JPH04231177A - 蒸気タービンの構成物品および蒸気タービンロータの製造方法 - Google Patents
蒸気タービンの構成物品および蒸気タービンロータの製造方法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】この発明は、蒸気原動機に用いられる、
タービンおよび発電機の構成部品に関し、さらに詳しく
言うと、それらの有効寿命を延ばすための低合金鋼のデ
ィスクおよびロータの製造、および補修の方法に関する
ものである。 【０００２】 【発明の背景】蒸気タービンおよび発電機のロータは、
通常低合金鋼から構成されており、また羽根部を保持す
るためにロータのディスク部分の周りに円周方向に配設
された多数の突出尖塔部を含んでいる。運転中、それら
の尖塔部は、蒸気本来の腐食性に起因して腐食したり、
蒸気タービン環境中の蒸気および異物に起因して侵食も
しくは摩滅を受けることがある。それらの損傷のメカニ
ズムは、尖塔部および周囲のディスク領域での穴あき、
亀裂の発生あるいはかなり大きな金属破壊で時々明らか
になり、運転員に全タービンロータを大きな経費をかけ
て廃棄させることになる。 【０００３】改良された合金および低入熱溶接技術のよ
うに、溶接における最近の進歩により、新しい尖塔部を
溶接物で加工するように低合金タービンロータを補修す
ることが可能になった。フロリダ州オーランドにある、
ウェスチングハウス エレクトリック コーポレイ
ションの発電部により刊行された、第４７回アメリカ動
力会議（イリノイ州シカゴ）でのクラーク等による「低
圧蒸気タービンロータの溶接補修についての経験」、高
砂市でのウェスチングハウスと三菱との技術セミナー（
１９８７年７月）でのクラーク等による「高圧ロータの
溶接補修についての技術開発」を参照されたい。これら
両者を参照することにより、両者はこの明細書中に組み
込まれる。ロータを費用をかけて廃棄するのを防止する
ために考案された、このような役に立つ技術があるにも
かかわらず、低合金溶接物で補修された尖塔部は、最初
のロータで穴あきおよび亀裂を生じさせたのと同じ環境
状態にさらされたときには、耐食性あるいは耐摩耗性の
点では少しも改善されていない。 【０００４】また、ロータの欠陥部を切断し、また新し
いロータ部分を溶接することで、ロータの補修が行われ
てきた。参照することにより、この明細書中に組み込ま
れる米国特許第４，６３３，５５４号明細書を参照され
たい。また、このような技術は、補修されたロータの耐
食性あるいは耐摩耗性を本来的に増大させず、また同じ
ように費用のかかる補修に終わる。 【０００５】また、硬ステライト被覆は、プラズマ移送
アーク溶接技術を用いてタービンロータに施されてきた
。サーマテック リビュー（Ｓｅｒｍａｔｅｃｈ Ｒ
ｅｖｉｅｗ）Ｎｏ ３１（１９８９年 冬）の「工業
用タービンのための新しいサービス」を参照されたい。 この参照により、この内容は明細書中に組み込まれるこ
とになる。プラズマ装置内で粉末を溶かすことにより、
強固な冶金結合がタービンロータディスクに加えられ、
タービンロータディスクは熱ガス、固体粒子に対する許
容耐食性を有する。 この技術は少々腐食を減少させることができるが、被覆
が裂けた領域では、非常に選択的な腐食が生じる。一般
的に、それらの露出した領域での腐食は、被覆が少しも
なされていないときのロータの表面上に生じる腐食より
も、さらにひどくなるであろう。 【０００６】従って、タービン環境で穴あきおよび亀裂
を阻止することのできる耐用年数の長いロータが、コス
ト的に効率良く製造される必要性がある。 【０００７
】 【発明の概要】この発明は、Ｃｒ、ＭｏおよびＶを含有
する合金成分が約６重量％以下の低合金鉄基金属から作
られた、例えばディスクのようなリング部材を有する蒸
気タービンロータ、および同様のタービン構成部品を提
