JPH09192880A - 準安定β型チタンのインサートを備えたαβ型チタン製の羽根の製造法及びその方法によって製造された羽根 - Google Patents
準安定β型チタンのインサートを備えたαβ型チタン製の羽根の製造法及びその方法によって製造された羽根Info
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Abstract
たαβ型チタン製の羽根(1)を製造するための方法を
提供する。 【解決手段】 本発明によると、αβ型チタン製の羽根
本体(2)を仕上げ寸法に加工し、前記αβ型チタン製
の羽根本体(2)はβ型チタン製の前記インサート
(3)を収納するための場所を有しており、β型チタン
製の前記インサートの溶解を行い、次に、β型チタン製
の前記インサート(3)の硬化処理を行い、さらに、制
御された局在するエネルギー密度の溶接方法を用いて、
仕上げ寸法のαβ型チタンの前記羽根本体(2)の前記
場所中に、β型チタンの前記インサート(3)を溶接す
る。
Description
のインサートを備えたαβ型チタン製の羽根の製造法及
びその方法によって製造された羽根に関する。
植込まれたまたは溶接された準安定β型チタン製の侵食
防止保護インサートを備えたαβ型チタン製のタービン
の羽根を製造する方法に関する。
から、製造業者はタービンの羽根の長さを大きくしてき
た。しかし当初は、こうした長さの増大も、回転する羽
根の慣性のために増大する遠心力によって制限されてき
た。使用する材料は、高密度の12%クロム鋼であっ
た。
者は、12%クロム鋼とほぼ同じ機械的特性をもってお
り、しかも密度は12%クロム鋼の二分の一であるαβ
型チタンを使用するようになった。この結果、同じ長さ
で、αβ型チタンの羽根の遠心慣性力は12%クロム鋼
の羽根よりはるかに小さくなり、αβ型チタンの機械的
特性の限界を遵守しながらも羽根の長さをさらに大きく
することが可能になった。
ンの低圧力段において使用されている。このため、動力
流体の滴が落ちることによって前縁が侵食されてしま
う。このような侵食を防ぐために、これらの羽根の前縁
には一般に侵食防止保護材が備えられている。
ellite”タイプ(UnionCarbride
Corporationの“Higness Stel
lite Division”の登録商標)の鋼材また
は前縁の溶融金属焼入れが使用されている。
縁上に植込まれた準安定β型チタンのインサートが使用
されている。
チタンに溶接され、さらに硬化処理をほどこされるが、
最終工程において、構造が変化することから、アセンブ
リングに大きな変形が生じてしまう。その結果、羽根が
設定した寸法をもてなくなり、羽根の捩り上げや曲げ加
工が必要となる。
タンのインサートを備えたαβ型チタン製の部品の製造
方法を記している。この方法は、その上にβ型チタンの
インサートを溶接するための機械加工用のゆとりを有す
るαβ型チタン製の羽根の粗作り品(e′bauche)を提案
することにより、上記の欠点を解消するものである。溶
接されたアセンブリは硬化処理され、その後の工程で、
この粗作り品は、硬化処理の結果生じる変形を補正する
ために、機械加工用のゆとりによって図面寸法通り研削
される。
加工を二重に施すために高くなる。さらに、この方法に
よって製造された羽根は、侵食防止インサートが摩耗し
てしまうと修復できない。また特定の大型羽根は、機械
加工手段によっては得ることができない。これらの羽根
は、直接的に仕上げ寸法による高精度の型鍛造によって
得られる。したがって、余盛りを設ける方法はここでは
使用できない。
β型チタンのインサートを備えたαβ型チタン製の部品
の製造法を記している。この方法によれば、溶接材料と
して純性チタンを用いるTIG溶接方法が使用される。
このTIG溶接は、補助材料を必要とすることに加え
て、αβ型チタンと準安定β型チタンの大きなゾーンに
熱的に影響を与える。その結果、溶接において、添加純
性チタン中で、αβ型チタンと溶接用に添加される純性
チタンとの間の界面、また準安定β型チタンと溶接用添
加純性チタンとの間の界面の硬度が非常に小さくなって
しまう。
