JP2548733B2 - ガスタ−ビン燃焼器の拡散熱処理方法 - Google Patents
ガスタ−ビン燃焼器の拡散熱処理方法Info
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- JP2548733B2 JP2548733B2 JP62167811A JP16781187A JP2548733B2 JP 2548733 B2 JP2548733 B2 JP 2548733B2 JP 62167811 A JP62167811 A JP 62167811A JP 16781187 A JP16781187 A JP 16781187A JP 2548733 B2 JP2548733 B2 JP 2548733B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は積層冷却耐熱合金板を用いたガスタービン燃
焼器の拡散熱処理方法に関する。
焼器の拡散熱処理方法に関する。
〔従来の技術〕 第４図に従来公知のガスタービン燃焼器内筒の一例を
示す。同図（ａ）は全体図、（ｂ）はＶ−Ｖ矢視断面図
である。円筒１、３、および円錐４、５、６をルーバ
（louver）２を介して、それぞれＡ、Ｂ部でスポツト溶
接し、スリツトＣを有する尾筒接続筒７をＤ部でスポツ
ト溶接してガスタービン燃焼器内筒を作る。
示す。同図（ａ）は全体図、（ｂ）はＶ−Ｖ矢視断面図
である。円筒１、３、および円錐４、５、６をルーバ
（louver）２を介して、それぞれＡ、Ｂ部でスポツト溶
接し、スリツトＣを有する尾筒接続筒７をＤ部でスポツ
ト溶接してガスタービン燃焼器内筒を作る。
第１図は第４図の燃焼器を改良したものであり、ニツ
ケルろう付積層耐熱合金板を用いたガスタービン燃焼器
内筒の一例である。同図（ａ）は全体図、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）はそれぞれＩ−Ｉ、II−II、III−III矢
視断面図である。溶接成形された積層耐熱合金板からな
る５個の円筒をそれぞれ隣接する円筒に、例えばＥ部で
周溶接したものである。
ケルろう付積層耐熱合金板を用いたガスタービン燃焼器
内筒の一例である。同図（ａ）は全体図、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）はそれぞれＩ−Ｉ、II−II、III−III矢
視断面図である。溶接成形された積層耐熱合金板からな
る５個の円筒をそれぞれ隣接する円筒に、例えばＥ部で
周溶接したものである。
燃焼用空気は穴Ｆから、冷却用空気は穴Ｇから流入し
て細溝Ｈを経て穴Ｊから燃焼器内筒に流入する。２枚の
耐熱合金板は溶接面Ｋでろう付されている。穴Ｌは設計
条件によつて、燃焼ガスの希釈用として設けられる。
て細溝Ｈを経て穴Ｊから燃焼器内筒に流入する。２枚の
耐熱合金板は溶接面Ｋでろう付されている。穴Ｌは設計
条件によつて、燃焼ガスの希釈用として設けられる。
この第１図のガスタービン燃焼器内筒は第４図のもの
と比較して次の点で優れている。即ち、 （１） 冷却空気により板の両面を冷却する。
と比較して次の点で優れている。即ち、 （１） 冷却空気により板の両面を冷却する。
（２） 伝熱面積が大きく熱伝達効率が高い。
（３） このため冷却効果が増大し、冷却空気量を減少
させることができる。
させることができる。
（４） 温度分布の不均一、局部過冷却がなくなる。
（５） スポツト溶接に伴う強度低下部がない。
等の効果を得ることができる。
なお第２図はNiろう付積層耐熱合金板を使用したガス
タービン燃焼器尾筒の一例である。同図（ａ）は全体
図、（ｂ）はIV−IV矢視断面図、（ｃ）はＭ部拡大図で
ある。３次元に成形された尾筒８はＫ面でろう付された
板9,10によつて構成される上半部と、１枚の成形板11と
をＮ部で溶接して形成される。
タービン燃焼器尾筒の一例である。同図（ａ）は全体
図、（ｂ）はIV−IV矢視断面図、（ｃ）はＭ部拡大図で
ある。３次元に成形された尾筒８はＫ面でろう付された
板9,10によつて構成される上半部と、１枚の成形板11と
をＮ部で溶接して形成される。
積層冷却耐熱合金板を円筒状に曲げ加工し、軸方向と
円周方向に溶接成形して上記ガスタービン燃焼器を製作
するときには、下記のような問題点がある。
円周方向に溶接成形して上記ガスタービン燃焼器を製作
するときには、下記のような問題点がある。
（１） Niろう材によつて接合された積層冷却耐熱合金
板のミクロ組織は、第９図に示すように母材（Ａ）、拡
散層（Ｂ）、ろう接合部（Ｃ）、拡散層（Ｂ）、母材
（Ａ）の５層によつて構成されている。拡散層とは、Ni
