(57)【要約】【課題】一方向凝固物における比較的深い亀裂の補修方法を提供する。【解決手段】一実施形態に係る一方向凝固物の補修方法は、複数の結晶粒界が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材に対して、前記複数の結晶粒界のうち一の結晶粒界にのみ重なる開先部を形成するステップと、前記開先部に前記母材と共金であり、該母材との溶接に用いる金属により形成される溶接部を形成するステップと、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の結晶粒界が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材と、
前記母材の開先部に設けられ、前記母材と共金であり、該母材との溶接に用いる金属により形成される溶接部と、を備え、
前記溶接部は、前記複数の結晶粒界のうち一の結晶粒界にのみ重なっている
一方向凝固物。
【請求項２】
前記溶接部は、第１層と、前記第１層に対して前記開先部の深さ方向において隣接する第２層とを含み、
前記第１層及び前記第２層を形成するビードの数は、それぞれ１である
請求項１に記載の一方向凝固物。
【請求項３】
前記ビードの幅に対する前記ビードの高さの比率は、０．８以下である
請求項２に記載の一方向凝固物。
【請求項４】
前記ビードの延在方向は、前記母材における柱状晶の成長方向に沿った方向である
請求項１乃至３の何れか一項に記載の一方向凝固物。
【請求項５】
前記母材及び前記溶接部は、ニッケル基の合金、又はコバルト基の合金によって構成されている
請求項１乃至４の何れか一項に記載の一方向凝固物。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の一方向凝固物を備えるタービン動翼。
【請求項７】
複数の結晶粒界が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材に対して、前記複数の結晶粒界のうち一の結晶粒界にのみ重なる開先部を形成するステップと、
前記開先部に前記母材と共金であり、該母材との溶接に用いる金属により形成される溶接部を形成するステップと、
を備える
一方向凝固物の補修方法。
【請求項８】
前記溶接部を形成するステップは、ビードの数が１である第１層と、前記第１層に対して前記開先部の深さ方向において隣接し前記ビードの数が１である第２層とを含む前記溶接部を形成する
請求項７に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項９】
前記溶接部を形成するステップは、前記ビードの幅に対する前記ビードの高さの比率が０．８以下である前記第１層及び前記第２層を形成する
請求項８に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項１０】
前記開先部を形成するステップは、前記母材における柱状晶の成長方向に沿って延在するように前記開先部を形成し、
前記溶接部を形成するステップは、前記開先部において前記成長方向に沿って溶接することで前記溶接部を形成する
請求項７乃至９の何れか一項に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項１１】
前記溶接部を形成するステップに先立って、前記母材における前記溶接部を形成する領域の前記母材における柱状晶の成長方向の両端における両側に一対のタブを形成するステップをさらに備え、
前記開先部を形成するステップは、前記領域及び前記領域を超えて前記一対のタブに前記開先部を形成し、
前記溶接部を形成するステップは、前記一対のタブの一方から前記領域を通過して前記一対のタブの他方まで溶接することで前記開先部に前記溶接部を形成する
請求項７乃至１０の何れか一項に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項１２】
前記タブを形成するステップは、前記母材との間で熱伝導経路が形成されるように前記一対のタブを形成する
請求項１１に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項１３】
前記タブを形成するステップは、前記母材の材質とは異なる材質で前記タブを形成する
請求項１１又は１２に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項１４】
前記溶接部を形成するステップは、レーザメタルデポジション法、コールドスプレー法、又は、高速フレーム溶射法の何れかにより前記溶接部を形成する
請求項７乃至１３の何れか一項に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項１５】
前記溶接部を形成するステップは、矩形形状であって、前記母材における柱状晶の成長方向に沿った大きさよりも前記成長方向と直交する方向に沿った大きさの方が大きいビームパターンを有するレーザビームを照射することで前記溶接部を形成する
請求項１４に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項１６】
前記溶接部を形成するステップは、
ビードの数が１である第１層と、前記第１層に対して前記開先部の深さ方向において隣接し前記ビードの数が１である第２層とを含む前記溶接部を形成するとともに、
矩形形状であって、前記母材における柱状晶の成長方向と直交する方向に沿った大きさが前記母材の表面における前記開先部の幅よりも小さいビームパターンを有するレーザビームを照射することで前記第１層を形成する
請求項１４又は１５に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項１７】
前記溶接部を形成するステップは、前記母材における柱状晶の成長方向に沿ってレーザビームを走査して前記溶接部を形成する
請求項１４乃至１６の何れか一項に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項１８】
前記溶接部を形成するステップは、２０ｍｍ／分以下の走査速度で前記レーザビームを走査して前記溶接部を形成する
請求項１７に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項１９】
前記開先部を含む前記母材の少なくとも一部の被加熱領域を加熱するステップ
をさらに備え、
前記溶接部を形成するステップは、前記加熱するステップで前記被加熱領域を加熱しながら前記溶接部を形成する
請求項７乃至１８の何れか一項に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項２０】
前記溶接部を形成するステップは、ビードの数が１である第１層と、前記第１層に対して前記開先部の深さ方向において隣接し前記ビードの数が１である第２層とを含む前記溶接部を形成する
請求項１９に記載の一方向凝固物の補修方法。
【請求項２１】
