KR102458041B1 - Method for repairing turbine rotor using ultrasonic vibration and laser clading - Google Patents

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강현기
변삼섭
정택호
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터보파워텍(주)
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Abstract

The present invention relates to a method for repairing a turbine rotor using ultrasonic vibration and laser cladding. More specifically, the present invention relates to a method for repairing a turbine rotor using ultrasonic vibration and laser cladding, which comprises: a first step to warehouse a turbine rotor with a damaged journal unit; a second step to mechanically process the damaged journal unit of the turbine rotor; a third step to, after the mechanical processing, perform a non-destructive inspection; a fourth step to perform backstrip welding on the damaged journal unit through laser cladding; a fifth step to, after the backstrip welding, mechanically process the welded part; a sixth step to, after the mechanical processing, inspect the surface; and a seventh step to, after the surface inspection, inspect the volume. In the fourth step, when performing the backstrip welding through laser cladding, ultrasonic vibration and infrared rays are applied to the turbine rotor or welding powder. As mentioned above, according to the present invention, the method for repairing a turbine rotor using ultrasonic vibration and laser cladding applies ultrasonic vibration to parent metal or powder when performing the backstrip welding using laser cladding to reduce the air hole ratio when the metal powder, which is melted by ultrasonic vibration in a melt pool with the melted powder, is coagulated, minimize residual stress, make the tissue of the backstrip welded part minute by ultrasonic vibration, and increase mechanical strength and abrasion resistance.

Description

초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법{Method for repairing turbine rotor using ultrasonic vibration and laser clading}Method for repairing turbine rotor using ultrasonic vibration and laser cladding

본 발명은 터빈로터 수리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터빈로터 또는 용접분말에 초음파 진동과 원적외선을 가하여 터빈로터를 수리하는 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a turbine rotor repair method, and more particularly, to a turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding for repairing a turbine rotor by applying ultrasonic vibration and far-infrared rays to a turbine rotor or welding powder.

터빈로터는 익형(Bucket)의 회전력을 조립된 로터(Rotor)를 통해 발전기에 전달하는 역할을 하고 있다. 운전 중에 로터는 고온·고압의 부하에서 익형의 고속회전에 의해 발생되는 원심력으로 인해 진동과 열피로를 받게 된다. The turbine rotor serves to transmit the rotational force of the bucket to the generator through the assembled rotor. During operation, the rotor is subjected to vibration and thermal fatigue due to the centrifugal force generated by the high-speed rotation of the airfoil under high-temperature and high-pressure loads.

특히, 로터 저널부는 고속회전과 진동에 의해 정비주기 또는 예상치 못한 사고에 의해 저널부 마모 손상 수리는 필수적이다. 손상 수리에 대한 종래 기술은 로터 저널부의 손상부위를 기계적으로 가공한 후 저널의 외경이 작아진 만큼 저널 베어링 내경을 작게 제작하여 수리하는 공정을 채택하고 있다. In particular, it is essential to repair the wear and tear of the journal part due to a maintenance cycle or an unexpected accident due to high-speed rotation and vibration of the rotor journal part. The prior art for damage repair employs a process of repairing the inner diameter of the journal bearing by making the inner diameter of the journal bearing smaller as the outer diameter of the journal becomes smaller after mechanically processing the damaged portion of the rotor journal.

그러나 가혹한 운전 또는 돌발 상황으로 손상 저널부가 기계 가공 수리 한계를 넘어선 경우 손상 저널부에 육성 용접이 필요한데 일반적인 아크 용접은 입열량이 매우 높아 모재에 변형이 발생하고, 또한 높은 온도로부터 용융풀(Melt pool)의 급냉에 의한 수축으로 인해 열영향부(Heat Affected Zone)에 크랙이 발생되어 로터 수리에 적합하지 않는 단점이 있다. However, if the damaged journal part exceeds the limit of machining and repair due to severe operation or unexpected conditions, build-up welding is required for the damaged journal part. In general arc welding, the amount of heat input is very high, so deformation of the base material occurs, and also melt pool (melt pool) from high temperature. ), cracks are generated in the Heat Affected Zone due to the shrinkage caused by the rapid cooling, so it is not suitable for rotor repair.

반면, 레이저 클래딩 방법은 입열량이 매우 낮아 모재의 변형 및 크랙이 발생되지 않는 장점이 있다. On the other hand, the laser cladding method has an advantage in that the amount of heat input is very low, so that deformation and cracks of the base material do not occur.

이러한 터빈로터의 수리 전체 공정기술은 도 1에서 보는바와 같이 입고 검사 후 세척을 수행한 후, 로터의 저널부에 있는 Seal strip을 제거하고, 블레이드 캐리어 검사 및 수리 후, 로터 축 전체 검사를 위해서 로터에서 블레이드 분리, 로터 표면에 붙은 이물질 및 스케일 제거를 위해 그릿 블라스팅, Diaphragm 3D 스캔 후, 특히 로터의 저널부 마모 손상 부위 수리복구를 위해 기계가공 또는 레이저 클래딩 육성으로 로터를 수리하고 있다. 로터저널 수리 후 Seal Strip 장착, 고압 블레이드 장착 후, Seal Strip 최종 치수 가공, 저압단의 블레이드 침식 또는 마모 방지를 위해 경화 열처리된 저압 블레이드를 장착하고, API 6177e Standard 근거 고속 밸런싱 작업으로 전체 터빈 로터 수리 공정을 완료한다.As shown in FIG. 1, the entire process technology for repairing the turbine rotor is after receiving inspection and cleaning, removing the seal strip in the journal part of the rotor, and after inspecting and repairing the blade carrier, the rotor to inspect the entire rotor shaft. At the company, the rotor is repaired by machining or laser cladding incubation for blade separation, grit blasting to remove foreign matter and scale from the rotor surface, and 3D scanning of the diaphragm, especially for repairing and repairing damaged areas of wear and tear on the journal part of the rotor. After rotor journal repair, seal strip installation, high pressure blade installation, seal strip final dimension processing, hardened heat treatment low pressure blade to prevent blade erosion or abrasion at low pressure end, and high-speed balancing operation based on API 6177e standard to repair the entire turbine rotor Complete the process.