定β型チタンのインサートを備えたαβ型チタン製の部
品の製造法を記している。この方法によれば、溶接方法
は電子ビーム式であるが、溶接の幅が3mmを超える
と、熱の影響を受けるゾーンが大きくなり、部品が大き
く変形してしまうと記載されている。
時に羽根の変形を著しく抑え、さらにαβ型チタンの硬
度と準安定β型チタンの硬度との間の硬度を有する溶接
を行うことによって前記方法を大きく改良することがで
きる準安定β型チタンのインサートを備えたαβ型チタ
ン製の羽根の製造法を提案することにある。
の特徴を有する準安定β型チタンのインサートを有する
αβ型チタンの羽根を製造するための方法に関する。
工する。このαβ型チタンの羽根本体は、前記β型チタ
ンインサートを収納するための場所を有する。
御され局在するエネルギー密度の溶接方法によって、仕
上げ寸法のαβ型チタン製の前記羽根本体の前記場所の
中に硬化された前記β型チタンインサートを溶接する。
熱処理によって溶接応力が除去される。
なものとして、電子ビーム溶接やレーザ溶接を用いるこ
とができる。溶接ビードは研磨される。
る。
であると有利である。
チタンの溶解では、860℃一時間の加熱工程が行わ
れ、その後の油焼入れ工程が行われる。
ゴン下で550℃一時間行われる。
50℃で一時間行われ、その後アルゴン下で冷却され
る。
ちらでもよいが、仕上げ寸法で加工される。
れ、侵食防止インサートが摩耗してしまった蒸気タービ
ンの羽根の修復方法に関する。
ートの残り部分を除去するために前記羽根を機械加工
し、上記の方法の各工程にしたがって新しい侵食防止イ
ンサートを処理または溶接する。
製造または修復された侵食防止インサートを備えた蒸気
タービンの羽根に関する。
め純安定β型チタンの硬化を行うことにある。この結
果、溶接後の熱処理の時に羽根の曲げ加工行わなくてす
む。
除去によって、準安定β型チタンに向かってαβ型チタ
ンの羽根の硬度を増大させることができる。
防止インサートを交換することが可能な点である。
の他の利点及び特性を説明する。
タン製の羽根本体2と準安定β型チタン製のインサート
3を備えた蒸気タービンの羽根1が製造される。準安定
β型チタン製のインサート3は、羽根の前縁上に局在
し、蒸気タービン中に存在する水滴による侵食に対して
この前縁を保護する機能を有する。
ンの羽根を製造するための方法は以下の工程を含む。
に加工し、β型チタン製の前記インサート3を収納する
ための場所を設ける。
う。
処理を行う。
の溶接方法を用いて仕上げ寸法のαβ型チタン製の前記
羽根本体2の前記場所中にβ型チタン製の前記インサー
ト3を溶接する。
法とは、羽根のαβ型チタンとインサートの準安定β型
チタン以外の溶接材料を添加しない方法を意味し、この
方法によれば、それぞれαβ型チタンと準安定β型チタ
ンの熱の影響を受けるゾーン4、5、さらに溶解するゾ
ーン6の範囲が小さくなる。
ム溶接またはレーザ溶接方法である。
要な特徴である。この方法によって、準安定β型チタン
の構造の変更が溶接工程の前に行われ、溶接工程の後で
行われるインサートを備えた羽根の補助的な熱処理はす
べて、アセンブリングには影響を与えない。
うと有利である。この工程は、溶解されたゾーン及び熱
的に影響を与えられるゾーンの機械的特性を再び上げる
ことができる。
チタンはTA6Vであり、準安定β型チタンはTA5D
4Zr4CEFであり、方法の特徴は以下の通りであ
る。
時間を加熱し、その後に油焼入れを行う工程を含む。
ルゴン下で550℃で一時間行われる。
中で550℃で一時間行われ、その後アルゴン下で冷却
される。
って製造された羽根のビッカース硬度を示す。
本体2とTA5D4Zr4CEF製のインサート3との
間の単調増加関数であることを示している。さらに、熱
的に影響を受けるゾーン(ZAT)と溶解するゾーン
は、従来の技術におけるように硬度の小さい箇所を構成
することはない。
れた羽根から採取された試験片による引張り試験が行わ
れた。
から採取されたものである。得られた平均値は1550
MPaであった。
されたゾーン6から採取されたものである。破断はTA
6VのZAT中で起き、得られた平均値は1020MP
aであった。
