JPH0419301A

JPH0419301A - 蒸気タービンロータシャフトのジャーナル部の肉盛り方法

Info

Publication number: JPH0419301A
Application number: JP12395790A
Authority: JP
Inventors: Satoru Asai; 知浅井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1992-01-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、蒸気タービンのロータシャフトのジャーナル
部にゴーリング対策として施す肉盛り方法に関する。

（従来の技術）従来、蒸気タービンのロータシャフトの端部には、発電
機側シャフトと連結する為に、カップリングが焼嵌めに
よって接合されている。

近年、ロータシャフトには耐熱性がありクリープ強度、
靭性などの点で優れた機械的性質を示す１２％クロム鋼
が使用されている。しかし、この１２％クロム鋼を材質
とするロータシャフトの場合、軸受は特性が悪く、その
ジャーナル部で軸受けを損傷し易い欠点がある。このた
め、従来は、軸受は特性に優れた性質の低合金鋼を材質
とするスリーブを焼き嵌めすることにより、改善を図っ
ている。

ところで、焼き嵌めではなくカップリング部をロータシ
ャフト本体と一体構造とすることが、フレッティング疲
労などに起因する亀裂発生防止の観点から有利である。

そこで、例えば、第４図に示されるように、口−タシャ
フト１のジャーナル部２を低合金鋼３で肉盛り溶接によ
って盛り上げた構造のものが提案されている（特開昭５
５−１６７４４号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記のようにロータシャフトのジャーナ
ル部に低合金鋼を肉盛り溶接する場合には、次のような
問題がある。すなわち、１２％クロム鋼は、低合金鋼に
比べ、熱膨脹係数が小さいため、ロータシャフト母材に
生じた溶接熱影響部の硬化層の焼戻しを目的として行う
溶接後の焼鈍熱処理工程において、その熱膨脹係数の差
によって肉盛り溶接部に大きな引張残留応力が発生する
。

第３図は、ジャーナル部に低合金鋼を肉盛りしたロータ
シャフトにおいて、低合金鋼の肉盛り溶接金属と１２％
クロム鋼の母材に生じた残留応力の分布について、肉盛
り溶接した後熱処理を施していないもの（第３図（ａ）
）　、熱処理してその昇温した状態を保持したもの（第
３図（ｂ））　、室温まで焼鈍まし処理をしたもの（第
３図（Ｃ））の夫々を模式的に示した図である。第３図
（ａ）に示されるように、肉盛り溶接をしたロータシャ
フトでは、引張残留応力が低合金鋼の肉盛り溶接金属と
１２％クロム鋼の母材の境界部で最大となり、熱影響部
では残留応力が圧縮応力に転じるような応力分布を示す
。通常、引張残留応力は、最大で約３０〜４０ｋｇ　ｆ
　／　ｒａｍ　２のレベルの値となり、ロータシャフト
の疲労強度を大きく劣化させるという問題がある。

一方、このような引張残留応力は、第３図（ｂ）、（Ｃ
）に示されるように、熱処理の冷却過程において生ずる
ため、熱処理温度を上昇させても応力の除去は達成でき
ない。また、熱処理冷却工程でその熱膨張差に応じて肉
盛り溶接金属の温度を母材の１２％クロム鋼よりも低く
保つ方法が考えられるが、その温度コントロールが困難
であり、実際上適用は困難である。

そこで、本発明は、上記従来技術の有する問題点を解消
し、引張残留応力を低く抑制して、１２％クロム鋼を材
質とするロータシャフトのジャーナル部に肉盛りするこ
とのできる肉盛り方法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するだめの手段）上記目的を達成するために、本発明は、１２％クロム鋼
を主成分としかつ母材に較べ低い耐力の溶接金属を中間
層として予めジャーナル部に溶着しておき、この中間層
の表面に低合金鋼を肉盛りした後、焼鈍し処理を施すこ
とを特徴とするものである。

（作　用）中間層のクロム鋼溶接金属は母材の１２％クロム鋼とほ
ぼ同様の熱膨脹係数であり、低合金鋼の肉盛り溶接後の
焼鈍処理工程では熱膨脹係数の差によって熱応力が生ず
る。しかし、熱応力は中間層のクロム鋼溶接金属が塑性
変形されやすいことからこれに吸収され、従って、低合
金鋼に生じる引張残留応力の大きさを低減することがで
きる。

そして、肉盛り部との境界の母材側では、抑制された引
張残留応力にバランスする圧縮応力が発生するだけであ
り、ロータシャフト本体に作用する引張残留応力の影響
が少なくなる。