전체 로터수리 공정 중 저널부 마모 손상에 대한 종래의 수리 기술은 기계가공과 육성용접 2가지 방법으로 나눌 수 있다(도 2, 3). The conventional repair technique for the wear damage of the journal part during the entire rotor repair process can be divided into two methods: machining and growth welding ( FIGS. 2 and 3 ).

기계가공은 저널 마모 손상부를 기계가공 후 열처리 하고, 저널의 외경이 감소한 만큼 저널 베어링 내경을 작게 제작하여 수리하는 공정으로 저널 베어링을 새로 제작하는 번거로움이 있다. 특히 저널부의 손상이 깊어 저널 외경을 가공 시 로터의 설계 강도를 벗어난 경우 이 방법을 적용하는 것은 한계가 있다. Machining is a process in which the journal bearing damaged part is heat treated after machining, and the inner diameter of the journal bearing is reduced as the outer diameter of the journal is reduced. In particular, there is a limit to applying this method to the case where the damage to the journal part is deep and the outer diameter of the journal is out of the design strength of the rotor.

반면, 육성용접 방법은 저널 손상부가 너무 깊어 기계가공의 한계를 벗어난 경우 적용 가능한 방법으로 알려져 있다. On the other hand, the growth welding method is known as an applicable method when the journal damage is too deep and out of the limit of machining.

그러나 육성용접은 용접 시 높은 열에 의해 모재가 변형되고, 용융된 용가재의 급속 응고에 의한 수축으로 크랙이 발생하는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 입열량이 적은 레이저 클래딩 육성 용접이 널리 사용되고 있으나, 육성 후 열처리 시 로터의 변형을 방지하기 위해 로터를 수직으로 매달아 대략 600℃에서 4시간 동안 열처리해야 하는 불편함이 있다.However, growth welding has disadvantages in that the base material is deformed by high heat during welding, and cracks occur due to shrinkage due to rapid solidification of the molten filler metal. To overcome this, laser cladding growth welding with a small amount of heat input is widely used, but in order to prevent deformation of the rotor during heat treatment after growth, it is inconvenient to hang the rotor vertically and heat it at about 600° C. for 4 hours.

대한민국 등록특허공보 제10-2201477호(등록일자 2021년 01월 06일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2201477 (Registration date January 06, 2021) 대한민국 등록특허공보 제10-0624996호(등록일자 2006년 09월 11일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-0624996 (Registration Date September 11, 2006) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0022951호(공개일자 2014년 02월 25일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0022951 (published on February 25, 2014)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저 클래딩을 통한 육성용접 시 초음파 진동과 원적외선 파장을 가함으로써 용융된 금속분말이 응고할 때 기공율을 감소시키고, 잔류응력을 최소화시킬 수 있으며, 또한 초음파 진동에 의해 육성 용접부의 조직이 미세해짐으로써 기계적 강도 및 내마모 특성을 증가시킬 수 있는 터빈로터 수리방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and by applying ultrasonic vibration and far-infrared wavelength during growth welding through laser cladding, when the molten metal powder solidifies, the porosity can be reduced, and the residual stress can be minimized, In addition, an object of the present invention is to provide a turbine rotor repair method capable of increasing mechanical strength and abrasion resistance characteristics by making the structure of the build-up welded portion finer by ultrasonic vibration.

본 발명 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법은 저널부가 손상된 터빈로터를 입고하는 1단계 공정; 상기 터빈로터의 손상된 저널부를 기계가공하는 2단계 공정; 기계가공 후, 비파괴 검사하는 3단계 공정; 레이저 클래딩을 통한 손상된 저널부에 육성용접하는 4단계 공정; 육성용접 후, 용접부위를 기계가공하는 5단계 공정; 기계가공 후, 표면 검사하는 6단계 공정; 표면 검사 후, 체적 검사하는 7단계 공정;을 포함하여 이루어지되, 상기 4단계 공정에는 레이저 클래딩을 통한 육성용접 시 터빈로터 또는 용접분말에 초음파 진동과 원적외선을 가하는 것이 특징이다.A turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding of the present invention is a first-step process of wearing a damaged turbine rotor journal; a two-step process of machining the damaged journal part of the turbine rotor; Three-step process with non-destructive testing after machining; A four-step process of growth welding to the damaged journal part through laser cladding; After growth welding, a five-step process of machining the welded part; 6-step process of surface inspection after machining; After the surface inspection, a 7-step process of performing a volumetric inspection; and, the 4 step process is characterized by applying ultrasonic vibrations and far-infrared rays to the turbine rotor or welding powder during growth welding through laser cladding.

