KR102278830B1 - Method of repairing gas turbine blade tip using high frequency welding - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for repairing a gas turbine blade by using high-frequency welding, and more specifically, to a method for repairing a gas turbine blade by using high-frequency welding, which comprises: a first step of removing a top coating on the gas turbine blade; a second step of removing a bond-coated layer of the gas turbine blade; a third step of blasting the surface of the gas turbine blade; a fourth step of identifying whether the bond-coated layer is removed or not; a fifth step or removing the bond-coated layer which is not removed again; a sixth step of performing heat treatment before welding; a seventh step of performing a non-destructive test on the gas turbine blade in order to detect a defective portion: an eighth step of machining and cutting a tip of the turbine blade, where there is the defective portion; a nineth step of performing high-frequency welding on the machined and cut defective portion; a tenth step of performing heat treatment after welding; an eleventh step of grinding a welded surface: a twelfth step of performing washing with fluorine ions; a thirteenth step of scanning the machined and cut surface in a 3D mode and making an input; a fourteenth step of performing laser cladding: and a fifteenth step of fitting a measurement to a shape of a tip of the original gas turbine blade. As the above-mentioned, according to the method for repairing a gas turbine blade by using high-frequency welding, bonding strength between an existing body and a repaired portion is so high, that the repaired one keeps safe for a long time of use. In an economic sense, the long-term use after repaired prevents frequent repairing of the blade and saves replacement costs.

Description

고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법{Method of repairing gas turbine blade tip using high frequency welding}Method of repairing gas turbine blade tip using high frequency welding

본 발명은 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결함부가 발생한 블레이드의 면의 이물질을 제거한 후, 가공·절단하여 블레이드의 결함이 형성된 면이 매끄럽게 되도록 하여 도 2에 도시된 바와 같이 블레이드의 결함부가 형성된 면에서 깊은 홈은 블레이드와 동일한 소재의 용접재를 사용하여 고주파 용접으로 홈을 메우게 되며, 고주파 용접으로 홈을 메운 후에는 레이저클래딩으로 가공·절단에 의해 사라진 블레이드의 팁의 치수 만큼 형성시키는 것이 특징인 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine blade repair method using high-frequency welding, and more particularly, it is shown in FIG. 2 by removing foreign substances from the surface of the blade where the defective part is generated, and then processing and cutting to make the defective surface of the blade smooth. As shown above, the deep groove on the surface where the defective part of the blade is formed is filled with high-frequency welding using the same material as the welding material of the blade. After filling the groove with high-frequency welding, the blade disappeared by processing and cutting with laser cladding. It relates to a gas turbine blade repair method using high-frequency welding, characterized in that it is formed as much as the size of the tip.

가스터빈은 공기를 압축해서 연소기로 보내고 그것에 연료를 가해 등압 연소시켜 고온·고압의 연소 가스를 만들고 터빈을 구동해서 출력을 얻는 원동기이다.A gas turbine is a prime mover that compresses air, sends it to a combustor, and adds fuel to it to produce high-temperature and high-pressure combustion gas through isostatic combustion, and drives the turbine to generate output.

이때, 유체가 가지는 에너지를 기계적인 동력에너지로 변환시키는 장치의 부품으로서는 관용적으로 블레이드가 사용된다.At this time, a blade is conventionally used as a component of a device that converts the energy of the fluid into mechanical power energy.

상술한 가스터빈에 사용되는 블레이드는 필히 고온·고압에 견뎌야 하는 성질을 지니고 있어야 하기에 니켈계, 코발트계 또는 니켈-코발트계와 같은 초내열 합금으로 제작되어야 하나, 초내열 합금은 고가의 합금이기에 블레이드의 파손에 따른 수리시 비용의 절감을 위해 블레이드 일체를 신품으로 교체하는 것보다 파손 부분에 대한 수리하여 재사용하는 것이 훨 경제적이다.The blade used in the above-described gas turbine must have the property to withstand high temperature and high pressure, so it must be made of a super heat-resistant alloy such as a nickel-based, cobalt-based or nickel-cobalt-based alloy. It is more economical to repair and reuse the damaged part than to replace the entire blade with a new one in order to reduce the cost when repairing the blade due to damage.

