(57)【要約】【課題】割れのごとき欠陥を避けるだけでなく、修復された低圧タービン部品と相手方部品との間の相互作用をも考慮した修復が必要である。【解決手段】チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなり損傷部を有する低圧タービン部品を、少なくとも前記損傷部を対象としてろう付けに適する面を与えるべく機械加工し、前記面に、ニッケルと銅とを含むチタニウム合金よりなるろう材を置き、前記ろう材に、前記低圧タービン部品と実質的に同素材よりなるブロックを置き、前記機械加工された低圧タービン部品を前記ろう材と前記ブロックと共に非酸化性雰囲気において加熱し、原形状を回復するべく機械加工する、ことにより、チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる低圧タービン部品が修復される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなり損傷部を有する低圧タービン部品を、少なくとも前記損傷部を対象としてろう付けに適する面を与えるべく機械加工し、
前記面に、ニッケルと銅とを含むチタニウム合金よりなるろう材を置き、
前記ろう材に、前記低圧タービン部品と実質的に同素材よりなるブロックを置き、
前記機械加工された低圧タービン部品を前記ろう材と前記ブロックと共に非酸化性雰囲気において加熱し、
原形状を回復するべく機械加工する、
ことよりなる、修復方法。
【請求項２】
前記ろう材は、２０ないし３０重量％のニッケルと１０ないし２０重量％の銅とを含むチタニウム合金よりなることを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
【請求項３】
前記チタニウム−アルミニウム金属間化合物は、３０ないし３５重量％のアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の修復方法。
【請求項４】
前記低圧タービン部品はタービンブレードであって、前記損傷部は前記タービンブレードのチップシュラウドに含まれることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の修復方法。
【請求項５】
前記非酸化雰囲気は、真空炉により得られることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の修復方法。
【請求項６】
加熱する段階の温度は８００℃ないし１２００℃であることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の修復方法。
【請求項７】
損傷部を有する低圧タービン部品より修復された低圧タービン部品であって、
チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなり、前記損傷部を有する低圧タービン部品よりろう付けに適する面を有するべく機械加工された基体と、
前記低圧タービン部品と実質的に同素材よりなり、ニッケルと銅とを含むチタニウム合金よりなるろう材を介して非酸化性雰囲気における加熱により前記基体と結合され、原形状を回復するべく機械加工されたブロックと、
を備えた修復された低圧タービン部品。
【請求項８】
請求項７に記載の修復された低圧タービン部品において、
前記チタニウム−アルミニウム金属間化合物は、３０ないし３５重量％のアルミニウムを含むことを特徴とする修復された低圧タービン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる低圧タービン部品の修復方法および修復された低圧タービン部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、通常、外気を導入するためのファンアセンブリと、導入された外気を利用して燃料を燃焼する燃焼器と、燃焼により発生した高温ガス流からエネルギを抜き出すためのタービンとを備える。タービンはしばしば高圧タービンと低圧タービンとに区分される。
【０００３】
低圧タービンは、通常、それぞれシュラウドを備えたケーシング内に交互に並んだタービンブレードやタービンノズルなどの部品を有する。ガス流から効率よくエネルギを抜き出すため、タービンブレードはシュラウドと接した状態で回転し、また低圧タービンの部品同士は振動によって互いに激しい摩擦を生ずる。回転や摩擦のためにタービン部品は損傷を受けるため、定期的ないし非定期的に修復を要する。修復は、例えば、肉盛溶接などにより損傷部に肉盛りを施すなどの方法により為される。
【０００４】
ガスタービンエンジンは、その寿命の間、複数回、このような修復に供される。適切な修復は、次回に修復を要するまでの期間を延長し、ひいてはガスタービンエンジンの寿命を延長する。
【０００５】
ガスタービンエンジン用の素材として、チタニウム−アルミニウム（ＴｉＡｌ）金属間化合物が注目されつつある。ＴｉＡｌ金属間化合物は軽量であるだけでなく、高い高温強度を有しており、ガスタービンエンジンの、特にタービンブレードに適用する素材として魅力的な材料である。その一方、ＴｉＡｌ金属間化合物は、常温付近ではほとんど延性を持たないので、肉盛溶接を実施しようとすると、その熱衝撃により容易に割れが生じてしまう。割れのごとき欠陥を生ぜしめることなく、ＴｉＡｌ金属間化合物よりなる低圧タービン部品を修復する方法が求められている。
【０００６】
特許文献１および２は、関連する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１７００３６号公報
【特許文献２】特開２０００−２０２６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