상술한 바와 같이 본 발명 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법은 레이저 클래딩 육성 용접 시 모재 또는 분말에 초음파 진동을 가하면 분말이 용융된 용융풀(Melt pool)에서 초음파 진동에 의해서 용융된 금속분말이 응고할 때 기공율을 감소시키고, 잔류응력을 최소화시킬 수 있으며, 또한 초음파 진동에 의해 육성 용접부의 조직이 미세해짐으로써 기계적 강도 및 내마모 특성이 증가한다는 등의 현저한 효과가 있다.As described above, in the turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding of the present invention, when ultrasonic vibration is applied to the base material or powder during laser cladding growth welding, the powder is melted in the melt pool by ultrasonic vibration. It is possible to reduce the porosity during solidification, to minimize residual stress, and also has remarkable effects, such as increasing the mechanical strength and wear resistance properties by the microstructure of the weld weld by ultrasonic vibration.

도 1은 종래의 터빈로터 재생수리 공정도.
도 2는 종래의 로터 저널부 손상 기계가공 수리 공정도.
도 3은 종래의 로터 저널부 손상 수리 레이저클래딩 공정도.
도 4는 본 발명 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리 공정도.
도 5는 본 발명 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리에 사용되는 지그장치 개요도.1 is a conventional turbine rotor regeneration repair process diagram.
Figure 2 is a conventional rotor journal part damage machining repair process diagram.
Figure 3 is a conventional rotor journal part damage repair laser cladding process diagram.
Figure 4 is a turbine rotor repair process diagram using the present invention ultrasonic vibration and laser cladding.
5 is a schematic diagram of a jig device used for turbine rotor repair using ultrasonic vibration and laser cladding of the present invention.

본 발명 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법은 저널부가 손상된 터빈로터(200)를 입고하는 1단계 공정; 상기 터빈로터(200)의 손상된 저널부를 기계가공하는 2단계 공정; 기계가공 후, 비파괴 검사하는 3단계 공정; 레이저 클래딩을 통한 손상된 저널부에 육성용접하는 4단계 공정; 육성용접 후, 용접부위를 기계가공하는 5단계 공정; 기계가공 후, 표면 검사하는 6단계 공정; 표면 검사 후, 체적 검사하는 7단계 공정;을 포함하여 이루어지되, 상기 4단계 공정에는 레이저 클래딩을 통한 육성용접 시 터빈로터(200) 또는 용접분말에 초음파 진동과 원적외선을 가하는 것이 특징이다.A turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding of the present invention is a one-step process of wearing a turbine rotor 200 with a damaged journal; A two-step process of machining the damaged journal portion of the turbine rotor 200; Three-step process with non-destructive testing after machining; A four-step process of growth welding to the damaged journal part through laser cladding; After growth welding, a five-step process of machining the welded part; 6-step process of surface inspection after machining; After the surface inspection, a 7-step process of performing a volumetric inspection; and, the 4 step process is characterized by applying ultrasonic vibrations and far-infrared rays to the turbine rotor 200 or welding powder during growth welding through laser cladding.

상기 4단계 공정에서 초음파 진동은 20KHz∼100MHz, 원적외선 파장은 10∼1000㎛ 사이에서 진행하여 모재인 터빈로터(200)의 저널부의 온도를 400∼600℃ 내로 유지하면서 레이저 클래딩을 통한 육성용접을 수행하는 것이 특징이다.In the four-step process, ultrasonic vibration proceeds between 20 KHz to 100 MHz, and the far-infrared wavelength is between 10 and 1000 μm to maintain the temperature of the journal portion of the turbine rotor 200, which is the base material, within 400 to 600° C. while performing growth welding through laser cladding. It is characterized by

그리고 상기 4단계 공정에서 터빈로터(200)는 터빈로터(200)의 양단을 지지하여 회전구동이 가능하도록 지그장치(100)에 고정장착한 후, 진동자(300)를 터빈로터(200)로의 표면에 접촉시키고 터빈로터(200)는 회전시키면서 진동자(300)를 통해 초음파 진동을 전달시키도록 한다.And in the four-step process, the turbine rotor 200 is fixedly mounted on the jig device 100 to support both ends of the turbine rotor 200 to enable rotational driving, and then the vibrator 300 is mounted on the surface of the turbine rotor 200 . to transmit ultrasonic vibration through the vibrator 300 while rotating the turbine rotor 200 .

또한, 상기 지그장치(100)는 지면에 안착되어 있는 베이스플레이트(110)와, 상기 베이스플레이트(110)의 양단에 각각 직립하도록 설치되는 고정프레임(120) 및 가동프레임(130)과, 가동프레임(130)에 대향하는 고정프레임(120)의 일면에 터빈로터(200)를 고정 및 회전구동하게 구성된 구동부(140)와, 상기 고정프레임(120)에 대향하는 가동프레임(130)의 일면에 터빈로터(200)를 고정하여 공회전하게 구성된 피동부(150)로 구성된 것이 특징이다.In addition, the jig device 100 includes a base plate 110 seated on the ground, a fixed frame 120 and a movable frame 130 installed to stand upright at both ends of the base plate 110, respectively, and a movable frame. A driving unit 140 configured to fix and rotationally drive the turbine rotor 200 on one surface of the fixed frame 120 opposite to the 130, and a turbine on one surface of the movable frame 130 opposite to the fixed frame 120 It is characterized in that it consists of a driven part 150 configured to fix the rotor 200 to idle.

또한, 상기 베이스플레이트(110)의 상면에는 고정프레임(120)과 가동프레임(130) 간을 가로지르게 제1가이드레일(111)이 형성되고, 상기 가동프레임(130)은 제1가이드레일(111)에 안착되어 직선운동하는 것이 특징이다.In addition, a first guide rail 111 is formed on the upper surface of the base plate 110 to cross between the fixed frame 120 and the movable frame 130 , and the movable frame 130 includes the first guide rail 111 . ) and is characterized by linear motion.

또한, 상기 고정프레임(120)과 가동프레임(130)의 상단에는 각각 제1수직프레임(121)과 제2수직프레임(131)이 연장현성되어 있되, 상기 제1수직프레임(121)과 제2수직프레임(131) 간에는 제2가이드레일(180)이 형성되고, 상기 제2가이드레일(180)에는 진동자(300)를 장착하는 것이 특징이다.In addition, a first vertical frame 121 and a second vertical frame 131 are extended on the upper ends of the fixed frame 120 and the movable frame 130, respectively, the first vertical frame 121 and the second A second guide rail 180 is formed between the vertical frames 131 , and the vibrator 300 is mounted on the second guide rail 180 .

또한, 상기 제2수직프레임(131)에는 터빈로터(200)에 나란한 방향으로 관통홀이 형성되어 있어 제2가이드레일(180)의 일단은 제1수직프레임(121)에 고정되고, 타단은 제2수직프레임(131)에 형성된 관통홀을 관통하도록 체결되어 있는 것이 특징이다.In addition, a through hole is formed in the second vertical frame 131 in a direction parallel to the turbine rotor 200 , so that one end of the second guide rail 180 is fixed to the first vertical frame 121 , and the other end is the second vertical frame 121 . It is characterized in that it is fastened to pass through the through hole formed in the second vertical frame 131 .

또한, 상기 제2가이드레일(180)에는 검사수단(190)을 장착할 수 있는 것이 특징이다.In addition, it is characterized in that the inspection means 190 can be mounted on the second guide rail 180 .

또한, 상기 검사수단(190)으로는 레이저장치를 사용할 수 있는 것으로, 상기 레이저장치에서 조사되는 레이저를 터빈로터(200)의 저널부에 조사하고, 터빈로터(200)를 회전구동시키게 되면 터빈로터(200)의 변형 또는 뒤틀림 및 편심정도를 파악할 수 있는 것이 특징이다.In addition, a laser device can be used as the inspection means 190 , and when the laser irradiated from the laser device is irradiated to the journal portion of the turbine rotor 200 , and the turbine rotor 200 is rotationally driven, the turbine rotor It is characterized in that the degree of deformation or distortion and eccentricity of (200) can be grasped.

또한, 상기 검사수단(190)는 제2가이드레일(180) 상에 복수 개를 장착할 수 있되, 각각의 검사수단(190)은 제2가이드레일(180)을 따라 이동할 수 있는 것이 특징이다.In addition, a plurality of the inspection means 190 can be mounted on the second guide rail 180 , and each of the inspection means 190 is characterized in that it can move along the second guide rail 180 .

이하, 본 발명 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리 공정도이다.Figure 4 is a turbine rotor repair process diagram using the present invention ultrasonic vibration and laser cladding.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법에 관한 것이다.4, the present invention relates to a turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding.

더욱 상세하게는 본 발명 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법은 저널부가 손상된 터빈로터(200)를 입고하는 1단계 공정; 상기 터빈로터(200)의 손상된 저널부를 기계가공하는 2단계 공정; 기계가공 후, 비파괴 검사하는 3단계 공정; 레이저 클래딩을 통한 손상된 저널부에 육성용접하는 4단계 공정; 육성용접 후, 용접부위를 기계가공하는 5단계 공정; 기계가공 후, 표면 검사하는 6단계 공정; 표면 검사 후, 체적 검사하는 7단계 공정;을 포함하여 이루어지되, 상기 4단계 공정에는 레이저 클래딩을 통한 육성용접 시 터빈로터(200) 또는 용접분말에 초음파 진동과 원적외선을 가하는 것이 특징이다.In more detail, the method of repairing a turbine rotor using ultrasonic vibration and laser cladding of the present invention includes a one-step process of wearing a damaged turbine rotor 200 with a journal; A two-step process of machining the damaged journal portion of the turbine rotor 200; Three-step process with non-destructive testing after machining; A four-step process of growth welding to the damaged journal part through laser cladding; After growth welding, a five-step process of machining the welded part; 6-step process of surface inspection after machining; After the surface inspection, a 7-step process of performing a volumetric inspection; and, the 4 step process is characterized by applying ultrasonic vibrations and far-infrared rays to the turbine rotor 200 or welding powder during growth welding through laser cladding.

이때, 상기 4단계 공정에서 초음파 진동은 20KHz∼100MHz, 원적외선 파장은 10∼1000㎛ 사이에서 진행하여 모재인 터빈로터(200)의 온도를 400∼600℃ 내로 유지하면서 레이저 클래딩을 통한 육성용접을 수행하도록 한다.At this time, in the four-step process, ultrasonic vibration proceeds between 20 KHz to 100 MHz, and the far-infrared wavelength is between 10 and 1000 μm to maintain the temperature of the turbine rotor 200, which is the base material, within 400 to 600 ° C. do it

그리고 4단계 공정에서 터빈로터(200)는 터빈로터(200)의 양단을 지지하여 회전구동이 가능하도록 지그장치(100)에 고정장착한 후, 진동자(300)를 터빈로터(200)의 표면에 접촉시키고 터빈로터(200)는 회전시키면서 진동자(300)를 통해 초음파 진동을 전달시키도록 한다.And in the fourth step process, the turbine rotor 200 is fixedly mounted to the jig device 100 to support both ends of the turbine rotor 200 to enable rotational driving, and then the vibrator 300 is mounted on the surface of the turbine rotor 200 . The ultrasonic vibration is transmitted through the vibrator 300 while making contact with the turbine rotor 200 while rotating.

