KR102507408B1 - Rrepairing Airfoil Process of gas turbine blades by 3D printing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3D프린팅과 브레이징에 의해 가스터빈 블레이드의 구성품을 수리하는 것으로, 더욱 상세하게는 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 수리 공정에 관한 것이다.The present invention relates to repairing components of a gas turbine blade by 3D printing and brazing, and more particularly, to a process of repairing an airfoil of a gas turbine blade by 3D printing.
가스터빈은 압축공기와 연료가 함께 연소, 폭발시켜 나온 에너지를 통한 터빈을 운동에너지로 전환하는 열기관이다.A gas turbine is a heat engine that converts energy from combustion and explosion of compressed air and fuel into kinetic energy.
특히, 가스터빈은 연료의 연소열로 가스를 가열하여 얻은 고온고압의 가스를 터빈 블레이드로 분사하여 동력을 얻기 때문에 블레이드는 가스터빈기관에서 매우 중요한 구성품이며, 터빈 블레이드(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 가스터빈의 로터에 결합되는 루트부(11)와, 상기 루트부(11)에 연결되어 고온고압의 가스가 직접 부딪히는 부분으로 양력을 최대화하고 항력을 최소화하도록 만든 유선형의 에어포일(13)과, 상기 에어포일(13)과 루트부(11) 사이에 형성되어 에어포일(13)의 내부에 형성되어 있는 유로를 제한하는 플랫폼(12)으로 이루어져 있다.In particular, since the gas turbine obtains power by injecting high-temperature, high-pressure gas obtained by heating gas with the combustion heat of fuel to the turbine blade, the blade is a very important component in the gas turbine engine, and the
상기 블레이드(10)의 구성은 관용의 구성이기에 상세한 설명은 생략하도록 한다.Since the configuration of the
상술한 바와 같이 가스터빈에 사용되는 블레이드는 고온·고압에 견뎌야 하기에 니켈계, 코발트계 또는 니켈-코발트계와 같은 초내열 합금으로 제작되어야 한다.As described above, blades used in gas turbines must withstand high temperatures and high pressures, so they must be made of superheat-resistant alloys such as nickel-based, cobalt-based, or nickel-cobalt-based.
이러한 초내열 합금은 고가의 합금이기에 블레이드의 파손에 따른 수리시 비용을 절감하기 위해 블레이드 일체를 신품으로 교체하는 것보다 파손 부분을 수리하여 재사용하는 것이 경제적이다.Since such a heat-resistant alloy is an expensive alloy, it is more economical to repair and reuse damaged parts than to replace an entire blade with a new one in order to reduce costs when repairing blade damage.
특히, 블레이드(10)의 구성 중 에어포일(13)은 루트부(11)와 플랫폼(12)에 비해 상대적으로 무게가 매우 가볍기 때문에 수리 및 제작이 용이하다.In particular, since the
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 손상이 없는 루트부는 재사용하고 수리가 불가능한 에어포일은 3D프린팅에 의해 제조하여 브레이징에 의해 접합함으로써 기존에 폐기시키는 블레이드를 재사용할 수 있으며, 또한 수리시간도 단축시킬 수 있는 3D프린팅에 의한 가스터빈의 에어포일 수리 및 브레이징 공정을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above-described problems, and the root portion without damage is reused, and the airfoil that cannot be repaired is manufactured by 3D printing and joined by brazing, so that previously discarded blades can be reused. The purpose is to provide a gas turbine airfoil repair and brazing process by 3D printing that can also shorten the repair time.
