(57)【要約】【課題】噛合い構成部品（１０）のスプライン及びシール歯（２０）を補修する方法を開示する。【解決手段】本方法は、ＨＡＺ結晶粒度を最小にしながらスプライン（２０）の非摩耗の非加圧面（３４）上に補修材料（５０）を被着させる低エネルギー入力溶接を含む。次に、構成部品（１０）のスプライン区域（１２）を、スプライン（２０）の摩耗加圧面（４０）からの元の材料と過剰の補修材料（５０）とを除去することによって元のスプライン輪郭に機械加工して、歯（２０’）の加圧面（４０’）上に元の構成部品材料を有する放射状に時計回り方向に移動し直したスプライン（２０’）を備えた噛合い構成部品を形成する。【選択図】      図５
2006289501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噛合い構成部品のスプラインを補修する方法であって、
その各々が加圧面と前記加圧面の反対側の非加圧面とを有しかつ相補形構成部品に噛合い係合するようになった複数の放射状に間隔をおいたスプラインを有する構成部品を準備する段階と、
熱影響域内での結晶粒成長を抑制するのに十分な入熱を使用して、補修材料を前記スプラインの非加圧面の少なくとも一部分である所望の溶接区域に溶接する段階と、
前記加圧面の少なくとも一部分を機械加工して機械加工加圧面を形成する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記補修材料を機械加工して機械加工非加圧面を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記補修材料を溶接する段階が、前記溶接区域に溶接ワイヤを供給する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記補修材料及び溶接区域を熱処理する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記補修材料及び溶接区域が、約１１５０°Ｆ〜約１４００°Ｆの温度で熱処理されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記補修材料を溶接する段階が、パルスプラズマアーク、マイクロプラズマアーク、電子ビーム、パルスレーザ又はそれらの組合せを使用して溶接する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記補修材料を溶接する段階が、ニッケル基、コバルト基、鉄基及びそれらの組合せからなる群から選ばれた超合金を所望の溶接区域に溶接する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記補修材料を溶接する段階が、約１８重量％のクロム、約１９重量％の鉄、約５重量％のニオブ＋タンタル、約３重量％のモリブデン、約０．９重量％のチタン、約０．５重量％のアルミニウム、約０．０５重量％の炭素、約０．００９重量％のホウ素、最大約１重量％のコバルト、最大約０．３５重量％のマンガン、最大約０．３５重量％のケイ素、最大約０．１重量％の銅及び残部のニッケルを含むニッケル基超合金を所望の溶接区域に溶接する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記構成部品が、ガスタービンエンジンのシャフトであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
補修材料で構成されかつ外表面と前記構成部品の複数のスプラインの表面を受ける開口部を形成するような寸法である内表面とを有するオーバーレイを該構成部品上に配置する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には噛合い構成部品の補修に関する。より具体的には、本発明は、航空機エンジンシャフトのスプライン及びシール歯の補修に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、加圧空気を燃焼器に供給する圧縮機を含み、燃焼器において空気を燃料と混合しかつ燃焼させて高温の燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、下流方向に１つ又はそれ以上のタービンに流れ、これらタービンがガスからエネルギーを抽出して圧縮機に動力を供給しまた飛行中の航空機を駆動するための推力を与える。一般的に、ガスタービン内部に中空シャフトを軸方向に設置して、圧縮機とタービンとを結合して一緒に回転するようにする。シャフトは、一連の放射状に間隔をおいたスプライン歯又は「スプライン」によって、エンジンの回転構成部品に相互接続することができる。シャフトは一般的に、鍛造、機械加工及び硬化処理工程によって製造される。
