JPS6079103A

JPS6079103A - 蒸気タービン羽根への耐摩耗性表面の付与方法

Info

Publication number: JPS6079103A
Application number: JP18898784A
Authority: JP
Inventors: ルイス・ジヨセフ・プリボズニク; ジヨン・アイジク・ナーミネン
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1983-09-15
Filing date: 1984-09-11
Publication date: 1985-05-04

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】本発明は卑金属物品への耐摩耗性表面の付与に関し、特
にステンレス鋼を基材とする蒸気タービン羽根への耐摩
耗性コバルト、ニッケル又は鉄合金被覆の付与に関する
ものである。

ステンレス鋼の蒸気タービン羽根は、水滴又は非金属粒
子による腐食が問題になりうる特にその低圧段においで
、羽根前縁にろう付けされたステライｌ　（Ｓｔｅｌｌ
ｉｔｅ）製インサートを有するのが普通である。耐摩耗
性材料は例えばステライト６、ステライト１５６又はト
リバロイ（Ｔｒｉｂａｌｏｙ）４００等である。この耐
摩耗性材料は大よそ羽根前縁の形に形成されており、そ
の後、銀を基材とするろう付は合金を使用して羽根前縁
の溝内でろう付けされる。

本発明の方法は、ステンレス鋼を基材とする蒸気タービ
ン羽根に耐摩耗性表面を与えるものである。コバルト、
ニッケル又は鉄合金の耐摩耗性粉末を羽根にある溝に入
れ、該粉末をレーザで羽根表面に融着する。過剰の加熱
及びその結果生じる羽根の歪みを避けるため、レーザ放
射を羽根に関して走査しながら、粉末を羽根に及び隣接
する粉末粒子に融着する。予備成型物と言うよりむしろ
粉末を使用することによって、耐摩耗性表面を正味の形
状に近い方法で良好に付与することがで外る。

第１図は、浸食シールド１を蒸気タービン羽根２に銀合
金３でろう付けする代表的な先行技術の方法を示してい
る。このろう付は作業は時間及び経費がかさむ。ろ）付
は作業の加熱によって生じる歪みのため、作業後に、羽
根２を相当な量曲げて真っ直ぐにする必要がある。更に
、銀を基材とするろう付は合金３は高価につき、浸食シ
ールド１を取着する全コストの１５〜２０％を占める場
合がある。一般的に、先行技術のろう付は方法の主コス
ｔは耐浸食材料及びろう付は合金のコストを併合したも
のである。予備成型物がもっと精確な寸法制御を可能に
するであろうことは予期されるが、実験によると、本発
明に従ってステンレス鋼卑金属４に付着させた、第２図
に示したレーザ融着粉末５（耐摩耗性粉末又は材料）は
正味形状に実質的に近い物品６（羽根）を与えることが
分かった。尚、第２図は羽根断面のマクロ写真からトレ
ースしたものであり、影線は勿論後から付けた。これ等
の実験によると、先行技術の予備成型物ろう付は方法と
比較して、本発明の方法は、典型的には最終仕上げと同
様の２０％のみが必要である。

粉末及びレーザの双方を使用することはプロセスにとっ
て重要もあることが分かった。例えば、予備成型物を耐
摩耗性物品にレーザ溶着することは実際的ではない。更
に、粉末を表面に溶着するためその他の方法を使用する
ことが種々試みられたが、不十分であることが分かった
。粉末のプラズマアーク溶着は、耐摩耗性材料と基礎材
料との間の境界に高希釈度を造ることが分かった（レー
ザで付着させた粉末について２０％対５％以下）。摩耗
及び腐食は一般に基礎材料による耐摩耗性材料の希釈度
に比例するので、レーザで溶着させた材料は明らかに高
品質の最終製品を提供する。

