(57)【要約】  本発明は、ターボ機械（２）、特に複合型蒸気タービン（４）の軸要素（１）であって、溶接部（２３）を用いて互いに一体的に接合された少なくとも二つの軸部材セグメント（１５，１６）を備える当該軸要素において、前記軸部材セグメント（１５，１６）には、異なる化学的特性および機械的特性が備わっており、前記溶接部（２３）は、溶接層高さと溶接幅との比が、１：１４から１：２である、軸要素に関する。本発明はまた、二つの異なる材料から構成される軸要素（１）を製造するための方法に関する。
2018515707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（２）、特に複合型蒸気タービン（４）の軸要素（１）であって、溶接継ぎ目（２３）を用いて互いに材料的に一体に接合された少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）を備える当該軸要素において、前記少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）には、異なる化学的特性および機械的特性が備わっており、
前記溶接継ぎ目（２３）は、溶接層高さと溶接継ぎ目幅との比が、１：１４から１：２であり、
前記少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）のうちの第一の軸部材部分が、耐熱性を有する材料、１ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＮｉＷＶ、１０ＣｒＭｏＷＶＮｂＮ、１０ＣｒＭｏＶＮｂＮ、９ＣｒＭｏＣｏＢＮｂＮ、または９Ｃｒ３Ｃｏ３ＷＮｂＢＮから製造されている、軸要素。
【請求項２】
前記溶接継ぎ目（２３）が複数の溶接層（４１）を含み、当該複数の溶接層はそれぞれ、単独の溶接ビード（３８）によって作られており、それにより、個々の前記溶接ビード（３８）の調整された幾何形状を介して、それぞれ下にある前記溶接層（４１）に対して、溶接層熱処理、特に中間層熱処理を実施する、請求項１に記載の軸要素（１）。
【請求項３】
前記溶接継ぎ目（２３）が軸方向に向き合う二つの急勾配の接合側面（２９，３０）を含み、当該接合側面はそれぞれ垂直線（３１）に対して１．５°より小さい、好ましくは１°より小さい開口角度（３２）を有し、それにより導入される熱エネルギーの浸透を特に良好に制御する、請求項１または２に記載の軸要素（１）。
【請求項４】
前記少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）のうちのさらなる軸部材部分が、耐低温性を有する材料、２．０−４．０ＮｉＣｒＭｏＶ、２．０−４．０ＮｉＣｒＭｏＶ  スーパークリーン、または２ＣｒＮｉＭｏから製造されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の軸要素（１）。
【請求項５】
前記少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）のうちのさらなる軸部材部分が、低合金化された、耐熱性を有する材料、１ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＶ、または２ＣｒＭｏＮｉＷＶから製造されており、第二の材料が、１０ＣｒＭｏＷＶＮｂＮ、１０ＣｒＭｏＶＮｂＮ、９ＣｒＭｏＣｏＢＮｂＮ、または９Ｃｒ３Ｃｏ３ＷＮｂＢＮの型である、請求項１から３のいずれか一項に記載の軸要素（１）。
【請求項６】
二つの異なる材料から構成される軸要素（１）、特に請求項１から５のいずれか一項に記載の軸要素（１）を製造するための方法であって、
当該方法において、異なる材料から成る二つの軸セグメント（２０，２１）は、溶接継ぎ目（２３）を用いて材料的に一体に互いに接合されて前記軸要素（１）となり、
前記溶接継ぎ目（２３）は、溶接層高さと溶接継ぎ目幅との比（３５）が、１：１４から１：２で作られ、
前記少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）のうちの第一の軸部材部分が、耐熱性を有する材料、１ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＮｉＷＶ、１０ＣｒＭｏＷＶＮｂＮ、１０ＣｒＭｏＶＮｂＮ、９ＣｒＭｏＣｏＢＮｂＮ、または９Ｃｒ３Ｃｏ３ＷＮｂＢＮから製造されている方法。
