JP4113137B2 - Steam turbine blade and method for manufacturing the same - Google Patents

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Description

本発明は、蒸気により軸動力を得る蒸気タービンに用いる蒸気タービン翼及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a steam turbine blade used in a steam turbine that obtains shaft power by steam and a method of manufacturing the same.

蒸気タービンは、静翼、動翼といった蒸気タービン翼を有する。一般に、静翼及び動翼は環状に配置されて翼列を形成し、蒸気タービンには、１対の静翼翼列と動翼翼列とで構成された段落が複数段形成されている。こうした構成の蒸気タービンでは、液滴化した蒸気や蒸気の流れ中に混在する酸化鉄等の固体粒子等が衝突することにより、その低圧段落における蒸気タービン翼の前縁部（入口側）にエロージョン損失が発生する。   The steam turbine has steam turbine blades such as a stationary blade and a moving blade. In general, the stationary blades and the moving blades are arranged in an annular shape to form a cascade, and the steam turbine includes a plurality of stages each including a pair of stationary blade cascades and the moving blade cascade. In a steam turbine with such a configuration, erosion occurs at the leading edge (inlet side) of the steam turbine blade in the low-pressure stage due to collision of droplets of steam or solid particles such as iron oxide mixed in the steam flow. Loss occurs.

このエロージョン対策として、従来においては、例えばコバルト基合金鋼等といった動翼とは異なる高硬度材料で形成されたエロージョンシールド片を動翼前縁部に設ける場合があった。しかしこの場合には、エロージョンシールド片を動翼に嵌合し、銀ろう付や溶接、溶射等の手法で接合するので、エロージョンシールドを嵌め込むための複雑な機械加工を動翼に施さねばならず、また、エロージョンシールド片自体も材料が比較的高価で加工し難しいものであった。加えて、異種金属の接合による品質低下を招く場合もある。   As a countermeasure against this erosion, conventionally, an erosion shield piece made of a material having a high hardness different from that of a moving blade, such as a cobalt base alloy steel, is sometimes provided on the leading edge of the moving blade. In this case, however, the erosion shield piece is fitted to the rotor blade and joined by silver brazing, welding, thermal spraying, etc., so complicated machining must be applied to the rotor blade to fit the erosion shield. In addition, the erosion shield piece itself is relatively expensive and difficult to process. In addition, the quality may be deteriorated due to the joining of dissimilar metals.

そこで、近年、翼前縁部にエロージョンシールド片を被着させる代わりに、局所的に火炎焼入れを行ってエロージョンシールド部に表面硬質部を形成することにより、溶接欠陥や剥離等を伴わないエロージョン対策が行われている（例えば、特許文献１等参照）。   Therefore, in recent years, instead of attaching an erosion shield piece to the leading edge of the blade, flame hardening is locally performed to form a hard surface on the erosion shield, thereby preventing erosion without welding defects or delamination. (For example, refer to Patent Document 1 etc.).

特開平８−２２５８２８号公報JP-A-8-225828

しかしながら、火炎焼入れでは母材となる蒸気タービン翼への入熱量を精度良く調整することが困難であり、焼入れ部の硬さと寸法にバラツキが生じることがある。また、火炎焼入れでは焼入れ部分の深さが必要以上に大きくなる傾向がある。   However, in the case of flame quenching, it is difficult to accurately adjust the amount of heat input to the steam turbine blade, which is a base material, and the hardness and dimensions of the quenched portion may vary. Further, in the case of flame quenching, the depth of the quenching portion tends to be larger than necessary.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、焼入れ部分の硬さと寸法のバラツキが少ない品質の安定した蒸気タービン翼及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a stable steam turbine blade having a reduced hardness and dimensional variation in a quenched portion and a method for manufacturing the same.

（１）上記目的を達成するために、本発明は、蒸気により軸動力を得る蒸気タービンに用いる蒸気タービン翼において、エロージョンによる摩耗量が目視にて判別可能なようにレーザー照射により焼入れ処理を施して形成した焼入れ深さが２ｍｍ以下で硬度の異なる複数の高硬度層を前縁部に有することを特徴とする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention performs quenching treatment by laser irradiation so that the amount of wear due to erosion can be visually discerned in a steam turbine blade used in a steam turbine that obtains shaft power by steam. And a plurality of high hardness layers having different hardnesses with a quenching depth of 2 mm or less formed at the leading edge .

