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KR20150052291A - 터보기계 구성요소 수리 방법 - Google Patents

터보기계 구성요소 수리 방법 Download PDF

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KR20150052291A
KR20150052291A KR1020157008794A KR20157008794A KR20150052291A KR 20150052291 A KR20150052291 A KR 20150052291A KR 1020157008794 A KR1020157008794 A KR 1020157008794A KR 20157008794 A KR20157008794 A KR 20157008794A KR 20150052291 A KR20150052291 A KR 20150052291A
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에우제니오 기오르니
아틸리오 파올루치
파브리치오 맘몰리티
알레시오 안돌피
페데리코 피네스키
리카르도 카타스티니
Original Assignee
누보 피그노네 에스피에이
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Abstract

터보기계 구성요소(1)를 수리하는 방법(1)은, - 레이저 클래딩 기계를 설정하는 단계(50); - 수리될 터보기계 구성요소의 부분을, 이 구성요소의 손상된 체적부를 제거함으로써 준비하는 단계(11); - 터보기계 구성요소를 레이저 클래딩 기계에 대해 회전시키는 단계; - 손상된 구성요소에서 복원된 체적부를 얻기 위해 레이저 클래딩에 의해 손상된 체적부를 복원하는 단계(12); - 터보기계 구성요소의 복원된 체적부에 열처리를 가하는 단계(13); - 복원된 체적부의 표면을 다듬질 가공하는 단계(14); - 복원된 체적부를 비파괴 시험하는 단계를 포함하며, 레이저 클래딩 기계를 설정하는 단계(50)는 상기 복원 단계를 작동하기 위한 파라미터를 규정하기 위한 일부 하위단계를 포함한다.

Description

터보기계 구성요소 수리 방법{METHOD FOR REPAIRING A TURBOMACHINE COMPONENT}
본 발명은 레이저 클래딩(laser cladding)에 의해 터보기계 구성요소를 수리하는 방법에 관한 것이다.
작동 한계까지의 터보기계의 사용 증대는 새로운 부품에 가까운 상태를 재생하도록 설계된 특정 수리 기술의 개발을 필요로 한다. 회전 및 비회전 부품 모두는 침식(erosion) 및/또는 마모(wear)로 인한 손상을 받는다.
예를 들면, 증기 터빈 샤프트는 종종 샤프트 단부의 커플링 영역 및 저널 베어링 영역에서 손상을 입는다. 원심 압축기 샤프트에서, 동일한 상황이 베어링 저널 및 샤프트 단부에 대해 발생하고, 압축기 오버홀(overhaul) 동안에 매우 빈번하게, 임펠러는 밀봉 영역이 마모된 상태로 발견된다. 증기 터빈 블레이드, 원심 압축기 케이스 또는 가스 터빈 로터와 같은 다른 회전 또는 고정 부품도 손상을 입을 수 있다.
상기 분야에 있어서, 전기 아크 또는 마이크로플라즈마 용착 용접과 같은 종래의 수리 기술은 다수의 단점, 즉, 특히 높은 가열 및 냉각 속도, 및 낮은 용융량을 나타낸다. 대안예로서, 레이저 표면처리(laser surfacing)에 의한 수리 방법이 알려져 있다. 대안적인 표면처리 프로세스에 대한 레이저 표면처리의 이점은,
- 연소 또는 이온 충격이 수반되지 않으므로, 화학적 청결성,
- 기판에의 최소 열전달에 의한 국소적인 가열의 결과로, 구성요소에 대한 최소 열 손상,
- 후기계가공(post-machining) 과정의 저감,
- 매우 경질, 취성 또는 연성 재료의 처리 가능성,
- 열 침투의 제어 가능성,
- 보다 두꺼운 층의 용착 가능성을 포함한다.
레이저 표면처리 방법 중에서, 레이저 클래딩이 일반적으로 알려져 있다. 레이저 클래딩은 원하는 특성을 갖는 클래딩 재료를 표면이 수리되어야 할 구성요소의 모재(base material) 내로 융합시키기 위해 레이저 빔을 이용한다. 레이저 클래딩은 순수성(pureness), 균질성(homogeneity), 경도, 접합 및 미세구조의 면에서 우수한 특성을 갖는 표면층의 생성 가능성을 제공한다.