【０００３】
ガスタービンエンジンは、作動中に単一方向に回転し、かつ精巧にバランスさせた機械である。エンジンが正常に作動するとき、シャフト上のスプラインは荷重を伝達して、通常は単一の面に磨耗を受ける。一般的に、スプラインは、隣接する部品の噛合いスプラインと相互作用する薄肉部材である。タービンから圧縮機にトルクを伝達する各スプラインの表面は一般的に、予測できるパターンで磨耗する。スプラインの荷重伝達面又は加圧面上のこの磨耗は、材料ストックの喪失、加圧面上での応力集中部の形成及び部品の有効寿命の低下を引き起こす可能性があり、最終的にはエンジン再組立を必要とすることになる。過度のスプライン磨耗は、スプライン及びエンジンの両方の破損を招くおそれがある。
【０００４】
エンジン再組立時に、シャフトを検査して、スプライン及びシール歯を含む様々な接触表面の磨耗が判定される。シャフトの寸法は、所定の寸法及び公差のセットと比較される。所定の寸法の許容公差範囲内にないシャフトは一般的に廃棄され、再組立エンジン内には新しいシャフトが挿入される。シャフトを廃棄する１つの理由は、磨耗したスプライン歯の適切な補修方法がないことである。一般的に、スプラインが受ける磨耗は、スプラインの加圧面での数１／１０００インチのみであり、スプラインの反対側の面及び先端部では磨耗は無視できるほどである。
【０００５】
磨耗面に溶加材料を溶接しかつこの面を再機械加工することによってシャフトスプラインの磨耗面を補修する試みでは、その寸法は回復しているが、スプラインの加圧面での十分でない材料特性を有する補修シャフトが生じていた。これらの不十分な特性の１つは、溶接区域の熱影響域（ＨＡＺ）内における結晶粒度の望ましくない変化である。ＨＡＺは、溶接処理によってある程度の影響を受けた、溶接部を囲む領域である。溶接基体内に十分な熱が伝達した場合、ミクロ構造結晶粒度が増大する可能性がある。結晶粒度が大きくなることは、疲労寿命の低下に関連しており、割れをより受けやすくかつ繰返し応力に殆ど耐えなくなる材料ミクロ構造を形成する。スプラインの加圧面での疲労割れは、早期破損のよく知られた原因である。
【特許文献１】米国特許第６，４５３，５５７Ｂ１号公報
【特許文献２】米国特許第６，３９８，１０３Ｂ２号公報
【特許文献３】米国特許第６，１２４，５６４号公報
【特許文献４】米国特許第６，１２０，２４４号公報
【特許文献５】米国特許第５，１８５，９２４号公報
【特許文献６】米国特許第５，０８３，９０３号公報
【特許文献７】米国特許第５，０４８，１８３号公報
【特許文献８】米国特許第４，８１４，２３６号公報
【特許文献９】米国特許第４，０５９，８８４号公報
【特許文献１０】欧州特許出願第２００２／１２３１０１０Ａ１号公報
【特許文献１１】欧州特許出願第１９９６／０７４８６６７Ａ１号公報
【特許文献１２】欧州特許出願第１９９１／０４６１５８９Ａ１号公報
【特許文献１３】欧州特許出願第１９９０／０３７９９２２Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、従来技術の欠点を克服した、ガスタービンエンジンの出力伝達シャフトのスプライン歯を補修する方法に対する必要性が存在する。
【０００７】