이러한 가스터빈 블레이드의 수리 등에 관한 종래기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0504381호에 진공챔버(1)내에서 용접모재(4) 사이에 중간재(5)가 위치하고 있으며, 접합압력을 가하기 위한 압력로드(2)와 지지대(7)가 있으며, 용접재를 가열하는 장치로 고추파 유도 가열기(10,High Frequency Induction Generator)에 의한 유도코일(3,Induction Coil)이 설치되어 있고, 용접되는 공정을 알 수 있도록 열전대(9,Thermocouple, 온도계)가 용접재에 고정되어 있으며, 공정기록용 X-Y Recorder(8)가 연결되어 있도록 이루어진 접합장치에 의해 접합단계, 균질화열처리단계, 열처리단계를 수행하는 수리방법에 있어서, 상기 접합단계에서는 1423K 또는 1473K의 온도영역의 접합온도로서, 120min이내 동안 유지한 후에 1273K 까지 서냉후에 공냉하며, 접합압력은 20kPa로 일정하게 유지하고, 상기 균질화열처리단계에서는 용체화처리 온도인 1393K에서 유지시킨 후 노냉하며, 상기 열처리단계는 1473K으로 가열한 후 즉시 10K/min의 냉각속도로 냉각하여 접합한 후, 1113K온도에서 16시간으로 이루어지도록 하는 1단계와, 1033K 온도로서 10시간으로 이루어지도록 하는 2단계와, 922K온도에서 24시간으로 이루어지도록 하는 3단계로 된 3단시효 열처리단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 천이액상 확산법에 의한 방향성 및 단결정 가스터빈 블레이드 수리방법이 등록공개되어 있다.As a prior art related to the repair of such a gas turbine blade, the intermediate member 5 is located between the welding base materials 4 in the vacuum chamber 1 in Korean Patent Registration No. 10-0504381, and the pressure for applying the bonding pressure There is a rod (2) and a support (7), and an induction coil (3, Induction Coil) by a red pepper wave induction heater (10, High Frequency Induction Generator) is installed as a device for heating the welding material, and the welding process is performed. A repair method that performs the bonding step, homogenization heat treatment step, and heat treatment step by a bonding device configured so that a thermocouple (9, Thermocouple, thermometer) is fixed to the welding material and the XY Recorder (8) for process recording is connected In the above, in the bonding step, as the bonding temperature in the temperature range of 1423K or 1473K, it is maintained for within 120 minutes, then slowly cooled to 1273K and then air cooled, and the bonding pressure is kept constant at 20 kPa, and in the homogenization heat treatment step, the solution heat treatment temperature After maintaining at 1393K, furnace cooling, and the heat treatment step is heating to 1473K and immediately cooling at a cooling rate of 10K/min to join, followed by step 1 of 16 hours at 1113K temperature, and 10 hours at 1033K temperature A directional and single crystal gas turbine blade repair method by a transition liquid phase diffusion method, characterized in that two steps to make it happen, and a three-step aging heat treatment step in three steps to be made at 922K temperature for 24 hours have been registered and published. have.

또 다른 종래기술로는 대한민국 공고특허공보 제1997-0010880호에 저합금 철제 증기 터빈 부품의 마모 표면 수리 방법으로서, (a) 1.0 내지 1.35중량%의 Cr와, 1.00 내지 1.30중량%의 Mo와, 0.21중량% 내지 0.29중량%의 V을 함유하고 표면이 마모된 증기 터빈 부품을 제공하는 단계와; (b) 상기 마모된 표면에 제1의 용접 금속층을 용착하여 상기 터빈 부품속에 열영향부를 발생시키는 제1용접 금속층 용착 단계와; (c) 상기 터빈 부품 속의 열영향부의 적어도 일부를 템퍼링할 수 있도록, 상기 제1의 용접 금속층 상에 이 제1의 용접 금속층 용착시 이용된 것보다 더 높은 온도의 열을 이용하여 제2의 용접 금속층을 용착시키는 제2용접 금속층 용착 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 터빈 부품의 마모 표면수리 방법이 공개되어 있다.As another prior art, as a method for repairing the wear surface of low alloy iron steam turbine parts in Korean Patent Publication No. 1997-0010880, (a) 1.0 to 1.35% by weight of Cr, 1.00 to 1.30% by weight of Mo, and providing a steam turbine component containing 0.21% to 0.29% V by weight and having a worn surface; (b) depositing a first weld metal layer on the worn surface to generate a heat-affected zone in the turbine component; (c) a second weld using heat at a higher temperature than was used in depositing the first weld metal layer on the first weld metal layer so as to temper at least a portion of the heat affected zone in the turbine component. There is disclosed a method for repairing abrasion surfaces of a turbine part, characterized in that it consists of a second welding metal layer deposition step of depositing a metal layer.