供する。このリング部材上には、複数の層状溶接部から
なる鉄漸変層が配設される。それらの層状溶接部内には
、クロムを含有する層形成金属がその重さ割合を増大し
て配設されている。即ち、漸変層のクロム含有量は、漸
変層の厚みと共に増大する。漸変層上には、耐食性ある
いは耐摩耗性の、クロム含有の尖塔部合金を含む尖塔部
領域が配設される。 【０００８】理想的には、この発明の尖塔部領域は、高
温あるいは低温運転中の穴あきおよび亀裂発生を阻止す
るためにステンレス鋼合金を含んでいる。もし、そのス
テンレス鋼の尖塔部領域が低合金鋼のリング部材に直接
溶接されたときには、運転中に、電気化学的腐食が生じ
るであろう。従って、少なくとも、尖塔部領域をリング
部材に連結する漸変層のクロム含有量が、電気化学的腐
食セルを生じさせないために徐々に変化する、複合のロ
ータが提供される。従って、この発明の漸変層は溶接部
を通じて徐々にＣｒを差し入れるように設計されている
。 【０００９】この発明の好適な実施例では、ステンレス
鋼の尖塔部領域が、連続的に、あるいはほぼ連続的に漸
変した組成漸変溶接部で、低合金鋼ロータに取り付けら
れることができる。この結果を得るための好適な方法は
、全てステンレス鋼の溶接物からなる尖塔部領域をその
組成漸変溶接部の上部に作るか、あるいは組成漸変溶接
部を作り、その後その組成漸変溶接部上に、尖塔部合金
のリングを溶接することである。 【００１０】 【詳細な説明】 この発明は、Ｃｒ、ＭｏおよびＶを含む合金成分が約６
重量％以下の低合金鉄基金属からなる蒸気タービンおよ
び発電機の構成部品、特にロータのディスク部分の寿命
を延ばすことに関するものである。この発明によると、
ディスクのリング部材上には複数の層状溶接部を有する
鉄漸変層が配設されている。この溶接部では、Ｃｒを含
有する層形成金属がその重量割合を増大するように配設
されている。鉄漸変層上には、尖塔部領域の延命特性を
最適化するために、Ｃｒ含有の尖塔部合金を含む尖塔部
領域が付着されている。 【００１１】この発明の他の好適な実施例では、Ｃｒ、
ＭｏおよびＶを含む合金成分が約６重量％以下の低合金
鋼からなるリング部材を含む蒸気タービンロータが提供
されている。そのロータは、リング部材上に配設され、
重さ割合が増大するステンレス鋼を含む溶接物の漸変層
を更に含んでいる。この漸変層上には、Ｃｒを含有する
尖塔部合金を含む尖塔部領域が配設されている。この実
施例の漸変層は、リング部材および尖塔部領域の異なる
合金の化学的性質に起因する両者間の腐食を最小にする
ために、約１．２５ｃｍ以上の厚さを有している。 【００１２】また、この発明は、Ｃｒ、ＭｏおよびＶを
含む合金成分が約６重量％以下の低合金鉄基金属からな
るリング部材を用意することにより、ロータの尖塔部領
域の延命特性を最適化するための蒸気タービンロータを
製造する方法を提供する。この方法は、リング部材上に
漸変層を配設する工程を含む。この方法では、この漸変
層は複数の層状溶接部を含んでおり、この溶接部はＣｒ
含有の層形成金属がその重さ割合を増大するように配設
される。その後、Ｃｒ含有の尖塔部材料を含む尖塔部領
域がその漸変層上に配設されて、製造は終了する。 【００１３】図を参照するに、特に図１には、合金元素
が６重量％以下の低合金鋼で作られた大形蒸気タービン
ロータのディスク部分の断面図が示されている。低圧蒸
気タービンロータおよび発電機ロータに用いられてきた
代表的な合金鋼が表１に示されている。さらに、Ｃｒー
ＭｏーＶの低合金鋼は、一般的には蒸気タービンの高圧
部分に用いられ、また同様にこの発明の各工程に適用す
ることができる。 【００１４】 【表１】 【００１５】好適な工程では、リング部材は、主金属も
しくは母材料（鉄基金属）１０から作られた小径の円板
であることが好ましい。この発明の好適な鉄の漸変層の
組成漸変溶接部１２を構築するために、まず、表１に示
