JPH0253153B2 - - Google Patents
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- JPH0253153B2 JPH0253153B2 JP22162182A JP22162182A JPH0253153B2 JP H0253153 B2 JPH0253153 B2 JP H0253153B2 JP 22162182 A JP22162182 A JP 22162182A JP 22162182 A JP22162182 A JP 22162182A JP H0253153 B2 JPH0253153 B2 JP H0253153B2
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- welding
- bead
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
- B23K9/044—Built-up welding on three-dimensional surfaces
- B23K9/046—Built-up welding on three-dimensional surfaces on surfaces of revolution
- B23K9/048—Built-up welding on three-dimensional surfaces on surfaces of revolution on cylindrical surfaces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、タービンロータの製造法に関し、さ
らに詳しくは、軸受部の品質の向上が図られた高
クロム系タービンロータの製造法に関する。
らに詳しくは、軸受部の品質の向上が図られた高
クロム系タービンロータの製造法に関する。
従来、タービンロータ用部材としては高温強度
にすぐれる高クロム系鋼が用いられており、特
に、軸受部には軸受特性にすぐれたCr−Mo系鋼
が溶接肉盛されている。第１図に、軸受部に溶接
肉盛を施したタービンロータの斜視図を示す。第
２図は、上記第１図Ｘ−Ｘ線に沿う軸受部の断面
図である。第１図および第２図に示すように、従
来のタービンロータは、ローラ母材１の軸受部１
ａの開先加工を行つた後、通常の溶接方法で該開
先部に溶接金属２を肉盛溶接して形成される。
にすぐれる高クロム系鋼が用いられており、特
に、軸受部には軸受特性にすぐれたCr−Mo系鋼
が溶接肉盛されている。第１図に、軸受部に溶接
肉盛を施したタービンロータの斜視図を示す。第
２図は、上記第１図Ｘ−Ｘ線に沿う軸受部の断面
図である。第１図および第２図に示すように、従
来のタービンロータは、ローラ母材１の軸受部１
ａの開先加工を行つた後、通常の溶接方法で該開
先部に溶接金属２を肉盛溶接して形成される。
しかしながら、上記のような従来のタービンロ
ータには次のような問題がある。
ータには次のような問題がある。
すなわち、従来の方法で製造されたタービンロ
ータにおいては、第２図に示す軸受部の溶接境界
部３には、肉盛溶接前の機械加工等に起因する比
較的大きな引張応力が残留していたり、溶接熱の
影響による金属組識の粗粒化が起きてしまう、と
いうことである。このように、溶接境界部に大き
な引張応力が残留したり、結晶粒の粗大化が生じ
ると、境界部のじん性低下、強度変化およびクラ
ツクの発生等をひき起こし、重大な事故につなが
る恐れも生ずる。
ータにおいては、第２図に示す軸受部の溶接境界
部３には、肉盛溶接前の機械加工等に起因する比
較的大きな引張応力が残留していたり、溶接熱の
影響による金属組識の粗粒化が起きてしまう、と
いうことである。このように、溶接境界部に大き
な引張応力が残留したり、結晶粒の粗大化が生じ
ると、境界部のじん性低下、強度変化およびクラ
ツクの発生等をひき起こし、重大な事故につなが
る恐れも生ずる。
ところで、このような軸受部の欠陥の発生を防
止する方法としては、従来、肉盛溶接後に応力除
