(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギービーム（７４）を発生するように構成された集束エネルギー源（６４）と、
前記集束エネルギー源（６４）の少なくとも１つの性能特性の調整によって予備焼結プリフォームの集束ロウ付けに合せて前記エネルギービーム（７４）を調整することにより予備焼結プリフォームのロウ付けを制御するための制御装置と
を含む、システム（１０）。
【請求項２】
前記集束エネルギー源（６４）が、電子エネルギービームとして前記エネルギービーム（７４）を発生するように構成された電子ビーム溶接機（７６）を含む、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
ビームデフレクタを含み、前記制御装置が、前記ビームデフレクタを制御して、前記エネルギービーム（７４）の経路を調整するように構成される、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記制御装置が、エネルギービームの焦点を調節するように構成されている、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
焦点が予備焼結プリフォームの０．５〜２インチ（１．３〜５．１ｃｍ）上方に位置するように調節される、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記集束エネルギー源（６４）の少なくとも１つの性能特性が、前記エネルギービーム（７４）のエネルギー強度を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項７】
前記集束エネルギー源（６４）によって行われるロウ付けプロセスに関するパラメータを検出するように構成されたセンサ（６８）を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】
超合金を含むタービン部品と、
前記タービン部品の一部分上に配置され、かつタービン部品に接合した予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）ロウ付け材料と、
前記タービン部品と予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）ロウ付け材料からなる第１及び第２のロウ付け材料との集束ロウ付けに合せてエネルギービーム（７４）を発生するように構成された集束エネルギー源（６４）と、
前記エネルギービーム（７４）の少なくとも１つの特性を調整するように構成された制御装置と
を含む、システムであって、前記少なくとも１つの特性が、前記エネルギービーム（７４）の焦点又は該エネルギービーム（７４）の強度を含む、システム。
【請求項９】
前記タービン部品が、タービンバケット（３６）又はタービンノズルを含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記ＰＳＰロウ付け材料が、前記タービン部品の孔内に配置される、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
集束エネルギー源（６４）によりエネルギービーム（７４）を発生させるステップと、
前記エネルギービーム（７４）をロウ付け材料の予備焼結プリフォームに向けて導いて、タービン部品内の孔を封止するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
エネルギービーム（７４）を１以上のビームデフレクタ（８０）によって所定のパターンで移動させる、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
予備焼結プリフォームの温度を毎分２００〜５００°Ｆ（毎分１１１〜２７８℃）で昇温させる、請求項１１又は請求項１２記載の方法
【請求項１４】
予備焼結プリフォームを２０００〜２２７５°Ｆ（１０９３〜１２４６℃）の温度で１〜５分間加熱する、請求項１１記載の方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アパーチャの閉鎖を支援する集束エネルギーの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
バケット（ブレード）、ノズル（ベーン）及びその他の高温ガス通路部品のようなガスタービンの部品は一般的に、タービン運転温度及び条件に対して望ましい機械的特性を有するニッケル基、コバルト基又は鉄基超合金で形成される。ガスタービンの効率はその運転温度により決まるので、ますます一層高い温度に耐えることができる部品、特にタービンバケット及びノズルに対する要求が存在する。超合金部品の最大局所金属温度はその超合金の溶融温度に達するので、強制的な空気冷却が必要となる。このために、ガスタービンバケット及びノズルの翼形部はしばしば、複雑な冷却スキームを必要とし、この冷却スキームにおいては、空気が、翼形部内の内部冷却通路を通して強制的に流され、かつ次に翼形部表面における冷却孔を介して吐出される。
【０００３】