ろうが加熱によりろう材中のNi、Cr、Si、Ｂなどが拡散
現象によつて母材に浸透して、母材とろうからなる合金
を形成し、接合強度が高くなるが、この拡散が不十分な
ときには、接合強度が低くなる。（顕微鏡写真ではろう
材接合部にNi−Si−Ｂの共晶組織が残り、かつ、拡散層
には拡散不十分な組織が非常に黒く（濃く）現出す
る。〕） （２） 曲げおよび溶接加工によつて残留応力が発生す
るので、ガスタービン燃焼器として、高温で使用する過
程で変形を生ずることがある。
板のミクロ組織は、第９図に示すように母材（Ａ）、拡
散層（Ｂ）、ろう接合部（Ｃ）、拡散層（Ｂ）、母材
（Ａ）の５層によつて構成されている。拡散層とは、Ni
ろうが加熱によりろう材中のNi、Cr、Si、Ｂなどが拡散
現象によつて母材に浸透して、母材とろうからなる合金
を形成し、接合強度が高くなるが、この拡散が不十分な
ときには、接合強度が低くなる。（顕微鏡写真ではろう
材接合部にNi−Si−Ｂの共晶組織が残り、かつ、拡散層
には拡散不十分な組織が非常に黒く（濃く）現出す
る。〕） （２） 曲げおよび溶接加工によつて残留応力が発生す
るので、ガスタービン燃焼器として、高温で使用する過
程で変形を生ずることがある。
従つて曲げ加工又は溶接のまま使用するときには、燃
焼器の寿命は著るしく短くなり、又燃焼器の性能も低下
する。
焼器の寿命は著るしく短くなり、又燃焼器の性能も低下
する。
そこで、本発明は上記の問題点を解消し、ガスタービ
ン燃焼器のろう付部の拡散熱処理を確実に行なうことに
より強度の向上と残留応力の除去を図り、燃焼器の寿命
を長くし、信頼性を向上させたガスタービン燃焼器を製
作するための拡散熱処理方法を提供しようとするもので
ある。
ン燃焼器のろう付部の拡散熱処理を確実に行なうことに
より強度の向上と残留応力の除去を図り、燃焼器の寿命
を長くし、信頼性を向上させたガスタービン燃焼器を製
作するための拡散熱処理方法を提供しようとするもので
ある。
本発明は細溝を設けた幅広の薄板をNiろう材で接合し
た積層耐熱合金板に曲げ加工及び溶接加工を施して製作
したガスタービン燃焼器を第３図に示すように、不活性
ガス雰囲気または真空中で1000℃±20℃の温度で５分間
〜60分間均熱化処理を行ない、次いで、1040℃〜1140℃
の温度で２時間以上拡散処理を行ない、さらに、1100℃
〜1160℃の温度で15分間〜60分間溶体化処理を行なつた
後、200℃まで炉内で冷却してから炉外に取り出すこと
を特徴とするガスタービン燃焼器の拡散熱処理方法であ
る。
た積層耐熱合金板に曲げ加工及び溶接加工を施して製作
したガスタービン燃焼器を第３図に示すように、不活性
ガス雰囲気または真空中で1000℃±20℃の温度で５分間
〜60分間均熱化処理を行ない、次いで、1040℃〜1140℃
の温度で２時間以上拡散処理を行ない、さらに、1100℃
〜1160℃の温度で15分間〜60分間溶体化処理を行なつた
後、200℃まで炉内で冷却してから炉外に取り出すこと
を特徴とするガスタービン燃焼器の拡散熱処理方法であ
る。
なお、加熱雰囲気として窒素、アルゴン、ヘリウム等
の不活性ガスを用いる場合は真空度は概ね0.1〜0.2mmH
g、空気等の活性ガスの場合は真空度は概ね10-3mmHg以
下とすることが望ましい。加熱雰囲気中に酸素などが存
在すると、ろう材と耐熱合金板材との濡れ性が悪く、十
分にろう材の組成が母材の耐熱合金中に拡散しないとの
問題があり、また、加熱雰囲気中で積層耐熱合金板の表
面に酸化被膜層が形成され、該表面が汚染されるとの問
題があるために、上記の条件を満すことが望ましい。
の不活性ガスを用いる場合は真空度は概ね0.1〜0.2mmH
g、空気等の活性ガスの場合は真空度は概ね10-3mmHg以
下とすることが望ましい。加熱雰囲気中に酸素などが存
在すると、ろう材と耐熱合金板材との濡れ性が悪く、十
分にろう材の組成が母材の耐熱合金中に拡散しないとの
問題があり、また、加熱雰囲気中で積層耐熱合金板の表
面に酸化被膜層が形成され、該表面が汚染されるとの問
題があるために、上記の条件を満すことが望ましい。
また、加熱冷却サイクルは、耐熱合金材の材質によつ
て若干異なるが、均熱化処理のために1000℃±20℃で５
〜60分間保持するのは拡散熱処理の昇温時に、燃焼器の
各部に温度上昇速度に違いができ、温度差が生じるの
で、上記温度で５〜60分間保持して、温度上昇の遅れを
とり戻し、各部とも均一な温度とすると共に燃焼器用耐
熱合金部材の表面に吸着しているガス成分（主にO2）を
十分に蒸発させて、除去するためである。
て若干異なるが、均熱化処理のために1000℃±20℃で５
〜60分間保持するのは拡散熱処理の昇温時に、燃焼器の
