WO2009157093A1 - 燃料器尾筒内面の試験片固定方法 - Google Patents

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WO2009157093A1
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thermal
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仁志 森本
井上順昭
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三菱重工業株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying

Definitions

  • the present invention relates to a thermal spraying method in a heat-resistant apparatus that performs thermal spraying on a metal surface such as a combustor tail cylinder, a combustion cylinder, a turbine rotor blade, and a stationary blade of an industrial gas evening bottle.
  • a metal surface such as a combustor tail cylinder, a combustion cylinder, a turbine rotor blade, and a stationary blade of an industrial gas evening bottle.
  • Gas evening bottles are used in emergency power generation facilities because they have a short start-up time and do not require cooling water.
  • high-efficiency combined cycle power generation (combined cycle power generation) of gas turbines and steam turbines is used in large-scale thermal power plants. It is used.
  • the gas evening bin is a centrifugal or axial flow type rotary compressor, and is composed of three components: a compressor, a combustor, and an evening bin.
  • air compressed by a compressor is supplied to a combustor, and fuel is blown into the combustor for combustion, and the high-temperature and high-pressure combustion gas generated at that time is centrifugal or axial flow type.
  • the turbine is usually directly connected to the compressor and transmits compression power to the compressor.
  • the turbine inlet temperature has been raised, and in industrial gas turbines that are actually used in thermal power plants, etc., the gas temperature at the turbine bin inlet is set to 1300 to 15500. Operation at a high temperature is performed.
  • Patent Document 1 describes the first layer, Z r 0 2 — Y 2 0 3 , coated with Ni C r A 1 Y or Co N i C r A 1 Y alloy by low-pressure plasma spraying.
  • a spray gun is attached to the robot, and the sprayed material is directed from the spray gun toward the object to be sprayed at a predetermined pressure according to the predetermined spraying conditions. While spraying, move the robot in a predetermined direction at a predetermined speed, and spray the entire surface of the object to be sprayed or the surface that needs to be sprayed. At this time, the spraying conditions vary depending on the shape and material of the object to be sprayed, and therefore it is necessary to perform robot teaching before performing the spraying process.
  • the robot teaching for setting the spraying conditions is performed by performing a test spraying on the sprayed object when the sprayed object is inexpensive, and performing the test spraying if the test result is negative. Perform a test spray on another thermal spray target that is equivalent to the thermal spray target and repeat the test until the test result is suitable.In other words, discard the spray target and repeat the test spray to set the spray conditions. The way is done.
  • the method for performing robotic teaching by disposing the object to be sprayed in a disposable manner cannot be implemented due to economic problems.
  • the expensive object to be sprayed include a combustion chamber (tail tube), a moving blade of an evening bottle, and a stationary blade.
  • the tail tube is made of an expensive Ni-base alloy as disclosed in Patent Document 2, for example, and has a large number of through-holes for film cooling that are difficult to process. Costs of around several million yen are required per robot and cannot be disposable for robotics.
  • robot teaching for thermal spraying processing of the inner surface of the tail tube is performed by masking the tape on the inner surface of the tail tube two to three times so as not to block the through-holes with foreign matter, and on the tape.
  • tape examples include PTFE tape in which a glass fiber is impregnated with tetrafluoroethylene resin and silicon adhesive is applied on one side thereof, silicon rubber used for plasma spraying, aluminum foil, and fiber glass. Configured tape Can be used.
  • Patent Document 3 also applies or prints a liquid resin capable of forming a cured film that has resistance to thermal spraying and can be removed after thermal spraying on the sprayed part, and is then dried, thermally cured, or photocured.
  • a masking method is disclosed in which the resin is cured by a curing method such as that to form a resist film.
  • the tape may be burnt by the heat during the test spraying, thereby exposing the metal surface and closing the through-holes with the sprayed material. There was something that would let me.
  • the tape holding the test piece burned out, and the tape peeled off and the test piece could not be fixed in place, or TBC sprayed to the back of the test piece.
  • masking with a tape is difficult and requires skill, and it takes a lot of time.
  • the present invention provides a thermal spraying method capable of easily performing masking work on the surface of the thermal spray object and setting the thermal spraying conditions by securely fixing the test piece in view of the problems of the prior art.
  • the purpose is to do.
  • a thermal spraying method for forming a thermal barrier coating layer by thermal spraying a thermal barrier coating material on a metal surface forming a heat resistant device wherein a coating layer of a thermal resistant resin is formed on the entire sprayed surface of the metal surface, A test piece made of the same material as the metal forming the heat-resistant device is fixed to the surface of the coating layer, and a thermal barrier coating material is sprayed onto the test piece, and then the test piece is attached to the surface of the coating layer.
  • a step of setting the spraying conditions by confirming the thermal spraying state by removing the coating layer, removing the coating layer, and spraying a thermal barrier coating material on the metal surface under the set thermal spraying conditions, A step of forming a coating layer.
  • the surface temperature of the sprayed object in the case of plasma spraying, only rises to about 150 ° C to 200 ° C, so that it is possible to form a cured film in liquid form, for example, a dry curable resin, UV curing Photocurable resins such as resins, thermosetting resins, and the like can be used, and inexpensive resins such as silicone sealants can also be used.