請求項７乃至２０の何れか一項に記載の一方向凝固物の補修方法で補修されたタービン動翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一方向凝固物、タービン動翼及び一方向凝固物の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温環境下で使用される構造物に適した材料として一方向凝固物が知られている。一方向凝固物は従来の鋳造合金に比べてクリープ破断耐用温度や疲労寿命が大幅に向上でき、ガスタービンや航空機エンジンのタービン翼等に用いられる。
しかし、このような一方向凝固物を使用したタービン翼等であっても、タービン翼等の使用によって亀裂が生じることがある。そのため、亀裂が生じたタービン翼等を補修する必要がある。
例えば特許文献１には、結晶構造が一方向や単結晶に制御された耐熱合金部材の補修方法が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８８５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、一方向凝固物によるタービン動翼では、プラットフォーム部分のように比較的応力が高く疲労亀裂が生じ易い部分では、一方向凝固物の柱状晶同士の結晶粒界に比較的深い亀裂が生じ易い。
そのため、上述したような比較的深い亀裂の補修方法が望まれている。
【０００５】
しかし、上述した特許文献１に記載された耐熱合金部材の補修方法では、亀裂の深さが２ｍｍ程度と比較的浅い亀裂の補修方法が開示されているものの、より深い亀裂の補修方法については開示されていない。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、一方向凝固物における比較的深い亀裂の補修方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向凝固物は、
複数の結晶粒界が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材と、
前記母材の開先部に設けられ、前記母材と共金であり、該母材との溶接に用いる金属により形成される溶接部と、を備え、
前記溶接部は、前記複数の結晶粒界のうち一の結晶粒界にのみ重なっている。
【０００８】
例えば、上記一の結晶粒界に生じていた亀裂を補修するために、上記一の結晶粒界ではない他の結晶粒界にも重なるように溶接部を形成すると、上記他の結晶粒界が亀裂のない健全な結晶粒界であったとしても、例えば溶接部形成時の熱の影響等のような溶接部の形成による影響を受ける等して上記他の結晶粒界に亀裂が生じ易くなるおそれがある。
その点、上記（１）の構成によれば、溶接部が上記他の結晶粒界には重なっていないので、上記他の結晶粒界が溶接部の形成による影響を受けることを抑制できる。
また、例えば、溶接性をよくするために母材とは異なる合金材料を用いて溶接部を形成した場合、溶接部における強度が母材の強度よりも大幅に低下するおそれがある。
その点、上記（１）の構成によれば、溶接部が母材と共金であるので、一方向凝固物の強度を確保できる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記溶接部は、第１層と、前記第１層に対して前記開先部の深さ方向において隣接する第２層とを含み、
前記第１層及び前記第２層を形成するビードの数は、それぞれ１である。
【００１０】
開先部の深さ方向に複数層にわたって溶接する多層溶接の場合、各層におけるビード数が多くなるほど、開先部の周囲に溶接時の熱の影響を与える機会が増えてしまう。
その点、上記（２）の構成によれば、第１層及び第２層はそれぞれビード数が１であるので、開先部の周囲に与える溶接時の熱の影響を抑制できる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、前記ビードの幅に対する前記ビードの高さの比率は、０．８以下である。
【００１２】
上記（２）の構成のように、各層におけるビード数が１である場合、それぞれのビードは、底面が母材又は下層のビードと接し、両側面が母材に接する。そのため、溶融しているビードが冷却されて固化する過程では、ビードが有する熱エネルギーが底面及び両側面から周囲に伝達されることでビードが冷却される。
ここで、ビードの幅に対するビードの高さの比率が大きくなるほど、ビードの底面の面積に対してビードの側面の面積が大きくなる。そのため、ビードの幅に対するビードの高さの比率が大きくなるほど、ビードが有する熱エネルギーは、底面よりも両側面から周囲に伝達され易くなる。
ビードが固化する過程では、温度が低下し易い領域から先に固化し始め、温度が低下し難い領域が後から固化することとなる。そのため、ビードの幅に対するビードの高さの比率が大きくなるほど、ビードが両側面から幅方向の中央に向かって固化が進み易くなる。逆に、ビードの幅に対するビードの高さの比率が小さくなるほど、ビードが底面から上面に向かって固化が進み易くなる。
ビードの両側面から幅方向の中央に向かってビードの固化が進む場合、ビードの固化に伴ってビードが収縮しようとして熱応力が生じると幅方向中央近傍の液相部が開口してしまい、凝固割れが生じるおそれがある。このような凝固割れを防ぐためには、ビードの幅に対するビードの高さの比率を小さくして、ビードが底面から上面に向かって固化が進み易くなるようにすることが望ましい。
発明者らが鋭意検討した結果、上記（２）の構成のように、各層におけるビード数が１である場合、ビードの幅に対するビードの高さの比率が０．８以下であると、上述したような凝固割れを抑制できることが判明した。
したがって、上記（３）の構成によれば、上述したような凝固割れを抑制できる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、前記ビードの延在方向は、前記母材における柱状晶の成長方向に沿った方向である。
【００１４】
溶接部形成前の一方向凝固物に上記一の結晶粒界に沿った亀裂が生じていた場合には、上記（４）の構成のように、ビードの延在方向が母材における柱状晶の成長方向に沿った方向であれば、ビードの延在方向は該亀裂の延在方向と同じ方向となる。したがって、上記（４）の構成によれば、ビードの延在方向は、該亀裂の補修に適した方向となる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記母材及び前記溶接部は、ニッケル基の合金、又はコバルト基の合金によって構成されている。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、母材及び溶接部をニッケル基の合金、又はコバルト基の合金によって構成することで、一方向凝固物の高温強度を確保できる。
【００１７】
（６）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン動翼は、上記（１）乃至（５）の何れかの構成の一方向凝固物を備えるので、上記他の結晶粒界が溶接部の形成による影響を受けることを抑制できる。
また、上記（６）の構成によれば、溶接部が母材と共金であるので、タービン動翼の強度を確保できる。
【００１８】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向凝固物の補修方法は、