去焼鈍を施す方法が行われていた。しかしなが
ら、この応力除去焼鈍による方法では、引張残留
応力の低減および結晶粒の細粒化を充分満足のい
く程実現することができず、それゆえ上述の境界
部のじん性低下、クラツク発生等の問題を解決す
ることは困難であつた。
止する方法としては、従来、肉盛溶接後に応力除
去焼鈍を施す方法が行われていた。しかしなが
ら、この応力除去焼鈍による方法では、引張残留
応力の低減および結晶粒の細粒化を充分満足のい
く程実現することができず、それゆえ上述の境界
部のじん性低下、クラツク発生等の問題を解決す
ることは困難であつた。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもで、軸
受部の機械的性質の向上を図ることにより、安全
性、信頼性にすぐれた高クロム系タービンロータ
を提供することを目的とするものである。
受部の機械的性質の向上を図ることにより、安全
性、信頼性にすぐれた高クロム系タービンロータ
を提供することを目的とするものである。
本発明者は、上記ロータ軸受部の損傷が、ター
ビン運転時に負荷される遠心力と軸受部の溶接境
界に残留する引張応力との相乗的効果によつて生
ずることを見出し、該残留引張応力を緩和する方
法を研究した結果、肉盛溶接前の軸受部にあらか
じめ圧縮加工を施すことが欠陥の発生を防止する
上で極めて有効であることを見出した。さらに本
発明者は、従来の肉盛溶接方法では、溶接境界部
の結晶粒の細粒化を図ることはできないことに着
目しさらに研究した結果、第１ビード層を形成し
たのちに該ビード層を一定の厚さに研削しさらに
これに第２ビード層を肉盛し、該第２ビード層形
成時の溶接熱を第１ビードと母材との間の溶接境
界部に作用させることにより焼戻し効果を発揮さ
せれば、ロータ軸受部の機械的性質に影響する溶
接境界部の結晶粒の細粒化およびじん性の向上が
達成されることを見出した。
ビン運転時に負荷される遠心力と軸受部の溶接境
界に残留する引張応力との相乗的効果によつて生
ずることを見出し、該残留引張応力を緩和する方
法を研究した結果、肉盛溶接前の軸受部にあらか
じめ圧縮加工を施すことが欠陥の発生を防止する
上で極めて有効であることを見出した。さらに本
発明者は、従来の肉盛溶接方法では、溶接境界部
の結晶粒の細粒化を図ることはできないことに着
目しさらに研究した結果、第１ビード層を形成し
たのちに該ビード層を一定の厚さに研削しさらに
これに第２ビード層を肉盛し、該第２ビード層形
成時の溶接熱を第１ビードと母材との間の溶接境
界部に作用させることにより焼戻し効果を発揮さ
せれば、ロータ軸受部の機械的性質に影響する溶
接境界部の結晶粒の細粒化およびじん性の向上が
達成されることを見出した。
本発明は上記知見に基いて完成されたものであ
る。
る。
すなわち、本発明のタービンロータの製造法
は、タービンロータの軸受部に肉盛溶接をするに
際し、該軸受部にあらかじめ圧縮加工を施すこと
により軸受部に圧縮応力を残留させ、次いで以下
の工程(イ)、(ロ)および(ハ)を含む肉盛溶接を行うこと
を特徴とするものである。
は、タービンロータの軸受部に肉盛溶接をするに
際し、該軸受部にあらかじめ圧縮加工を施すこと
により軸受部に圧縮応力を残留させ、次いで以下
の工程(イ)、(ロ)および(ハ)を含む肉盛溶接を行うこと
を特徴とするものである。
(イ) 圧縮加工を施した軸受部に第１ビード層を形
成する工程。
成する工程。
(ロ) 上記第１ビード層を形成したときの熱影響部
を下記第２ビード層を形成する際の溶接熱によ
つて焼戻すことができる程度の厚さに、該第１
ビート層を研削する工程。
を下記第２ビード層を形成する際の溶接熱によ
つて焼戻すことができる程度の厚さに、該第１
ビート層を研削する工程。
(ハ) 研削された上記第１ビード層上に第２ビード
層以降のビード層を形成する工程。
層以降のビード層を形成する工程。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。第３図に、旋盤機械加工が終了し
