(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンのベーンに影響を及ぼすことなく、ベーンの亀裂を補修する。【解決手段】高温による機械的疲労およびエンジン運転中に生じる高温腐食により、時間とともに、ガスタービンエンジンのベーン２６に亀裂３４が生じる。この亀裂を、マイクロ波のろう付けにより補修する。ベース材料およびろう付け材料を備えるろう付け合金３０を、亀裂に適用する。ろう付け合金は、粉末状のスラリである。ろう付け合金には、約５０〜１００％のベース材料および約０〜５０％のろう付け材料が含まれる。ベース材料は、ベーンのベースメタルと同じ組成を有する。ろう付け合金を亀裂に適用した後、ろう付け合金を溶解させ、ベーンの亀裂を補修するためにベーンをマイクロ波にさらす。マイクロ波供給源３２からのマイクロ波により、ベーンのベースメタルより先に、粉末状のろう付け合金が加熱され、溶解される。これにより、ベーンには影響が及ばない。【選択図】図２
2006102815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成部品の亀裂を補修し、寸法的に前記構成部品を修復する方法であって、
構成部品の亀裂にろう付け合金を適用するステップと、
前記ろう付け合金を溶解するように前記構成部品をマイクロ波にさらすステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記構成部品が、ガスタービンエンジンに用いられるエアフォイルであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記構成部品が、コバルト超合金およびニッケル超合金の一方であるベースメタルで製造されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ろう付け合金が、ベース材料およびろう付け材料を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記ろう付け合金が、約５０〜１００％の前記ベース材料および約０〜５０％の前記ろう付け材料を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ろう付け合金が、約９０％の前記ベース材料および約１０％の前記ろう付け材料を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記構成部品が、ベースメタルで製造され、前記ベースメタルおよび前記ベース材料の両方が、ニッケル超合金であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記構成部品が、ベースメタルで製造され、前記ベースメタルおよび前記ベース材料の両方が、コバルト超合金であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記構成部品をマイクロ波にさらす前記ステップが、約５〜４０分間にわたり行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記構成部品を約２０５０〜２２５０°Ｆ（約１１２１〜１２３２℃）まで加熱するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
構成部品の亀裂を補修し、寸法的に前記構成部品を修復する装置であって、
亀裂を有する構成部品と、
前記亀裂に適用されるろう付け合金と、
前記ろう付け合金を溶解させるようにマイクロ波を発生するマイクロ波供給源と、
を備える装置。
【請求項１２】
前記構成部品が、ガスタービンエンジンにおいて用いられるエアフォイルであることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記構成部品が、コバルト超合金およびニッケル超合金の一方であるベースメタルで製造されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ろう付け合金が、ベース材料およびろう付け材料を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記構成部品が、ベースメタルで製造され、前記ベースメタルおよび前記ベース材料の両方が、ニッケル超合金であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記構成部品が、ベースメタルで製造され、前記ベースメタルおよび前記ベース材料の両方が、コバルト超合金であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記ろう付け合金が、約５０〜１００％の前記ベース材料および約０〜５０％の前記ろう付け材料を含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記ろう付け合金が、約９０％の前記ベース材料および約１０％の前記ろう付け材料を含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの静止エアフォイルつまりベーンにおける亀裂を、マイクロ波のろう付けにより補修する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、コバルトまたはニッケル超合金のベースメタルで製造される静止エアフォイルつまりベーンを備える。高温による熱的な機械疲労、ならびにエンジン運転中に生じる高温腐食により、ベーンに亀裂が生じる場合がある。亀裂は、通常、ろう付けにより補修される。約５０％のベース材料および約５０％のろう付け材料を含むろう付け合金が、亀裂に適用される。ろう付け材料の溶解温度は、ベース材料の溶解温度よりも低い。