複数の結晶粒界が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材に対して、前記複数の結晶粒界のうち一の結晶粒界にのみ重なる開先部を形成するステップと、
前記開先部に前記母材と共金であり、該母材との溶接に用いる金属により形成される溶接部を形成するステップと、
を備える。
【００１９】
上述したように、例えば、上記一の結晶粒界に生じていた亀裂を補修するために、上記一の結晶粒界ではない他の結晶粒界にも重なるように開先部及び溶接部を形成すると、上記他の結晶粒界が亀裂のない健全な結晶粒界であったとしても、例えば溶接部形成時の熱の影響等のような溶接部の形成による影響を受ける等して上記他の結晶粒界に亀裂が生じ易くなるおそれがある。
その点、上記（７）の方法によれば、溶接部が上記他の結晶粒界には重ならないので、上記他の結晶粒界が溶接部の形成による影響を受けることを抑制できる。
また、上述したように、例えば、溶接性をよくするために母材とは異なる合金材料を用いて溶接部を形成した場合、溶接部における強度が母材の強度よりも大幅に低下するおそれがある。
その点、上記（７）の方法によれば、溶接部が母材と共金であるので、補修後の一方向凝固物の強度を確保できる。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の方法において、前記溶接部を形成するステップは、ビードの数が１である第１層と、前記第１層に対して前記開先部の深さ方向において隣接し前記ビードの数が１である第２層とを含む前記溶接部を形成する。
【００２１】
上述したように、開先部の深さ方向に複数層にわたって溶接する多層溶接の場合、各層におけるビード数が多くなるほど、開先部の周囲に溶接時の熱の影響を与える機会が増えてしまう。
その点、上記（８）の方法によれば、第１層及び第２層はそれぞれビード数が１であるので、開先部の周囲に与える溶接時の熱の影響を抑制できる。
【００２２】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の方法において、前記溶接部を形成するステップは、前記ビードの幅に対する前記ビードの高さの比率が０．８以下である前記第１層及び前記第２層を形成する。
【００２３】
上述したように、各層におけるビード数が１である場合、ビードの幅に対するビードの高さの比率が０．８以下であると、上述したような凝固割れを抑制できることが判明した。
したがって、上記（９）の方法によれば、上述したような凝固割れを抑制できる。
【００２４】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（９）の何れかの方法において、
前記開先部を形成するステップは、前記母材における柱状晶の成長方向に沿って延在するように前記開先部を形成し、
前記溶接部を形成するステップは、前記開先部において前記成長方向に沿って溶接することで前記溶接部を形成する。
【００２５】
溶接部形成前の一方向凝固物に上記一の結晶粒界に沿った亀裂が生じていた場合には、上記（１０）の方法のように、開先部の延在方向が母材における柱状晶の成長方向に沿った方向であれば、開先部及び溶接部の延在方向は該亀裂の延在方向と同じ方向となる。したがって、上記（１０）の方法によれば、該亀裂の補修に適した補修方法となる。
【００２６】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１０）の何れかの方法において、
前記溶接部を形成するステップに先立って、前記母材における前記溶接部を形成する領域の前記母材における柱状晶の成長方向の両端における両側に一対のタブを形成するステップをさらに備え、
前記開先部を形成するステップは、前記領域及び前記領域を超えて前記一対のタブに前記開先部を形成し、
前記溶接部を形成するステップは、前記一対のタブの一方から前記領域を通過して前記一対のタブの他方まで溶接することで前記開先部に前記溶接部を形成する。
【００２７】
溶接の１つのパスにおける溶接開始位置及び溶接終了位置、すなわちビードの両端部では、溶接を開始する又は終了することにより、両端部以外の部分とは溶接時における入熱の状態が異なる。また、ビードの両端部では、ビードの延在方向における両端部の外側にはビードが存在しないため、両端部以外の部分とは冷却時の熱エネルギーの逃げ方が異なる。そのため、ビードの両端部近傍では、割れが生じ易かったり、強度が確保し難くなる等のおそれがある。
その点、上記（１１）の方法によれば、上記一対のタブの一方から上記領域を通過して上記一対のタブの他方まで溶接するので、上記一対のタブにビードの両端が位置し、母材における溶接部を形成する領域には、ビードの両端部以外の部分が位置することになる。したがって、上記領域における溶接部の強度を確保できる。
【００２８】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の方法において、前記タブを形成するステップは、前記母材との間で熱伝導経路が形成されるように前記一対のタブを形成する。
【００２９】
タブと母材との間の熱伝導経路の形成が不十分であると、タブに溶接部を形成しているときに、溶接による熱エネルギーの母材への伝達が不十分となって、タブの温度が過剰に上昇してしまうおそれがあり、溶接条件によっては、タブが溶け落ちてしまうおそれがある。
その点、上記（１２）の方法によれば、溶接による熱エネルギーが母材へ十分に伝達可能となるので、タブの過剰な温度上昇を抑制できる。
【００３０】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１１）又は（１２）の方法において、前記タブを形成するステップは、前記母材の材質とは異なる材質で前記タブを形成する。
【００３１】
上記（１３）の方法によれば、タブを形成し易い材料を用いることで、タブの形成が容易となる。
【００３２】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１３）の何れかの方法において、前記溶接部を形成するステップは、レーザメタルデポジション法、コールドスプレー法、又は、高速フレーム溶射法の何れかにより前記溶接部を形成する。
【００３３】
上記（１４）の方法によれば、母材が難溶接性の材料であっても、開先部に母材と共金である溶接部を設けることができる。
【００３４】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）の方法において、前記溶接部を形成するステップは、矩形形状であって、前記母材における柱状晶の成長方向に沿った大きさよりも前記成長方向と直交する方向に沿った大きさの方が大きいビームパターンを有するレーザビームを照射することで前記溶接部を形成する。
【００３５】
発明者らが鋭意検討した結果、レーザメタルデポジション法における入熱量が多すぎると、形成するビードの下の母材や下層のビードが必要以上に溶融してしまうため、入熱量は過剰にならないように抑制することが望ましい。そのためには、ビードの位置におけるレーザビームの走査方向のパターンの大きさを抑制するか、走査速度を速くすることが考えられる。