본 발명 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 수리 공정은 가스터빈의 로터에 결합되는 루트부와, 상기 루트부에 연결되어 고온고압의 가스가 직접 부딪히는 부분으로 양력을 최대화하고 항력을 최소화하도록 만든 유선형의 에어포일과, 상기 에어포일과 루트부 사이에 형성되어 에어포일의 내부에 형성되어 있는 유로를 제한하는 플랫폼으로 구성된 가스터빈 블레이드에 있어서, 손상된 에어포일이 포함된 터빈 블레이드를 화학 스트리핑 하는 1단계 공정(S1); 화학 스트리핑한 터빈 블레이드를 형광침투탐상 검사하는 2단계 공정(S2); 손상된 에어포일을 절단하는 3단계 공정(S3); 3D프린팅으로 에어포일을 제작하는 4단계 공정(S4); 루트부에 형성된 홈부에 브레이징 필러를 주입하는 5단계 공정(S5); 에어포일과 루트부 조립 및 스폿용접으로 접합하는 6단계 공정(S6); 브레이징에 의해 열처리하는 7단계 공정(S7);을 포함하여 수리되는 것이 특징이다.The airfoil repair process of a gas turbine blade by 3D printing of the present invention is a root part coupled to a rotor of a gas turbine, and a part connected to the root part and directly hit by high-temperature, high-pressure gas to maximize lift and minimize drag. In a gas turbine blade composed of a streamlined airfoil and a platform formed between the airfoil and the root portion to limit a flow path formed inside the airfoil, chemical stripping of the turbine blade including the damaged airfoil 1 step process (S1); A two-step process (S2) of inspecting the chemically stripped turbine blades by fluorescence penetrant inspection; A three-step process of cutting the damaged airfoil (S3); A 4-step process of manufacturing an airfoil by 3D printing (S4); A five-step process (S5) of injecting brazing filler into the groove formed in the root portion; A six-step process (S6) of assembling the airfoil and the root part and joining them by spot welding; It is characterized in that it is repaired, including; a 7-step process (S7) of heat treatment by brazing.
따라서, 본 발명 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 수리 공정은 3D프린팅에 의해 에어포일을 새로이 제작하여 루트부에 브레이징으로 접합함으로써 기존에 폐기시키는 블레이드를 재사용할 수 있으며, 이로 인한 막대한 비용절감 및 생산효율의 증대와 더불어 수리시간을 단축시킬 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.Therefore, in the airfoil repair process of gas turbine blades by 3D printing of the present invention, an airfoil is newly manufactured by 3D printing and bonded to the root part by brazing, so that the blades that are previously discarded can be reused, resulting in huge cost savings. And there are remarkable effects such as increasing production efficiency and shortening repair time.
도 1은 가스터빈 블레이드 구성도.
도 2는 에어포일을 일체로 제작시 본 발명 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 제작 및 브레이징 공정도
도 3은 에어포일을 분할 제작시 본 발명 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 제작 및 브레이징 공정도.1 is a configuration diagram of a gas turbine blade.
2 is an airfoil production and brazing process diagram of a gas turbine blade by 3D printing of the present invention when an airfoil is integrally manufactured
3 is a process diagram of airfoil manufacturing and brazing of a gas turbine blade by 3D printing of the present invention when the airfoil is divided and manufactured.
