KR0149700B1 - 터어빈 블레이드의 도브 테일의 가공방법 - Google Patents

Abstract

터어빈 블레이드(Trubine blade)의 도브 테일(Dove tail)을 가공함에 있어서 와이어 컷팅기로 1차 방전 가공한 다음 전해연마방식으로 연마가공함으로써 종래 기계가공방식에 의하여 가공된 제품보다 품질이 우수하고 가공시간과 제조원가가 절감된다.

Description

터어빈 블레이드의 도브 테일의 가공방법

제1도는 도브 테일부 소형 형상 단면도.

제2도는 도브 테일부 중형 형상 단면도.

본 발명은 터어빈 블레이드(TRUBINE BLADE)의 도브 테일(DOVE TAIL)부의 가공방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 형상이 복잡한 상기 제품의 가공시 기존의 기계가공 시간을 약 90분의 1 이하로 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 가공비용도 저렴하며 품질도 우수한 가공방법에 관한 것이다.

오늘날 지구 곳곳에 전력수요는 날로 증가 일로에 있으며 그에 따라 발전소 건설도 증가하고 있다. 발전소에 사용되는 제품들은 발전효율을 증대시키기 위하여 부품의 형상도 더욱 복잡해지고 있으며, 또한 부품가공도 고정밀도를 요구하고 있다. 따라서 발전설비 관련제품 제작업체에서는 고가의 전용 가공장비를 도입 또는 제작하여 부품을 가공하고 있는 실정이다. 터어빈 블레이드 도브 테일 경우에도 이의 전용장비가 고가(대당 20억 상당)이며 또한 이 장비는 범용으로 사용할 수도 없음으로 인하여 장비의 휴지시간이 많고 가공시간도 길어 도브 테일의 납기가 길어지고 가공비용도 높아지는 문제점이 있다. 더욱 노후발전소에서는 상기 제품들의 기계가공부위에 스트레스코로존(STRESS CORROSION)으로 인한 크랙(CRACK)이 발생하여 스팀 터어빈(STEAM TRUBINE)이 파손되어 인명 손실 뿐만 아니라 막대한 경제적인 손실을 겪는 경우도 있다. 따라서 세계 최대의 발전설비 제작회사인 미국의 제너럴 엘렉트릭(GENERAL ELECTRIC CO (GE))와 일본의 토시바(TOSHIBA)의 경우에도 이런 현상으로 인하여 상기 제품들의 새로운 가공법을 개발하였다.

상기 제품들의 가공방법으로 새로이 제안된 콤퓨터 제어 와이어 컷팅(WIRE CUTTING)방법은 컷팅 형상 및 치수를 콤퓨터에 입력 및 기억시키고 동선(Cu WIRE)에 전류를 전송해 동선과 피삭물간의 방전(ARC)으로 피삭물을 가공하는 방법이다. 이 방법은 장비가 저렴하며 빠른 시간내에 복잡한 형상물을 복제 가공할 수 있으므로 현재 기계가공을 대신하여 많이 사용하고 있다. 그러나, 이 방법은 동선과 피삭물간의 방전(ARC)으로 인해 피식물 표면에 산화층 및 열화층을 형성하고 표면이 미려하지 못하고, 또한 가공중 동선이 절단될 경우 동선에 순간적으로 고 전류가 흘러 피삭물의 표면에 놋치(NOTCH)를 만드는 경우가 허다하다. 따라서 고온 및 고응력에 사용되는 상기 제품의 가공에는 산화층, 열화층 및 놋치(NOTCH)를 제고하기 위하여 와이어 컷팅 후 필수적으로 기계가공을 하고 있는 실정이다.

이는 특히, 고응력(3600RPM)과 고온(530℃)에서 사용되는 상기 제품의 경우에는, 표면조도가 부식과 피로(FATIGUE)에 지대한 영향을 미치므로, 와이어 컷팅 후의 기계가공은 필수적이다. 제너럴 일렉트릭사(GE)의 경우에는 와이어 컷팅 후 범용 장비를 사용하여 표면 가공하는 방법을 채택 고가의 전용장비를 범용기계로 교체함으로서 장비 구입 비용절감과 장비 가동율 향상은 이룩하였으나, 가공시간의 단축은 크게 이루지 못하고 있는 실정이다. 이는 피삭량의 저감으로 가공시간 절약은 조금 이루었으나 도브 테일의 경우 가공형상이 복잡하고 핑커(Finger)간의 간격이 협소하여 표면 기계가공에 약 30시간 이상 소요되기 때문이다. 더욱 상기 제품의 스트레스 코로죤(STRESS CORROSION)의 원인으로 지목되고 있는 표면 잔류 응력과 기계가공자국은 아직 현존해 있는 상태이다.