本発明は、噛合い構成部品のスプライン歯を補修する方法に関する。本発明は、磨耗区域の反対側の表面に最小量の補修材料を溶接することによる低い入熱の発生によって溶接補修区域に隣接する物理的特性の変化を最小にしながら補修材料と基体との間に完全な冶金学的接合を形成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの実施形態では、本発明は、補修材料をスプラインの摩耗表面の反対側の表面に溶接し、摩耗面部分を再機械加工して元の材料からなる再機械加工加圧面を形成する方法を提供する。本発明は、その各々が加圧面と該加圧面の反対側の非加圧面とを有しかつ相補形構成部品に噛合い係合するようになった複数の放射状に間隔をおいたスプラインを有する構成部品を準備する段階と、熱影響域内での結晶粒成長を抑制するのに十分な入熱を使用して、補修材料をスプラインの非加圧面の少なくとも一部分である所望の溶接区域に溶接する段階と、加圧面の少なくとも一部分を機械加工して機械加工加圧面を形成する段階とを含む。
【０００９】
別の実施形態では、本発明は、ガスタービンエンジンの構成部品を補修する方法を提供する。本方法は、接触表面部分と該接触表面部分のほぼ反対側の非接触表面部分とを有しかつガスタービンエンジン構成部品の第2の構成部品と断続的に接触するようになったガスタービンエンジンの第１の構成部品を準備する段階と、少なくともその一部が接触表面部分の摩耗表面によって形成された該接触表面部分上の補修区域を特定する段階と、熱影響域内での結晶粒成長を抑制するのに十分な入熱を使用して、補修材料を非接触表面部分に溶接する段階と、接触表面部分を所望の輪郭に機械加工し、それによって該接触表面部分の少なくとも一部分を除去する段階とを含む。
【００１０】
さらに別の実施形態によると、ガスタービンエンジンシャフトのスプラインを補修する方法は、少なくともその１つが加圧面と非加圧面とを含む表面を有しかつ相補形構成部品に噛合い係合するようになった複数の放射状に間隔をおいたスプラインを有する構成部品を準備する段階と、補修材料で構成されかつ外表面と複数のスプラインを受ける開口部を形成するような寸法になった内表面とを有するオーバーレイを該複数のスプライン上に配置する段階と、熱影響域内での結晶粒成長を抑制するのに十分な入熱を使用して、補修材料をスプラインの非加圧面である所望の溶接区域に溶接する段階と、加圧面を機械加工して機械加工加圧面を形成する段階とを含む。
【００１１】
本発明のその他の特徴及び利点は、実施例によって本発明の原理を示す添付図面に関連して行った以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
主としてガスタービンエンジンの出力タービンシャフトに関して本発明の例示的な実施形態を説明するが、本発明は、対応する相補形噛合い構成部品と噛合い係合するスプライン又はシール歯を有するあらゆる噛合い構成部品に対して使用することができることが分かるであろう。
【００１３】
図１は、スプライン部分１２及びシール部分１４を含む、航空機エンジン（図示せず）の出力タービンシャフト１０を示す。スプライン部分１２は、シャフト１０の軸線とほぼ平行に整列しかつシャフト１０の周りで放射状に間隔をおいた複数のスプライン２０を含む。
【００１４】
図２を参照すると、スプライン２０を示している。スプライン２０は、典型的な補修区域又は磨耗部分３２と非磨耗部分３４とを形成した外部表面３０を有する。磨耗部分３２は、仮想線３８と磨耗表面３６とによって定まる。航空機エンジン内部で使用する前に、スプライン２０は、仮想線３８及び外部表面３０によって定まる寸法に製作された。使用中に、スプライン２０ごとに磨耗部分３２が喪失されて、外部表面３０は磨耗表面３６を含むようになる。仮想線３８における外部表面３０は、相補形装置（図示せず）の歯又はスプラインに噛合い係合するので、シャフト１０と相補形装置との間でトルクが伝達され、その結果として磨耗及び磨耗部分３２の喪失が生じた。この説明において用いる場合、磨耗部分３２は、スプライン２０の加圧又は接触面４０上に位置する。スプライン２０の反対側の面は、非加圧又は非接触面４２と呼ばれる。
【００１５】