레이저 클래딩 수리 방법은 미국 공개 특허 제2010/0287754호에 개시된 바와 같은 고정 구성요소를 수리하기 위해, 또는 미국 공개 특허 제2009/0057275호에 개시된 바와 같이 소량의 클래딩 재료를 용착하기 위해 이미 사용되고 있다.
회전 구성요소의 보다 크고 보다 두꺼운 손상 영역 및/또는 표면을 수리하기 위해서, 방법 파라미터는 손상된 구성요소의 외관 및 특성을 최적으로 회복시키도록 적절하게 조정되어야 한다. 특히, 손상된 부품을 복원하는데 필요한 양호한 금속학적 접합부를 달성하는 요구와, 표면상에 원하는 코팅 특성을 갖도록 코팅과 모재간의 혼합을 방지하는 요구 사이의 상충이 해결되어야 한다. 일반적으로, 프로세스의 모든 변수 사이의 올바른 상관관계가 찾아져야 한다.
그러므로, 공지된 종래 기술의 불편을 회피하기 위해서, 수리될 각 터보기계 구성요소에 대한 그러한 상관관계를 용이하고 재현가능한 방식으로 찾도록 허용하는 개선된 레이저 클래딩 방법을 제공하는 것이 요망된다.
제1 실시예에 따르면, 본 발명은 터보기계 구성요소를 수리하는 방법을 제공함으로써 그러한 목적을 달성하며, 상기 방법은,
- 레이저 클래딩 기계를 설정하는 단계;
- 수리될 터보기계 구성요소의 적어도 일부분을, 상기 구성요소의 손상된 체적부를 제거함으로써 준비하는 단계;
- 상기 레이저 클래딩 기계 및 터보기계 구성요소 중 하나를 상기 레이저 클래딩 기계 및 터보기계 구성요소 중 다른 하나에 대해 회전시키는 단계;
- 상기 구성요소에서 복원된 체적부를 얻기 위해 레이저 클래딩에 의해 상기 손상된 체적부를 복원하는 단계;
- 적어도 상기 터보기계 구성요소의 복원된 체적부에 열처리를 가하는 단계;
- 상기 복원된 체적부의 표면을 다듬질 가공하는 단계;
- 상기 복원된 체적부를 비파괴 시험하는 단계를 포함한다.
제1 실시예의 다른 유리한 특징에 따르면, 레이저 클래딩 기계를 설정하는 단계는,
- 레이저 클래딩 프로세스 파라미터의 세트를 식별하는 하위단계;
- 샘플을 식별하는 하위단계;
- 상기 레이저 클래딩 프로세스 파라미터의 세트를 부여한 후에, 상기 레이저 클래딩 기계에 의해 상기 샘플상에 제1 층을 용접하는 하위단계;
- 제1 층의 복수의 기하학적 데이터를 각각의 복수의 기준 데이터 범위와 비교하는 하위단계;
- 상기 복수의 기하학적 데이터가 상기 복수의 기준 데이터 범위 내에 있으면, 상기 레이저 클래딩 기계에 의해 상기 샘플상에 복수의 추가 층을 용접하는 하위단계;
- 상기 복원 단계(rebuilding phase)를 작동하기 위한 파라미터를 규정하기 위해 마이크로그래픽 검사(micrographic inspection)에 의해 상기 복수의 추가 층을 검사하는 하위단계를 포함한다.
제1 실시예의 추가의 유리한 특징에 따르면, 복수의 기하학적 데이터는,
- 150° 내지 160°의 값을 갖는, 상기 제1 층의 에지와 상기 샘플의 표면 사이의 적어도 하나의 각도(α),
- 상기 제1 층의 높이,
- 상기 제1 층의 폭
- 5 초과인, 상기 제1 층의 폭과 높이 사이의 비를 포함한다.