鋳造プロセスによって製作されたバケット及びノズルは、内部冷却通路を形成する中子を必要とする。鋳造プロセス時に、中子の移動は、石英ロッド又は同様の手段を使用して鋳型内に該中子を支持することによって防止される。このロッドは、鋳造品内に開口部（貫通孔）を形成し、この開口部（貫通孔）は、これらの孔を通しての冷却空気の損失を防止しかつ鋳造品の意図した冷却孔を通しての適当な空気流量レベルを保証するために、確実に閉鎖するか又は塞がなければならない。従って、これらの孔の閉鎖を保証するような改良型の方法及びシステムがあれば、望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７０５８５５２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
その技術的範囲が本来の特許請求発明に相応した一部の実施形態について、以下に概要を述べる。それらの実施形態は、本特許請求発明の技術的範囲を限定しようとするものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡単な要約を示すことのみを意図している。実際に、本発明は、以下に記載した実施形態と同様な或いはそれら実施形態とは異なるものとすることができる多様な形態を包含することができる。
【０００６】
第１の実施形態では、本システムは、エネルギービームを発生するように構成された集束エネルギー源と、集束エネルギー源の少なくとも１つの性能特性を制御して、予備焼結プリフォームの集束ロウ付けに合せてエネルギービームを調整するように構成された制御装置とを含む。
【０００７】
第２の実施形態では、本システムは、超合金を含むタービン部品と、タービン部品の一部分上に配置された予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）ロウ付け材料とを含む。
【０００８】
第３の実施形態では、本方法は、集束エネルギー源によりエネルギービームを発生させるステップと、エネルギービームをロウ付け材料の予備焼結プリフォームに向けて導いて、タービン部品内の孔を封止するステップとを含む。
【０００９】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読む時、より良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】タービンバケットプラットフォームを用いることができるガスタービンエンジンの実施形態の概略流れ図。
【図２】長手方向軸線で切断した、図１のガスタービンエンジンの断面図。
【図３】図２に示すロータホイールの実施形態の斜視図。
【図４】図３のロータホイールのバケット先端の上面図。
【図５】図３のロータホイールのバケットの斜視図。
【図６】図３のロータホイールのバケットに集束エネルギーを導くシステムの第１の実施形態の概略図。
【図７】図３のロータホイールのバケットに集束エネルギーを導くシステムの第２の実施形態の概略図。
【図８】図７に示すロータホイールのバケット先端の予備焼結プリフォームの第１の実施形態の側面図。
【図９】図７のロータホイールのバケットに集束エネルギーを導くシステムで使用する予備焼結プリフォームの第２の実施形態の側面図。
【図１０】図７のロータホイールのバケットに集束エネルギーを導くシステムで使用する予備焼結プリフォームの第３の実施形態の側面図。
【図１１】図７のロータホイールのバケットに集束エネルギーを導くシステムで使用する予備焼結プリフォームの第４の実施形態の側面図。
【図１２】図７のロータホイールのバケットに集束エネルギーを導くシステムで使用する予備焼結プリフォームの第５の実施形態の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の１以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これら実施形態の簡潔な説明を行なうために、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴については説明しないことにする。あらゆる工学技術又は設計プロジェクトにおけるのと同様にあらゆるそのような実際の実施態様の開発では、多数の実施態様仕様の決定を行なって、実施態様間で変化する可能性があるシステム関連及びビジネス関連制約条件の順守のような開発者の特定の目標を達成するようにしなければならないことを理解されたい。さらに、そのような開発努力は、複雑なものとなりかつ時間がかかる可能性があるが、それにも拘わらず、本開示の利点を有する当業者には、設計、組立及び製造の定型業務であることになることを理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介する場合に、数詞のない表現は、その要素の１以上が存在することを意味しようとしている。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は、記載した要素以外の付加的要素が存在し得ることを包含しかつ意味することを意図している。
【００１３】