【請求項７】
前記溶接継ぎ目（２３）の溶接層（４１）が、単独の溶接ビード（３８）のみによって作られ、それにより、個々の前記溶接ビード（３８）の調整された幾何形状を介して、それぞれ下にある前記溶接層（４１）に対して溶接層熱処理、特に中間層熱処理を実施する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
一方の軸セグメント（２０，２１）は溶接の前に、少なくとも溶接側面（２９，３０）の領域内で、１００℃と３５０℃の間、好ましくは１５０℃と３００℃の間の予熱温度に予熱され、それにより熱流配分を改善する、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記溶接継ぎ目（２３）、特に前記溶接層（４１）の個々の前記溶接ビード（３８）が、３０ｍｍ／ｍｉｎから４５０ｍｍ／ｍｉｎ、好ましくは４０ｍｍ／ｍｉｎから３５０ｍｍ／ｍｉｎの溶接速度で作られる、請求項６または７に記載の方法。
【請求項１０】
前記溶接継ぎ目（２３）、特に前記溶接層（４１）の個々の前記溶接ビード（３８）が、５ｋＪ／ｃｍから３０ｋＪ／ｃｍの単位長さ当たりのエネルギー入力を用いて作られる、請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶接継ぎ目（２３）、特に前記溶接層（４１）の個々の前記溶接ビード（３８）が、局所的な熱処理を受ける、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
軸方向軸線（３）周りに回転する軸要素（１）を備えるターボ機械（２）、特に複合型蒸気タービン（４）であって、前記軸要素は異なる材料から成る二つの軸部材部分（１５，１６）を有し、当該二つの軸部材部分は、溶接継ぎ目（２３）により材料的に一体に互いに接合されており、
前記ターボ機械（２）は、請求項１から５のいずれか一項に記載の軸要素（１）を特徴とし、および／または前記軸要素（１）は、請求項６から１１のいずれか一項に記載の方法に応じて製造されている、ターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接継ぎ目を用いて互いに材料的に一体に接合された少なくとも二つの軸部材部分を備える、ターボ機械、特に複合型蒸気タービンの軸要素であって、当該軸要素において、前記軸部材部分には、異なる化学的特性および機械的特性が備わっている、軸要素に関する。
【０００２】
本発明は、二つの異なる材料から構成された軸要素を製造するための方法であって、当該方法において、異なる材料から成る二つの軸セグメントは、溶接継ぎ目を用いて互いに材料的に一体に接合されて軸要素となる、方法に関する。
【０００３】
本発明はまた、軸方向軸線周りに回転する軸要素を備えるターボ機械、特に複合型蒸気タービンであって、前記軸要素は異なる材料から成る二つの軸部材部分を有し、当該軸部材部分は、溶接継ぎ目により材料的に一体に互いに接合されている、ターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００４】
同属の軸要素はターボ機械内で、軸方向回転軸線周りに同心的に設けられた動翼もしくは当該動翼から形成される動翼リングを担持する。このとき、このような軸要素には、複数の動翼列が連続的に設けられていてよい。
【０００５】
このような軸要素は、軸方向において、ターボ機械の異なる部分領域を介して延在し得、このとき異なる熱的影響および機械的影響に曝され得る。
【０００６】
例えば中圧タービン部と、当該中圧タービン部に後置された低圧タービン部とを含む複合型蒸気タービンを例として、軸要素の構造をより詳しく説明する。
【０００７】
前記軸要素は通常、軸方向において、複合型蒸気タービンの中圧タービン部も、低圧タービン部も通って延在する。軸要素は例えば、第一の軸部材部分が中圧タービン部内に延在し、さらなる軸部材部分が低圧タービン部内に延在する。
【０００８】
中圧タービン部内では、複合型蒸気タービンを貫流する作動媒体に関して、複合型蒸気タービンの低圧タービン部で見られるよりも、当該作動媒体の作動圧力も、作動温度も高い。例えば作動媒体の作動温度は、中圧タービン部領域内で４００℃よりも大きい。
【０００９】