다른 알려진 수리 방법에 대하여, 본 발명의 해결책은,
- 수리될 각 터보기계 구성요소에 대한 레이저 클래딩 파라미터 사이의 정확한 상관관계를 용이하게 찾을 수 있게 하고,
- 수리된 구성요소의 기계적 성질을 손상시키지 않고, 클래딩 재료의 층을 6㎜의 두께까지 퇴적함으로써 보다 큰 손상된 체적부를 효율적으로 복원할 수 있게 한다.
제2 실시예에 있어서, 본 발명은, 선삭 기계(turning machine)와, 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 디바이스 및 상기 레이저 빔을 향해 금속 분말을 분출하는 분말 피더 디바이스(powder feeder device)를 포함하는 타입의 레이저 클래딩 디바이스를 포함하는 터보기계 구성요소를 수리하기 위한 이동식 장치를 제공하며, 상기 레이저 클래딩 디바이스는 상기 선삭 기계의 공구 스테이션에 고정가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 실시예에 대하여 전술한 동일한 이점이 이러한 제2 실시예에 의해 달성된다. 또한, 제2 실시예는 수리될 전체 터보기계 또는 구성요소를 멀리 이동시킬 필요없이 본 발명의 방법을 현장에서 직접 수행할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 목적 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 취해진 본 발명의 실시예의 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 터보기계를 수리하는 방법의 개략적인 블록도이고;
도 2는 도 1의 방법의 상세한 블록도이고;
도 3 및 도 4는 터보기계의 상이한 구성요소에 각각 대응하는 도 1의 방법의 실시예의 상세한 블록도이고;
도 5는 도 1의 방법의 일부분의 블록도이고;
도 3bis 및 도 4bis는 도 3 및 도 4의 방법의 실시예가 각각 적용가능한 2개의 터보기계 구성요소의 상세한 측면도이고;
도 6 내지 도 12는 본 발명에 따른 터보기계를 수리하는 장치의 다른 작동 상태를 도시하는 사시도이다.
첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하면, 터보기계 구성요소(C)를 수리하는 방법이 전체적으로 도면부호(1)로 지시된다.
본 방법(1)은 레이저 빔 디바이스(101)(즉, "레이저 클래딩 디바이스") 및 분말 피더(powder feeder)를 포함하는 레이저 클래딩 기계(100)(즉, "장치")를 설정하는 제1 단계(50)를 포함한다.
레이저 빔 디바이스(101)는 종래 타입, 예를 들어 Rofin YAG 레이저, 2.2kW 또는 IPG 파이버 레이저, 2.2kW이다. 일반적으로, 본 발명의 목적을 위해서, 레이저 트랙의 폭에 걸쳐서 허용가능한 균일한 온도 분포 및 일정한 클래드 특성을 얻기 위해 균일한 출력 밀도가 얻어진다면 다른 레이저 빔 디바이스가 사용될 수 있다.
도 6 내지 도 12를 참조하면, 레이저 클래딩 기계(100)는 하기를 포함한다:
- 본체(102a) 및 심압대 바디(102b)를 갖는 선반(lathe)(102);
- 선반의 본체(102a)와 심압대 바디(102b) 사이에서 수리될 구성요소(C)를 지지하기 위한 한쌍의 지지체(103). 도 6의 실시예에 있어서, 구성요소(C)는 복수의 임펠러가 장착된 터보압축기의 회전 샤프트이다. 본 발명은 회전 샤프트에 있어서의 임펠러 또는 저널 베어링 영역을 수리하는데 이용될 수 있다. 일반적으로, 본 발명은 침식 또는 부식 또는 마모를 받는 복수의 영역에 있어서의 복수의 구성요소를 수리하는데 적합하다;
- 구성요소(C)의 균형을 잡기 위해, 랩어라운드 벨트(wrap around belt)(106)를 각각 갖는 밸런싱 지지체(105)의 쌍을 포함하는 밸런싱 디바이스(104);
- 심압대 바디(102b) 및 지지체(103, 104)가 선반의 본체(102a)와 정렬되도록 하는 방식으로 장착되는 한쌍의 가이드(110). 심압대 바디(102b) 및 지지체(103, 104)는 본체(102a)를 향해서 또는 본체(102a)로부터 멀리 가이드(110)를 따라 이동가능하다.
