燃燒器結構部件的製造方法、燃燒器結構部件、燃氣輪機用燃燒器及燃氣輪機的製作方法

2023-05-30 07:59:21

專利名稱：燃燒器結構部件的製造方法、燃燒器結構部件、燃氣輪機用燃燒器及燃氣輪機的製作方法
技術領域：
本發明涉及適用於燃氣輪機的燃燒器(燃燒筒及內筒等)的燃燒器結構部件的製造方法。
背景技術：
燃氣輪機燃燒器在1500°C的高溫環境下使用。根據其使用條件的不同，該燃氣輪機燃燒器需要冷卻結構。例如專利文獻1公開所示，作為燃燒器尾筒的結構部件，使用被稱為MT翼片的具有中空流路的板狀部件，在中空的流路中流動有作為冷卻介質的空氣或蒸氣等，從而將燃氣輪機燃燒器冷卻。如專利文獻2公開所示，具有中空的流路的板狀部件由作為母材的平坦的板狀部件和具有多個翼片的板狀部件構成，並將多個翼片與平板狀的板狀部件接合而形成。作為接合方法，列舉有釺焊接合(擴散接合)。釺焊接合是將比被接合材料(母材)的熔點低的金屬(釺料)作為粘結劑，以釺料的熔點溫度將母材加熱，通過釺料和母材的相互擴散作用而進行接合的技術。若釺焊時的加熱溫度高，則會發生母材的結晶粒的粗大化或氧化，母材的強度降低。因此，在降低加熱溫度的目的下，多使用添加了熔點降低元素(B、Si、P等) 的釺料。專利文獻1日本專利第3831638號公報(權利要求9，段落WOll])專利文獻2日本特開2002-161755號公報(段落W007])

發明內容
以往，上述燃氣輪機燃燒器的結構部件在對兩個板狀部件進行了釺焊接合後，在常溫下使用衝壓機進行成形而製造。在釺焊接合時，釺料中含有的熔點降低元素從釺料與板狀部件的接觸面擴散。然而，當該擴散不充分時，在上述接觸面附近，熔點降低元素偏向板狀部件，因此局部性地產生脆性。對由此種板狀部件構成的板狀接合體進行衝壓成形時， 在板狀接合體的內部產生裂紋，由於該裂紋的原因，而會產生板狀接合體的接合面發生剝離這一問題。因此，板狀接合體成形後的燃燒器結構部件需要通過非破壞檢查(超聲波探傷試驗等)來確認內部品質。當確認到燃燒器結構部件存在裂紋時，該燃燒器結構部件通過焊接進行修補或被報廢。若利用熱鍛衝壓裝置對具有中空流路的板狀接合體進行成形，則能夠避免在板狀接合體的內部產生的裂紋。然而，由於在高溫下進行加熱，而釺料及板狀部件熔融，無法維持中空的流路的位置精度，並且板狀部件發生粗粒化，板狀部件的強度降低。熱衝壓成形是利用加熱爐等對非鐵金屬/不鏽鋼/合金鋼/碳鋼等被成形原料整體進行加熱，使用模具進行壓縮成形。相對於此，冷間衝壓成形是在常溫下使用模具對被成形原料進行壓縮成形。本發明鑑於此種情況而作出，提供一種不會產生裂紋地維持中空的流路的位置精度來製造燃燒器結構部件的方法，該燃燒器結構部件由將兩個板狀部件釺焊接合而成的具有中空的流路的板狀接合體成形而成。為了解決上述課題，本發明的燃燒器結構部件的製造方法採用以下的方法。本發明涉及一種燃燒器結構部件的製造方法，包括板狀接合體形成工序，將由耐熱合金構成的第一板狀部件、和由耐熱合金構成且在表面具有多個翼片的第二板狀部件以該翼片朝向第一板狀部件的狀態，經由包含熔點降低元素的釺料而進行釺焊接合，從而得到板狀接合體；衝壓成形工序，對該板狀接合體進行衝壓成形而得到所希望的形狀的燃燒器結構部件；變形部位確定工序，根據所述燃燒器結構部件的形狀來確定在所述衝壓成形工序時產生的變形為規定值以上的變形部位；局部加熱工序，對與由該變形部位確定工序確定的所述變形部位相對應的所述板狀接合體的對應部位進行局部加熱；及作為所述衝壓成形工序的將加熱後的所述對應部位的溫度維持在期望溫度而對所述板狀接合體進行冷間衝壓成形的工序。燃燒器結構部件由於形狀的不同，而在成形板狀接合體時產生的變形部位不同。 通過確定燃燒器結構部件的變形部位，能夠在成形前對上述確定的變形部位與板狀接合體對應的部位進行局部加熱。並且，通過對板狀接合體進行局部加熱而能夠提高延展性，並提高衝壓成形性。即，即使是在釺焊下熔點降低元素(例如B、Si、P等)不均勻地擴散的板狀接合體，也能夠不發生裂紋地進行衝壓成形。