（２）上記（１）において、好ましくは、翼の材質がフェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼であることを特徴とする。 In (2) above (1), preferably, the material of the blade, characterized in Oh Rukoto ferritic stainless steel or martensitic stainless steel.

（３）上記（１）において、好ましくは、翼先端部に設けられアンツイストにより隣接するもの同士が接触し運転中の剛性を確保するカバーと、このカバーの隣接するものとの接触部にレーザー照射により焼入れ処理を施して形成された焼入れ深さが２ｍｍ以下の高硬度層とをさらに有することを特徴とする。 ( 3 ) In the above (1) , preferably , a laser is provided at a contact portion between a cover provided at the tip of the blade and adjacent to each other by untwisting to ensure rigidity during operation, and a cover adjacent to the cover. It further has a high hardness layer having a quenching depth of 2 mm or less formed by quenching by irradiation.

（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、蒸気により軸動力を得る蒸気タービンに用いる蒸気タービン翼の製造方法において、翼表面からの焼入れ深さが２ｍｍ以下となるようにレーザー移動速度、デフォーカス距離を所定値に設定してレーザー照射を行い、前記蒸気タービンの前縁部にエロージョンによる摩耗量が目視にて判別可能なように硬度の異なる複数の高硬度層を形成することを特徴とする。 ( 4 ) In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a steam turbine blade used in a steam turbine that obtains axial power by steam so that a quenching depth from the blade surface is 2 mm or less. Laser irradiation is performed with the moving speed and defocus distance set to predetermined values, and a plurality of high hardness layers having different hardnesses are formed on the front edge of the steam turbine so that the amount of wear due to erosion can be visually determined. It is characterized by that.

本発明によれば、エロージョンが発生し易い箇所にレーザーを用いて焼入れを行うことにより、高硬度層の硬さと寸法のバラツキが少ない品質の安定した蒸気タービン部品を製作することが可能である。   According to the present invention, it is possible to manufacture a stable steam turbine part having a quality with less hardness and dimensional variations of the high hardness layer by performing quenching using a laser at a place where erosion is likely to occur.

以下、本発明の蒸気タービン翼及びその製造方法の一実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、本実施形態の蒸気タービン翼の特徴を表した概略図である。
図１において、本実施形態の蒸気タービン翼１は、蒸気により軸動力を得る蒸気タービンに用いられ、例えば、フェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼といったステンレス系の材料で形成されている。そして、この蒸気タービン翼１は、エロージョンが発生する箇所、例えば図中矢印方向から流入する蒸気の入口側すなわち前縁部２（少なくともその先端部）に、レーザー照射により焼入れ処理を施して形成した高硬度層３を有している。これにより、液滴化した蒸気や蒸気の流れ中に混在する酸化鉄等の固体粒子との衝突による前縁部２等のエロージョンによる磨耗が抑制されるようになっている。また、例えば、レーザー照射条件を変え、硬度の異なる複数の高硬度層３を形成することによって、硬度の異なる各高硬度層３のエロージョンによる摩耗状態を目視判別することにより、エロージョンの進行状況が判断でき、予防保全の目安とすることができるようになっている。この場合、硬度の低い高硬度層は安全率の高い部位に設置する。 Hereinafter, an embodiment of a steam turbine blade and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing the characteristics of the steam turbine blade of the present embodiment.
In FIG. 1, a steam turbine blade 1 of this embodiment is used in a steam turbine that obtains shaft power by steam, and is formed of a stainless steel material such as ferritic stainless steel or martensitic stainless steel. The steam turbine blade 1 is formed by performing quenching treatment by laser irradiation on a portion where erosion occurs, for example, on the inlet side of the steam flowing in from the arrow direction in the drawing, that is, the front edge portion 2 (at least the tip portion). It has a high hardness layer 3. As a result, wear due to erosion of the leading edge portion 2 and the like due to collision with solid particles such as droplets of steam and iron oxide mixed in the steam flow is suppressed. In addition, for example, by changing the laser irradiation conditions and forming a plurality of high hardness layers 3 having different hardnesses, by visually determining the wear state of each high hardness layer 3 having different hardnesses by erosion, the progress of erosion can be determined. It can be used as a measure for preventive maintenance. In this case, the high hardness layer with low hardness is installed at a site with a high safety factor.