低圧タービン部品の修復は、割れのごとき欠陥を避けるだけでなく、修復された低圧タービン部品と相手方部品との間の相互作用をも考慮する必要がある。即ち、修復した部位の耐摩耗性が高すぎれば、相手方部品を損耗する原因となり、結果として次回に修復を要するまでの期間が短縮されてしまう。相手方部品が修復に適さない場合には、相手方部品の交換が必要になってしまう。
【０００９】
本発明は、上述の課題に鑑みて為されたものであって、割れのごとき欠陥の発生を避け、さらに自身と相手方部品との双方の損傷を抑制しうるチタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる低圧タービン部品の修復方法および修復された低圧タービン部品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】
【００１０】
本発明の第１の局面によれば、チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなり損傷部を有する低圧タービン部品を、少なくとも前記損傷部を対象としてろう付けに適する面を与えるべく機械加工し、前記面に、ニッケルと銅とを含むチタニウム合金よりなるろう材を置き、前記ろう材に、前記低圧タービン部品と実質的に同素材よりなるブロックを置き、前記機械加工された低圧タービン部品を前記ろう材と前記ブロックと共に非酸化性雰囲気において加熱し、原形状を回復するべく機械加工する、ことにより、チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる低圧タービン部品が修復される。
【００１１】
好ましくは、前記ろう材は、２０ないし３０重量％のニッケルと１０ないし２０重量％の銅とを含むチタニウム合金よりなる。
【００１２】
また好ましくは、前記チタニウム−アルミニウム金属間化合物は、３０ないし３５重量％のアルミニウムを含む。
【００１３】
好ましくは、前記低圧タービン部品はタービンブレードであって、前記損傷部は前記タービンブレードのチップシュラウドに含まれる。
【００１４】
好ましくは、前記非酸化雰囲気は、真空炉により得られる。
【００１５】
好ましくは、加熱する段階の温度は８００℃ないし１２００℃である。
【００１６】
本発明の第２の局面によれば、修復された低圧タービン部品は、チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなり、前記損傷部を有する低圧タービン部品よりろう付けに適する面を有するべく機械加工された基体と、前記低圧タービン部品と実質的に同素材よりなり、ニッケルと銅とを含むチタニウム合金よりなるろう材を介して非酸化性雰囲気における加熱により前記基体と結合され、原形状を回復するべく機械加工されたブロックと、を備える。
【００１７】
好ましくは、前記チタニウム−アルミニウム金属間化合物は、３０ないし３５重量％のアルミニウムを含む。
【発明の効果】
【００１８】
修復された低圧タービン部品は、割れのごとき欠陥の発生を免れ、自身と相手方部品との双方の損傷を抑制し、以って次回に修復を要するまでの期間を延長し、ひいてはガスタービンエンジンの寿命の延長に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、部分的に断面を表した例示的な低圧タービンの立面図である。
【図２】図２は、例示的なタービンブレードの斜視図である。
【図３】図３は、前記タービンブレードの立面図である。
【図４】図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線より取られた前記タービンブレードの部分断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による低圧タービン部品の修復の工程のうち、加熱する段階以前を説明する図である。
【図６】図６は、前記実施形態による低圧タービン部品の修復の工程のうち、加熱する段階を説明する図である。
【図７】図７は、修復されたタービンブレードを例示する部分断面図である。
【図８】図８は、Ｖノッチ部を修復する例を説明するタービンブレードの斜視図である。
【図９】図９は、修復されたタービンブレードを例示する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に説明する。本明細書および添付の請求項を通じて、特段の説明の無い限り、前方および後方は、図１に示す低圧タービン１において高温ガスの流れの方向により定義し、内方および外方は低圧タービン１の軸に対するものとして定義する。
【００２１】
本実施形態による修復方法は、例えば図１に例示的に示すガスタービンエンジンの低圧タービン１の修復に利用できる。低圧タービン１は、交互に並んだ複数のタービンブレード３と複数のタービンノズル５とを備え、その周囲は高温ガス流の流路を規定するべくケーシングが囲んでいる。高温ガスは図中の左方より右方へ向かって流れる。タービンブレード３の外方への高温ガス流の漏れを防ぐため、タービンブレード３の外端と接触するように、それぞれシュラウド７が設けられている。タービンブレード３は高温ガス流に駆動されて軸の周りに回転し、タービンブレード３とシュラウド７とは互いに激しい摩擦を生ずる。
【００２２】
図２を参照するに、タービンブレード３は、翼９と、その内方の端に一体的に備えられたプラットフォーム１１と、外方の端に一体的に備えられたチップシュラウド１３とを備える。チップシュラウド１３は、隣接するチップシュラウド１３’と係合するためのＶノッチ部１５と、シュラウド７と協働して高温ガス流の漏れを防ぐためのチップシール１７を備える。チップシール１７が受ける摩擦による損傷は、本実施形態による修復を実施するのに好適である。また、Ｖノッチ部１５は振動によって隣接するＶノッチ部１５’と激しく摩擦しあうので、Ｖノッチ部１５も本実施形態による修復を実施するのに好適である。
【００２３】