  • a film layer made of a heat-resistant resin is formed on the metal surface forming the heat-resistant device, so that the metal surface is protected by the film, and the heat-shielding coating layer is formed on the metal surface when spraying conditions are set. This can be prevented.
  • the use of a metathermic resin prevents the resin from scorching or melting when setting spraying conditions. Furthermore, since the work for forming the film with the heat-resistant resin can be performed in a short time, the time required for setting the spraying conditions can be shortened.
  • the heat-resistant resin is a photo-curing resin that is polymerized and cured by a specific wavelength such as liquid ultraviolet light, and the liquid ultraviolet light is applied to the entire sprayed surface of the metal surface.
  • Applying a curable resin placing the test piece on the ultraviolet curable resin, irradiating the liquid ultraviolet curable resin with ultraviolet rays and curing the liquid ultraviolet curable resin,
  • the test piece is fixed to the surface of the ultraviolet curable resin.
  • the ultraviolet curable resin it is possible to use an ultraviolet curable resin in which polymerization is completed by about 10% before coating, or a resin that is polymerized and cured slowly with visible light.
  • an ultraviolet curable resin that generates a curing reaction with specific ultraviolet rays was taken up.
  • the present invention is not limited thereto, and the polymerization reaction is performed in the visible light region. It is possible to apply a photo-curing resin that includes a photo-curing resin (resin combining a photo-polymerization initiator that reacts with an electron beam or ultraviolet light and a photo-sensitizer that absorbs a large amount of energy in the visible light region). is there.
  • the metal forming the heat-resistant device is, for example, the inner surface of the tail tube of a gas turbine. Even in the case of the whole of the lower part, side part, and upper part, the ultraviolet ray does not pass through the test piece, so there is a vermillion cured resin on the back side of the test piece, and the ultraviolet curable resin has a weak adhesive property. The piece does not peel off.
  • the metal forming the heat-resistant device is provided with a plurality of through-holes, and in the state in which the through-holes are closed with the heat-resistant resin, heat shielding in the step of forming the thermal barrier coating layer
  • the coating material is thermally sprayed.
  • the through-holes are not clogged by blasting or undercoat treatment, which is a pretreatment for thermal spraying.
  • the heat-resistant resin is a resin having a non-combustible filler having a size equal to or smaller than the diameter of the through-hole.
  • the incombustible filler By setting the size of the incombustible filler to be equal to or smaller than the diameter of the through pore, the incombustible filler is not clogged in the through pore.
  • test piece is characterized by the groove
  • a thermal spraying method capable of easily performing masking work on the surface of a thermal spray target object, and further capable of setting a thermal spraying condition by securely fixing a test piece.
  • FIG. 1 is a partial perspective view showing a tail tube of a gas turbine that performs thermal spraying on an inner surface according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic partial sectional view of the vicinity of the sprayed surface when setting the spraying conditions.
  • FIG. 3 is a flowchart when performing thermal spraying by setting thermal spraying conditions.
  • 4 (A) is a side view of the test piece, and
  • FIG. 4 (B) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4 (A).
  • a gas turbine consists of three elements: a compressor, a combustor, and a turbine.
  • air compressed by a compressor is supplied to a combustor, fuel is blown into the combustor and burned, and high-temperature and high-pressure combustion gas generated at that time is supplied to a centrifugal or axial-flow turbine. Supply and rotate the evening bottle.
  • the gas temperature at the evening bin inlet is set to 1 3. 0 0 to 1 5 0 O t: Operation at a high temperature is performed.
  • the tail tube for introducing the high-temperature and high-pressure combustion gas to the turbine is exposed to the high-temperature and high-pressure combustion gas of 1300 to 1550:
  • the inside is heat shield spray coating (TBC).
  • TBC heat shield spray coating
  • the gas bottle is operated for a certain period of time, a part of the TBC may come off. Therefore, it is necessary to perform TBC again periodically or when the coating is peeled off.
  • a spray gun is attached to the mouth pot, and the sprayed material is sprayed from the spray gun at a specified pressure according to the specified spray conditions.
  • FIG. 1 is a partial perspective view showing a tail tube of a gas evening bottle that performs thermal spraying on the inner surface according to the first embodiment.
  • the tail tube 1 is provided with a large number of through-holes 2 for cooling the film.
  • the heat-resistant film layer 1 1 and the test piece 1 2 shown in FIG. 1 will be described later.
  • the transition piece 1 is made of nickel alloy.
  • FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of the vicinity of the sprayed surface when setting the spraying conditions
  • FIG. 3 is a flowchart when performing spraying processing by setting the spraying conditions.
  • FIG. 4A is a side view of a test piece 12 described later, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line A_A in FIG. 4A.
  • the test piece 12 is provided with a groove 1 2 a having a U-shaped cross section.
  • step S2 cleaning of the inner surface of the tail tube 1 is performed in step S2.
  • Cleaning of the inner surface of the tail tube 1 is sufficient if it can be cleaned without damaging the tail tube 1 or altering the surface of the tail tube 1.
  • the used jet cleaning can be performed.
  • the liquid UV curable resin is applied to the inner surface of the transition piece 1 using a brush or the like in step S3 so as to have a thickness of 100 to 200 / zm.