本開示は、その鋳造時に生じるバケット及びノズル内の孔を閉鎖するためのシステム及び方法に関する。本システム及び方法は、バケット及び／又はノズルの局所加熱を含むことができる。この局所加熱は、バケット及び／又はノズルの鋳造孔を完全に覆うように機械加工されている例えばロウ付け材料製の予備焼結プリフォームに衝突させる集束エネルギー源により達成することができる。この局所加熱は、ロウ付けする材料の温度上昇の制御と同時に、予備焼結プリフォーム並びにバケット及び／又はノズルをロウ付けするために利用するエネルギービームの移動の制御を可能にする電子ビームロウ付け技法を含むことができる。１つの実施形態では、制御装置を利用して、ロウ付けプロセスを制御することができる。
【００１４】
図１は、タービンロータバケット（つまり、ブレード）において又はその近くで接合するように設計されたプラットフォームを用いることができるガスタービンエンジン１２を含む例示的なシステム１０のブロック図である。一部の実施形態では、本システム１０は、航空機、船舶、機関車、発電装置又はそれらの組合せを含むことができる。この図示したガスタービンエンジン１２は、吸気セクション１６、圧縮機１８、燃焼器セクション２０、タービン２２及び排気セクション２４を含む。タービン２２は、シャフト２６を介して圧縮機１８に駆動結合される。
【００１５】
矢印で示すように、空気は、吸気セクション１６を通ってガスタービンエンジン１２に入りかつ圧縮機１８内に流入し、圧縮機１８は、燃焼器セクション２０内に流入する前に空気を加圧することができる。この図示した燃焼器セクション２０は、圧縮機１８及びタービン２２間でシャフト２６の周りに同心に又は環状に配置された燃焼器ハウジング２８を含む。圧縮機１８からの加圧空気は、燃焼器３０に流入し、燃焼器３０内で、加圧空気は、燃料と混合しかつ燃焼してタービン２２を駆動することができる。
【００１６】
燃焼器セクション２０から流出して、高温燃焼ガスは、タービン２２を通って流れて、シャフト２６を介して圧縮機１８を駆動する。例えば、燃焼ガスは、タービン２２内のタービンロータバケットに対して駆動力を与えて、シャフト２６を回転させることができる。タービン２２を通って流れた後に、高温燃焼ガスは、排気セクション２４を通してガスタービンエンジン１２から流出することができる。
【００１７】
図２は、長手方向軸線に沿って取った、図１のガスタービンエンジン１２の実施形態の側面図である。図示するように、ガスタービン２２は、３つの別個のタービンロータ３１を含む。各ロータ３１は、ロータホイール３４に結合されたロータ組立体３２を含み、ロータホイール３４は、シャフト２６（図１）に対して回転可能に取付けることができる。ロータ組立体３２は、ロータホイール３４から半径方向外向きに延びるバケットを含むことができ、かつ高温燃焼ガスの通路内に部分的に配置することができる。下記でさらに説明するように、ロータ組立体３２は、タービンバケット及びタービンバケットプラットフォームを含むことができる。ガスタービン２２は、３つのロータ３１を備えた３段タービンとして示しているが、本明細書で説明するタービンバケットプラットフォームは、あらゆる数の段及びシャフトを備えたあらゆる好適なタイプのタービンで用いることができる。例えば、プラットフォームは、単一段ガスタービン内に、低圧タービン及び高圧タービンを備えたデュアルタービン内に又は蒸気タービン内に設けることができる。
【００１８】
図１に関して上述したように、空気は、吸気セクション１６を通して流入しかつ圧縮機１８によって加圧することができる。圧縮機１８からの加圧空気は次に、燃焼器セクション２０内に導くことができ、燃焼器セクション２０において、加圧空気は、燃料ガスと混合することができる。加圧空気及び燃料ガスの混合気は、燃焼器セクション２０内でほぼ燃焼されて、高温高圧燃焼ガスを発生し、この高温高圧燃焼ガスは、タービン２２内でトルクを発生させるために使用することができる。具体的には、燃焼ガスは、ロータ組立体３２に駆動力を与えてホイール３４を回転させることができ、それによってロータ組立体３２は、様々な機械的負荷荷重及び／又は応力を受ける可能性がある。例えば、燃焼ガスは、ロータ組立体３２内のタービンバケット上に駆動力を加えることになる。
【００１９】
図３は、図２に示すロータホイール３１の１つの一部分の斜視図である。説明の目的上、ロータホイール３１の一部分のみを示している。しかしながら、ホイール３１は一般的に、該ホイールの周辺部に沿って半径方向外向きに延びるロータ組立体３２を備えた円形構造を含むことができる。ロータ組立体３２は、タービンバケット３６及びタービンバケットプラットフォーム３８を含み、それらは一纏めにしてロータ組立体３２として理解することができる。一部の実施形態では、ホイール３４及び対応する回転軸線の円周方向周りに、約６０〜９２個のロータ組立体３２を取付けかつ間隔を置いて配置することができる。
【００２０】