図３は、そこに補修材料５０を付着させた状態の一連のスプライン２０を示すシャフト１０の一部分である。補修材料５０は、集束エネルギー又は低入熱溶接法を用いてスプライン２０に溶接されるのが好ましい。さらに、形成された溶接パドルは、その直径がおよそ３９．４ミル（〜１ｍｍ）であるのがより好ましい。例示的な溶接法は、パルスプラズマアーク、マイクロプラズマアーク、パルスレーザ及びパルス電子ビームである。マイクロプラズマアークは、約０．１〜１５アンペアの溶接電流で印加されるのが好ましい。このようにして、補修材料５０は、スプライン２０への入熱を最小にした状態でスプライン２０に溶接され、ＨＡＺを減少させることができる。ワイヤフィードを使用する場合には、ワイヤは、その直径が約３９．４ミル（〜１ｍｍ）よりも小さいのが好ましい。スプライン２０上への補修材料５０の溶接は、手動又は自動プロセスあるいはそれら２つの組合せで実施することができることが分かるであろう。パルス電子ビーム溶接を使用する場合には、溶接工程は一般的に、約１００〜１４０ｋＶの電圧及び約５〜１０ｍＡの電流で行われる。パス速度は一般的に、約１０〜２０インチ／分である。入熱がＨＡＺ内での過度の結晶粒成長を防止するように制御される限り、あらゆる方法又は方法の組合せを使用することができることが分かるであろう。本明細書で使用する場合の過度の結晶粒成長というのは、スプラインの材料特性に悪影響を与えてスプラインの再使用を妨げる、結晶粒度の増大のことである。
【００１６】
このようにした場合、補修材料５０は、溶接部に隣接するＨＡＺを減少させながらスプライン２０に接合される。図示した実施形態では、ＨＡＺの結晶粒度は、平均結晶粒度を測定するための標準試験法であるＡＳＴＭ  Ｅ１１２−９６ｅ２によって測定した場合のＡＳＴＭナンバ１０よりも小さい所望の範囲内とすることができる。所望の値よりも大きい結晶粒度は通常、構成部品の破損を招くおそれがある疲労割れの伝播の促進に関連する。
【００１７】
スプライン２０は、シャフト１０上の薄肉の狭い突起であり、従って、入熱を合理的に可能な限り低く維持して、各スプライン２０の加圧面４０へのＨＡＺの影響を減少させることが望ましい。入熱が制御されない場合、ＨＡＺ及び結晶粒成長は、非加圧面４２からスプライン２０を貫通して加圧面４０まで延び、それによって補修の有効性を無効な状態にする可能性がある。従って、幾らかの結晶粒成長が発生する可能性があるとしても、この低い入熱により、補修の影響が一般的に正常作動時に何れの他の構成部品にも接触した状態にならない非加圧面４２に限定され、従って適切に制御されかつ非加圧面４２に限定された場合のＨＡＺ及び結晶粒成長は、疲労における大きな要因とはならないことになる。
【００１８】
図４で最もよく分かるように、補修材料５０は、非加圧面４２上に補修材料５０の肉盛りを形成するような方法でスプラインに付着させる。図４はさらに、補修した加圧面４０’及び補修した非加圧面４２’を含む補修したスプライン２０’の輪郭を仮想線で示している。明らかなように、補修材料５０を付加した後に、シャフト１０は再機械加工又は切削されて、補修スプライン２０’を形成する。
【００１９】
好ましい実施形態では、本発明の方法は、スプライン２０の加圧面４０上の補修区域４５を特定する段階と、非加圧面４２に補修材料５０を溶接する段階と、シャフト１０を機械加工して補修スプライン２０’を形成する段階とを含む。補修区域４５は、機械加工されて補修加圧面４０’を形成するスプライン２０の区域によって定まる。明らかなように、作動の間の対称性とバランスとを維持するため、一般的にシャフト１０の全てのスプライン２０が、補修スプライン２０’を形成するための非加圧面４２上への補修材料５０の肉盛りを必要とすることになる。各スプライン２０の加圧面４０は、補修加圧面４０’の輪郭に機械加工される。非加圧面４２もまた、過剰の補修材料５０を除去するように機械加工して、補修非加圧面４２を形成するのが好ましい。このようにした場合、補修スプライン２０’は、スプライン２０の元の放射方向位置と比較したとき、シャフト１０上で僅かに時計回り方向に移動し直されているが、その他の点では補修スプライン２０’は、元のスプライン２０と同じか又は殆ど同じでありかつ据付け（ｆｉｔ−ｕｐ）公差範囲内である寸法を有する。図５は、機械加工作業の終了後の補修スプライン２０’を示している。
【００２０】
このようにした場合、スプライン２０’の再機械加工した加圧面４０’は、元の鍛造シャフト材料で構成され、補修材料５０では構成されていない。このようにして、シャフト１０には、元のシャフト材料で構成された磨耗表面が形成される。この元の材料は、スプライン２０のための所望の物理的特性を維持しており、本明細書に記載した方法を使用した場合、この元の材料は、溶接処理によって大きく変質することはない。これと対照的に、補修材料を磨耗部分に施工し、かつシャフトを元の寸法に再機械加工することからなる補修は、望ましくない特性を有する可能性がある接触表面をもつシャフトを形成することになる。本明細書に記載した方法は、通常の使用により磨耗したスプライン２０を補修する目的に好ましいと同時に、例えば何らかの理由で必要な許容公差に適合していないスプライン２０を補修するためにもまた使用することができることが分かるであろう。
【００２１】
補修材料５０は一般的に、非加圧面４２上に約４０ミルよりも小さい厚さ、好ましくは約１５ミルよりも小さい厚さに肉盛される。補修材料は、何れのパスにおいても入熱を最小にするために、複数のパスで施工することができる。補修材料５０の肉盛りは、補修プライン２０’を使用及びその後の磨耗前のスプライン２０と同じ寸法に回復させるために、少なくとも磨耗部分３２と同じ厚さであることが分かるであろう。従って、一般的に、補修材料の肉盛りの前に、磨耗表面３６に対して垂直に磨耗部分３２の厚さ、従って加圧面４０の補修区域の厚さが測定される。
【００２２】
また、補修材料５０は、シャフト１０と同一材料のものであるのが好ましく、この材料は典型的には、ニッケル基、鉄基、コバルト基及びそれらの組合せからなる群から選ばれた超合金である。さらに、シャフト１０及び補修材料５０は、インコネル（ＩＮＣＯＮＥＬ）（登録商標）７１８であるのがより好ましいが、他の適切な材料も、本明細書に記載した方法を用いて補修することができる。インコネル（登録商標）は、ウェストバージニア州ハンチントン所在のＨｕｎｔｉｎｇｔｏｎ  Ａｌｌｏｙｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ所有の連邦登録商標である。インコネル（登録商標）７１８の組成は、当技術分野ではよく知られており、約１８重量％のクロム、約１９重量％の鉄、約５重量％のニオブ＋タンタル、約３重量％のモリブデン、約０．９重量％のチタン、約０．５重量％のアルミニウム、約０．０５重量％の炭素、約０．００９重量％のホウ素、最大約１重量％のコバルト、最大約０．３５重量％のマンガン、最大約０．３５重量％のケイ素、最大約０．１重量％の銅及び残部のニッケルを含むニッケル基超合金を意味している。
【００２３】
補修材料５０を、スプライン２０の非加圧面４２に溶接することによって、補修スプラインのＨＡＺは、補修スプライン２０’の補修非加圧面４２’に隣接することになる。このＨＡＺ内部の結晶粒度は、加圧面４０’に隣接する元のシャフト１０材料の結晶粒度よりも大きくなる可能性がある。単一の回転方向である、従って各スプライン上に加圧面と非加圧面とがあるスプラインを含む用途の場合には、加圧面に隣接する硬度及び結晶粒度のような物理的特性の変化は、構成部品の強度及び有効寿命に影響する可能性があるが、非加圧面の近くの物理的特性の変化は、構成部品の強度及び有効寿命に対する影響は無視できるほどのものとなる。必要に応じて、シャフトの物理的特性を変化させるための更なる熱処理を行うことができ、この熱処理は、本発明の一部であると想定している。熱処理は一般的に、処理温度に到達するように選定された材料の標準昇温速度を使用して、約１１５０°Ｆ〜約１４００°Ｆの温度で最大約１６時間にわたって行われる。
【００２４】
ワイヤ供給溶接法の使用は、本発明の例示的な実施形態によりスプラインを補修するのに利用することができる。ワイヤ供給溶接によって満足できる結果が得られるが、製造環境における一定レベルの一貫性及び再現性を達成するために、本発明の更なる別の例示的な実施形態を示す。
【００２５】
本発明の別の実施形態によると、スプラインを補修する方法は、ガスタービンエンジンシャフトのスプライン上に嵌合したシース又はオーバーレイの使用を含む。オーバーレイは、スプラインを覆いかつ該スプラインに接触し、溶接のための補修材料の犠牲供給源として作用する。オーバーレイの使用により、スプラインに施工する補修材料の量のより良好な制御が得られ、従って溶接の間のより良好な加熱制御が得られる。
【００２６】