各部に温度上昇速度に違いができ、温度差が生じるの
で、上記温度で５〜60分間保持して、温度上昇の遅れを
とり戻し、各部とも均一な温度とすると共に燃焼器用耐
熱合金部材の表面に吸着しているガス成分（主にO2）を
十分に蒸発させて、除去するためである。
次に、拡散処理のために1040〜1140℃で２時間以上保
持するのは、拡散を十分に行なつて、残留応力の除去と
強度を高めるためである。第５図（燃焼器内筒の製作フ
ローチヤート）に示すように製作した燃焼器内筒の試験
材について、拡散温度と保持時間を変化させたときの残
留応力の変化とせん断強度の変化を検討した結果を第６
図及び第７図にそれぞれ示した。なお、第６図は燃焼器
内筒の外表面で測定したもので、残留応力2kgf/mm2未満
は測定の誤差範囲として0kgf/mm2とした。第７図は図示
の試験片に負荷を加えて測定したものである。また第７
図から明らかなように、拡散保持時間が２時間以上で、
ほぼ同レベルのせん断強度を示しており、２時間以上保
持すれば十分なことが明らかである。なお、1040℃未満
であれば、Niろう材の拡散は不十分であり、また、1140
℃を越える温度に２時間以上保持すると、合金母材の結
晶粒が粗大化して、高サイクル疲れ強さが低下する恐れ
があるためと、ろう材の流動性がよくなり過ぎ、細溝の
中にろう材が流れ込み、細溝を埋める恐れがあるためで
ある。
持するのは、拡散を十分に行なつて、残留応力の除去と
強度を高めるためである。第５図（燃焼器内筒の製作フ
ローチヤート）に示すように製作した燃焼器内筒の試験
材について、拡散温度と保持時間を変化させたときの残
留応力の変化とせん断強度の変化を検討した結果を第６
図及び第７図にそれぞれ示した。なお、第６図は燃焼器
内筒の外表面で測定したもので、残留応力2kgf/mm2未満
は測定の誤差範囲として0kgf/mm2とした。第７図は図示
の試験片に負荷を加えて測定したものである。また第７
図から明らかなように、拡散保持時間が２時間以上で、
ほぼ同レベルのせん断強度を示しており、２時間以上保
持すれば十分なことが明らかである。なお、1040℃未満
であれば、Niろう材の拡散は不十分であり、また、1140
℃を越える温度に２時間以上保持すると、合金母材の結
晶粒が粗大化して、高サイクル疲れ強さが低下する恐れ
があるためと、ろう材の流動性がよくなり過ぎ、細溝の
中にろう材が流れ込み、細溝を埋める恐れがあるためで
ある。
さらに、1100〜1160℃で15〜60分間保持するのは母材
合金の溶体化処理を行なうためである。この温度の選定
は合金中の炭化物（主として、M23C6型の炭化物、ＭはC
r、Mo、Ｗなど）が基質中に溶け込む温度（溶体化温
度）で、かつ、合金が再結晶して残留応力が除去される
と同時に合金の結晶が著しく粗大化しない範囲で行な
う。例えば、次の表に示す合金Ｘ（米国CABOT社の登録
商標、“Hastelloy X"に相当）は1145℃、合金Ｙ〔三菱
金属（株）と三菱重工業（株）との共同開発による登録
商標“TOMILLOY"に相当〕は1155℃、合金Ｚ（SUS 310S
に相当）は1100℃とすることがよい。保持時間の下限
（15分間）は炭化物の溶体化に必要とする時間であり、
上限（60分間）は結晶粒の著しい粗大化を避け、高サイ
クル疲れ強さの低下を防ぐためである。
合金の溶体化処理を行なうためである。この温度の選定
は合金中の炭化物（主として、M23C6型の炭化物、ＭはC
r、Mo、Ｗなど）が基質中に溶け込む温度（溶体化温
度）で、かつ、合金が再結晶して残留応力が除去される
と同時に合金の結晶が著しく粗大化しない範囲で行な
う。例えば、次の表に示す合金Ｘ（米国CABOT社の登録
商標、“Hastelloy X"に相当）は1145℃、合金Ｙ〔三菱
金属（株）と三菱重工業（株）との共同開発による登録
商標“TOMILLOY"に相当〕は1155℃、合金Ｚ（SUS 310S
に相当）は1100℃とすることがよい。保持時間の下限
（15分間）は炭化物の溶体化に必要とする時間であり、
上限（60分間）は結晶粒の著しい粗大化を避け、高サイ
クル疲れ強さの低下を防ぐためである。
また、この溶体化処理温度より、200℃までAr又はN2
などの不活性ガスの炉内で急速冷却するのは、650〜105
0℃の温度間でゆつくり冷却すると、溶体化処理によつ
て一度母合金の基質に溶け込んだ炭素が、再びM23C6型
の炭化物として析出するのでこの炭化物の析出を防止す
るためであり、また空気中で冷却すると、表面にクロム
酸化物のスケール層が生成されるので、これを防止する
ためである。
などの不活性ガスの炉内で急速冷却するのは、650〜105
0℃の温度間でゆつくり冷却すると、溶体化処理によつ
