(57)【要約】【課題】タービンロータを製造する際、バックシールドである不活性ガスの注入、及び、ボアスコープによる溶接ロータの裏波溶接部の検査を容易に行う。【解決手段】少なくとも２個のタービンロータ母材を溶接部にて突き合せ溶接により結合した構成を有するタービンロータにおいて、２個のタービンロータ母材の端部に設けた２つの凹部は、結合した状態で中空部を形成し、タービンロータ母材の１個には、外表面部から中空部まで溶接部に向かって斜めに貫通する孔が設けてあり、孔は、封止されている。【選択図】図２Ｂ
2014238085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２個のタービンロータ母材を溶接部にて突き合せ溶接により結合した構成を有し、２個の前記タービンロータ母材の端部に設けた２つの凹部は、結合した状態で中空部を形成し、前記タービンロータ母材の１個には、外表面部から前記中空部まで前記溶接部に向かって斜めに貫通する孔が設けてあり、前記孔は、封止してあることを特徴とするタービンロータ。
【請求項２】
前記孔の前記中空部側は、前記中空部の同一内径部に位置していることを特徴とする請求項１記載のタービンロータ。
【請求項３】
前記孔は、結合した２個の前記タービンロータ母材のうち残留応力の低い方に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービンロータ。
【請求項４】
２個の前記タービンロータ母材は、フェライト系及びオーステナイト系であり、前記孔は、前記フェライト系に設けられていることを特徴とする請求項３記載のタービンロータ。
【請求項５】
前記孔は、２個以上設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のタービンロータ。
【請求項６】
前記タービンロータ母材の円周方向に配置された複数個の前記孔は、前記円周方向の角度を等分していることを特徴とする請求項５記載のタービンロータ。
【請求項７】
前記孔は、ボルトによって封止されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のタービンロータ。
【請求項８】
前記孔は、溶接肉盛りによって封止されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のタービンロータ。
【請求項９】
２個の前記タービンロータ母材は、Ｎｉ基合金と１２％Ｃｒ鋼、Ｎｉ基合金とＣｒＭｏＶ鋼、１２％Ｃｒ％鋼とＣｒＭｏＶ鋼、ＣｒＭｏＶ鋼と３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼、又は３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼と３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼のいずれかの組み合わせであることを特徴とする請求項３記載のタービンロータ。
【請求項１０】
前記外表面部の接平面と前記孔の中心軸とのなす角θ、及び前記孔の前記外表面部における中心から前記溶接部の中央断面までの距離Ｌの範囲は、下記式（５）及び（６）で表されることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載のタービンロータ。
ｔａｎ−１｛ｔ１／（Ｌ３−Ｌ１）｝≦θ≦ｔａｎ−１｛ｔ１／（Ｌ２−Ｌ１）｝    …式（５）
ｔ（Ｌ２−Ｌ１）／ｔ１＋Ｌ２≦Ｌ≦ｔ（Ｌ３−Ｌ１）／ｔ１＋Ｌ３              …式（６）
（式中、ｔ１は前記端部の隆起部の稜線と前記同一内径部との半径の差であり、Ｌ１は前記中央断面から前記稜線までの距離であり、Ｌ２は前記中央断面から前記同一内径部の前記中央断面側までの距離であり、Ｌ３は前記中央断面から前記同一内径部の前記中央断面側の反対側までの距離である。）
【請求項１１】
前記θ及び前記Ｌの範囲は、下記式（７）及び（８）で表されることを特徴とする請求項１０記載のタービンロータ。
１０≦θ≦８０（度）        …式（７）
３０≦Ｌ≦９００（ｍｍ）    …式（８）