図２は、焼入れ施工時の様子を模式的に表した図である。
図２において、４は焼入れ対象となる被加工物（例えば蒸気タービン翼１）で、焼入れ時には、この被加工物４の焼入れ対象部に倣ってレーザー光１１を所定の移動速度で移動させる。また、レーザー光１１の出力、及び被加工物４からの焦点位置の距離（デフォーカス距離）ｄは、被加工物４の表面からの所望の焼入れ深さに応じて設定する。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a state during quenching.
In FIG. 2, reference numeral 4 denotes a workpiece to be quenched (for example, the steam turbine blade 1), and at the time of quenching, the laser beam 11 is moved at a predetermined moving speed following the portion to be quenched of the workpiece 4. Further, the output of the laser beam 11 and the distance (defocus distance) d of the focal position from the workpiece 4 are set according to a desired quenching depth from the surface of the workpiece 4.

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、レーザー出力２．５ｋｗ、デフォーカス距離２０ｍｍとして、レーザー移動速度を変化させた場合の焼入れ深さを表すグラフである。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、レーザー移動速度が遅くなればなるほど、焼入れ深さは深くなるが、必要以上に遅くなると（このグラフでは、レーザー移動速度が２ｍｍ／ｓを下回ると）被加工物４の表面が著しく溶融する。一方、レーザー移動速度が速くなればなるほど焼入れ深さは浅くなるが、一定の値を超えると（このグラフでは、レーザー移動速度が２５ｍｍ／ｓを超えると）溶融がほとんど起こらなくなる。このような傾向から分かるように、焼入れの際の入熱量が多過ぎると翼表面が溶融し却って硬度が下がる場合があるので、溶融がなるべく起こらない範囲で高硬度層３を形成しなければならない。また、通常のレーザー焼入れによる焼入れ深さは、図３（ａ）から分かるように、２ｍｍ程度が限界である。これらのことから、図１に示した高硬度層３の焼入れ深さは、２ｍｍ以下とすることが好ましい。 FIG. 3A and FIG. 3B are graphs showing the quenching depth when the laser moving speed is changed with a laser output of 2.5 kw and a defocus distance of 20 mm.
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the slower the laser moving speed, the deeper the quenching depth, but when it becomes slower than necessary (in this graph, the laser moving speed is 2 mm / s). The surface of the workpiece 4 is significantly melted. On the other hand, the quenching depth becomes shallower as the laser moving speed becomes faster, but when the value exceeds a certain value (in this graph, when the laser moving speed exceeds 25 mm / s), the melting hardly occurs. As can be seen from this tendency, if the amount of heat input at the time of quenching is too large, the blade surface may melt and the hardness may decrease, so the high hardness layer 3 must be formed within a range where melting does not occur as much as possible. . Further, as can be seen from FIG. 3A, the depth of quenching by ordinary laser quenching is about 2 mm. From these facts, the quenching depth of the high hardness layer 3 shown in FIG. 1 is preferably 2 mm or less.

図４は、蒸気タービン翼１の製造に用いるレーザー照射装置の一例を表した斜視図である。
この図４に示したレーザー照射装置１０は、蒸気タービン翼１におけるエロージョンが起こり易い箇所（例えば前縁部２）に対し所定の角度からレーザー光１１を照射する加工ヘッド１２を備えている。特に図示していないが、この加工ヘッド１２から照射されるレーザー光１１は、レーザー発振器で発振され加工ヘッド１２から照射される。 FIG. 4 is a perspective view showing an example of a laser irradiation apparatus used for manufacturing the steam turbine blade 1.
The laser irradiation apparatus 10 shown in FIG. 4 includes a machining head 12 that irradiates a laser beam 11 from a predetermined angle to a portion (for example, the front edge portion 2) where erosion is likely to occur in the steam turbine blade 1. Although not particularly shown, the laser beam 11 emitted from the machining head 12 is oscillated by a laser oscillator and emitted from the machining head 12.