ロータ組立体３２のバケット３６及びプラットフォーム３８は、金属、金属合金、ＣＭＣ、又はその他の好適な材料で製作することができる。バケット３６は、高温度（耐熱）材料で鋳造することができ、その注目すべき実施例には、Ｒｅｎｅ  Ｎ４、Ｒｅｎｅ  Ｎ５、Ｒｅｎｅ  １０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）及びＩＮ−７３８のようなニッケル基超合金、並びにＦＳＸ−４１４のようなコバルト基超合金が含まれる。Ｒｅｎｅ  Ｎ４、Ｒｅｎｅ  Ｎ５、Ｒｅｎｅ  １０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）は、γ′強化ニッケル基超合金であり、一方、ＦＳＸ−４１４の公称組成は、重量比で、約２９．５％のクロム、１０．５％のニッケル、７％のタングステン、最大２％までの鉄、０．２５％の炭素、及び０．０１２％のホウ素、並びに残部のコバルト及び不可避不純物である。ＩＮ−７３８の公称組成は、重量比で、約１６％のクロム、８．５％のコバルト、１．７５％のモリブデン、２．６％のタングステン、１．７５％のタンタル、０．９％のニオビウム、３．４％のアルミニウム、３．４％のチタン、０．１０％のジルコニウム、０．０１％のホウ素、及び０．１７％の炭素、並びに残部のニッケル及び不可避不純物として公表されている。これらの合金は、溶接した時に割れを生じ易いので注意すべきであるが、本発明はまた、その他の高温度（耐熱）合金にも適用可能である。
【００２１】
各バケット３６は、ロータホイール３４内の対応する開口部４２内に挿入することができるダブテール４０を含む。開口部４２は、ロータホイール３４の周りの角度位置で円周方向に間隔を置いて配置することができる。バケット３６はまた、ダブテール４０から半径方向外向きに延びたシャンク部４４を含む。一部の実施形態では、バケット３６は、プラットフォーム３８を支持する外形部、レッジ部、又はその他の支持構造体を含むことができる。例えば、外形部は、シャンク部４４上に又は該シャンク部４４から半径方向外向きに延びる翼形部４５上に設置することができる。翼形部４５は、高温燃焼ガスの通路内に配置することができる。運転中に、高温燃焼ガスは、翼形部４５上に駆動力を加えて、タービン２２（図１）を駆動することができる。
【００２２】
プラットフォーム３８は、ほぼバケット３６のシャンク部４４間に配置することができ、かつロータホイール３４内の開口部４２間で半径方向に位置させることができる。バケット３６は、ホイール３４から半径方向外向きに延びかつホイール３４の周りに円周方向に間隔を置いて配置されてバケット３６間に空間を形成する。プラットフォーム３８は、バケット３６間でこれらの円周方向空間内に位置させることができる。言い換えれば、プラットフォーム３８は、バケット３６の単なる一体形延長部ではなく、むしろプラットフォーム３８は、スペース又は該スペースの一部分を埋めて、ホイール３４から半径方向位置に延びるバケット３６を分離する。さらに、プラットフォーム３８は、ほぼバケット３６間に配置して、各プラットフォーム３８の大部分が同じ２つの隣接するバケット３６間に設置されるようにすることができる。例えば、少なくとも約６０、７０、８０、９０又は１００％、及びそれら％間の全ての部分範囲が、同じ２つの隣接するバケット３６間に設置されるようにすることができる。プラットフォーム３８は、シャンク部４４間、翼形部４５間、ダブテール４０間、又はその組合せ間で延びることができる。一部の実施形態では、プラットフォーム３８は、シャンク部４４上に設置した外形部によって取付けかつ支持することができる。他の実施形態では、プラットフォーム３８は、バケット３６の側面によって支持することができる。プラットフォーム３８はまた、シャンク部の側面から延びる一体形スカート部又はカバープレートを含むことができる。
【００２３】
プラットフォーム３８間における接合部４６の位置によってもまた、プラットフォーム３８上に作用する応力を減少させることができる。上述したように、接合部４６は、バケット３６間の中途の中間角度位置ではなく該バケット３６の角度位置に設置される。プラットフォーム３８は一般的に、接合部４６において互いに接合された時にバケット３６のための開口部を形成するように設計される。具体的には、プラットフォーム３８の各側面は、タービンバケット３６の一部分のための開口部を含むことができる。２つのプラットフォーム３８が、互いに隣接して配置されると、プラットフォーム３８は、タービンバケット３６の輪郭に対応した開口部を形成することができる。言い換えれば、各プラットフォーム３８は単独では、タービンバケット３６の全周辺を包囲する開口部を含まない。代わりに、各プラットフォーム３８は、隣接するプラットフォーム３８の部分開口部と接合した時に、タービンバケット３６を取囲むことができる開口部を形成する該タービンバケット３６のための部分開口部を有する。このようにして、プラットフォーム３８間の接合部４６は、タービンバケット３６に隣接して又は該タービンバケット３６近くに配置される。タービンバケット３６上に接合部４６を位置させることにより、該バケット３６のシャンク部４４間における燃焼ガス及び／又は冷却流体の漏洩を減少させるか又は排除することができる。一部の実施形態では、プラットフォーム３８は、互いに当接させて配置することができる。しかしながら、他の実施形態では、プラットフォーム３８は、一方のプラットフォーム３８を他方のプラットフォームに連結する、コネクタ、タブ、シール及び同様のもののようなアタッチメント機構を含むことができる。