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のタービンロータを備えたことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１３】
端部に凹部を有する２個のタービンロータ母材のうち１個に、そのタービンロータ母材の外表面部から前記凹部まで前記タービンロータ母材の前記端部に向かって斜めに貫通する孔を設ける工程と、前記２個のタービンロータ母材のそれぞれの前記端部に設けた前記凹部を合わせ、前記２個のタービンロータ母材を突き合せ溶接により結合することにより中空部を形成する工程と、前記孔を封止する工程とを含むことを特徴とするタービンロータの製造方法。
【請求項１４】
さらに、前記溶接部をボアスコープにより検査をする工程を含み、前記検査の後、前記孔を封止することを特徴とする請求項１３記載のタービンロータの製造方法。
【請求項１５】
前記突き合せ溶接の際、前記孔を介して前記中空部に不活性ガスを注入することを特徴とする請求項１３又は１４に記載のタービンロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２個のタービンロータ母材を溶接部にて突き合せ溶接により結合した構成を有するタービンロータ及びこれを用いた蒸気タービン並びに当該タービンロータの製造方法関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンのロータは、軸長が長大である。しかも、高圧側ロータには高温クリープ破断強度が要求され、低圧側ロータには引張強度と靭性とが要求されている。このため、一つの部材で蒸気タービンロータを形成した場合、各特性を満足させることができない。
【０００３】
これを解決するため、従来、高圧側ロータを高温クリープ破断強度に優れた材料で形成し、低圧側ロータを引張強度及び靭性に優れた材料で形成し、これらを溶接によって一体化する技術が適用されている。
【０００４】
タービンロータには、プラントの起動および停止の際に掛かる負荷を低減するため、密閉中空部が設けてある。タービンロータは、溶接する際、まず、タービンロータに開先加工してある突合せ部の底部を溶接する。初層は、開先底部を完全に溶融して、タービンロータ内周まで貫通させる必要がある。一般的な突き合せ溶接において、初層を板の裏面まで貫通させる場合、溶接ビード表面の酸化を抑制するために、溶接する開先底部の裏側から不活性ガスを噴射する。
【０００５】
しかしながら、溶接する際にタービンロータを突き合せることにより、タービンロータの密閉中空部は塞がれる。そのため、開先底部の裏側から不活性ガスをタービンロータの密閉中空部に注入することができない。そのため、初層のタービンロータ内周側は過度に酸化し、亀裂進展の起点となる表面荒れが発生する。さらに、タービンロータ内周の溶接ビードも観察できないため、亀裂進展の可能性を判定することもできない。
【０００６】
特許文献１には、溶接後のタービンロータの品質を低下させることなく内部に不活性ガスを充填するために、溶接用に形成する開先部の底部を貫通するガス導入用穴を形成し、上記の溶接後は、当該穴を溶接によって封止する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、溶接継手部の近傍に奥に段部を有し入口にねじ部を有する検査穴を穿設し、Ｘ線源を挿入して放射線透過試験を行い、その検査穴の段部にパッキンを挿入したうえねじ部にプラグを螺入しプラグの周縁にコーキングを施す溶接ローターの溶接継手部検査方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−２０２２２５号公報
