JPS62250124A

JPS62250124A - Ｔｉ合金製タ−ビン動翼

Info

Publication number: JPS62250124A
Application number: JP9212686A
Authority: JP
Inventors: Takeo Uehara; 上原　壮夫; Hisanao Kita; 喜多　久直; Takamitsu Nakasaki; 中崎　隆光
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-04-23
Filing date: 1986-04-23
Publication date: 1987-10-31

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、火力タービンおよび原子力タービンのような
湿り蒸気中で使用されるタービン動翼に係り、侵食防止
に好適なタービン動翼に関する。

［従来の技術〕火力発電用蒸気タービンあるいは原子力発電用タービン
等の湿り蒸気の雰囲気中で使用されるタービン動翼には
、水滴の衝突によって翼面が侵食されるのを防止するた
めに、従来、特公昭４６−３０４１１号公報に記載のよ
うに、翼の先端部の蒸気流入側に、防食片が、電子ビー
ム溶接またはＴＩＧ溶接にて接合されている。又、三菱
重工技報ＶＯ１２１，Ｎ１１５によれば防食片を接合す
る代りに、肉感溶接構造となっていた。しかし、これら
は。

溶接欠陥および溶接変形の発生、さらに、溶接変形の修
正に伴う残留応力の発生等については配慮されていない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、タービン動翼は、第４図に示すように。

基本的に翼本体１と防食片（二ローションシールド板）
２から構成されており、通常、翼材には１２Ｃｒステン
レス鋼、防食片にはＣＯ基合金が使用されている。しか
し、近年、Ｔｉ合金が軽くかつ比較的に高い強度を有す
ることから、翼材料として使用されつつある。そのＴｉ
合金はアルミニウム（Ａｔ）６％、バナジウム（ｖ）４
％を含む合金が多く用いられている。さらに防食片２に
は、防食性Ｔｉ合金９例えば、モリブデン（Ｍｏ）１５
％、ジルコニウム（Ｚｒ）５％を含む合金である。この
翼本体１と防食片２の接合には、第４、図に示した翼の
断面ＡＡにて説明するが従来、第５図に示すように、Ｔ
ＩＧ溶接にて溶接金属３を形成し接合する方法、又、特
公昭４６−３０４１１号公報に記載の第６図に示したチ
タン製シム４をはさみ、電子ビーム溶接又はＴＩＧ溶接
にて接合する方法、あるいは、三菱重工技報に記載の第
７図に示した様にＴＩＧ溶接にて肉感溶接し、防食片２
を形成する方法がありこの場合、溶接後、耐エロージヨ
ン性を確保するために、溶体化及び時効処理を実施し、
肉盛溶接部の硬度がビツカーズ硬度が５００程度になる
ようにしている。

上記従来技術においては、溶接による翼変形が大きい。

非常に肉盛溶接構造の場合は非常に大きいと考えられる
。これは、溶接金属の凝固に伴い収縮が起きること、さ
らに、溶接が行なわれる翼先端部は肉厚が薄いため、変
形に対する剛性が低いことに原因がある。また、このた
め溶接変形の修正が行なわれるが、その工数が大きいこ
と、さらに、変形修正に伴い、翼先端には残留応力が発
生する。この残留応力は熱処理を実施しても完全には除
去出来ず、残留応力と蒸気中に含まれる塩素イオン等に
より、タービン運転中に防食片およびその近傍に応力腐
食割れが発生し、重大な影響を及ぼす。

本発明は、溶接以外の方法により、簡単かつ変形を少な
くシ、防食性をもたせることによって応力防食割れの発
生し難いな合金製タービン動翼を提供することを目的と
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、従来例に示した
ように、防食片を、電子ビーム溶接又はＴＩＧ溶接によ
って翼本体に固着させる方法又は肉盛溶接にて防食片を
形成する方法ではなく、電子ビーム又は不活性ガス雰囲
気中でのアーク等により翼先端蒸気流入側の表面を溶融
すると同時に。

合金性元素を添加する。そうすれば、冷却後、翼表面に
合金層が形成される。その後、熱処理をすることにより
、目的は達成される。なお翼本体の材質は６％アルミニ
ウム、４％ジルコニウムを含むＴｉ合金等であり、近年
、タービン動翼材として使用されつつある翼材である。