て一度母合金の基質に溶け込んだ炭素が、再びM23C6型
の炭化物として析出するのでこの炭化物の析出を防止す
るためであり、また空気中で冷却すると、表面にクロム
酸化物のスケール層が生成されるので、これを防止する
ためである。
表１に示す合金Ｘの薄板を用いて、第５図の燃焼器内
筒の製作フローチヤートに沿つて試験片を作つた。即
ち、2.4×200×350mmの薄板にカツターを用いて深さ1.2
mm、幅1.2mmの細溝を形成して細溝板となし、JIS Z 326
5BNi−２の粉末ろう材を樹脂により厚さ約150μｍのシ
ート状に形成し、上記細溝板と0.8mmの板厚の上板との
間にシート状ろう材を挟んでろう接合して積層冷却耐熱
合金板材を製作した。この板材より、30〜50×80〜95mm
の試験片を切り出し、曲げ半径約10mmで冷間曲げ加工を
施した。
筒の製作フローチヤートに沿つて試験片を作つた。即
ち、2.4×200×350mmの薄板にカツターを用いて深さ1.2
mm、幅1.2mmの細溝を形成して細溝板となし、JIS Z 326
5BNi−２の粉末ろう材を樹脂により厚さ約150μｍのシ
ート状に形成し、上記細溝板と0.8mmの板厚の上板との
間にシート状ろう材を挟んでろう接合して積層冷却耐熱
合金板材を製作した。この板材より、30〜50×80〜95mm
の試験片を切り出し、曲げ半径約10mmで冷間曲げ加工を
施した。
次に、この試験片は第８図の加熱冷却サイクルにより
拡散熱処理を行なつた。即ち、0.1〜0.2TorrのN2ガス雰
囲気の下で、1000℃±20℃で30分間均熱化処理を行なつ
た後、1100℃±８℃で２時間拡散処理を行ない、さら
に、1150℃±８℃で30分間溶体化処理を行なつた。そし
て、900℃まで加熱室で放冷した後冷却室に移してN2ガ
スで冷却し、酸化が生じないように200℃以下まで冷却
して、炉外に取出した。この試験片について断面を切り
出し、第９図の顕微鏡写真を得る。同図から明らかなよ
うに、ろう接合部のNi−Si−Ｂの共晶組織は消滅し、ま
た、拡散層においては硼化物と考えられる析出物が均質
に分散し、母材側に拡散していることが分る。
拡散熱処理を行なつた。即ち、0.1〜0.2TorrのN2ガス雰
囲気の下で、1000℃±20℃で30分間均熱化処理を行なつ
た後、1100℃±８℃で２時間拡散処理を行ない、さら
に、1150℃±８℃で30分間溶体化処理を行なつた。そし
て、900℃まで加熱室で放冷した後冷却室に移してN2ガ
スで冷却し、酸化が生じないように200℃以下まで冷却
して、炉外に取出した。この試験片について断面を切り
出し、第９図の顕微鏡写真を得る。同図から明らかなよ
うに、ろう接合部のNi−Si−Ｂの共晶組織は消滅し、ま
た、拡散層においては硼化物と考えられる析出物が均質
に分散し、母材側に拡散していることが分る。
本発明は、上記構成を採用することにより、ガスター
ビン燃焼器のろう付部の拡散熱処理を確実に行なうこと
ができ、その結果、ろう付部の強度を向上させ、残留応
力を取り除くことができ、ガスタービン燃焼器の寿命を
延ばし、信頼性を高めることができる。
ビン燃焼器のろう付部の拡散熱処理を確実に行なうこと
ができ、その結果、ろう付部の強度を向上させ、残留応
力を取り除くことができ、ガスタービン燃焼器の寿命を
延ばし、信頼性を高めることができる。
第１図は本発明が適用されるガスタービン燃焼器内筒の
構造図、第２図はその尾筒の構造図、第３図は本発明に
係る拡散熱処理の加熱冷却サイクルを示した図、第４図
は従来のガスタービン燃焼器内筒の構造図、第５図は試
験材の製作フローチヤート図、第６図は拡散熱処理によ
る残留応力の変化図、第７図は拡散熱処理条件によるせ
ん断強度の変化図、第８図は実施例における試験材の熱
拡散条件を示した図、第９図は第８図の条件の下で熱拡
散処理を施された試験材の断面ミクロ金属組織写真であ
る。
構造図、第２図はその尾筒の構造図、第３図は本発明に
係る拡散熱処理の加熱冷却サイクルを示した図、第４図
は従来のガスタービン燃焼器内筒の構造図、第５図は試
験材の製作フローチヤート図、第６図は拡散熱処理によ
る残留応力の変化図、第７図は拡散熱処理条件によるせ
ん断強度の変化図、第８図は実施例における試験材の熱
拡散条件を示した図、第９図は第８図の条件の下で熱拡