【特許文献２】特開平９−１０８８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、タービンロータを製造する際、バックシールドである不活性ガスの注入、及び、ボアスコープによる溶接ロータの裏波溶接部の検査を容易に行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、少なくとも２個のタービンロータ母材を溶接部にて突き合せ溶接により結合した構成を有するタービンロータにおいて、２個のタービンロータ母材の端部に設けた２つの凹部は、結合した状態で中空部を形成し、タービンロータ母材の１個には、外表面部から中空部まで溶接部に向かって斜めに貫通する孔が設けてあり、孔は、封止してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、タービンロータを製造する際、バックシールドである不活性ガスの注入をし、ボアスコープによる溶接ロータの裏波溶接部の検査の時間を短縮することができる。これにより、裏波溶接の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】蒸気タービンを示す模式構成図である。
【図２Ａ】実施例１に係るタービンロータの全体構造を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのタービンロータの溶接部を示す部分拡大断面図である。
【図３】実施例１に係るタービンロータ溶接装置を示す模式図である。
【図４】実施例１に係るタービンロータ溶接工程を示すフロー図である。
【図５】実施例３に係る溶接部の変化を示す部分断面図である。
【図６Ａ】実施例４に係るタービン用溶接ロータの例を示す断面図である。
【図６Ｂ】実施例４に係るタービン用溶接ロータの例を示す断面図である。
【図６Ｃ】実施例４に係るタービン用溶接ロータの例を示す断面図である。
【図７Ａ】実施例４に係る低圧タービン用溶接ロータの例を示す断面図である。
【図７Ｂ】実施例４に係る低圧タービン用溶接ロータの例を示す断面図である。
【図７Ｃ】実施例４に係る低圧タービン用溶接ロータの例を示す断面図である。
【図７Ｄ】実施例４に係る低圧タービン用溶接ロータの例を示す断面図である。
【図８Ａ】実施例５に係る溶接部及び孔の構成（孔の角度θの上限値）を示す部分断面図である。
【図８Ｂ】実施例５に係る溶接部及び孔の構成（孔の角度θの下限値）を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
蒸気タービンは、ボイラー、タービンロータ、動翼、発電機などから構成されている。
【００１４】
図１は、蒸気タービンの構成を模式的に示したものである。
【００１５】
本図に示すタービンロータ５１には、これを軸として高圧タービン５４、中圧タービン５５、低圧タービン５６ａ、５６ｂ及び発電機５７が取り付けられている。高圧タービン５４には、主蒸気配管５２が接続されている。高圧タービン５４と中圧タービン５５との間には、ボイラー再熱器５３が設けてある。
【００１６】
蒸気は、主蒸気配管５２から流入し、高圧タービン５４に流れ込む。その後、蒸気は、ボイラー再熱器５３にて加熱され、中圧タービン５５及び低圧タービン５６ａ、５６ｂに流れ込む。これらの蒸気の力により、タービンロータ５１が回転し、タービンロータ５１の端部に取り付けられた発電機５７において電気エネルギーが発生する。
【００１７】
本発明は、高圧タービン５４、中圧タービン５５及び低圧タービン５６ａ、５６ｂ、特に、低圧タービン５６ａ、５６ｂに関するものである。
【００１８】
本発明者は、少なくとも２個に分割したタービンロータを突合せ溶接により溶接部を介して接続した密閉中空部を有するタービンロータにおいて、その密閉中空部の形状と応力集中分布との関係を検討した。その結果、ロータ外表面から密閉中空部に向かって貫通する孔（貫通孔）を設け、それを封止する際に、従来例のように、プラグで塞いだ後に必ずしもコーキングを施す必要がないことを明らかにした。例えば、ボルトの埋め込みや、溶接肉盛りによる封止を行えばよい。
【００１９】
さらに、密閉中空部に同一内径部を設けることにより、その部分への応力集中は、その他に比べて相対的に低いことが分かった。このことから、孔は、同一内径部に設けることが望ましい。
【００２０】
本発明者は、これらの課題について本発明を提案し、以下の実施例のように試験などを行った。その結果、上記課題を解消する見通しを得た。
【００２１】
表１は、各実施例における施工条件及び仕様をまとめて示したものである。
【００２２】
【表１】
2014238085.tif 000003
【００２３】