  • a commercially available UV curable resin can be used, for example, “SPEED MASK:” manufactured by Daimax Corporation.
  • a resin capable of forming a cured film in a liquid form instead of an ultraviolet curable resin, such as a dry curable resin, a photo curable resin, a thermosetting resin, etc., can be used. It is possible to use a heat-resistant silicone sealant having a non-combustible filler such as My power having a size smaller than the diameter of the hole 2.
  • the resin such as the ultraviolet curable resin is heat generated by thermal spraying at the time of thermal spraying to be described later. It is necessary to use a resin that does not burn.
  • test piece 12 When UV curable resin is applied to the inner surface of the tail tube in step S3, the test piece 12 is placed on the UV curable resin applied to the inner surface of the tail tube in step S4.
  • a test piece 12 made of a nickel base alloy size 50 0 X 1 0 0 X lmm, which is the same material as the transition piece 1, was used and spread on the inner surface of the transition piece 1 at intervals of 50 mm. It was.
  • the area and number of test pieces 1 2 placed in the tail tube 1 (on the UV curable resin) must be more than the extent that the sprayed state can be confirmed over the entire inner surface of the tail tube 1.
  • step S4 When the test piece is placed in step S4, an ultraviolet lamp is inserted into the tail tube 1 in step S5, and the ultraviolet curable resin applied to the inner surface of the tail tube 1 is irradiated with ultraviolet light. Curing is performed to form a heat-resistant film layer 1 1.
  • the state of the hardness of the ultraviolet curable resin will be described with reference to FIG.
  • the UV curable resin hardens at the location 1 1 a where the test piece 12 is not placed.
  • the test piece 1 2 On the other hand, on the back side 1 1 b of the test piece 1 2, since the test piece 1 2 is made of a nickel-based alloy as described above, it does not transmit ultraviolet light and is not cured.
  • some ultraviolet rays (about 2 mm) enter the back of test piece 1 2 near the end of test piece 1 2 and the UV curable resin hardens. At this time, an adhesive portion 1 1 c with the ultraviolet curable resin is formed at the end portion of the test piece 1 2.
  • a heat-resistant film made of ultraviolet curable resin is formed on the part 1 1 a where the test piece 1 2 does not exist, and the test piece 1 2 is attached to the tail tube 1 via the adhesive part 1 1 c and the heat-resistant film layer 1 1. Bonded to the inner surface.
  • test piece 12 is placed over the entire lower part, side part, and upper part of the inner surface of the tail tube, but the test piece 12 is uncured resin on the back side 1 1 b even on the side part and upper part of the inner surface of the tail tube.
  • UV-cured resin (Daimax 'S peed MA S Kj, manufactured by Corporation) has weak adhesion and does not fall off.
  • step S5 If a resin capable of forming a cured film in the form of another liquid is used instead of the ultraviolet curable resin, the cured film is formed in step S5.
  • step S5 when the heat-resistant coating layer 1 1 is formed by irradiating the tail tube 1 with ultraviolet rays, teaching is made to the mouth pot (not shown) to which the spray gun 2 1 is attached in step S6, Thermal spraying is performed in the same manner as actual thermal spraying under the teaching conditions.
  • the distance between the spray gun 2 1 and the test piece 1 2 during plasma spraying should be about 100 mm.
  • the ultraviolet curable resin on the back side 1 1 b of the test piece 1 2 contains air lumps and monomer gas. ) Since the air mass and monomer gas expanded from the U-shaped groove 12 a shown in (B) are guided to the outside, the test piece 12 does not peel off due to the expansion.
  • the through-hole 2 is closed by the ultraviolet curable resin as shown in FIG. 2, the through-hole 2 is not clogged by the blasting process or the undercoat process.
  • step S6 When thermal spraying is performed in step S6, the test piece 1 2 is peeled off in step S7, and the thermal spraying state of the test piece 1 2 is inspected. Since the test piece 12 is adhered to the inner surface of the tail tube 1 through the heat-resistant coating layer 11 1 by the weak adhesive force of the ultraviolet curable resin, it can be peeled off by pulling with a human hand. In addition, the above inspection confirms whether or not the desired sprayed state is obtained at each position in the tail tube.
  • step S7 An inspection is performed in step S7. If the inspection result is poor in step S8, the UV curable resin is removed in step S9, the spraying conditions are changed, and the operation is repeated from step S3. Steps S3 to S9 are repeated until good results are obtained in step S8 and the spraying conditions are established.
  • step S8 the UV-cured resin is removed in step S10, and the spraying conditions are set in the spraying conditions and robot teaching conditions in step S6. Under the spraying conditions, spraying is performed on the inner surface of the tail tube 1 in step S 1 1, and the work is finished in step S 1 2.
  • step S9 and step S10 When removing the UV curable resin in step S9 and step S10, it is most advantageous in terms of time and cost if it is peeled off with a hand or a spatula. If the UV curable resin cannot be removed sufficiently even with a hand or a spatula, it can be removed by burning the resin or by dissolving the resin in a solvent. Ma If the resin has the property of being peelable from the applied metal surface after curing, the entire surface is peeled off by hand.
