JPH0523920A - タービン動翼の防食片接合方法 - Google Patents

タービン動翼の防食片接合方法

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JPH0523920A
JPH0523920A JP17965191A JP17965191A JPH0523920A JP H0523920 A JPH0523920 A JP H0523920A JP 17965191 A JP17965191 A JP 17965191A JP 17965191 A JP17965191 A JP 17965191A JP H0523920 A JPH0523920 A JP H0523920A
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joining
piece
turbine rotor
rotor blade
anticorrosion
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JP17965191A
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Tetsuro Ishimura
哲朗 石村
Katsunori Nashimoto
勝則 梨子下
Kazu Kobayashi
計 小林
Tatsuo Yonezawa
立雄 米沢
Takeshi Onoda
武志 小野田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】防食片と動翼本体との接合信頼性が高く、かつ
溶接回数が少なくて製造コストの低減を図ることであ
る。 【構成】タービン動翼本体10の先端部に、翼面に対し
てほぼ直角な接合面11,12を2ヵ所段違いに形成す
ると供に、防食片20をタービン動翼本体10の先端部
に接合できるよう、タービン動翼本体10の接合面1
1,12に対応する段違いな接合面21,22を防食片
20に形成し、タービン動翼本体10の接合面11,1
2と防食片20の接合面21,22との間に、両部材1
0,20を電子ビーム溶接にて1パスで接合可能な厚さ
で、かつ両部材10,20よりも硬度の低いシム31,
32を介在させて、両部材10,20を突合せ、突き合
わせた部分を電子ビーム溶接にて溶着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、タービン動翼本体に防
食片を接合するタービン動翼の防食片接合方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】原子力あるいは火力発電用タ−ビン等の
湿り蒸気中で使用されるタ−ビン動翼の前縁部には浸食
防止の目的で防食片が取りつけられている。この防食片
の取付けに関しては、例えば、実開昭62−67901
号公報や、特開昭63−97802号公報に記載された
ものがある。前者のものは、図7に示すように、防食片
2と動翼本体1との接合部分を互いに階段状に形成し、
翼面とほぼ直角な部分に開先を形成し、そこをティグ溶
接による多層盛り溶接で接合するというものである。な
お、ティグ溶接金属6,7は、防食片2および動翼本体
1より硬度の低いものが用いられており、防食片に発生
する切欠きや割れの進展を防いでいる。また、後者のも
のは、図8に示すように、防食片2と動翼本体1との接
合部分を互いに階段状に形成して、亀裂進展防止のた
め、互いの接合面間に、厚さが10mm程度で純Tiのシ
ム3a,3bを介在させ、そこを電子ビ−ム溶接にて溶
着して、両部材1,2を接合するというものである。こ
こで、シム3a,3bの厚さを10mmと厚くしたのは、
亀裂進展防止を実現するために、電子ビーム溶接後に純
Ti部分を残しておく必要があると考えたからであると
思われる。このようにシム3a,3bの厚さが厚いた
め、動翼本体1と防食片2との接合には、防食片2の接
合面とシム3a,3b、シム3a,3bと動翼本体1の
接合面を、それぞれ電子ビ−ム溶接する必要がある。な
お、この他、防食片と動翼本体とを直接電子ビ−ム溶接