加工ヘッド１２は、水平スライダ１３に摺動可能に支持されたアーム１４に固定され、水平スライダ１３にガイドされる形で、図示しない駆動装置によって蒸気タービン翼１の幅方向（矢印Ｙ方向）に移動するようになっている。一方、水平スライダ１３は、支持ポスト１５に上下に摺動可能に支持されており、内蔵した駆動装置（図示せず）によって支持ポスト１５のレール部に沿って蒸気タービン翼１との焦点距離調整方向（矢印Ｚ方向）に移動するようになっている。さらに、支持ポスト１５は、ベース１６に摺動可能に支持されており、内蔵の駆動装置（図示せず）によりベース１６にガイドされて蒸気タービン翼１の翼長方向（矢印Ｘ方向）に移動するようになっている。本例では、蒸気タービン翼１がねじれ翼である場合でも、その前縁部２に対し所定の角度を保ったままレーザー２１を照射できるように、保持した蒸気タービン翼１をそのねじれに応じて回転させる回転治具１７が設けてある。   The machining head 12 is fixed to an arm 14 slidably supported by a horizontal slider 13 and guided by the horizontal slider 13 in the width direction (arrow Y direction) of the steam turbine blade 1 by a driving device (not shown). It is supposed to move. On the other hand, the horizontal slider 13 is supported by the support post 15 so as to be slidable up and down, and the focal distance with the steam turbine blade 1 is adjusted along the rail portion of the support post 15 by a built-in driving device (not shown). It moves in the direction (arrow Z direction). Further, the support post 15 is slidably supported by the base 16 and is guided by the base 16 by a built-in driving device (not shown) to move in the blade length direction (arrow X direction) of the steam turbine blade 1. It is supposed to be. In this example, even when the steam turbine blade 1 is a twisted blade, the held steam turbine blade 1 is responsive to the twist so that the laser 21 can be irradiated while maintaining a predetermined angle with respect to the front edge portion 2. A rotating jig 17 for rotating is provided.

また、特に図示していないが、レーザー照射装置１０には、制御装置を介して操作盤が接続しており、回転治具１７に取り付けられる蒸気タービン翼１の形状のデータや、レーザー出力、レーザー移動速度等といった焼入れ条件等を操作盤によって予め入力しておくと、制御装置により、それら入力条件に応じて対応機器に指令信号が出力される。これにより、焼入れ対象となる蒸気タービン翼１の形状によって、必要に応じて蒸気タービン翼１を回転させつつ、加工ヘッド１２が、その蒸気タービン１の前縁部２に対し一定のレーザー出力、焦点距離及びレーザー照射角度を保ちながら、前縁部２に沿って翼長方向に一定のレーザー移動速度で移動するようになっている。回転治具１７の回転数、レーザー出力、デフォーカス距離、レーザー照射角度、及びレーザー移動速度は手動操作によっても調整可能である。   Although not specifically shown, an operation panel is connected to the laser irradiation device 10 via a control device, and data on the shape of the steam turbine blade 1 attached to the rotating jig 17, laser output, laser When quenching conditions such as movement speed are input in advance using the operation panel, the control device outputs a command signal to the corresponding device according to the input conditions. As a result, the machining head 12 rotates the steam turbine blade 1 as necessary according to the shape of the steam turbine blade 1 to be quenched, while the machining head 12 has a constant laser output and focus on the front edge 2 of the steam turbine 1. While maintaining the distance and the laser irradiation angle, it moves along the leading edge 2 in the blade length direction at a constant laser moving speed. The rotation speed, laser output, defocus distance, laser irradiation angle, and laser moving speed of the rotating jig 17 can be adjusted by manual operation.