  • step S11 the through-holes that are not blocked are also blocked with resin, and thermal spraying is performed with all the through-holes closed with resin.
  • the resin inside the through-holes can be decomposed and disappeared at a high temperature by the combustion gas, and the diameter inside the through-holes is not reduced by the deposition of the thermal spray.
  • Example 1 it is possible to easily form a film on the metal surface of the inner surface of the tail tube, which is the object to be sprayed, with UV-curing resin, and to set the spraying conditions by securely fixing the test piece. Thermal spraying can be performed. Industrial applicability

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Abstract

本発明は、溶射対象物表面のマスキング作業を簡単に行うことができ、さらに試験片を確実に固定して溶射条件を設定することができる溶射方法を提供するために、耐熱性機器を形成する金属表面に遮熱コーティング材を溶射して遮熱コーティング層を形成する溶射方法であって、前記金属表面の被溶射面全体に耐熱性樹脂の皮膜層を形成し、前記皮膜層表面に、前記耐熱性機器を形成する金属と同素材料の試験片を固着し、前記試験片に遮熱コーティング材を溶射してから、前記試験片を前記皮膜層表面から剥離して溶射状態を確認して溶射の条件を設定するステップと、前記皮膜層を除去し、前記設定した溶射の条件にて、前記金属表面に遮熱コーティング材を溶射して遮熱コーティング層を形成するステップによって溶射を行うことを特徴とする。

Description

燃焼器尾筒内面の試験片固定方法 技術分野
本発明は、 産業用ガス夕一ビンの燃焼器尾筒、 燃焼筒、 タービン動翼、 静翼な どの金属表面に溶射加工を施す耐熱性機器における溶射方法に関する。 背景技術
ガス夕一ビンは、 始動時間が短く冷却水が不要なことから非常用発電設備で用 いられ、 さらに大規模火力発電所においてガスタービン ·蒸気タービンの高効率 複合サイクル発電 （コンバインドサイクル発電） で用いられている。
ガス夕一ビンは、 遠心式又は軸流式の回転式圧縮機で、 圧縮機、 燃焼器、 夕一 ビンの 3要素から構成されている。 ガス夕一ビンにおいては、 圧縮機で圧縮され た空気を燃焼器に供給し、 該燃焼器に燃料を吹き込んで燃焼させ、 その際に発生 した高温高圧の燃焼ガスを遠心式又は軸流式のタービンに供給してタービンを回 転させる。タービンは通常、圧縮機と直結しており、圧縮機に圧縮動力を伝える。 このように構成されたガスタービンの熱効率を向上させるためには、 夕一ビン 入口のガス温度を高くすることが好ましい。 そのためにタービン入口温度の高温 化が図られてきており、 実際に火力発電所などで用いられる産業用のガスタービ ンにおいては、 タ一ビン入口のガス温度を 1 3 0 0〜1 5 0 0で程度の高温とし た運転が行われている。
上記のようなガスタービンを構成する部品であって、 例えば燃焼器を構成する 各部品、 燃焼器からの高温高圧の燃焼ガスをタービンに導くための尾筒、 夕ービ ンの動翼、 静翼などの前記 1 3 0 0〜 1 5 0 0 °C程度の高温ガスに晒される部品 は、 耐久性を保っために熱遮蔽溶射コーティング （T B C： T h e r m a 1 B a r r i e r C o a t i n g ) が為されており、 例えば特許文献 1には N i C r A 1 Y又は C o N i C r A 1 Y合金を低圧プラズマ溶射にてコ一ティングした 第 1層、 Z r 02— Y 2〇3を大気プラズマ溶射してコーティングした第 2層及び 化学蒸着又は低圧プラズマ溶射にてコーティングした酸素透過性の小さい緻密な セラミック層よりなる第 3層からなる表面層がコーティングされた動翼 ·静翼が 開示されている。
このようにして、 ガスタービンを形成する部品に T B C溶射を行う場合、 ロボ ッ卜に溶射ガンを取り付け、 所定の溶射条件に応じて溶射ガンより溶射物を溶射 対象物に向けて所定の圧力で噴出させながらロボッ卜を所定方向に所定速度で移 動させて、 溶射対象物全面又は溶射を行う必要のある面に溶射加工を行う。 この とき、 前記溶射条件は溶射対象物の形状、 材質などによって異なり、 そのため溶 射加工を行う前にロボットティ一チングを行う必要がある。