以下、具体的な実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
本実施例においては、３．５％Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼を用いたが、ロータ材料の組み合わせには制限はない。例えば、Ｎｉ基超合金、１２％Ｃｒ鋼、またはＣｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼との異材、及び同材の組み合わせであっても構わない。
【００２５】
図２Ａは、低圧タービン用溶接ロータの全体構造を示す断面図である。  本図において、溶接ロータ１００は、少なくとも２個に分割されたタービンロータ母材３１ａ、３１ｂを含む。タービンロータ母材３１ａ、３１ｂは、突き合せ溶接により結合されている。突き合せ溶接を施した部位は、溶接部３４である。タービンロータ母材３１ａ、３１ｂの間には、密閉中空部３２が設けてある。密閉中空部３２は、熱容量及び溶接部の肉厚の低減を目的とするものである。
【００２６】
図２Ｂは、図２Ａのタービンロータの溶接部を示す部分拡大断面図である。
【００２７】
本図においては、溶接金属３３によって結合された溶接部３４の構成が示されている。タービンロータ母材３１ａには、孔３５が設けてある。孔３５は、タービンロータ母材３１ａの外表面部から密閉中空部３２まで貫通するものであり、タービンロータ母材３１ａの中心軸（回転軸）から内壁面までの距離（密閉中空部３２の半径）が一様である領域３７（同一内径部）に達するように溶接部３４の方向に向かって斜めに形成されている。孔３５は、タービンロータ母材３１ａの外表面部近傍にて封止されている（封止部３６）。封止部３６は、溶接により形成されていることが望ましい。封止部３６がネジ部やパッキンを有する構成の場合、運転時等に蒸気が密閉中空部３２に漏れ込むおそれがあるからである。
【００２８】
孔３５は、裏波溶接の際のバックシールド（不活性ガス）注入用、及び裏波形状検査時のボアスコープ投入用である。前者の目的で使用することにより、裏波の酸化抑制と圧力変動の緩和が図れるため、安定して裏波溶接を行うことができる。また、後者の目的で使用することにより、裏波の形成を容易に確認できるため、信頼性の高い溶接ロータを提供できる。
【００２９】
孔３５は、溶接部３４の溶接及びボアスコープによる検査が終了した後、封止部３６を設けることにより閉じられる。
【００３０】
以上のように、本発明によれば、ボアスコープによる検査が容易であるため、バックシールドを使用できない施工環境下においても、裏波溶接の信頼性を向上することができ、欠陥のない溶接部を有するタービンロータを提供することができる。また、溶接ロータの検査時間を短縮することができる。
【００３１】
図３は、タービンロータの溶接に用いるタングステン−不活性ガス溶接装置の概略を示したものである。
【００３２】
本図において、溶接装置４０は、駆動装置４３、溶接機構４４、トーチ４８及び制御装置４７を有し、ガスホース１５２を介してガスボンベ４９を接続してある。ガスボンベ４９の不活性ガスは、ガスホース１５１を介してトーチ４８に送られるようになっている。不活性ガスとしては、窒素又はアルゴン等が用いられる。駆動装置４３と制御装置４７との間には、信号を送受信する信号ケーブル４５が設けてある。溶接機構４４と制御装置４７との間には、信号を送受信する信号ケーブル４６が設けてある。
【００３３】
タービンロータ４１は、ロータ回転装置１５０に設置され、タービンロータ４１の中心軸の周りに回転可能とすることができる。ロータ回転装置１５０は、信号ケーブル１５４を介して制御装置４７に接続してあり、タービンロータ４１の回転（回転速度及び回転方向）の制御を制御装置４７によって行うことができるようになっている。
【００３４】
また、タービンロータ４１には、アースケーブル１５３が接続してあり、溶接に際してタービンロータ４１の電位が変化することを抑制することができる。
【００３５】
溶接機構４４は、駆動装置４３によって移動可能としてあり、トーチ４８をタービンロータ４１の溶接部に接近させて溶接を行うことができるように構成されている。
【００３６】