而且，通過不對板狀接合體的整體而僅對變形發生部位進行加熱，能夠抑制板狀接合體整體發生粗粒化，並能夠維持中空的流路的位置精度。在上述發明中，所述局部加熱工序中的加熱溫度優選為650°C以上且1000°C以下，更優選為800°C以上且1000°C以下。局部加熱時的加熱溫度為650°C以上且1000°C以下時，板狀接合體的衝壓成形性提高。尤其是通過以800°C以上且1000°C以下進行加熱，由於釺料中含有的熔點降低元素不均勻擴散而局部發生了脆化的板狀接合體能夠得到脆化前的狀態的第一板狀部件及第二板狀部件的同等以上的延展性。而且，由於上述加熱溫度為釺料及板狀部件的熔點以下， 因此能夠維持板狀部件的強度及板狀接合體的中空的流路的位置對合精度。加熱溫度低於650°C時，無法得到加熱產生的所希望的延展性提高效果。加熱溫度高於1000°C時，板狀部件的結晶粒發生粗粒化，板狀部件的劣化不斷發展。而且，加熱溫度高於1000°C時，釺料及板狀部件發生熔融，中空的流路被閉塞，且位置對合精度變差。使用上述製造方法所製造的燃燒器結構部件在衝壓成形時不會產生裂紋。由此， 能夠減少焊接修補作業花費的時間，及可通過報廢數減少實現成本削減。而且，能夠維持中空的流路的位置精度。使用上述燃燒器結構部件而形成的燃氣輪機用燃燒器及具備該燃氣輪機用燃燒器的燃氣輪機能夠以低成本進行製造且可靠性高。發明效果通過利用上述製造方法來製造燃燒器結構部件，能夠避免成形時產生的裂紋。由此，能夠削減修補花費的作業時間及製造成本。而且，成形後也能夠維持中空的流路的位置精度。其結果是，能夠提供一種起到高冷卻效果的燃氣輪機燃燒器。。


圖1是本發明的一實施方式的燃氣輪機的局部縱向剖視圖。
圖2是板狀接合體的立體剖視圖。圖3是板狀接合體的局部剖視圖。圖4是表示拉伸試驗的結果的曲線圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發明的燃燒器結構部件的製造方法的一實施方式進行說明。圖1表示本實施方式的燃氣輪機的局部縱向剖視圖。燃氣輪機1具備燃燒器2，該燃燒器2具有內筒加及外筒2b。內筒加是在將四個燃燒器結構部件臨時對合後利用雷射焊接形成為筒狀的部件。燃燒器結構部件通過將具有中空流路的板狀接合體衝壓成形成規定的形狀而得到。一個燃燒器結構部件例如是1. 2mX0. 7m至1. OmXO. 5m的尺寸。圖2表示板狀接合體的立體圖。板狀接合體4由形成為平坦狀的第一板狀部件如和具有多個翼片5的第二板狀部件4b構成。板狀接合體4通過將多個翼片5與第一板狀部件4a接合，而在板狀接合體4的內部的多個翼片5之間形成有中空流路3。圖3表示板狀接合體4的局部剖視圖。中空流路3在剖視下，成為頂部是曲線且其兩端為直線的形狀。板狀接合體4例如通過以下的工序來製作。在第一板狀部件如的上方載置箔狀的釺料(未圖示)，進而以使翼片5朝向第一板狀部件如的方式載置第二板狀部件4b。需要說明的是，在各部件的接合面的端部塗敷有防釺料流動劑(未圖示)。載置後，使用塊等從第二板狀部件4b的上表面均勻地對面內施加壓力。在被施加壓力的狀態下，在非活性氣氛中或真空中對第一板狀部件如及第二板狀部件4b實施熱處理，從而將第一板狀部件如及第二板狀部件4b接合。在本實施方式中，第一板狀部件如及第二板狀部件4b使用耐熱Ni基合金，例如 Tomilloy (註冊商標)(組成20. 00質量％至24. 00質量％的Cr，6. 50質量％至9. 40質量％的&)，8. 00質量％至10. 00質量％的Mo，2. 00質量％至4. 00質量％的1，0. 75質量％ 至1. 50質量％的A1，0. 60質量％以下的Ti，0. 15質量％以下的C，3. 00質量％以下的Fe， 1. 00質量％以下的Mn，1. 00質量％以下的Si，0. 50質量％以下的Cu，0. 015質量％以下的 S，0. 020質量％以下的P，0. 