【００２４】
一部の実施形態では、バケット３６は、高温腐食及び高温酸化を防止する一体形冷却通路を有することができる。これらの内部冷却通路は、鋳造プロセス時に中子により製作して通路を形成することができる。例えば、ロッド又はその他の好適な手段により、鋳造時における中子の移動を防止することができる。しかしながら、これらロッドを除去すると、バケット３６内に中子プリントアウト孔が後に残る可能性がある。鋳造作業の後にこれらのプリントアウト孔を確実に閉鎖して、ガスタービンエンジン１２内に部品バケット３６を据付けた時における該孔を通しての冷却空気の損失を防止することが、望ましいことになる。これらのプリントアウト孔の１つの実施例を図４に示している。
【００２５】
図４は、バケット３６の最上部部分つまりバケット先端４８の上面図を示している。バケット先端４８は、その中に複数のプリントアウト孔５２を分散配置することができる空洞５０を含むことができる。空洞５０は、上部リム５４の下方に約０．１〜０．７５インチの距離で配置することができる。さらに、プリントアウト孔は、バケット先端４８の中心部分５６に沿って分散配置することができる。プリントアウト孔５２の各々は、約０．０６０〜０．１２５インチの直径及び約０．０５０〜０．１００インチの深さを有することができる。上述のように、プリントアウト孔５２は、バケット３６内の冷却通路に直接結合することができる。従って、ガスタービンエンジン１２内でバケット３６を使用するのに先立って、これらの孔を覆う（閉鎖／封止する）ことが有利であることが言える。１つの実施形態では、第１の融点を有する第１の予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）材料（例えば、ロウ付け材料）は、孔５２の１つ内に配置することができ、一方、第２の融点を有する第２の予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）材料（例えば、ロウ付け材料）は、孔５２の第２の孔内に配置することができる。このことから分かるように、第１及び第２の融点は、ベース材料（例えば、バケット３６）の融点とは異なるもの（例えば、より低い温度）である。この場合には、集束エネルギービームは、第１の予備焼結プリフォーム材料を第１の温度でロウ付けすることができ、続いて集束エネルギービームは、第２の予備焼結プリフォーム材料を第２の温度でロウ付けすることができる。このようにして、第１及び第２のプリフォーム材料は、独立してロウ付けすることができる。さらに、中にある他の孔は、バケット３６内に存在するようにすることができかつバケット３６の使用に先立ってこれもまた充填材料で覆ってロウ付けすることができる。
【００２６】
図５は、プラットフォーム孔６０を含むことができるバケット３６の下部部分５８を示している。これらのプラットフォーム孔６０もまた、バケットの鋳造プロセスによる残存物とすることができ、或いは冷却スキームを達成するためのドリル孔とすることができる。プラットフォーム孔６０は、その直径を、約０．０５０〜０．１２５インチとすることができる。プリントアウト孔５２と同様に、これらのプラットフォーム孔６０は、該プラットフォーム孔６０を通過する冷却空気の損失を防止するために、鋳造作業後にかつバケット３６の使用前に閉鎖することができる。プラットフォーム孔６０及び／又はプリントアウト孔５２を閉鎖するために利用することができるシステム及びプロセスは、図６に示している。
【００２７】
図６は、バケット３６における鋳造後の残留孔を閉鎖するためのシステムを示している。本システム６２は、集束エネルギー源６４、制御装置６６、センサ６８及び充填材料７０を含むことができる。集束エネルギー源６４は、例えば高速度電子のビームを発生する電子ビーム溶接機のような電子ビーム源とすることができる。これらの電子は、電子ビームの分散を防止するために、例えば真空チャンバ７２内に送ることができる。ビーム内における電子は、充填材料７０に衝突することができかつ電子の運動エネルギーを衝突時における熱への転換により該充填材料７０を溶融させることができる。このプロセスは、電子ビームロウ付けと呼ぶことができる。
【００２８】
別の実施形態では、集束エネルギー源６４は、例えばレーザ光線を発生するレーザビーム溶接機のようなレーザ光源とすることができる。このレーザビームもまた、例えば真空チャンバ７２内に送ることができかつ充填材料７０に衝突させて該充填材料７０を溶融させることができる。このプロセスは、レーザビームロウ付けと呼ぶことができる。
【００２９】
集束エネルギー源の作動は、制御装置６６によって制御することができる。制御装置６６は、例えば充填材料７０をロウ付けするために、エネルギービーム７４の強度（例えば、出力）を制御することができる。制御装置はまた、充填材料７０にわたるエネルギービーム７４の位置及び／又は移動を制御することができる。例えば、制御装置６６は、集束エネルギー源が充填材料７０の表面にわたり円形、八の字又は他のパターンでエネルギービーム７４を移動させて、充填材料７０の均一な加熱を可能にするようにさせることができる。