されているようなロータ材料からなる溶加材を用いてそ
の溶接が始められる。好適には、第１パスの後、重量割
合が約１％よりも大きく、好適には約３％よりも大きな
、Ｃｒ含有の層形成金属、好適には、オーステナイト鋼
がその溶接部に付加される。第２パスの後、Ｃｒを含有
する小さな割合の他の層形成金属、即ちステンレス鋼が
ロータ材料からなる前記溶加材に付加される。引き続き
各パス毎に、Ｃｒ含有の層形成金属、即ちステンレス鋼
の割合は増大し、好適には、溶加材がＣｒ含有の層形成
金属、即ちステンレス鋼１００％になるまで増加される
。組成漸変溶接部１２の層形成金属は、尖塔部２０の耐
摩耗性を改良するために少なくとも約２重量％のＣｒを
含み、また尖塔部２０の耐食性を改良するために少なく
とも１２重量％のＣｒを含んでいることが好ましい。 この発明に関して有用な代表的なオーステナイト鋼の組
成は次の表２に示されているが、他の適当な耐食性ステ
ンレス鋼がこの目的のために適合しうる。 【００１６】 【表２】 【００１７】高温合金ロータおよび低温合金ロータ、ま
たは発電機ロータの溶接補修、あるいは新たな製造は、
この発明で行うことができる。ステンレス鋼と低合金鋼
との混合物は、各溶接パスが前のパスとは僅かに異なる
だけであるように二種の溶接ワイヤの相対送り速度を変
えることにより上記二種の溶接ワイヤを連続的に変化す
る割合で混ぜることによって、溶接できる。溶接ワイヤ
は好適にはほぼ連続的に変化させるこの技術の場合には
、所定数のパスの後、それらに割り当てられた送り速度
を調節して使用されることができる。組成漸変の観点か
らは、組成に関係する工程の規模を小さくすれば、それ
だけ電気化学的セルを最小にする総合的効果が大きくな
る。 【００１８】この発明の目的に適する溶接技術には、ナ
ロウギャップ溶接、ミグ溶接、サブマージアーク溶接お
よびティグ溶接技術がある。好適な溶接方法はティグ溶
接である。なぜならば、このティグ溶接はパス間の温度
を制御することができ、また比較的欠陥のない溶接を行
うことができるからである。このことに関して、次の表
３に示すティグ溶接（ＧＴＡＷ即ちＴＩＧ）の手順は、
この発明の組成漸変層または（および）尖塔部領域を付
着するのに最も好適である。 【００１９】 【表３】 【００２０】また、Ｔ．Ｂ．ジェファーソンおよびＧ．
ウッド著の「金属およびその金属の溶接方法」、ジェー
ムス．Ｆ．リンカーン著の「アーク溶接の基礎」、第２
版（１９８３年）および「金属ハンドブック」、第６巻
、「溶接、硬ろう付けおよび軟ろう付け」ＡＳＭ、第９
版（１９８３）を参照し、従ってそれらを完全に参照す
ることにより、それらの著作は明細書中に組み込まれる
。 【００２１】図１に示された好適な一実施例においては
、ステンレス鋼の尖塔部領域（一つ以上の尖塔部からな
るロータの一般的領域）は、漸変溶接部１２に溶接され
る溶接盛り上り部を含んでいるので、漸変溶接部１２は
、図３の尖塔部構造２４で示されているように、最終的
に加工される尖塔部２０に延びている。符号２４におい
ては、尖塔部合金１４はリング部材の鉄基金属もしくは
母材１０よりも優れた即ち十分な機械特性を有している
。この例では、円形の溶接形状にすることにより、溶接
が最も簡単に行われる。母材１０が尖塔部合金１４より
も優れた冶金特性を有しているときには、符号２６の尖
塔部構造がより適切な選択であるかもしれない。この形
態では、母材１０は尖塔部内に延びており、また漸変溶
接部１２は薄くなっており、長い距離にわたって耐食性
を与える能力を幾分失う。尖塔部合金１４の冶金特性が
母材１０の冶金特性よりも一般的に劣っているときには
、符号２８の尖塔部構造に示されているように、漸変溶
接部１２を更に薄くすることがより適当であるかもしれ
ない。この実施例の場合には、漸変溶接部１２は、加工
された尖塔部２０の最終寸法の形状とほぼ一致する。 【００２２】この発明の他の実施例では、図２に示され