상술한 바와 같은 종래의 가스터빈 블레이드의 수리는 수리과정이 복잡하고 또한 아주 적은 부분의 크랙 또는 손실에 따른 수리에도 많은 시간이 소요되며, 또한 수리가 되었다 할지라도 기존의 몸체와 수리 부분의 접합이 약하기 때문에 단기간 사용하기 위한 응급조치로서 안전상 장기간 사용할 수 없다는 등의 단점이 있었다.As described above, the repair process of the conventional gas turbine blade is complicated, and it takes a lot of time to repair due to cracks or losses in a very small part, and even if the repair is done, the connection between the existing body and the repaired part is difficult. Because it is weak, it has disadvantages such as that it cannot be used for a long time for safety reasons as an emergency measure for short-term use.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기존의 몸체와 수리 부분의 접합강도가 매우 높아 수리 후 장기간 사용하여도 안전한 가스터빈 블레이드 수리방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for repairing a gas turbine blade that is safe even for long-term use after repair because the bonding strength between the existing body and the repaired part is very high.

본 발명 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법은 가스터빈 블레이드의 탑코팅을 제거하는 1단계; 가스터빈 블레이드의 본드코팅층을 제거하는 2단계; 가스터빈 블레이드의 표면을 블라스트하는 3단계; 본드코팅층 제거 여부 검사하는 4단계; 제거되지 않은 본드코팅층을 다시 제거하는 5단계; 용접 전 열처리하는 6단계; 결함부 검출을 위해 가스터빈 블레이드를 비파괴검사하는 7단계: 결함부가 발생한 가스터빈 블레이드 팁 가공·절단하는 8단계; 가공·절단된 결함부를 고주파 용접하는 9단계; 용접 후 열처리하는 10단계; 용접면을 그라인딩하는 11단계: 불소이온으로 세정하는 12단계; 가공절단면 3차원 스캔닝 및 입력하는 13단계; 레이저클래딩하는 14단계: 원래의 가스터빈 블레이드 팁 형상과 같게 치수를 맞추는 15단계:공정으로 이루어지는 것이 특징이다.A gas turbine blade repair method using high-frequency welding according to the present invention includes a first step of removing the top coating of the gas turbine blade; Step 2 of removing the bond coating layer of the gas turbine blade; Step 3 of blasting the surface of the gas turbine blade; Step 4 of inspecting whether the bond coating layer is removed; Step 5 of removing the non-removed bond coating layer again; 6 steps of heat treatment before welding; Step 7: Non-destructive inspection of gas turbine blades to detect defects: Step 8: Machining and cutting the tip of the gas turbine blades with defects; Step 9 of high-frequency welding of the processed and cut defective parts; 10 steps of heat treatment after welding; Step 11 of grinding the weld surface: Step 12 of cleaning with fluoride ions; 13 step of 3D scanning and inputting the cut surface; It is characterized by a 14-step laser cladding: 15-step process of adjusting the dimensions to the same shape as the original gas turbine blade tip shape.

상술한 바와 같이 본 발명 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법은 기존의 몸체와 수리 부분의 접합강도가 매우 높아 수리 후 장기간 사용하여도 안전하고, 수리 후 장기간 사용하기에 경제적인 측면에서도 블레이드의 잦은 수리와 교체비용을 절감할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.As described above, the gas turbine blade repair method using high-frequency welding of the present invention has a very high bonding strength between the existing body and the repaired part, so it is safe to use for a long time after repair. There are remarkable effects such as reducing repair and replacement costs.

도 1은 본 발명 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법 공정도.
도 2는 가스터빈 블레이드 개요도.
도 3은 본 발명 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법에 따른 가스터빈 블레이드의 크랙과 용접의 상관성을 나타낸 개요도.
1 is a process diagram of a gas turbine blade repair method using high-frequency welding according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a gas turbine blade.
Figure 3 is a schematic diagram showing the correlation between the crack and welding of the gas turbine blade according to the gas turbine blade repair method using the present invention high-frequency welding.