【００３０】
１つの実施形態では、センサ６８は、制御装置６６に結合して、ロウ付けプロセスに関する周囲温度、エネルギービーム７４の熱、エネルギービーム７４の移動、及び／又はその他のパラメータのような特性を検出するようにすることができる。センサ６８は、制御装置６６によって使用するために該制御装置６６に検出パラメータを送信して、集束エネルギー源６４の作動を調整することができる。例えば、センサ６８は、ロウ付けプロセスを受ける充填材料７０の領域に隣接する空気の温度を検出することができる。この温度読取り値は、制御装置６６に送信することができ、制御装置６６において、センサ６８による温度読取り値を解析して、その読取り値が所望の温度読取り値に対応しているかどうかを判定することができる。この所望の温度読取り値は、例えばルックアップ表の形態で又は他のフォーマットで、例えば制御装置６６内のメモリー内に最初に記憶させることができる。センサ６８による温度読取り値が、所望の温度読取り値と異なっている場合には、制御装置６６は、１以上の制御信号を集束エネルギー源６４に送信してエネルギービームの強度を調整するようにすることができる。このようにして、制御装置６６は、ロウ付けプロセスのための制御機構として動作させることができる。
【００３１】
充填材料７０は、予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）、つまりその融点以下の温度で互いに焼結されて、塊になりかつ幾分か多孔性の集合体を形成した粒子の混合物とすることができる。好適な粉末材料は、バケット３６及び／又はバケット先端４８の合金の組成と同じ組成を有するベース合金、好ましくは高強度超合金で形成した粒子と、これもまたバケット３６及び／又はバケット先端４８の組成と同じ組成を有することができるが、さらに充填材料７０の焼結を促進するホウ素又はシリコンのような融点降下剤を含む第２の異なる合金粉末の粒子とを含む。このことは、バケット先端４８の融点以下の温度での充填材料７０の例えばバケット先端４８との接合を可能にするのを支援することができる。
【００３２】
充填材料７０のベース合金における特性は、ロウ付けする合金との化学的及び冶金学的適合性、疲労強度、低い割れの傾向、耐酸化性及び機械加工性を含むことができる。特に好適なベース合金はまた、ロウ付けする合金の溶融温度の約２５°Ｃ以内の融点を有し、また重量比で、約２．５〜１１％のコバルト、７〜９％のクロム、３．５〜１１％のタングステン、４．５〜８％のアルミニウム、２．５〜６％のタンタル、０．０２〜１．２％のチタン、０．１〜１．８％のハフニウム、０．１〜０．８％のモリブデン、０．０１〜０．１７％の炭素、最大０．０８％までのジルコニウム、最大０．６０％までのシリコン、及び最大２．０％までのレニウム、並びに残部のニッケル及び不可避不純物の組成範囲を有する。ベース合金における組成は、重量比で、約９〜１１％のコバルト、８〜８．８％のクロム、９．５〜１０．５％のタングステン、５．３〜５．７％のアルミニウム、２．８〜２．３％のタンタル、０．９〜１．２％のチタン、１．２〜１．６％のハフニウム、０．５〜０．８％のモリブデン、０．１３〜０．１７％の炭素、及び０．０３〜０．０８％のジルコニウム、並びに残部のニッケル及び不可避不純物であると思われる。
【００３３】
充填材料７０の第２の合金における組成は、ベース合金の溶融温度以下の溶融温度、好ましくは結晶粒成長以下約２５°Ｃ〜約５０°Ｃの温度、又は例えばバケット先端４８のようなロウ付けする材料の初期溶融温度を有することができる。第２の合金における好適な組成の実施例は、重量比で、約９〜１０％のコバルト、１１〜１６％のクロム、３〜４％のアルミニウム、２．２５〜２．７５％のタンタル、１．５〜３．０％のホウ素、最大５％までのシリコン、及び最大１．０％までのイットリウム、並びに残部のニッケル及び不可避不純物である。第２の合金粒子２０における具体的な組成は、ロウ付けするベース合金並びにバケット３６及び／又はバケット先端４８の組成によって決まることになる。
【００３４】
図７は、電子ビームロウ付けによりバケット３６における鋳造後残留孔を閉鎖するためのシステムの特定の実施形態を示している。本システムは、図６に関して上述したように動作する制御装置６６及びセンサ６８を含む。さらに、本システムは、電子ビーム溶接機７６、電子ビームガン７８、１以上のビームデフレクタ８０、及びその上にバケット３６を装着する固定治具８２（又は、プラットフォーム）を含む。電子ビーム溶接機７６は、高電圧を受けかつ該高電圧を電子のエネルギービーム７４に変換することができる電子ビーム発生装置とすることができる。電子ビーム溶接機７６は、例えば電子ビームガン７８から発したエネルギービーム７４の強度及び／又は移動を調整することができる。これらの調整は、制御装置６６によって決定しかつ電子ビーム溶接機７６によって受けることができる。それに代えて、１つの実施形態では、エネルギービーム７４の移動は、１以上のビームデフレクタ８０の制御によって達成することができる。
【００３５】