たタービンロータの軸受部に圧縮加工を施す場合
の斜視図を示す。本図に示すように、軸受部の圧
縮加工はローラを用いて行うことができる。すな
わち、ロータ軸受開先部１ａに、たとえば旋盤の
刃物台５に取付けたローラ４を押しつけ、送りを
かけて軸受開先部全周に圧縮加工を施し、軸受開
先部全周にかけて圧縮応力を残留させる。圧縮加
工の手段としては、上記ローラ加工の他に、プレ
ス加工等が用いられ得る。圧縮圧力は、部材の材
質、大きさによつても異なるが、一般的にいつて
軸受開先部表面が約0.05mm前後凹む程度であるこ
とが好ましい。
いて説明する。第３図に、旋盤機械加工が終了し
たタービンロータの軸受部に圧縮加工を施す場合
の斜視図を示す。本図に示すように、軸受部の圧
縮加工はローラを用いて行うことができる。すな
わち、ロータ軸受開先部１ａに、たとえば旋盤の
刃物台５に取付けたローラ４を押しつけ、送りを
かけて軸受開先部全周に圧縮加工を施し、軸受開
先部全周にかけて圧縮応力を残留させる。圧縮加
工の手段としては、上記ローラ加工の他に、プレ
ス加工等が用いられ得る。圧縮圧力は、部材の材
質、大きさによつても異なるが、一般的にいつて
軸受開先部表面が約0.05mm前後凹む程度であるこ
とが好ましい。
第４図に、上記圧縮加工後のロータ軸受部１ａ
の第３図Ａ−Ａ線に沿う断面と、圧縮加工実施材
と従来材における周方向および軸方向の残留応力
の測定結果を示す。この実施例では、ローラ加工
による表面の凹凸の差t1は0.045〜0.070mm程度で
あり、仕上面１ｂまでの削り代t2は約0.5mmであ
る。仕上げ加工後に残留応力を測定すると、仕上
面１ｂの表面において、第４図に示すように、周
方向（△印）および軸方向（○印）の応力とも−
35〜−45Kg／mm2の範囲にあり、また、深さ５mmに
おいては、周方向および軸方向の応力は−30〜−
40Kg／mm2の範囲にあり、上記ローラによる圧縮加
工によつて軸受部に圧縮応力を残留させることが
できることがわかる。
の第３図Ａ−Ａ線に沿う断面と、圧縮加工実施材
と従来材における周方向および軸方向の残留応力
の測定結果を示す。この実施例では、ローラ加工
による表面の凹凸の差t1は0.045〜0.070mm程度で
あり、仕上面１ｂまでの削り代t2は約0.5mmであ
る。仕上げ加工後に残留応力を測定すると、仕上
面１ｂの表面において、第４図に示すように、周
方向（△印）および軸方向（○印）の応力とも−
35〜−45Kg／mm2の範囲にあり、また、深さ５mmに
おいては、周方向および軸方向の応力は−30〜−
40Kg／mm2の範囲にあり、上記ローラによる圧縮加
工によつて軸受部に圧縮応力を残留させることが
できることがわかる。
一方、圧縮加工を施さない従来材の場合、機械
加工表面から0.5mmの深さにおける残留応力は、
周方向（▲印）、軸方向（●印）とも０〜＋0.5
Kg／mm2の範囲の引張応力であつた。
加工表面から0.5mmの深さにおける残留応力は、
周方向（▲印）、軸方向（●印）とも０〜＋0.5
Kg／mm2の範囲の引張応力であつた。
次いで、上記圧縮加工および表面仕上加工を施
したロータ軸受部にCr−Mo鋼を肉盛溶接する。
第５図に、本発明の実施例に係る肉盛溶接工程の
説明図を示す。まず、前述した開先加工、圧縮加
工および表面仕上加工を行つたタービンロータ軸
受部（第５図ａ）の探傷検査を行い、軸受部１ａ
の健全性を確認する。探傷検査法としては、PT
（染色浸透探傷検査）、MT（磁粉探傷検査）、UT
（超音波探傷検査）が用いられる。
したロータ軸受部にCr−Mo鋼を肉盛溶接する。
第５図に、本発明の実施例に係る肉盛溶接工程の
説明図を示す。まず、前述した開先加工、圧縮加
工および表面仕上加工を行つたタービンロータ軸
受部（第５図ａ）の探傷検査を行い、軸受部１ａ
の健全性を確認する。探傷検査法としては、PT
（染色浸透探傷検査）、MT（磁粉探傷検査）、UT
（超音波探傷検査）が用いられる。
健全性を確認したのち、軸受部を予熱し、第１
ビード層６の肉盛を行う（第５図ｂ）。この第１