しかし、走査速度を速くすると、形成後のビードからレーザビームが短時間で離れてしまうため、形成後のビードの冷却速度が速くなり、ビードにおける熱応力が高くなる傾向にある。そのため、走査速度は遅くすることが望ましい。また、上述したように、入熱量の観点から、走査速度を遅くするのであれば、ビードの位置におけるレーザビームの走査方向のパターンの大きさを抑制することが望ましい。
したがって、レーザビームの走査方向が上記成長方向と同じ方向であれば、ビームパターンの形状を上記（１５）の方法による形状とすることで、ビードの熱応力を抑制しつつ、形成するビードの下の母材や下層のビードが必要以上に溶融してしまうことを抑制でき、補修後の一方向凝固物の強度を確保できる。
【００３６】
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１４）又は（１５）の方法において、
前記溶接部を形成するステップは、
ビードの数が１である第１層と、前記第１層に対して前記開先部の深さ方向において隣接し前記ビードの数が１である第２層とを含む前記溶接部を形成するとともに、
矩形形状であって、前記母材における柱状晶の成長方向と直交する方向に沿った大きさが前記母材の表面における前記開先部の幅よりも小さいビームパターンを有するレーザビームを照射することで前記第１層を形成する。
【００３７】
上記（１６）の方法によれば、第１層の形成時にレーザビームを照射する必要のない母材の表面における開先部の外側の領域をレーザビームで照射してしまうことを防止できる。
【００３８】
（１７）幾つかの実施形態では、上記（１４）乃至（１６）の何れかの方法において、前記溶接部を形成するステップは、前記母材における柱状晶の成長方向に沿ってレーザビームを走査して前記溶接部を形成する。
【００３９】
一方向凝固物に上記一の結晶粒界に沿った亀裂が生じていた場合には、上記（１７）の方法のように、レーザビームの走査方向が母材における柱状晶の成長方向に沿った方向であれば、レーザビームの走査方向、すなわちビードの延在方向は該亀裂の延在方向と同じ方向となる。したがって、上記（１７）の方法によれば、レーザビームの走査方向は、該亀裂の補修に適した方向となる。
【００４０】
（１８）幾つかの実施形態では、上記（１７）の方法において、前記溶接部を形成するステップは、２０ｍｍ／分以下の走査速度で前記レーザビームを走査して前記溶接部を形成する。
【００４１】
上述したように、ビードにおける熱応力抑制の観点から、レーザビームの走査速度は遅くすることが望ましい。
発明者らが鋭意検討した結果、２０ｍｍ／分以下の走査速度でレーザビームを走査して上記溶接部を形成するとよいことが判明した。
したがって、上記（１８）の方法によれば、ビードの熱応力を抑制でき、補修後の一方向凝固物の強度を確保できる。
【００４２】
（１９）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１８）の何れかの方法において、
前記開先部を含む前記母材の少なくとも一部の被加熱領域を加熱するステップ
をさらに備え、
前記溶接部を形成するステップは、前記加熱するステップで前記被加熱領域を加熱しながら前記溶接部を形成する。
【００４３】
上記（１９）の方法によれば、被加熱領域を加熱することで被加熱領域の強度を一時的に低下させることができる。したがって、被加熱領域を加熱しながら溶接部を形成することで、溶接部に生じる応力を低減できる。
【００４４】
（２０）幾つかの実施形態では、上記（１９）の方法において、前記溶接部を形成するステップは、ビードの数が１である第１層と、前記第１層に対して前記開先部の深さ方向において隣接し前記ビードの数が１である第２層とを含む前記溶接部を形成する。
【００４５】
上記（２０）の方法によれば、第１層及び第２層に生じる応力を低減できる。
【００４６】
（２１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン動翼は、上記（７）乃至（２０）の何れかの方法の一方向凝固物の補修方法で補修されているので、上記他の結晶粒界が溶接部の形成による影響を受けることを抑制できる。
また、上記（２１）の構成によれば、溶接部が母材と共金であるので、タービン動翼の強度を確保できる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、一方向凝固物における比較的深い亀裂を補修できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の一例を示す斜視模式図である。
【図２】図１のＡ矢視図、該Ａ矢視図のＢＩＩ矢視図、及び該Ａ矢視図のＣＩＩ−ＣＩＩ矢視図を併記した図である。
【図３】幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】一対のタブについて説明するための図である。
【図５】図４に示したタービン動翼に対して開先部を形成した後のタービン動翼を示す図である。
【図６】図１におけるＡ矢視図に相当する図であり、被加熱領域の一例を示す図である。
【図７】開先部に第１層を形成した後の状態を示す図である。
【図８】開先部に第２層を形成した後の状態を示す図である。
【図９】開先部に第３層を形成した後の状態を示す図である。
【図１０】実施形態に係る一方向凝固物の補修方法に沿って溶接部を形成した試験片についての高温ＬＣＦ（低サイクル疲労）試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００５０】
図１は、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の一例を示す斜視模式図である。図１に示したように、一方向凝固物１は、タービン動翼１Ａであり、翼部２と、プラットフォーム３と、シャンク４と、翼根５とを備えている。図１に示したタービン動翼１Ａは、ニッケル基の一方向凝固合金によって鋳造により一体構造とされている。なお、図１に示したタービン動翼１Ａは、コバルト基の一方向凝固合金によって鋳造により一体構造とされていてもよい。
図１に示したタービン動翼１Ａでは、図示上下方向である翼長方向に延在する複数の柱状晶６を有する。すなわち、図１に示したタービン動翼１Ａでは、複数の結晶粒界８が一方向に並んでいる。
なお、タービン動翼１Ａがガスタービン動翼の場合、該動翼の大きさ（図１における上下方向の全体長さ）は、一般的には１５０〜５００ｍｍ程度である。また、結晶粒界８同士の間隔は、一般的には１０ｍｍ程度である。
【００５１】
タービン動翼、特に発電用ガスタービンに適用されるタービン動翼は、高温で使用され、かつタービンの起動停止によって温度の昇降が伴う。そのため、長期間の使用による熱疲労によってタービン動翼に亀裂が生じるおそれがある。この場合、図１に示したようなタービン動翼１Ａでは、結晶粒界８に沿って比較的深い亀裂が生じるおそれがある。ここで、比較的深い亀裂とは、例えば亀裂深さが２ｍｍ以上の亀裂のことである。
【００５２】
図２は、図１のＡ矢視図、該Ａ矢視図のＢＩＩ矢視図、及び該Ａ矢視図のＣＩＩ−ＣＩＩ矢視図を併記した図である。なお、図２は、例えば図１に示したタービン動翼１Ａにおいて、不図示のタービンロータの周方向におけるプラットフォーム３の端面３ａに、亀裂１１が生じた場合について示した図である。なお、この亀裂１１は、結晶粒界８に生じた亀裂であって、その深さ方向が周方向に沿っているものとする。