본 발명 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법은 가스터빈 블레이드의 탑코팅을 제거하는 1단계; 가스터빈 블레이드의 본드코팅층을 제거하는 2단계; 가스터빈 블레이드의 표면을 블라스트하는 3단계; 본드코팅층 제거 여부 검사하는 4단계; 제거되지 않은 본드코팅층을 다시 제거하는 5단계; 용접 전 열처리하는 6단계; 결함부 검출을 위해 가스터빈 블레이드를 비파괴검사하는 7단계: 결함부가 발생한 가스터빈 블레이드 팁 가공·절단하는 8단계; 가공·절단된 결함부를 고주파 용접하는 9단계; 용접 후 열처리하는 10단계; 용접면을 그라인딩하는 11단계: 불소이온으로 세정하는 12단계; 가공절단면 3차원 스캔닝 및 입력하는 13단계; 레이저클래딩하는 14단계: 원래의 가스터빈 블레이드 팁 형상과 같게 치수를 맞추는 15단계:공정으로 이루어지는 것이 특징이다.A gas turbine blade repair method using high-frequency welding according to the present invention includes a first step of removing the top coating of the gas turbine blade; Step 2 of removing the bond coating layer of the gas turbine blade; Step 3 of blasting the surface of the gas turbine blade; Step 4 of inspecting whether the bond coating layer is removed; Step 5 of removing the non-removed bond coating layer again; 6 steps of heat treatment before welding; Step 7: Non-destructive inspection of gas turbine blades to detect defects: Step 8: Machining and cutting the tip of the gas turbine blades with defects; Step 9 of high-frequency welding of the processed and cut defective parts; 10 steps of heat treatment after welding; Step 11 of grinding the weld surface: Step 12 of cleaning with fluoride ions; 13 step of 3D scanning and inputting the cut surface; It is characterized by the 14-step laser cladding: 15-step process of adjusting the dimensions to the same shape as the original gas turbine blade tip shape.

그리고 상기 9단계 공정에서의 고주파 용접은 용제를 모재와 동일한 Inconel 738을 사용하고, 14단계 공정에서의 레이저클래딩에서는 Inconel 625 분말을 사용하는 것이 특징이다.And the high frequency welding in the 9-step process uses the same solvent as the base material Inconel 738, and the laser cladding in the 14-step process uses Inconel 625 powder.

또한, 상기 1단계 공정에서의 그릿 블라스팅은 압력 3~5kg/cm2, 알루미나 입자크기 30~50mesh의 조건으로 작업을 진행하고, 3단계 공정에서의 그릿 블라스팅은 압력 3~5kg/cm2, 알루미나 입자크기 120~200mesh의 조건으로 작업을 진행하는 것이 특징이다.In addition, the grit blasting in the first step process is carried out under the conditions of a pressure of 3 to 5 kg/cm 2 , alumina particle size of 30 to 50 mesh, and the grit blasting in the third step is a pressure of 3 to 5 kg/cm 2 , alumina It is characterized by working under the condition of particle size 120~200mesh.

이하, 본 발명 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the gas turbine blade repair method using the high frequency welding of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법 공정도, 도 2는 가스터빈 블레이드 개요도, 도 3은 본 발명 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법에 따른 가스터빈 블레이드의 크랙과 용접의 상관성을 나타낸 개요도이다.1 is a process diagram of a gas turbine blade repair method using high frequency welding according to the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of a gas turbine blade, and FIG. 3 is a crack and welding of a gas turbine blade according to the gas turbine blade repair method using high frequency welding according to the present invention It is a schematic diagram showing the correlation.

참고로, 도 3의 (a)는 블레이드의 팁이 파손된 상태이고, 도 3의 (b)는 블레이드의 팁을 가공 절단한 상태이며, 도 3의 (c)는 가공 절단면보다 깊게 형성된 홈 부분을 고주파 용접으로 메워진 상태이며, 도 3의 (d)는 레이저클래딩으로 블레이드 팁을 형성한 상태를 나타낸 것이다.For reference, Fig. 3 (a) is a state in which the tip of the blade is broken, Fig. 3 (b) is a state in which the tip of the blade is processed and cut, and Fig. 3 (c) is a groove formed deeper than the processed cut surface. is filled by high-frequency welding, and (d) of FIG. 3 shows a state in which the blade tip is formed by laser cladding.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법에 관한 것이다.1 to 3, the present invention relates to a gas turbine blade repair method using high-frequency welding.

더욱 상세하게는 1단계 공정으로서 가스터빈 블레이드의 표면에 묻은 녹이나 이물질과 함께 가스터빈 블레이드의 탑코팅을 그릿 블라스팅(Grit Blasting)에 의해 제거하는 것이다.More specifically, as a one-step process, the top coating of the gas turbine blade together with rust or foreign substances on the surface of the gas turbine blade is removed by grit blasting.

이때, 그릿 블라스팅은 압력 3~5kg/cm2, 알루미나 입자크기 30~50mesh로 세라믹 탑코팅층을 제거하도록 한다.At this time, the grit blasting is performed to remove the ceramic top coating layer with a pressure of 3 to 5 kg/cm 2 , and an alumina particle size of 30 to 50 mesh.