たものである。得られた平均値は960MPaであっ
た。
4CEFとの間の単調増加連続性が認められた。
造され、侵食防止インサートが摩耗してしまった蒸気タ
ービンの羽根1の修復方法に関する。
サートの残りの部分を除去するために前記羽根1が機械
加工される。
止インサートを処理し、溶接する。
って製造または修復された侵食防止インサートを備えた
蒸気タービンの羽根1に関する。
態に限定されるものではないが、本発明から逸脱せず
に、当業者には数多くの代案が思いつくであろう。具体
的には、本発明の範囲から逸脱せずに、チタンをベース
にした合金をチタンをベースにした他の合金に代えるこ
とができる。
の羽根の概略図である。
の羽根の概略的断面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 準安定β型チタンのインサート(3)を
備えたαβ型チタン製の羽根(1)を製造するための方
法であって、 αβ型チタン製の羽根本体(2)を仕上げ寸法に加工
し、αβ型チタン製の前記羽根本体(2)がβ型チタン
の前記インサート(3)を収納するための場所を備えて
おり、 β型チタンの前記インサート(3)の溶解を行い、 次に、β型チタン製の前記インサート(3)の硬化処理
を行い、 次いで、制御された局在するエネルギー密度の溶接方法
を用いて仕上げ寸法のαβ型チタンの前記羽根本体
(2)の前記場所中にβ型チタンの前記インサート
(3)を溶接することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 応力除去熱処理により溶接応力を除去す
ることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 溶接方法が電子ビーム溶接であることを
特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項4】 溶接方法がレーザ溶接であることを特徴
とする請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項5】 αβ型チタンがTA6Vであることを特
徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項6】 準安定β型チタンがTA5D4Zr4C
EFであることを特徴とする請求項1から5のいずれか
一項に記載の方法。 - 【請求項7】 準安定β型チタンの溶解か、860℃で
一時間加熱し、その後油焼入れを行う工程を含み、 準安定β型チタンの硬化が、通気されたアルゴン中で5
50℃で一時間行われ、 溶接がヘリウム中で行われ、 応力除去熱処理が、通気されたアルゴン中で550℃で
一時間行われ、その後アルゴン中で冷却が行われること
を特徴とする請求項2から6のいずれか一項に記載の方
法。 - 【請求項8】 溶接ビードが研磨されていることを特徴
とする請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項9】 インサート(3)が溶接工程前に仕上げ
寸法に加工されることを特徴とする請求項1から8のい
ずれか一項に記載の方法。 - 【請求項10】 インサート(3)が溶接工程後に仕上
げ寸法に加工されることを特徴とする請求項1から8の
いずれか一項に記載の方法。 - 【請求項11】 請求項1から10のいずれか一項によ
って製造され、侵食防止インサートが摩耗してしまった
蒸気タービンの羽根(1)の修復方法であって、 摩耗した侵食防止インサートの残りの部分を除去するた
めに前記羽根(1)を機械加工し、 さらに請求項1から10のいずれか一項の方法の工程に
よって新しい侵食防止インサートを処理及び溶接するこ
とを特徴とする修復方法。 - 【請求項12】 請求項1から10のいずれか一項の方
法によって製造されたことを特徴とする侵食防止インサ
ートを備えた蒸気タービンの羽根。 - 【請求項13】 請求項11の方法によって修復された
ことを特徴とする侵食防止インサートを備えた蒸気ター
ビンの羽根。
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