【００５３】
以下の説明では、図２に示したように、プラットフォーム３の端面３ａに、亀裂１１が生じた場合に、この亀裂１１を補修する方法について説明する。
【００５４】
図３は、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法の処理手順を示すフローチャートである。幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法は、タブ形成ステップＳ１０と、開先部形成ステップＳ３０と、予熱ステップＳ５０と、溶接ステップＳ１００と、タブ取り外しステップＳ７０と、熱処理ステップＳ９０と備えている。
【００５５】
（タブ形成ステップＳ１０）
タブ形成ステップＳ１０は、後述する溶接ステップＳ１００に先立って、図４に示すように、補修対象の母材１３における溶接部を形成する領域（溶接領域）５５の柱状晶６の成長方向の両端における両側に一対のタブ２１、２２を形成するステップである。図１に示したタービン動翼１Ａでは、タブ形成ステップＳ１０において、図４に示すように、プラットフォーム３の亀裂の延在方向の両側からプラットフォーム３を挟むように、すなわち、翼長方向の両端からプラットフォーム３を挟むように、一対のタブ２１、２２を形成する。なお、図４は、一対のタブ２１、２２について説明するための図であり、図１のＡ矢視図に相当する図、該図のＢＩＶ矢視図及びＣＩＶ−ＣＩＶ矢視図を併記した図である。
また、タブ形成ステップＳ１０では、母材１３であるプラットフォーム３との間で熱伝導経路が形成されるように一対のタブ２１、２２を形成する。
このようなタブ２１、２２を形成する理由については、後で説明する。
【００５６】
なお、タブ形成ステップＳ１０では、母材１３の材質とは異なる材質でタブ２１、２２を形成してもよい。これにより、タブの形成が容易となる。
【００５７】
幾つかの実施形態では、タブ２１、２２は、例えばレーザメタルデポジション法により形成する。なお、幾つかの実施形態では、タブ２１、２２は、タブ２１、２２の形状を有する部材を溶接によってタービン動翼１Ａに取り付けてもよく、コールドスプレー法や高速フレーム溶射法等の溶射によってタブ２１、２２を形成してもよい。
タブ２１、２２の形状を有する部材を溶接によってタービン動翼１Ａに取り付けるのであれば、大掛かりな設備が不要であり、費用や施工に要する時間の面で有利である。
コールドスプレー法や高速フレーム溶射法によってタブ２１、２２を形成するのであれば、タブ２１、２２を構成する材料が母材であるタービン動翼１Ａにおいて希釈されることを抑制できるとともに、施工によるタービン動翼１Ａの割れを抑制できる。
また、コールドスプレー法によってタブ２１、２２を形成するのであれば、タブ２１、２２の形成時にタービン動翼１Ａに熱影響部が生じることがないので、タービン動翼１Ａの強度に対する影響がない。
【００５８】
（開先部形成ステップＳ３０）
開先部形成ステップＳ３０は、複数の結晶粒界８が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材１３に対して、複数の結晶粒界８のうち一の結晶粒界にのみ重なる開先部３１を形成するステップである。
図５は、図４に示したタービン動翼１Ａに対して、複数の結晶粒界８のうち、亀裂１１が生じた一の結晶粒界８ａにのみ重なる開先部３１ａ（図２参照）を形成した後のタービン動翼１Ａを示す図である。
【００５９】
図２に示すように、例えば、一の結晶粒界８ａに生じた亀裂１１を補修するために、該一の結晶粒界８ａではない他の結晶粒界８ｂにも重なるように開先部３１ｂ及び後述する溶接部５０を形成すると、該他の結晶粒界８ｂが亀裂のない健全な結晶粒界であったとしても、例えば溶接部５０形成時の熱の影響等のような溶接部５０の形成による影響を受ける等して該他の結晶粒界８ｂに亀裂が生じ易くなるおそれがある。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、溶接部５０が該他の結晶粒界８ｂには重ならないので、該他の結晶粒界８ｂが溶接部５０の形成による影響を受けることを抑制できる。
【００６０】
開先部形成ステップＳ３０では、柱状晶６の成長方向、すなわち、翼長方向に沿って延在するように開先部３１を形成する。
例えば図１、２に示したように、タービン動翼１Ａに上記一の結晶粒界８ａに沿った亀裂１１が生じていた場合には、開先部３１の延在方向が柱状晶６の成長方向に沿った方向であれば、開先部３１及び後述する溶接部５０の延在方向は該亀裂１１の延在方向と同じ方向となる。したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、該亀裂１１の補修に適した補修方法となる。
【００６１】
開先部形成ステップＳ３０では、図５に示すように、補修の対象であるプラットフォーム３だけでなく、一対のタブ２１、２２にも開先部３１を形成する。すなわち、開先部形成ステップＳ３０では、溶接領域５５及び溶接領域５５を超えて一対のタブ２１、２２に開先部３１を形成する。
【００６２】
（予熱ステップＳ５０）
予熱ステップＳ５０は、図６に示すように、開先部３１を含む母材１３の少なくとも一部の被加熱領域４０を加熱するステップである。
図６は、図１におけるＡ矢視図に相当する図であり、被加熱領域４０の一例を示す図である。
被加熱領域４０を加熱することで被加熱領域４０の強度を一時的に低下させることができる。したがって、被加熱領域４０を加熱しながら後述する溶接部５０を形成することで、溶接部５０に生じる応力を低減できる。
予熱ステップＳ５０では、被加熱領域４０の温度が９００℃以上１０００℃以下で維持されるように被加熱領域４０を加熱する。
なお、予熱ステップＳ５０では、例えば被加熱領域４０をその周囲から囲むような形状に巻かれた高周波誘導加熱用のコイル（不図示）を用いることで、被加熱領域４０を効率的に加熱できる。また、例えば被加熱領域４０の周囲を取り囲むような形状に巻かれた高周波誘導加熱用のコイルを用いることで、巻かれているコイルの間をレーザビームが通過でき、溶接部５０の形成時にレーザビームとコイルとの干渉を防止できる。
【００６３】
（溶接ステップＳ１００）
溶接ステップＳ１００は、図７〜図９に示すように、開先部３１に母材１３と共金であり、該母材１３との溶接に用いる金属により形成される溶接部５０を形成するステップである。
なお、図７は、開先部３１に後述する第１層５１を形成した後の状態を示す図である。図８は、開先部３１に後述する第２層５２を形成した後の状態を示す図である。図９は、開先部３１に後述する第３層５３を形成した後の状態を示す図である。
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、上述したように、溶接部５０が上述した他の結晶粒界８ｂには重ならないので、該他の結晶粒界８ｂが溶接部５０の形成による影響を受けることを抑制できる。
また、例えば、溶接性をよくするために母材１３とは異なる合金材料を用いて溶接部５０を形成した場合、溶接部５０における強度が母材１３の強度よりも大幅に低下するおそれがある。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、溶接部５０が母材１３と共金であるので、補修後の一方向凝固物１であるタービン動翼１Ａの強度を確保できる。
なお、溶接部５０が母材１３と共金であるということは、溶接部５０の材種と母材１３の材種が同じであることの他に、溶接部５０の形成に用いられる材料において、例えば溶接時の揮発を考慮したことによって成分の比率が母材における成分の比率と異なっている場合も含むものとする。
成分組成の一例を挙げて説明すると、溶接部５０が母材１３と共金であるということは、溶接部５０及び母材１３の何れもが、成分組成として、質量％で、Ｃｏ：５〜１２％、Ｃｒ：５〜１２％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｗ：３．０〜６．０％、Ａｌ：５．５〜７．２％、Ｔｉ：１．０〜３．０％、Ｔａ：１．５〜６．０％、Ｒｅ：０〜２．０％、Ｃ：０．０１〜０．２０％を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなる場合を含んでいる。なお、溶接部５０又は母材１３の少なくとも何れか一方は、上記の各成分のほか、必要に応じて、Ｂ：０．００５〜０．０３０％、Ｈｆ：０．０１〜０．１５％、Ｚｒ：０．００１〜０．０２％のうちの１種又は２種以上を含有していてもよい。
【００６４】
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、母材１３及び溶接部５０は、ニッケル基の合金、又はコバルト基の合金によって構成される。これにより、母材及び溶接部をニッケル基の合金、又はコバルト基の合金によって構成することで、一方向凝固物の高温強度を確保できる。
【００６５】
溶接ステップＳ１００では、ビード６１の数が１である第１層５１と、第１層５１に対して開先部３１の深さ方向において隣接しビード６２の数が１である第２層５２とを含む溶接部５０を形成する。なお、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップＳ１００において、第２層５２に対して開先部３１の深さ方向において隣接しビード６３の数が１である第３層５３をさらに形成する。
【００６６】
開先部３１の深さ方向に複数層にわたって溶接する多層溶接の場合、各層におけるビード数が多くなるほど、開先部３１の周囲に溶接時の熱の影響を与える機会が増えてしまう。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、第１層５１、第２層５２及び第３層５３はそれぞれビード数が１であるので、開先部３１の周囲に与える溶接時の熱の影響を抑制できる。
なお、溶接部５０における層数は、上述した３層に限定されず、開先部３１の深さ、すなわち亀裂１１の深さに応じで１層又は２層であってもよく、４層以上であってもよい。
【００６７】
溶接ステップＳ１００では、レーザメタルデポジション法により溶接部５０を形成する。
これにより、母材１３が難溶接性の材料であっても、開先部３１に母材１３と共金である溶接部５０を設けることができる。
また、溶接の熱源にレーザビームや電子ビーム等を用いることで、例えばＴＩＧ溶接等と比べて、溶接時において溶接部５０への入熱が安定するので、溶接部５０の強度等の性能のばらつきを抑制できる。
【００６８】
溶接ステップＳ１００では、上述したように、予熱ステップＳ５０で被加熱領域４０を加熱しながら溶接部５０を形成する。また、溶接ステップＳ１００では、予熱ステップＳ５０による予熱を継続した状態で、第１層５１と、第２層５２と、第３層５３とを含む溶接部５０を形成する。
したがって、第１層５１から第３層５３に生じる応力を低減できる。
なお、第３層５３の形成後、予熱ステップＳ５０による予熱を終了する。
【００６９】
溶接ステップＳ１００では、開先部３１において開先部３１の延在方向、すなわち柱状晶６の成長方向に沿って溶接することで溶接部５０を形成する。
上述したように、溶接部５０形成前の一方向凝固物１であるタービン動翼１Ａに上記一の結晶粒界８ａに沿った亀裂１１が生じていた場合には、開先部３１の延在方向が柱状晶６の成長方向に沿った方向であれば、開先部３１及び溶接部５０の延在方向は該亀裂１１の延在方向と同じ方向となる。したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、該亀裂の補修に適した補修方法となる。
【００７０】
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップＳ１００において、一対のタブの一方（例えばタブ２１）から溶接領域５５を通過して一対のタブの他方（例えばタブ２２）まで溶接することで開先部３１に溶接部５０を形成する。
溶接の１つのパスにおける溶接開始位置及び溶接終了位置、すなわちビード６１〜６３の両端部６１ａ、６２ａ、６３ａでは、溶接を開始する又は終了することにより、両端部６１ａ、６２ａ、６３ａ以外の部分とは溶接時における入熱の状態が異なる。また、両端部６１ａ、６２ａ、６３ａでは、ビード６１〜６３の延在方向における両端部６１ａ、６２ａ、６３ａの外側にはビード６１〜６３が存在しないため、両端部６１ａ、６２ａ、６３ａ以外の部分とは冷却時の熱エネルギーの逃げ方が異なる。そのため、両端部６１ａ、６２ａ、６３ａ近傍では、割れが生じ易かったり、強度が確保し難くなる等のおそれがある。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、一対のタブ２１、２２の一方から溶接領域５５を通過して一対のタブ２１、２２の他方まで溶接するので、一対のタブ２１、２２にビード６１〜６３の両端が位置し、母材１３における溶接部５０を形成する領域（溶接領域５５）には、ビード６１〜６３の両端部６１ａ、６２ａ、６３ａ以外の部分が位置することになる。したがって、溶接領域５５における溶接部５０の強度を確保できる。
【００７１】
また、例えば、上述したように、プラットフォーム３を溶接で補修する場合、プラットフォーム３の端面３ａと翼部２との間、及び、プラットフォーム３の端面３ａとシャンク４との間、すなわち溶接領域５５の両端位置において段差が存在する。そのため、レーザメタルデポジション法により溶接部５０を形成する際に、溶接領域５５の両端近傍において肉盛りがし難くなる。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、溶接領域５５の両端位置にタブ２１、２２を形成したので、上述したように、一対のタブ２１、２２の一方から溶接領域５５を通過して一対のタブ２１、２２の他方まで溶接することができ、上述した段差に起因する肉盛りの困難性を解消できる。
【００７２】
上述したように、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、母材１３であるプラットフォーム３との間で熱伝導経路が形成されるように一対のタブ２１、２２が形成されている。
タブ２１、２２と母材１３との間の熱伝導経路の形成が不十分であると、タブ２１、２２に溶接部５０を形成しているときに、溶接による熱エネルギーの母材１３への伝達が不十分となって、タブ２１、２２の温度が過剰に上昇してしまうおそれがあり、溶接条件によっては、タブ２１、２２が溶け落ちてしまうおそれがある。
その点、上幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、溶接による熱エネルギーが母材１３へ十分に伝達可能となるので、タブ２１、２２の過剰な温度上昇を抑制できる。
【００７３】
（ビード６１、６２、６３の形状について）
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップＳ１００において、ビード６１、６２の幅ｗに対するビード６１、６２の高さｈの比率（ｈ／ｗ）が０．８以下である第１層５１及び第２層５２を形成する（図７参照）。なお、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップＳ１００において、ビード６３の幅ｗに対するビード６３の高さｈの比率（ｈ／ｗ）が０．８以下である第３層５３を形成する。
【００７４】
上述したように、各層５１、５２、５３におけるビード数が１である場合、それぞれのビード６１、６２、６３は、底面が母材１３又は下層のビードと接し、両側面が母材１３に接する。そのため、溶融しているビード６１、６２、６３が冷却されて固化する過程では、ビード６１、６２、６３が有する熱エネルギーが底面及び両側面から周囲に伝達されることでビード６１、６２、６３が冷却される。
ここで、上記比率（ｈ／ｗ）が大きくなるほど、ビード６１、６２、６３の底面の面積に対してビード６１、６２、６３の側面の面積が大きくなる。そのため、上記比率（ｈ／ｗ）が大きくなるほど、ビード６１、６２、６３が有する熱エネルギーは、底面よりも両側面から周囲に伝達され易くなる。
ビード６１、６２、６３が固化する過程では、温度が低下し易い領域から先に固化し始め、温度が低下し難い領域が後から固化することとなる。そのため、上記比率（ｈ／ｗ）が大きくなるほど、ビード６１、６２、６３が両側面から幅方向の中央に向かって固化が進み易くなる。逆に、上記比率（ｈ／ｗ）が小さくなるほど、ビード６１、６２、６３が底面から上面に向かって固化が進み易くなる。
ビード６１、６２、６３の両側面から幅方向の中央に向かってビード６１、６２、６３の固化が進む場合、ビード６１、６２、６３の固化に伴ってビード６１、６２、６３が収縮しようとして熱応力が生じると幅方向中央近傍の液相部が開口してしまい、凝固割れが生じるおそれがある。このような凝固割れを防ぐためには、上記比率（ｈ／ｗ）を小さくして、ビード６１、６２、６３が底面から上面に向かって固化が進み易くなるようにすることが望ましい。
発明者らが鋭意検討した結果、上述したように各層５１、５２、５３におけるビード数が１である場合、上記比率（ｈ／ｗ）が０．８以下であると、上述したような凝固割れを抑制できることが判明した。
したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、上述したような凝固割れを抑制できる。
【００７５】
（レーザビームのビームパターンについて）
上述したように、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、レーザメタルデポジション法により溶接部５０を形成する。以下、各層５１、５２、５３の形成時におけるビームパターンについて、図７から図９を参照して説明する。
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップＳ１００において、矩形形状であって、柱状晶６の成長方向、すなわち翼長方向に沿った大きさよりも翼長方向と直交する方向に沿った大きさの方が大きいビームパターン７０を有するレーザビームを照射することで溶接部５０を形成する。
【００７６】
発明者らが鋭意検討した結果、レーザメタルデポジション法における入熱量が多すぎると、形成するビードの下の母材１３や下層のビードが必要以上に溶融してしまうため、入熱量は過剰にならないように抑制することが望ましい。そのためには、ビード６１、６２、６３の位置におけるレーザビームの走査方向のパターンの大きさを抑制するか、走査速度を速くすることが考えられる。
しかし、走査速度を速くすると、形成後のビード６１、６２、６３からレーザビームが短時間で離れてしまうため、形成後のビード６１、６２、６３の冷却速度が速くなり、ビード６１、６２、６３における熱応力が高くなる傾向にある。そのため、走査速度は遅くすることが望ましい。また、上述したように、入熱量の観点から、走査速度を遅くするのであれば、ビード６１、６２、６３の位置におけるレーザビームの走査方向のパターンの大きさを抑制することが望ましい。
したがって、レーザビームの走査方向が翼長方向と同じ方向であれば、ビームパターン７０の形状を、矩形形状であって、翼長方向に沿った大きさよりも翼長方向と直交する方向に沿った大きさの方が大きくなるようにすることで、ビード６１、６２、６３の熱応力を抑制しつつ、形成するビードの下の母材や下層のビードが必要以上に溶融してしまうことを抑制でき、補修後の一方向凝固物１の強度を確保できる。
【００７７】
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップＳ１００において、図７に示すように、矩形形状であって、翼長方向と直交する方向に沿った大きさが母材１３の表面における開先部３１の幅Ｗｏよりも小さいビームパターン７１を有するレーザビームを照射することで第１層５１を形成する。同様に、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップＳ１００において、図８に示すように、矩形形状であって、翼長方向と直交する方向に沿った大きさが母材１３の表面における開先部３１の幅Ｗｏよりも小さいビームパターン７１を有するレーザビームを照射することで第２層５２を形成する。
これにより、第１層５１及び第２層５２の形成時にレーザビームを照射する必要のない母材１３の表面における開先部３１の外側の領域をレーザビームで照射してしまうことを防止できる。
【００７８】
なお、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップＳ１００において、図９に示すように、矩形形状であって、翼長方向と直交する方向に沿った大きさが母材１３の表面における開先部３１の幅Ｗｏよりも大きいビームパターン７２を有するレーザビームを照射することで第３層５３を形成する。
【００７９】
また、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、上述したような矩形形状のビームパターン７０のパターン内の位置によらず、レーザビームの強度ができるだけ一定であることが望ましい。このようなビームパターン７０を有するレーザビームによって溶接部５０を形成することで、母材１３及びビード６１、６２、６３の溶融状態がその位置によらず安定化するので、溶接部５０の強度等の性能のばらつきを抑制できる。
なお、このようなビームパターン７０を形成するため、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、ビームホモジナイザを用いてもよい。