散処理を施された試験材の断面ミクロ金属組織写真であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 義広 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 青山 邦明 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 寺内 八郎 兵庫県三木市別所町巴25番地 大阪冶金 興業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−103972（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】細溝を設けた幅広の薄板をNiろう材で接合
した積層耐熱合金板に曲げ加工及び溶接加工を施して製
作したガスタービン燃焼器を不活性ガス雰囲気または真
空中で1000℃±20℃の温度で５分間〜60分間均熱化処理
を行ない、次いで、1040℃〜1140℃の温度で２時間以上
拡散処理を行ない、さらに、1100℃〜1160℃の温度で15
分間〜60分間溶体化処理を行なつた後、200℃まで炉内
で冷却してから炉外に取り出すことを特徴とするガスタ
ービン燃焼器の拡散熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62167811A JP2548733B2 (ja) | 1987-07-07 | 1987-07-07 | ガスタ−ビン燃焼器の拡散熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62167811A JP2548733B2 (ja) | 1987-07-07 | 1987-07-07 | ガスタ−ビン燃焼器の拡散熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6415328A JPS6415328A (en) | 1989-01-19 |
| JP2548733B2 true JP2548733B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=15856544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62167811A Expired - Lifetime JP2548733B2 (ja) | 1987-07-07 | 1987-07-07 | ガスタ−ビン燃焼器の拡散熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2548733B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012030239A (ja) * | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 曲げ加工品及び燃焼器の製造方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08278029A (ja) * | 1995-02-06 | 1996-10-22 | Toshiba Corp | 燃焼器用ライナー及びその製造方法 |
| JP5038990B2 (ja) * | 2008-08-07 | 2012-10-03 | 株式会社東芝 | ガスタービン部品の熱処理方法及び補修方法並びにガスタービン部品 |
| US8870523B2 (en) * | 2011-03-07 | 2014-10-28 | General Electric Company | Method for manufacturing a hot gas path component and hot gas path turbine component |
| JP5885625B2 (ja) * | 2012-09-12 | 2016-03-15 | 株式会社東芝 | トランジションピースの損傷補修方法およびトランジションピース |
| CN108343987B (zh) * | 2018-01-31 | 2019-11-05 | 中国民航大学 | 一种航空发动机燃烧室焊接修复后残余应力去除装置 |
-
1987
- 1987-07-07 JP JP62167811A patent/JP2548733B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012030239A (ja) * | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 曲げ加工品及び燃焼器の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6415328A (en) | 1989-01-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |