KR20170061707A - 터빈 블레이드의 크라운 베이스에 대한 구축 전략 및 터빈 블레이드 - Google Patents

터빈 블레이드의 크라운 베이스에 대한 구축 전략 및 터빈 블레이드 Download PDF

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Abstract

용접층마다 평행한 용접 라인을 따라서 재료를 도포함으로써 및 다음 용접층을 위해 용접 트랙의 연장 방향을 90°변경함으로써, 양호한 결과가 달성된다.

Description

터빈 블레이드의 크라운 베이스에 대한 구축 전략 및 터빈 블레이드{SETUP STRATEGY FOR A CROWN BASE OF A TURBINE BLADE, AND TURBINE BLADE}
본 발명은 터빈 블레이드의 크라운 베이스(crown base)의 증착 용접 도중의 구축 전략 및 이 전략에 의해 생성되고 크라운 베이스 상에 깃털모양 에지(feathered edge)를 갖는 터빈 블레이드에 관한 것이다.
특히, 터빈 블레이드의 선단은 보다 심한 마모를 겪고 재사용을 위해 수리되는 바, 본래의 기하구조, 즉 블레이드 익형(airfoil)의 외부 윤곽을 따라서 주위 벽을 구성하는 소위 깃털모양 에지를 복원하기 위해서는 재료가 다시 증착되어야 한다.
레이저 증착 용접 방법과 같은 증착 용접 방법이 선행 기술이다.
크라운 베이스 영역에서의 복원된 터빈 블레이드는 결함 및 공극이 없어야 하고, 작은 매크로입자(macrograin)를 가지며, 용접 재료는 블레이드 익형에 대해 여유를 갖고 도포되어야 하며, 또한 저렴하게 생산되어야 한다.
이 경우에, 예열, 레이저 파워, 분말 질량 유동 및 공급 속도와 같은 레이저 파라미터에 추가적으로, 용접 헤드의 대응 이동 전략 또한 역할을 한다.
따라서 본 발명의 목적은 전술한 요건을 충족시킬 수 있는 구축 전략을 제안하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 방법 및 청구항 9에 따른 터빈 블레이드에 의해 달성된다.
추가 장점을 달성하기 위해 선택적으로 상호 조합될 수 있는 추가적인 유리한 수단은 종속 청구항에 열거되어 있다.
도 1은 재료가 증착되는 터빈 블레이드 표면의 평면도이다.
도 2는 블레이드 선단의 의도된 기하구조의 단면도이다.
도 3은 구축 전략의 절차의 도시도이다.
도 4는 터빈 블레이드의 도시도이다.
도 5는 초합금의 리스트이다.
설명 및 도면은 본 발명의 단지 예시적인 실시예를 나타낸다.
도 1에 도시된 것은 터빈 블레이드(120, 130) 또는 일반적으로 부품(1)의 표면(4), 특히 블레이드 선단(415)(도 4)의 평면도이다.
표면(4, 415)은 평면적인 것이 바람직하다.
블레이드 익형(406)(도 4)의 종방향 만곡 형상 또는 통상적인 기하구조가 단면도로 도시되어 있다. 도 2의 단면도에서의 의도된 기하구조를 달성하기 위해, 재료는 특히 이미 사용된 터빈 블레이드(120, 130)의 대응적으로 재구성된 표면을 나타내는 표면(4, 415) 상에 증착되어야 한다.
터빈 블레이드(120, 130)의 블레이드 익형은 외부 윤곽(7)을 갖는다.
제1 단계에서는, 용접층을 위한 제1 용접 트랙이 증착되기 전에 윤곽(7)을 따라서 외부 주위 용접 트랙(10)이 배치되는 것이 바람직하다.
주위 벽(13)이 증착 용접되면, 제1 용접 트랙이 용접층에 대한 윤곽(7, 8) 사이에 증착되기 전에, 발생될 내부 윤곽(8)을 따라서 내부 주위 용접 트랙(11)이 배치되는 것이 마찬가지로 바람직하다.
도 2에 도시된 것은 주위 벽(13), 특히 터빈 블레이드의 깃털모양 에지 및 공동(6)을 갖는 크라운 베이스(4)의 의도된 기하 구조의 단면도이다. 윤곽(7)을 따라서 벽(13)이 형성되어 내부 윤곽(8)과 함께 상부-개방 공동(6)을 생성하도록 표면(4, 415) 상에 재료가 증착되었다.
바람직하게 주위 벽(13)이 용접되기 전에 제1 단계에서 다수의 용접층에서 표면(4, 415)을 완전히 코팅하거나 생성하는 것이 필요할 수도 있다. 내부 주위 용접 트랙(11)은 먼저 실행되지 않는 것이 바람직하다.
벽(13)은 두 개 이상의 용접 트랙 폭 너비이다.
표면(4, 415)의 중간에는 내표면(5)에 의해 상부-개방 공동(6)이 형성된다.
도 3은 특히 주위 벽(13)에 대한, 재료의 대규모 구축을 위한 제1 단계를 도시한다. 용접 트랙[26(26', 26",...), 29(29', 29",...)]은 종방향 라인(20)에 평행하게 배치된다.
