ガスタービン動翼の補修方法およびガスタービン動翼
【課題】ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修する際、肉盛溶接におけるき裂等の欠陥の発生を防止し、信頼性の高い補修を行うことができるガスタービン動翼の補修方法、およびその補修方法により補修されたガスタービン動翼を提供する。
【解決手段】ガスタービン動翼の補修方法は、翼先端１０ａの減肉部１２を除去し、翼先端１０ａを平面１３に加工する減肉部除去工程Ｓ１０１と、平面１３に加工された翼先端１０ａに、ガスタービン動翼１０を構成する基材よりも延性が大きい肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの肉盛部１４を形成する肉盛溶接工程Ｓ１０２と、肉盛部１４の形状を減肉する前の当初の翼先端１０ａの形状と同一の形状に加工する成形工程Ｓ１０３と、肉盛溶接工程Ｓ１０２におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理工程Ｓ１０４とを備える。
【解決手段】ガスタービン動翼の補修方法は、翼先端１０ａの減肉部１２を除去し、翼先端１０ａを平面１３に加工する減肉部除去工程Ｓ１０１と、平面１３に加工された翼先端１０ａに、ガスタービン動翼１０を構成する基材よりも延性が大きい肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの肉盛部１４を形成する肉盛溶接工程Ｓ１０２と、肉盛部１４の形状を減肉する前の当初の翼先端１０ａの形状と同一の形状に加工する成形工程Ｓ１０３と、肉盛溶接工程Ｓ１０２におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理工程Ｓ１０４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガスタービン動翼の補修方法に係り、特に、ガスタービン動翼の先端部に生じる酸化減肉を補修するガスタービン動翼の補修方法、およびこの補修方法によって補修されたガスタービン動翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン動翼は、燃焼器から排出される１０００℃以上の高温ガスに曝される。そのため、有効な設計寿命サイクルを得るためには、冷却が必要とされている。一般に、ガスタービン動翼の冷却は、圧縮機から抽出された圧縮空気の一部を、ガスタービン動翼の植込み部の下端から供給することでなされている。ガスタービン動翼の内部に供給された冷却空気は、ガスタービン動翼の翼形部内に形成された冷却通路を通過して翼外に放出される。
【０００３】
ガスタービン動翼は、冷却空気の使用量を極力減らすために、Ｎｉ基耐熱合金などで形成され、８００℃以上の温度環境で使用されている。特に第１段動翼は、最も高温の燃焼ガスに曝されるため、高度な冷却設計手法が採用されている。しかしながら、ガスタービン動翼の翼先端部は、構造的に冷却強化を図ることが難しく、ガスタービン動翼の他の部位よりも温度が高くなる。
【０００４】
ガスタービン動翼の翼面には、耐食コーティングや遮熱コーティングが施されている。一方、ケーシングに対向するガスタービン動翼の翼先端は、運転中にケーシングの内周面と接触することがあり、コーティングを施しても剥離するため、翼先端面には、上記したコーティングは施されていない。そのため、ガスタービン動翼の翼先端は、燃焼ガスによる酸化や、ガスタービン動翼を通過する燃焼ガスからの侵食により、減肉が進行する。
【０００５】
減肉が生じると、ガスタービン動翼の翼先端とケーシングの内周面との間隙が増加し、タービン性能が低下する。ガスタービン動翼の翼先端における減肉が進行すると、減肉部が冷却通路部まで達し、冷却空気が流出する。これによって、ガスタービン動翼内の冷却空気の流量バランスが崩れ、ガスタービン動翼の温度の上昇や損傷を生じる原因となる。
【０００６】
ガスタービン動翼においては、上記したように減肉などを生じるため、所定期間使用した後に、元の形状に復帰させる補修が実施される。補修では、減肉した部位を平面に加工し、溶接により肉盛をし、仕上げ加工が施される（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−８０７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ガスタービン動翼は、Ｎｉ基耐熱合金などの耐熱合金で形成されているため、高温強度に優れているが、溶接性に劣り、溶接部に欠陥が生じ易いという問題があった。また、ガスタービン動翼の補修において、ＴＩＧ溶接等による溶接ワイヤを用いた肉盛溶接が採用された場合、溶接時の入熱が比較的大きく、凝固割れ等の欠陥が発生しやすかった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修する際、肉盛溶接におけるき裂等の欠陥の発生を防止し、信頼性の高い補修を行うことができるガスタービン動翼の補修方法、およびその補修方法により補修されたガスタービン動翼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修するガスタービン動翼の補修方法において、前記翼先端の減肉部を除去し、前記翼先端を平面に加工する減肉部除去工程と、前記平面に加工された翼先端に、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりも延性が大きい肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの肉盛部を形成する肉盛溶接工程と、前記肉盛部の形状を減肉する前の当初の前記翼先端の形状と同一の形状に加工する成形工程と、前記肉盛溶接工程におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理工程とを具備することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の一態様によれば、ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修するガスタービン動翼の補修方法において、前記翼先端の減肉部を除去し、前記翼先端を平面に加工する減肉部除去工程と、前記平面に加工された翼先端に、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりも延性が大きい第１肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの第１肉盛部を形成する第１肉盛溶接工程と、前記第１肉盛部に、前記第１肉盛材料よりも耐酸化性に優れた第２肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛して積層し、所定の厚さの第２肉盛部を形成する第２肉盛溶接工程と、前記第１肉盛部および前記第２肉盛部の形状を減肉する前の当初の前記翼先端の形状と同一の形状に加工する成形工程と、前記第１肉盛溶接工程および前記第２肉盛溶接工程におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理工程とを具備することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】翼先端が減肉したガスタービン動翼を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面であり、ガスタービン動翼の翼先端を示す図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を示す図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図５】本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図６】レーザ溶接法を説明するための図である。