ビード層の形成は、比較的小径の溶接棒（２〜
3φ、Cr−Mo系鋼）を用い、小入熱で行うこと
が、第１ビード層の熱影響部の結晶粒粗大化を防
止する上で好ましい。
ビード層６の肉盛を行う（第５図ｂ）。この第１
ビード層の形成は、比較的小径の溶接棒（２〜
3φ、Cr−Mo系鋼）を用い、小入熱で行うこと
が、第１ビード層の熱影響部の結晶粒粗大化を防
止する上で好ましい。
次に、上記のように形成された第１ビード層６
のグラインドオフ（研削）を行う（第５図ｃ）。
この第１ビード層のグラインドオフは、第１ビー
ド層の肉盛溶接の際に生ずる熱影響部に、第２ビ
ード層の肉盛時の溶接熱により焼戻し効果を与え
得る程度の厚さになるように行わなければならな
い。ここで、熱影響部とは第１ビード層形成によ
つて溶接境界部に生ずる金属組織の粗粒化した部
分をいう。本実施例では、第５図ｃに示すよう
に、研削前の厚さ（約３mm）の約半分の厚さのビ
ード層６ａとしている。研削後、熱間MTにより
ビード層６ａの健全性を確認する。
のグラインドオフ（研削）を行う（第５図ｃ）。
この第１ビード層のグラインドオフは、第１ビー
ド層の肉盛溶接の際に生ずる熱影響部に、第２ビ
ード層の肉盛時の溶接熱により焼戻し効果を与え
得る程度の厚さになるように行わなければならな
い。ここで、熱影響部とは第１ビード層形成によ
つて溶接境界部に生ずる金属組織の粗粒化した部
分をいう。本実施例では、第５図ｃに示すよう
に、研削前の厚さ（約３mm）の約半分の厚さのビ
ード層６ａとしている。研削後、熱間MTにより
ビード層６ａの健全性を確認する。
次いで、第２ビード層７の肉盛りを行なう（第
５図ｄ）。この第２ビード層の肉盛は、たとえば
３〜4φの溶接棒を用いて第１ビード層より大入
熱で行われる。前述のグラインドオフ工程とこの
第２ビード層の肉盛溶接により、初層熱影響部組
織の細粒化および第１ビード層熱影響部硬化部の
軟化を図ることができる。また、第２ビード層の
肉盛後ピーニングを行うことにより、残留応力の
緩和（ピーニング効果）を達成することができ
る。ピーニング後、熱間MTを行う。
５図ｄ）。この第２ビード層の肉盛は、たとえば
３〜4φの溶接棒を用いて第１ビード層より大入
熱で行われる。前述のグラインドオフ工程とこの
第２ビード層の肉盛溶接により、初層熱影響部組
織の細粒化および第１ビード層熱影響部硬化部の
軟化を図ることができる。また、第２ビード層の
肉盛後ピーニングを行うことにより、残留応力の
緩和（ピーニング効果）を達成することができ
る。ピーニング後、熱間MTを行う。
第３ビード層以降の肉盛溶接も上記第２ビード
層と同様の工程で行われる（第５図ｅ）が必要に
応じて研削加工も施し得る。
層と同様の工程で行われる（第５図ｅ）が必要に
応じて研削加工も施し得る。
肉盛溶接工程終了後、常法に従い仕上工程、検
査が行われ本発明のタービンローダが完成する。
査が行われ本発明のタービンローダが完成する。
第６図に、本発明で得られるタービンロータの
軸受部の断面図を示す。本発明によるロータ軸受
部の溶接境界部の組織を観察すると、溶接境界３
およびロータ母材１の熱影響部８の金属組織の組
粒化が充分行われており、かつ熱影響部８の幅も
従来法で得られるものより挟く、良好な組織が得
られていることがわかつた。
軸受部の断面図を示す。本発明によるロータ軸受
部の溶接境界部の組織を観察すると、溶接境界３
およびロータ母材１の熱影響部８の金属組織の組
粒化が充分行われており、かつ熱影響部８の幅も
従来法で得られるものより挟く、良好な組織が得
られていることがわかつた。
第７図に、上記した本発明の実施例と、従来法
で得られたロータ軸受部（比較例）の溶接境界近
傍の硬さ測定の結果を示す。第７図の結果から明
らかなように、本発明の実施例においては従来法
による比較例でみられる溶接境界部の硬さの極大
傾向は認められず、ロータ母材と溶接金属間の硬
さの分布が均一なものが得られていることがわか
る。
で得られたロータ軸受部（比較例）の溶接境界近
傍の硬さ測定の結果を示す。第７図の結果から明
らかなように、本発明の実施例においては従来法