본 발명 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 수리 및 브레이징 공정은 가스터빈의 로터에 결합되는 루트부(11)와, 상기 루트부(11)에 연결되어 고온고압의 가스가 직접 부딪히는 부분으로 양력을 최대화하고 항력을 최소화하도록 만든 유선형의 에어포일(13)과, 상기 에어포일(13)과 루트부(11) 사이에 형성되어 에어포일(13)의 내부에 형성되어 있는 유로를 제한하는 플랫폼(12)으로 구성된 가스터빈 블레이드에 있어서,The airfoil repair and brazing process of the gas turbine blade by the 3D printing of the present invention is a
손상된 에어포일(13)이 포함된 터빈 블레이드(10)를 화학 스트리핑 하는 1단계 공정(S1); 화학 스트리핑한 터빈 블레이드(10)를 형광침투탐상 검사하는 2단계 공정(S2); 손상된 에어포일(13)을 절단하는 3단계 공정(S3); 3D프린팅으로 에어포일(13)을 제작하는 4단계 공정(S4); 루트부(11)에 형성된 홈부에 브레이징 필러를 주입하는 5단계 공정(S5); 에어포일(13)과 루트부(11) 조립 및 스폿용접으로 접합하는 6단계 공정(S6); 브레이징에 의해 열처리하는 7단계 공정(S7);을 포함하여 수리되는 것이 특징이다.A first-step process (S1) of chemically stripping the
상기 5단계 공정에서의 브레이징 필러는 중량비로 탄소(C) 0.05% 이하, 크롬(Cr) 28% 이하, 니켈(Ni) 40% 이하, 텅스텐(W) 2.5% 이하, 하프늄(Hf) 1.5% 이하, 알루미늄(Al) 5% 이하, 탄탈륨(Ta) 1.5% 이하, 실리콘(Si) 4% 이하 나머지는 코발트(Co)로 이루어진 것과, 중량비로 탄소(C) 0.03%, 크롬(Cr) 30% 이하, 니켈(Ni) 50% 이하, 텅스텐(W) 1% 이하, 탄탈륨(Ta) 2.5% 이하, 붕소(B) 4%, 나머지는 코발트(Co)인 Ni기반 초합금 조성으로 브레이징 필러 중 택일하여 주사기로 접합하고자 하는 부분에 주입하는 방법을 사용하는 것이 특징이다.The brazing filler in the 5-step process contains, by weight, carbon (C) 0.05% or less, chromium (Cr) 28% or less, nickel (Ni) 40% or less, tungsten (W) 2.5% or less, hafnium (Hf) 1.5% or less , 5% or less of aluminum (Al), 1.5% or less of tantalum (Ta), 4% or less of silicon (Si), and the remainder consisting of cobalt (Co), 0.03% of carbon (C), 30% or less of chromium (Cr) in weight ratio , Nickel (Ni) 50% or less, tungsten (W) 1% or less, tantalum (Ta) 2.5% or less, boron (B) 4%, the rest is cobalt (Co) Ni-based superalloy composition, choose one of the brazing fillers and syringe It is characterized by using a method of injecting into the part to be joined.
그리고 상기 7단계 공정의 브레이징은 온도 1200∼1450℃에서 30∼60분간 행한 후, 20분 동안 1023∼1350℃까지 온도를 내려서 150∼255분간 진공에서 확산 열처리하는 것이 특징이다.And the brazing of the seven-step process is characterized in that, after performing at a temperature of 1200 to 1450 ° C. for 30 to 60 minutes, lowering the temperature to 1023 to 1350 ° C. for 20 minutes and performing diffusion heat treatment in vacuum for 150 to 255 minutes.
또한, 상기 4단계 공정(S4)에서 에어포일(13)을 분할 제작하는 경우 4단계 공정은 3D 프린팅에 의해 에어포일(13)을 분할하여 제작하는 4-1단계 공정(S4-1); 분할 제작된 에어포일(13)의 홈부에 브레이징 필러를 주입하는 4-2단계 공정(S4-2); 분할 제작된 에어포일(13)을 조립 및 스폿용접으로 접합하는 4-3단계 공정(S4-3); 브레이징에 의해 열처리하는 4-4단계 공정(S4-4);으로 이루어지는 것이 특징이다.In addition, when the
또한, 상기 4-4단계에서의 브레이징 열처리는 7단계 공정의 브레이징 열처리온도보다 0∼300℃ 정도 더 높은 온도에서 진행하고, 열처리 시간은 0∼100분 정도 더 진행하는 것이 특징이다.In addition, the brazing heat treatment in step 4-4 is characterized in that the brazing heat treatment temperature in step 7 is performed at a temperature higher than the brazing heat treatment temperature in step 7 by about 0 to 300 ° C, and the heat treatment time is about 0 to 100 minutes longer.