□ タービン羽根はステンレス鋼から製作するのが典型的で
ある。−一に該タービン羽根は、１７％までのり四ム、
５％まゼのニッケル及び４％までの銅を含む。浸食シー
ルニドを形成するのに用いた耐摩耗性金属粉末はコバル
ト合金か、ニッケル合金か、又は鉄合金である。コバル
ト合金は７０％までのコ３− パルト、６％のタングステン、３２％のクロム、２％の
シリコン、１．４％のカーボン及び限られた割合のニッ
ケル（１大３％）、鉄（最大３％）、マンガン（最大２
％）、モリブデン（最大１％）を含む。ニッケル合金は
５０％までのニッケル、クロム３３％、タングステン１
６％、コバルト１１％、カーボン２．５％及び限られた
割合のシリコン（最大１％）、鉄（ｆ＆大８％）を含む
ことができる。鉄合金は、２６％までのクロム、ニッケ
ル１２％、モリブデン６％、カーボン３％及びシリコン
１．３％を含む。

付着物は溶融の間、アルゴン又はヘリウム（又はそれ等
の混合物）のような不活性〃スによって、又はＣＯ２に
よって遮断しておくのが好ましいが、溶融は空気中でも
行いうろことが分かった。勿論、特定のプロセスパラメ
ータは使用されている材料及び使用されている設＊（特
に、出力、スポットの大きさ、走査幅及び走査周期につ
いてのレーザビームの状態）に従って変わるが、次の例
は本発明の実施例を示すものである。被覆すべきタービ
ン羽根の前縁には溝を付けると共に（表面でもよ４− （、必ずしも溝に限定されない）、被覆を行う前にショ
ッＦピーニングをした。該羽根をレーザビーム及び金属
粉末給１送機の下に置いた。この例において、ステライ
ト６の金属粉末を４０３ステンレス鋼に付着させたが、
同じパラメータを１７−４ＰＨステンレス鋼羽根にも使
、用できた。５，０００ワツトの工業用ＣＯ２レーザを
使用（た。レーザビームのスポットの大きさは約６．４
ｍｍ（１／４ｉｎ）であり、レーザに一ムは毎分２５．
４ｃＩ＋１（１０ｉｎ）の移行速度で走査させた。レー
ザ放射の前に溝内：に金属粉末を送入した。ここで使用
している゛溝″という用語は、最終寸法より小さくされ
ると共に、ばら粉末を保持で終るどんな表面をも含むも
のである（例えば、溶着前に粉末を注ぐことのできする
表面）。

付着は２回の通過で行い、第１回の通過による付着物は
第２回の通過前にブラッシ掛けした。その後、もっと粉
末を加え、２回目のレーザ通過を行った。付着の完了竺
、付着した浸食シールドを約１１５０℃の塩浴に大町５
分間浸漬することによって、羽根先端の熱処理を行なっ
た。しかる後、羽根をベルト研摩して最終形状にした。

最後のベルト研摩前の研削は不必要であることが実証さ
れた。

上述した実施例は、本発明を単に説明するもであって、
本発明がその実施例に限定されるものではない。本発明
は、その精神及び特許請求の範囲から逸脱しないどんな
プロセスをも含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、前縁にステライト製予備成型物がろう付けさ
れている先行技術のタービン羽根の断面図、第２図は、
レーザ融着した粉末の浸食シールドを有する羽根前縁の
断面図である。４・・・ステンレス製卑金属、５・・・耐摩耗性材料、
６・・・タービン羽根。出願人　ウェスチングハウス・エレクトリック・７− 芹１図剤２図

Claims

【特許請求の範囲】ステンレス鋼を卑金属とする蒸気タービン羽根への耐摩
耗性表面の付与方法であって、前記羽根の前縁に溝を設
け、該溝内にコバルト、ニッケル、又は鉄を基材とする耐摩
耗性粉末を入れ、この耐摩耗性粉末を前記羽根に関して走査するレーザ放
射によって溶融して、該耐摩耗性粉末を羽根の卑金属に
結合することによって、過剰の加熱及びその結果生じる
卑金属羽根の歪みを避けると共に、付与された溶融耐摩
耗性表面の形状を制御して正味の形状に近い羽根を造る
蒸気タービン羽根への耐摩耗性表面の付与方法。