による比較例でみられる溶接境界部の硬さの極大
傾向は認められず、ロータ母材と溶接金属間の硬
さの分布が均一なものが得られていることがわか
る。
第８図に、実施例と比較例の溶接境界近傍の衝
撃試験の結果を示す。本図から明らかなように、
本発明による実施例は、溶接境界および初層近傍
における衝撃特性が比較例に比べて1.5〜4.0Kg・
ｍ／cm2程度すぐれており、母材に劣らないじん性
が確保されていることがわかる。
撃試験の結果を示す。本図から明らかなように、
本発明による実施例は、溶接境界および初層近傍
における衝撃特性が比較例に比べて1.5〜4.0Kg・
ｍ／cm2程度すぐれており、母材に劣らないじん性
が確保されていることがわかる。
第９図に、実施例および比較例の溶接境界近傍
の残留応力の側定結果を示す。本図によれば、比
較例の場合、周方向および軸方向とも30Kg／mm2以
上の引張応力が残留しているのに対し、実施例で
は、周および軸方向とも残留応力は圧縮値となつ
ている。すなわち、溶接境界部においては、各々
−６Kg／mm2、−11Kg／mm2であり、溶接境界から５
mmの深さのロータ母材においては、各々−６Kg／
mm2、−３Kg／mm2であつた。したがつて、圧縮応力
を残留させるためには、ローラによる圧縮加工が
極めて有効であることがわかる。
の残留応力の側定結果を示す。本図によれば、比
較例の場合、周方向および軸方向とも30Kg／mm2以
上の引張応力が残留しているのに対し、実施例で
は、周および軸方向とも残留応力は圧縮値となつ
ている。すなわち、溶接境界部においては、各々
−６Kg／mm2、−11Kg／mm2であり、溶接境界から５
mmの深さのロータ母材においては、各々−６Kg／
mm2、−３Kg／mm2であつた。したがつて、圧縮応力
を残留させるためには、ローラによる圧縮加工が
極めて有効であることがわかる。
上記実施例の結果から明らかなように、本発明
の方法においては、軸受部の肉盛溶接を行う前に
あらかじめ圧縮加工を施すようにしたので溶接境
界部にかかる引張応力の緩和が図られ、その結果
クラツク等の次陥の発生を有効に防止することが
できる。
の方法においては、軸受部の肉盛溶接を行う前に
あらかじめ圧縮加工を施すようにしたので溶接境
界部にかかる引張応力の緩和が図られ、その結果
クラツク等の次陥の発生を有効に防止することが
できる。
さらに、本発明の方法では、肉盛溶接の際に、
第１ビード層を研削したのちに第２ビード層以降
のビード層を形成するようにしたので、溶接境界
近傍の金属組識の細粒化を確実に行うことがで
き、その結果、溶接境界部におけるじん性の向
上、硬さの均一化等の機械的性質の向上が図ら
れ、ロータ軸受部の品質の一層の向上が実現され
る。
第１ビード層を研削したのちに第２ビード層以降
のビード層を形成するようにしたので、溶接境界
近傍の金属組識の細粒化を確実に行うことがで
き、その結果、溶接境界部におけるじん性の向
上、硬さの均一化等の機械的性質の向上が図ら
れ、ロータ軸受部の品質の一層の向上が実現され
る。
したがつて、本発明の方法によつて、信頼性、
安全性にすぐれたタービンロータを得ることがで
き工業上すこぶる有用である。
安全性にすぐれたタービンロータを得ることがで
き工業上すこぶる有用である。
第１図はタービンロータ軸受部の斜視図、第２
図は上記第１図のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図、第
３図は圧縮加工工程の説明図、第４図は軸受部の
断面図と残留応力を示す図、第５図は本発明の実
施例に係る肉盛溶接の工程説明図、第６図はロー
タ軸受部の断面図、第７図は硬さ測定の結果を示
す図、第８図は、衝撃試験の結果を示す図、第９
図は残留応力の測定結果を示す図である。 １……タービンロータ母材、１ａ……軸受部、
１ｂ……仕上面、２……溶接金属、３……溶接境
界、４……ローラ、５……ローラ取付台、６……
第１ビード層、６ａ……研削加工後の第１ビード
層、７……第２ビード層。