本図に示す駆動装置４３は、タービンロータ４１に密着して移動する自立型であるが、この他に、例えば走査アーム等の外力により駆動装置４３が移動するようにしたものでもよい。
【００３７】
本実施例においては、低入熱の溶接方法としては、入熱量１５〜２５ＫＪ／ｃｍのタングステン・イナートガス（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ  Ａｒｃ、以下、ＴＩＧと略称する。）溶接としたが、レーザ溶接や電子ビーム溶接（ＥＢＷ）であっても構わない。また、高入熱の溶接方法としては、入熱量２０〜３０ＫＪ／ｃｍのサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）、被覆アーク（ＳＭＡＷ）溶接、マグ（ＭＡＧ）溶接であっても構わない。
【００３８】
また、本図においては、アークの方向が下向きであるが、横向きであっても構わない。
【００３９】
図４は、タービンロータ溶接工程のフローの一例を示したものである。
【００４０】
まず、一方のロータ母材を他方のロータ母材に組み込む（Ｓ１０１）。つぎに、溶接工程の開始を指示する（Ｓ１０２）。溶接における熱応力を緩和するためにロータ母材を予熱する（Ｓ１０３）。この予熱の際に用いる装置は、電気炉、ガスバーナ、高周波誘導加熱機等が挙げられるが、その他の装置でも構わない。
【００４１】
そして、図３に示す溶接装置を用いて溶接部の中央部を形成するために、溶接を行う（Ｓ１０５）。溶接部の表層部を形成するために、溶接を行う。（Ｓ１０６）。
【００４２】
その後、溶接部の残留応力を除去するために焼鈍を行う（Ｓ１０８）。この際に用いる装置は、電気炉、ガスバーナ、高周波誘導加熱機等が挙げられるが、その他の装置でも構わない。
【００４３】
その後、溶接部の溶接欠陥検査を行う（Ｓ１０９）。検査方法としては、浸透探傷試験（ＰＴ）、目視検査（ＶＴ）、超音波探傷試験（ＵＴ）、放射線透過試験（ＲＴ）、磁粉探傷試験（ＭＴ）などが挙げられるが、その他の方法でも構わない。
【００４４】
欠陥の有無を判別し（Ｓ１１０）、欠陥を検出した場合、さらに、欠陥サイズが機械強度の面から許容可能か否かを判別し（Ｓ１１１）、許容できない場合、溶接部を切除し（Ｓ１１２）、ロータ端面に開先加工を施し（Ｓ１１３）、予熱工程（Ｓ１０３）に戻る。
【００４５】
欠陥の有無の判別（Ｓ１１０）において欠陥を検出しなかった場合、又は欠陥サイズの判別（Ｓ１１１）において欠陥サイズが許容可能な範囲内である場合は、孔を封止し（Ｓ１１４）、溶接工程を終了する（Ｓ１１５）。
【００４６】
タービンロータの製造方法についてまとめると、次のようになる。
【００４７】
タービンロータの製造は、端部に凹部を有する２個のタービンロータ母材のうち１個に、そのタービンロータ母材の外表面部から凹部までタービンロータ母材の端部に向かって斜めに貫通する孔を設け、２個のタービンロータ母材のそれぞれの端部に設けた凹部を合わせ、２個のタービンロータ母材を突き合せ溶接により結合することにより中空部を形成し、孔を封止することにより行う。ここで、凹部を合わせた後で、一方のタービンロータ母材に孔を設けてもよい。
【００４８】
さらに、溶接部をボアスコープにより検査をし、当該検査の後、孔を封止することが望ましい。
【００４９】
突き合せ溶接の際は、孔を介して中空部に不活性ガスを注入することが望ましい。
【実施例２】
【００５０】
本実施例においては、実施例１と比べて、孔が開いているロータ母材（図２Ｂのタービンロータ母材３１ａ）のみが異なる。その他については、実施例１と同様であるため、詳細な説明は割愛し、相違点についてのみ説明する。
【００５１】
本実施例におけるロータ母材の組み合わせは、Ｎｉ基合金とＣｒＭｏＶ鋼である。この場合、Ｎｉ基合金は、ＣｒＭｏＶ鋼の熱処理条件の制約のために、十分に残留応力を緩和することができない。そのため、孔を残留応力の高い箇所に設けると、き裂進展の危険性が高くなる。したがって、本実施例のように、ロータ母材の組み合わせがＣｒＭｏＶ鋼のようなフェライト系と、Ｎｉ基合金である場合、孔は残留応力の低いフェライト系のロータ母材に設ける。
【実施例３】
【００５２】
本実施例は、実施例１と比べて、孔の数のみが異なる。その他については、実施例１と同様であるため、詳細な説明は割愛し、相違点についてのみ説明する。