이하, 본 발명 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 수리 공정을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an airfoil repair process of a gas turbine blade by 3D printing of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 가스터빈 블레이드 구성도, 도 2는 에어포일을 일체로 제작시 본 발명 3D프린팅에 의한 에어포일 제작 및 브레이징 공정도이다.1 is a configuration diagram of a gas turbine blade, and FIG. 2 is an airfoil manufacturing and brazing process diagram by 3D printing of the present invention when an airfoil is integrally manufactured.
도 1에 도시된 바와 같이 일반적으로 가스터빈 블레이드(10)는 가스터빈의 로터에 결합되는 루트부(11)와, 상기 루트부(11)에 연결되어 고온고압의 가스가 직접 부딪히는 부분으로 양력을 최대화하고 항력을 최소화하도록 만든 유선형의 에어포일(13)과, 상기 에어포일(13)과 루트부(11) 사이에 형성되어 에어포일(13)의 내부에 형성되어 있는 유로를 제한하는 플랫폼(12)으로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, a
이때, 도 1에 도시된 바와 같이 에어포일(13)은 루트부(11)에 비해 상대적으로 그 중량이 매우 가볍기에 수리가 매우 용이한 구성품이다.At this time, as shown in FIG. 1, the
이에, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 수리 및 브레이징 공정은 손상된 에어포일(13)이 포함된 터빈 블레이드(10)를 화학 스트리핑 하는 1단계 공정(S1); 화학 스트리핑한 터빈 블레이드(10)를 형광침투탐상 검사하는 2단계 공정(S2); 손상된 에어포일(13)을 절단하는 3단계 공정(S3); 3D프린팅으로 에어포일(13)을 제작하는 4단계 공정(S4); 루트부(11)에 형성된 홈부에 브레이징 필러를 주입하는 5단계 공정(S5); 에어포일(13)과 루트부(11) 조립 및 스폿용접으로 접합하는 6단계 공정(S6); 브레이징에 의해 열처리하는 7단계 공정(S7);을 포함하여 수리되도록 이루어져 있다.Accordingly, as shown in FIG. 2, the airfoil repair and brazing process of the gas turbine blade by 3D printing of the present invention is a first-step process (S1) of chemical stripping the
더욱 상세하게는 1단계 공정(S1)으로 수리하고자 하는 에어포일(13)이 포함된 터빈 블레이드(10)의 표면에 코팅된 코팅층을 없애기 위해 화학 스트리핑 작업을 진행하도록 한다.More specifically, chemical stripping is performed to remove the coating layer coated on the surface of the
화학 스트리핑(Chemical Stripping) 작업은 용사 코팅된 고온내산화 본드 코팅층인 금속막 MCrAlY(M=Ni, Co)을 화학적으로 용해하여 제거하는 작업이다.The chemical stripping operation is an operation of chemically dissolving and removing the metal film MCrAlY (M=Ni, Co), which is a thermal spray-coated high-temperature oxidation-resistant bond coating layer.