【０００３】
ろう付け合金を亀裂に適用した後、加熱炉でベーンを加熱すると、ろう付け合金が溶解して、亀裂が充填される。ろう付け合金を溶解させ、亀裂を補修するために、ベーンは、通常、約６〜８時間にわたり加熱される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ろう付け合金の割合としては、ろう付け材料で飽和せずに、ろう付け合金の組成が、できる限りベース材料と同じ組成になるように、ベース材料の割合を相対的に高くし、ろう付け材料の割合を相対的に低くする必要がある。しかし、ベース材料の割合が増加するにつれて、ろう付け合金の溶解温度も増加する。ベーンは、高温にさらされた場合、変形するとともに、その特性を失う恐れがある。そのため、一般に、溶解温度を低く保つように、ろう付け合金は、高い割合のろう付け材料を含んでいる。
【０００５】
したがって、従来技術の欠陥および欠点を改善するとともに、迅速な、ガスタービンエンジンのベーンにおける亀裂の補修方法が、当業界において必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ガスタービンエンジンは、交互に並んでいる回転エアフォイル（ブレード）および静止エアフォイル（ベーン）を備える。ベーンは、コバルトまたはニッケル超合金などのベースメタルで製造される。
【０００７】
本発明においては、ベーンに生じるあらゆる亀裂を、マイクロ波ろう付けにより補修する。ベース材料およびろう付け材料を含むろう付け合金を、亀裂に適用（塗布）する。ろう付け合金は、粉末状のスラリである。ろう付け合金には、約５０〜１００％のベース材料および約０〜５０％のろう付け材料が含まれる。ベース材料は、ベーンのベースメタルと同じ組成を有する。
【０００８】
ろう付け合金を亀裂に適用（塗布）した後、ろう付け合金を溶解させ、ベーンの亀裂を補修するためにベーンをマイクロ波にさらす。マイクロ波により、ベーンのベースメタルより先に、粉末状のろう付け合金が加熱され、溶解される。これにより、ベーンには影響が及ばない。そのため、本発明のろう付け合金は、同じ溶解温度で、従来技術のろう付け合金より高い割合のベース材料を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、発電または推進に用いられるガスタービンエンジン１０の概略図である。ガスタービンエンジン１０は、軸方向中心線１２、ファン１４、圧縮機１６、燃焼室１８およびタービン２０を備える。圧縮機１６において圧縮された空気は、燃料と混合され、燃料室１８で燃焼され、タービン２０で膨張する。圧縮機１６で圧縮された空気およびタービン２０で膨張した混合気の両方を、高温ガス流２８と呼ぶ。タービン２０のロータ２２は、膨張により回転し、圧縮機１６およびファン１４を駆動させる。タービン２０は、また、ロータ２２の回転エアフォイル（ブレード）２４および静止エアフォイル（ベーン）２６からなる交互に並ぶ列を備える。第１ステージ、第２ステージ、第３ステージ、第４ステージなど種々のステージにおいて、ベーン２６は配置される。第１ステージのベーン２６は、コバルト超合金のベースメタルで製造され、その他のステージ（第２，３ステージなど）のベーン２６は、ニッケル超合金のベースメタルで製造される。
【００１０】
図２のように、高温による機械的疲労およびエンジン運転中に生じる高温腐食により、時間とともに、ベーン２６に亀裂３４が生じる。ベーン２６に亀裂３４が生じた場合、ろう付け合金３０を亀裂３４に適用し、ベーン２６を補修する。
【００１１】
ろう付け合金３０は、ベース材料およびろう付け材料からなる濃い液体粉末状のスラリである。ろう付け材料は、溶解温度が低い粉末である。ベース材料は、ベーン２６の形成に用いられた超合金と同じ組成を有する粉末である。ろう付け合金３０は、従来技術のろう付け合金と比べて、含有するろう付け材料の量が少ないとともに、低い遷移液相比（ＴＬＰ：ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｌｉｑｕｉｄ  ｐｈａｓｅ  ｒａｔｉｏ）を有する。これにより、ろう付け材料で、ろう付け合金３０を飽和させる危険性が減少する。
【００１２】
ろう付け合金３０には、約５０〜１００％のベース材料および約０〜５０％のろう付け材料が含まれることが望ましい。さらに、ろう付け合金３０には、約９０％のベース材料および約１０％のろう付け材料が含まれることがより望ましい。しかし、ろう付け合金３０は、任意の割合のベース材料およびろう付け材料を含むことができることを理解されたい。例えば、ろう付け合金３０は、１００％のベース材料または１００％のろう付け材料を含むことができる。
【００１３】
ろう付け合金３０が、第１ステージのベーン２６に適用される場合、ろう付け合金３０には、コバルト超合金のベース材料およびろう付け材料が含まれる。ろう付け合金３０は、約５０〜１００％のベース材料および約０〜５０％のろう付け材料が含まれることが望ましい。一実施例では、コバルト超合金のベース材料には、炭素、マンガン、ケイ素、硫黄、クロム、ニッケル、タングステン、タンタル、チタニウム、ジルコニウム、鉄、ホウ素およびコバルトが含まれる。表１には、コバルト超合金の組成の例が示されている。ろう付け材料には、炭素、クロム、ニッケル、ホウ素およびコバルトが含まれる。表２には、ろう付け材料の組成の例が示されている。ベース材料およびろう付け材料の具体的な組成の例を説明し、表１，２に示しているが、ろう付け合金３０は、任意の組成を有することができることを理解されたい。当業者であれば、用いるべき組成がわかるであろう。