본 발명은 와이어 컷팅(WIRE CUTTING)과 기계가공의 결점들을 보완한 방법으로써 가공비용이 저렴하고, 품질이 우수하며, 가공시간이 기존의 기계가공 시간의 90분의 1이하로 단축시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 터어빈 블레이드의 도브 테일부의 소재를 제품크기에 맞게 직육면체로 절단한다. 절단된 소재를 와이어 컷팅기로 제품의 형상모양의 되도록 방전가공한다. 이때 최종 전해 연마가공을 고려하여 가공여유(30㎛)를 둔다. 와이어 컷팅기로 가공된 도브 테일 표면의 이물질 특히 수분, 녹 또는 기름을 완전 제거한 후 전해 연마조에 넣고 전해 연마한다. 이때 전해 연마용 전극(음극)은 동 부록(Cu BLOCK)을 도브 테일부의 전해연마부위의 형상에 요철모양으로 맞도록 와이어 컷팅기로 가공한 것이고 이 전극은 도브 테일과 한쌍의 되도록 세팅(SETTING)되어 전해조에 넣어진다. 전해연마조 온도는 60-90℃가 되도록 유지하고 전해 연마시 발생할 수 있는 가스가 표면에 부착되지 않도록 하기 위하여 초음파 발생기를 전해 욕조에 장착시켜 표면에 가스부착을 방지시킨다. 이때 가공이 필요치 않은 부위는 비전도체, 예를들면, 고무 또는 플라스틱으로 표면을 도포시켜 전해연마가 일어나지 않도록 보완조치한다. 전해 연마후 도브 테일일을 다음 욕조로 옮겨 피삭물 표면의 잔류용액을 중화시킨 후 세정제로서 깨끗이 씻은 다음 건조시킨다. 다음 전해연마부위를 질화처리(ION NITRIDING 또는 GAS NITRIDING) 등 공지의 표면경화방법으로 표면경화시킨다. 이렇게 함으로써 기계가공의 결점이며 스트레스 코로죤(STRESS CORROSION)의 요인인 잔류응력과 기계가공자국을 완전 제거하여 품질향상을 이룰 뿐만 아니라, 가공시간단축과 가공비용절감을 기할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1]

도브 테일용 강종(표 1)의 직육면체형 단조강을 와이어 컷팅기로 도브 테일 형상(제1도)으로 방전가공하였다. 가공 후 표면을 관찰한 결과 표면에 산화 및 열화층이 거칠게 생성되어 있었고, 곳곳에 불균일한 방전으로 인하여 주름살 놋치(NOTCH)가 보였다. 단면을 절단하여 산화 및 열화층을 측정하여 본 결과 20㎛이었다. 도브 테일부의 표면을 세정제로 기름 또는 기타 부착물을 제거한 후 제2도에 나타낸 바와 같이 동(Cu) 전극과 도브 테일을 고정시켜 표2의 전해액이 담긴 전해욕조에 설치시켰다. 이때 전해욕조에 도브 테일과 동부록이 세팅된 열개의 쌍을 동시에 설치할 수도 있다. 다음 전극과 피삭물에 각각 음극과 양극을 연결시키고 초음파 발생기를 작동시켜 표면에 가스부착을 방지하였다. 약 1시간 후 전원을 끄고 다음 욕조로 피삭물을 옮겨 알카리성 용액(NaOH)에서 피삭물 표면의 잔류 용액을 중화시킨 후 세정제와 미지근한 물로서 피삭물 표면을 깨끗이 씻은 후 건조시켰다. 두께 측정 결과 30㎛피삭되었다. 그 결과 표면은 매우 미려했으며 주름살 놋치는 전부 제거되었다. 더욱 기계가공시 면과 면 사이에 발생한 예리한 모서리(EDGE)도 제거되어 응력집중 부위가 자동 제거되었다. 다음 전해연마부위를 이온질화(ION NITRIDING)로 표면을 경화시켰다. 표면경도는 표3과 같이 220HB에서 280HB로 증가하였다. 전해연마부위의 단면을 절단하여 관찰한 결과 산화층 및 열화층은 완전 제거되었으며 경화깊이는 35㎛이었다.

[실시예 2]

표 1의 강종으로 된 도브 테일(제2도)에 대하여 실시예 1과 같은 처리를 하여 실시예 1과 같은 결과를 얻었다.

Claims (1)

1. 터어빈 블레이드의 도브 테일을 가공함에 있이 와이어 컷팅기로 1차 방전 가공한 다음 황산 30~40중량%, 인산 50~60중량%, 물 5~10중량% 및 글리세린 5~10중량%으로 된 전해액으로 전해연마 가공함을 특징으로 하는 터어빈 블레이드의 도브 테일의 가공방법.