본 발명에 사용되는 지그장치(100)는 아래에 상세히 설명하도록 한다.The jig device 100 used in the present invention will be described in detail below.

터빈로터(200)는 지그장치(100)에 안착되어 회전을 하기 때문에 최적의 초음파를 육성 용접부에 전달하기 위해서 육성 용접부로부터 0.5∼100mm 이내 떨어진 곳에 진동자(300)를 부착하여 모재인 터빈로터(200)에 진동을 주면서 레이저 클래딩을 통한 육성용접을 수행한다. Since the turbine rotor 200 is seated on the jig device 100 and rotates, the vibrator 300 is attached to the base material, the turbine rotor 200, by attaching the vibrator 300 within 0.5 to 100 mm away from the growth welding part in order to transmit the optimal ultrasonic wave to the growing welding part. ) while giving vibration to the welding, through laser cladding.

즉, 진동자(300)는 모재인 터빈로터(200)의 표면에 접척되도록 하되, 용접부로부터는 0.5∼100mm 이내 떨어진 터빈로터(200)의 표면에 접촉시키도록 한다.That is, the vibrator 300 is brought into contact with the surface of the turbine rotor 200, which is a base material, and is brought into contact with the surface of the turbine rotor 200 away from the welding part within 0.5 to 100 mm.

보다 바람직하게는 육성 용접부로부터 100mm 이상 떨어진 곳에서 모재에 물을 적시면서 초음파 진동자(300)를 부착해서 음파를 전파하면 진동자(300)의 마모를 감소시킬 수 있기 때문에 진동자(300)의 수명을 연장시키는 장점이 있다. More preferably, if the ultrasonic vibrator 300 is attached and sound waves are propagated while moistening the base material with water at a distance of 100 mm or more from the build-up welding part, the abrasion of the vibrator 300 can be reduced, so that the life of the vibrator 300 is extended. There is an advantage to

특히, 회전하는 터빈로터(200)의 일부 지점에 물을 적시면서 음파에 의한 미세 진동을 전달함과 동시에 레이저 육성 용접을 수행하기 때문에 모재의 온도를 조정할 수도 있게 된다.In particular, it is also possible to adjust the temperature of the base material because the laser welding welding is performed while transferring micro vibrations by sound waves while wetting water at some points of the rotating turbine rotor 200 .

상술한 바와 같이 초음파 진동과 동시에 레이저 클래딩 육성 용접할 경우 장점은 용접부에 기공율을 0.01% 이하로 감소시킴과 동시에 결정립의 크기를 기존 레이저 클래딩 보다 50% 이하로 작게 하기 때문에 기계적 특성(경도, 강도, 마모, 피로, 크리프)이 증가하는 장점이 있다 As described above, the advantage of laser cladding growth welding at the same time as ultrasonic vibration is that it reduces the porosity in the welded part to 0.01% or less and at the same time makes the size of the crystal grains 50% or less smaller than that of conventional laser cladding, so the mechanical properties (hardness, strength, wear, fatigue, creep)

더욱 바람직하게는, 용융 온도가 높은 인코넬 초내열 소재의 경우 응고속도를 조절하기 위해 원적외선 히터 파장은 10∼1000마이크론(㎛)을 사용하여 모재의 온도를 400에서 600℃내로 유지하면서 레이저 클래딩 육성용접을 수행하도록 한다.More preferably, in the case of an Inconel super heat-resistant material having a high melting temperature, in order to control the solidification rate, the wavelength of the far-infrared heater is 10 to 1000 microns (㎛) and laser cladding growth welding while maintaining the temperature of the base material within 400 to 600 ° C. to perform

레이저 클래딩은 별도의 용접로봇을 통해 수행하거나 지그장치(100)에 장착하여 사용하는 등 작업환경에 따라 유연하게 대처하도록 한다.Laser cladding is performed by a separate welding robot or used by being mounted on the jig device 100, so that it can be flexibly coped with according to the working environment.

도 5는 본 발명 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리에 사용되는 지그장치 개요도이다.5 is a schematic diagram of a jig device used for turbine rotor repair using ultrasonic vibration and laser cladding of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 사용되는 지그장치(100)를 상세히 설명하면 다음과 같다.As shown in FIG. 5 , the jig device 100 used in the present invention will be described in detail as follows.

본 발명의 지그장치(100)는 지면에 안착되어 있는 베이스플레이트(110)와, 상기 베이스플레이트(110)의 양단에 각각 직립하도록 설치되는 고정프레임(120) 및 가동프레임(130)과, 가동프레임(130)에 대향하는 고정프레임(120)의 일면에 터빈로터(200)를 고정 및 회전구동하게 구성된 구동부(140)와, 상기 고정프레임(120)에 대향하는 가동프레임(130)의 일면에 터빈로터(200)를 고정하여 공회전하게 구성된 피동부(150)로 구성된 것이다.The jig device 100 of the present invention includes a base plate 110 seated on the ground, a fixed frame 120 and a movable frame 130 installed to stand upright at both ends of the base plate 110, respectively, and a movable frame. A driving unit 140 configured to fix and rotationally drive the turbine rotor 200 on one surface of the fixed frame 120 opposite to the 130, and a turbine on one surface of the movable frame 130 opposite to the fixed frame 120 It is composed of a driven part 150 configured to fix the rotor 200 to idle.