【００８０】
（レーザビームの走査について）
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップＳ１００において、図７〜９における矢印Ｆで示すように、柱状晶６の成長方向、すなわち翼長方向に沿ってレーザビームを走査して溶接部５０を形成する。
一方向凝固物１に上記一の結晶粒界８ａに沿った亀裂１１が生じていた場合には、レーザビームの走査方向が柱状晶６の成長方向に沿った方向であれば、レーザビームの走査方向、すなわちビード６１、６２、６３の延在方向は該亀裂１１の延在方向と同じ方向となる。したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、レーザビームの走査方向は、該亀裂１１の補修に適した方向となる。
【００８１】
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップＳ１００において、２０ｍｍ／分以下の走査速度でレーザビームを走査して溶接部５０を形成する。
上述したように、ビード６１、６２、６３における熱応力抑制の観点から、レーザビームの走査速度は遅くすることが望ましい。
発明者らが鋭意検討した結果、２０ｍｍ／分以下、より望ましくは１０ｍｍ／分以下の走査速度でレーザビームを走査して溶接部５０を形成するとよいことが判明した。
したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、ビード６１、６２、６３の熱応力を抑制でき、補修後の一方向凝固物１の強度を確保できる。
【００８２】
（タブ取り外しステップＳ７０）
タブ取り外しステップＳ７０は、溶接ステップＳ１００の終了後に、タービン動翼１Ａから一対のタブ２１、２２を取り外すステップである。
タブ取り外しステップＳ７０では、例えばグラインダなどを用いて、タブ２１、２２及びタブ２１、２２に形成された溶接部５０をタービン動翼１Ａから除去する。
なお、次に述べる熱処理ステップＳ９０の終了後にタブ取り外しステップＳ７０を実施してもよい。
【００８３】
（熱処理ステップＳ９０）
熱処理ステップＳ９０は、タブ取り外しステップＳ７０又は溶接ステップＳ１００の終了後に、タービン動翼１Ａに熱処理を行うステップである。熱処理ステップＳ９０では、例えば安定化熱処理や時効熱処理が実施される。
【００８４】
上述した幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によって補修されたタービン動翼１Ａによれば、上述した他の結晶粒界８ｂが溶接部５０の形成による影響を受けることを抑制できる。
また、上述した幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によって補修されたタービン動翼１Ａによれば、溶接部５０が母材１３と共金であるので、タービン動翼１Ａの強度を確保できる。
【００８５】
以上、一方向凝固物としてタービン動翼１Ａを例に挙げて説明したが、一方向凝固物が例えばタービン静翼であったり、ガスタービンにおける燃焼器を構成する部品であったりしても、上述した作用効果と同様の作用効果を奏する。
すなわち、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物１は、複数の結晶粒界８が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材１３と、母材１３の開先部３１に設けられ、母材１３と共金である溶接部５０と、を備える。そして、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物１では、溶接部５０は、複数の結晶粒界８のうち一の結晶粒界８ａにのみ重なっている。
したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物１によれば、上述した他の結晶粒界８ｂが溶接部５０の形成による影響を受けることを抑制できる。
【００８６】
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物１は、第１層５１と、第２層５２とを含む。第１層５１及び第２層５２を形成するビードの数は、それぞれ１である。
上述したように、開先部３１の深さ方向に複数層にわたって溶接する多層溶接の場合、各層におけるビード数が多くなるほど、開先部３１の周囲に溶接時の熱の影響を与える機会が増えてしまう。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物１によれば、第１層５１及び第２層５２はそれぞれビード数が１であるので、開先部３１の周囲に与える溶接時の熱の影響を抑制できる。
【００８７】
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物１では、ビード６１、６２、６３の幅ｗに対するビードの高さｈの比率（ｈ／ｗ）は、０．８以下である。
したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物１によれば、上述したような凝固割れを抑制できる。
【００８８】
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物１では、ビード６１、６２、６３の延在方向は、母材１３における柱状晶６の成長方向に沿った方向である。
したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物１によれば、ビード６１、６２、６３の延在方向は、上記亀裂１１の補修に適した方向となる。
【００８９】
図１０は、上述した実施形態に係る一方向凝固物の補修方法に沿って溶接部５０を形成した試験片についての高温ＬＣＦ（低サイクル疲労）試験の結果を示すグラフである。
この試験では、試験片に対して、上述した実施形態に係る一方向凝固物の補修方法に沿って、試験片に形成した開先部３１に試験片と共金であり、該試験片との溶接に用いる金属により形成される溶接部５０を形成した。
図１０に結果を示した高温ＬＣＦ試験は、試験片温度８５０℃及び全歪１．０％の条件によって高温ＬＣＦ試験を実施した。その結果は、図１０における実施例１及び実施例２として表している。
図１０から明らかなように、試験片の溶接部５０における高温低サイクル疲労強度は、試験片の母材における高温低サイクル疲労強度と同等であることが確認された。
【００９０】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００９１】
１  一方向凝固物
１Ａ  タービン動翼
６  柱状晶
８  結晶粒界
８ａ  一の結晶粒界
８ｂ  他の結晶粒界
１１  亀裂
１３  母材
２１、２２  タブ
３１，３１ａ，３１ｂ  開先部
４０  被加熱領域
５０  溶接部
５１  第１層
５２  第２層
５３  第３層
５５  溶接領域
６１、６２、６３  ビード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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