【図７】本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図８】本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図９】本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を示す図である。
【図１０】本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１１】本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１２】本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１３】本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、翼先端１０ａが減肉したガスタービン動翼１０を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面であり、ガスタービン動翼１０の翼先端１０ａを示す図である。図３は、本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を示す図である。図４〜図５、図７〜図８は、本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。図６は、レーザ溶接法を説明するための図である。なお、図１〜図２、図４〜図５では、減肉された部分を破線で示している。
【００１５】
なお、本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の説明では、ガスタービン動翼１０として、翼先端１０ａがスキーラ部１１で構成されたものを例示して説明するが、この構成以外のガスタービン動翼に対しても本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法は適用することができる。
【００１６】
図１および図２に示すように、ガスタービン動翼１０の翼先端１０ａは、燃焼ガスによる酸化や、ガスタービン動翼１０を通過する燃焼ガスからの侵食を受けて減肉し、凹凸面形状となる。このように、ガスタービン動翼１０の翼先端１０ａが減肉した場合、図３に示す各工程の処理を施すことによって、補修処理が行われる。
【００１７】
具体的な補修方法について説明する。
【００１８】
図２に示すような翼先端１０ａに減肉が生じたガスタービン動翼１０の翼面に、コーティング層２０が形成されている場合には、このコーティング層２０を除去する（コーティング層除去工程Ｓ１００）。
【００１９】
コーティング層２０として、例えば耐食コーティング層や遮熱コーティング層などが挙げられる。これらのコーティング層２０は、例えば、ブラスト処理や、熱酸性溶液のような化学薬品を使用した化学的処理などによって除去される。なお、ガスタービン動翼１０の翼面に、コーティング層２０が形成されていない場合には、コーティング層除去工程Ｓ１００は不要となる。
【００２０】
続いて、図４に示すように、グラインダなどの研磨機などにより、翼先端１０ａの減肉部１２を除去し、翼先端１０ａを平面１３に加工する（減肉部除去工程Ｓ１０１）。
【００２１】
ここでは、翼先端１０ａの平面１３は、図４に示すように、減肉する前の当初の翼先端の端面と平行な平面となるように加工することが好ましい。
【００２２】
続いて、平面１３に加工された翼先端１０ａに、ガスタービン動翼１０を構成する基材よりも溶接性に優れた肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの肉盛部１４を形成する（肉盛溶接工程Ｓ１０２）。
【００２３】
この肉盛溶接では、レーザ溶接装置のレーザトーチを、例えば、翼先端１０ａの平面１３に沿ってガスタービン動翼１０のキャンバーライン方向（図５では、紙面に垂直な方向）に走査しながら、溶接ビードを多層に肉盛して、肉盛部１４を形成する。なお、レーザトーチを、ガスタービン動翼１０のキャンバーラインに垂直な方向（図５では、左右方向）に走査しながら、溶接ビードを多層に肉盛して、肉盛部１４を形成してもよい。
【００２４】
肉盛部１４は、図５に示すように、減肉する前の当初の翼先端の形状（図５で破線で示された部分）よりも、ガスタービン動翼１０の、高さ方向および周方向（腹側および背側）に突出する程度に形成される。なお、これらの突出は、後の成形工程で除去される。
【００２５】
ガスタービン動翼１０は、例えば、ＩＮ７３８（登録商標）やＧＴＤ１１１（登録商標）などのＮｉ基耐熱合金で形成されている。肉盛部１４を構成する肉盛材料は、これらのガスタービン動翼１０を形成するＮｉ基耐熱合金よりも、延性が大きいＮｉ基耐熱合金であることが好ましい。ガスタービン動翼１０を形成するＮｉ基耐熱合金よりも延性が大きいＮｉ基耐熱合金を使用することで、溶接性の向上を図っている。
【００２６】
この延性が大きいＮｉ基耐熱合金として、ガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金よりも、Ａｌの含有量が少ないＮｉ基耐熱合金を使用することができる。ガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金であるＩＮ７３８では、Ａｌを３．４質量％、ＧＴＤ１１１では、Ａｌを３質量％含んでおり、ガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金では、一般的に、Ａｌを２．５〜５．９質量％含んでいる。そのため、肉盛材料を構成するＮｉ基耐熱合金におけるＡｌの含有率は、このガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金のＡｌの含有率よりも低い、０〜２質量％程度であることが好ましい。Ａｌの含有率が２質量％を超えると、延性が低下する。具体的には、肉盛部１４を構成する肉盛材料として、例えば、Ａｌの含有率が０．１３質量％であるＩＮ６２５（登録商標）、Ａｌの含有率が０．２４質量％であるＩＮ６００（登録商標）などを使用することができる。
【００２７】
この肉盛材料は、粉末の状態でレーザ溶接装置のレーザトーチに供給される。粉末の粒径は、２５〜１５０μｍであることが好ましい。粉末の粒径が２５μｍ未満では、後述する粉末供給装置１１３を含む粉末を供給するための機器内を輸送することが困難であり、１５０μｍを超える場合には、粉末が完全に融解しない。ここでいう粒径は、所定の大きさの目開きを有するふるいによって分級によって定められ、例えば、上記した粒径範囲内であることを走査型電子顕微鏡などを用いて確認や測定することができる。
【００２８】
ここで、肉盛部１４を形成するレーザ溶接について図６を参照して説明する。
【００２９】
図６には、レーザ溶接装置のレーザトーチ１１０を、翼先端１０ａの平面１３に沿ってガスタービン動翼１０のキャンバーライン方向（図６では、左右方向）に走査しながら、ビードを多層に肉盛して、肉盛部１４を形成する一例を示している。また、図６には、肉盛部１４が形成される翼先端１０ａをガスタービン動翼１０の背側から見たときの状態が示されている。
【００３０】
図６に示すように、翼先端１０ａの平面１３に沿ってガスタービン動翼１０のキャンバーライン方向に、レーザトーチ１１０から照射されるレーザ光１１１を走査するとともに、肉盛材料の粉末１１２を粉末供給装置１１３からレーザ光１１１の前方に供給する。供給された肉盛材料の粉末１１２は、レーザ光１１１の熱で溶融し、翼先端１０ａの平面１３に溶着する。このレーザ溶接を繰り返し行い、溶接ビード１１４を積層して肉盛して、図５に示す肉盛部１４を形成する。