【００５３】
図５は、ロータの半径方向の断面を示したものである。
【００５４】
本図においては、タービンロータ母材２３１の同一断面に３箇所の孔２３５が設けてある。
【００５５】
孔２３５は、ロータ回転時の振動発生の要因になる。そのため、孔２３５は、２箇所以上が望ましい。本図においては、３箇所である。また、それらの孔２３５の配置は、同一断面における周方向（円周方向）の全周の角度を等分していることが望ましい。これにより、振動発生を最小限度に抑制することができる。
【００５６】
ただし、孔を加工するための時間と検査の容易さとを考慮すると、孔２３５は、１２箇所以内であることが好ましい。
【実施例４】
【００５７】
本実施例は、実施例１と比べて、ロータ材料の組み合わせ及び適用部位のみが異なる。その他については、実施例１と同様であるため、詳細な説明は割愛し、相違点についてのみ説明する。
【００５８】
実施例１においては、３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼及び３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼ロータからなる低圧タービンロータへ適用していた。
【００５９】
しかし、ロータ材料と適用部位の組み合わせは、それだけにとどまらず、図６Ａに示すようなＮｉ基合金製の高圧タービンロータ母材６０と、１２％Ｃｒ鋼製の中圧タービンロータ母材６２からなる中圧タービンロータ、図６Ｂに示すようなＮｉ基合金製の高圧タービンロータ母材６０とＣｒＭｏＶ鋼製の中圧タービンロータ母材６２からなる中圧タービンロータ、図６Ｃに示すようなＣｒＭｏＶ鋼製の低圧タービンロータ６１からなる中圧タービンロータに対しても、同様に適用出来る。
【００６０】
さらに、図７Ａ〜７Ｄに示すような３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼及び３．５％ＮｉＣｒＭｏＶ鋼ロータ材料からなる低圧タービンロータにおいて、溶接する位置と数が異なっても、同様に適用出来る。
【実施例５】
【００６１】
本実施例は、実施例１と比べて、孔の角度や位置について限定している点が異なる。その他については、実施例１と同様であるため、詳細な説明は割愛し、相違点についてのみ説明する。
【００６２】
ロータに開ける孔の目的の一つは、裏波をボアスコープで検査することである。ゆえに、孔の延長線上は、裏波に近い方が好ましい。よって、孔の延長線は、ロータ密閉中空部内の突起部と干渉せず、かつ、構造強度の観点から軸方向に伸びる同一半径部にあることが望ましい。
【００６３】
図８Ａは、溶接部及び孔の構成（孔の角度θの上限値θｍａｘの例）を示す部分断面図である。
【００６４】
本図においては、図２Ｂに示すタービンロータ母材３１ａに設けられた孔３５の角度及びその周辺部の寸法を含めて記載してある。また、本図は、孔３５が直線状に設けられた場合を示している。
【００６５】
本図において、孔３５は、タービンロータ母材３１ａの外表面部から密閉中空部３２まで貫通するものであり、タービンロータ母材３１ａの中心軸から内壁面までの距離（密閉中空部３２の半径）が一様である領域３７（同一内径部）に達するように溶接部３４の方向に向かって斜めに形成されている。孔３５は、タービンロータ母材３１ａの外表面部近傍にて封止されている（封止部３６）。
【００６６】
タービンロータ母材３１ａは、密閉中空部３２の側に突起部８１（「隆起部」又は「稜線部」ともいう。）を有している。溶接金属３３は、密閉中空部３２の側に内側端部８２を有している。
【００６７】
なお、本図及び後述の図８Ｂは断面図であり、密閉中空部３２を形成するタービンロータ母材３１ａ、３１ｂの端部はリング状であるため、突起部８１等もリング状であるが、以下の説明においては、断面図における二次元的な用語で説明する場合がある。
【００６８】
図８Ａに示す断面において領域３７の範囲は、直線として表される。一方、領域３７の範囲外は、タービンロータ母材３１ａの中心軸方向に曲率を有する形状である。
【００６９】
図８Ａにおいて、タービンロータ母材３１ａの外表面部の接平面と孔３５の中心軸とのなす角は、θとしている。孔３５の内径（直径）は、ｄとしている。