【００１４】
【表１】
2006102815.tif 000003
【００１５】
【表２】
2006102815.tif 000004
【００１６】
ろう付け合金３０が、第２ステージ、第３ステージなどのベーン２６に適用される場合、ろう付け合金３０には、ニッケル超合金のベース材料およびろう付け材料が含まれる。ろう付け合金３０には、約５０〜１００％のベース材料および約０〜５０％のろう付け材料が含まれることが好ましい。一実施例では、ニッケル超合金のベース材料には、炭素、マンガン、ケイ素、リン、硫黄、クロム、コバルト、タングステン、タンタル、アルミニウム、チタン、ハフニウム、モリブデン、ホウ素、鉄、コロンビウム、銅、ジルコニウム、鉛、ビスマス、セレン、テルル、タリウムおよびニッケルが含まれる。表３には、ニッケル超合金の組成の例が示されている。別の実施例においては、ニッケル超合金のベース材料には、炭素、マンガン、ケイ素、硫黄、アルミニウム、モリブデン、タンタル、コロンビウム、クロム、チタン、ジルコニウム、鉄、コバルト、銅、鉛、ビスマス、ホウ素、およびニッケルとコバルトの混合物が含まれる。図４には、このニッケル超合金の組成の例が示されている。ベース材料の具体的な組成を、表３，４に示しているが、ベース材料は、任意の組成を有することができることを理解されたい。当業者であれば、用いるべき組成がわかるであろう。
【００１７】
表３，４において示されているベース材料の１つが、ろう付け材料と混合される。一実施例では、ろう付け材料は、炭素、硫黄、リン、銅、鉛、ビスマス、セレン、ケイ素、鉄、ジルコニウム、マンガン、アルミニウム、ハフニウム、タングステン、ホウ素、コバルト、クロム、およびニッケルからなる。表５には、表３または表４で示されたニッケル超合金のベース材料と混合されるろう付け材料の組成の例が示されている。ろう付け材料の具体的な組成を、表５に示しているが、ろう付け材料は、任意の組成を有することができることを理解されたい。当業者であれば、用いるべき組成がわかるであろう。
【００１８】
【表３】
2006102815.tif 000005
【００１９】
【表４】
2006102815.tif 000006
【００２０】
【表５】
2006102815.tif 000007
【００２１】
ベーン２６の亀裂３４にろう付け合金３０を適用（塗布）した後、ろう付け合金３０を溶解し、亀裂３４を補修するように、ろう付け合金３０をマイクロ波にさらす。ベースメタルよりも先にろう付け合金３０を加熱し、溶解させるマイクロ波を、マイクロ波供給源３２は発生する。ろう付け合金３０が冷えると、亀裂３４内でろう付け合金３０が硬化し、亀裂３４を補修するとともに、ベーン２６の腐食面を補強するろう付け結合が生じる。ろう付け合金３０は、また、ベーン２６の腐食面を充填するとともに、寸法的にベーン２６を修復することができる。
ろう付け合金３０は、約５〜６０分間にわたりマイクロ波にさらされ、約１５分で溶解温度に達することが好ましい。ろう付け合金３０は、約２０５０〜２２５０°Ｆ（約１１２１〜１２３２℃）まで加熱されることが好ましい。しかし、ろう付け合金３０を、任意の時間の間にわたりマイクロ波にさらすとともに、任意の温度まで加熱することができる。当業者であれば、ろう付け合金３０をマイクロ波にさらす時間がわかるであろう。マイクロ波は、２．４５ＧＨＺの範囲内にあることが好ましい。
【００２２】
ろう付け合金３０が粉末であるため、マイクロ波は、ベースメタルより先に粉末状のろう付け合金３０を加熱し、溶解する。これは、マイクロ波が、ベースメタルより早くろう付け合金３０を加熱するためである。そのため、マイクロ波のろう付け工程中に、マイクロ波により、ベーン２６のベースメタルに影響が及ぶことはない。
【００２３】
増加した量のベース材料を含む本発明のろう付け合金３０は、より少ないベース材料を含む従来のろう付け合金と同じ溶解温度で溶解する。例えば、本発明のろう付け合金３０は、マイクロ波を用いると、第１の溶解温度で溶解する。同じ組成を有するろう付け合金を、ベーン２６に適用して、マイクロ波を用いずに加熱した場合、ろう付け合金は、第１の溶解温度より高い第２の溶解温度で溶解する。従来のろう付け合金では、より高い第２の溶解温度までベーン２６を加熱すると、ベーン２６が変形してしまう恐れがある。マイクロ波にさらされ、所定の温度で溶解する本発明のろう付け合金３０には、同じ溶解温度で溶解する従来のろう付け合金より多い量のベース材料が含まれる。そのため、ベーン２６のベースメタルより先に、ろう付け合金３０を優先的に加熱するマイクロ波を用いることにより、同じ溶解温度にさらされる場合、本発明のろう付け合金３０は、より高い割合のベース材料を含むことができる。これにより、ベーン２６のベースメタル材料の組成と、ろう付け合金３０の組成を同一により近い状態にすることができる。
【００２４】
ろう付け合金３０を溶解するために、加熱炉の熱ではなく、マイクロ波供給源３２からのマイクロ波を用いることにより、同じ溶解温度で溶解する従来のろう付け合金のベース材料の含有量の割合より、ろう付け合金３０のベース材料の含有量の割合を増加させることができる。従来のろう付け合金３０を溶解するのに必要な溶解温度と同じ高さの溶解温度まで、本発明のろう付け合金３０を加熱する必要はない。これにより、ベーン２６の変形および特性の消失が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】ガスタービンエンジンのベーンの概略図。
【００２６】
【図１】
2006102815.tif 000008
【図２】
2006102815.tif 000009