図は上記第１図のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図、第
３図は圧縮加工工程の説明図、第４図は軸受部の
断面図と残留応力を示す図、第５図は本発明の実
施例に係る肉盛溶接の工程説明図、第６図はロー
タ軸受部の断面図、第７図は硬さ測定の結果を示
す図、第８図は、衝撃試験の結果を示す図、第９
図は残留応力の測定結果を示す図である。 １……タービンロータ母材、１ａ……軸受部、
１ｂ……仕上面、２……溶接金属、３……溶接境
界、４……ローラ、５……ローラ取付台、６……
第１ビード層、６ａ……研削加工後の第１ビード
層、７……第２ビード層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ タービンロータの軸受部に肉盛溶接をするに
際し、該軸受部にあらかじめ圧縮加工を施すこと
により軸受部に圧縮応力を残留させ、次いで以下
の工程(イ)、(ロ)および(ハ)を含む肉盛溶接を行うこと
を特徴とする、タービンロータの製造法。 (イ) 圧縮加工を施した軸受部に第１ビード層を形
成する工程。 (ロ) 上記第１ビード層を形成したときの熱影響部
を下記第２ビード層を形成する際の溶接熱によ
つて焼戻すことができる程度の厚さに、該第１
ビード層を研削する工程。 (ハ) 研削された上記第１ビード層上に第２ビード
層以降のビード層を形成する工程。 ２ 前記圧縮加工をローラで行う、特許請求の範
囲第１項に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22162182A JPS59113977A (ja) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | タ−ビンロ−タの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22162182A JPS59113977A (ja) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | タ−ビンロ−タの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59113977A JPS59113977A (ja) | 1984-06-30 |
| JPH0253153B2 true JPH0253153B2 (ja) | 1990-11-15 |
Family
ID=16769621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22162182A Granted JPS59113977A (ja) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | タ−ビンロ−タの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59113977A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5372336B2 (ja) * | 2006-04-11 | 2013-12-18 | ディア・アンド・カンパニー | 金属結合による被覆を有するトラック・チェーン連結金具および車台トラック・ローラ |
| CN101837501B (zh) * | 2010-05-20 | 2012-06-06 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | 超超临界汽轮机12%Cr钢高中压转子轴颈堆焊方法 |
-
1982
- 1982-12-17 JP JP22162182A patent/JPS59113977A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59113977A (ja) | 1984-06-30 |
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