2단계 공정(S2)으로는 화학 스트리핑한 터빈 블레이드(10)를 형광침투탐상 검사하는 것으로, 형상침투탐상이란 형광물질이 든 침투액을 사용하여 검사하고자 하는 재료 표면에 있는 균열과 같은 결함 부분에 형광액을 침투시켜 자외선을 조사하여 결함부분이 형광을 발하게 하여 그 결함을 검출하는 검사방법이다.In the second step (S2), the chemically stripped
3단계 공정(S3)으로는 2단계 공정(S2)의 형광침투탐상에 의해 에어포일(13)의 손상된 부분이 발견되면 손상된 에어포일(13)을 절단하는 것이다.In the third step (S3), when the damaged portion of the
이때, 에어포일(13)을 손상된 부분만 절단할 수도 있고, 루트부(11)까지 이어지는 에어포일(13) 전체를 절단할 수도 있다.At this time, only the damaged portion of the
절단된 에어포일(13)의 단면에 연마부재로 연마를 하는 것은 당연한 공정의 일부이기에 본 발명에서는 상세한 설명은 생략하였다.Since polishing the cross section of the
그리고 본 발명에서는 에어포일(13) 전체를 절단하여 새로운 에어포일(13)을 3D프린팅을 통해 제작하는 4단계 공정(S4)을 진행하도록 한다.In the present invention, the
5단계 공정(S5)으로는 새롭게 제작된 에어포일(13)과의 접합성을 향상시키기 위하여 루트부(11)에 형성된 홈부에 브레이징 필러를 주입하게 된다.In the fifth step (S5), a brazing filler is injected into the groove formed in the
상기 5단계 공정에서의 브레이징 필러는 중량비로 탄소(C) 0.05% 이하, 크롬(Cr) 28% 이하, 니켈(Ni) 40% 이하, 텅스텐(W) 2.5% 이하, 하프늄(Hf) 1.5% 이하, 알루미늄(Al) 5% 이하, 탄탈륨(Ta) 1.5% 이하, 실리콘(Si) 4% 이하 나머지는 코발트(Co)로 이루어진 것과, 중량비로 탄소(C) 0.03%, 크롬(Cr) 30% 이하, 니켈(Ni) 50% 이하, 텅스텐(W) 1% 이하, 탄탈륨(Ta) 2.5% 이하, 붕소(B) 4%, 나머지는 코발트(Co)인 Ni기반 초합금 조성으로 브레이징 필러 중 택일하여 주사기로 접합하고자 하는 부분에 주입하는 방법을 사용하도록 한다.The brazing filler in the 5-step process contains, by weight, carbon (C) 0.05% or less, chromium (Cr) 28% or less, nickel (Ni) 40% or less, tungsten (W) 2.5% or less, hafnium (Hf) 1.5% or less , 5% or less of aluminum (Al), 1.5% or less of tantalum (Ta), 4% or less of silicon (Si), and the remainder consisting of cobalt (Co), 0.03% of carbon (C), 30% or less of chromium (Cr) in weight ratio , Nickel (Ni) 50% or less, tungsten (W) 1% or less, tantalum (Ta) 2.5% or less, boron (B) 4%, the rest is cobalt (Co) Ni-based superalloy composition, choose one of the brazing fillers and syringe Use the method of injecting into the part to be joined.
상기 열거한 브레이징 필러는 고온부품인 가스터빈 블레이드를 이루는 금속성분과의 친화력 또는 친밀감과 접합력 및 접합후 견고함 유지 등을 고려하였다.The above-listed brazing fillers considered affinity or intimacy with metal components constituting a gas turbine blade, which is a high-temperature part, bonding strength, and maintaining robustness after bonding.
스폿용접된 에어포일(13)과 루트부(11) 사이의 틈새에 브레이징 필러 침투가 용이하게 하기 위해서 초음파 진동을 가할 수 있다.Ultrasonic vibration may be applied to facilitate penetration of the brazing filler into the gap between the spot-welded
초음파 진동은 1KHz∼100MHz의 범위로 하되, 더욱 바람직하게는 20∼60℃ 내에서 진행되도록 한다.Ultrasonic vibration is in the range of 1 KHz to 100 MHz, more preferably within a range of 20 to 60 ° C.
5단계 공정(S5) 후에는 에어포일(13)과 루트부(11) 조립한 후, 스폿용접으로 접합하는 6단계 공정(S6)을 진행하도록 한다.After the 5-step process (S5), the 6-step process (S6) of assembling the
끝으로, 6단계 공정에 의해 에어포일(13)과 루트부(11)를 스폿용접에 의해 접합한 후에는 브레이징에 의해 열처리하는 7단계 공정(S7)을 진행하여 더욱 견고한 접합관계를 이룰 수 있도록 한다.Finally, after joining the
이때, 브레이징은 온도 1200∼1200℃에서 30∼60분간 행한 후, 20분 동안 1023∼1350℃까지 온도를 내려서 150∼255분간 진공에서 확산 열처리하도록 한다.At this time, brazing is performed at a temperature of 1200 to 1200 ° C for 30 to 60 minutes, then lowered to 1023 to 1350 ° C for 20 minutes, and diffusion heat treatment in vacuum for 150 to 255 minutes.