従来より、 前記溶射条件を設定するためのロボットティーチングは、 溶射対象 物が安価である場合には溶射対象物に試験溶射を行って検査を行い、 検査結果が 否であれば前記試験溶射を行った溶射対象物と同等の別の溶射対象物に試験溶射 を行って検査を行い、 検査結果が適となるまで繰り返す、 即ち溶射対象物を使い 捨てにして試験溶射を繰り返して溶射条件を設定する方法が行われている。
しかし、 溶射対象物が高価である場合には、 前記溶射対象物を使い捨てにして ロボッ卜ティ一チングを行う方法は、経済的な問題から実施することは出来ない。 前記高価な溶射対象物には例えば燃焼室（尾筒)、 夕一ビンの動翼、 静翼などが挙 げられる。 特に尾筒は例えば特許文献 2に開示されているような高価な N i基合 金で製造されており、 さらに難加工であるフィルム冷却用の貫通細孔が多数設け られていることから 1台あたり数百万円程度のコス卜が必要でありロボッ卜ティ —チングのために使い捨てにすることは出来ない。
そのため、 従来、 尾筒内面の溶射加工のためのロボットティーチングは、 前記 貫通細孔を異物で塞がないようにテープを尾筒の内面に 2〜 3重にマスキングし、 該テープの上に尾筒と同質の材料の試験片を約 5 c m間隔で尾筒内面に敷き詰め、 前記マスキングに使用したテープと同じテープで前記試験片の周端部を固定した 後、 試験溶射を行いロポットティーチングを行っていた。
なお、 前記テープとしては例えば、 四フッ化工チレン樹脂をガラス繊維に含浸 させて、 その片面にシリコン系接着剤を塗布した P T F Eテープや、 プラズマ溶 射に用いるシリコンラバ一、 アルミ箔及びフアイバーグラスで構成されるテ一プ を用いることができる。
また、 特許文献 3には、 被溶射部に、 耐溶射加工性を持ち且つ溶射後に除去可 能な硬化膜を形成可能な液状の樹脂を塗布或いは印刷し、 乾燥硬化、 熱硬化また は光硬化等の硬化法により前記樹脂を硬化させてレジスト膜を形成するマスキン グ方法が開示されている。
しかしながら、 前記テープを用いて試験片を固定してロボットティーチングを 行う方法は、 テープが試験溶射時の熱で焼け焦げることがあり、 これにより金属 表面が露出して貫通細孔を溶射物で閉塞させてしまうことがあった。 また、 試験 片を固定しているテープが焼け焦げて、 テープが剥がれて試験片が所定の位置に 固定されなくなったり、 試験片の裏面にまで T B C溶射されてしまうこともあつ た。 さらにまたテープによるマスキング作業は難しく熟練の技術が必要であるこ とに加えて多大な時間を要していた。
さらに、 特許文献 3に開示された方法を用いて尾筒内をマスキングしても、 試 験片を固定する際にはテープを使用する必要があり、 試験溶射時にテープが焼け 焦げてしまう問題を解決することはできない。 発明の開示
従って、 本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、 溶射対象物表面のマスキング 作業を簡単に行うことができ、 さらに試験片を確実に固定して溶射条件を設定す ることができる溶射方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明においては、
耐熱性機器を形成する金属表面に遮熱コーティング材を溶射して遮熱コーティ ング層を形成する溶射方法であって、 前記金属表面の被溶射面全体に耐熱性樹脂 の皮膜層を形成し、 前記皮膜層表面に、 前記耐熱性機器を形成する金属と同素材 料の試験片を固着し、 前記試験片に遮熱コ一ティング材を溶射してから、 前記試 験片を前記皮膜層表面から剥離して溶射状態を確認して溶射の条件を設定するス テツプと、 前記皮膜層を除去し、 前記設定した溶射の条件にて、 前記金属表面に 遮熱コーティング材を溶射して遮熱コーティング層を形成するステップとからな ることを特徴とする。 耐熱性樹脂としては、 プラズマ溶射の場合被溶射物表面温度が 150°C〜200°C 程度までしか上昇しないことより、 例えば液状で硬化膜を形成することが可能な 乾燥硬化性樹脂、 紫外線硬化樹脂等の光硬化性樹脂、 熱硬化性樹脂などを使用す ることができ、 さらにはシリコンシーラントなどの安価な樹脂を使用することも できる。
これにより、 前記耐熱性機器を形成する金属表面に耐熱性樹脂による皮膜層が 形成されるため、 該皮膜によって金属表面が保護され溶射条件設定時に遮熱コ一 ティング層が金属表面にできてしまうことを防止することができる。 さらに、 而 熱性樹脂を使用するため溶射条件設定時に樹脂が焼け焦げたり溶けたりすること がない。 さらに耐熱性樹脂による皮膜を形成するための作業は短時間で行うこと ができるため、 溶射条件設定のために必要な時間を短縮化することができる。 さらに、 前記溶射の条件を設定するステップにおいて、 前記耐熱性樹脂が液状 の紫外線等の特定の波長によって重合硬化する光硬化樹脂であって、 前記金属表 面の被溶射面全体に前記液状の紫外線硬化樹脂を塗布し、 該紫外線硬化樹脂上に 前記試験片を載置し、 前記液状の紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させる ことで、 前記金属表面の被溶射面全体に紫外線硬化樹脂の皮膜層を形成するとと もに、 前記紫外線硬化樹脂表面に前記試験片を固着することを特徴とする。 