터빈로터(200)를 회전구동하는 구성의 구동부(140)와 터빈로터(200)를 고정하여 공회전하는 구성의 피동부(150)는 선삭작업에 사용되는 선반의 원리와 동일하기에 상세한 설명은 생략하도록 한다.The driving part 140 configured to rotate the turbine rotor 200 and the driven part 150 configured to idle the turbine rotor 200 by fixing the turbine rotor 200 are the same as the principle of the lathe used for the turning operation, so detailed descriptions are omitted. do it

그리고 상기 베이스플레이트(110)의 상면에는 고정프레임(120)과 가동프레임(130) 간을 가로지르게 제1가이드레일(111)이 형성되어 있어 상기 가동프레임(130)은 제1가이드레일(111)에 안착되어 직선운동을 할 수 있게 된다.In addition, a first guide rail 111 is formed on the upper surface of the base plate 110 to cross between the fixed frame 120 and the movable frame 130 , so that the movable frame 130 is a first guide rail 111 . It is seated on the pole and can move in a straight line.

상기 가동프레임(130)이 가동되는 제1가이드레일(111)에는 가동프레임(130)의 이탈을 방지하기 위한 스토퍼(112)를 장착하도록 한다.A stopper 112 for preventing the movable frame 130 from being separated is mounted on the first guide rail 111 on which the movable frame 130 is moved.

또한, 상기 터빈로터(200)를 단순히 구동부(140)와 피동부(150)에 의존해서 고정하기에는 터빈로터(200)는 상단한 하중을 지니고 있어 모터의 과부하 또는 터빈로터(200)의 처짐현상이 발생할 수 있기에 상기 제1가이드레일(111) 상에는 제1가이드레일(111)을 따라 이동할 수 있는 이동프레임(170)이 장착되고, 상기 이동프레임(170)의 상면에는 터빈로터(200)의 하면을 지지하도록 지지프레임(160)이 장착되도록 하였다.In addition, in order to simply fix the turbine rotor 200 depending on the driving unit 140 and the driven unit 150 , the turbine rotor 200 has an upper load, so that the overload of the motor or the deflection of the turbine rotor 200 is prevented. Since it may occur, a moving frame 170 that can move along the first guide rail 111 is mounted on the first guide rail 111 , and the lower surface of the turbine rotor 200 is placed on the upper surface of the moving frame 170 . The support frame 160 was installed to support it.

특히, 이동프레임(170)의 이동을 통한 지지프레임(160)을 이동시켜 터빈로터(200)의 가장 안정된 부분에 지지프레임(160)을 지지시킬 수 있을 것이다.In particular, by moving the support frame 160 through the movement of the moving frame 170 , it will be possible to support the support frame 160 on the most stable part of the turbine rotor 200 .

이때, 상기 지지프레임(160)의 상면은 반원형상의 홈을 형성하고, 상기 홈에는 베어링을 장착함으로써 터빈로터(200)의 회전구동시 마찰이 발생하지 않도록 하여 더욱더 원활한 회전구동이 되도록 하였다.At this time, the upper surface of the support frame 160 forms a semi-circular groove, and by mounting a bearing in the groove, friction does not occur when the turbine rotor 200 is rotated, so that more smooth rotational driving is possible.

또한, 상기 지지프레임(160)은 유압 또는 공압으로 구동되는 실린더 구조로 형성하게 되면 지지프레임(160)의 상하이동으로 인해 터빈로터(200)의 하면측 표면에 더욱 안정적으로 지지할 수 있을 것이다.In addition, if the support frame 160 is formed in a cylinder structure driven by hydraulic pressure or pneumatic pressure, it can be more stably supported on the lower surface of the turbine rotor 200 due to vertical movement of the support frame 160 .

상기 고정프레임(120)과 가동프레임(130)의 상단에는 각각 제1수직프레임(121)과 제2수직프레임(131)을 연장현성하되, 상기 제1수직프레임(121)과 제2수직프레임(131) 간에는 제2가이드레일(180)을 형성하고, 상기 제2가이드레일(180)에는 진동자(300)를 장착하도록 한다.A first vertical frame 121 and a second vertical frame 131 are extended to the upper ends of the fixed frame 120 and the movable frame 130, respectively, and the first vertical frame 121 and the second vertical frame ( 131), a second guide rail 180 is formed, and the vibrator 300 is mounted on the second guide rail 180 .

한편, 상기 제2가이드레일(180)에는 터빈로터(200)의 저널부를 검사하는 검사수단(190)을 장착할 수 있도록 함으로써 터빈로터(200)의 저널부를 검사할 수 있도록 하였다.Meanwhile, the second guide rail 180 is equipped with an inspection means 190 for inspecting the journal portion of the turbine rotor 200 so that the journal portion of the turbine rotor 200 can be inspected.