상술한 바와 같은 진행방법은 4단계 공정에서 알 수 있는 바와 같이 에어포일(13)을 3D프린팅을 통해 하나의 완성품으로 제작하는 것으로, 하기와 같이 에어포일(13)을 분할제작하여 분할제작된 에어포일(13)을 조립 또는 접합하여 진행할 수도 있다.The proceeding method as described above is to manufacture the
도 3은 에어포일을 분할 제작시 본 발명 3D프린팅에 의한 에어포일 제작 및 브레이징 공정도이다.3 is a process diagram of airfoil manufacturing and brazing by 3D printing of the present invention when the airfoil is divided and manufactured.
도 3에 도시된 바와 같이 에어포일(13)을 분할 제작하는 경우에는 상기 4단계 공정(S4)에서 3D 프린팅에 의해 에어포일(13)을 분할하여 제작하는 4-1단계 공정(S4-1); 분할 제작된 에어포일(13)의 홈부에 브레이징 필러를 주입하는 4-2단계 공정(S4-2); 분할 제작된 에어포일(13)을 조립 및 스폿용접으로 접합하는 4-3단계 공정(S4-3); 브레이징에 의해 열처리하는 4-4단계 공정(S4-4);으로 세분화하여 진행할 수 있다.As shown in FIG. 3, in the case of dividing and manufacturing the
즉, 4단계 공정(S4)을 세분화하여 먼저 4-1단계 공정(S4-1)으로 3D 프린팅에 의해 에어포일(13)을 분할하여 제작하도록 한다.That is, the 4-step process (S4) is subdivided, and the
에어포일(13)은 상층과 하층으로 나뉘어지도록 제작할 수도 있으며, 길이방향으로 분할제작할 수도 있는 데 본 발명에서 제작의 용이성과 조립후 에어포일(13)에 가해지는 응력에 대한 저항력을 고려하여 길이방향으로 분할제작하도록 한다.The
길이방향으로는 2분할 또는 2분할 이상으로 제작할 수도 있을 것이다.In the longitudinal direction, it may be produced in two or more than two divisions.
이때, 분할 제작된 에어포일(13) 간의 조립성이 용이하도록 에어포일(13) 중 분할제작된 어느 하나의 에어포일(13)의 단부면에는 외부로 돌출되는 돌출부를 형성하고, 분할제작된 다른 에어포일(13)의 단부면에는 상기 돌출부가 삽입되는 홈부를 형성함으로써 조립이 용이하도록 한다.At this time, to facilitate assembly between the divided
즉, 분할제작되는 에어포일(13)을 각각 레고블록처럼 제작하여 서로 조립하며, 조립 시 브레이징을 통해 서로 접합되도록 함으로써 조립이 용이한 동시에 결속력도 매우 향상되도록 한 것이다.That is, each of the
상기 에어포일(13)을 2분할 이상이 되게 제조하여 조립하되, 에어포일(13)에서 끝단부인 블레이드팁(14)은 별도로 제조하여 결합 또는 접합할 수도 있을 것이다.The
블레이드팁(14)은 주조 또는 3D프린팅 중 상황에 맞추어 택일하여 제작하면 된다.The
다음 공정단계인 4-2단계 공정(S4-2)은 상술한 바와 같이 방식에 의해 분할 제작된 에어포일(13)의 홈부에 브레이징 필러를 주입하는 것이다.The next process step, the 4-2 step process (S4-2), is to inject the brazing filler into the groove of the
브레이징 필러는 상기 5단계의 설명에 기술된 조성을 이용하도록 한다.The brazing filler uses the composition described in the description of step 5 above.