尚、 紫外線硬化樹脂は、 塗布前に重合を 1 0 %程度完了させた紫外線硬化樹脂 や可視光で遅く重合硬化させる樹脂も使用する事が可能である。 尚、 実施例にお いては、 特定の紫外線にて硬化反応を生じる紫外線硬化樹脂を適用したものを取 り上げたが、 本発明は、 それだけに限定される事無く可視光領域で、 重合反応を 進める光硬化樹脂 （電子ビームや紫外線に反応する光重合開始剤に可視光域で大 きなエネルギー吸収をもつ光増感剤を組み合わせた樹脂） 等も含む光硬化樹脂を 適用することが可能である。
液状の紫外線硬化樹脂を塗布し、 紫外線を照射すればよいため、 簡単に短時間 で樹脂による皮膜を形成することができる。 また、 試験片を液状の紫外線硬化樹 脂上に載置してから紫外線を照射することで、 試験片が硬化した紫外線硬化樹脂 を介して金属表面に接着されるため試験片の固定も簡単である。
また前記耐熱性機器を形成する金属が例えばガスタービンの尾筒内面のように 下部、 側部、 上部の全体に亘つている場合においても、 前記紫外線は試験片を透 過しないため試験片裏側に朱硬化樹脂が存在し、 さら 紫外線硬化樹脂には弱い 接着性があるため試験片が剥離落下しない。
また、 前記耐熱性機器を形成する金属は、 複数の貫通細孔が設けられており、 前記耐熱性樹脂で前記貫通細孔を閉塞した状態で、 前記遮熱コーティング層を 形成するステップにおける遮熱コーティング材の溶射を行うことを特徴とする。 これにより溶射の前処理であるブラスト加工やアンダーコート処理によって貫 通細孔が詰まることもない。
また、 前記耐熱性樹脂が、 前記貫通細孔の直径以下の大きさの不燃フイラ一を 有する樹脂であることを特徴とする。
不燃フィラーの大きさを前記貫通細孔の直径以下とすることで、 不燃フィラー が前記貫通細孔に詰まることがない。
また、 前記試験片は、 前記皮膜層表面と対面する側の面に溝が設けられている ことを特徴とする。
これにより、 試験片と対向する位置の樹脂中に空気塊やモノマ一ガスが含まれ ていて、 溶射時の熱によつて前記空気塊ゃモノマーガスが膨張した場合であつて も、 前記溝で膨張した空気塊やモノマ一ガスを吸収することができるため該膨張 が原因で試験片が剥離することを防止することができる。 さらに前記溝を試験片 の側端部までに亘つて設けておくと前記空気塊やモノマーガスを溝から外部に誘 導して放出することができるため、 さらに確実に試験片の剥離を防止することが できる。
以上記載のごとく本発明によれば、 溶射対象物表面のマスキング作業を簡単に 行うことができ、 さらに試験片を確実に固定して溶射条件を設定することができ る溶射方法を提供すること。 図面の簡単な説明
第 1図は、 実施例 1に係る内面に溶射加工を行うガスタービンの尾筒を表す部 分斜視図である。
第 2図は、 溶射条件の設定を行う際の溶射面近傍の概略部分断面図である。 第 3図は、溶射条件の設定を行って溶射加工を行う際のフローチャートである。 第 4図は、 図 4 (A) は試験片の側面図であり、 図 4 (B) は図 4 (A) にお ける A— A断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。 但し この実施例に記載されている構成部品の寸法、 材質、 形状、 その相対的配置等は 特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなぐ 単なる説明例に過ぎない。
【実施例 1】
ガスタービンは、 圧縮機、 燃焼器、 タービンの 3要素から構成されている。 ガ スタービンにおいては、 圧縮機で圧縮された空気を燃焼器に供給し、 該燃焼器に 燃料を吹き込んで燃焼させ、 その際に発生した高温高圧の燃焼ガスを遠心式又は 軸流式のタービンに供給して夕一ビンを回転させる。 このように構成されたガス タービンの熱効率を向上させるためには、 夕一ビン入口のガス温度を高くするこ とが好ましく、 産業用のガスタービンにおいては、 夕一ビン入口のガス温度を 1 3 0 0〜 1 5 0 O t:程度の高温とした運転が行われている。
このようなガスタービンにおいては、 高温高圧の燃焼ガスをタービンに導くた めの尾筒は前記 1 3 0 0〜1 5 0 O :の高温高圧の燃焼ガスに晒されるため、 そ の耐久性を保っために内部は熱遮蔽溶射コ一ティング（T B C)が為されている。 しかし、 ある一定時間ガス夕一ビンの運転を継続すると前記 T B Cの一部が剥が れてしまうことがある。 そのため定期的に又はコ一ティングの剥がれ時に再 T B Cを実施する必要があり、再 T B Cを行う場合、口ポットに溶射ガンを取り付け、 所定の溶射条件に応じて溶射ガンより溶射物を所定の圧力で溶射対象物に向けて 噴出させながらロボッ卜を所定方向に所定速度で移動させて、 溶射対象物全面又 は溶射を行う必要のある面に溶射加工を行う。 このとき、 前記溶射条件は溶射対 象物の形状、 材質などによって異なり、 そのため溶射加工を行う前に最適な溶射 条件を設定し、 該溶射条件に従つて溶射を行うことができるように口ポットティ 一チングを行う必要がある。 以下、 前記溶射条件の設定について、 図 1、 図 2、 図 4を参照しながら図 3を 用いて説明する。
