って小さくなるように、蒸気タービン翼の前縁部表面にレーザビームを照射して蒸気タービン翼の硬化処理を行っても良い。このようにすると、図8に示されるように、蒸気タービン翼1の前縁部17に形成される高硬度層13の終端部(図中斜線で示す部分)の硬化深さが蒸気タービン翼1の根元部に近づくに従って小さくなり、これにより、硬化処理によって生じる金属組織の相変態に起因する歪によって蒸気タービン翼1の前縁部表層部の硬化領域と450Hv未満の非硬化領域16との境界近傍に発生する引張残留応力を低減することができ、その結果、応力腐食割れの発生を抑制することができる。なお、蒸気タービン翼の根元部では、蒸気タービン翼の先端と比較して周速が遅く、エロージョンの侵食が遅いため、蒸気タービン翼の根元部においては硬化深さが2mm以下でも十分な寿命が得られる。
Also, the steam turbine blade is cured by irradiating the surface of the front edge of the steam turbine blade with a laser beam so that the hardening depth at the end of the high hardness layer decreases as it approaches the root of the steam turbine blade. May be. In this way, as shown in FIG. 8, the hardening depth of the end portion (the portion indicated by the hatching in the drawing) of the
1…蒸気タービン翼
2…レーザビーム
3…レーザ発生器
4…レーザ照射ヘッド
5…レーザビーム走査機構
6…照射ヘッド位置検出器
7…熱放射光検出器
8…ノッチフィルタ
9…干渉フィルタ
10…熱放射光センサ
11…制御装置
12…熱放射光
13…450Hv以上の高硬度層
14…450Hv未満の硬化層
15…残留応力
16…非硬化領域
17…前縁部
A…レーザビームのビームスポット面積
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記蒸気タービン翼の前縁部に半導体レーザからレーザビームを照射するステップと、
前記レーザビームの照射箇所で発生する熱放射光の強度を検出するステップと、
前記レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が上限強度を上回る場合に該レーザビームの出力を下げ、該レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が下限強度を下回る場合にレーザビームの出力を上げるフィードバック制御を行うステップと、
を含み、
前記上限強度が、前記レーザビームの熱エネルギーにより前記蒸気タービン翼の表層部に溶融を生じるフェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼の熱放射光の強度よりも低く設定されていて、
前記レーザビームの照射から照射完了までの間、前記熱放射光の強度の検出および前記フィードバック制御を繰り返し行うことを特徴とする蒸気タービン翼の製造方法。 A method for producing a steam turbine blade, wherein the front edge of a steam turbine blade made of ferritic stainless steel or martensite stainless steel is irradiated with a laser beam and cured to form a high hardness layer having a depth of 2 mm or more ,
Irradiating the front edge of the steam turbine blade with a laser beam from a semiconductor laser ;
Detecting the intensity of the thermal radiation generated at the irradiation spot of the laser beam;
The output of the laser beam is lowered when the intensity of the heat radiation light at the laser beam irradiation site exceeds the upper limit intensity, and the output of the laser beam when the intensity of the heat radiation light at the laser beam irradiation site is lower than the lower limit intensity. and performing feedback control to increase the,
It includes,
Before SL upper limit strength is, it is set the laser beam of thermal energy by the steam turbine ferritic stainless steel causing molten surface layer portion of the wing or lower than the intensity of the thermal radiation martensitic stainless steel,
A method for manufacturing a steam turbine blade, wherein the detection of the intensity of the thermal radiation light and the feedback control are repeatedly performed between the irradiation of the laser beam and the completion of irradiation .
フェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼である蒸気タービン翼の前縁部に前記レーザビームを照射するレーザ照射ヘッドと、
前記レーザ照射ヘッドを駆動してレーザビームを二次元方向に走査するレーザビーム走査機構と、
前記レーザビームの照射箇所で発生する熱放射光の強度を検出する熱放射光検出器と、
前記レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が上限強度を上回る場合に該レーザビームの出力を下げ、該レーザビームの照射箇所の熱放射光の強度が下限強度を下回る場合にレーザビームの出力を上げるフィードバック制御を行う制御装置と、
を備え、
前記上限強度が、前記レーザビームの熱エネルギーにより前記蒸気タービン翼の表層部に溶融を生じるフェライト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼の熱放射光の強度よりも低く設定され、
前記制御装置が、前記レーザビームの照射から照射完了までの間、前記熱放射光の強度の検出および前記フィードバック制御を繰り返し行うことで前記前縁部に深さ2mm以上の高硬度層を形成することを特徴とする蒸気タービン翼の製造装置。 A laser generator composed of a semiconductor laser and generating a laser beam;
A laser irradiation head for irradiating the laser beam on the front edge of a steam turbine blade made of ferritic stainless steel or martensitic stainless steel ;
A laser beam scanning mechanism for driving the laser irradiation head to scan a laser beam in a two-dimensional direction;
A thermal synchrotron radiation detector for detecting the intensity of the thermal synchrotron radiation generated at the irradiation spot of the laser beam;
The output of the laser beam is lowered when the intensity of the heat radiation light at the laser beam irradiation site exceeds the upper limit intensity, and the output of the laser beam when the intensity of the heat radiation light at the laser beam irradiation site is lower than the lower limit intensity. and line intends control device feedback control to increase the,
With
Before SL upper limit strength is set lower than the intensity of heat radiated light of the laser beam of thermal energy by the steam turbine blade of the surface layer portion to the ferritic stainless steel causing melting or martensitic stainless steel,
The control device repeatedly detects the intensity of the thermal radiation light and performs the feedback control between the irradiation of the laser beam and the completion of the irradiation, thereby forming a high hardness layer having a depth of 2 mm or more at the front edge portion. An apparatus for manufacturing a steam turbine blade, characterized in that:
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