【００３１】
レーザ溶接に使用するレーザとして、例えば、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザなどを使用することができる。供給する肉盛材料の粉末１１２の供給量は、レーザの出力、すなわちレーザ光１１１のエネルギに依存し、レーザの出力が大きいほど多量の粉末１１２を供給して、溶接することが可能となる。ここで、溶接時の凝固割れを防ぐためには、レーザの出力を極力低下させて、溶接時の入熱を押さえることが重要である。そのため、肉盛材料の粉末１１２を溶融できる程度の最小限のエネルギを有するレーザ光１１１を照射しながら、肉盛溶接を繰り返し行い、溶接ビード１１４を積層して肉盛することが好ましい。
【００３２】
このように、レーザの出力を調整して、肉盛材料の粉末１１２を溶融できる程度の最小限のエネルギを有するレーザ光１１１を照射することで、溶接時の熱ひずみの蓄積による溶接界面での割れの発生を抑制することができる。
【００３３】
続いて、図７に示すように、肉盛溶接工程Ｓ１０２において肉盛された肉盛部１４の形状を減肉する前の当初の翼先端１０ａの形状と同一の形状に加工する（成形工程Ｓ１０３）。
【００３４】
成形工程Ｓ１０３では、減肉する前の当初の翼先端の形状（図５で破線で示された部分）よりも、ガスタービン動翼１０の、高さ方向および周方向（腹側および背側）に突出した肉盛部１４を研磨する。研磨は、例えば、グラインダなどの研磨機を使用して行われる。
【００３５】
成形工程Ｓ１０３後、肉盛溶接工程Ｓ１０２におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去するために熱処理を施す（熱処理工程Ｓ１０４）。
【００３６】
熱処理工程Ｓ１０４では、ガスタービン動翼１０を真空中において溶体化温度まで加熱して溶体化処理を施し、残留ひずみを除去する。
【００３７】
続いて、ガスタービン動翼１０に、公知なコーティング処理を施して、ガスタービン動翼１０の翼面にコーティング層２０を形成する（コーティング処理工程Ｓ１０５）（図８参照）。
【００３８】
コーティング層２０として、例えば耐食コーティング層や遮熱コーティング層などが挙げられる。これらのコーティング層２０は、例えば、電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）、減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）などによって形成される。図８には、ガスタービン動翼１０の腹側、背側、スキーラ部１１の凹部１１ａの表面にコーティング層２０を形成した一例を示しているが、肉盛部１４の端面１５を覆うようにコーティング層２０を形成してもよい。なお、ガスタービン動翼１０の翼面に、コーティング層２０を形成しない場合には、コーティング層除去工程Ｓ１００は不要となる。
【００３９】
コーティング処理後、時効処理が行われる。なお、上記した熱処理工程Ｓ１０４は、コーティング処理後に行ってもよい。
【００４０】
上記した補修工程を経て、翼先端１０ａの減肉が補修されたガスタービン動翼１０が得られる。
【００４１】
上記したように、第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法によれば、肉盛溶接工程Ｓ１０２において、レーザ溶接を採用して局所的な入熱により肉盛することで、翼先端１０ａへの入熱が抑えられ、熱ひずみによる影響を抑制することができる。また、溶融し易い粉末状で、かつガスタービン動翼１０を形成するＮｉ基耐熱合金よりも延性が大きいＮｉ基耐熱合金を肉盛材料として使用することにより、溶接性を向上させ、溶接時の欠陥発生を防ぐことができる。
【００４２】
また、肉盛溶接工程Ｓ１０２の前に、減肉部除去工程Ｓ１０１において、翼先端１０ａを平面１３に加工することで、溶接部位の全体に亘って、肉盛材料の粉末を安定して均一に供給することができる。そのため、肉盛溶接工程Ｓ１０２において、安定した溶接状態を確保することができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法では、第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法と、肉盛溶接工程が第１肉盛溶接工程および第２肉盛溶接工程からなる点で異なり、その他の補修方法は同じである。そのため、ここでは、主に肉盛溶接工程について説明する。
【００４４】
図９は、本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を示す図である。なお、第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程と同じ工程には、同じ符号を付し、重複する説明を省略または簡略する。また、第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の場合と同様に、翼面にコーティング層２０を有しないガスタービン動翼１０の補修の場合には、コーティング層除去工程Ｓ１００およびコーティング処理工程Ｓ１０５は不要となる。
【００４５】
図１０〜図１３は、本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。なお、図１０および図１１では、減肉された部分を破線で示している。
【００４６】
コーティング層除去工程Ｓ１００および減肉部除去工程Ｓ１０１を経て、図４に示すように、減肉部１２が除去されて平面１３に加工された翼先端１０ａに、ガスタービン動翼１０を構成する基材よりも溶接性に優れた第１肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの第１肉盛部１４ａを形成する（第１肉盛溶接工程Ｓ１０２Ａ）（図１０参照）。
【００４７】
第１肉盛溶接工程Ｓ１０２Ａにおける溶接方法は、第１の実施の形態の肉盛溶接工程Ｓ１０２における溶接方法と同じである。また、第１肉盛材料は、第１の実施の形態の肉盛材料と同じである。
【００４８】
第１肉盛部１４ａは、図１０に示すように、減肉する前の当初の翼先端の形状（図１０で破線で示された部分）よりも、ガスタービン動翼１０の周方向（腹側および背側）に突出する程度に形成される。なお、これらの突出は、後の成形工程で除去される。
【００４９】
続いて、第１肉盛部１４ａの先端面に、第１肉盛材料よりも耐酸化性に優れた第２肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの第２肉盛部１４ｂを形成する（第２肉盛溶接工程Ｓ１０２Ｂ）（図１１参照）。
【００５０】
第２肉盛溶接工程Ｓ１０２Ｂにおける溶接方法は、第１の実施の形態の肉盛溶接工程Ｓ１０２における溶接方法と同じである。第２肉盛部１４ｂは、図１１に示すように、減肉する前の当初の翼先端の形状（図１１で破線で示された部分）よりも、ガスタービン動翼１０の、高さ方向および周方向（腹側および背側）に突出する程度に形成される。なお、これらの突出は、後の成形工程で除去される。
【００５１】
第２肉盛材料は、上記したように第１肉盛材料よりも耐酸化性に優れた材料であり、ガスタービン動翼１０を構成する基材と同程度の耐酸化性を有しているものが好ましい。第２肉盛材料として、例えば、ガスタービン動翼１０を構成する基材と同じ材料、ＭＣｒＡｌＹ（ＭがＣｏおよびＮｉからなる、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹやＮｉＣｏＣｒＡｌＹなど）およびＡｌ合金（ニッケル−アルミ合金）などの材料から選択された１つの材料を使用することができる。
【００５２】