この意味において、上記の中圧タービン部内の軸要素の第一の軸部材部分も、当該第一の軸部材部分が作動媒体と相互作用を行うとき、熱的により高い負荷を受ける。
【００１０】
このとき後置されている低圧タービン部にある、軸要素のさらなる軸部材部分は、実際には、熱的には比較的小さい負荷を受けるが、機械的にはより大きい負荷を受ける。
【００１１】
この意味において、軸要素の異なる負荷を受ける軸部材部分は、相応に適合された材料特性を有することが望ましい。
【００１２】
中圧タービン部領域内の第一の軸部材部分が、どちらかといえば耐熱性の材料から成り、それに対して低圧タービン部領域内のさらなる軸部材部分は、どちらかといえば耐低温性の材料から形成されていると、好都合である。
【００１３】
特にターボ機械において、例えば同じく、中圧タービン部と、これに続く低圧タービン部とを備える、このような複合型蒸気タービンのようなターボ機械では、軸方向においてターボ機械を通って少なくとも部分的に延在するとともに、単体型構成方法で製造された軸要素に関して、最適な特性プロファイルが常に実現され得るわけではない。それは主に、単体型構成方法では、所望の材料特性が組み合わされ、それにより不都合であっても妥協を受け入れざるを得ず、当該妥協によってターボ機械もしくは複合型蒸気タービンの最適な作動が抑制されることに起因する。
【００１４】
したがってこのような軸要素は、好適な溶接法を用いて、異なる特性を備える複数の軸セグメントから、熱的に接合されることが多い。
【００１５】
このような軸接合溶接は、有用な選択肢を提供し、それにより異なる化学的組成と、例えば特に、「耐熱性を有する」および「耐低温性を有する」などの異なる機械的特性とを備える材料を、熱的に互いに接合することができる。
【００１６】
しかしながらこのとき少なからず以下のような問題が生じる。すなわち、これらの軸セグメントの異なる材料特性は、バタリング溶接を用いる特殊な溶接構成を要求し、当該バタリング溶接を用いて例えば、後に軸要素の第一の軸部材部分となる、耐熱性を有する軸セグメントは、後に軸要素のさらなる軸部材部分となる、耐低温性を有する軸セグメントに溶接され得る。このときバタリング溶接は、耐熱性を有する軸セグメントの高耐熱性材料上に好適に設けられる。
【００１７】
例えばバタリング溶接を用いるやり方は、特許文献１から知られている。
【００１８】
このようなやり方は、例えば異なる特性が備わっている、異なる軸部材部分を備える複合型蒸気タービンの軸要素を創出する場合、同じく良好に機能する。
【００１９】
しかしながら上記のやり方はまた、時間がかかり、それとともにコストが嵩むと想定される。
【００２０】
このような付加的なバタリング溶接に関する不利点を回避するために、特許文献２において他の方法が開示されており、当該方法では、熱的に互いに接合すべき軸セグメントおよび適合された熱処理に関して、目標を定めた材料選択を行うことにより、このようなバタリング溶接が省略され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第４９６２５８６号明細書
【特許文献２】国際公開第２００４／０５１０５６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、ターボ機械に用いるために備えられている同属の軸要素と、特に当該軸要素に関して既知の製造方法と、を、バタリング溶接を避けたうえで、さらに発展させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の上記の課題は、溶接継ぎ目を用いて互いに材料的に一体に接合された少なくとも二つの軸部材部分を備える、ターボ機械、特に複合型蒸気タービンの軸要素であって、当該軸要素において、前記軸部材部分には、異なる化学的特性および機械的特性が備わっており、前記溶接継ぎ目は、溶接層高さと溶接継ぎ目幅との比が、１：１４から１：２である、軸要素によって解決される。
【００２４】
本発明は特に、本来の溶接接合部もしくは溶接継ぎ目において、狭開先で急勾配の側面に対し、材料特性に目標を定めた影響を及ぼしながら行う、エネルギー密度を用いて制御されるシールドアーク溶接に関する。
【００２５】
ターボ機械の軸要素は、ターボ機械のコンプレッサ領域内であれ、タービン領域内であれ、部分ごとに熱的および機械的に異なる負荷を受けることが多い。
【００２６】
特に、複合型蒸気タービンの軸要素について、高圧タービン部、中圧タービン部および／または低圧タービン部が、連続する軸要素を有し、当該軸要素の周囲を、複合型蒸気タービンを貫流する作動媒体が流れる場合、上記の点が当てはまる。
【００２７】
このような複合型蒸気タービンは流入領域と、動翼およびガイド翼によって形成されるとともに、連続的に配置された二つまたはそれより多いタービン部と、を有している。
【００２８】
このとき例えば、高圧タービン部もしくは中圧タービン部領域内の、軸要素の第一の軸部材部分は、例えば低圧タービン部領域内の、軸要素のさらなる軸部材部分よりも、熱的に高い負荷を受けるなどのことがある。
【００２９】
この理由から、上記の第一の軸部材部分を、比較的耐熱性の大きい材料を用いて形成することが有利である。
【００３０】
これに対して、低圧タービン部領域内の、軸要素のさらなる軸部材部分は、高圧タービン部もしくは中圧タービン部領域内の、軸要素の第一の軸部材部分よりも機械的に高い負荷を受ける。
【００３１】
この意味でさらなる軸部材部分が、比較的耐低温性の大きい材料から製造されていると、有利である。
【００３２】
同じことは、複合型蒸気タービンの低圧タービン部に対する、複合型蒸気タービンの中圧タービン部の軸部材部分についてもあてはまる。
【００３３】
いずれにせよ本発明において、異なる材料から成る軸部材部分の溶接接合部は、従来に比べてはるかに良好に形成され得る。
【００３４】
上記の意味において本発明の課題は、二つの異なる材料から構成される軸要素を製造するための方法であって、当該方法において、異なる材料から成る二つの軸セグメントは、溶接継ぎ目を用いて材料的に一体に互いに接合されて軸要素となり、前記溶接継ぎ目は、溶接層高さと溶接継ぎ目幅との比が、１：１４から１：２で作られる、方法によっても解決される。
【００３５】
本発明は、少なくとも二つの軸部材部分のうちの第一の軸部材部分が、耐熱性を有する材料、１ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＮｉＷＶ、１０ＣｒＭｏＷＶＮｂＮ、１０ＣｒＭｏＶＮｂＮ、または９ＣｒＭｏＣｏＢＮｂＮもしくは９Ｃｒ３ＣｏＷＮｂＢＮから製造されていることを特徴とする。
【００３６】
本発明は特に、シールドアーク溶接を援用し、マルテンサイト転換率が７０％から８０％である部分的マルテンサイト領域において、異なる化学的特性および／または機械的特性を備える二つの材料を材料的に一体に接合するために、バタリング溶接の使用を避けて行う、対応する軸要素の製造方法に関する。
【００３７】
互いに材料的に一体に接合されて軸要素となる軸セグメント同士の間の、本発明による狭開先における溶接接合部が、特に以下の特徴によってさらに発展させられ得ることは自明である。
【００３８】
以上の点から、特に本発明による狭開先溶接において、プロセス管理、プロセス監視、およびプロセス制御をさらに発展させることにより、互いに融合すべき材料、溶接側面の熱影響部および／または溶接材自体において特性を調整することに関して、溶接接合部もしくは溶接継ぎ目の目標を定めた制御が可能である。
【００３９】
このとき軸要素は、多様に形成されていてよい。軸要素は例えばロータ部材として形成されている。
【００４０】
さらなる実施の変化形態では例えば、溶接継ぎ目が複数の溶接層を含むことが行われ、当該複数の溶接層はそれぞれ、単独の溶接ビードによって作られており、それにより、個々の溶接ビードの調整された幾何形状を介して、それぞれ下にある溶接層に対して、溶接層熱処理、特に中間層熱処理を実施する。これによっても、二つの異なる材料の間に作られた溶接接合部もしくは溶接継ぎ目は明らかに改善され得る。溶接継ぎ目の溶接層のこの構造によってだけでも、同属の軸要素は有利にさらに発展させられ得、それにより当該特徴は、本発明のその他の特徴がなくても有利である。
【００４１】
このように、対応する軸要素を製造するための方法は、溶接継ぎ目の溶接層が、単独の溶接ビードのみによって作られ、それにより、個々の溶接ビードの調整された幾何形状を介して、それぞれ下にある溶接層に対して溶接層熱処理、特に中間層熱処理を実施することにより、相応にさらに発展させられ得る。
【００４２】
すでに暗示したとおり、溶接継ぎ目は好ましくは狭開先において形成され、それにより、溶接層はそれぞれ、単独の溶接ビードによって問題なく作られ得る。