【００７０】
溶接部３４の中心軸を基準とするタービンロータ母材３１ａの中心軸方向の距離に関しては、突起部８１の稜線（本断面図における角部（頂点））までをＬ１とし、領域３７の突起部８１側の端部までをＬ２とし、孔３５のタービンロータ母材３１ａの外表面部における中心までをＬとしている。Ｌについては、孔の外表面部における中心から溶接部の中央断面までの距離ということもできる。ここで、溶接部の中央断面は、本図における溶接部３４の中心軸に対応している。
【００７１】
また、領域３７（同一内径部）におけるタービンロータ母材３１ａの肉厚は、ｔとしている。さらに、タービンロータ母材３１ａの中心軸を基準として、突起部８１の頂点までの距離と領域３７までの距離との差（半径の差）をｔ１としている。
【００７２】
本図においては、領域３７における孔３５の突起部８１側は、領域３７の突起部８１側の端部に一致している。また、孔３５の突起部８１側の延長線（破線）は、突起部８１の頂点に交わっている。
【００７３】
以上の定義を三次元的に表現すると、ｔ１は端部の隆起部の稜線と同一内径部との半径の差であり、Ｌ１は中央断面から稜線までの距離であり、Ｌ２は中央断面から同一内径部の中央断面側までの距離であり、Ｌ３は中央断面から同一内径部の中央断面側の反対側までの距離である。
【００７４】
図８Ｂは、溶接部及び孔の構成（孔の角度θの下限値θｍｉｎの例）を示す部分断面図である。
【００７５】
本図においては、溶接部３４の中心軸を基準とするタービンロータ母材３１ａの中心軸方向の距離に関しては、領域３７の突起部８１から遠い端部までをＬ３としている。
【００７６】
本図においては、領域３７における孔３５の突起部８１から遠い側は、領域３７の突起部８１側から遠い端部に一致している。また、孔３５の突起部８１側の延長線（破線）は、突起部８１の頂点に交わっている。
【００７７】
上記の寸法及び角度の定義に従って、孔３５の角度θの範囲は、下記式（１）〜（４）のように定義することができる。
【００７８】
θｍｉｎ≦θ≦θｍａｘ                …式（１）
Ｌｍｉｎ≦Ｌ≦Ｌｍａｘ                …式（２）
ｔａｎθｍａｘ＝ｔ１／（Ｌ２−Ｌ１）＝ｔ／（Ｌｍｉｎ−Ｌ２）    …式（３）
ｔａｎθｍｉｎ＝ｔ１／（Ｌ３−Ｌ１）＝ｔ／（Ｌｍａｘ−Ｌ３）    …式（４）
ここで、Ｌｍｉｎは、図８ＡのＬに対応する値を表したものであり、Ｌｍａｘは、図８ＢのＬに対応する値を表したものである。
【００７９】
上記式（１）〜（４）を整理すると、下記式（５）及び（６）を得る。
【００８０】
ｔａｎ−１｛ｔ１／（Ｌ３−Ｌ１）｝≦θ≦ｔａｎ−１｛ｔ１／（Ｌ２−Ｌ１）｝    …式（５）
ｔ（Ｌ２−Ｌ１）／ｔ１＋Ｌ２≦Ｌ≦ｔ（Ｌ３−Ｌ１）／ｔ１＋Ｌ３              …式（６）
また、孔３５は、一直線でなくてもよい。孔３５は、密閉中空部３２に接する部位のみが上記式（５）で定義される角度を有するものであればよい。
【００８１】
これらの式を用いて、実際のタービンロータの寸法を元に、密閉中空部の具体的な数値を計算した結果、下記式（７）及び（８）を得た。
【００８２】
１０≦θ≦８０（度）        …式（７）
３０≦Ｌ≦９００（ｍｍ）    …式（８）
以上の構成により、ボアスコープを孔３５に挿入して溶接ロータの裏波溶接部（突起部８１及び内側端部８２）の検査をする際、ボアスコープの先端部が裏波溶接部の近くにそのまま達するため、ボアスコープの先端部を屈曲（変形）させることなく、裏波溶接部の観察をすることができる。
【符号の説明】
【００８３】
３１ａ、３１ｂ：タービンロータ母材、３２：密閉中空部、３３：溶接金属、３４：溶接部、３５：孔、３６：封止部、３７：領域、５１：タービンロータ、５２：主蒸気配管、５３：ボイラー再熱器、５４：高圧タービン、５５：中圧タービン、５６ａ、５６ｂ：低圧タービン、５７：発電機、８１：突起部、８２：内側端部、１００：溶接ロータ。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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