そして、図４に示したレーザー照射装置１０を用いて蒸気タービン翼１にレーザー焼入れを行う場合には、まず、蒸気タービン翼１を回転治具１７にセットし、操作盤（図示せず）に蒸気タービン翼１の形状、所定のレーザー出力、デフォーカス距離、レーザー移動速度を入力する（これらはプリセット値としても良い）。前述したように、レーザー移動速度が速いほど焼入れ深さが浅くなり、硬さも小さくなる。また、デフォーカス距離が大きいほど焼入れ幅は広く、焼入れ深さは浅くなる。   When laser quenching is performed on the steam turbine blade 1 using the laser irradiation apparatus 10 shown in FIG. 4, first, the steam turbine blade 1 is set on the rotating jig 17 and placed on the operation panel (not shown). The shape of the steam turbine blade 1, predetermined laser output, defocus distance, and laser moving speed are input (these may be preset values). As described above, the faster the laser moving speed, the shallower the quenching depth and the lower the hardness. Further, the greater the defocus distance, the wider the quenching width and the shallower the quenching depth.

蒸気タービン翼１の形状データや所定の焼入れ条件を入力したら、加工ヘッド１２の蒸気タービン翼１に対する角度を調節し、焼入れ処理を開始する。すると、入力値に応じて回転治具１７により蒸気タービン翼１が回転しつつ、加工ヘッド１２が図４のＸ，Ｙ，Ｚ方向に適宜動作して、入力したレーザー出力、デフォーカス距離、レーザー移動速度で蒸気タービン翼１の焼入れ対象部（例えば前縁部２）に倣って移動する。これにより、所望の焼入れ深さの高硬度層３が蒸気タービン翼１に形成される。   When the shape data of the steam turbine blade 1 and predetermined quenching conditions are input, the angle of the machining head 12 with respect to the steam turbine blade 1 is adjusted and the quenching process is started. Then, while the steam turbine blade 1 is rotated by the rotating jig 17 in accordance with the input value, the processing head 12 is appropriately operated in the X, Y, and Z directions in FIG. 4 to input the laser output, the defocus distance, and the laser. It moves following the part to be quenched (for example, the front edge part 2) of the steam turbine blade 1 at the moving speed. Thereby, the high hardness layer 3 having a desired quenching depth is formed on the steam turbine blade 1.

レーザーは非常に高密度なエネルギー体であるため、約１０００〜９０００℃／ｓの急加熱、急冷却が可能であり、火炎焼入れの加熱、冷却速度（約１００〜５００℃／ｓ）に比べて微細なマルテンサイト組織を形成し、非常に高硬度な組織を得ることができる。また、火炎焼入れに比べて表面硬化処理時間が短縮されるため、不純物元素が結晶内に入り込む可能性も低い。さらに、火炎焼入れ速度（約１mm／ｓ）に比べてレーザー焼入れ速度は高速（例えば約３０mm／ｓ）であるので、焼入れ時間も短縮される。そして、入熱量を小さく抑えられるために変形が小さく、動翼での焼入れ処理後の変形の修正も不要となる。変形が小さいため、タービン動翼のみならず、母材の薄い部品（タービン静翼等）にも適用可能である。   Since the laser is a very high-density energy body, rapid heating and rapid cooling of about 1000 to 9000 ° C./s are possible, compared with the heating and cooling rate of flame quenching (about 100 to 500 ° C./s). A fine martensite structure can be formed and a very hard structure can be obtained. In addition, since the surface hardening treatment time is shortened compared to flame quenching, the possibility that the impurity element enters the crystal is low. Furthermore, since the laser quenching speed is higher (for example, about 30 mm / s) than the flame quenching speed (about 1 mm / s), the quenching time is also shortened. Since the amount of heat input can be kept small, the deformation is small, and it is not necessary to correct the deformation after the quenching process in the rotor blade. Since the deformation is small, it can be applied not only to turbine rotor blades but also to parts with thin base materials (turbine stationary blades, etc.).