더욱 바람직하게는 상기 제2수직프레임(131)에는 터빈로터(200)에 나란한 방향으로 관통홀을 형성하여 제2가이드레일(180)의 일단은 제1수직프레임(121)에 고정되도록 하고, 타단은 제2수직프레임(131)에 형성된 관통홀을 관통하도록 체결함으로써 가동프레임(130)의 이동에 따른 제2가이드레일(180)과의 간섭이 되는 것을 방지하였다.More preferably, a through hole is formed in the second vertical frame 131 in a direction parallel to the turbine rotor 200 so that one end of the second guide rail 180 is fixed to the first vertical frame 121 , and the other end thereof is fixed to the first vertical frame 121 . is fastened to pass through the through hole formed in the second vertical frame 131 to prevent interference with the second guide rail 180 according to the movement of the movable frame 130 .

상기 검사수단(190)으로는 레이저장치를 사용할 수 있는 것으로, 상기 레이저장치에서 조사되는 레이저를 터빈로터(200)의 저널부에 조사하고, 터빈로터(200)를 회전구동시키게 되면 터빈로터(200)의 변형 또는 뒤틀림 및 편심정도를 파악할 수 있을 것이다.A laser device can be used as the inspection means 190 , and when the laser irradiated from the laser device is irradiated to the journal portion of the turbine rotor 200 , and the turbine rotor 200 is rotationally driven, the turbine rotor 200 ) will be able to determine the degree of deformation or distortion and eccentricity.

특히, 상기 검사수단(190)는 제2가이드레일(180) 상에 복수 개를 장착할 수 있되, 각각의 검사수단(190)은 제2가이드레일(180)을 따라 이동할 수 있도록 함으로써 검사를 원하고자 하는 터빈로터(200)의 저널부의 상부로의 이동이 원할하게 이루어지게 된다.In particular, a plurality of the inspection means 190 may be mounted on the second guide rail 180 , and each inspection means 190 is movable along the second guide rail 180 , so that inspection is desired. The upward movement of the journal part of the desired turbine rotor 200 is performed smoothly.

상기 검사수단(190)이 제2가이드레일(180)을 따라 이동하는 것은 기어모터 등의 사용할 수 있으며, 이는 널리 공지된 관용의 수단이기에 상세한 설명은 생략하였다.A gear motor or the like may be used for the inspection means 190 to move along the second guide rail 180, and since this is a well-known and customary means, a detailed description thereof will be omitted.

상술한 바와 같이 본 발명 터빈로터 수리방법은 터빈로터를 고정장착 및 회전이 가능하도록 설계된 전용지그에 장착하여 터빈로터를 수리하게 됨으로써 기계가공 및 레이저클래딩과 육성용접 그리고 수리 후, 터빈로터의 변형 및 뒤틀림 등을 검사를 효율적으로 진행할 수 있을 뿐만 아니라 로봇에 의한 용접작업도 효율적으로 진행할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.As described above, the turbine rotor repair method of the present invention repairs the turbine rotor by mounting the turbine rotor on a dedicated jig designed for fixed mounting and rotation. There is a remarkable effect that not only can the inspection of the back be carried out efficiently, but also the welding operation by the robot can be carried out efficiently.

100. 지그장치
110. 베이스플레이트 111. 제1가이드레일 112. 스토퍼
120. 고정프레임 121. 제1수직프레임
130. 가동프레임 131. 제2수직프레임
140. 구동부
150. 피동부
160. 지지프레임
170. 이동프레임
180. 제2가이드레일
190. 검사수단
200. 터빈로터
300. 진동자100. Jig device
110. Base plate 111. First guide rail 112. Stopper
120. Fixed frame 121. First vertical frame
130. Moving frame 131. Second vertical frame
140. Drive
150. Passive
160. Support frame
170. Moving frame
180. Second guide rail
190. Means of inspection
200. Turbine rotor
300. Oscillator

Claims (10)