にて接合するものもある(実開昭62−67902号公
報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
従来技術では、開先面間が広く溶着金属量を多くする必
要があるため、溶接変形や溶接欠陥が起こりやすく、接
合信頼性があまり高くないという問題点がある。また、
後者の従来技術では、防食片と動翼とを接合する際、防
食片の接合面とシム、シムと動翼本体の接合面を、それ
ぞれ電子ビ−ム溶接する必要があるため、溶接回数が増
え、製造コストが嵩むという問題点がある。
【0004】本発明は、このような従来の問題点につい
て着目してなされたもので、防食片と動翼本体との接合
信頼性が高く、かつ溶接回数が少なくて製造コストの低
減を図ることができるタービン動翼の防食片接合方法を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
のタービン動翼の防食片接合方法は、タービン動翼本体
の接合面と防食片の接合面との間に、両部材を電子ビー
ム溶接にて1パスで接合可能な厚さで、かつ該両部材よ
りも硬度の低い中間媒体を介在させて、該両部材を突合
せ、突き合わせた部分を電子ビーム溶接にて溶着するこ
とを特徴とするものである。前記目的を達成するための
タービン動翼の防食片接合方法は、タービン動翼本体の
先端部に、翼面に対してほぼ直角な接合面を2ヵ所段違
いに形成すると供に、防食片を前記タービン動翼の先端
部に接合できるよう、該タービン動翼の接合面に対応す
る段違いな接合面を該防食片に形成し、前記タービン動
翼本体の接合面と前記防食片の接合面との間に、両部材
を電子ビーム溶接にて1パスで接合可能な厚さで、かつ
該両部材よりも硬度の低い中間媒体を介在させて、該両
部材を突合せ、突き合わせた部分を電子ビーム溶接にて
溶着することを特徴とするものである。
【0006】なお、前記中間媒体の厚さは、1mmを超
え3mm未満であることが好ましい。 また、前記動翼
本体の材料としてα+β型チタン合金、前記防食片の材
料としてβ型チタン合金、前記中間媒体の材料として純
チタンを用いていることが好ましい。また、前記動翼本
体の材料として12Cr鋼、前記防食片の材料としてC
o基合金のステライト、前記中間媒体の材料としてNi
基合金のインコネルを用いていてもよい。
【0007】
【作用】動翼本体と防食片の間に軟質金属を介装し、電
子ビ−ム溶接により1パスでこれら3部材を同時に溶接
させるために、電子ビ−ム溶接のビ−ムを溶接線に対し
直角に振動させながら溶接を行う。このビ−ム振動の振
動数、振幅、振動方向等を適正に選定することにより、
溶融池内が適度に撹拌され、溶接金属部は、動翼本体、
中間媒体および防食片の3部材の材料からなる合金元素
で形成される。それによって軟化層としての中間媒体が
そのままの組織で溶接金属部に残留することなく、溶接
金属部で合金化が良好に行われ、機械的性質の優れたも
のとすることができる。
【0008】なお、介装する中間媒体厚さを種々変化さ
せることにより、合金元素の組成率が異なるが、この厚
さが薄すぎると、溶接金属部の靭性が動翼本体や防食片
の母材金属部に比べて低下するおそれがある。一方、中
間媒体厚さが厚すぎると、電子ビ−ム溶接のビ−ム幅よ
り中間媒体厚さが大きくなり、ビ−ム振動を行っても溶
融池内の撹拌不足や場合によっては未溶着部が発生した
りして、機械的性質を低下させてしまうことがある。そ
こで、健全な溶接金属を得るためには適切なシム厚の選
定が重要である。
【0009】ところで、電子ビ−ム溶接による溶込み形
態は、貫通溶接と非貫通溶接とがあるが、非貫通による
溶接により防食片および動翼本体裏側表面への軟化防止
が図れると供に、裏面の溶接後の仕上げ等も不要とな
る。したがって、非貫通溶接のためにはビ−ム振動以外
にビ−ム貫通率、ビ−ム電流なども適宣選定することが
望ましい。それによって、防食片および動翼母材の強度
・防食性を損なうことなく健全な溶接部が得られる。接
合部分を階段状に形成することにより、溶接前におい
て、防食片と動翼本体との相対的な位置関係を比較的容
易に、正確に定めることができると供に、シム部分に亀
裂が発生しても、段が変わるところで亀裂の進展を停留
させることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図6によ
り説明する。図1は図6のX−X断面を示し、タービン
動翼の溶接前の断面図である。同図に示すように、ま
ず、動翼本体10の先端部に翼面に対してほぼ直角な接
合面11,12を2ヵ所段違いに形成する。一方、防食
片20にも、段違いの接合面21,22を形成する。つ
まり、動翼本体10と防食片20との接合部分に段違い
のI型開先を形成する。そして、動翼本体10の腹側接
合面11と防食片20の腹側接合面21との間に、腹側
シム31を介在させると供に、動翼本体10の背側接合
面12と防食片20の背側接合面22との間に背側シム
32を介在させて、両部材10,20を突き合わせる。
なお、ここでの各シム31,32の厚さは2mmで、各接
合面11,12,21,22と各シム31,32との取
付ギャップは、溶接性を考慮し、0.3mm以下となるよ
う管理している。図2は接合後における動翼の断面図で
ある。溶接は、電子ビーム溶接にてビーム振動させなが
ら、腹側と背側とをそれぞれ1パスの溶接を行う。溶接
は非貫通の溶接で、ビーム電流、速度、ビーム振動幅・
振動数などの適正条件を選定して行う。
【0011】次に、図3および図4を用いて、シム厚さ
の選定について述べる。シムの板厚は、電子ビ−ム溶接
のビ−ム幅を超えない厚さとし、完全溶着ができ、か
つ、溶接により形成される合金部が、亀裂進展を阻止で
きる厚さであることが要求される。そこで、実際のチタ
ン合金製タ−ビンの材料を使用し、シムを挾んで溶接し
た試験片による亀裂進展試験を行った。
【0012】図3にその亀裂進展試験結果を示す。動翼
本体の材料はTi-6%Al-4%V合金(α+β型チタン合
金)、防食片の材料はTi-15%Mo-5%Zr-3%Al合金(β型チ
タン合金)、シムは純Ti材を使用した。その結果、シム
厚さが1mmのものは亀裂進展が繰返し数と伴に進み進展
の停留はないが、シム厚さ2mmおよび3mmのものは亀裂
進展が7×105回あたりから停止することがわかる。
この様にシム厚さを厚くすることにより、亀裂進展防止
が図れることが実証できた。
【0013】図4は亀裂進展試験で亀裂の停留がみられ
た厚さ2mmのシム31,32と厚さ3mmのシム31a,
32a溶接後の断面図である。同図(a)は厚さ2mmのシ
ム31,32を示しており、この場合、完全溶着となり
健全な溶接部が得られた。また、同図(b)は厚さ3mmの
シム31a,32aを示しており、この場合、I開先底
部に僅かに未溶着部が残留してしまった。
【0014】以上の試験結果より、シムの厚さは、1mm
を超え3mm未満であれば、亀裂進展防止を図ることがで
きると供に、電子ビーム1パスにて完全溶着できること
が判明した。なお、従来技術として先に説明した、厚さ
10mmのシム(従来技術のものと同様にシムの両側を電
子ビーム溶接した)に関しても試験を行なったところ、
厚さが3mmのものとほぼ同様の結果を得ている。つま
り、シム厚さ10mm程度にしなくとも、同様の亀裂進展
防止効果が得られることが判明した。また、動翼本体の
材料として12Cr鋼、防食片の材料としてCo基合金
のステライト、シムの材料としてNi基合金のインコネ
ルを用いた場合においても、亀裂進展試験を行なったと
ころ、ほぼ同様の試験結果を得ており、これらの材料を
用いて動翼を形成しても問題はない。
【0015】図5は、各シム厚さで溶接した後、490
℃の時効処理を行った後の溶接部の硬さ分布を示す。シ
ム厚さ1mmでは硬度の最大値は約Hv480に達し、シ
ム厚さ2mmおよび3mmの場合の最大硬度約Hv420〜
430に比べ高いことが分かる。これは前述した裂進展
試験結果と関係しており、硬度の高いものほど亀裂進展
を阻止することができない。
【0016】以上、本実施例では、シム厚さが2mmであ
るので、各接合面間を1パスの電子ビーム溶接にで接合
できると供に、溶接部に未溶着部分のない軟化層が形成
され、万一亀裂が発生しても、確実に亀裂進展防止を行
なうことができる。また、溶着金属量が比較的少ないの
で、溶接変形や溶接欠陥が起こりにくく、接合信頼性を
高めることができる。さらに、接合部分を階段状に形成