ているように、張り出した合金形状のステンレス鋼の尖
塔部合金１４は接合溶接部１６で漸変溶接部１２に接合
される。上記の各実施例では、尖塔部合金１４を結合す
る前に、漸変溶接部１２を削って良好な出発形状に形成
することができる。 【００２３】適当な耐食性を得るためには、漸変溶接部
１２は、長さ”Ｌ”を約１．２５ｃｍあるいはそれより
も長くするべきであり、好適には、ステンレス鋼からな
る尖塔部から低合金鋼のリング部材を分離するために、
約２．５ｃｍよりも長いことが好ましい。もし、漸変溶
接部１２の厚さが薄すぎると、水滴、即ち腐食セルが広
い範囲の組成にまで多分広がり、腐食の事態になりがち
である。 【００２４】図４において、危険領域にあるロータディ
スク本体を保護することによって腐食を減少する“段階
的”の解決策が示されている。各溶接部は、異なる組成
のＣｒ含有層形成合金、即ちステンレス鋼を含んでおり
、またステンレス鋼の尖塔部合金１４から低合金鋼の母
材１０までの距離を増大するように階段状に終端してい
る。露出された基合金２２からステンレス鋼の尖塔部合
金１４への距離が最大の水領域よりも長いように、層部
１８は十分に長くあるべきである。層状被覆の各層部１
８の合計厚さは重要ではないが、図３に示されているよ
うに低合金鋼のリング部材を完全に被覆することがむし
ろ好ましい。このような例では、ステンレス鋼の仕上げ
層は、小さな表面損傷がより下位のより簡単に腐食され
易い層に浸透しないようにするために、より下位の層よ
りも厚く付着されてもよい。 【００２５】あるいは、低合金鋼のリング部材の下方部
分は、保護被覆を得るために、一つあるいは可能であれ
ば幾つかのステンレス鋼の含有量が大きな層で被覆され
てもよい。この層の形状は容易に作製されるが、もしス
テンレス鋼の被覆層が浸透されたときには、より腐食さ
れることになるであろう。 【００２６】前述の説明から、この発明は、蒸気タービ
ンロータおよび発電機ロータのディスクに最適の摩耗特
性を有する尖塔部部分を用いるために、改良された補修
および新しい装置の製造方法を提供することであること
が解る。ここで記載された溶接技術では、局所的な腐食
作用を最小にするために、好適なステンレス鋼の尖塔部
部分と低合金鋼のロータ部分との間に、組成漸変層を生
じさせる。色々な実施例が示されたが、これはこの発明
を説明するためであり、発明を限定するためではない。 当業者にとって自明の色々な変更例は、特許請求の範囲
に記載された発明の範囲内にある。
タービンおよび発電機の構成部品に関し、さらに詳しく
言うと、それらの有効寿命を延ばすための低合金鋼のデ
ィスクおよびロータの製造、および補修の方法に関する
ものである。 【０００２】 【発明の背景】蒸気タービンおよび発電機のロータは、
通常低合金鋼から構成されており、また羽根部を保持す
るためにロータのディスク部分の周りに円周方向に配設
された多数の突出尖塔部を含んでいる。運転中、それら
の尖塔部は、蒸気本来の腐食性に起因して腐食したり、
蒸気タービン環境中の蒸気および異物に起因して侵食も
しくは摩滅を受けることがある。それらの損傷のメカニ
ズムは、尖塔部および周囲のディスク領域での穴あき、
亀裂の発生あるいはかなり大きな金属破壊で時々明らか
になり、運転員に全タービンロータを大きな経費をかけ
て廃棄させることになる。 【０００３】改良された合金および低入熱溶接技術のよ
うに、溶接における最近の進歩により、新しい尖塔部を
溶接物で加工するように低合金タービンロータを補修す
ることが可能になった。フロリダ州オーランドにある、
ウェスチングハウス エレクトリック コーポレイ
ションの発電部により刊行された、第４７回アメリカ動
力会議（イリノイ州シカゴ）でのクラーク等による「低
圧蒸気タービンロータの溶接補修についての経験」、高
砂市でのウェスチングハウスと三菱との技術セミナー（
１９８７年７月）でのクラーク等による「高圧ロータの