図 1は、 実施例 1に係る内面に溶射加工を行うガス夕一ビンの尾筒を表す部分 斜視図である。
図 1に示したように、 尾筒 1には多数のフィルム冷却用の貫通細孔 2が設けら れている。 図 1に示される耐熱皮膜層 1 1及び試験片 1 2については後述する。 また尾筒 1は二ッケル基合金により形成されている。
図 2は、 溶射条件の設定を行う際の溶射面近傍の概略部分断面図、 図 3は、 溶 射条件の設定を行って溶射加工を行う際のフローチャートである。
また、図 4 (A)は後述する試験片 1 2の側面図であり、図 4 (B)は図 4 (A) における A _ A断面図である。 図 4 (A) (B) に示したように、 試験片 1 2には 断面 U字状の溝 1 2 aが設けられている。
まずガスタービンの運転を停止して充分に冷却し、 尾筒を取り外してから、 尾 筒の溶射条件の設定を行って溶射加工を行う。
図 3のフローチャートにおいて、 ステップ S 1で工程が開始されると、 ステツ プ S 2で尾筒 1内面の清掃を実施する。 前記尾筒 1内面の清掃は、 尾筒 1を傷つ けたり、 尾筒 1表面を変質させずに掃除することができればよく、 人が中に入つ て手作業で掃除する、 高圧水を使用したジエツト洗浄を実施するなどの方法があ げられる。
ステップ S 2で尾筒 1内面の清掃が終了すると、 ステップ S 3で尾筒 1内面に 液状の紫外線硬化樹脂を刷毛などを用いて厚み 1 0 0〜2 0 0 /z mとなるように 塗布する。 紫外線硬化樹脂は市販のものを使用することができ、 例えばダイマツ クス 'コーポレーション社製 「S p e e d MA S K：」 などを使用することができ る。
また、 紫外線硬化樹脂に変えて液状で硬化膜を形成することが可能な樹脂、 例 えば乾燥硬化性樹脂、 光硬化性樹脂、 熱硬化性樹脂などを使用することもでき、 さらには前記貫通細孔 2の直径以下の大きさのマイ力等の不燃フィラーを有する 耐熱シリコンシーラントなどを使用することができる。
なお、 前記紫外線硬化樹脂などの樹脂は、 後述する溶射加工時に溶射による熱 で燃焼しない樹脂を使用する必要がある。
ステップ S 3で尾筒内面に紫外線硬化性樹脂が塗布されると、 ステップ S 4で 尾筒内面に塗布された紫外線硬化樹脂上に試験片 1 2を載置する。 本実施例にお いては尾筒 1と同素材料であるニッケル基合金製 （サイズ 5 0 X 1 0 0 X l m m) の試験片 1 2を用い、 5 0 mm間隔に尾筒 1内面に敷き詰めた。
また尾筒 1内 （紫外線硬化樹脂上） に載置する試験片 1 2の面積、 個数は尾筒 1内面全体に亘つて溶射状態を確認できる程度以上とする必要がある。
ステップ S 4で試験片が載置されると、 ステップ S 5で尾筒 1内に紫外線ラン プを挿入し、 尾筒 1内面に塗布された紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、 紫外線 硬化樹脂を硬化させ、 耐熱皮膜層 1 1を形成させる。
紫外線硬化樹脂の硬ィ匕の状態について図 2を用いて説明する。 紫外線を照射す ると試験片 1 2が載置されていない箇所 1 1 aでは紫外線硬化樹脂が硬化する。 一方試験片 1 2の裏側 1 1 bでは試験片 1 2が前記の通りニッケル基合金製であ るため紫外線が透過せず未硬化となる。 また、 図 2に示したように試験片 1 2端 部近辺では紫外線が若干 （2 mm程度） 試験片 1 2の裏側に侵入し、 紫外線硬化 樹脂が硬化する。 この際、 試験片 1 2の端部で紫外線硬化樹脂との接着部 1 1 c ができる。
これにより、 試験片 1 2の存在しない箇所 1 1 aには紫外線硬化樹脂による耐 熱皮膜が形成され、 試験片 1 2は接着部 1 1 c及び耐熱皮膜層 1 1を介して尾筒 1の内面に接着される。
前記試験片 1 2は尾筒内面の下部、 側部、 上部の全体に亘つて置かれるが、 尾 筒内面の側部及び上部であっても試験片 1 2は裏側 1 1 bに未硬化樹脂が存在し、 さらに紫外線硬化樹脂 （ダイマックス 'コーポレーション社製 「S p e e d MA S Kj ) には弱い接着性があるため剥離落下することはない。
なお、 紫外線硬化樹脂に変えて他の液状で硬化膜を形成することが可能な樹脂 を用いている場合にはこのステップ S 5で硬化膜を形成させる。