그릿 블라스팅은 예리한 각이 있는 철 조각을 금속 표면에 분사하여 스케일 제거나 가공면을 아름답게 다듬는 작업을 일컫는다.Grit blasting refers to the removal of scale by spraying sharply angled iron pieces onto the metal surface to remove scale or to make the machined surface beautiful.

2단계 공정은 1단계의 그릿 블라스팅에 의해 가스터빈 블레이드의 최상부 코팅이 제거된 후, 외부에 들어난 MCrAlY로 이루어진 가스터빈 블레이드의 본드코팅층을 화학스트리핑에 의해 제거하는 것이다.The second step process is to remove the uppermost coating of the gas turbine blade by the grit blasting of the first step, and then remove the bond coating layer of the gas turbine blade made of MCrAlY by chemical stripping.

염산농도 30~35%, 온도 60~70℃에서 행하도록 한다.The hydrochloric acid concentration is 30~35% and the temperature is 60~70℃.

3단계 공정은 다시 가스터빈 블레이드의 표면을 블라스팅하는 것이다.The three-step process is again blasting the surface of the gas turbine blades.

이때, 그릿 블라스팅은 압력 3~5kg/cm2, 알루미나 입자크기 120~200mesh로 작업을 행하도록 한다.At this time, the grit blasting is performed with a pressure of 3 to 5 kg/cm 2 , and alumina particle size of 120 to 200 mesh.

mesh의 숫자가 작을수록 그릿인 알루미나의 입자는 크다는 것을 의미하는 것으로, 1단계 공정에서는 알루미나의 입자가 3단계 공정에서의 알루미나 입자보다 크기 때문에 보다 3단계 공정의 블라스팅이 보다 정교한 이물질 등의 제거작업이 이루어지게 된다.The smaller the mesh number, the larger the grain of alumina, which is the grit. In the first stage process, the alumina particles are larger than the alumina particles in the third stage process, so the blasting in the third stage process is more sophisticated removal of foreign substances, etc. this will be done

1단계 공정과 마찬가지로 그릿으로 블라스팅하도록 한다.Blast with grit as in step 1 process.

4단계 공정은 본드코팅층이 제거되었는지 검사하는 공정으로 가스터빈 블레이드를 온도 600~650℃ 전기로에서 2시간을 유지한 상태에서 본드코팅층이 제거되었는지 검사하도록 한다.Step 4 is a process of inspecting whether the bond coating layer has been removed, and the gas turbine blade is maintained at a temperature of 600 to 650 ° C in an electric furnace for 2 hours to inspect whether the bond coating layer has been removed.

5단계 공정은 제거되지 않은 본드코팅층을 다시 제거하는 공정으로 제거되지 않은 본드코팅층을 그라인딩해서 제거하도록 한다.The five-step process is a process of removing the bond coating layer that has not been removed again, so that the bond coating layer that has not been removed is removed by grinding.

6단계 공정은 용접 전 열처리하는 공정이다.Step 6 is a heat treatment process before welding.

다시 말해, 6단계 공정은 용접 전 용체화 열처리하는 것으로, 숨겨진 미세한 크랙을 오픈하기 위한 비파괴 검사 전 열처리 공정이다.In other words, the 6-step process is a solution heat treatment before welding, which is a heat treatment process before non-destructive inspection to open hidden microcracks.

열처리 조건은 진공도 1.0 x e-4~-6 , 온도 1100~1180℃, 2~3 시간 유지 후 가스냉각하도록 한다.The heat treatment conditions are vacuum degree 1.0 xe -4~-6 , temperature 1100~1180℃, hold for 2~3 hours, and then cool with gas.

7단계 공정은 결함부 검출을 위해 가스터빈 블레이드를 비파괴검사하는 공정이다.The seven-step process is a process of non-destructive testing of gas turbine blades to detect defects.

일반적으로 형광침투탐상법이라고 한다.In general, it is called fluorescence penetrant inspection.

8단계 공정은 결함부가 발생한 가스터빈 블레이드 팁을 가공·절단하는 공정이다.The 8-step process is a process of machining and cutting the tip of the gas turbine blade with the defect.

상기 비파괴검사에서 확인된 결함부위만 가공절단하는 것이다.Only the defective parts identified in the non-destructive inspection are processed and cut.

9단계 공정은 가공·절단된 결함부를 고주파 용접하는 공정이다.The 9-step process is a process of high-frequency welding of the processed and cut defective parts.