ビームデフレクタ８０は、例えばビーム偏向コイル及び／又はその他のタイプの磁気レンズを含むことができる。ビームデフレクタ８０は、エネルギービームに近接して磁界を発生することができる。エネルギービーム７４は、磁界に引き寄せられるか又は磁界から撥ね返されるかのいずれかとなる。つまり、エネルギービーム７４の径路は、磁界によって変更することができる。さらに、発生させる磁界の強さを変化させることによって、エネルギービーム７４の移動量（つまり、エネルギービーム７４の径路）を調整することができる。従って、ビームデフレクタ８０は、エネルギービーム７４を移動させる、つまりビーム７４がバケット３６に衝突する位置を調整するために利用することができる。このようにして、ビーム７４は、必要に応じて１以上のパターンで移動させて、ビーム７４から充填材料７０へのより均一な熱伝達を可能にすることができる。１つの実施形態では、ビームデフレクタ８０によって発生した磁界の強さは、電子ビーム溶接機７６からの制御信号によって調整することができる。別の実施形態では、制御装置６６は、ビームデフレクタ８０に送信された制御信号によって該ビームデフレクタ８０によって発生する磁界の強さを直接調整することができる。
【００３６】
電子ビーム溶接機７６は、バケット３６及び充填材料７０（例えば、ＰＳＰ）の領域をロウ付け温度まで局所的に加熱するために使用することができる。つまり、真空７２におけるエネルギービーム７４は、プリフォームＰＳＰロウ付けに対する熱源として使用することができる。ＰＳＰ充填材料７０のロウ付け温度までのこの局所加熱は、加熱炉ロウ付けがバケット３６の全体を加熱炉内で高温度に曝す時に該バケット３６に望ましくない材料変化を生じさせるおそれがあるので、バケット３６全体がロウ付け温度まで加熱される加熱炉ロウ付けのような従来型のロウ付けプロセスに勝る利点をもたらすことができる。
【００３７】
作動中に、バケット３６は、清浄にすることができ、また機械加工したＰＳＰ充填材料７０は、プリントアウト孔５２の各々内に配置することができる。バケット３６は、固定治具８２上に配置することができ、かつバケットを囲む領域は、空気を排出して真空を形成することができる。真空が得られると、エネルギービーム７４を利用して充填材料７０及びバケット３６を加熱することができる。さらに、均一な加熱を保証するために、円形又は八の字パターンのような適切なビーム振動パターンを使用して、ビーム７４に曝される充填材料７０及びバケット３６の局所部分における段階的温度上昇を達成することができる。１つの実施形態では、充填材料７０及びバケット３６の局所部分の最終ロウ付け温度は、約２０００〜２２７５°Ｆとすることができる。このロウ付け温度に達した後に、ビーム７４は、約１〜５分の間充填材料７０及びバケット３６と接触してロウ付け流れを得ることができる。このステップが完了した後に、ビーム７４の出力を低下させて、エネルギービーム７４に曝される材料の緩やかな冷却を達成することができる。１つの実施形態では、充填材料７０及びバケット３６の温度上昇は、毎分約２００〜５００°Ｆである。従って、エネルギービーム７４は、ロウ付け温度に到達する前に、約５〜１０分の間充填材料７０及びバケット３６と接触することができる。このような段階的温度上昇は、均一なロウ付けの制御及び形成を支援することができる。
【００３８】
さらに、充填材料７０及びバケット３６の段階的温度上昇を支援するために、エネルギービーム７４は、非集束のものとすることができる。図８に示すように、エネルギービーム７４の焦点８４は、充填材料７０及びバケット先端４８の表面の上方に位置するようにすることができる。このようにして、充填材料７０及びバケット先端４８に与えられるエネルギーは、最大強度（焦点８４で達成される）よりも小さくして、毎分約２００〜５００°Ｆの温度上昇速度を可能にすることができる。エネルギービーム７４の焦点８４は、例えば充填材料７０の表面の上方又は下方の約０．５〜２インチに位置させることができる。他の実施形態では、エネルギービーム７４の焦点８４は、充填材料の表面の上方又は下方の約１インチのところに位置させることができる。さらに、この焦点８４は、ビーム７が衝突する充填材料７０及び／又はバケット先端４８の面積が、約０．０５〜０．２５インチの直径となることができるように、ビームデフレクタ８０によって調整することができる。従って、エネルギービーム７４の偏向角度は、約５〜４５度とすることができかつビームデフレクタ８０によって発生した磁界の強さに対する調整によって修正することができる。
【００３９】
従って、集束エネルギービーム７４は、バケット３６又はバケット先端４８のようなタービン部品の一部分をロウ付けするために利用することができる。エネルギービーム７４は、例えばバケット先端４８の表面積の少なくとも１％、２％、３％、４％以下を、エネルギービーム７６に曝すことができるように集束させることができる。さらに、例えばバケット先端４８の表面積の僅かなパーセント以下をエネルギービーム７６に曝すことができる。このようにして、集束ロウ付けを達成することができる。
【００４０】
さらに、ＰＳＰ充填材料７０によって充填されるプリントアウト孔５２は、様々な寸法及び形状のものとすることができる。図９〜図１２は、ＰＳＰ充填材料７０に対して機械加工して、様々な寸法及び形状のプリントアウト孔５２を塞ぐことになる充填材料７０を形成することができる様々な方法を示している。