006質量％以下的B，其餘部分是Ni)。需要說明的是，也可以替換Tomilloy (註冊商標)，而使用Hastelloy (註冊商標)X (組成20. 25質量％至23. 25 質量％的Cr，0. 45質量％至2. 55質量％的Co，7. 90質量％至10. 10質量％的Mo，16. 80質量％至20. 20質量％&Fe，0. 16質量％至1.04質量％的1，0. 04質量％至0. 16質量％的 C，1. 05質量％以下的Si，1. 3質量％以下的Mn，0. 045質量％以下的P，0. 035質量％以下的 S，其餘部分是Ni)、HA-230、GTD-222、IN-617、Nimonic263那樣的耐熱Ni基合金。或者，還可以使用HA-188、FSX-414等耐熱Co基合金。在本實施方式中，根據板狀部件材料而適當選擇含有熔點降低元素(例如B、Si、P 等)的釺料。例如，使用耐熱Ni基合金作為板狀部件時，優選適用以Ni為主成分的NIB8 (製造廠商日立金屬株式會社，商品名Ni-B8，組成0. 1質量％以下的C、15. 0質量％至15. 7 質量％的Cr，3. 3質量％至4. 0質量％的B，其餘部分是Ni)、MBF-20 (製造廠商梅葛拉斯公司，商品名:Metglas (註冊商標)MBF-20Nickel-Based Brazing Foil，組成0. 06質量％ 以下的C，7. 0質量％的Cr，3. 0質量％的Fe，4. 5質量％的Si，3. 2質量％的B，其餘部分是Ni)等。以下，對燃燒器結構部件的製造方法進行說明。燃燒器結構部件的製造方法包括根據燃燒器結構部件的形狀而確定成形時產生的變形的部位的變形部位確定工序；對使燃燒器結構部件的確定了的變形部位與板狀接合體4對應的部位進行加熱的局部加熱工序；及對加熱後的板狀接合體4進行冷間衝壓成形的衝壓成形工序。在變形部位確定工序中，通過數值解析(衝壓成形模擬)及劃線試驗等，測定燃燒器結構部件的變形，確定與燃燒器結構部件的形狀對應的成形時產生的變形部位。例如，實施以板狀接合體4的材料物性值作為輸入數據並以模具溫度、模具形狀、 潤滑劑(摩擦係數)等要因為參數的模擬解析(解析軟體=LS-DYNA等)，確定變形為例如 13%以上的規定值以上的變形部位。確定了的變形部位通過解析軟體而與板狀接合部件相對應。例如，在劃線試驗中，對板狀接合體4劃出直徑約6. 35mm(l/4in)的圓形圖案(劃線)，在衝壓成形後，根據該劃線的變形程度(長軸和短軸的長度、中軸的朝向、圓的中心間距離)來計測板狀接合體4的變形(最大變形/最小變形/最大變形方向等)。對於變形部位，在目視下劃線較大地變形。確定變形為例如13%以上的規定值以上的變形部位。板狀接合體4配置於下模。為了防止成形時的磨損引起的粘著，而在模具及板狀接合體4上塗敷潤滑劑。潤滑劑是高溫潤滑性優異的氮化硼(例如，奧戴斯(Audec)株式會社制的BN脫模劑，資庫斯(Zikusu)工業株式會社制的BN噴洗劑，日本精化株式會社的 BN噴洗劑)等。在局部加熱工序中，如上所述將板狀接合體4配置於模具後，對變形部位確定工序中確定的變形部位與板狀接合體4對應的部位進行局部加熱。作為加熱方法，例如適用感應加熱、高頻加熱、通電加熱等。最小加熱面積是IOOcm2左右。加熱溫度為650°C以上且 1000°C以下。需要說明的是，加熱溫度例如由溫度扼流圈、紅外熱攝像儀及熱電偶等進行管理。為了確認熔點降低元素所擴散的第一板狀部件4a的材料特性，而基於JIS G0567及JIS Z2241實施了拉伸試驗。以包含熔點降低元素擴散層的方式從以Tomilloy為材料的板狀接合體4切出第一板狀部件4a，基於JIS Z2201製作了試驗片。將從釺料使用 MBF-20的板狀接合體4製作的試驗片作為實施例1，將從釺料使用NIB8的板狀接合體4製作的試驗片作為實施例2。而且，將從Tomilloy (註冊商標)製作的試驗片作為比較例。圖4是表示上述試驗片的拉伸試驗的結果的曲線圖。在該圖中，橫軸表示試驗片的加熱溫度，縱軸表示試驗片的龜裂發生極限變形(％ )。「龜裂發生極限變形(％ )」表示試驗片斷裂時的變形(％)。需要說明的是，室溫下的各試驗片的龜裂發生極限變形在比較例中為51%，在實施例1及實施例2中為13%以下。在加熱溫度650°C下，龜裂發生極限變形較大地升高。實施例1及實施例2的龜裂發生極限變形在加熱溫度700°C下顯示出室溫的比較例的同等以上，在800°C下顯示出 80%以上，與同溫度的比較例為相同程度。根據上述拉伸試驗的結果考慮到，為了不使板狀接合體4熔融而得到所希望的延展性提高效果，局部加熱工序中的加熱溫度優選為650°C以上且1000°C以下。尤其是在SOO0C以上且1000°C以下，能得到最高的延展性提高效果。在衝壓成形工序中，局部加熱工序結束後，將加熱後的對應部位的溫度維持在期望溫度而對板狀接合體4進行冷間衝壓成形。由於被加熱的部位僅為被確定的變形部位， 因此能夠通過冷間鍛造衝壓裝置進行成形。如以上所述，根據本實施方式的燃燒器結構部件的製造方法，起到以下的作用效果。通過利用上述製造方法來製造燃燒器結構部件，能夠避免成形時產生的裂紋。由此，能夠削減修補所花費的作業時間及製造成本。而且，成形後也能夠維持中空流路3的位置精度。其結果是，能夠提供一種起到高的冷卻效果的燃氣輪機燃燒器。需要說明的是，衝壓成形工序也可以在進行局部加熱的同時進行。在本實施方式中，成形為一個階段，但在兩個階段以上成形時，也可以反覆實施局部加熱工序及衝壓成形工序。標號說明1燃氣輪機2燃燒器2a 內筒2b夕卜筒3中空流路4板狀接合體4a第一板狀部件4b第二板狀部件5 翼片
權利要求
1.一種燃燒器結構部件的製造方法，包括板狀接合體形成工序，將由耐熱合金構成的第一板狀部件、和由耐熱合金構成且在表面具有多個翼片的第二板狀部件以該翼片朝向第一板狀部件的狀態，經由包含熔點降低元素的釺料而進行釺焊接合，從而得到板狀接合體；衝壓成形工序，對該板狀接合體進行衝壓成形而得到所希望的形狀的燃燒器結構部件；變形部位確定工序，根據所述燃燒器結構部件的形狀來確定在所述衝壓成形工序時產生的變形為規定值以上的變形部位；局部加熱工序，對與由該變形部位確定工序確定的所述變形部位相對應的所述板狀接合體的對應部位進行局部加熱；及作為所述衝壓成形工序的將加熱後的所述對應部位的溫度維持在期望溫度而對所述板狀接合體進行冷間衝壓成形的工序。
2.根據權利要求1所述的的燃燒器結構部件的製造方法，其中， 所述局部加熱工序中的加熱溫度為650°C以上且1000°C以下。
3.根據權利要求1所述的的燃燒器結構部件的製造方法，其中， 所述局部加熱工序中的加熱溫度為800°C以上且1000°C以下。
4.一種燃燒器結構部件，使用權利要求1至3中任一項所述的燃燒器結構部件的製造方法進行製造。
5.一種燃氣輪機用燃燒器，使用權利要求4所述的燃燒器結構部件而形成。
6.一種燃氣輪機，具備權利要求5所述的燃氣輪機用燃燒器。
全文摘要
一種燃燒器結構部件的製造方法，包括將由耐熱合金構成的第一板狀部件(4a)、和由耐熱合金構成且在表面具有多個翼片(5)的第二板狀部件(4b)以翼片(5)朝向第一板狀部件(4a)的狀態，經由包含熔點降低元素的釺料而進行釺焊接合，從而得到板狀接合體(4)的工序；對板狀接合體(4)進行衝壓成形而得到所希望的形狀的燃燒器結構部件的衝壓成形工序；根據燃燒器結構部件的形狀來確定在衝壓成形工序時產生的變形為規定值以上的變形部位的工序；對與所述確定的變形部位相對應的板狀接合體(4)的對應部位進行局部加熱的工序；及將加熱後的對應部位的溫度維持在期望溫度而對板狀接合體(4)進行冷間衝壓成形的工序。
文檔編號B21D22/20GK102301107SQ20108000612
公開日2011年12月28日 申請日期2010年5月20日 優先權日2009年6月2日
發明者森本仁志, 永井友人, 種池正樹 申請人:三菱重工業株式會社