이때, 고주파 용접에서의 용접재는 블레이드와 동일한 소재로 용접하도록 한다.At this time, the welding material in the high-frequency welding is to be welded with the same material as the blade.

즉, 일반적으로 고주파 용접에선 블레이드와 동일한 소재인 Inconel 738을 사용하여 용접한다.That is, in general, in high-frequency welding, Inconel 738, the same material as the blade, is used for welding.

바람직한 실시로서 블레이드를 챔버 안에 설치되어 있는 고주파를 형성하는 코일 내부에 위치시키고 아르곤가스를 퍼징(purging)하면서 전류를 인가하여 블레이드 온도가 950~1050℃가 되도록 가열하여 유지하면서 Inconel 738 와이어를 사용하여 20~30분 이내에 용접을 완료하도록 한다.As a preferred implementation, the blade is placed inside the coil that forms a high frequency installed in the chamber, and the current is applied while purging the argon gas, heating and maintaining the blade temperature so that the blade temperature is 950 ~ 1050 ℃ using Inconel 738 wire. Welding should be completed within 20-30 minutes.

상술한 바와 같이 본 발명의 고주파 용접 공정은 모재와 같은 재질의 용접재를 사용하여 고온에서 아르곤 분위기에서 용접하기 때문에 모재와 용접재의 접합이 우수한 장점이 있다. As described above, in the high-frequency welding process of the present invention, since welding is performed in an argon atmosphere at a high temperature using a welding material of the same material as the base material, the bonding between the base material and the welding material is excellent.

10단계 공정은 고주파 용접 후 열처리하는 공정이다.The 10-step process is a heat treatment process after high-frequency welding.

용접된 상태에서 승온 후 1090~1140℃에서 20~30분 유지 후 950~1050℃에서 상온까지 아르곤 가스로 냉각하도록 한다.After raising the temperature in the welded state, keep it at 1090~1140℃ for 20~30 minutes, and then cool it with argon gas from 950~1050℃ to room temperature.

11단계 공정은 열처리된 블레이드의 가공부위를 그라인딩하는 공정이다.Step 11 is a process of grinding the processed part of the heat-treated blade.

12단계 공정은 불소이온으로 블레이드를 세정하는 공정이다.The 12-step process is a process of cleaning the blade with fluoride ions.

크랙에 있는 산화물을 제거하고, 용접면에서 Al, Ti, Cr 등 미량원소들을 고갈시켜 브레이징 또는 용접 성능을 향상시키는 공정이다.It is a process to improve brazing or welding performance by removing oxides in cracks and depleting trace elements such as Al, Ti, Cr on the welding surface.

더욱 상세하게는, 압력 100~600 Torr, 온도 900~1150℃에서 HF가스를 사용하여 고온부품의 크랙에 있는 산화물 특히 A2O3, TiO2, Cr2O3 등을 제거하는 것으로, 그 반응식은 다음과 같다.More specifically, by using HF gas at a pressure of 100 to 600 Torr and a temperature of 900 to 1150° C., oxides in cracks of high-temperature parts, especially A 2 O 3 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , etc. are removed, and the reaction formula Is as follows.

6HF + Al2O3 → 2AlF3 + 3H2O6HF + Al 2 O 3 → 2AlF 3 + 3H 2 O

4HF + TiO2 → TiF4 + 2H2O4HF + TiO 2 → TiF 4 + 2H 2 O

6HF + Cr2O3 → 2CrF3 +3H2O6HF + Cr 2 O 3 → 2CrF 3 +3H 2 O

또한, 용접면에서 HF가스를 사용항 Al, Ti, Cr 등 미량원소들을 고갈시켜 아래 반응식과 같이In addition, HF gas is used on the welding surface to deplete trace elements such as Al, Ti, and Cr as shown in the following reaction formula.

6HF + 2Al → 2AlF3 + 3H2 6HF + 2Al → 2AlF 3 + 3H 2

8HF + 2Ti → 2TiF4 + 4H2 8HF + 2Ti → 2TiF 4 + 4H 2

6HF + 2Cr → 2CrF3 +3H2 6HF + 2Cr → 2CrF 3 +3H 2

13단계 공정은 가공·절단면을 3차원 스캔닝 및 입력하는 공정이다.The 13-step process is a process of 3D scanning and inputting the machined/cut surface.