溶接補修についての技術開発」を参照されたい。これら
両者を参照することにより、両者はこの明細書中に組み
込まれる。ロータを費用をかけて廃棄するのを防止する
ために考案された、このような役に立つ技術があるにも
かかわらず、低合金溶接物で補修された尖塔部は、最初
のロータで穴あきおよび亀裂を生じさせたのと同じ環境
状態にさらされたときには、耐食性あるいは耐摩耗性の
点では少しも改善されていない。 【０００４】また、ロータの欠陥部を切断し、また新し
いロータ部分を溶接することで、ロータの補修が行われ
てきた。参照することにより、この明細書中に組み込ま
れる米国特許第４，６３３，５５４号明細書を参照され
たい。また、このような技術は、補修されたロータの耐
食性あるいは耐摩耗性を本来的に増大させず、また同じ
ように費用のかかる補修に終わる。 【０００５】また、硬ステライト被覆は、プラズマ移送
アーク溶接技術を用いてタービンロータに施されてきた
。サーマテック リビュー（Ｓｅｒｍａｔｅｃｈ Ｒ
ｅｖｉｅｗ）Ｎｏ ３１（１９８９年 冬）の「工業
用タービンのための新しいサービス」を参照されたい。 この参照により、この内容は明細書中に組み込まれるこ
とになる。プラズマ装置内で粉末を溶かすことにより、
強固な冶金結合がタービンロータディスクに加えられ、
タービンロータディスクは熱ガス、固体粒子に対する許
容耐食性を有する。 この技術は少々腐食を減少させることができるが、被覆
が裂けた領域では、非常に選択的な腐食が生じる。一般
的に、それらの露出した領域での腐食は、被覆が少しも
なされていないときのロータの表面上に生じる腐食より
も、さらにひどくなるであろう。 【０００６】従って、タービン環境で穴あきおよび亀裂
を阻止することのできる耐用年数の長いロータが、コス
ト的に効率良く製造される必要性がある。 【０００７
】 【発明の概要】この発明は、Ｃｒ、ＭｏおよびＶを含有
する合金成分が約６重量％以下の低合金鉄基金属から作
られた、例えばディスクのようなリング部材を有する蒸
気タービンロータ、および同様のタービン構成部品を提
供する。このリング部材上には、複数の層状溶接部から
なる鉄漸変層が配設される。それらの層状溶接部内には
、クロムを含有する層形成金属がその重さ割合を増大し
て配設されている。即ち、漸変層のクロム含有量は、漸
変層の厚みと共に増大する。漸変層上には、耐食性ある
いは耐摩耗性の、クロム含有の尖塔部合金を含む尖塔部
領域が配設される。 【０００８】理想的には、この発明の尖塔部領域は、高
温あるいは低温運転中の穴あきおよび亀裂発生を阻止す
るためにステンレス鋼合金を含んでいる。もし、そのス
テンレス鋼の尖塔部領域が低合金鋼のリング部材に直接
溶接されたときには、運転中に、電気化学的腐食が生じ
るであろう。従って、少なくとも、尖塔部領域をリング
部材に連結する漸変層のクロム含有量が、電気化学的腐
食セルを生じさせないために徐々に変化する、複合のロ
ータが提供される。従って、この発明の漸変層は溶接部
を通じて徐々にＣｒを差し入れるように設計されている
。 【０００９】この発明の好適な実施例では、ステンレス
鋼の尖塔部領域が、連続的に、あるいはほぼ連続的に漸
変した組成漸変溶接部で、低合金鋼ロータに取り付けら
れることができる。この結果を得るための好適な方法は
、全てステンレス鋼の溶接物からなる尖塔部領域をその
組成漸変溶接部の上部に作るか、あるいは組成漸変溶接
部を作り、その後その組成漸変溶接部上に、尖塔部合金
のリングを溶接することである。 【００１０】 【詳細な説明】 この発明は、Ｃｒ、ＭｏおよびＶを含む合金成分が約６
重量％以下の低合金鉄基金属からなる蒸気タービンおよ
び発電機の構成部品、特にロータのディスク部分の寿命
を延ばすことに関するものである。この発明によると、
ディスクのリング部材上には複数の層状溶接部を有する