도 6 내지 도 12를 참조하며, 레이저 클래딩 기계(100)는 하기를 추가로 포함한다:
- 레이저 빔 디바이스(101)가 장착되는 공구 스테이션(111). 원형 공구 홀더(113)에 배열된 복수의 선삭 공구(turning tool)(112)가 공구 스테이션(111)상에 또한 장착되고, 따라서 공구 스테이션은 기계가공 스테이션으로서, 또한 레이저 클래딩 스테이션으로서 사용될 수 있다;
- 클래딩 후에 표면 다듬질 가공을 위한 그라인더(grinder)(115);
- 레이저 클래딩에 의한 수리가 실행된 후에 구성요소(C)를 열처리하기 위한 수평의 용접후 열처리 스테이션(116).
상기에서 더 상세하게 설명된 바와 같이, 공구 스테이션(111), 그라인더(115) 및 용접후 열처리 스테이션(116)은 다양한 구성으로 가이드(110)에 대해 평행하게 이동가능하다.
또한, 레이저 클래딩 기계(100)는 트럭, 특히 표준 선적 컨테이너에 의해 운반하기에 적합한 제한된 체적(V) 내에 완전히 수용되도록 구성가능하다.
레이저 클래딩 기계를 설정하는 제1 단계(50)는 레이저 클래딩 프로세스 파라미터의 세트를 식별하는 제1 하위단계(51)를 포함한다.
관련 범위를 갖는 프로세스 파라미터는 하기를 포함한다:
- 분말 유량(powder rate): 1.5 내지 6g/min,
- 레이저 빔 출력 PS: 900 내지 1500,
- 주사 속도(scanning speed) v: 2 내지 10㎜/s,
- 스탠드-오프 거리(stand-off distance)(즉, 분말 피더의 노즐과 수리될 부품 사이의 거리): 11 내지 15㎜,
- 커버 가스(cover gas) 유량: 8 내지 10ℓ/min,
- 분말 메시(powder mesh): 45 내지 105 미크론,
- 에너지 밀도 E: 110 내지 120J/㎟.
분말 타입은 인코넬 625(Inconel 625), 스텔라이트 21(Stellite 21) 또는 ASTM A 322 타입 4140 중에서 선택된다.
상기 파라미터는 수리될 구성요소의 타입 및 기하 형상, 수리 작업을 수행하는데 사용되는 특정 레이저 클래딩 기계, 및 환경, 예를 들어 실온(room temperature) 및 습도에 따라 정확하게 조절되어야 한다. 예를 들면, 후자는 분말의 선택에 영향을 미친다. 우선, 관계식 A1, A2, A3, A4에 기초하여 하기의 절차를 적용함으로써, 잠정적인 값들이 제1 하위단계(51)에서 규정된다.
에너지 밀도는,
E = PS·It (A1)
로서 규정되고, 여기서,
PS = PL/AW (A2)
가 특정 출력이고,
It = dS/v (A3)
가 상호작용 시간 프로세스이다. AW 및 dS는 각각 수리될 영역 및 레이저 클래딩 디바이스(101)의 기하 형상, 예를 들면 레이저 클래딩 디바이스의 광학기기(optics), 즉 렌즈 및 초점 거리에 의존하는 용접 영역 및 스폿 용접 직경이다.
상기의 관계식 A1, A2 및 A3을 서로 결합함으로써, E에 대한 하기 식이 얻어진다:
E = (PL·dS)/(AW·v) (A4)
상기에 있어서, PL, dS, AW 및 v는 110 내지 120J/㎟의 에너지 밀도를 제한하도록 조절되어야 한다. 주사 속도 v는 높은 잔류 열응력을 회피하도록 2 내지 10㎜/s로 조절되어야 한다.
레이저 클래딩 기계를 설정하는 제1 단계(50)는 샘플, 예를 들어 수리될 구성요소의 동일 재료의 실린더를 식별하는 제2 하위단계(52)를 포함한다.
