JPH0667551B2 - 積層耐熱合金板の製作方法 - Google Patents

積層耐熱合金板の製作方法

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JPH0667551B2
JPH0667551B2 JP11452887A JP11452887A JPH0667551B2 JP H0667551 B2 JPH0667551 B2 JP H0667551B2 JP 11452887 A JP11452887 A JP 11452887A JP 11452887 A JP11452887 A JP 11452887A JP H0667551 B2 JPH0667551 B2 JP H0667551B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスタービン、ジエツトエンジンの燃焼器に
適用される積層耐熱合金板の製作方法に関する。
〔従来の技術〕 ガスタービン、ジエツトエンジン燃焼器の内筒および尾
筒に適用されている耐熱合金板の冷却構造の一例を第3
図に示す。
板1と板2よりなる梯形断面の板ルーバ(louver)3を
介して接合するもので、板1には梯形板3の下面Aが、
板2には梯形板3の上面Bがそれぞれスポツト溶接され
ている。
空気は白抜き矢印方向にルーバの通路に流入し、斜線入
り矢印方向に流出する。白抜き矢印部は燃焼器の外部、
斜線入り矢印部は燃焼器の内部に相当する。従つて板3
を介して燃焼器の内部に流入した空気は、板2の内壁に
沿つて流れて板2を冷却する。このような冷却方法をフ
イルム冷却と言う。
このような冷却方法には下記のような技術面での問題点
があつた。
(1) ガスタービンのガス温度は近年益々上昇し、燃
焼に必要な空気量が増加し、このため冷却用空気量が減
少する。一方フイルム冷却法は多量の空気を必要としか
つ冷却効率が低い。
(2) ルーバ3の近傍部は大巾に冷却されるが、ルー
バ3から遠ざかつた部分では余り冷却されず、不均一冷
却に伴う熱応力が発生し、寿命を低下させる。
(3) 強度メンバをスポツト溶接しているため、母材
に比べて該部の強度が低い。
(4) 公害の対象となる酸化窒素(NOx)を低減させ
たり、低発熱量の燃料(例えば高炉ガス、石炭ガス)を
使用するときには、多量の燃焼用空気を必要とし、その
分だけ冷却に使用される空気が減少する。
このような問題点を解決するために開発したのが第1図
に示す積層冷却耐熱合金板である。なお、第2図は第1
図の側断面の一部を拡大した図である。
その構成は、細溝Cが加工され、冷却穴Dが設けられた
耐熱合金板4のフイン部の上面と、同一または異なる材
質の冷却穴Eのみが設けられた耐熱合金板5の下面とを
ニツケルろう付したものである。
穴Eから流入した冷却空気は細溝Cを流れる間に板4,5
を冷却し、穴Dから燃焼器内部へ流入する。この冷却方
法によると、 (1) 冷却空気は板の両面を冷却する。
(2) 伝熱面積が大きく熱伝達効率が高い。
(3) このため冷却効果が増大し、冷却空気量を減少
させることができる。
(4) 温度分布の不均一、局部過冷却がなくなる。
(5) スポツト溶接に伴う強度低下部がない。
等の効果を得ることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記の積層冷却耐熱合金板の製作に際しては次のような
技術的問題点がある。
(1) 積層合金板は広幅で、薄板の耐熱合金であるた
め(例えば、300mm×300mm以上の広幅で0.8〜5mmの板
厚)溶接が不可能でNiろう付によらざるを得ない。
(2) Niろう付するためには、合金板材との間隙は概
ね200μm以下にする必要がある。
しかし、合金板材は広幅であるため、板の各部の板厚が
200μm以上に変動している場合があり(すなわち、板
の各場所により、板厚差がある。)広幅全域にわたつ
て、ろう付のための間隙を200μm以下にすることは難
しい。
(3) 一般に、広幅の合金薄板は冷間圧延により製作
されるが、板は波打つており、2枚の合金薄板を重ねた
場合、ろう付のための間隙が200μm以上になる場合が
ある。
(4) 一般には、概ね5mm以下の合金薄板は冷間圧延
で製造された後溶体化処理が施されているが、溶体化処
理後に平坦度を保つため、引張り加工(ストレツチ)が
冷間で施されているので、残留応力が存在する。
このため、Niろう付のために高温に加熱するとこの残留
応力が解放されて上記(3)項に加えて更に合金薄板が
不均一に波打つことになる。
(5) 積層合金薄板を用いて、ガスタービン燃焼器の
内筒又は尾筒を製作する時、曲げ加工を施す必要がある
が、Niろう接合部に、硬くて脆いNi−SiやNi−Bなどの