종방향 라인(20)은 표면(4, 415)의 종방향을 향해서 배향되는 것이 바람직하다. 종방향 라인(20)은 특히 표면(4, 415)의 단부(40)를 통해서 연장될 수 있으며 단부에서는 표면(4, 415) 상의 거의 최장의 직선 진행을 구성한다.
용접 비드(weld bead)(26, 29)는 바람직하게 표면(4, 415)의 일 단부, 특히 26'에서 시작되며 직선으로 연장된다. 용접 트랙이 외부 윤곽(7)을 떠나면, 증착 공정은 정해진 거리만큼 변위되는 다음 용접 트랙으로 이동된다.
공동(6)이 존재하는 영역에는 재료가 전혀 증착되지 않으며 따라서 종방향 라인(20) 또는 그것에 평행한 라인은 기판(120)과 용접 헤드(도시되지 않음) 사이의 상대 이동의 진행을 나타낼 뿐이다.
제1 용접층에서, 재료로 코팅될 표면(4, 415)은 평행하게 연장되는 용접 트랙(26, 29)으로 완전히 생성된다. 용접 트랙은 바람직하게 연속적으로 일 측부(이 경우 26')에서 다른 측부(이 경우 29')로 이동된다.
제2 단계에서는, 횡방향 라인[23(33', 33",...)]에 평행하게 배치되는 용접 트랙의 제2 용접층이 생성된다. 횡방향 라인(23)은 종방향 라인(20)에 대해 횡방향으로 연장되며, 특히 종방향 라인(20)에 대해 70°내지 110°의 각도로, 보다 특별하게 80°내지 110°의 각도로 연장된다. 횡방향 라인(23)은 종방향 라인(20)에 수직하게 연장되는 것이 바람직하다.
제2 용접층은 제1 용접층을 커버한다. 이 경우에도, 라인(33', 33",...)은 블레이드 선단과 용접 헤드 사이의 상대 이동을 나타낼 뿐이고, 즉 내표면(5)이 생성될 때 그곳에 재료가 전혀 증착되지 않으며 따라서 그 영역에서의 재료 공급이 정지된다.
제2 용접층은 표면(4, 415)의 일 단부(40)에서 시작되는 것이 바람직하며, 이후 상호 바로 인접하거나 바람직하게 중첩되는 용접 트랙에 의해 코팅된다.
순서는 역전될 수도 있다:
용접 트랙[33(33', 33",...)]은 횡방향 라인(23)에 평행하게 배치된다. 횡방향 라인(23)은 표면(4, 415)의 종방향(20)에 대해 횡방향으로 배향되는 것이 바람직하다.
용접 비드(33', 33")는 표면(4, 415)의 일 단부, 예를 들어 40에서 시작되는 것이 바람직하며 직선으로 연장된다. 용접 트랙이 외부 윤곽(7)을 떠나면, 증착 공정은 정해진 거리만큼 변위되는 다음 용접 트랙으로 이동된다.
공동(6)이 존재하는 영역에는 재료가 전혀 증착되지 않으며 따라서 횡방향 라인(23) 또는 그것에 평행한 라인은 기판(120)과 용접 헤드(도시되지 않음) 사이의 상대 이동의 진행을 나타낼 뿐이다.
제1 용접층에서, 재료로 코팅될 표면(4, 415)은 평행하게 연장되는 용접 트랙(33)으로 완전히 생성된다. 용접 트랙은 바람직하게 연속적으로 일 측부(이 경우 40, 412)에서 다른 측부(이 경우 409)로 이동된다(도 4 참조).
제2 단계에서는, 종방향 라인[20(26, 29)]에 평행하게 배치되는 용접 트랙의 제2 용접층이 생성되고, 종방향 라인(20)은 횡방향 라인(23)에 대해 횡방향으로 연장되며, 특히 횡방향 라인(23)에 대해 70°내지 110°의 각도로, 보다 특별하게 80°내지 110°의 각도로 연장된다. 종방향 라인(20)은 횡방향 라인(23)에 수직하게 연장되는 것이 바람직하다.
제2 용접층은 제1 용접층을 커버한다.
이 경우에도, 라인(26, 29,...)은 블레이드 선단과 용접 헤드 사이의 상대 이동을 나타낼 뿐이고, 즉 내표면(5)이 생성될 때 그곳에 재료가 전혀 증착되지 않으며 따라서 그 영역에서의 재료 공급이 정지된다.
제2 용접층은 표면(4, 415)의 일 측부에서 시작되는 것이 바람직하며, 이후 상호 바로 인접하거나 바람직하게 중첩되는 용접 트랙에 의해 코팅된다.
벽(13)의 소망 높이는 벽(13)의 소망 높이가 달성될 때까지 반복되는 도 3에 따른 절차에 의해 달성된다.
터빈 블레이드(120, 130)는 니켈계 또는 코발트계 초합금, 특히 도 5에 따른 합금을 갖는다.
용접 재료는 또한 니켈계 또는 코발트계 합금을 구성하고 바람직하게는 부품(1, 120, 130)의 재료와 상이하다. 상기 차이는 하나 이상의 합금 원소가 이 합금 원소의 10% 이상 또는 이하의 비율을 가짐을 의미한다.