그리고 분할 제작된 에어포일(13)을 조립한 후, 스폿용접으로 조립된 에어포일(13)을 접합하는 4-3단계 공정(S4-3)을 진행하도록 한다.Then, after assembling the
4-3단계 공정(S4-3)을 진행을 진행한 후에는 4-4단계 공정(S4-4)에 의해 스폿용접에 의해 접합되어 있는 에어포일(13)을 브레이징에 의해 열처리하도록 한다.After the 4-3 step process (S4-3) is performed, the
이때의 브레이징의 온도는 7단계 공정에서 진행되는 브레이징의 온도보다는 상대적으로 동일하거나 높은 온도에서 진행하도록 한다.At this time, the brazing temperature is set to be relatively the same as or higher than the brazing temperature in the 7-step process.
더욱 상세하게는 4-4단계에서의 브레이징 열처리는 7단계 공정의 브레이징 열처리온도보다 0∼300℃ 정도 더 높은 온도에서 진행하고, 열처리 시간은 0∼100분 정도 더 진행하도록 한다.More specifically, the brazing heat treatment in step 4-4 is performed at a temperature about 0 to 300 ° C. higher than the brazing heat treatment temperature in step 7, and the heat treatment time is about 0 to 100 minutes longer.
따라서, 본 발명 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 수리 공정은 3D프린팅에 의해 에어포일을 새로이 제작하여 루트부에 브레이징으로 접합함으로써 기존에 폐기시키는 블레이드를 재사용할 수 있으며, 이로 인한 막대한 비용절감 및 생산효율의 증대와 더불어 수리시간을 단축시킬 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.Therefore, in the airfoil repair process of gas turbine blades by 3D printing of the present invention, an airfoil is newly manufactured by 3D printing and bonded to the root part by brazing, so that the blades that are previously discarded can be reused, resulting in huge cost savings. And there are remarkable effects such as increasing production efficiency and shortening repair time.
10. 터빈 블레이드
11. 루트부(Root)
12. 플랫폼
13. 에어포일
14. 블레이드팁10. Turbine blades
11. Root
12. Platform
13. Airfoil
14. Blade tip
Claims (5)
손상된 에어포일(13)이 포함된 터빈 블레이드(10)를 화학 스트리핑 하는 1단계 공정(S1); 화학 스트리핑한 터빈 블레이드(10)를 형광침투탐상 검사하는 2단계 공정(S2); 손상된 에어포일(13)을 절단하는 3단계 공정(S3); 3D프린팅으로 에어포일(13)을 제작하는 4단계 공정(S4); 루트부(11)에 형성된 홈부에 브레이징 필러를 주입하는 5단계 공정(S5); 에어포일(13)과 루트부(11) 조립 및 스폿용접으로 접합하는 6단계 공정(S6); 브레이징에 의해 열처리하는 7단계 공정(S6);을 포함하여 수리되는 것으로,
상기 5단계 공정에서의 브레이징 필러는 중량비로 탄소(C) 0.05% 이하, 크롬(Cr) 28% 이하, 니켈(Ni) 40% 이하, 텅스텐(W) 2.5% 이하, 하프늄(Hf) 1.5% 이하, 알루미늄(Al) 5% 이하, 탄탈륨(Ta) 1.5% 이하, 실리콘(Si) 4% 이하 나머지는 코발트(Co)로 이루어진 것과, 중량비로 탄소(C) 0.03%, 크롬(Cr) 30% 이하, 니켈(Ni) 50% 이하, 텅스텐(W) 1% 이하, 탄탈륨(Ta) 2.5% 이하, 붕소(B) 4%, 나머지는 코발트(Co)인 Ni기반 초합금 조성으로 브레이징 필러 중 택일하여 주사기로 접합하고자 하는 부분에 주입하는 방법을 사용하는 것이며,
상기 7단계 공정의 브레이징은 온도 1200～1450℃에서 30∼60분간 행한 후, 20분 동안 1023∼1200℃까지 온도를 내려서 150∼255분간 진공에서 확산 열처리하는 것이며,
상기 4단계 공정(S4)에서 에어포일(13)을 분할 제작하는 경우 4단계 공정은 3D 프린팅에 의해 에어포일(13)을 분할하여 제작하는 4-1단계 공정(S4-1); 분할 제작된 에어포일(13)의 홈부에 브레이징 필러를 주입하는 4-2단계 공정(S4-2); 분할 제작된 에어포일(13)을 조립 및 스폿용접으로 접합하는 4-3단계 공정(S4-3); 브레이징에 의해 열처리하는 4-4단계 공정(S4-4);으로 이루어지는 것이 특징인 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 수리 공정.
