涡轮转子叶片修复方法技术

本发明专利技术公开了一种涡轮转子叶片修复方法。该方法用于修复涡轮转子叶片同时抑制由于焊接导致的裂纹产生。用于修复涡轮转子叶片末端的翼片损坏的方法包括执行堆焊并由此通过焊接在翼片的被损坏部分覆盖焊接金属的步骤(步骤S2)，敲击在翼片和通过焊接覆盖的部分之间的边界区域的步骤(步骤S4)，以及执行固溶处理以修复涡轮转子叶片的翼片的损坏的步骤(步骤S6)。敲击通过敲击锤执行，并且，在翼片和覆盖金属之间的边界区域上执行固溶处理之后，执行移除加工以移除边界区域的一部分。通过该方法，涡轮转子叶片的翼片损坏可以被修复。

【技术实现步骤摘要】
涡轮转子叶片修复方法本申请是申请号为200980100135.2、申请日为2009年2月9日、申请人为三菱重工业株式会社、专利技术名称为“涡轮转子叶片修复方法”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种涡轮转子叶片修复方法，且在应用到修复用于产生动力的燃气涡轮的转子叶片时尤其有效。
技术介绍
在涡轮中，多个盘片沿旋转轴的轴线方向布置。在这些盘片的周边，大量的涡轮转子叶片沿圆周方向彼此相邻地植入。在沿轴向彼此相邻的涡轮转子叶片之间，设置有定子叶片，定子叶片设置在覆盖涡轮转子叶片的外部的罩壳之内。在涡轮转子和定子叶片之间经过的高温燃气驱动涡轮转子叶片和旋转轴，以例如驱动压缩机和发电机。在转子叶片外侧的罩壳的侧面，布置有一部件，其确定到转子叶片的末梢的间隙。该部件往往由易磨损的蜂窝结构形成或涂有专门的易刮擦的涂料，从而即使这些部件由于诸如间隙控制失误这样的原因而与转子叶片接触，对转子叶片的损坏可以被最小化。如果该间隙较大，气体通过该间隙泄漏从而降低涡轮的效率。相应的，理想的是间隙越小越好。另一方面，间隙减小增加了上述与所述部件接触的风险。然而，近年来，存在与日益增长的对效率提高的需要相关的日益增长的对制造尽可能小的间隙的需要。因此，上述接触的风险必然不断增加。上述涡轮转子叶片的例子包括，例如，涡轮转子叶片50具有设置在叶片部分51的末端51a处的翼片52，如图6所示(图6中叶片部分51的上端部)。提供如上所述的叶片部分51的末端51a处的翼片52，在涡轮转子叶片50和在罩壳侧上的上述部件之间的间隙被调整为尽可能的小。由于涡轮转子叶片如前所述要经受高温环境，存在这样的情况：翼片被诸如氧化这样的老化或在操作期间由于与罩壳侧部件的接触所损坏。在这样的情况下，如图7所示，通过使用焊接热源41的焊接将丝形式的焊料42覆盖到基部材料53上以修复翼片(例如参见专利文献1)。在这种时候，通过焊接在基部材料53上覆盖焊料54。基部材料53在融化边界56上方的区域中被来自焊接热源41的热量所融化，并且由于在融化边界56下方的区域中的热量而成为热影响区55。专利文献1：JP-A-Hei-10-80767
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题涡轮转子叶片使用镍基超合金制造，该超合金是γ’(Ni3(Al，Ti))加强的超合金。通常，包含在镍基超合金中的铝和钛被认为增加了焊接过程中的热裂纹敏感性。因此，随着Al和Ti的含量增大，即γ’的量的增大，在焊接过程中热裂纹的产生也增多。另一方面，通常，翼片部分是末端部分，由此在很多情况下并不需要如叶片主体那样的高强度。在这样的情况下，当涡轮转子叶片的翼片被修复时，该修复往往通过使用焊接材料的堆焊来执行，其中该焊接材料不同于基部材料并且通过稍微牺牲强度降低Al和Ti的含量而具有改善的可焊接性。在很多情况下，如上所述，在焊接金属本身中的裂纹(在图8(a)和(b)中的固态裂纹57)可以通过改善在如上所述焊接材料侧的焊接性而得到避免。另一方面，将焊接金属54焊接到具有高含量的Al和Ti的基部材料53易于导致如图8(a)和(b)所示在热影响区55附近的液化裂纹58，该基部材料非常不适于焊接。液化裂纹被认为由于下述原因而产生：存在于晶粒间界中的金属碳化物与基部材料形成低共熔物，具有低熔点的混合物(低熔点混合物)被液化，然后由于热应力、在γ’析出时的晶粒内的体积收缩等在液化的晶粒间界中产生拉伸。换句话说，当被焊接加热到高温的翼片和覆盖金属之间的边界区域冷却下来时，镍基超合金逐渐从其周边凝固，并且低熔点混合物在其中央部分最后凝固。因此，拉伸应力集中在前述融化边界区域的液化区域中，并且如果其幅度较大，裂纹(高温裂纹)产生。应该注意的是，然而，在很多情况下，液化裂纹在诸如翼片部分这样的低限制部分中属于可以允许的缺陷范围。此外，在堆焊之后，固溶处理被执行以增加焊接部分的强度。通过均匀地在整个涡轮转子叶片上析出伽玛初始相，该处理被执行以增加涡轮转子叶片的强度。