KR101035154B1 - 가스터빈용 블레이드의 용접방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스터빈용 블레이드의 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스터빈용 블레이드의 균열부분이 제거되는 단계, 상기 가스터빈용 블레이드의 균열된 표면이 편평하게 가공되는 단계, 상기 가스터빈용 블레이드의 잔류응력을 제거하기 위해 상기 블레이드가 제1열처리되는 단계, 용접 파우더를 이용하여 상기 가스터빈용 블레이드가 레이저 용접되는 단계, 상기 레이저 용접된 가스터빈용 블레이드가 HIP(Hot Isostatic Pressing)처리되는 단계 및 상기 HIP 처리된 블레이드가 제2열처리되는 단계를 포함하는 가스터빈용 블레이드의 용접방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 레이저 장비를 이용한 정밀한 용접이 가능하므로, 작업시간 및 용접 품질의 향상을 기대할 수 있으며, 모재 또는 동등품질의 용접재를 이용하여 용접을 함으로 용접 후 품질이 우수한 효과가 있다.
가스터빈, 블레이드, 용접, 열처리, 냉각
Description
본 발명은 블레이드 용접방법에 관한 것으로서, 특히 화력발전소 등에 적용되는 손상된 블레이드를 레이저 용접하는 가스터빈용 블레이드의 용접방법에 관한 것이다.
일반적으로 화력발전소나 항공기 엔진 등에 사용되는 가스터빈은 약 1,200℃이상의 고온, 높은 응력 환경에서 운전되어 에너지를 생성한다. 이러한 운전조건에서는 많은 손상이 가스터빈을 구성하고 있는 부품에서 발생하는데, 주로 크립, 피로, 고온부식, TMF(Thermomechanical Fatigue), 및 FOD(Foreign Object Damage) 등과 같은 손상이 발생하고 있다.
또한, 가스터빈의 고온부에 사용되는 부품의 재료는 고온에서 기계적 성질의 저하가 적고 고온, 고압의 환경에서 사용이 가능하도록, 고온에서도 기계적 성질의 저하가 적은 니켈계 초합금을 사용한다.
이러한 고가의 재료로 만들어진 부품은 일정 주기 동안 운전을 함으로써 많은 손상이 나타나게 되며, 손상이 나타난 부품에 대해서 신품과 같은 성능을 복원하기 위하여 정비를 실시한다. 이때 중요하게 진행되는 형상복원 작업은 용접정비를 통하여 진행하게 된다.
그러나, 고온부에서 사용되는 재료는 니켈기지의 석출경화형 합금으로써, 상온의 용접하기에는 많은 어려움이 있거나, 불가능한 재료도 존재하게 된다. 이러한 어려운 재료의 형상복원을 위하여 자동용접장비인 CNC Laser Cladding Machine를 이용해서 상온에서 용접을 실시한다. 이때, 레이져 용접을 실시하기 위해서는 블레이드의 상태를 용접하기에 적합한 상태로 만들어야 하고, 용접후에는 용접부와 모재의 경계, 용접부가 블레이드의 사용환경에 견딜 수 있도록 기계적, 화학적 성질을 부여하는 용접후 처리가 필요하다. 또한, 용접전 처리, 레이져 용접, 용접 후처리에 대한 최적조건을 수립하는 것이 중요하다.
기존의 형상복원 용접은 고온의 용접전 가열설비를 이용한 수동용접을 실시하였다. 용접전 가열설비는 블레이드를 가열할 수 있는 설비가 추가적으로 필요하며, 고온의 환경에서 작업을 실시하게 된다. 고온의 환경 작업이므로, 작업 안전과 안정적인 작업이 어려우므로 안정된 품질을 얻을 수 없다. 또한, 수동 작업을 하게 되므로 정밀한 작업이 어려워 용접후 가공에 작업량이 많아 지게 된다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 자동차의 볼조인트 소켓에 삽입된 볼스터드가 소켓에서 이탈되는 것을 미연에 방지할 수 있는 자동차용 볼조인트를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 가스터빈용 블레이드의 균열부분이 제거되는 단계, 상기 가스터빈용 블레이드의 균열된 표면이 편평하게 가공되는 단계, 상기 가스터빈용 블레이드의 잔류응력을 제거하기 위해 상기 블레이드가 제1열처리되는 단계, 용접 파우더를 이용하여 상기 가스터빈용 블레이드가 레이저 용접되는 단계, 상기 레이저 용접된 가스터빈용 블레이드가 HIP처리되는 단계 및 상기 HIP 처리된 블레이드가 제2열처리되는 단계를 포함한다.
본 발명은 레이저 장비를 이용한 정밀한 용접이 가능하므로, 작업시간 및 용접 품질의 향상을 기대할 수 있으며, 모재 또는 동등품질의 용접재를 이용하여 용접을 함으로 용접 후 품질이 우수한 효과가 있다.
또한, 용접 전, 후처리를 최적화함으로써 용접부의 기계적, 화학적 성질이 향상되는 효과가 있다.