A root part 11 coupled to the rotor of a gas turbine, and a streamlined airfoil 13 connected to the root part 11 to maximize lift and minimize drag as a part where high-temperature, high-pressure gas directly hits, In the gas turbine blade repair process composed of a platform 12 formed between the airfoil 13 and the root portion 11 to limit the flow path formed inside the airfoil 13,
A first-step process (S1) of chemically stripping the turbine blade 10 including the damaged airfoil 13; A two-step process (S2) of inspecting the chemically stripped turbine blades 10 by fluorescence penetrant inspection; A three-step process of cutting the damaged airfoil 13 (S3); A four-step process (S4) of manufacturing the airfoil 13 by 3D printing; A five-step process (S5) of injecting a brazing filler into the groove formed in the root portion 11; A six-step process (S6) of assembling the airfoil 13 and the root portion 11 and joining them by spot welding; To be repaired, including a 7-step process (S6) of heat treatment by brazing,
The brazing filler in the 5-step process contains, by weight, carbon (C) 0.05% or less, chromium (Cr) 28% or less, nickel (Ni) 40% or less, tungsten (W) 2.5% or less, hafnium (Hf) 1.5% or less , 5% or less of aluminum (Al), 1.5% or less of tantalum (Ta), 4% or less of silicon (Si), and the remainder consisting of cobalt (Co), 0.03% of carbon (C), 30% or less of chromium (Cr) in weight ratio , Nickel (Ni) 50% or less, tungsten (W) 1% or less, tantalum (Ta) 2.5% or less, boron (B) 4%, the rest is cobalt (Co) Ni-based superalloy composition, choose one of the brazing fillers and syringe It is to use the method of injecting into the part to be joined with
The brazing in the seven-step process is carried out at a temperature of 1200 to 1450 ° C for 30 to 60 minutes, then lowered to 1023 to 1200 ° C for 20 minutes, followed by diffusion heat treatment in vacuum for 150 to 255 minutes,
When the airfoil 13 is divided and manufactured in the 4-step process (S4), the 4-step process includes a 4-1 step process (S4-1) of dividing and manufacturing the airfoil 13 by 3D printing; Step 4-2 of injecting a brazing filler into the groove of the airfoil 13 manufactured separately (S4-2); A 4-3 step process (S4-3) of assembling and bonding the airfoils 13 manufactured separately by spot welding; 4-4 step process (S4-4) of heat treatment by brazing; airfoil repair process of gas turbine blade by 3D printing, characterized by consisting of.
상기 4-4단계에서의 브레이징 열처리는 7단계 공정의 브레이징 열처리온도보다 0∼300℃ 정도 더 높은 온도에서 진행하고, 열처리 시간은 0∼100분 정도 더 진행하는 것이 특징인 3D프린팅에 의한 가스터빈 블레이드의 에어포일 수리 공정.According to claim 1,
The brazing heat treatment in step 4-4 proceeds at a temperature about 0 to 300 ° C higher than the brazing heat treatment temperature in step 7, and the heat treatment time is about 0 to 100 minutes longer. Gas turbine by 3D printing, characterized by Blade airfoil repair process.
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| GRNT | Written decision to grant |