【００４１】
図９は、その形状が全体的にテーパしたＰＳＰ充填材料７０を示している。充填材料７０の最上部部分８８は、該最上部部分から約５〜３０度の角度でテーパした側面９０を有する状態でその直径を約０．０７５〜０．１２５インチとすることができる。側面９０は、充填材料７０の最下部部分に連結することができる。充填材料７０の最下部部分９２は、その直径を約０．０５０〜０．０７５インチとすることができる。従って、図９の充填材料７０は、テーパ付き円筒形形状に近似したものとすることができる。
【００４２】
図１０は、全体的にＴ字形状断面であるＰＳＰ充填材料７０を示している。充填材料７０の最上部部分９４は、側面９６を有する状態でその直径を約０．０７５〜０．１２５インチとすることができ、側面９６は、約０．０２５〜０．０７５インチの深さで約０．０７５〜０．１２５インチの直径から約０．０５０〜０．０７５インチの直径まで縮小することができる。側面９６は、その直径を約０．０５０〜０．０７５インチとすることができる充填材料７０の最下部部分９８に連結することができる。従って、図９の充填材料７０は、Ｔ字形状断面に近似したものとすることができる。
【００４３】
図１１は、全体的にネールヘッド形状を有するテーパ付き円筒体であるＰＳＰ充填材料７０を示している。充填材料７０は、第１の側面１００を有する状態でその直径が約０．０７５〜０．１２５インチの最上部部分を有することができ、第１の側面１００は、約０．０１０〜０．０５０インチの深さに対して最上部部分から約５〜３０度の角度でテーパしている。側面１００は、約０．０６０〜０．０８０インチの直径まで縮小することができかつその直径を約０．０５０〜０．０７５インチとすることができる充填材料７０の最下部部分１０４に対して約５〜３０度の角度でこれもまたテーパすることができる側面１０２に結合することができる。従って、図９の充填材料７０は、ネールヘッド形状を有するテーパ付き円筒体に近似したもとすることができる。
【００４４】
図１２は、その全体が改良型のＴ字形状であるＰＳＰ充填材料７０を示している。充填材料７０は、第１の側面１０６を有する状態でその直径が約０．０７５〜０．１２５インチの最上部部分を有することができ、第１の側面１０６は、約０．０１０〜０．０５０インチの深さで約０．０７５〜０．１２５インチの直径から約０．０６０〜０．０８０インチの直径まで縮小している。縮小ポイントで側面１０６に結合されているのは、その直径を約０．０５０〜０．０７５インチとすることができる充填材料７０の最下部部分１１０に対して約５〜３０度の角度でテーパをすることができる側面１０８である。従って、図９の充填材料７０は、改良型のＴ字形状に近似したものとすることができる。
【００４５】
図９〜図１２に示す充填材料７０の機械加工したプリフォームは、充填材料が取ることができる形態の単なる実施例にすぎないことを理解されたい。従って、充填材料７０は、あらゆる形状のプリントアウト孔５２を覆いかつ充填するように機械加工することができると考えられる。
【００４６】
本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構成要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。
【符号の説明】
【００４７】
１０  システム
１２  ガスタービンエンジン
１６  吸気セクション
１８  圧縮機
２０  燃焼器セクション
２２  タービン
２４  排気セクション
２６  シャフト
２８  燃焼器ハウジング
３０  燃焼器
３１  ３つの別個のタービンロータ
３２  ロータ組立体
３４  ロータホイール
３６  タービンバケット
３８  プラットフォーム
４０  ダブテール
４２  開口部
４４  シャンク部
４５  翼形部
４６  接合部
４８  バケット先端
５０  空洞
５２  プリントアウト孔
５４  上部リム
５６  バケット先端の中央部分
５８  バケットの下部部分
６０  プラットフォーム孔
６２  システム
６４  集束エネルギー源
６６  制御装置
６８  センサ
７０  充填材料
７２  真空チャンバ
７４  エネルギービーム
７６  電子ビーム溶接機
７８  電子ビームガン
８０  １以上のビームデフレクタ
８２  固定治具／プラットフォーム
８４  焦点
８８  最上部部分
９０  側面
９２  最下部部分
９４  最上部部分
９６  側面
９８  最下部部分
１００  第１の側面
１０２  側面
１０４  最下部部分
１０６  第１の側面
１０８  側面
１１０  最下部部分
【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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【図１１】
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【図１２】
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