鉄漸変層が配設されている。この溶接部では、Ｃｒを含
有する層形成金属がその重量割合を増大するように配設
されている。鉄漸変層上には、尖塔部領域の延命特性を
最適化するために、Ｃｒ含有の尖塔部合金を含む尖塔部
領域が付着されている。 【００１１】この発明の他の好適な実施例では、Ｃｒ、
ＭｏおよびＶを含む合金成分が約６重量％以下の低合金
鋼からなるリング部材を含む蒸気タービンロータが提供
されている。そのロータは、リング部材上に配設され、
重さ割合が増大するステンレス鋼を含む溶接物の漸変層
を更に含んでいる。この漸変層上には、Ｃｒを含有する
尖塔部合金を含む尖塔部領域が配設されている。この実
施例の漸変層は、リング部材および尖塔部領域の異なる
合金の化学的性質に起因する両者間の腐食を最小にする
ために、約１．２５ｃｍ以上の厚さを有している。 【００１２】また、この発明は、Ｃｒ、ＭｏおよびＶを
含む合金成分が約６重量％以下の低合金鉄基金属からな
るリング部材を用意することにより、ロータの尖塔部領
域の延命特性を最適化するための蒸気タービンロータを
製造する方法を提供する。この方法は、リング部材上に
漸変層を配設する工程を含む。この方法では、この漸変
層は複数の層状溶接部を含んでおり、この溶接部はＣｒ
含有の層形成金属がその重さ割合を増大するように配設
される。その後、Ｃｒ含有の尖塔部材料を含む尖塔部領
域がその漸変層上に配設されて、製造は終了する。 【００１３】図を参照するに、特に図１には、合金元素
が６重量％以下の低合金鋼で作られた大形蒸気タービン
ロータのディスク部分の断面図が示されている。低圧蒸
気タービンロータおよび発電機ロータに用いられてきた
代表的な合金鋼が表１に示されている。さらに、Ｃｒー
ＭｏーＶの低合金鋼は、一般的には蒸気タービンの高圧
部分に用いられ、また同様にこの発明の各工程に適用す
ることができる。 【００１４】 【表１】 【００１５】好適な工程では、リング部材は、主金属も
しくは母材料（鉄基金属）１０から作られた小径の円板
であることが好ましい。この発明の好適な鉄の漸変層の
組成漸変溶接部１２を構築するために、まず、表１に示
されているようなロータ材料からなる溶加材を用いてそ
の溶接が始められる。好適には、第１パスの後、重量割
合が約１％よりも大きく、好適には約３％よりも大きな
、Ｃｒ含有の層形成金属、好適には、オーステナイト鋼
がその溶接部に付加される。第２パスの後、Ｃｒを含有
する小さな割合の他の層形成金属、即ちステンレス鋼が
ロータ材料からなる前記溶加材に付加される。引き続き
各パス毎に、Ｃｒ含有の層形成金属、即ちステンレス鋼
の割合は増大し、好適には、溶加材がＣｒ含有の層形成
金属、即ちステンレス鋼１００％になるまで増加される
。組成漸変溶接部１２の層形成金属は、尖塔部２０の耐
摩耗性を改良するために少なくとも約２重量％のＣｒを
含み、また尖塔部２０の耐食性を改良するために少なく
とも１２重量％のＣｒを含んでいることが好ましい。 この発明に関して有用な代表的なオーステナイト鋼の組
成は次の表２に示されているが、他の適当な耐食性ステ
ンレス鋼がこの目的のために適合しうる。 【００１６】 【表２】 【００１７】高温合金ロータおよび低温合金ロータ、ま
たは発電機ロータの溶接補修、あるいは新たな製造は、
この発明で行うことができる。ステンレス鋼と低合金鋼
との混合物は、各溶接パスが前のパスとは僅かに異なる
だけであるように二種の溶接ワイヤの相対送り速度を変
えることにより上記二種の溶接ワイヤを連続的に変化す
る割合で混ぜることによって、溶接できる。溶接ワイヤ
は好適にはほぼ連続的に変化させるこの技術の場合には
、所定数のパスの後、それらに割り当てられた送り速度
を調節して使用されることができる。組成漸変の観点か
らは、組成に関係する工程の規模を小さくすれば、それ
だけ電気化学的セルを最小にする総合的効果が大きくな
る。 【００１８】この発明の目的に適する溶接技術には、ナ