また電子ビームにて又は不活性ガス雰囲気中でのアーク
等により溶融するのは、Ｔｉは活性な金属であるため、
ａ素、窒素等と化合物を形成しやすいためである。

さらに溶接変形を不慮すれば真空中で実施する電子ビー
ムが最適である。

（作用〕上記、翼表面の合金層は、表面数ミリ程度の深さまで形
成され、熱処理することにより、この合金層の硬度はビ
ツカーズ硬度にてＨｖ　＝　５００〜５２０程度となり
、耐エロージヨンに対して十分な硬度を有し、湿り蒸気
にする防食片の働きをするとともに、従来の溶接構造に
比較して、変形はほとをとなく、変形修正に伴う残留応
力が生じず、応力腐食割れが発生することはない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する６すなわ
ち、第１図は、第４図に示したタービン動翼のＡＡ断面
図を示すが、防食片に相当する部分↓こ厚さ０．１ｍの
モリブデン箔５を取付けておき。

その上から電子ビーム６により１表面より１．２ｍ程度
まで溶融させる。この場合、翼本体はアルミニウム６％
、バナジウム４％を含むＴｉ合金を使用した。その結果
、第２図に示すように翼本体、１の表面に合金層７を形
成させる。この時、電子ビームを第１図の矢印Ｂで示す
方向に揺動させて。

溶融深さが均一になるようにする０合金層７の厚さは１
．２履程度であり、非溶融の翼本体１の厚さより著しく
小さいため、変形はほとんど発生しない１次に、第２１
！ｌに示した合金層を翼本体１と伴に熱処理すなわち、
５００℃にて５時間保持後。

放冷すると１合金層７は硬化する。なお、翼本体ｌは上
記の熱処理では影響を受けず、硬度は熱処理前後で変化
はなかった。硬度分布の一例を第３図に示す。合金層７
は、溶融された深さまで、ビツカーズ硬度で５００〜５
２０程度の値を示しており、はぼ均一な硬化層が形成さ
れる。従来、防食片として、使用されているＣｏ基合金
（ステライト）の硬度は、ビツカーズ硬度にて４００程
度であること、さらに、三菱技報にて報告されている肉
盛７ｓ接部の硬度が、ビツカーズ硬度５２０程度である
ことから判断して、電子ビームより合金化した硬化層は
、蒸気に対する防食層としての硬度を十分に有している
。

さらに、電子ビームで表面に合金層を形成し。

硬化させる場合、溶融深さが浅いため、変形は、はとん
どなく、従来法の、特に防食片をＴＩＧ？１接にて取付
ける方法や肉盛溶接にて防食片を形成する方法に比較し
て、変形はほとんどなく溶接後の変形修正は不必要とな
る。また変形修正に伴う残留応力も発生せず、タービン
運転中にタービン動翼の応力防食割れも起きない。

次に、アルミニウム６％、バナジウム４％を含むチタン
合金製の翼本体に対して、モリブデンの添加量を変化さ
せて、電子ビームにて溶融し、熱処理後の合金層の硬度
を調べた結果を図８に示す。

実験データは少ないが、モリブデン量を１０〜１５％添
加することにより１合金層の硬度は、ビツカーズ硬度に
て５００程度が得られる。

さらに、第１図では、厚さ０．１ｍｎのモリブデン箔を
使用したが、モリブデンの添加方法としては、モリブデ
ン粉末や、モリブデンワイヤを電子ビームに添加し、溶
融することが可能である。

〔発明の効果〕

以上１本発明によれば、従来の溶接により防食片を取付
ける方法又は、肉盛溶接する方法に比較して、変形がほ
とんどなく、変形修正が不要である。さらに、変形修正
に伴う残留応力の発生がなく、残留応力による応力腐食
割れが発生の危険性がないＴｉ合金製タービン動翼を提
供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のタービン動翼先端部の断面
図、第２図は、本発明の合金層形成状況を示す断面図、
第３図は実験によるタービン動翼断面の硬度分布図、第
４図はタービン動翼全体図、第５図〜第７図は従来の溶
接による防食片形成法を示す断面図、第８図は本発明に
よるモリブデン添加量と硬度の関係を示す線図である。１・・・翼本体、２・・・防食片、３・・・溶接金属、
４・・・チタン性シム、５・・・モリブデン箔、６・・
・電子ビーム、７・・・合金層。

Claims

【特許請求の範囲】

１、Ｔｉ合金製タービン動翼において、該タービン動翼
の先端部蒸気流入側に、表面層を溶融させると同時に、
合金元素を溶融域に添加させることにより、冷却後、表
面に合金層を形成し、その後、熱処理により、該合金層
を硬化させ、該合化層を蒸気に対する侵食防止用防食層
とすることを特徴とするＴｉ合金製タービン動翼。