このように、本実施形態によれば、蒸気タービン翼のエロージョンが発生し易い箇所に焼入れするに際し、レーザーを照射することによって焼入れ処理を施すので、入熱量を精度良く調整することができ、火炎焼入れを行うよりも、高硬度層３の硬さと寸法を均一且つ高精度に仕上げることができる。また、例えば１ｍｍ／ｓ程度の移動速度で焼入れ処理を行う火炎焼入れに対しレーザー移動速度が高速（例えば３０ｍｍ／ｓ）であるので、焼入れ部分の深さを必要最小限に抑えることができる。   Thus, according to the present embodiment, when quenching a portion where erosion of the steam turbine blade is likely to occur, a quenching process is performed by irradiating a laser, so that the amount of heat input can be accurately adjusted, and the flame Rather than performing quenching, the hardness and dimensions of the high hardness layer 3 can be finished uniformly and with high accuracy. Further, since the laser moving speed is high (for example, 30 mm / s) with respect to flame quenching in which the quenching process is performed at a moving speed of about 1 mm / s, for example, the depth of the quenched portion can be minimized.

例えば、タービン最終段動翼等は他の段落のものと比べて翼長が長く（例えば約１ｍ）遠心力や振動応力の影響が大きくなり、エロージョンが発生した場合、相乗作用により安定した運転に支障をきたす恐れがあるが、本実施形態によれば、蒸気タービン翼の翼中心部に焼入れの施されていない延性に優れた部分がより多く残存するので、タービン最終段動翼等を対象とした場合であっても、蒸気タービンの破損を防止することができる。さらに、仮に高硬度層にクラックが発生したとしても、高硬度層は表面付近に形成された非常に薄い層であり、なおかつ、翼中心部に延性が十分に確保されているため、クラックの進展を抑制することができる。よって、品質の安定した信頼性の高い蒸気タービン翼を提供することができる。   For example, the turbine blades at the last stage of the turbine have a longer blade length (for example, about 1 m) than those in the other paragraphs, and the effects of centrifugal force and vibration stress increase. If erosion occurs, stable operation is achieved by synergy. Although there is a risk of hindrance, according to the present embodiment, since more portions with excellent ductility that are not quenched are left in the center of the blades of the steam turbine blades, the turbine final stage blades and the like are targeted. Even in this case, damage to the steam turbine can be prevented. Furthermore, even if cracks occur in the high-hardness layer, the high-hardness layer is a very thin layer formed in the vicinity of the surface, and since the ductility is sufficiently secured at the center of the blade, the progress of the crack Can be suppressed. Therefore, a reliable and reliable steam turbine blade can be provided.

加えて、焼入れ処理を施されていない翼中心部は高硬度層に比べて溶接性に優れているため、エロージョンにより翼が損傷を受けた場合に補修溶接がし易いというメリットもある。また、前述したように、レーザー照射条件を変え、焼入れ硬度の違った複数の高硬度層を形成すれば、各高硬度層の摩耗状態を比較することにより、エロージョンの進行状況が把握でき、これを予防保全の目安とすることができる。   In addition, since the blade center portion not subjected to quenching treatment has better weldability than the high hardness layer, there is an advantage that repair welding is easy when the blade is damaged by erosion. In addition, as described above, by changing the laser irradiation conditions and forming multiple high hardness layers with different quenching hardness, the progress of erosion can be grasped by comparing the wear state of each high hardness layer. Can be used as a measure of preventive maintenance.

また、図５は、翼先端のカバー側から見た蒸気タービン動翼の外観図である。
この図５に示したカバー５は、タービン動翼６の先端部に設けられ、アンツイストにより隣接する翼のカバーと接触し運転中の動翼翼列の剛性を確保する働きを担う。このカバー５は、運転時のアンツイストの作用を受けて隣接するもの同士が係合するようにＳフォーム部（接触部）７が設けられている。本実施形態によれば、入熱量が不安定な火炎焼入れと異なり、プログラムによってレーザー照射範囲を容易に制御できるため、Ｓフォーム部７等といった焼入れ処理を施し難い複雑な形状の一部分にも容易に高硬度層を形成することができる。 FIG. 5 is an external view of the steam turbine rotor blade viewed from the cover side at the blade tip.
The cover 5 shown in FIG. 5 is provided at the tip of the turbine rotor blade 6 and contacts the cover of the adjacent blade by untwisting, and plays the role of ensuring the rigidity of the moving blade cascade during operation. The cover 5 is provided with an S foam portion (contact portion) 7 so that adjacent ones are engaged with each other under the action of untwisting during operation. According to the present embodiment, unlike the flame quenching in which the heat input is unstable, the laser irradiation range can be easily controlled by a program. Therefore, even a part of a complicated shape that is difficult to be quenched such as the S foam portion 7 can be easily obtained. A high hardness layer can be formed.