ロウギャップ溶接、ミグ溶接、サブマージアーク溶接お
よびティグ溶接技術がある。好適な溶接方法はティグ溶
接である。なぜならば、このティグ溶接はパス間の温度
を制御することができ、また比較的欠陥のない溶接を行
うことができるからである。このことに関して、次の表
３に示すティグ溶接（ＧＴＡＷ即ちＴＩＧ）の手順は、
この発明の組成漸変層または（および）尖塔部領域を付
着するのに最も好適である。 【００１９】 【表３】 【００２０】また、Ｔ．Ｂ．ジェファーソンおよびＧ．
ウッド著の「金属およびその金属の溶接方法」、ジェー
ムス．Ｆ．リンカーン著の「アーク溶接の基礎」、第２
版（１９８３年）および「金属ハンドブック」、第６巻
、「溶接、硬ろう付けおよび軟ろう付け」ＡＳＭ、第９
版（１９８３）を参照し、従ってそれらを完全に参照す
ることにより、それらの著作は明細書中に組み込まれる
。 【００２１】図１に示された好適な一実施例においては
、ステンレス鋼の尖塔部領域（一つ以上の尖塔部からな
るロータの一般的領域）は、漸変溶接部１２に溶接され
る溶接盛り上り部を含んでいるので、漸変溶接部１２は
、図３の尖塔部構造２４で示されているように、最終的
に加工される尖塔部２０に延びている。符号２４におい
ては、尖塔部合金１４はリング部材の鉄基金属もしくは
母材１０よりも優れた即ち十分な機械特性を有している
。この例では、円形の溶接形状にすることにより、溶接
が最も簡単に行われる。母材１０が尖塔部合金１４より
も優れた冶金特性を有しているときには、符号２６の尖
塔部構造がより適切な選択であるかもしれない。この形
態では、母材１０は尖塔部内に延びており、また漸変溶
接部１２は薄くなっており、長い距離にわたって耐食性
を与える能力を幾分失う。尖塔部合金１４の冶金特性が
母材１０の冶金特性よりも一般的に劣っているときには
、符号２８の尖塔部構造に示されているように、漸変溶
接部１２を更に薄くすることがより適当であるかもしれ
ない。この実施例の場合には、漸変溶接部１２は、加工
された尖塔部２０の最終寸法の形状とほぼ一致する。 【００２２】この発明の他の実施例では、図２に示され
ているように、張り出した合金形状のステンレス鋼の尖
塔部合金１４は接合溶接部１６で漸変溶接部１２に接合
される。上記の各実施例では、尖塔部合金１４を結合す
る前に、漸変溶接部１２を削って良好な出発形状に形成
することができる。 【００２３】適当な耐食性を得るためには、漸変溶接部
１２は、長さ”Ｌ”を約１．２５ｃｍあるいはそれより
も長くするべきであり、好適には、ステンレス鋼からな
る尖塔部から低合金鋼のリング部材を分離するために、
約２．５ｃｍよりも長いことが好ましい。もし、漸変溶
接部１２の厚さが薄すぎると、水滴、即ち腐食セルが広
い範囲の組成にまで多分広がり、腐食の事態になりがち
である。 【００２４】図４において、危険領域にあるロータディ
スク本体を保護することによって腐食を減少する“段階
的”の解決策が示されている。各溶接部は、異なる組成
のＣｒ含有層形成合金、即ちステンレス鋼を含んでおり
、またステンレス鋼の尖塔部合金１４から低合金鋼の母
材１０までの距離を増大するように階段状に終端してい
る。露出された基合金２２からステンレス鋼の尖塔部合
金１４への距離が最大の水領域よりも長いように、層部
１８は十分に長くあるべきである。層状被覆の各層部１
８の合計厚さは重要ではないが、図３に示されているよ
うに低合金鋼のリング部材を完全に被覆することがむし
ろ好ましい。このような例では、ステンレス鋼の仕上げ
層は、小さな表面損傷がより下位のより簡単に腐食され
易い層に浸透しないようにするために、より下位の層よ
りも厚く付着されてもよい。 【００２５】あるいは、低合金鋼のリング部材の下方部
分は、保護被覆を得るために、一つあるいは可能であれ
ば幾つかのステンレス鋼の含有量が大きな層で被覆され
てもよい。この層の形状は容易に作製されるが、もしス