タービンブレード３は、その全体がチタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる。かかるチタニウム−アルミニウム金属間化合物は、好適には、３０ないし３５重量％のアルミニウムを含むものである。
【００２４】
図３と組み合わせて図４を参照するに、その原形状において、チップシール１７はチップシュラウド１３の他の部分よりも外方向に突出している。ある程度の使用の後のタービンブレード３Ｗでは、図５（ａ）に示すごとくチップシュラウド１３Ｗのチップシール１７Ｗは原形状よりも損耗している。原形状よりも後退したチップシール１７Ｗの外方向の端が損傷部である。少なくともかかる損傷部を対象として機械加工を実施して、図５（ｂ）に示すごとく、ろう付けに適した滑らかな面を有するタービンブレード基体３Ｍを得る。好ましくは、さらに表面の酸化物等を除く清浄化処理を実施する。
【００２５】
次いで、チップシール基体１７Ｍの前記面にろう材２１を置く。ろう材２１としては、チタニウム−アルミニウム金属間化合物との接合に適し、かつ、ろう付け後に十分な強度と耐衝撃性が得られるものを選択する必要がある。好適なろう材２１としては、２０ないし３０重量％のニッケルと１０ないし２０重量％の銅を含むチタニウム合金よりなるものである。
【００２６】
ろう材２１に、更に、図５（ｃ）に示すように、補修のためのブロック２３を置く。ブロック２３は、タービンブレード３と実質的に同素材よりなることが好ましい。
【００２７】
適宜の治具などの加圧手段、ないしブロック２３の自重によって、ろう材２１およびブロック２３を、機械加工されたタービンブレード基体３Ｍに対して押圧する。この状態で、この全体を真空炉２５に導入する。真空炉２５内を非酸化性雰囲気、好ましくは真空として、加熱する。真空度は特に限定されないが、１０−１ないし１０−３Ｐａ程度を例示することができる。加熱する温度および時間は、十分な接合が得られるだけでなく、ろう材２１がタービンブレード基体３Ｍおよびブロック２３中に十分に拡散して消失するに十分であることが好ましい。一例として、加熱温度は、８００℃ないし１２００℃であって、加熱時間は数分ないし６時間である。
【００２８】
好ましくは炉冷した後、炉から取り出して、原形状を回復するべく機械加工することにより、図７に示す修復されたタービンブレード３Ｒが得られる。修復されたタービンブレード３Ｒにおいて、ろう材２１はタービンブレード３Ｒに拡散して消失しており、元ブロックとタービンブレード基体であった部分同士は直接に結合している。
【００２９】
本実施形態は、Ｖノッチ部の補修にも適用することができる。図８（ａ）を参照するに、使用後のタービンブレード３Ｗにおいて、Ｖノッチ部１５Ｗの損傷部は、図中に二点鎖線で表す原形状よりも後退している。少なくともかかる損傷部を対象として機械加工を実施して、ろう付けに適した滑らかな面を得る。
【００３０】
次いで、前記面にそれぞれろう材２５を置く。ろう材２５は、前述と同様にチタニウム−アルミニウム金属間化合物との拡散接合に適した素材であって、好ましくは２０ないし３０重量％のニッケルと１０ないし２０重量％の銅を含むチタニウム合金よりなるものである。
【００３１】
ろう材２５に、更にそれぞれ、図８（ｂ）に示すように、補修のためのブロック２７を置く。ブロック２５は、タービンブレード３と実質的に同素材よりなることが好ましい。次いで、図６と同様にして、加圧された状態において、非酸化性雰囲気、好ましくは真空において、全体を加熱する。加熱する温度および時間は、十分な接合と拡散を促すべく、８００℃ないし１２００℃であって、数分ないし６時間である。好ましくは炉冷した後、取り出して、原形状を回復するべく機械加工することにより、図９に示す修復されたタービンブレード３Ｒが得られる。
【００３２】
チップシールの補修とＶノッチ部の補修は、独立に実施してもよいし、同時に実施してもよい。また他の部位の補修も、これらと独立または同時に実施できる。
【００３３】
本実施形態は、加熱を部品全体に均一に施すことを可能にする。肉盛溶接のような局所的な加熱を要せず、部品に熱衝撃を与えないので、割れのごとき欠陥を生ぜしめることがない。また加熱の温度と時間とを自在に選択しうるので、修復された部位中の欠陥を極小化しうる。さらに本実施形態による修復されたタービン部品は、基体の部分と接合されたブロックの部分とが実質的に同素材よりなる。修復された部位は元の素材と同じ性質、特に同じ耐摩耗性を有する。これは、特に互いに摩擦しあうＶノッチにおいて、自身が優先的に損耗したり、相手方部品の損耗を助長することを防止する。
【００３４】
上述の説明において、タービンブレードの修復を例にとって説明したが、本実施形態がタービンノズルやその他の低圧タービン部品に適用できることは明らかである。また低圧タービン部品以外の種々の部品に適用することもできる。
【００３５】
好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
割れのごとき欠陥の発生を避け、さらに自身と相手方部品との双方の損傷を抑制しうるチタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる低圧タービン部品の修復方法および修復された低圧タービン部品が提供される。
【符号の説明】
【００３７】
１      低圧タービン
３      タービンブレード
５      タービンノズル
７      シュラウド
９      翼
１１    プラットフォーム
１３    チップシュラウド
１５    Ｖノッチ部
１７    チップシール
２１，２５    ろう材
２３，２７    ブロック
【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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