しているため、溶接前において、防食片と動翼本体との
相対的な位置関係を比較的容易に、正確に定めることが
できると供に、シム部分に亀裂が発生しても、段が変わ
るところで亀裂の進展を停留させることができる。ま
た、非貫通溶接により、防食片および動翼本体裏側表面
への軟化防止が図れると供に、裏面の溶接後の仕上げ等
も不要となる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、溶接金属量を比較的少
なくすることができるので、溶接変形や溶接欠陥が起こ
りにくく、接合信頼性を高めることができる。
【0018】また、防食片と動翼本体と接合する際の溶
接回数を少なくすることができるので、品質の向上およ
び製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施例の溶接前のタービン動翼
の断面図である。
【図2】本発明に係る一実施例の溶接後のタービン動翼
の断面図である。
【図3】本発明に係る一実施例の亀裂試験結果を示すグ
ラフである。
【図4】本発明に係る一実施例のシム厚さの異なるター
ビン動翼の断面図である。
【図5】本発明に係る一実施例の溶接部の硬度分布を示
すグラフである。
【図6】本発明に係る一実施例のタービン動翼の全体図
である。
【図7】従来のタービン動翼の要部断面図である。
【図8】従来の他のタービン動翼の全体断面図である。
【符号の説明】
10…動翼本体、11…腹側接合面、12…背側接合
面、20…防食片、21…腹側接合面、22…背側接合
面、31…腹側シム、32…背側シム、33…電子ビー
ム溶接金属。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米沢 立雄 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 小野田 武志 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】タービン動翼本体に防食片を接合するター
    ビン動翼の防食片接合方法において、 前記タービン動
    翼本体の接合面と前記防食片の接合面との間に、両部材
    を電子ビーム溶接にて1パスで接合可能な厚さで、かつ
    該両部材よりも硬度の低い中間媒体を介在させて、該両
    部材を突合せ、 突き合わせた部分を電子ビーム溶接にて溶着することを
    特徴とするタービン動翼の防食片接合方法。
  2. 【請求項2】タービン動翼本体に防食片を接合するター
    ビン動翼の防食片接合方法において、 前記タービン動
    翼本体の先端部に、翼面に対してほぼ直角な接合面を2
    ヵ所段違いに形成すると供に、 前記防食片を前記タービン動翼本体の先端部に接合でき
    るよう、該タービン動翼本体の接合面に対応する段違い
    な接合面を該防食片に形成し、 前記タービン動翼本体の接合面と前記防食片の接合面と
    の間に、両部材を電子ビーム溶接にて1パスで接合可能
    な厚さで、かつ該両部材よりも硬度の低い中間媒体を介
    在させて、該両部材を突合せ、 突き合わせた部分を電子ビーム溶接にて溶着することを
    特徴とするタービン動翼の防食片接合方法。
  3. 【請求項3】前記中間媒体の厚さが1mmを超え3mm
    未満であることを特徴とする請求項1または2記載のタ
    ービン動翼の防食片接合方法。
  4. 【請求項4】前記動翼本体の材料としてα+β型チタン
    合金、前記防食片の材料としてβ型チタン合金、前記中
    間媒体の材料として純チタンを用いていることを特徴と
    する請求項1、2または3記載のタービン動翼の防食片
    接合方法。
  5. 【請求項5】前記動翼本体の材料として12Cr鋼、前
    記防食片の材料としてCo基合金のステライト、前記中
    間媒体の材料としてNi基合金のインコネルを用いてい
    ることを特徴とする請求項1、2または3記載のタービ
    ン動翼の防食片接合方法。
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