Claims (11)

  1. 자립형(free-standing) 벽(13) 또는 상부-개방 공동(6)이 생성되는 표면(4, 415) 상에 재료를 증착하기 위한 방법에 있어서,
    제1 완전 용접층이 용접 트랙(26', 26",..., 29', 29",...)에 의해 표면(4, 415) 상에 생성되고,
    모든 용접 트랙(26', 26",..., 29', 29",...)은 종방향 라인(20)에 평행하게 증착되며,
    종방향 라인(20)은 바람직하게 표면(4, 415)에 대해 종방향으로 배향되고,
    이후 추가 완전 용접층이 표면(4, 415) 상에 생성되며,
    이 추가 완전 용접층을 위해서 모든 용접 트랙(33', 33",...)은 횡방향 라인(23)에 평행하게 연장되고,
    횡방향 라인(23)은 종방향 라인(20)에 대해 횡방향으로, 특히 80°내지 100°의 각도로 연장되며,
    보다 특별하게는 종방향 라인(20)에 수직하게 연장되고,
    또는
    제1 완전 용접층이 용접 트랙(33', 33",...)에 의해 표면(4, 415) 상에 생성되고,
    모든 용접 트랙(33', 33",...)은 횡방향 라인(23)에 평행하게 증착되며,
    횡방향 라인(23)은 터빈 블레이드(120, 130)의 표면(4, 415)의 종방향 라인(20)에 대해 횡방향으로 배향되고,
    이후 추가 완전 용접층이 표면(4, 415) 상에 생성되며,
    이 추가 완전 용접층을 위해서 모든 용접 트랙(26', 26",..., 29', 29")은 종방향 라인(20)에 평행하게 연장되고,
    종방향 라인(20)은 횡방향 라인(23)에 대해 횡방향으로, 특히 80°내지 100°의 각도로 연장되며,
    보다 특별하게 횡방향 라인(23)에 수직하게 연장되고,
    종방향 라인(20)은 바람직하게 표면(4, 415)에 대해 종방향으로 배향되는 것 중 어느 하나를 특징으로 하는, 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 단계 중 하나에서는 제1 완전 용접층을 도포하기 전에 표면(4, 415)의 외부 윤곽(7)을 따라서 외부 주위 용접 트랙(10)이 배치되는, 증착 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 단계 중 하나에서는 제1 완전 용접층을 도포하기 전에 표면(4, 415)의 내부 윤곽(8)을 따라서 내부 주위 용접 트랙(11)이 배치되는, 증착 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 표면(4, 415)과 용접 헤드 사이에서 라인(20)을 따라서 상대 이동이 이루어지고,
    공동(6)이 발생되는 곳에서는 에너지 공급원, 특히 레이저 또는 플라즈마가 차단됨으로써 그리고/또는 재료 공급이 중지됨으로써 재료 증착이 전혀 이루어지지 않는, 증착 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 증착 용접, 특히 레이저 분말 증착 용접이 사용되는, 증착 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 표면(4, 415)은 평탄하게 형성되는, 증착 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 종방향 라인(20)은 표면(4, 415)의 일 단부(40)를 통해서 연장되고,
    특히 종방향 라인(20)은 표면(4, 415)을 따라서 횡방향 라인(23)에 비해 훨씬 더 높은 비율, 특히 적어도 20%, 보다 특별하게는 적어도 50% 높은 비율을 갖는, 증착 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 터빈 블레이드(120, 130)의 표면(415)이 코팅되는, 증착 방법.
  9. 특히 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 생산되는, 크라운 베이스를 갖는 터빈 회전자 블레이드이며,
    자립형 벽(13) 또는 상부-개방 공동(6)을 가지며,
    상기 벽(13)은 복수의 용접 트랙의 용접층에 의해 형성되고,
    용접층의 연속 용접 트랙의 모든 용접 트랙은 서로에 대해 80°내지 100°, 특히 90°의 각도로 연장되는, 터빈 회전자 블레이드.
  10. 제9항에 있어서, 표면(4, 415)의 외부 윤곽(7)을 따라서 외부 주위 용접 트랙(10)이 제공되는, 터빈 회전자 블레이드.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 표면(4, 415)의 내부 윤곽(8)을 따라서 내부 주위 용접 트랙(10)이 제공되는, 터빈 회전자 블레이드.
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