【００４３】
本発明による溶接層高さと溶接継ぎ目幅との比も、当該比に関わらず、必要な溶接ビードの数に関する溶接層の構成も、特に狭開先において、構造的かつプロセス技術的に良好に実現され得る。
【００４４】
上記の点のみにより、さらなる有利な実施の変化形態では、溶接継ぎ目が軸方向に向き合う二つの急勾配の接合側面を含むことが行われ、当該接合側面はそれぞれ垂直線に対して１．５°より小さい、好ましくは１°より小さい開口角度を有し、それにより導入される熱エネルギーの浸透を特に良好に制御する。これにより個々の側面領域内で、材料に局所的に影響を及ぼすことが、特に有利に実現され得る。
【００４５】
さらに、選択された材料に関連して、優れた溶接接合部もしくは溶接継ぎ目が実現され得ることが見出された。
【００４６】
作り出すべき溶接接合部もしくは溶接継ぎ目の品質は、少なくとも二つの軸部材部分のうちのさらなる軸部材部分が、耐低温性を有する材料、２．０−４．０ＮｉＣｒＭｏＶ、２．０−４．０ＮｉＣｒＭｏＶ  スーパークリーン（Ｓｕｐｅｒ  Ｃｌｅａｎ）、または２ＣｒＮｉＭｏから製造されていると、さらに大幅に改善され得る。
【００４７】
特に、本発明の基礎となる方法は、一方の軸セグメントが溶接の前に、少なくとも溶接側面の領域内で、１００℃と３５０℃の間、好ましくは１５０℃と３００℃の間の予熱温度に予熱され、それにより熱流配分を改善すると、有利に構成され得る。これにより特に、互いに材料的に一体に接合すべき軸セグメントの二つの材料において、初期硬度を減少させることができる。
【００４８】
さらにまた本発明の残りの特徴に関わらず、溶接継ぎ目、特に溶接層の個々の溶接ビードが、３０ｍｍ／ｍｉｎから４５０ｍｍ／ｍｉｎ、好ましくは４０ｍｍ／ｍｉｎから３５０ｍｍ／ｍｉｎの溶接速度で作られると有利である。特に上記の耐熱性を有する材料および耐低温性を有する材料は、これにより特に有利に接合され得る。
【００４９】
累積的または代替的に、溶接継ぎ目、特に溶接層の個々の溶接ビードが、５ｋＪ／ｃｍから３０ｋＪ／ｃｍの単位長さ当たりのエネルギー入力を用いて作られると、特に好適である。この点だけで、本発明の残りの特徴に関わらず、二つの異なる材料を接合する溶接継ぎ目にポジティブな作用が及ぼされ得るためである。
【００５０】
溶接継ぎ目、特に溶接層の個々の溶接ビードが局所的な熱処理を受けると、溶接接合部もしくは溶接継ぎ目にはさらに好適な作用が及ぼされ得る。このとき互いに接合されるべき材料の、異なる品質上の熱的後処理における違いが、本発明の溶接継ぎ目の特性に対して果たす役割りは、目標を定めた特性調整の間に、より高度に合金化されたベース材料の熱処理温度を下回る２０Ｋまでの温度を付加的に加えれば、無視できる程度である。
【００５１】
本願で説明される発明により、軸要素に関する製造プロセスは、特に良好に可能となり、当該製造プロセスは、所定のパラメータを保ちながら目標を定めた制御を行うシールドアーク溶接により、バタリング溶接を用いずに、耐熱性を有する材料と耐低温性を有する材料との溶接接合部における特性を調整する。
【００５２】
こうして、耐熱性を有する材料と、耐低温性を有する材料とから軸溶接接合部を実施する際、異なる材料の組み合わせに対して、このようなバタリング溶接は省略され得る。
【００５３】
本発明の課題はまた、軸方向軸線周りに回転する軸要素を備えるターボ機械、特に複合型蒸気タービンであって、前記軸要素は異なる材料から成る二つの軸部材部分を有し、当該軸部材部分は、溶接継ぎ目により材料的に一体に互いに接合されており、ターボ機械は、本願で説明される特徴の一つに記載の軸要素を特徴とし、および／または軸要素は、本願で説明される特徴の一つに記載の方法に応じて製造されている、ターボ機械によって解決される。
【００５４】
本発明の軸要素を備えるターボ機械は、比較的廉価に製造され得る。
【００５５】
本発明のさらなる特徴、効果および有利点を、添付の図面と、以下の詳細な説明に基づいて述べるが、図面と以下の詳細な説明では例として、例としてのターボ機械の、本発明に応じて形成された軸要素が表示され、説明されている。
【００５６】
図面に示すのは以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】蒸気タービンの中圧タービン部と低圧タービン部の移行領域内の、異なる材料から成る二つの軸部材部分を有する軸要素の部分を概略的に示す図であって、軸部材部分は溶接接合部を用いて材料的に一体に互いに接合されている、図である。