저널부가 손상된 터빈로터(200)를 입고하는 1단계 공정; 상기 터빈로터(200)의 손상된 저널부를 기계가공하는 2단계 공정; 기계가공 후, 비파괴 검사하는 3단계 공정; 레이저 클래딩을 통한 손상된 저널부에 육성용접하는 4단계 공정; 육성용접 후, 용접부위를 기계가공하는 5단계 공정; 기계가공 후, 표면 검사하는 6단계 공정; 표면 검사 후, 체적 검사하는 7단계 공정;을 포함하여 이루어지되, 상기 4단계 공정에는 레이저 클래딩을 통한 육성용접 시 터빈로터(200) 또는 용접분말에 초음파 진동과 원적외선을 가하는 것으로,
상기 4단계 공정에서 초음파 진동은 20KHz∼100MHz, 원적외선 파장은 10∼1000㎛ 사이에서 진행하여 모재인 터빈로터(200)의 저널부의 온도를 400∼600℃ 내로 유지하면서 레이저 클래딩을 통한 육성용접을 수행하며,
상기 4단계 공정에서 터빈로터(200)는 터빈로터(200)의 양단을 지지하여 회전구동이 가능하도록 지그장치(100)에 고정장착한 후, 진동자(300)를 터빈로터(200)의 표면에 접촉시키고 터빈로터(200)는 회전시키면서 진동자(300)를 통해 초음파 진동을 전달시키는 것이 특징인 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법.
A one-step process of wearing the damaged turbine rotor 200 in the journal; A two-step process of machining the damaged journal portion of the turbine rotor 200; Three-step process with non-destructive testing after machining; A four-step process of growth welding to the damaged journal part through laser cladding; After growth welding, a five-step process of machining the welded part; 6-step process of surface inspection after machining; After the surface inspection, a seven-step process of performing a volume test; and, in the four-step process, ultrasonic vibration and far-infrared rays are applied to the turbine rotor 200 or welding powder during growth welding through laser cladding,
In the four-step process, ultrasonic vibration proceeds between 20 KHz to 100 MHz, and the far-infrared wavelength is between 10 and 1000 μm to maintain the temperature of the journal portion of the turbine rotor 200, which is the base material, within 400 to 600° C. while performing growth welding through laser cladding. and
In the four-step process, the turbine rotor 200 is fixedly mounted to the jig device 100 to support both ends of the turbine rotor 200 to enable rotational driving, and then the vibrator 300 is mounted on the surface of the turbine rotor 200 . A turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding, characterized in that the ultrasonic vibration is transmitted through the vibrator 300 while making contact with the turbine rotor 200 while rotating.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 지그장치(100)는 지면에 안착되어 있는 베이스플레이트(110)와, 상기 베이스플레이트(110)의 양단에 각각 직립하도록 설치되는 고정프레임(120) 및 가동프레임(130)과, 가동프레임(130)에 대향하는 고정프레임(120)의 일면에 터빈로터(200)를 고정 및 회전구동하게 구성된 구동부(140)와, 상기 고정프레임(120)에 대향하는 가동프레임(130)의 일면에 터빈로터(200)를 고정하여 공회전하게 구성된 피동부(150)로 구성된 것이 특징인 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법.
According to claim 1,
The jig device 100 includes a base plate 110 seated on the ground, a fixed frame 120 and a movable frame 130 installed to stand upright at both ends of the base plate 110, respectively, and a movable frame 130. ) on one surface of the fixed frame 120 opposite to the driving unit 140 configured to fix and rotate the turbine rotor 200, and the turbine rotor on one surface of the movable frame 130 opposite to the fixed frame 120 ( 200) and a turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding, characterized in that it consists of a driven part 150 configured to be idle.
 제4항에 있어서,
상기 베이스플레이트(110)의 상면에는 고정프레임(120)과 가동프레임(130) 간을 가로지르게 제1가이드레일(111)이 형성되고, 상기 가동프레임(130)은 제1가이드레일(111)에 안착되어 직선운동하는 것이 특징인 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법.
5. The method of claim 4,
A first guide rail 111 is formed on the upper surface of the base plate 110 to cross between the fixed frame 120 and the movable frame 130 , and the movable frame 130 is attached to the first guide rail 111 . A turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding, which is characterized by being seated and moving in a straight line.
 제5항에 있어서,
상기 고정프레임(120)과 가동프레임(130)의 상단에는 각각 제1수직프레임(121)과 제2수직프레임(131)이 연장현성되어 있되, 상기 제1수직프레임(121)과 제2수직프레임(131) 간에는 제2가이드레일(180)이 형성되고, 상기 제2가이드레일(180)에는 진동자(300)를 장착하는 것이 특징인 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법.
6. The method of claim 5,
A first vertical frame 121 and a second vertical frame 131 are extended to the upper ends of the fixed frame 120 and the movable frame 130, respectively, and the first vertical frame 121 and the second vertical frame A turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding, characterized in that a second guide rail 180 is formed between the 131 and a vibrator 300 is mounted on the second guide rail 180 .
 제6항에 있어서,
상기 제2수직프레임(131)에는 터빈로터(200)에 나란한 방향으로 관통홀이 형성되어 있어 제2가이드레일(180)의 일단은 제1수직프레임(121)에 고정되고, 타단은 제2수직프레임(131)에 형성된 관통홀을 관통하도록 체결되어 있는 것이 특징인 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법.
7. The method of claim 6,
A through hole is formed in the second vertical frame 131 in a direction parallel to the turbine rotor 200 so that one end of the second guide rail 180 is fixed to the first vertical frame 121 , and the other end is the second vertical frame. A turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding, characterized in that it is fastened to pass through a through hole formed in the frame (131).
 제7항에 있어서,
상기 제2가이드레일(180)에는 검사수단(190)을 장착할 수 있는 것이 특징인 초음파 진동과 레이저 클래딩을 이용한 터빈로터 수리방법.
8. The method of claim 7,
A turbine rotor repair method using ultrasonic vibration and laser cladding, characterized in that the inspection means 190 can be mounted on the second guide rail 180 .
 제8항에 있어서,
상기 검사수단(190)으로는 레이저장치를 사용할 수 있는 것으로, 상기 레이저장치에서 조사되는 레이저를 터빈로터(200)의 저널부에 조사하고, 터빈로터(200)를 회전구동시키게 되면 터빈로터(200)의 변형 또는 뒤틀림 및 편심정도를 파악할 수 있는 것이 특징인 지그장치를 이용한 터빈로터 수리방법.
9. The method of claim 8,
A laser device can be used as the inspection means 190 , and when the laser irradiated from the laser device is irradiated to the journal portion of the turbine rotor 200 , and the turbine rotor 200 is rotationally driven, the turbine rotor 200 ), a method of repairing a turbine rotor using a jig device, characterized in that the degree of deformation or distortion and eccentricity can be grasped.
 제9항에 있어서,
상기 검사수단(190)는 제2가이드레일(180) 상에 복수 개를 장착할 수 있되, 각각의 검사수단(190)은 제2가이드레일(180)을 따라 이동할 수 있는 것이 특징인 지그장치를 이용한 터빈로터 수리방법.
10. The method of claim 9,
A plurality of inspection means 190 can be mounted on the second guide rail 180 , and each inspection means 190 is a jig device characterized in that it can move along the second guide rail 180 . Turbine rotor repair method.
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