제1 단계(50)의 제3 하위단계(53)에서는, 상기의 레이저 클래딩 프로세스 파라미터의 세트를 부여한 후에, 레이저 클래딩 기계(100)에 의해 샘플상에 제1 층이 용접된다.
제1 단계(50)의 제4 하위단계(54)에서는, 제1 층의 복수의 기하학적 데이터가 각각의 복수의 기준 데이터 범위와 비교된다.
기하학적 데이터는 하기를 포함한다:
- 상기 샘플의 표면과 제1 층의 에지 사이의 각도 α;
- 제1 층의 높이;
- 제1 층의 폭;
- 제1 층의 용입 깊이(depth of penetration);
- 제1 층의 열 영향부(heat affected zone)의 폭 또는 깊이.
기준 데이터 범위는 하기와 같다:
- 110 내지 120J/㎟의 에너지 밀도 E;
- 5보다 큰 클래드 종횡비(aspect ratio)(폭/높이);
- 150° 내지 160°에 포함된 각도 α.
복수의 기하학적 데이터가 특정 범위 내에 있으면, 본 방법(1)의 제1 단계(50)는 레이저 클래딩 기계(100)에 의해 샘플상에 복수의 추가 층을 용접하는 제1 하위단계(55)를 계속한다.
제6 하위단계(56)에서는, 복수의 추가 층은 인터런 기공율(inter-run porosity)을 검사하는 것을 포함하는 마이크로그래픽 검사(micrographic inspection)에 의해 시험되며, 기준 파라미터는 오버랩(overlap)의 클래드 폭 비율로서 규정된 오버랩 파라미터이다.
복수의 기하학적 데이터가 복수의 기준 데이터 범위 외에 있으면, 레이저 클래딩 기계(100)를 설정하는 제1 단계(50)는 레이저 클래딩 프로세스 파라미터의 세트를 변경하는 추가의 하위단계를 포함한다. 예를 들면, 각도 α가 상기 각각의 각도 범위보다 크면, 분말 유량이 감소된다. 일반적으로, 모든 파라미터는 서로 상관되어 있고, 따라서 정확한 세트는 모든 파라미터를 고려하여 규정되어야 한다. 프로세스 파라미터를 변화시킨 후에, 제3 및 제4 하위단계(53, 54)가 반복된다.
레이저 클래딩 기계(100), 특히 레이저 빔 디바이스(101)의 설정을 실행하기 위해서, 하나 또는 (전형적으로) 그 이상의 부속물이 사용되고; 레이저 클래딩 기계(100)에는 유리하게는 이들 부속물이 제공되어 선적된다.
본 방법(1)은 수리될 터보기계 구성요소를 검사하는 제2 단계(70)를 포함한다.
제2 단계(70) 후에, 본 방법(1)은 수리 단계(11, 12, 13, 14)의 그룹(10)을 포함한다. 수리 단계(11, 12, 13, 14)의 그룹은 하기의 단계를 포함한다:
- 수리될 터보기계 구성요소(C)의 부분을, 선삭 하위단계(11a)에 의해 상기 구성요소의 손상된 체적부를 제거함으로써 준비하는 제3 단계(11)(도 8). 저널 베어링을 수리할 때, 레이저 클래딩에 의해 다음 단계에서 퇴적될 재료의 양에 따라 달라지는 깊이(S)를 갖는 원주방향 홈(도 3bis)이 형성되어야 한다. 선삭 하위단계(11a) 후에, 터보기계 구성요소(C)의 모든 손상된 부분이 제거되었다는 것을 확인하기 위해, 이전 하위단계(11a)에서 준비된 부분을 비파괴 시험하는 다음 하위단계(11b)가 수행된다. 수리될 부분을 준비한 후에, 터보기계 구성요소(C)의 둥근 기하 형상이 레이저 빔 디바이스(101)를 이동시키지 않고서 수리될 수 있도록, 구성요소(C)는 레이저 클래딩 기계(100)에 대해 다시 회전된다;
- 구성요소(C)에서 복원된 체적부를 얻기 위해 레이저 빔 디바이스(101)에 의해 손상된 체적부를 복원하는 제4 단계(12)(도 7). 제4 단계(12)에서는, 레이저 빔 디바이스(101)는 제1 설정 단계(50)에서 규정된 파라미터에 따라 작동된다;
- 터보기계 구성요소(C)의 복원된 체적부에 열처리를 가하는 제5 단계(13). 열처리는 가열 스테이션(116)(도 9)을 이용하여 수평으로 가해지거나 또는 크레인(117)(도 10)을 이용하여 수직으로 가해질 수 있다. 수직 열처리는 긴 구성요소, 예를 들어 샤프트에 바람직하다;
- 추가로 선삭함으로써, 그리고 다음에 선택적으로, 저널 베어링 수리의 경우에 그라인더(115)에 의해 연삭함으로써 복원된 체적부의 표면을 다듬질 가공하는 제6 단계(14);
- 복원된 체적부의 표면 및 내부를 검사하는 최종 단계(15).