【図２】図１に示す軸要素の、耐熱性を有する材料から成る第一の軸セグメントと、耐低温性を有する材料から成るさらなる軸セグメントと、の縁部領域内の溶接接合部を概略的に示す図であって、第一の軸セグメントは中圧タービン部における軸部材部分を形成し、さらなる軸セグメントは低圧タービン部における軸部材部分を形成する、図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
図１に示す軸要素１は、多数の動翼（図示せず）を受ける働きをし、（詳しく示されていない）ターボ機械２に取り付けられ、それにより当該軸要素１は、ターボ機械２の作動中に、軸方向回転軸線３周りに回転する。
【００５９】
例示的な本実施の形態においてターボ機械２は、（詳しく示されていない）複合型蒸気タービン４であり、当該複合型蒸気タービンは、中圧タービン部（図示せず）と、下流において当該中圧タービン部に接続する低圧タービン部（図示せず）とを特徴とする。
【００６０】
軸要素１は、軸方向５において軸方向回転軸線３に沿って、複合型蒸気タービン４の入口領域６から、複合型蒸気タービン４の中圧領域７を通過し、さらに複合型蒸気タービン４の低圧領域８を介して、複合型蒸気タービン４の出口領域１０まで延在する。
【００６１】
このとき第一の軸部分１５は実質的に中圧領域７にあり、さらなる軸部分１６は実質的に低圧領域８に設けられており、それによりこれらの軸部材部分１５，１６は、複合型蒸気タービン４を入口領域６から出口領域１０へと貫流する作動媒体、主に過熱蒸気と相互作用を行う。
【００６２】
このとき中圧領域７内の作動媒体は特に、低圧領域８内よりもさらに高い作動温度を有し、それにより第一の軸部材部分１５は、軸要素１のさらなる軸部材部分１６よりも熱的に高い負荷を受けている。
【００６３】
しかしながらさらなる軸部材部分１６は、軸要素１の第一の軸部材部分１５よりも機械的に高い負荷を受けている。
【００６４】
これにより、軸要素１の第一の軸部材部分１５は、軸要素１のさらなる軸部材部分１６に比べて、耐熱性の大きい材料（特に参照番号を付さない）から製造されるべきである。
【００６５】
ここで用いられる耐熱性を有する材料は、１ＣｒＭｏＶである。
【００６６】
しかしながら代替的に、ここで用いられる耐熱性を有する材料は、他の耐熱性を有する材料、２ＣｒＭｏＮｉＷＶ、１０ＣｒＭｏＷＶＮｂＮ、１０ＣｒＭｏＶＮｂＮ、または９ＣｒＭｏＣｏＢＮｂＮもしくは９Ｃｒ３Ｃｏ３ＷＮｂＢＮの一つに替えられ得る。
【００６７】
したがって軸要素１のさらなる軸部分１６は、軸要素１の第一の軸部分１５に比べて、耐低温性の大きい材料（特に参照番号を付さない）から製造されているべきである。
【００６８】
ここで用いられる、耐低温性を有する材料は、２．０ＮｉＣｒＭｏＶである。
【００６９】
しかしながら代替的に、ここで用いられる耐低温性を有する材料は、他の耐低温性を有する材料、２．０−４．０ＮｉＣｒＭｏＶ、２．０−４．０ＮｉＣｒＭｏＶ  スーパークリーン（Ｓｕｐｅｒ  Ｃｌｅａｎ）、または２ＣｒＮｉＭｏの一つに替えられ得る。
【００７０】
いずれにせよ軸要素１は、第一の軸セグメント２０（耐熱性を有する材料）と、さらなる軸セグメント２１（耐低温性を有する材料）とから構成されており、二つの異なる軸セグメントは、溶接接合部２２を用いて熱的に接合され、すなわち材料的に一体に互いに接合されている。
【００７１】
図２は溶接接合部２２の溶接継ぎ目２３の構造を概略的に、かつ、部分的に軸要素１の縁部領域部分２４に基づいて示している。
【００７２】
溶接接合部２２もしくは溶接継ぎ目２３は、第一の軸セグメント２０とさらなる軸セグメント２１の間の狭開先２５に基づいており、第一の軸セグメントとさらなる軸セグメントは、軸方向に向き合うとともに、溶接ジョイント２６を形成する。
【００７３】
溶接ジョイント２６には、軸セグメント２０および２１によって形成される二つの接合側面２９および３０があり、接合側面２９および３０のそれぞれは、垂直線３１に対して１°より小さい開口角度３２（単なる例として番号を付す）のみを有する。これにより、隣接する材料領域内への望まない入熱の効果が低減され得る。このとき開口角度３２、およびそれとともに接合側面もしくは溶接側面２９および３０の傾斜した位置決めは、誇張して表示されている。