テンレス鋼の被覆層が浸透されたときには、より腐食さ
れることになるであろう。 【００２６】前述の説明から、この発明は、蒸気タービ
ンロータおよび発電機ロータのディスクに最適の摩耗特
性を有する尖塔部部分を用いるために、改良された補修
および新しい装置の製造方法を提供することであること
が解る。ここで記載された溶接技術では、局所的な腐食
作用を最小にするために、好適なステンレス鋼の尖塔部
部分と低合金鋼のロータ部分との間に、組成漸変層を生
じさせる。色々な実施例が示されたが、これはこの発明
を説明するためであり、発明を限定するためではない。 当業者にとって自明の色々な変更例は、特許請求の範囲
に記載された発明の範囲内にある。
【図１】図１は、溶接部の組成漸変層を介して尖塔部領
域と結合された低合金鋼のリング部材を示す、この発明
のロータの一実施例の断面図である。
域と結合された低合金鋼のリング部材を示す、この発明
のロータの一実施例の断面図である。
【図２】図２は、表面に溶接部の組成漸変層を有し、別
の溶接部により尖塔部領域と結合されるリング部材を示
す、他のロータの実施例の断面図である。
の溶接部により尖塔部領域と結合されるリング部材を示
す、他のロータの実施例の断面図である。
【図３】図３は、尖塔部領域と組成漸変層との両者から
構成される尖塔部の部分を示す、それぞれ異なって加工
されたロータの三つの実施例の部分側断面図である。
構成される尖塔部の部分を示す、それぞれ異なって加工
されたロータの三つの実施例の部分側断面図である。
【図４】図４は、摩耗および腐食からディスクを保護す
るために、組成漸変溶接部が段階状の層になってディス
ク上に延在する状態を示す、他のロータの実施例の部分
側断面図である。
るために、組成漸変溶接部が段階状の層になってディス
ク上に延在する状態を示す、他のロータの実施例の部分
側断面図である。
１０ 母材（鉄基金属）
１２ 組成漸変溶接部
１４ 尖塔部合金
２０ 尖塔部
Claims (2)
- 【請求項１】 （ａ） Ｃｒ、ＭｏおよびＶを含む
合金成分が約６重量％以下の低合金鉄基金属からなるリ
ング部材と、（ｂ） 前記リング部材上に配設されて
いるとともに、複数の層状溶接部からなり、この溶接部
にはＣｒを含有する層形成金属がその重さ割合を増大す
るように配設された、鉄漸変層と、および（ｃ）延命特
性を最適化するために前記鉄漸変層上に配設されたＣｒ
含有尖塔部合金を含む尖塔部領域と、を備えた蒸気ター
ビンの構成物品。 - 【請求項２】 （ａ） Ｃｒ、ＭｏおよびＶを含む
合金成分が約６重量％以下の低合金鉄基金属からなるリ
ング部材を用意し、（ｂ） 前記リング部材上に、複
数の層状溶接部からなり、この溶接部にはＣｒを含有す
る層形成金属がその重さ割合を増大するように配設され
た、鉄漸変層を配設し、（ｃ） 前記鉄漸変層上に配
設される、Ｃｒ含有の尖塔部合金を含む尖塔部領域を用
意し、前記尖塔部領域の延命特性を最適化する、蒸気タ
ービンロータの製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US07/567,032 US5024582A (en) | 1990-08-14 | 1990-08-14 | Steam turbine rotor having graded weldments |
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| JPH04231177A true JPH04231177A (ja) | 1992-08-20 |
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| ES (1) | ES2049581B1 (ja) |
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