즉, 가공절단된 용접면을 레이저로 스캔하여 용접경로를 설정하고, 적층할 형상 및 체적 계산을 수행한 후 프로그램에 자동 입력되어 설정된 용접경로를 따라 레이저클래딩 할 수 있게 컴퓨터프로그램을 지원하는 공정이다.In other words, it is a process that supports a computer program so that the laser cladding can be performed by scanning the cut welding surface with a laser to set the welding path, calculate the shape and volume to be laminated, and then automatically input into the program and follow the set welding path. .

14단계 공정은 상기 13단계 공정에서 설정된 용접경로를 레이저클래딩하는 공정이다.The 14-step process is a process of laser cladding the welding path set in the 13-step process.

레이저클래딩의 조건으로는 분말을 용접면에 용융 적층하는 공정으로 분말 Inconel 625, 분말크기 30~150um, 분말주입속도 3~10g/min, 투입파워500~1000 W, 건 속도 500~1000mm/min으로 진행하도록 한다.The condition of laser cladding is a process of melting and laminating powder on the welding surface. Powder Inconel 625, powder size 30~150um, powder injection speed 3~10g/min, input power 500~1000 W, gun speed 500~1000mm/min. let it proceed

용제를 고주파 용접에서는 모재와 동일한 IN 738을 사용하고, 레이저클래딩에서는 IN 625를 사용하는 이유는 IN 625는 Al, Ti의 함량이 각각 0.4wt% 미만으로 함유하고 있어 용접크랙이 발생하지 않는 반면, IN 738은 IN 625 보다 합금성분 중에 Al, Ti의 함량이 각각 약 3.5 wt%로 많이 함유하고 있어 용접중에 발생하는 고온크랙에 쉽게 노출되기 때문에 IN 738 모재를 고온으로 예열하면서 용접하는 유도가열방식의 고주파용접이 유리하기 때문이다.The reason for using the same IN 738 as the base material for high-frequency welding with a solvent and IN 625 for laser cladding is that IN 625 contains less than 0.4 wt% of Al and Ti, respectively, so that welding cracks do not occur. IN 738 contains more Al and Ti at about 3.5 wt% in alloy components than IN 625, so it is easily exposed to high-temperature cracks that occur during welding. This is because high-frequency welding is advantageous.

15단계 공정은 원래의 가스터빈 블레이드 팁 형상과 같게 치수를 맞추는 공정이다.The 15-step process is a process of dimensioning the original gas turbine blade tip shape.

상술한 공정에 따른 본 발명의 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법을 간략히 요약하면, 결함부가 발생한 블레이드의 면의 이물질을 제거한 후, 가공·절단하여 블레이드의 결함이 형성된 면이 매끄럽게 되도록 하여 도 2에 도시된 바와 같이 블레이드의 결함부가 형성된 면에서 깊은 홈은 블레이드와 동일한 소재의 용접재를 사용하여 고주파 용접으로 홈을 메우게 되며, 고주파 용접으로 홈을 메운 후에는 레이저클래딩으로 가공·절단에 의해 사라진 블레이드의 팁의 치수 만큼 형성시키는 것이다.Briefly summarizing the gas turbine blade repair method using high-frequency welding of the present invention according to the above-described process, after removing foreign substances on the surface of the blade where the defective part is generated, processing and cutting to make the defective surface of the blade smooth. As shown in Fig., the deep groove on the surface where the defective part is formed is filled with high-frequency welding using a welding material of the same material as the blade, and after filling the groove with high-frequency welding, it is processed and cut with laser cladding. It is to form as much as the size of the tip of the missing blade.

상술한 바와 같이 본 발명 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법은 기존의 몸체와 수리 부분의 접합강도가 매우 높아 수리 후 장기간 사용하여도 안전하고, 수리 후 장기간 사용하기에 경제적인 측면에서도 블레이드의 잦은 수리와 교체비용을 절감할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.As described above, the gas turbine blade repair method using high-frequency welding of the present invention has a very high bonding strength between the existing body and the repaired part, so it is safe to use for a long time after repair. There are remarkable effects such as reducing repair and replacement costs.