図６を参照すると、オーバーレイ６００は、何らかの溶接補修材料で構成した管状装置であり、インコネル（登録商標）７１８であるのが好ましい。オーバーレイ６００は、外表面６２０と、それを通してスプライン２０を嵌合する開口部６３０を形成した内表面６２５とを有する。内表面６２５は、スプライン２０の幾何学形状及び寸法に実質的に一致した寸法であり、そのためオーバーレイ６００をシャフト１０のスプライン２０上に配置するときに、オーバーレイ６００は、該オーバーレイ６００の内表面６２５に沿って形成した整合凹部によってスプライン２０を受けて、該スプライン２０との滑りばめによって実質的に固定される。
【００２７】
オーバーレイ６００の外表面６２０は、あらゆる断面積として形成することができる。例えば、外表面６２０は、図６に示すように円形断面積として形成することができるが、本発明の別の例示的な実施形態によると、図７に示すようなクッキー抜き型形式のオーバーレイ７００が使用される。図７に示すように、オーバーレイ７００は、該オーバーレイ７００を構成するのに必要な材料の量を低減するようにほぼ均一な厚さを有し、該オーバーレイ７００の外表面７２０及び内表面７２５の両方がスプライン２０の輪郭に実質的に一致している。
【００２８】
再び図６を参照すると、オーバーレイ６００は、該オーバーレイ６００の長さに沿って延びる一連の平行なスクライブライン６４０を有することができる。スクライブライン６４０は、当技術分野で公知のあらゆる方法によって形成することができ、スクライブライン６４０はスプライン２０の加圧面４０及び非加圧面４２の真上の交互区域を定めるようにオーバーレイ６００の外表面６２０上に間隔をおいて配置される。精密溶接装置を使用して、スプライン２０の非加圧面の真上に位置する２つのスクライブライン６４０間の区域内に一連の溶接パスを加える。溶接部は、スクライブラインに平行な方向に形成するのが好ましい。この溶接部により、オーバーレイ６００の一部分が補修材料としてスプライン２０の非加圧面４２に冶金学的に接合されることになる。
【００２９】
スクライブライン６４０間の区域を完全に溶接したら、何らの補修材料も付着させることが望ましくないスプライン２０の加圧面４０の真上の区域を定めるスクライブライン６４０によって定められた１つおきの他の区域をスキップしながら、スプライン２０の非加圧面４２の真上の区域を定める次のスクライブライン６４０のセットに対してこの工程を繰り返す。オーバーレイ６００が、図６に示すように円形断面積によって形成された外表面を有する場合には、外表面６２０からスプライン２０の非加圧面４２までの距離及び溶接部の深さは、各パスに応じて変化する。当業者には公知の精密溶接ツールを用いて、各パスの後にその後のパスについての溶接部の深さを制御するための調整を容易に行うことができる。オーバーレイ６００は、溶接部からの熱がオーバーレイ６００の内表面６２５を加熱するのを可能にするのに十分な厚さのものであり、従ってスプラインの非加圧面４２上への補修材料の被着が生じる。
【００３０】
オーバーレイ６００は、あらゆる長さのものとすることができるが、１つ以上のオーバーレイ６００を使用する必要性を回避し、かつ各スプライン２０の長さに沿った単一の連続したパスを可能とするために、少なくともシャフト１０のスプライン２０と同じ長さであるのが好ましい。図７に示すように、オーバーレイ７００は、スプライン２０よりも長いのが好ましい。図６及び図７に示したオーバーレイの長さは、例示の目的のためのものであり、オーバーレイの形状により決まるものではないことが分かるであろう。
【００３１】
明らかなように、加熱サージなどが、溶接開始点又は終了点で発生する場合があることが知られている。従って、補修しているスプライン２０の直ぐ上方で溶接部を開始又は停止させた場合、溶接部内に、望ましくない特性を有する局所区域を形成する品質の変動が発生する可能性がある。しかしながら、スプライン２０を越えた位置で溶接部を開始又は停止した場合には、スプライン２０の全長にわたって一定した溶接部を達成することができ、スプライン２０に接触していないオーバーレイ７００の区域において、何らかの加熱サージが発生することになる。
【００３２】