第２肉盛材料の粉末の粒径は、２５〜１５０μｍであることが好ましい。粉末の粒径が２５μｍ未満では、粉末供給装置１１３を含む粉末を供給するための機器内を輸送することが困難であり、１５０μｍを超える場合には、粉末が完全に融解しない。ここでいう粒径は、所定の大きさの目開きを有するふるいによって分級によって定められ、例えば、上記した粒径範囲内であることを走査型電子顕微鏡などを用いて確認や測定することができる。
【００５３】
ここで、Ｎｉ基耐熱合金において、一般に、Ａｌの含有量が少なくなると、溶接性は向上し、耐酸化性は低下し、一方、Ａｌの含有量が多くなると、溶接性は低下し、耐酸化性は向上する関係がある。そのため、ガスタービン動翼１０を構成する基材との欠陥の発生のない良好な溶接を行うため、第１肉盛部１４ａを、ガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金よりもＡｌの含有量が少ないＮｉ基耐熱合金で構成している。また、燃焼ガスに曝される第２肉盛部１４ｂは、第１肉盛材料よりもＡｌの含有量が多いＮｉ基耐熱合金で構成して、耐酸化性を向上させている。
【００５４】
第１肉盛溶接工程Ｓ１０２Ａから第２肉盛溶接工程Ｓ１０２Ｂに切り替える際、供給する肉盛材料の粉末を変更し、肉盛材料に対応させて、レーザ溶接条件（レーザ出力、照射距離、溶接速度など）を変更することで、継続して肉盛溶接することができる。すなわち、ガスタービン動翼１０の設置位置などを変更することなく、効率的に溶接処理を実施することができる。
【００５５】
続いて、図１２に示すように、肉盛された第１肉盛部１４ａおよび第２肉盛部１４ｂの形状を、減肉する前の当初の翼先端１０ａの形状と同一の形状に加工する（成形工程Ｓ１０３）。
【００５６】
ここで、第２肉盛部１４ｂを形成する際、第２肉盛材料は、第１肉盛材料よりも溶接性に劣るため、第２肉盛材料の溶接量を極力少なくする必要がある。また、第２肉盛部１４ｂは、耐酸化効果を十分に発揮できるように構成される必要がある。そのため、第２肉盛部１４ｂの厚さ（ガスタービン動翼１０の高さ方向の厚さ）を５０〜３００μｍとすることが好ましい。
【００５７】
続いて、熱処理工程Ｓ１０４において残留ひずみを除去し、コーティング処理工程Ｓ１０５においてコーティング層２０を形成して、図１３に示す、翼先端１０ａの減肉が補修されたガスタービン動翼１０が得られる。
【００５８】
なお、図１３には、ガスタービン動翼１０の腹側、背側、スキーラ部１１の凹部１１ａの表面にコーティング層２０を形成した一例を示しているが、第２肉盛部１４ｂの端面１６を覆うようにコーティング層２０を形成してもよい。
【００５９】
上記したように、第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法によれば、第１肉盛溶接工程Ｓ１０２Ａおよび第２肉盛溶接工程Ｓ１０２Ｂにおいて、レーザ溶接を採用して局所的な入熱により肉盛することで、翼先端１０ａへの入熱が抑えられ、熱ひずみによる影響を抑制することができる。
【００６０】
また、肉盛溶接工程Ｓ１０２の前に、減肉部除去工程Ｓ１０１において、翼先端１０ａを平面１３に加工することで、溶接部位の全体に亘って、肉盛材料の粉末を安定して均一に供給することができる。そのため、第１肉盛溶接工程Ｓ１０２Ａにおいて、安定した溶接状態を確保することができる。
【００６１】
また、溶接性に優れた第１肉盛部１４ａと、耐酸化性に優れた第２肉盛部１４ｂとを積層させて肉盛部を構成することができる。すなわち、ガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金よりもＡｌの含有量が少ないＮｉ基耐熱合金を用いて、翼先端１０ａの平面１３に第１肉盛部１４ａを形成することで、ガスタービン動翼１０の基材との良好な溶接を行うことができる。また、第１肉盛材料よりも耐酸化性に優れた第２肉盛材料を用いて、燃焼ガスに曝される第２肉盛部１４ｂを形成することで、耐酸化性を向上させることができる。
【００６２】
第２肉盛部１４ｂの肉盛量は、耐酸化性の効果が発揮できる、最小限の量に抑えられること、さらに、翼先端１０ａでは、溶接時の熱膨張による拘束が小さいことから、溶接時の欠陥の発生を防止することができる。
【００６３】
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…ガスタービン動翼、１０ａ…翼先端、１１…スキーラ部、１１ａ…凹部、１２…減肉部、１３…平面、１４…肉盛部、１４ａ…第１肉盛部、１４ｂ…第２肉盛部、１５、１６…端面、２０…コーティング層、１１０…レーザトーチ、１１１…レーザ光、１１２…粉末、１１３…粉末供給装置、１１４…溶接ビード。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガスタービン動翼の補修方法に係り、特に、ガスタービン動翼の先端部に生じる酸化減肉を補修するガスタービン動翼の補修方法、およびこの補修方法によって補修されたガスタービン動翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン動翼は、燃焼器から排出される１０００℃以上の高温ガスに曝される。そのため、有効な設計寿命サイクルを得るためには、冷却が必要とされている。一般に、ガスタービン動翼の冷却は、圧縮機から抽出された圧縮空気の一部を、ガスタービン動翼の植込み部の下端から供給することでなされている。ガスタービン動翼の内部に供給された冷却空気は、ガスタービン動翼の翼形部内に形成された冷却通路を通過して翼外に放出される。
【０００３】
ガスタービン動翼は、冷却空気の使用量を極力減らすために、Ｎｉ基耐熱合金などで形成され、８００℃以上の温度環境で使用されている。特に第１段動翼は、最も高温の燃焼ガスに曝されるため、高度な冷却設計手法が採用されている。しかしながら、ガスタービン動翼の翼先端部は、構造的に冷却強化を図ることが難しく、ガスタービン動翼の他の部位よりも温度が高くなる。
【０００４】
ガスタービン動翼の翼面には、耐食コーティングや遮熱コーティングが施されている。一方、ケーシングに対向するガスタービン動翼の翼先端は、運転中にケーシングの内周面と接触することがあり、コーティングを施しても剥離するため、翼先端面には、上記したコーティングは施されていない。そのため、ガスタービン動翼の翼先端は、燃焼ガスによる酸化や、ガスタービン動翼を通過する燃焼ガスからの侵食により、減肉が進行する。
【０００５】
減肉が生じると、ガスタービン動翼の翼先端とケーシングの内周面との間隙が増加し、タービン性能が低下する。ガスタービン動翼の翼先端における減肉が進行すると、減肉部が冷却通路部まで達し、冷却空気が流出する。これによって、ガスタービン動翼内の冷却空気の流量バランスが崩れ、ガスタービン動翼の温度の上昇や損傷を生じる原因となる。
【０００６】