최종 단계(15)는 하기의 하위단계를 포함한다:
- 염색 침투 탐상(dye penetrant inspection)에 의해 복원된 체적부의 표면을 시험하는 제1 하위단계(15a), 및 선택적으로 저널 베어링 수리의 경우에,
- 와전류 탐상(eddy current inspection)에 의해 상기 복원된 체적부의 내부를 시험하는 제2 하위단계(15b).
본 방법(1)의 마지막에서는, 단계(15)는, 치수 및 기하 형상 체크(41), 및 밸런싱 디바이스(104)를 이용하는 밸런싱 하위단계(42)를 포함하는, 터보기계 구성요소(C)를 최종 체크하는 추가의 단계(40)로 이어진다.
일 실시예(1a)(도 3)에 있어서, 본 발명의 방법은 터보기계, 예를 들어 터보압축기의 회전 샤프트의 저널 베어링 영역(도 3bis)에 적용된다. 본 방법(1a)은 전술한 바와 같은 레이저 클래딩 기계를 설정하는 제1 단계(50), 및 수리될 터보기계의 회전 샤프트를 검사하는 제2 단계(70)를 포함한다. 제2 단계(70) 동안에, 회전 샤프트의 분해, 즉 샤프트로부터 임펠러의 분해가 저널 베어링 영역을 수리하는데 필요한지, 또는 회전 샤프트의 분해가 필요하지 않은지를 결정하기 위해 예비 체크가 수행된다. 회전 샤프트의 분해가 필요하지 않은 경우에는, 저널 베어링 영역은 임펠러 분해없이 수리될 것이고, 본 방법(1a)은 하기를 포함하는 수리 단계의 그룹(10a)을 계속한다:
- 다음의 제4 단계(12)에서 퇴적될 재료의 양에 따라 달라지는 깊이(S)를 갖는 사다리꼴 원주방향 홈(도 3bis)을 준비하는 제3 단계(11). 제3 단계(11)는 사다리꼴 원주방향 홈을 형성하기 위해 저널 베어링 영역을 선삭하는 하위단계(11a), 및 저널 베어링 영역의 손상된 부분이 완전히 제거되었다는 것을 확인하기 위해, 이전 하위단계(11a)에서 얻어진 홈을 비파괴 시험하는 하위단계(11b)를 포함한다;
- S보다 큰 전체 두께 S1을 갖는 하나 이상의 재료 층을 퇴적함으로써 레이저 빔 디바이스(101)로 사다리꼴 원주방향 홈을 충전하는 것에 의해 손상된 체적부를 복원하는 제4 단계(12);
- 수리된 회전 샤프트에 열처리를 가하는 제5 단계(13);
- 먼저 거친 기계가공한 후에, 비파괴 시험하고, 최종적으로 그라인더(115)에 의해 연삭함으로써 복원된 체적부의 표면을 다듬질 가공하는 제6 단계(14);
- 염색 침투 탐상 및 와전류 탐상의 하위단계(15a, 15b)를 각각 적용함으로써 복원된 체적부의 표면 및 내부를 검사하는 최종 단계(15).