共晶組織が残在すると、曲げ加工時にこの個所に亀裂
(き裂)が発生し、積層合金薄板が2枚に剥離する恐れ
がある。
(6) なお、Niろう付時に、治具などから、O2を含む
吸着ガスが蒸発し、Niろう付の表面に酸化スケールとな
つて付着し、良好なNiろう接合状態が得られない。
本発明は上記問題点を解消し、広幅で薄いNi合金製の細
溝板と上板とをはく離することなく確実にろう接合する
ことができ、かつ、接合部に共晶組織を含まないために
曲げ加工を施しても接合部にき裂を生ずることなく良好
な接合を可能とした積層耐熱合金板の製作方法を提供し
ようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は板厚0.5〜5.0mmのNi合金板に、細溝を一定間隔
で多数形成し、この細溝板と同一または異なる材質の上
板をNiろう材を介して上記溝に蓋をするように重ね、上
記溝が下方に向くように載置し、細溝板の上に30gr/cm
2以上の均一な負荷荷重を負荷面積15cm2以下の小ブロツ
クに分割して加え、不活性雰囲気または真空中で1000℃
±20℃で5〜60分、その後1050〜1150℃で15〜60分、さ
らに1060〜1140℃で2時間以上加熱処理を施すことを特
徴とする積層耐熱合金板の製作方法である。
なお、細溝の加工は所定幅のカツターによつて行なうこ
とができる。
ろう材はJIS規格Z 3265によるニツケルろうBNi−2など
の粉末に結合剤としてアクリル樹脂を重量比で概ね10:1
で混合しシート状に固めて使用する。
ろう接合時の負荷は第4図のように負荷面積を15cm2
下に分割し、複数ブロツクにより接触面全体に均一な負
荷を加え、負荷荷重は30gr/cm2以上とすることが必要
である。また、接合時にろう材が細溝に流入しないよう
に細溝を下方に向けて細溝板とろう材、上板を順に積層
することも重要である。
熱処理に際して雰囲気中に酸素が存在すると合金薄板表
面に酸化スケールが生成し、ろう接合を妨げるので、A
r,N2等の不活性ガス又は真空中で熱処理を行なう。ま
た、負荷ブロツクや他の治具を清浄なポリエチレン袋な
どに保管するとよい。
ろう接合の熱履歴は第5図による。即ち、1000℃±20℃
で5〜60分間保持した後、1050〜1150℃で15〜60分間保
持し、次いで1060〜1140℃で2時間以上保持する。な
お、第2及び第3熱処理工程の温度分布は8℃以下とす
ることが好ましい。その後加熱室内で900℃まで放冷し
たのち200℃まで還元性ガス中で急冷して200℃以下と
し、加熱室から取出す。
熱履歴の第1工程である1000℃±20℃で5〜60分間保持
する理由は、加熱室内の各部分の昇温の遅れの差を取り
戻して均一な温度にするとともに、板材表面に吸着して
いたガス成分を放散させるためである。
第2工程の1050〜1150℃で15〜60分間加熱保持する理由
はNiろう材を融点以上としてろう接合するためのもので
ある。なお、Niろう材のろう付け温度は概ね1000〜1200
℃で保持時間は15〜30分である。接合温度が低いと部材
間の狭い間隙(概ね200μm以下、望ましくは100μm以
下)にろう材が流れ込まず、接合が不十分となる。接合
温度が高すぎるとろう材の流動性がよくなり過ぎて細溝
内をろう材で埋めるおそれがある。また、1150℃を越え
ると耐熱合金の結晶粒が粗大化し過ぎ、母材合金の高サ
イクル疲れによる強度の低下が心配される。また、保持
時間は15分未満ではろう接合が十分でなく、60分を越え
ると長時間になりすぎて実作業的でない。
第3工程の1060〜1140℃で2時間以上保持する理由はろ
う材を十分に拡散処理させ、脆くて硬いNi−SiやNi−B
の共晶組織を消滅させるためである。
〔実施例1〕 表1に示す合金Xの化学組成のNi合金薄板を上板及び細
溝板として用いて積層耐熱合金板を製作した。板厚は上
板1.2mm,細溝板3.6mmで幅1.2mm,深さ1.2mmの細溝はカツ
ターにより加工した。なお、細溝の裕度は幅±0.1mm,深
さ▲±0.1 0▼mmが与えられる。
ろう材はJIS Z3265によるNiろうBNi−2粉末をアクリル
樹脂で固め、厚さ150μmのシートにした。
次いで、上板,シート状ろう材及び細溝板(溝を下方に
向ける)を順に積層し、Niろう熱履歴,1000℃で30分、
次いで1150℃で30分、さらに1100℃で2時間熱処理を施
して積層合金板を製作した。製作に際し、一つは負荷を
加えることなくろう付熱履歴を施し(供試材A)、他の
一つは、第4図のように分割された負荷ブロツクにより
50gr/cm2の負荷を加えながらろう付熱履歴を施した
(供試材B)。
第6図及び第7図は供試材A及びBについて上板と細溝