１２クロム合金鋼で形成されたタービン動翼を対象として、図４に示した最大出力６ｋWのレーザー照射装置１０を用いて焼入れ処理を施し、前縁部に高硬度層を形成した。レーザー光がレーザー照射装置１０へ反射することを防ぐため、タービン動翼とレーザー光とのなす角度が６０度になるように、加工ヘッド１２の角度を鉛直方向から３０度傾けて設置した。また、タービン動翼の表面は、予め＃８０のサンドペーパーにて研磨した後、洗浄液にて脱脂した。   A turbine blade formed of 12 chrome alloy steel was used as a target, and a quenching process was performed using the laser irradiation device 10 having a maximum output of 6 kW shown in FIG. 4 to form a high hardness layer at the front edge. In order to prevent the laser light from being reflected to the laser irradiation device 10, the machining head 12 was installed at an angle of 30 degrees from the vertical direction so that the angle between the turbine blade and the laser light was 60 degrees. The surface of the turbine blade was previously ground with # 80 sandpaper and then degreased with a cleaning solution.

図６（ａ）は、レーザー出力２．５ｋｗ、レーザー移動速度２．５ｍｍ／ｓ、デフォーカス距離５０ｍｍの条件で焼入れ処理を施したタービン動翼の断面写真、図６（ｂ）は、レーザー出力２．５ｋｗ、レーザー移動速度２５ｍｍ／ｓ、デフォーカス距離２０ｍｍの条件で焼入れ処理を施したタービン動翼の断面写真である。   6A is a cross-sectional photograph of a turbine blade subjected to quenching under the conditions of laser output 2.5 kw, laser moving speed 2.5 mm / s, and defocus distance 50 mm, and FIG. 6B shows laser output. It is a cross-sectional photograph of a turbine blade subjected to quenching treatment under the conditions of 2.5 kw, laser moving speed 25 mm / s, and defocus distance 20 mm.

本実施例の結果、形成された高硬度層の硬さは、３５０ＨＶ〜５５０ＨＶとなり、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示したように、レーザー移動速度及びデフォーカス距離を調整することにより、焼入れ深さ及び硬さを変えることができた。図６（ａ）に示したタービン動翼では、表面からの深さが、５０（μｍ）、１００（μｍ）、１５０（μｍ）、２００（μｍ）の各位置において、それぞれ硬さが、４１４ＨＶ、４１６ＨＶ、４５２ＨＶ、４６０ＨＶであった。一方、図６（ｂ）に示したタービン動翼では、表面からの深さが、５０（μｍ）、１００（μｍ）、１５０（μｍ）、２００（μｍ）の各位置において、それぞれ硬さが、４２５ＨＶ、４３６ＨＶ、２７５ＨＶ、２７０ＨＶであった。
なお、焼入れ深さが２ｍｍ以上になる場合は、材料の溶融が発生し硬さが低下した。 As a result of this example, the hardness of the formed high hardness layer is 350 HV to 550 HV, and the laser moving speed and the defocus distance are adjusted as shown in FIGS. It was possible to change the quenching depth and hardness. In the turbine rotor blade shown in FIG. 6A, the hardness is 414 HV at each position where the depth from the surface is 50 (μm), 100 (μm), 150 (μm), and 200 (μm). 416HV, 452HV, and 460HV. On the other hand, in the turbine rotor blade shown in FIG. 6B, the hardness from the surface is 50 (μm), 100 (μm), 150 (μm), and 200 (μm), respectively. 425HV, 436HV, 275HV, 270HV.
When the quenching depth was 2 mm or more, the material melted and the hardness decreased.