제2 단계(70)의 예비 체크에서 회전 샤프트의 분해가 필요하다고 확인되는 경우에, 방법(1a)은 임펠러를 샤프트로부터 분해하는 분해 단계, 및 그룹(10a)의 동일한 단계를 포함하는 수리 단계의 그룹(10b)을 계속한다. 그룹(10a)과 상이하게, 단계의 그룹(10b)은 샤프트상에 적용된다. 시험하는 최종 단계(15)의 마지막에서는, 임펠러 및 수리된 샤프트가 다시 조립된다.
최종적으로, 단계의 그룹(10a, 10b) 모두는, 먼저 예를 들어 밸런싱 디바이스(104)를 이용하여 수행되는 밸런싱 하위단계(42), 및 그 다음에 치수 및 기하 형상 체크(41)를 포함하는, 터보기계 구성요소(C)를 최종 체크하는 단계(40)로 이어진다.
다른 실시예(1b)(도 4)에 있어서, 본 발명의 방법은 터보기계의 임펠러 아이 시일 영역(impeller eye seal region)(도 4bis), 예를 들어 터보압축기의 임펠러에 적용된다. 본 방법(1b)은 전술한 바와 같은 레이저 클래딩 기계를 설정하는 제1 단계(50), 및 수리될 터보기계의 임펠러 아이 시일 영역을 검사하는 제2 단계(70)를 포함한다. 제2 단계(70) 동안에, 임펠러가 샤프트로부터 분해된다. 필요하다면, 예를 들어 전술한 실시예(1a)를 이용하여 샤프트도 수리된다. 제2 단계(70) 후에, 본 방법(1b)은 하기를 포함하는 수리 단계의 그룹(10)을 계속한다:
- 임펠러 아이 시일의 손상된 영역에 매끄러운 원추형 표면(S2)(도 3bis)을 준비하는 제3 단계(11). 제3 단계(11)는 원추형 표면(S2)을 형성하기 위해 임펠러를 선삭하는 하위단계(11a), 및 손상된 체적부가 완전히 제거되었다는 것을 확인하기 위해, 이전 하위단계(11a)에서 얻어진 표면을 비파괴 시험하는 하위단계(11b)를 포함한다;
- 레이저 빔 디바이스(101)로 단차형 아이 시일 영역(S3)을 재형성함으로써 손상된 체적부를 복원하는 제4 단계(12);
- 수리된 임펠러에 열처리를 가하는 제5 단계(13);
- 복원된 체적부의 단차형 아이 시일 영역(S3)을 선삭에 의해 다듬질 가공하는 제6 단계(14);
- 염색 침투 탐상을 적용함으로써 아이 시일 영역(S3)의 표면을 검사하는 최종 단계(15).
최종적으로, 단계의 그룹(10)은, 먼저 과속 상태에 도달할 때까지 임펠러를 회전시킴으로써 수행되는 밸런싱 하위단계(42), 및 최종적인 기하 형상 체크(41)를 포함하는, 터보기계 구성요소(C)를 최종 체크하는 단계(40)로 이어진다.
일반적으로, 많은 다른 터보기계 구성요소는 전술한 레이저 클래딩 기계를 이용하여 본 발명의 방법으로 수리될 수 있다.
모든 경우에 있어서, 레이저 클래딩 프로세스 파라미터는 설정 단계(50)를 정확하게 적용함으로써 정확하게 규정되고, 그에 따라 전술한 목적 및 이점을 달성할 수 있게 된다는 것이 필수적인 것이다.