しかしながら、オーバーレイ７００がスプライン２０を越えて延びるので、溶接工程の間にはスプライン２０を見ることができない。従って、スプライン２０の前方及び後方の位置の外表面７２０上に、マーカとして役立つ開始及び停止タブ７６０、７７０を設けることができる。タブ７６０、７７０は、スプライン２０への加熱サージ又は他の損傷のリスクが殆どない状態で溶接を開始又は停止することができることを示す。開始タブ及び停止タブ７６０、７７０は溶接の区域を定めるためのスクライブラインと組合せて使用することができるが、図７に示すようにほぼ一定の厚さを有し、輪郭付き外表面７２０の峰及び谷がスクライブラインと同じ機能を果たすオーバーレイ７００を用いる場合には、スクライブラインを不要とすることができることが分かるであろう。
【００３３】
当技術分野で公知である精密溶接ツールは、オーバーレイを用いる本発明の様々な溶接法を実施するために使用することができる。このようにして、溶接部が何れかのスプラインの加圧面に施工されたオーバーレイによる補修材料を生じないように、溶接ランの幅と深さとを制御することができる。さらに、一定量の補修材料が、スプラインに施工される。溶接が終了した後に、溶接によって付着されていないオーバーレイのそれらの部分、すなわちスプラインの加圧面に接触しているオーバーレイのそれらの部分は、機械加工作業の間に容易に除去される。先に説明したように、機械加工する段階は、スプラインの加圧面を機械加工して、製造されたままのシャフト材料で構成された平滑表面を形成する段階を含む。非加圧面もまた機械加工されて、オーバーレイが溶接された部位での過剰の補修材料が除去されて、スプラインの希望の輪郭及び寸法を形成する。
【００３４】
本発明の例示的な実施形態をガスタービンエンジンシャフトのスプラインに関して説明してきたが、本発明の原理は、シール歯、及びスプライン、歯、スプロケット又は類似の形状部を有するガスタービンエンジンのあらゆる他の構成部品に同様に適用されることが分かるであろう。
【００３５】
本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態の要素に様々な変更を加えることができまた実施形態の要素を均等物で置き換えるできることは当業者には明らかであろう。さらに、本発明の本質的な技術的範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的要件を本発明の教示に適合させるように、多くの修正を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明が特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を含むことになることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】航空機エンジンの出力タービンシャフトの斜視図。
【図２】明瞭にするためにスプラインの磨耗を誇張した状態の、図１の線２−２に沿って取った拡大部分断面図。
【図３】明瞭にするために溶接補修材料の厚さを誇張した状態の、一連の図２のスプラインを示す出力タービンシャフトの断面図。
【図４】本発明により補修材料を付着させたスプラインの例示的な輪郭を示す、図２と同様な拡大部分断面図。
【図５】本発明の実施形態によりスプラインを再機械加工した後の例示的な輪郭を示す、図２と同様な拡大部分断面図。
【図６】本発明の実施形態によりスプライン上にオーバーレイを施工した、図１のシャフトのスプライン部分の斜視図。
【図７】本発明の別の実施形態によりスプライン上にオーバーレイを施工した、図１のシャフトのスプライン部分の斜視図。
【符号の説明】
【００３７】
１０  出力タービンシャフト
１２  スプライン部分
１４  シール部分
２０  スプライン
２０’  補修スプライン
３０  外部表面
３２  摩耗部分
３６  非摩耗部分
４０  加圧面
４０’  補修加圧面
４２  非加圧面
４２’  補修非加圧面
５０  補修材料
【図１】
2006289501.tif 000003
【図２】
2006289501.tif 000004
【図３】
2006289501.tif 000005
【図４】
2006289501.tif 000006
【図５】
2006289501.tif 000007
【図６】
2006289501.tif 000008
【図７】
2006289501.tif 000009