ステップ S 5で尾筒 1内に紫外線を照射し耐熱皮膜層 1 1が形成されると、 ス テツプ S 6で溶射ガン 2 1を取り付けた口ポット （不図示） にティーチングを行 つた後、 該ティ一チング条件で実際の溶射加工と同じように溶射加工を行う。 具 体的には本実施例においては、 ブラスト加工を行った後、 3 0 0 °C以下でプラズ マ溶射によって C o N i C r A 1 Yによるアンダーコート層を尾筒内面全体に形 成し、 さらに 3 0 0 °C以下でプラズマ溶射によって膜圧 5 0 0〜7 0 0 a mの Z r〇2と 8 Y 2〇3によるトップコート層を尾筒内面全体に形成する。 プラズマ溶 射時の溶射ガン 2 1と試験片 1 2の間の距離は 1 0 0 mm程度とする。
また、 試験片 1 2の裏側 1 1 bの紫外線硬化樹脂中に空気塊やモノマ一ガスが 含まれており、 溶射時の熱によって前記空気塊やモノマーガスが膨張しても、 図 4 (A) ( B )に示した U字状の溝 1 2 aから膨張した空気塊やモノマーガスが外 部へ誘導されるため、 該膨張が原因で試験片 1 2が剥離することはない。
また、 貫通細孔 2は、 図 2に示したように紫外線硬化樹脂によって閉栓される ため、 前記ブラスト加工やアンダーコート処理によつて貫通細孔 2が詰まること もない。
ステップ S 6で溶射加工が行われると、 ステップ S 7で試験片 1 2を剥がして 試験片 1 2の溶射状態の検査を行う。 試験片 1 2は紫外線硬化樹脂の弱い接着力 によって前記耐熱皮膜層 1 1を介して尾筒 1内面に接着されているので、 人間の 手で引っ張ることによって剥がすことができる。 また前記検査は尾筒内の各位置 で所望の溶射状態になっているかどうか確認する。
ステップ S 7で検査を行い、 ステップ S 8で検査結果が不良であれば、 ステツ プ S 9で紫外線硬化樹脂を除去して溶射条件を変更してステップ S 3から作業を やり直す。 ステップ S 3から S 9はステップ S 8で良好な結果が得られて溶射条 件が確定するまで繰り返す。
ステップ S 8で検査結果が良好であればステップ S 1 0で紫外線硬化榭脂を除 去し、 溶射条件及びロボットティーチングをステップ S 6で溶射加工を行った条 件に溶射条件を設定して該溶射条件にてステップ S 1 1で尾筒 1内面に溶射加工 を実施し、 ステップ S 1 2で作業を終了する。
なお、 ステップ S 9及びステップ S 1 0で紫外線硬化樹脂を除去する際には、 手やヘラなどで引き剥がすと時間的にもコス卜的にも最も有利である。 手やヘラ を用いても紫外線硬化樹脂を充分に除去することができない場合には、 樹脂を燃 焼して除去したり、 樹脂を溶剤で溶かすことによって除去することもできる。 ま た、 当該樹脂が硬化後において塗布した金属表面より剥離可能な性質を有する場 合は、 手で全面剥離を行う。
なお、 ステップ S 1 1は閉塞されていない貫通細孔も樹脂で閉塞し、 全ての貫 通細孔を樹脂で閉塞した状態で溶射加工を実施するが、 加工後燃焼試験を行うの で、残存する貫通細孔内樹脂は燃焼ガスによる高温で分解'消失させることができ、 貫通細孔内の直径は溶射物付着により小さくなることはない。
以上実施例 1によれば、 溶射対象物である尾筒内面の金属表面に紫外線硬化樹 脂によつて簡単に皮膜をつくることができ、 さらに試験片を確実に固定して溶射 条件を設定して溶射加工を実施することができる。 産業上の利用可能性
溶射対象物表面のマスキング作業を簡単に行うことができ、 さらに試験片を確 実に固定して溶射条件を設定することができる溶射方法として利用することがで さる。

Claims

1 . 耐熱性機器を形成する金属表面に遮熱コーティング材を溶射して遮熱コ一 ティング層を形成する溶射方法であって、 前記金属表面の被溶射面全体に耐熱性 樹脂の皮膜層を形成し、 前記皮膜層表面に、 前記耐熱性機器を形成する金属と同 素材料の試験片を固着し、 前記試験片に遮熱コーティング材を溶射してから、 前 記試験片を前記皮膜層表面か請ら剥離して溶射状態を確認して溶射の条件を設定す るステップと、 前記皮膜層を除去し、 前記設定した溶射の条件にて、 前記金属表 面に遮熱コーティング材を溶射して遮熱コーティング層を形成するステップとか らなることを特徴とする溶射方法。
2 . 前記溶射の条件を設定するステップにおいて、 前記耐熱性樹脂が液状の光 囲
硬化樹脂であって、 前記金属表面の被溶射面全体に前記液状の光硬化樹脂を塗布 し、 該光硬化樹脂上に前記試験片を載置し、 前記液状の光硬化樹脂に光を照射し て硬化させることで、 前記金属表面の被溶射面全体に光硬化樹脂の皮膜層を形成 するとともに、 前記光硬化樹脂表面に前記試験片を固着することを特徴とする請 求項 1記載の溶射方法。
3 . 前記耐熱性機器を形成する金属は、 複数の貫通細孔が設けられており、 前 記耐熱性樹脂で前記貫通細孔を閉塞した状態で、 前記遮熱コーティング層を形成 するステップにおける遮熱コーティング材の溶射を行うことを特徴とする請求項
1又は 2記載の溶射方法。
4. 前記耐熱性樹脂が、 前記貫通細孔の直径以下の大きさの不燃フィラーを有 する樹脂であることを特徴とする請求項 3記載の溶射方法。
5 . 前記試験片は、 前記皮膜層表面と対面する側の面に溝が設けられているこ とを特徴とする請求項 1〜 4何れかに記載の溶射方法。
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