또한, 정밀한 용접이 가능함으로써, 용접 후 가공작업을 자동화할 수 있고, 용접하는 공간과 작업자가 격리되어 작업환경이 우수한 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 가스터빈용 블레이드의 용접방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드의 용접방법을 나타낸 순서도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드의 용접방법에서 레이저 용접 후의 블레이드 사진이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드의 용접방법에서 레이저 용접 후에 후처리된 블레이드 사진이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차용 가스터빈용 블레이드의 용접방법은, 가스터빈용 블레이드의 균열부분이 제거되는 단계와, 상기 가스터빈용 블레이드의 균열된 표면이 편평하게 가공되는 단계와, 상기 가스터빈용 블레이드의 잔류응력을 제거하기 위해 상기 블레이드가 제1열처리되는 단계와, 용접 파우더를 이용하여 상기 가스터빈용 블레이드가 레이저 용접되는 단계와, 상기 레이저 용접된 가스터빈용 블레이드가 HIP처리되는 단계 및 상기 HIP 처리된 블레이드가 제2열처리되는 단계를 포함한다.
먼저, 가스터빈용 블레이드의 손상으로 인한 균열부분이 제거된다.
그 다음, 상기 균열부분이 제거된 가스터빈용 블레이드의 균열된 표면을 그라인더 등으로 연마 가공하여 편평하게 가공한다.
그 다음, 상기 가스터빈용 블레이드의 잔류응력을 제거하기 위해 상기 가스터빈용 블레이드를 분당 약 10℃를 초과하는 승온속도에 약 2시간동안 약 1,204℃로 유지시키고, 상기 블레이드가 분당 약 50℃를 초과하는 냉각속도로 냉각되는 상기 가스터빈용 블레이드의 제1열처리 과정이 수행된다.
| 레이저 종류 | 초점거리 | 파워 | 공급속도 | 노즐가스 | 커버가스 |
| CO2 | 3.8mm | 600W | 600mm/min | Ar, 12 SCFH | Ar, 1.3 SCFM |
그 다음, Rene 80인 용접 파우더를 사용하여 상기 가스터빈용 블레이드를 레이저 용접하는데, 상기 [표1]에서와 같이 상기 레이저 용접은 분당 약 600mm의 공급속도로 초점거리 약 3.8mm의 이산화탄소 레이저 용접인 것을 특징으로 한다. 또한, 여기서 사용되는 노즐가스는 12 SCFM(Ar)이고, 커버가스는 1.3 SCFM(Ar)이다.
그 다음, 상기 레이저 용접된 가스터빈용 블레이드가 분당 약 10℃를 초과하는 승온속도로 약 2시간 동안 약 15Ksi 압력으로 약 1,250℃를 유지하면서 아르곤 가스로 HIP처리된다.
마지막으로 상기 HIP 처리된 블레이드가 제2열처리되는데, 먼저 상기 가스터빈용 블레이드가 분당 약 10℃를 초과하는 승온속도에 약 2시간 동안 약 1,204℃로 유지되고, 분당 약 50 내지 500℃의 냉각속도로 냉각된 후, 상기 가스터빈용 블레이드가 분당 약 10℃를 초과하는 승온속도에 약 2시간 동안 약 1,121℃로 유지되고, 분당 약 50 내지 500℃의 냉각속도로 냉각된 다음, 상기 가스터빈용 블레이드가 분당 약 10℃를 초과하는 승온속도에 약 2시간 동안 약 1,204℃로 유지되고, 분당 약 50 내지 500℃의 냉각속도로 냉각되는 3단계 과정이 수행된다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드의 용접방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드의 용접방법에서 레이저 용접 후의 블레이드 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈용 블레이드의 용접방법에서 레이저 용접 후에 후처리된 블레이드 사진이다.
Claims (6)
- 가스터빈용 블레이드를 용접하는 방법에 있어서,a) 표면이 편평하게 가공된 상기 가스터빈용 블레이드의 잔류응력을 제거하기 위해 상기 가스터빈용 블레이드가 분당 10℃를 초과하는 승온속도에 2시간 동안 1,204℃로 유지되고, 분당 50℃를 초과하는 냉각속도로 냉각되는 냉각됨으로써 상기 가스터빈용 블레이드가 제1열처리되는 단계;b) 용접 파우더를 이용하여 상기 가스터빈용 블레이드가 레이저 용접되는 단계;c) 상기 레이저 용접된 가스터빈용 블레이드가 HIP(Hot Isostatic Pressing) 처리되는 단계; 및d) 상기 HIP 처리된 블레이드가 제2열처리되는 단계를 포함하는 가스터빈용 블레이드의 용접방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 b) 단계의 용접파우더가 Rene 80인 것을 특징으로 하는 가스터빈용 블레이드의 용접방법.
- 제1항에 있어서,상기 b)단계의 용접은 분당 600mm의 공급속도로 초점거리 3.8mm의 이산화탄소 레이저 용접인 것을 특징으로 하는 가스터빈용 블레이드의 용접방법.
- 제1항에 있어서,상기 c) 단계의 HIP처리가 분당 10℃를 초과하는 승온속도로 2시간 동안 15Ksi 압력으로 1,250℃를 유지하며, 아르곤 가스가 사용되는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 블레이드의 용접방법.
- 제1항에 있어서, 상기 d) 단계의 제2열처리는,상기 가스터빈용 블레이드가 분당 10℃를 초과하는 승온속도에 2시간 동안 1,204℃로 유지되고, 분당 50 내지 500℃의 냉각속도로 냉각되는 제1단계;상기 가스터빈용 블레이드가 분당 10℃를 초과하는 승온속도에 2시간 동안 1,121℃로 유지되고, 분당 50 내지 500℃의 냉각속도로 냉각되는 제2단계; 및상기 가스터빈용 블레이드가 분당 10℃를 초과하는 승온속도에 2시간 동안 1,204℃로 유지되고, 분당 50 내지 500℃의 냉각속도로 냉각되는 제3단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 블레이드의 용접방법.
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