【００７４】
このように準備された溶接ジョイント２６において、本発明に応じて形成された溶接継ぎ目２３はさらに有利に形成され得る。
【００７５】
溶接継ぎ目２３は特に、溶接層高さと溶接継ぎ目幅との比３５が、１：１４から１：２であることを特徴とし、本発明において溶接層高さ３６は個々の溶接ビード３８の厚さ３７によって表され、溶接継ぎ目幅３９は、溶接継ぎ目に関して個々の溶接ビード３８の幅４０によって表されている。
【００７６】
例示的な当該実施の形態における溶接層高さと溶接継ぎ目幅との比３５は、垂直線３１の方向において変化する接合幅にも依存する。
【００７７】
ここで溶接層高さ３６の厚さ３７は、垂直線３１の方向において一直線になり、溶接継ぎ目幅３９の幅４０は、当該垂直線３１を横断して延在する。
【００７８】
本発明の溶接接合部２２もしくは溶接継ぎ目２３のさらなる特殊性は、溶接層４１のそれぞれが、単独の溶接ビード３８のみを有することによって生じる。これにより溶接層の熱処理に対して、特に容易に影響が及ぼされ得る。
【００７９】
ここで溶接ビード３８のそれぞれは例えば、１５ｋＪ／ｃｍの単位長さ当たりのエネルギー入力で、１００ｍｍ／ｍｉｎの溶接速度によって作り出されている。
【００８０】
ここで溶接側面２９および３０は、前もって例えば２００℃の予熱温度に予熱されており、それにより熱流配分を改善できる。
【００８１】
本発明は好適な実施の形態により、細部にわたりより詳しく図示されるとともに説明されたが、本発明は開示された当該実施の形態によって制限されておらず、当該実施の形態から、当業者により、本発明の保護範囲を逸脱することなく、他の変化形態が導出され得る。
【符号の説明】
【００８２】
１  軸要素
２  ターボ機械
３  軸方向回転軸線
４  複合型蒸気タービン
５  軸方向
６  入口領域
７  中圧領域
８  低圧領域
１０  出口領域
１５  第一の軸部材部分
１６  さらなる軸部材部分
２０  第一の軸セグメント
２１  さらなる軸セグメント
２２  溶接接合部
２３  溶接継ぎ目
２４  縁部領域部分
２５  狭開先
２６  溶接ジョイント
２９  溶接側面
３０  溶接側面
３１  垂直線
３２  開口角度
３５  溶接継ぎ目幅との比
３６  溶接層高さ
３７  個々の溶接ビードの厚さ
３８  溶接ビード
３９  溶接継ぎ目幅
４０  個々の溶接ビードの幅
４１  溶接層
【図１】
2018515707.tif 000003
【図２】
2018515707.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月7日(2017.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械（２）の軸要素（１）であって、溶接継ぎ目（２３）を用いて互いに材料的に一体に接合された少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）を備える当該軸要素において、前記少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）には、異なる化学的特性および機械的特性が備わっており、
前記溶接継ぎ目（２３）は、溶接層高さと溶接継ぎ目幅との比が、１：１４から１：２であり、
前記少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）のうちの第一の軸部材部分が、耐熱性を有する材料、１ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＮｉＷＶ、１０ＣｒＭｏＷＶＮｂＮ、１０ＣｒＭｏＶＮｂＮ、９ＣｒＭｏＣｏＢＮｂＮ、または９Ｃｒ３Ｃｏ３ＷＮｂＢＮから製造されている、軸要素。
【請求項２】
前記溶接継ぎ目（２３）が複数の溶接層（４１）を含み、当該複数の溶接層はそれぞれ、単独の溶接ビード（３８）によって作られており、それにより、個々の前記溶接ビード（３８）の調整された幾何形状を介して、それぞれ下にある前記溶接層（４１）に対して、溶接層熱処理を実施する、請求項１に記載の軸要素（１）。
【請求項３】
前記溶接継ぎ目（２３）が軸方向に向き合う二つの接合側面（２９，３０）を含み、当該接合側面はそれぞれ垂直線（３１）に対して１．５°より小さい開口角度（３２）を有し、それにより導入される熱エネルギーの浸透を制御する、請求項１または２に記載の軸要素（１）。