Claims (6)

가스터빈 블레이드의 탑코팅을 제거하는 1단계; 가스터빈 블레이드의 본드코팅층을 제거하는 2단계; 가스터빈 블레이드의 표면을 블라스트하는 3단계; 본드코팅층 제거 여부 검사하는 4단계; 제거되지 않은 본드코팅층을 다시 제거하는 5단계; 용접 전 열처리하는 6단계; 결함부 검출을 위해 가스터빈 블레이드를 비파괴검사하는 7단계: 결함부가 발생한 가스터빈 블레이드 팁 가공·절단하는 8단계; 가공·절단된 결함부를 고주파 용접하는 9단계; 용접 후 열처리하는 10단계; 용접면을 그라인딩하는 11단계: 불소이온으로 세정하는 12단계; 가공·절단면 3차원 스캔닝 및 입력하는 13단계; 레이저클래딩하는 14단계: 원래의 가스터빈 블레이드 팁 형상과 같게 치수를 맞추는 15단계:공정으로 이루어지는 것으로,
상기 9단계 공정에서의 고주파 용접은 용제를 모재와 동일한 Inconel 738을 사용하고, 14단계 공정에서의 레이저클래딩에서는 Inconel 625 분말을 사용하되,
상기 9단계 공정에서의 고주파 용접은 블레이드를 챔버 안에 설치되어 있는 고주파를 형성하는 코일 내부에 위치시키고 아르곤가스를 퍼징(purging)하면서 전류를 인가하여 블레이드 온도가 950~1050℃가 되도록 가열하여 유지하면서 Inconel 738 와이어를 사용하여 20~30분 이내에 용접을 완료하는 것이 특징인 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법.
Step 1 of removing the top coating of the gas turbine blade; Step 2 of removing the bond coating layer of the gas turbine blade; Step 3 of blasting the surface of the gas turbine blade; Step 4 of inspecting whether the bond coating layer is removed; Step 5 of removing the non-removed bond coating layer again; 6 steps of heat treatment before welding; Step 7: Non-destructive inspection of gas turbine blades to detect defects: Step 8: Machining and cutting the tip of the gas turbine blades with defects; Step 9 of high-frequency welding of the processed and cut defective parts; 10 steps of heat treatment after welding; Step 11 of grinding the weld surface: Step 12 of cleaning with fluoride ions; 13 steps of 3D scanning and input of the machining/cut surface; 14 steps of laser cladding: 15 steps of adjusting the dimensions to the same shape as the original gas turbine blade tip shape:
In the 9-step process, high-frequency welding uses the same solvent as the base material Inconel 738, and the laser cladding in the 14-step process uses Inconel 625 powder,
In the high-frequency welding in the 9-step process, the blade is placed inside a coil that forms a high-frequency wave installed in the chamber, and a current is applied while purging argon gas to heat and maintain the blade temperature to 950 ~ 1050 ° C. A gas turbine blade repair method using high-frequency welding, characterized by completing welding within 20 to 30 minutes using Inconel 738 wire.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 14단계 공정에서의 레이저클래딩의 조건으로는 분말을 용접면에 용융 적층하는 공정으로 분말 Inconel 625, 분말크기 30~150um, 분말주입속도 3~10g/min, 투입파워500~1000 W, 건 속도 500~1000mm/min으로 진행하는 것이 특징인 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법.
According to claim 1,
The conditions of laser cladding in the 14-step process are a process of melting and laminating powder on the welding surface. Powder Inconel 625, powder size 30~150um, powder injection speed 3~10g/min, input power 500~1000 W, gun speed A gas turbine blade repair method using high-frequency welding, characterized by processing at 500-1000mm/min.
제1항에 있어서,
상기 1단계 공정에서의 그릿 블라스팅은 압력 3~5kg/cm2, 알루미나 입자크기 30~50mesh의 조건으로 작업을 진행하고, 3단계 공정에서의 그릿 블라스팅은 압력 3~5kg/cm2, 알루미나 입자크기 120~200mesh의 조건으로 작업을 진행하는 것이 특징인 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법.
According to claim 1,
The grit blasting in the first step process is carried out under the conditions of a pressure of 3 to 5 kg/cm 2 , alumina particle size of 30 to 50 mesh, and the grit blasting in the third step is a pressure of 3 to 5 kg/cm 2 , alumina particle size A gas turbine blade repair method using high-frequency welding, which is characterized by working under conditions of 120-200 mesh.
제1항에 있어서,
상기 10단계 공정은 고주파 용접 후 열처리하는 공정은 용접된 상태에서 승온 후 1090~1140℃에서 20~30분 유지 후 950~1050℃에서 상온까지 아르곤 가스로 냉각하도록 하는 것이 특징인 고주파 용접을 이용한 가스터빈 블레이드 수리방법.
According to claim 1,
In the 10-step process, the heat treatment process after high frequency welding is a gas using high frequency welding, characterized in that after heating in a welded state, the temperature is maintained at 1090 to 1140 ° C. for 20 to 30 minutes, and then cooled with argon gas from 950 to 1050 ° C. to room temperature. How to repair turbine blades.
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