在通过该固溶处理加热涡轮转子叶片的过程中，在翼片和覆盖金属之间的边界区域中的低熔点混合物比在低熔点混合物周围的镍基合金更早融化，并且裂纹由于前述拉伸应力的作用而产生。这样的裂纹被认为是再热裂纹的一种。这样的裂纹的产生机理被评估，例如如图9到10(b)所示。应该注意到图10(a)和10(b)中，箭头指示拉伸残余应力的幅度。如图10(a)所示，与基部材料形成低共熔物以产生低熔点混合物的析出(碳化物等)60存在于基部材料53和基部材料53之间。此时，由焊接导致的拉伸残余应力61a和61b具有一定幅度。通常，广泛接受的是在焊接之后的残余应力具有大致等于材料的屈服应力的幅度。然后，在燃气涡轮转子叶片上执行固溶处理。特别地，如图9所示，涡轮转子叶片被加热到高于T1(边界的液化温度)且低于基部材料53的熔点T2的温度。此时，如图10(b)所示，液化发生在没有产生析出60的区域60b周边附近，由此产生液化区域60a。此时，材料并没有变得松弛，并且拉伸残余应力60a和60b具有与固溶处理之前相同的幅度。因此，通过使用不易导致裂纹的材料作为焊接金属，在焊接金属部分的裂纹敏感性可以得到降低。还期望通过设计工艺条件使得在诸如翼片部分这样低限制部分中的液化裂纹可以被减少到处于可允许缺陷范围的损坏。然而，难以在热处理中减少热影响区的再热裂纹。考虑到上述问题，提出了本专利技术，并且本专利技术的目的是提供一种涡轮转子叶片修复方法，其能够减少由于焊接产生的裂纹。解决问题的手段根据用于解决前述问题的第一专利技术的涡轮转子叶片修复方法是一种涡轮转子叶片修复方法，用于修复涡轮转子叶片末端处的翼片损坏，其特征是该方法包括：通过焊接在翼片的被损坏部分覆盖金属；敲击在翼片和覆盖金属之间的边界区域；然后执行固溶处理(solutiontreatment)以修复涡轮转子叶片的翼片损坏。根据用于解决前述问题的第二专利技术的涡轮转子叶片修复方法是如第一专利技术所述的涡轮转子叶片修复方法，其特征是所述敲击是由敲击锤执行的。根据用于解决前述问题的第三专利技术的涡轮转子叶片修复方法是如第一或第二专利技术所述的涡轮转子叶片修复方法，其特征是所述敲击在翼片和覆盖金属之间的边界区域的两个侧部执行。根据用于解决前述问题的第四专利技术的涡轮转子叶片修复方法是如第一或第二专利技术所述的涡轮转子叶片修复方法，其特征是在翼片和覆盖金属之间的边界区域上执行固溶处理之后，执行移除加工以移除边界区域的一部分。根据用于解决前述问题的第五专利技术的涡轮转子叶片修复方法是如第三专利技术所述的涡轮转子叶片修复方法，其特征是在翼片和覆盖金属之间的边界区域上执行固溶处理之后，执行移除加工以移除边界区域的一部分。根据用于解决前述问题的第六专利技术的涡轮转子叶片修复方法是如第四专利技术所述的涡轮转子叶片修复方法，其特征是所述移除加工是电火花加工。根据用于解决前述问题的第七专利技术的涡轮转子叶片修复方法是如第五专利技术所述的涡轮转子叶片修复方法，其特征是所述移除加工是电火花加工。根据用于解决前述问题的第八专利技术的涡轮转子叶片修复方法是如第一或第二专利技术所述的涡轮转子叶片修复方法，其特征是所述涡轮转子翼片是扁平翼片(flatfin)。根据用于解决前述问题的第九专利技术的涡轮转子叶片修复方法是如第三专利技术所述的涡轮转子叶片修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮转子叶片修复方法，用于修复涡轮转子叶片末端处的翼片损坏，涡轮转子叶片使用镍基超合金制造，其特征在于，该方法包括：执行堆焊并由此通过焊接在翼片的被损坏部分覆盖焊接金属；敲击在翼片和覆盖金属之间的边界区域；然后执行固溶处理以修复涡轮转子叶片的翼片的损坏，并且其中，所述敲击通过敲击锤执行，并且其中，在翼片和覆盖金属之间的边界区域上执行固溶处理之后，执行移除加工以移除边界区域的一部分。

【技术特征摘要】
2008.02.14 JP 032648/081.一种涡轮转子叶片修复方法，用于修复涡轮转子叶片末端处的翼片损坏，其特征在于，该方法包括：通过焊接在翼片的损坏部分覆盖金属，此时来自焊接的热量在翼片和覆盖金属之间的边界区域中产生残余应力；敲击在翼片和覆盖金属之间的边界区域，以在该边界区域中产生压缩残余应力，由此降低在焊接期间在该边界区域中产生的拉伸残余应力；然后通过将涡轮转子叶片加热到高于翼片和覆盖金属之间的边界区域的液化温度且低于覆盖金属的熔点的温度的固溶处理，以在热影响区的周边附近的部分区域产生液化区域，从而材料在高温下变得松弛且残余应力被消除，其中，所述敲击在翼片和覆盖金属之间的边界区域的两个侧部执行，通过在所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：妻鹿雅彦，大泽圭，恩田雅彦，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP