JP7430081B2 - 筒部材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、肉厚差を有し且つ管部が設けられた筒部材の製造方法に関する。
ガスタービンエンジンには、圧力容器が組み込まれる。この種の圧力容器は、一般的に、貫通孔が形成された筒本体部と、該筒本体部の、前記貫通孔が形成された部位に設けられた管部とを有する筒部材を含んで構成される。この筒部材において、筒本体の中空内部に対し、別の部材に接続された管部を介して圧力流体が給排される。
管部が前記別の部材に対して位置ズレを起こしていると、管部と該別の部材を接続することが困難となる。従って、貫通孔を精確な位置に形成することが望まれる。これを達成するべく、筒本体部の真円度及び直径等を設計値に可及的に近似させることが考えられる。このための技術として、特許文献１～３に記載されるように矯正用治具を用いることが知られている。
すなわち、加工品の内方に矯正用治具が配置されるとともに、加工品及び矯正用治具が加熱される。矯正用治具の線膨張係数が加工品に比して大であるため、加工品が内周壁側から矯正用治具に押圧される。この押圧により、真円度や直径を、予め設定された範囲内に収めることを試みている。
なお、タービンガスエンジンの軽量化を図るべく、筒部材の外周壁の肉の一部を除去することがある。この場合、筒部材は、肉が除去された薄肉部と、肉が除去されなかったことで薄肉部に比して相対的に厚みが大きな厚肉部とを有し、薄肉部と厚肉部で肉厚差が形成される。ここで、肉の除去は、薬液中に筒部材を浸漬する、いわゆるケミカルミリングによって行われる。ケミカルミリングによれば、筒部材に熱が付与されることや機械加工が施されることがないので、筒部材に歪みが生じたり、残留応力が生じたりすることが回避されるという利点があるからである。
ケミカルミリングには、薬剤を貯留するプールや、使用済の薬剤を処理する設備が必要であるために設備投資が高騰するという不具合がある。また、所定量の肉を除去するために長時間を要する。以上のような理由から、筒部材を完成品として得るまでのコストを低減することが容易ではない。
そこで、板部材に研削加工等の機械加工を施して肉を除去し、その後に前記板部材を湾曲させて端部同士を接合することが想起される。しかしながら、この場合、筒部材の真円度を向上させることが容易ではないという不都合が顕在化している。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、機械加工によって薄肉部が形成された場合であっても、真円度や直径を設定値に可及的に近似させることが可能な筒部材の製造方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、厚肉部と薄肉部を有し且つ外周壁から内周壁に向かって貫通した貫通孔が形成された筒本体部と、前記貫通孔に設けられた管部とを備える筒部材の製造方法において、
板部材の一部に対し機械加工を行って肉を除去することで、肉が除去された部位からなる薄肉部と、肉が除去されることなく前記薄肉部に比して相対的に厚みが大きな厚肉部とを有する中間加工品を得る肉除去工程と、
前記中間加工品を湾曲させて両端部を接合し、円筒形状体を得る端部接合工程と、
前記円筒形状体を加熱して第１の熱処理を施す第１の熱処理工程と、
前記円筒形状体に外周壁から内周壁に向かう貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔が形成された部位に前記管部を接合して前記筒部材を得る管部接合工程と、
前記筒部材を加熱して第２の熱処理を施す第２の熱処理工程と、
を有する筒部材の製造方法が提供される。
板部材の一部に対し機械加工を行って肉を除去することで、肉が除去された部位からなる薄肉部と、肉が除去されることなく前記薄肉部に比して相対的に厚みが大きな厚肉部とを有する中間加工品を得る肉除去工程と、
前記中間加工品を湾曲させて両端部を接合し、円筒形状体を得る端部接合工程と、
前記円筒形状体を加熱して第１の熱処理を施す第１の熱処理工程と、
前記円筒形状体に外周壁から内周壁に向かう貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔が形成された部位に前記管部を接合して前記筒部材を得る管部接合工程と、
前記筒部材を加熱して第２の熱処理を施す第２の熱処理工程と、
を有する筒部材の製造方法が提供される。
本発明によれば、薄肉部を有する円筒形状体に対して第１の熱処理を施すことで該円筒形状体の真円度を向上させた後、該円筒形状体に貫通孔を形成したり、管部を接合したりして筒部材を得、さらに、該筒部材に対して第２の熱処理を施すようにしている。第１の熱処理によって、精確な位置に貫通孔を形成することができる。また、貫通孔の形成時や管部の接合時に歪みが発生したとしても、第２の熱処理によって筒部材が矯正される。
このため、円筒形状体が、機械加工によって薄肉部が形成された場合であっても、真円度や直径と設定値との相違を、公差の範囲内に収める（真円度や直径が設定値に可及的に近似する）ことができる。
以下、本発明に係る筒部材の製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
はじめに、図１を参照し、完成品である筒部材１０につき説明する。この筒部材１０は、筒本体部１２と管部１４とを有する。筒本体部１２は、外周壁の一部の肉が除去されることによって形成された薄肉部１６と、肉が除去されることなく残留し、このために薄肉部１６に比して相対的に厚みが大きな厚肉部１８とを有する。薄肉部１６と厚肉部１８の肉厚差に基づき、筒部材１０の外周壁に段差が形成される。薄肉部１６により、筒部材１０の軽量化が図られる。なお、肉の除去は、後述するように機械加工によってなされる。また、筒本体部１２及び管部１４はニッケル基合金からなり、その代表例としてはインコネル７１８（商品名）が挙げられる。
厚肉部１８には、該厚肉部１８を貫通する貫通孔２０が複数個形成される。個々の貫通孔２０は、厚肉部１８の外周壁から内周壁に至るまで、筒部材１０の直径に対して平行に延在する。各貫通孔２０は、筒部材１０を含んで構成される圧力容器がガスタービンエンジンに組み込まれたとき、管部１４と所定の部材の接続が容易となる位置に形成される。
前記管部１４は、貫通孔２０が形成された部位に配置され、例えば、その起端部に形成された大径のフランジ部が厚肉部１８の外周壁に接合される。接合は、例えば、溶接によってなされる。管部１４の中空内部が、貫通孔２０を介して筒本体部１２の中空内部に連通することは勿論である。
次に、上記した筒部材１０を得るための製造方法につき説明する。図２に示すように、第１実施形態に係る製造方法は、肉除去工程Ｓ１と、端部接合工程Ｓ２と、第１の熱処理工程Ｓ３と、貫通孔形成工程Ｓ４と、管部接合工程Ｓ５と、第２の熱処理工程Ｓ６とを有する。
先ず、肉除去工程Ｓ１において、図３Ａに示す板部材３０に対し、研削加工等の機械加工を施して一端面の肉を除去する。これに伴い、図３Ｂに示すように、板部材３０の前記一端面の、肉が除去された跡に薄肉部１６が形成される。一方、肉が除去されなかった部位は、薄肉部１６に比して相対的に厚みが大である厚肉部１８となる。このように、肉除去工程Ｓ１が終了した時点で肉厚差、換言すれば、段差が形成された中間加工品３２が得られる。
このように、本実施の形態では、ケミカルミリングを行うことなく薄肉部１６が形成される。従って、ケミカルミリングを実施するためのプールや、使用済の薬剤を処理する設備が不要となる。この分、設備投資の低廉化を図ることができる。また、機械加工によれば、ケミカルミリングを行うときよりも短時間で薄肉部１６を形成することができるという利点もある。
次に、端部接合工程Ｓ２を行う、具体的には、肉厚差が設けられた中間加工品３２を、端部同士が近接するように湾曲させる。このためには、例えば、ロールフォーミングを行えばよい。さらに、端部の縁面同士を当接させて当接面を形成し、該当接面を溶接によって接合する。又は、摩擦撹拌接合を行うようにしてもよい。以上により、図４に示す円筒形状体３４が得られる。この時点で、円筒形状体３４の平面視が楕円形状や波形状（図６Ａ参照）であり、真円度が若干小さくても差し支えはない。
本実施の形態では、上記のようにして得られた円筒形状体３４に対し、第１の熱処理を施す（第１の熱処理工程Ｓ３）。この際、図５に一部を示す保持用治具３６及び矯正用治具４０が用いられる。ここで、矯正用治具４０は、円筒形状体３４に比して線膨張係数が大きい素材から構成され、図６Ａに示すように所定の肉厚を有する円筒体からなる。矯正用治具４０と円筒形状体３４の常温での熱膨張係数（線膨張係数）の差は、４～８×１０-6℃／ｍｍ程度であれば十分である。例えば、中間加工品３２ないし円筒形状体３４の常温における熱膨張係数は１１～１３×１０-6℃／ｍｍであればよく、矯正用治具４０の常温における熱膨張係数は１７～１９×１０-6℃／ｍｍであればよい。
中間加工品３２ないし円筒形状体３４がニッケル基合金（例えば、インコネル７１８等のニッケル基耐熱鋼）である場合、矯正用治具４０の素材の好適な例としては、ＳＵＳ３０４（日本工業規格）等のステンレス鋼が挙げられる。また、円筒形状体３４が、炭素含有量が０．５5％以下である炭素鋼からなる場合、矯正用治具４０の素材として、ニッケル含有量が２０％前後のニッケル鋼を選定することが好ましい。さらに、円筒形状体３４がコバルト耐熱鋼からなる場合、矯正用治具４０の素材として、マンガン含有量が１０％前後のマンガン鋼を選定することが好ましい。以上の中間加工品３２ないし円筒形状体３４の素材と、矯正用治具４０の素材との好適な組み合わせを、熱膨張係数と併せて図７に例示する。
このような矯正用治具４０及び円筒形状体３４は、保持用治具３６に載置されて図示しない熱処理炉に導入される。
矯正用治具４０の室温での外径は、円筒形状体３４の室温での外径に比して若干小さく設定されている。具体的には、室温において、矯正用治具４０の外径は円筒形状体３４の内径よりも０．０５～０．４％程度小さい。例えば、円筒形状体３４の直径が４００ｍｍの場合、矯正用治具４０の直径は０．２～１．５ｍｍ程度小さく設定される。このため、矯正用治具４０を円筒形状体３４の内方に配置すると、図５及び図６Ａに示すように、矯正用治具４０の外周壁が円筒形状体３４の内周壁から、特に厚肉部１８に対応した部分が離間する。なお、矯正用治具４０の外周壁の少なくとも一部が円筒形状体３４の内周壁に接触していても差し支えはない。
この状態で、熱処理炉内の温度が上昇される。すなわち、矯正用治具４０及び円筒形状体３４に熱が付与され、これら矯正用治具４０及び円筒形状体３４の温度が上昇する。これにより、矯正用治具４０及び円筒形状体３４が熱膨張を起こす。上記したように、矯正用部材の素材であるステンレス鋼の線膨張係数は、板部材３０ないし円筒形状体３４の素材であるニッケル基合金に比して大きい。従って、例えば、４５０～５００℃前後で、矯正用治具４０の外径と円筒形状体３４の内径が略同等となる。
温度がさらに上昇されると、矯正用治具４０の外径の理論値が円筒形状体３４の内径の理論値を上回る。この状況に至ると、図６Ｂに示すように、矯正用治具４０の外周壁が略全体に亘って円筒形状体３４の内周壁に当接し、さらに拡径しようとする。従って、円筒形状体３４において、他の部位に比して直径が小さな部位は、熱膨張を起こして拡径した矯正用治具４０により、内周壁側から外周壁側に向かって押圧される。矯正用治具４０は真円度が高く設定され、また、全体に亘って略均等に熱膨張を起こしているので、この押圧により、円筒形状体３４の真円度が向上する。また、該円筒形状体３４の直径が揃う。
なお、熱処理温度は、例えば、９００～１０００℃の範囲とすればよい。この温度範囲では、矯正用治具４０の外径の理論値は、円筒形状体３４の内径の理論値よりも０．３～０．８ｍｍ程度、場合によっては１ｍｍ前後、大となる。
熱処理炉が降温されると、上記とは逆に、矯正用治具４０及び円筒形状体３４が収縮を起こす。この際、両者の線膨張係数に差があることから、矯正用治具４０の外径が円筒形状体３４の内径よりも小さくなる。従って、図６Ｃに示すように、矯正用治具４０の外周壁が全体に亘って円筒形状体３４の内周壁から離間する。
円筒形状体３４は、上記したように真円度が向上し、且つ直径が揃った状態で収縮を起こす。従って、温度が下降した円筒形状体３４では、真円度及び直径が設定値に略一致する。すなわち、真円度及び直径と設定値との相違が公差の範囲内となる（設定値に近似される）。
このようにして矯正された円筒形状体３４に対し、次に、貫通孔形成工程Ｓ４において、図８に示す貫通孔２０を形成する。貫通孔２０は、例えば、所定の工具を用いて円筒形状体３４の一部を切り欠くことで形成することができる。円筒形状体３４の真円度及び直径が設定値に近似しているので、貫通孔２０を精確な位置に形成することができる。
次に、管部１４を接合する管部接合工程Ｓ５を行う。図８に示すように、管部１４は、その中空内部が貫通孔２０に重なるように配置され、その後、例えば、溶接によって筒本体部１２に接合される。これにより、筒部材１０が得られる。貫通孔２０が精確な位置に形成されていることから、管部１４の位置も精確である。
筒部材１０の筒本体部１２は、上記したように真円度や直径が所定の設定値に近似されたものであるが、上記した切り欠きや溶接等が施されることで歪みが生じていることがあり得る。すなわち、第１の熱処理工程Ｓ３が終了した時点よりも、真円度や直径の寸法精度が低下している。そこで、第１の実施形態では、真円度や直径の寸法精度を再向上させるべく、第２の熱処理工程Ｓ６を行う。第２の熱処理は、例えば、第１の熱処理と同様に行うことができる。
すなわち、第２の熱処理工程Ｓ６においても、上記と同様に矯正用治具４０が用いられる（図５及び図６Ｃ参照）。また、熱処理温度は、例えば、９００～１０００℃に設定される。
筒部材１０の筒本体部１２の、歪みが生じたために他の部位に比して大径な部位の内周壁は、図５及び図６Ａと同様に、矯正用治具４０の外周壁から離間する。この状態から熱処理炉の温度が上昇すると、当該部位の内周壁には、熱膨張を起こした矯正用治具４０の外周壁が当接する。さらに温度が上昇すると、当該部位の内周壁が矯正用治具４０の外周壁から押圧を受ける。これにより、当該箇所が拡径される（図６Ｂ参照）。
この過程で、筒部材１０において、歪みが生じておらず直径が小さな部位は、弾性域を超えて塑性域に達しているため、熱膨張を起こして拡径した矯正用治具４０により、スプリングバックを起こすことなく内周壁側から外周壁側に向かって押圧される。上記した理由から、この押圧により、筒部材１０の真円度が向上する。また、該筒部材１０の直径が揃う。
熱処理炉が降温されると、矯正用治具４０及び筒部材１０が収縮を起こす。両者の線膨張係数に差があることから、矯正用治具４０の外径が筒部材１０の内径よりも小さくなる。従って、図６Ｃと同様に、矯正用治具４０の外周壁が全体に亘って筒部材１０の内周壁から離間する。
筒部材１０もまた、真円度が向上し、且つ直径が揃った（直径の寸法精度が向上した）状態で収縮を起こす。従って、温度が下降した筒状体の真円度及び直径は、設定値に近似する。
このように、端部接合工程Ｓ２が行われた後の円筒形状体３４、管部接合工程Ｓ５が行われた後の筒部材１０のそれぞれに対して熱処理を施すことで、肉が除去された薄肉部１６を有するにも拘わらず管部１４が精確な位置に設けられ、且つ寸法精度に優れる筒部材１０が得られる。このような筒部材１０を用いて圧力容器を構成した場合、該圧力容器では、管部１４を別の部材に接続することが容易である。結局、本実施の形態によれば、２回の熱処理を行うことにより、寸法精度が向上した部材を容易に得ることができる。
熱処理工程を３回行うようにしてもよい。これを、図９に示すフランジ付筒部材５０を得る場合を例示し、第２実施の形態として説明する。
ここで、フランジ付筒部材５０は、円筒形状体３４の上端に対し、図１０に示すように正面断面視で略逆Ｌ字形状をなすＬ字型フランジ部５２が溶接されることで構成される。Ｌ字型フランジ部５２の、円筒形状体３４よりも直径方向外方に突出する部位には、貫通孔５４が形成される。
このような構成のフランジ付筒部材５０は、図１１に概略フローを示す第２実施形態に係る製造方法によって作製される。この場合、第１実施形態に準拠して肉除去工程Ｓ１０、端部接合工程Ｓ２０、第１の熱処理工程Ｓ３０が行われる。そして、第１の熱処理工程Ｓ３０の後、フランジ溶接工程Ｓ３１、中間熱処理工程Ｓ３２が実施される。
すなわち、端部接合工程Ｓ２０後に矯正された円筒形状体３４に対し、フランジ溶接工程Ｓ３１において、筒本体部１２の上部端面にＬ字型フランジ部５２を溶接する。Ｌ字型フランジ部５２には、貫通孔５４が予め形成されている。この貫通孔５４は、フランジ付筒部材５０を別の部材と連結するためのボルトを通すボルト挿通孔として用いることができる。なお、貫通孔５４が形成されていないＬ字型フランジ部５２を円筒形状体３４に溶接した後、貫通孔５４を形成する穿孔加工を行うようにしてもよい。このように、穿孔加工と、Ｌ字型フランジ部５２の円筒形状体３４への溶接は順不同で実施することができる。
筒本体部１２は、上記したように真円度や直径が所定の設定値に近似されたものであるものの、フランジ溶接工程Ｓ３１において溶接が施されることで歪みが生じていることがあり得る。すなわち、第１の熱処理工程Ｓ３０が終了した時点よりも、真円度や直径の寸法精度が低下している懸念がある。そこで、第２の実施の形態では、真円度や直径の寸法精度を再向上させるべく、フランジ溶接工程Ｓ３１の後に中間熱処理工程Ｓ３２を行う。中間熱処理の条件は、例えば、第１の熱処理時の条件と同様に設定することができる。
その後は、第１実施形態に準拠して貫通孔形成工程Ｓ４０、管部１４を接合する管部接合工程Ｓ５０、第２の熱処理工程Ｓ６０を行う。以上により、図９に示すフランジ付筒部材５０が得られるに至る。
このように、端部接合工程Ｓ２０、フランジ溶接工程Ｓ３１、管部接合工程Ｓ５０が行われた後の各々において、円筒形状体３４ないしフランジ付筒部材５０に対して熱処理を施すことで、肉が除去された薄肉部１６を有するにも拘わらず管部１４が精確な位置に設けられ、且つ寸法精度に優れるフランジ付筒部材５０が得られる。このようなフランジ付筒部材５０を用いて圧力容器を構成した場合、該圧力容器では、管部１４を別の部材に接続し、締結することが容易である。結局、第２の実施形態によれば、３回の熱処理を行うことにより、寸法精度が向上した部材を容易に得ることができる。
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、第１の熱処理工程Ｓ３、Ｓ３０、第２の熱処理工程Ｓ６、Ｓ６０、中間熱処理工程Ｓ３２の少なくともいずれかを、矯正用治具４０を用いることなく行うようにしてもよい。
また、板部材３０（円筒形状体３４）と矯正用治具４０の素材の組み合わせは、図７に例示したものに特に限定されるものではなく、矯正用治具４０の線膨張係数が板部材３０に比して大きな組み合わせであればよい。
１０…筒部材 １２…筒本体部
１４…管部 １６…薄肉部
１８…厚肉部 ２０…貫通孔
３０…板部材 ３２…中間加工品
３４…円筒形状体 ４０…矯正用治具
５０…フランジ付筒部材 ５２…Ｌ字型フランジ部
１４…管部 １６…薄肉部
１８…厚肉部 ２０…貫通孔
３０…板部材 ３２…中間加工品
３４…円筒形状体 ４０…矯正用治具
５０…フランジ付筒部材 ５２…Ｌ字型フランジ部
Claims (4)
- 厚肉部と薄肉部を有し且つ外周壁から内周壁に向かって貫通した貫通孔が形成された筒本体部と、前記貫通孔に設けられた管部とを備える筒部材の製造方法において、
板部材の一部に対し機械加工を行って肉を除去することで、肉が除去された部位からなる薄肉部と、肉が除去されることなく前記薄肉部に比して相対的に厚みが大きな厚肉部とを有する中間加工品を得る肉除去工程と、
前記中間加工品を湾曲させて両端部を接合し、円筒形状体を得る端部接合工程と、
前記板部材の構成素材に比して線膨張係数が大きな矯正用治具を前記円筒形状体の内方に配置し、前記円筒形状体を加熱して第１の熱処理を施し、前記矯正用治具により前記円筒形状体を内周壁側から押圧することで前記円筒形状体を拡径させる第１の熱処理工程と、
前記円筒形状体に外周壁から内周壁に向かう貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔が形成された部位に前記管部を接合して筒部材を得る管部接合工程と、
前記矯正用治具を前記筒本体部の内方に配置し、前記筒部材を加熱して第２の熱処理を施し、前記矯正用治具により前記筒本体部を内周壁側から押圧することで前記筒本体部を拡径させる第２の熱処理工程と、
を有する筒部材の製造方法。 - 請求項１記載の製造方法において、前記矯正用治具と前記板部材の素材を、室温での熱膨張係数の差が４～８×１０－６℃／ｍｍの範囲内である組み合わせとする筒部材の製造方法。
- 請求項２記載の製造方法において、前記矯正用治具と前記板部材の素材の組み合わせとして、ステンレス鋼とニッケル基合金、ニッケル鋼と炭素鋼、マンガン鋼とコバルト耐熱鋼のいずれかを選定する筒部材の製造方法。
- 請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１の熱処理と前記第２の熱処理の間に、前記円筒形状体の開口にフランジ部を溶接するフランジ溶接工程と、前記フランジ部が溶接された前記円筒形状体に対して熱処理を施す中間熱処理工程とを有する筒部材の製造方法。
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| JP3555353B2 (ja) * | 1996-09-09 | 2004-08-18 | 石川島播磨重工業株式会社 | 金属製筒状部品の矯正方法 |
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| US7476358B2 (en) * | 2005-11-29 | 2009-01-13 | General Electric Company | Method and apparatus for boltless heat treatment of thin flanges |
| US20140041230A1 (en) * | 2012-08-08 | 2014-02-13 | Krip Llc | Fabrication member |
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