Claims (12)

  1. 터보기계 구성요소(C)를 수리하는 방법(1)에 있어서,
    - 레이저 클래딩 기계를 설정하는 단계(50);
    - 수리될 터보기계 구성요소의 적어도 일부분을, 상기 구성요소의 손상된 체적부를 제거함으로써 준비하는 단계(11);
    - 상기 레이저 클래딩 기계 및 터보기계 구성요소 중 하나를 상기 레이저 클래딩 기계 및 터보기계 구성요소 중 다른 하나에 대해 회전시키는 단계;
    - 상기 구성요소에서 복원된 체적부를 얻기 위해 레이저 클래딩에 의해 상기 손상된 체적부를 복원하는 단계(12);
    - 적어도 상기 터보기계 구성요소의 복원된 체적부에 열처리를 가하는 단계(13);
    - 상기 복원된 체적부의 표면을 다듬질 가공하는 단계(14);
    - 상기 복원된 체적부를 비파괴 시험하는 단계
    를 포함하며,
    상기 레이저 클래딩 기계를 설정하는 단계(50)는,
    - 레이저 클래딩 프로세스 파라미터의 세트를 식별하는 하위단계(51);
    - 샘플을 식별하는 하위단계(52);
    - 상기 레이저 클래딩 프로세스 파라미터의 세트를 부여한 후에, 상기 레이저 클래딩 기계에 의해 상기 샘플상에 제1 층을 용접하는 하위단계(53);
    - 상기 제1 층의 복수의 기하학적 데이터를 각각의 복수의 기준 데이터 범위와 비교하는 하위단계(54);
    - 상기 복수의 기하학적 데이터가 상기 복수의 기준 데이터 범위 내에 있으면, 상기 레이저 클래딩 기계에 의해 상기 샘플상에 복수의 추가 층을 용접하는 하위단계(55);
    - 상기 복원 단계를 작동하기 위한 파라미터를 규정하기 위해 마이크로그래픽 검사에 의해 상기 복수의 추가 층을 검사하는 하위단계(56)
    를 포함하는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    준비하는 단계(11)에 앞서 수리될 터보기계 구성요소를 검사하는 추가의 단계(70)를 실행하는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    비파괴 시험하는 단계(15)는,
    - 염색 침투 탐상에 의해 상기 복원된 체적부의 표면을 시험하는 하위단계(15a);
    - 와전류 탐상에 의해 상기 복원된 체적부의 내부를 시험하는 하위단계(15b)
    를 포함하는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    비파괴 검사하는 단계(15)에 후속하여 상기 터보기계 구성요소를 최종 체크하는 추가의 단계를 실행하는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 클래딩 기계는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 디바이스 및 상기 레이저 빔을 향해 금속 분말을 분출하는 분말 피더 디바이스를 포함하는 타입인 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식별하는 하위단계(51)에서 식별되는 상기 레이저 클래딩 프로세스 파라미터는,
    - 분말 유량,
    - 레이저 빔 출력,
    - 분말 타입,
    - 주사 속도,
    - 스탠드-오프 거리,
    - 커버 가스 유량,
    - 분말 메시,
    - 에너지 밀도
    를 포함하는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 밀도는 110 내지 120J/㎟로 구성되는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 기하학적 데이터는,
    - 상기 제1 층의 에지와 상기 샘플의 표면 사이의 적어도 하나의 각도(α),
    - 상기 제1 층의 높이,
    - 상기 제1 층의 폭
    을 포함하는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 기하학적 데이터는, 하기의 각각의 복수의 범위:
    - 상기 제1 층의 폭과 높이 사이의 비: 5 초과,
    - 상기 제1 층의 에지와 상기 샘플의 표면 사이의 상기 각도(α): 150° 내지 160°
    내에 포함되어야 하는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 기하학적 데이터가 상기 복수의 기준 데이터 범위 외에 있으면, 상기 레이저 클래딩 기계를 설정하는 단계(50)는,
    - 상기 레이저 클래딩 프로세스 파라미터의 세트를 변경하는 하위단계;
    - 상기 레이저 클래딩 프로세스 파라미터의 세트를 변경한 후에, 상기 레이저 클래딩 기계에 의해 상기 샘플상에 제1 층을 용접하는 하위단계(53);
    - 상기 제1 층의 복수의 기하학적 데이터를 각각의 복수의 기준 데이터 범위와 비교하는 단계(54)
    를 포함하는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 각도(α)가 각각의 각도 범위보다 크면, 분말 유량이 감소되는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    마이크로그래픽 검사에 의해 상기 복수의 추가 층을 시험하는 단계(56)는 인터런 기공율(inter-run porosity)을 검사하는 것을 포함하는 것인 터보기계 구성요소 수리 방법.
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