板の接合状態を示した図であり、拡大図は接合部の断面
金属組織を示した倍率100倍の顕微鏡写真である。
負荷を加えない供試材Aは第6図より明らかなように上
板と細溝板はろう接合部がはく離している。他方、負荷
を加えた供試材Bは第7図より明らかなようにはく離は
全く認められなかつた。
次に、負荷面積9cm2のブロツクの高さHを変化させて負
荷の大きさを変え、はく離面積率との関係を調べた。そ
の結果を第8図に示した。
第8図より、負荷は30gr/cm2以上必要であることが判
明した。
〔実施例2〕 実施例1の条件のうち、合金を表1に示す合金Yに代
え、負荷を50gr/cm2並びに160gr/cm2とし、ブロツク
の負荷面積を変化させて負荷面積とはく離面積率との関
係を調べた。その結果を第9図に示した。
第9図より、負荷面積を15cm2以下とすることにより、
はく離面積率を0%とすることができ良好な接合状態が
得られることが判明した。
〔実施例3〕 実施例1の条件のうち、合金を表1に示す合金Yに、細
溝板の板厚を3.2mmに代え、熱処理後曲げ半径10mmで曲
げ加工を行なつた。
その中の1つは熱処理の第3工程である1100℃で4時間
保持した後曲げ加工を行ない(供試材C)、他の1つは
同じ工程を30分として曲げ加工を行なつた(供試材
D)。それぞれの供試材について接合状態図及び接合部
の断面金属組織を示した倍率100倍の顕微鏡写真を第10
図及び第11図に示す。
供試材Cは第10図から明らかなようにろう材接合部に共
晶組織が認められず、また、き裂のない良好な接合状態
であることが判る。
これに対して、熱処理の第3工程を短縮した供試材Dは
第11図にみるように、ろう材接合部にNi−Si,Ni−Bの
共晶組織が黒色又は灰色のミクロ組織として残存してお
り、中央にはき裂が発生している。
次いで、上記と同じ供試材を用い、拡散熱処理温度を10
60℃,1100℃,1140℃の各温度とし、保持時間を変化させ
て、共晶の層の最大厚さを調査した。第12図は調査結果
であり、上記の温度において保持時間を2時間以上とす
ることにより共晶組織が消滅することが判つた。
〔発明の効果〕
本発明は、上記構成を採用することにより、細溝を有す
るNi合金薄板と上板との積層耐熱合金板のろう材接合部
にき裂を生ずることがなく、共晶組織を確実に消滅させ
ることができ、良好な接合部を形成することができた。
この積層耐熱合金板は曲げ加工を施しても上記と同様の
接合状態を維持することができ、高温ガスタービン燃焼
器の内筒や尾筒に使用可能なものであつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は積層耐熱合金板の構造を示す斜視図、第2図は
第1図の側断面の一部を拡大した図、第3図は従来例で
あるルーバ冷却形耐熱合金板の構造を示す斜視図、第4
図は本発明に適用される負荷の状態を示す斜視図、第5
図は本発明のNiろう付熱履歴図、第6図、第7図、第10
図及び第11図は実施例の供試材A,B,C,Dの接合部断面金
属組織の顕微鏡写真、第8図は負荷の大きさとろう接合
部のはく離面積率との相関図、第9図はブロツク負荷面
積とはく離面積率との相関図、第12図は接合部の共晶の
層の厚さと熱履歴の第3工程の保持時間との関係図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 31/02 F 8315−4E (72)発明者 望月 義広 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 青山 邦明 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 寺内 八郎 兵庫県三木市別所町巴25番地 大阪冶金興 業株式会社三木工場内 (56)参考文献 実公 昭61−26772(JP,Y2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】板厚0.5〜5.0mmのNi合金板に、細溝を一定
    間隔で多数形成し、この細溝板と同一または異なる材質
    の上板をNiろう材を介して上記溝に蓋をするように重
    ね、上記溝が下方に向くように載置し、細溝板の上に30
    gr/cm2以上の均一な負荷荷重を負荷面積15cm2以下の小
    ブロツクに分割して加え、不活性雰囲気または真空中で
    1000℃±20℃で5〜60分、その後1050〜1150℃で15〜60
    分、さらに1060〜1140℃で2時間以上加熱処理を施すこ
    とを特徴とする積層耐熱合金板の製作方法。
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