【請求項４】
前記少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）のうちのさらなる軸部材部分が、耐低温性を有する材料、２．０−４．０ＮｉＣｒＭｏＶ、２．０−４．０ＮｉＣｒＭｏＶ  スーパークリーン、または２ＣｒＮｉＭｏから製造されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の軸要素（１）。
【請求項５】
前記少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）のうちのさらなる軸部材部分が、低合金化された、耐熱性を有する材料、１ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＶ、または２ＣｒＭｏＮｉＷＶから製造されており、第二の材料が、１０ＣｒＭｏＷＶＮｂＮ、１０ＣｒＭｏＶＮｂＮ、９ＣｒＭｏＣｏＢＮｂＮ、または９Ｃｒ３Ｃｏ３ＷＮｂＢＮの型である、請求項１から３のいずれか一項に記載の軸要素（１）。
【請求項６】
二つの異なる材料から構成される軸要素（１）を製造するための方法であって、
当該方法において、異なる材料から成る二つの軸セグメント（２０，２１）は、溶接継ぎ目（２３）を用いて材料的に一体に互いに接合されて前記軸要素（１）となり、
前記溶接継ぎ目（２３）は、溶接層高さと溶接継ぎ目幅との比（３５）が、１：１４から１：２で作られ、
前記少なくとも二つの軸部材部分（１５，１６）のうちの第一の軸部材部分が、耐熱性を有する材料、１ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＶ、２ＣｒＭｏＮｉＷＶ、１０ＣｒＭｏＷＶＮｂＮ、１０ＣｒＭｏＶＮｂＮ、９ＣｒＭｏＣｏＢＮｂＮ、または９Ｃｒ３Ｃｏ３ＷＮｂＢＮから製造されている方法。
【請求項７】
前記溶接継ぎ目（２３）の溶接層（４１）が、単独の溶接ビード（３８）のみによって作られ、それにより、個々の前記溶接ビード（３８）の調整された幾何形状を介して、それぞれ下にある前記溶接層（４１）に対して溶接層熱処理を実施する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
一方の軸セグメント（２０，２１）は溶接の前に、少なくとも溶接側面（２９，３０）の領域内で、１００℃と３５０℃の間の予熱温度に予熱され、それにより熱流配分を改善する、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記溶接継ぎ目（２３）が、３０ｍｍ／ｍｉｎから４５０ｍｍ／ｍｉｎの溶接速度で作られる、請求項６または７に記載の方法。
【請求項１０】
前記溶接継ぎ目（２３）が、５ｋＪ／ｃｍから３０ｋＪ／ｃｍの単位長さ当たりのエネルギー入力を用いて作られる、請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶接継ぎ目（２３）が、局所的な熱処理を受ける、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
軸方向軸線（３）周りに回転する軸要素（１）を備えるターボ機械（２）であって、前記軸要素は異なる材料から成る二つの軸部材部分（１５，１６）を有し、当該二つの軸部材部分は、溶接継ぎ目（２３）により材料的に一体に互いに接合されており、
前記軸要素（１）は、請求項１から５のいずれか一項に記載の軸要素（１）である、ターボ機械。
【請求項１３】
軸方向軸線（３）周りに回転する軸要素（１）を備えるターボ機械（２）であって、前記軸要素は異なる材料から成る二つの軸部材部分（１５，１６）を有し、当該二つの軸部材部分は、溶接継ぎ目（２３）により材料的に一体に互いに接合されており、
前記軸要素（１）は、請求項６から１１のいずれか一項に記載の方法に応じて製造されている、ターボ機械。
【国際調査報告】
2018515707.tif 000005
2018515707.tif 000006
2018515707.tif 000007
2018515707.tif 000008
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