ガスタービン動翼においては、上記したように減肉などを生じるため、所定期間使用した後に、元の形状に復帰させる補修が実施される。補修では、減肉した部位を平面に加工し、溶接により肉盛をし、仕上げ加工が施される（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−８０７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ガスタービン動翼は、Ｎｉ基耐熱合金などの耐熱合金で形成されているため、高温強度に優れているが、溶接性に劣り、溶接部に欠陥が生じ易いという問題があった。また、ガスタービン動翼の補修において、ＴＩＧ溶接等による溶接ワイヤを用いた肉盛溶接が採用された場合、溶接時の入熱が比較的大きく、凝固割れ等の欠陥が発生しやすかった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修する際、肉盛溶接におけるき裂等の欠陥の発生を防止し、信頼性の高い補修を行うことができるガスタービン動翼の補修方法、およびその補修方法により補修されたガスタービン動翼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修するガスタービン動翼の補修方法において、前記翼先端の減肉部を除去し、前記翼先端を平面に加工する減肉部除去工程と、前記平面に加工された翼先端に、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりも延性が大きい肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの肉盛部を形成する肉盛溶接工程と、前記肉盛部の形状を減肉する前の当初の前記翼先端の形状と同一の形状に加工する成形工程と、前記肉盛溶接工程におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理工程とを具備することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の一態様によれば、ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修するガスタービン動翼の補修方法において、前記翼先端の減肉部を除去し、前記翼先端を平面に加工する減肉部除去工程と、前記平面に加工された翼先端に、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりも延性が大きい第１肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの第１肉盛部を形成する第１肉盛溶接工程と、前記第１肉盛部に、前記第１肉盛材料よりも耐酸化性に優れた第２肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛して積層し、所定の厚さの第２肉盛部を形成する第２肉盛溶接工程と、前記第１肉盛部および前記第２肉盛部の形状を減肉する前の当初の前記翼先端の形状と同一の形状に加工する成形工程と、前記第１肉盛溶接工程および前記第２肉盛溶接工程におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理工程とを具備することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】翼先端が減肉したガスタービン動翼を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面であり、ガスタービン動翼の翼先端を示す図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を示す図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図５】本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図６】レーザ溶接法を説明するための図である。
【図７】本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図８】本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図９】本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を示す図である。
【図１０】本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１１】本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１２】本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１３】本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、翼先端１０ａが減肉したガスタービン動翼１０を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面であり、ガスタービン動翼１０の翼先端１０ａを示す図である。図３は、本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を示す図である。図４〜図５、図７〜図８は、本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。図６は、レーザ溶接法を説明するための図である。なお、図１〜図２、図４〜図５では、減肉された部分を破線で示している。
【００１５】
なお、本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の説明では、ガスタービン動翼１０として、翼先端１０ａがスキーラ部１１で構成されたものを例示して説明するが、この構成以外のガスタービン動翼に対しても本発明に係る第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法は適用することができる。
【００１６】
図１および図２に示すように、ガスタービン動翼１０の翼先端１０ａは、燃焼ガスによる酸化や、ガスタービン動翼１０を通過する燃焼ガスからの侵食を受けて減肉し、凹凸面形状となる。このように、ガスタービン動翼１０の翼先端１０ａが減肉した場合、図３に示す各工程の処理を施すことによって、補修処理が行われる。
【００１７】
具体的な補修方法について説明する。
【００１８】
図２に示すような翼先端１０ａに減肉が生じたガスタービン動翼１０の翼面に、コーティング層２０が形成されている場合には、このコーティング層２０を除去する（コーティング層除去工程Ｓ１００）。
【００１９】
コーティング層２０として、例えば耐食コーティング層や遮熱コーティング層などが挙げられる。これらのコーティング層２０は、例えば、ブラスト処理や、熱酸性溶液のような化学薬品を使用した化学的処理などによって除去される。なお、ガスタービン動翼１０の翼面に、コーティング層２０が形成されていない場合には、コーティング層除去工程Ｓ１００は不要となる。
【００２０】
続いて、図４に示すように、グラインダなどの研磨機などにより、翼先端１０ａの減肉部１２を除去し、翼先端１０ａを平面１３に加工する（減肉部除去工程Ｓ１０１）。
【００２１】
ここでは、翼先端１０ａの平面１３は、図４に示すように、減肉する前の当初の翼先端の端面と平行な平面となるように加工することが好ましい。
【００２２】
続いて、平面１３に加工された翼先端１０ａに、ガスタービン動翼１０を構成する基材よりも溶接性に優れた肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの肉盛部１４を形成する（肉盛溶接工程Ｓ１０２）。
【００２３】
この肉盛溶接では、レーザ溶接装置のレーザトーチを、例えば、翼先端１０ａの平面１３に沿ってガスタービン動翼１０のキャンバーライン方向（図５では、紙面に垂直な方向）に走査しながら、溶接ビードを多層に肉盛して、肉盛部１４を形成する。なお、レーザトーチを、ガスタービン動翼１０のキャンバーラインに垂直な方向（図５では、左右方向）に走査しながら、溶接ビードを多層に肉盛して、肉盛部１４を形成してもよい。
【００２４】
肉盛部１４は、図５に示すように、減肉する前の当初の翼先端の形状（図５で破線で示された部分）よりも、ガスタービン動翼１０の、高さ方向および周方向（腹側および背側）に突出する程度に形成される。なお、これらの突出は、後の成形工程で除去される。
【００２５】
ガスタービン動翼１０は、例えば、ＩＮ７３８（登録商標）やＧＴＤ１１１（登録商標）などのＮｉ基耐熱合金で形成されている。肉盛部１４を構成する肉盛材料は、これらのガスタービン動翼１０を形成するＮｉ基耐熱合金よりも、延性が大きいＮｉ基耐熱合金であることが好ましい。ガスタービン動翼１０を形成するＮｉ基耐熱合金よりも延性が大きいＮｉ基耐熱合金を使用することで、溶接性の向上を図っている。