また、低合金鋼と母材との間に、母材と組成の近い中間
層が介在しているので、クロム含有量の相違によるクロ
ム低下層の発生並びに炭素の移動による脆化層の発生が
抑制される。

（実施例）以下、本発明の一実施例について添付の図面を参照して
説明する。

第１図は、本発明方法によって肉盛りしたロータシャフ
トを示した図である。符号１は、１２％クロム鋼を母材
とする蒸気タービンのロータシャフトを示している。先
ず、このロータシャフト１のジャーナル部２には、１２
％クロム鋼を主成分とする溶接金属であって、その耐力
が母材の１２％クロム鋼に較べて低い低強度クロム鋼の
中間層４を溶着し、さらにこの中間層４の表面に低合金
鋼３を肉盛り溶接している。

この実施例では、中間層４を被覆アーク溶接によって約
５〜６＋ａｍの肉厚で重ねて２層肉盛りし、その表面に
約１０〜１５關の厚さに低合金鋼３をサブマージアーク
溶接によって肉盛りしている。

第１表は、本実施例で用いたロータシャフト１の母材の
１２％クロム鋼、中間層４の低強度クロム鋼溶接金属、
低合金鋼３の夫々の組成成分および機械的性質を示した
ものである。中間層４には、母材の１２％クロム鋼に較
べて耐力が低くしかも延性の大きな低強度クロム鋼溶接
金属を用いている。

肉盛り溶接した後は、熱処理炉中において、ロータシャ
フト１に焼鈍まし処理を施す。この場合、焼き鈍まし温
度としては、母材の１２％クロム鋼の強度低下を防ぐた
め、この母材についての焼鈍まし温度６５０℃よりも３
０℃低い６２０℃の温度で２０時間焼鈍まし処理を実施
している。この範囲の焼鈍まし温度でも肉盛り溶接によ
る熱の影響を受けた母材の硬化層から応力を除去するこ
とは可能である。

以上のようにして、ロータシャフト１のジャーナル部２
に肉盛り溶接した部分をコアドリル法並びに歪みゲージ
法によってその表面および肉厚半径方向の残留応力を測
定した結果を第２図に示す。

第２図からは、肉盛りされた低合金鋼３において発生し
た熱応力は、中間層４を形成する低強度クロム鋼の塑性
変形によって吸収され、引張残留応力が１０〜１５ｋｇ
ｆ／ｕ＋２程度に低減されていることがわかる。また、
１２％クロム鋼を材質とする母材との境界では、圧縮の
残留応力となっており、従来、母材と肉盛り溶接金属層
との境界で引張残留応力が最大となり約３０〜４０ｋｇ
ｆ’　／ｍｕ２程度であったことに較べると、熱膨脹係
数の差に伴って生ずる引張残留応力は、十分低減されて
いる。

このように、中間層４して、低耐力でありかつ高延性の
クロム鋼溶接金属を肉盛りすることによって、ロータシ
ャフトの母材と低合金鋼肉盛溶接金属との熱膨脹係数の
差に起因する残留応力を低減することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、１２
％クロム鋼を母材とするロータシャフトのジャーナル部
に１２％クロム鋼に較べ熱膨脹係数の大きい耐コーリン
グ用の低合金鋼を肉盛り溶接しても、溶接後の焼鈍熱処
理工程で生ずる残留応力を低減することができるので、
ロータシャフトのカップリングを一体構造としてその強
度を格段に強化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって肉盛りしたロータシャフトの要
部拡大断面図、第２図はロータシャフトの肉盛り部の残
留応力の測定結果を表した図、第３図はロータシャフト
に従来の方法によって肉盛りしたときの残留応力の発生
状態を模式的に表した図、第４図は従来の方法によって
肉盛りしたロータシャフトの要部拡大断面図である。１・・・ロータシャフト、２・・・ジャーナル部、３・
・・低合金鋼、４・・・中間層。竿１図残留応力　（ｋｇヂ／ｍｍ２）第２図

Claims

【特許請求の範囲】

１２％クロム鋼を材質とする蒸気タービンロータシャフ
トのジャーナル部に低合金鋼の肉盛り溶接層を形成する
方法において、１２％クロム鋼を主成分としかつ母材に
較べ低い耐力の溶接金属を中間層として予めジャーナル
部に溶着しておき、この中間層の表面に低合金鋼を肉盛
りした後、焼鈍し処理を施すことを特徴とする蒸気ター
ビンロータシャフトのジャーナル部の肉盛り方法。