本発明の蒸気タービン翼の一実施形態の特徴を表した概略図である。It is the schematic showing the characteristic of one Embodiment of the steam turbine blade of this invention. 本発明の蒸気タービン翼の製造方法における焼入れ施工時の様子を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the mode at the time of hardening construction in the manufacturing method of the steam turbine blade of this invention. レーザー移動速度と焼入れ深さとの相関関係を表すグラフである。It is a graph showing the correlation between a laser moving speed and a quenching depth. 本発明の蒸気タービン翼の製造方法に用いるレーザー照射装置の一例を表した斜視図である。It is the perspective view showing an example of the laser irradiation apparatus used for the manufacturing method of the steam turbine blade of the present invention. 翼先端のカバー側から見た蒸気タービン動翼の外観図である。It is an external view of a steam turbine rotor blade as viewed from the cover side of the blade tip. 本発明の蒸気タービン翼の製造方法により製造したタービン動翼の断面写真である。It is a cross-sectional photograph of the turbine rotor blade manufactured by the manufacturing method of the steam turbine blade of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 蒸気タービン翼
２ 前縁部（エロージョンが発生する箇所）
３ 高硬度層
５ カバー
６ タービン動翼（蒸気タービン翼）
７ Ｓフォーム部（接触部、エロージョンが発生する箇所） 1 Steam turbine blade 2 Front edge (where erosion occurs)
3 High hardness layer 5 Cover 6 Turbine blade (steam turbine blade)
7 S foam part (contact part, location where erosion occurs)

Claims (4)

蒸気により軸動力を得る蒸気タービンに用いる蒸気タービン翼において、
エロージョンによる摩耗量が目視にて判別可能なようにレーザー照射により焼入れ処理を施して形成した焼入れ深さが２ｍｍ以下で硬度の異なる複数の高硬度層を前縁部に有することを特徴とする蒸気タービン翼。 In a steam turbine blade used in a steam turbine that obtains shaft power by steam,
Steam hardening depth which is formed by subjecting the quenching by the laser irradiation as wear amount of erosion can be determined visually is characterized by having the leading edge of the plurality of high hardness layer having different hardness 2mm or less Turbine blade. 請求項１の蒸気タービン翼において、翼の材質がフェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼であることを特徴とする蒸気タービン翼。 A steam turbine blade according to claim 1, the steam turbine blade made of the wing is characterized Oh Rukoto ferritic stainless steel or martensitic stainless steel. 請求項１の蒸気タービン翼において、
翼先端部に設けられアンツイストにより隣接するもの同士が接触し運転中の剛性を確保するカバーと、
このカバーの隣接するものとの接触部にレーザー照射により焼入れ処理を施して形成された焼入れ深さが２ｍｍ以下の高硬度層と
をさらに有することを特徴とする蒸気タービン翼。 The steam turbine blade of claim 1 ,
A cover that is provided at the tip of the blade and that is adjacent to each other by untwisting to ensure rigidity during operation;
A steam turbine blade characterized by further comprising a high hardness layer having a quenching depth of 2 mm or less formed by quenching a contact portion of the cover with an adjacent one by laser irradiation. 蒸気により軸動力を得る蒸気タービンに用いる蒸気タービン翼の製造方法において、
翼表面からの焼入れ深さが２ｍｍ以下となるようにレーザー移動速度、デフォーカス距離を所定値に設定してレーザー照射を行い、
前記蒸気タービンの前縁部にエロージョンによる摩耗量が目視にて判別可能なように硬度の異なる複数の高硬度層を形成することを特徴とする蒸気タービン翼の製造方法。 In a method of manufacturing a steam turbine blade used in a steam turbine that obtains shaft power by steam,
Laser irradiation is performed with the laser moving speed and defocus distance set to predetermined values so that the quenching depth from the blade surface is 2 mm or less.
A method of manufacturing a steam turbine blade, comprising: forming a plurality of high-hardness layers having different hardnesses so that a wear amount due to erosion can be visually discerned at a front edge portion of the steam turbine.
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