【００２６】
この延性が大きいＮｉ基耐熱合金として、ガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金よりも、Ａｌの含有量が少ないＮｉ基耐熱合金を使用することができる。ガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金であるＩＮ７３８では、Ａｌを３．４質量％、ＧＴＤ１１１では、Ａｌを３質量％含んでおり、ガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金では、一般的に、Ａｌを２．５〜５．９質量％含んでいる。そのため、肉盛材料を構成するＮｉ基耐熱合金におけるＡｌの含有率は、このガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金のＡｌの含有率よりも低い、０〜２質量％程度であることが好ましい。Ａｌの含有率が２質量％を超えると、延性が低下する。具体的には、肉盛部１４を構成する肉盛材料として、例えば、Ａｌの含有率が０．１３質量％であるＩＮ６２５（登録商標）、Ａｌの含有率が０．２４質量％であるＩＮ６００（登録商標）などを使用することができる。
【００２７】
この肉盛材料は、粉末の状態でレーザ溶接装置のレーザトーチに供給される。粉末の粒径は、２５〜１５０μｍであることが好ましい。粉末の粒径が２５μｍ未満では、後述する粉末供給装置１１３を含む粉末を供給するための機器内を輸送することが困難であり、１５０μｍを超える場合には、粉末が完全に融解しない。ここでいう粒径は、所定の大きさの目開きを有するふるいによって分級によって定められ、例えば、上記した粒径範囲内であることを走査型電子顕微鏡などを用いて確認や測定することができる。
【００２８】
ここで、肉盛部１４を形成するレーザ溶接について図６を参照して説明する。
【００２９】
図６には、レーザ溶接装置のレーザトーチ１１０を、翼先端１０ａの平面１３に沿ってガスタービン動翼１０のキャンバーライン方向（図６では、左右方向）に走査しながら、ビードを多層に肉盛して、肉盛部１４を形成する一例を示している。また、図６には、肉盛部１４が形成される翼先端１０ａをガスタービン動翼１０の背側から見たときの状態が示されている。
【００３０】
図６に示すように、翼先端１０ａの平面１３に沿ってガスタービン動翼１０のキャンバーライン方向に、レーザトーチ１１０から照射されるレーザ光１１１を走査するとともに、肉盛材料の粉末１１２を粉末供給装置１１３からレーザ光１１１の前方に供給する。供給された肉盛材料の粉末１１２は、レーザ光１１１の熱で溶融し、翼先端１０ａの平面１３に溶着する。このレーザ溶接を繰り返し行い、溶接ビード１１４を積層して肉盛して、図５に示す肉盛部１４を形成する。
【００３１】
レーザ溶接に使用するレーザとして、例えば、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザなどを使用することができる。供給する肉盛材料の粉末１１２の供給量は、レーザの出力、すなわちレーザ光１１１のエネルギに依存し、レーザの出力が大きいほど多量の粉末１１２を供給して、溶接することが可能となる。ここで、溶接時の凝固割れを防ぐためには、レーザの出力を極力低下させて、溶接時の入熱を押さえることが重要である。そのため、肉盛材料の粉末１１２を溶融できる程度の最小限のエネルギを有するレーザ光１１１を照射しながら、肉盛溶接を繰り返し行い、溶接ビード１１４を積層して肉盛することが好ましい。
【００３２】
このように、レーザの出力を調整して、肉盛材料の粉末１１２を溶融できる程度の最小限のエネルギを有するレーザ光１１１を照射することで、溶接時の熱ひずみの蓄積による溶接界面での割れの発生を抑制することができる。
【００３３】
続いて、図７に示すように、肉盛溶接工程Ｓ１０２において肉盛された肉盛部１４の形状を減肉する前の当初の翼先端１０ａの形状と同一の形状に加工する（成形工程Ｓ１０３）。
【００３４】
成形工程Ｓ１０３では、減肉する前の当初の翼先端の形状（図５で破線で示された部分）よりも、ガスタービン動翼１０の、高さ方向および周方向（腹側および背側）に突出した肉盛部１４を研磨する。研磨は、例えば、グラインダなどの研磨機を使用して行われる。
【００３５】
成形工程Ｓ１０３後、肉盛溶接工程Ｓ１０２におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去するために熱処理を施す（熱処理工程Ｓ１０４）。
【００３６】
熱処理工程Ｓ１０４では、ガスタービン動翼１０を真空中において溶体化温度まで加熱して溶体化処理を施し、残留ひずみを除去する。
【００３７】
続いて、ガスタービン動翼１０に、公知なコーティング処理を施して、ガスタービン動翼１０の翼面にコーティング層２０を形成する（コーティング処理工程Ｓ１０５）（図８参照）。
【００３８】
コーティング層２０として、例えば耐食コーティング層や遮熱コーティング層などが挙げられる。これらのコーティング層２０は、例えば、電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）、減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ）などによって形成される。図８には、ガスタービン動翼１０の腹側、背側、スキーラ部１１の凹部１１ａの表面にコーティング層２０を形成した一例を示しているが、肉盛部１４の端面１５を覆うようにコーティング層２０を形成してもよい。なお、ガスタービン動翼１０の翼面に、コーティング層２０を形成しない場合には、コーティング層除去工程Ｓ１００は不要となる。
【００３９】
コーティング処理後、時効処理が行われる。なお、上記した熱処理工程Ｓ１０４は、コーティング処理後に行ってもよい。
【００４０】
上記した補修工程を経て、翼先端１０ａの減肉が補修されたガスタービン動翼１０が得られる。
【００４１】
上記したように、第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法によれば、肉盛溶接工程Ｓ１０２において、レーザ溶接を採用して局所的な入熱により肉盛することで、翼先端１０ａへの入熱が抑えられ、熱ひずみによる影響を抑制することができる。また、溶融し易い粉末状で、かつガスタービン動翼１０を形成するＮｉ基耐熱合金よりも延性が大きいＮｉ基耐熱合金を肉盛材料として使用することにより、溶接性を向上させ、溶接時の欠陥発生を防ぐことができる。
【００４２】
また、肉盛溶接工程Ｓ１０２の前に、減肉部除去工程Ｓ１０１において、翼先端１０ａを平面１３に加工することで、溶接部位の全体に亘って、肉盛材料の粉末を安定して均一に供給することができる。そのため、肉盛溶接工程Ｓ１０２において、安定した溶接状態を確保することができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法では、第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法と、肉盛溶接工程が第１肉盛溶接工程および第２肉盛溶接工程からなる点で異なり、その他の補修方法は同じである。そのため、ここでは、主に肉盛溶接工程について説明する。
【００４４】
図９は、本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を示す図である。なお、第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程と同じ工程には、同じ符号を付し、重複する説明を省略または簡略する。また、第１の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の場合と同様に、翼面にコーティング層２０を有しないガスタービン動翼１０の補修の場合には、コーティング層除去工程Ｓ１００およびコーティング処理工程Ｓ１０５は不要となる。
【００４５】
図１０〜図１３は、本発明に係る第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法の工程を説明するための、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。なお、図１０および図１１では、減肉された部分を破線で示している。
【００４６】
コーティング層除去工程Ｓ１００および減肉部除去工程Ｓ１０１を経て、図４に示すように、減肉部１２が除去されて平面１３に加工された翼先端１０ａに、ガスタービン動翼１０を構成する基材よりも溶接性に優れた第１肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの第１肉盛部１４ａを形成する（第１肉盛溶接工程Ｓ１０２Ａ）（図１０参照）。
【００４７】
第１肉盛溶接工程Ｓ１０２Ａにおける溶接方法は、第１の実施の形態の肉盛溶接工程Ｓ１０２における溶接方法と同じである。また、第１肉盛材料は、第１の実施の形態の肉盛材料と同じである。
【００４８】
第１肉盛部１４ａは、図１０に示すように、減肉する前の当初の翼先端の形状（図１０で破線で示された部分）よりも、ガスタービン動翼１０の周方向（腹側および背側）に突出する程度に形成される。なお、これらの突出は、後の成形工程で除去される。
【００４９】
続いて、第１肉盛部１４ａの先端面に、第１肉盛材料よりも耐酸化性に優れた第２肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの第２肉盛部１４ｂを形成する（第２肉盛溶接工程Ｓ１０２Ｂ）（図１１参照）。
【００５０】
第２肉盛溶接工程Ｓ１０２Ｂにおける溶接方法は、第１の実施の形態の肉盛溶接工程Ｓ１０２における溶接方法と同じである。第２肉盛部１４ｂは、図１１に示すように、減肉する前の当初の翼先端の形状（図１１で破線で示された部分）よりも、ガスタービン動翼１０の、高さ方向および周方向（腹側および背側）に突出する程度に形成される。なお、これらの突出は、後の成形工程で除去される。
【００５１】
第２肉盛材料は、上記したように第１肉盛材料よりも耐酸化性に優れた材料であり、ガスタービン動翼１０を構成する基材と同程度の耐酸化性を有しているものが好ましい。第２肉盛材料として、例えば、ガスタービン動翼１０を構成する基材と同じ材料、ＭＣｒＡｌＹ（ＭがＣｏおよびＮｉからなる、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹやＮｉＣｏＣｒＡｌＹなど）およびＡｌ合金（ニッケル−アルミ合金）などの材料から選択された１つの材料を使用することができる。
【００５２】
第２肉盛材料の粉末の粒径は、２５〜１５０μｍであることが好ましい。粉末の粒径が２５μｍ未満では、粉末供給装置１１３を含む粉末を供給するための機器内を輸送することが困難であり、１５０μｍを超える場合には、粉末が完全に融解しない。ここでいう粒径は、所定の大きさの目開きを有するふるいによって分級によって定められ、例えば、上記した粒径範囲内であることを走査型電子顕微鏡などを用いて確認や測定することができる。
【００５３】
ここで、Ｎｉ基耐熱合金において、一般に、Ａｌの含有量が少なくなると、溶接性は向上し、耐酸化性は低下し、一方、Ａｌの含有量が多くなると、溶接性は低下し、耐酸化性は向上する関係がある。そのため、ガスタービン動翼１０を構成する基材との欠陥の発生のない良好な溶接を行うため、第１肉盛部１４ａを、ガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金よりもＡｌの含有量が少ないＮｉ基耐熱合金で構成している。また、燃焼ガスに曝される第２肉盛部１４ｂは、第１肉盛材料よりもＡｌの含有量が多いＮｉ基耐熱合金で構成して、耐酸化性を向上させている。
【００５４】
第１肉盛溶接工程Ｓ１０２Ａから第２肉盛溶接工程Ｓ１０２Ｂに切り替える際、供給する肉盛材料の粉末を変更し、肉盛材料に対応させて、レーザ溶接条件（レーザ出力、照射距離、溶接速度など）を変更することで、継続して肉盛溶接することができる。すなわち、ガスタービン動翼１０の設置位置などを変更することなく、効率的に溶接処理を実施することができる。
【００５５】
続いて、図１２に示すように、肉盛された第１肉盛部１４ａおよび第２肉盛部１４ｂの形状を、減肉する前の当初の翼先端１０ａの形状と同一の形状に加工する（成形工程Ｓ１０３）。
【００５６】
ここで、第２肉盛部１４ｂを形成する際、第２肉盛材料は、第１肉盛材料よりも溶接性に劣るため、第２肉盛材料の溶接量を極力少なくする必要がある。また、第２肉盛部１４ｂは、耐酸化効果を十分に発揮できるように構成される必要がある。そのため、第２肉盛部１４ｂの厚さ（ガスタービン動翼１０の高さ方向の厚さ）を５０〜３００μｍとすることが好ましい。
【００５７】
続いて、熱処理工程Ｓ１０４において残留ひずみを除去し、コーティング処理工程Ｓ１０５においてコーティング層２０を形成して、図１３に示す、翼先端１０ａの減肉が補修されたガスタービン動翼１０が得られる。
【００５８】
なお、図１３には、ガスタービン動翼１０の腹側、背側、スキーラ部１１の凹部１１ａの表面にコーティング層２０を形成した一例を示しているが、第２肉盛部１４ｂの端面１６を覆うようにコーティング層２０を形成してもよい。
【００５９】
上記したように、第２の実施の形態のガスタービン動翼の補修方法によれば、第１肉盛溶接工程Ｓ１０２Ａおよび第２肉盛溶接工程Ｓ１０２Ｂにおいて、レーザ溶接を採用して局所的な入熱により肉盛することで、翼先端１０ａへの入熱が抑えられ、熱ひずみによる影響を抑制することができる。
【００６０】
また、肉盛溶接工程Ｓ１０２の前に、減肉部除去工程Ｓ１０１において、翼先端１０ａを平面１３に加工することで、溶接部位の全体に亘って、肉盛材料の粉末を安定して均一に供給することができる。そのため、第１肉盛溶接工程Ｓ１０２Ａにおいて、安定した溶接状態を確保することができる。
【００６１】
また、溶接性に優れた第１肉盛部１４ａと、耐酸化性に優れた第２肉盛部１４ｂとを積層させて肉盛部を構成することができる。すなわち、ガスタービン動翼１０を構成するＮｉ基耐熱合金よりもＡｌの含有量が少ないＮｉ基耐熱合金を用いて、翼先端１０ａの平面１３に第１肉盛部１４ａを形成することで、ガスタービン動翼１０の基材との良好な溶接を行うことができる。また、第１肉盛材料よりも耐酸化性に優れた第２肉盛材料を用いて、燃焼ガスに曝される第２肉盛部１４ｂを形成することで、耐酸化性を向上させることができる。
【００６２】
第２肉盛部１４ｂの肉盛量は、耐酸化性の効果が発揮できる、最小限の量に抑えられること、さらに、翼先端１０ａでは、溶接時の熱膨張による拘束が小さいことから、溶接時の欠陥の発生を防止することができる。
【００６３】
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…ガスタービン動翼、１０ａ…翼先端、１１…スキーラ部、１１ａ…凹部、１２…減肉部、１３…平面、１４…肉盛部、１４ａ…第１肉盛部、１４ｂ…第２肉盛部、１５、１６…端面、２０…コーティング層、１１０…レーザトーチ、１１１…レーザ光、１１２…粉末、１１３…粉末供給装置、１１４…溶接ビード。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修するガスタービン動翼の補修方法において、
前記翼先端の減肉部を除去し、前記翼先端を平面に加工する減肉部除去工程と、
前記平面に加工された翼先端に、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりも延性が大きい肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの肉盛部を形成する肉盛溶接工程と、
前記肉盛部の形状を減肉する前の当初の前記翼先端の形状と同一の形状に加工する成形工程と、
前記肉盛溶接工程におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理工程と
を具備することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法。
【請求項２】
ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修するガスタービン動翼の補修方法において、
前記翼先端の減肉部を除去し、前記翼先端を平面に加工する減肉部除去工程と、
前記平面に加工された翼先端に、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりも延性が大きい第１肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの第１肉盛部を形成する第１肉盛溶接工程と、
前記第１肉盛部に、前記第１肉盛材料よりも耐酸化性に優れた第２肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛して積層し、所定の厚さの第２肉盛部を形成する第２肉盛溶接工程と、
前記第１肉盛部および前記第２肉盛部の形状を減肉する前の当初の前記翼先端の形状と同一の形状に加工する成形工程と、
前記第１肉盛溶接工程および前記第２肉盛溶接工程におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理工程と
を具備することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法。
【請求項３】
前記ガスタービン動翼の翼面にコーティング層が形成されている場合において、
前記減肉部除去工程の前に、前記コーティング層を除去するコーティング層除去工程と、
前記熱処理工程後に、前記ガスタービン動翼の翼面にコーティング層を形成するコーティング処理工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項１または２記載のガスタービン動翼の補修方法。
【請求項４】
前記肉盛材料が、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりもＡｌ含有量が少ないＮｉ基合金材料からなることを特徴とする請求項１記載のガスタービン動翼の補修方法。
【請求項５】
前記第１肉盛材料が、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりもＡｌ含有量が少ないＮｉ基合金材料からなることを特徴とする請求項２記載のガスタービン動翼の補修方法。
【請求項６】
前記第２肉盛材料が、前記ガスタービン動翼を構成する基材と同じ材料、ＭＣｒＡｌＹ（Ｍ：ＣｏおよびＮｉ）およびＡｌ合金のいずれか１つの材料からなることを特徴とする請求項２または５記載のガスタービン動翼の補修方法。
【請求項７】
前記成形工程後における前記第２肉盛部の厚さが５０〜３００μｍであることを特徴とする請求項２、５、６のいずれか１項記載のガスタービン動翼の補修方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載のガスタービン動翼の補修方法によって補修されたことを特徴とするガスタービン動翼。
【請求項１】
ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修するガスタービン動翼の補修方法において、
前記翼先端の減肉部を除去し、前記翼先端を平面に加工する減肉部除去工程と、
前記平面に加工された翼先端に、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりも延性が大きい肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの肉盛部を形成する肉盛溶接工程と、
前記肉盛部の形状を減肉する前の当初の前記翼先端の形状と同一の形状に加工する成形工程と、
前記肉盛溶接工程におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理工程と
を具備することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法。
【請求項２】
ガスタービン動翼の翼先端の減肉部を補修するガスタービン動翼の補修方法において、
前記翼先端の減肉部を除去し、前記翼先端を平面に加工する減肉部除去工程と、
前記平面に加工された翼先端に、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりも延性が大きい第１肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛し、所定の厚さの第１肉盛部を形成する第１肉盛溶接工程と、
前記第１肉盛部に、前記第１肉盛材料よりも耐酸化性に優れた第２肉盛材料の粉末をレーザ光によって溶融して多層に肉盛して積層し、所定の厚さの第２肉盛部を形成する第２肉盛溶接工程と、
前記第１肉盛部および前記第２肉盛部の形状を減肉する前の当初の前記翼先端の形状と同一の形状に加工する成形工程と、
前記第１肉盛溶接工程および前記第２肉盛溶接工程におけるレーザ溶接によって生じた残留ひずみを除去する熱処理工程と
を具備することを特徴とするガスタービン動翼の補修方法。
【請求項３】
前記ガスタービン動翼の翼面にコーティング層が形成されている場合において、
前記減肉部除去工程の前に、前記コーティング層を除去するコーティング層除去工程と、
前記熱処理工程後に、前記ガスタービン動翼の翼面にコーティング層を形成するコーティング処理工程と
をさらに具備することを特徴とする請求項１または２記載のガスタービン動翼の補修方法。
【請求項４】
前記肉盛材料が、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりもＡｌ含有量が少ないＮｉ基合金材料からなることを特徴とする請求項１記載のガスタービン動翼の補修方法。
【請求項５】
前記第１肉盛材料が、前記ガスタービン動翼を構成する基材よりもＡｌ含有量が少ないＮｉ基合金材料からなることを特徴とする請求項２記載のガスタービン動翼の補修方法。
【請求項６】
前記第２肉盛材料が、前記ガスタービン動翼を構成する基材と同じ材料、ＭＣｒＡｌＹ（Ｍ：ＣｏおよびＮｉ）およびＡｌ合金のいずれか１つの材料からなることを特徴とする請求項２または５記載のガスタービン動翼の補修方法。
【請求項７】
前記成形工程後における前記第２肉盛部の厚さが５０〜３００μｍであることを特徴とする請求項２、５、６のいずれか１項記載のガスタービン動翼の補修方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載のガスタービン動翼の補修方法によって補修されたことを特徴とするガスタービン動翼。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−６２０（Ｐ２０１２−６２０Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３５４２９（Ｐ２０１０−１３５４２９）
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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