(57)【要約】      （修正有）【課題】ロウ付けギャップサイズを小さく制御することによりサービスランパーツに高い機械強度を与える。【解決手段】部品にテーパ付きスロットを機械加工し１０１、テーパ付きスロットは、寸法を決定するために計測される１０２。インサートが、インサートの外面とテーパ付きスロットの内面との間のロウ付けギャップを伴って、テーパ付きスロットに対応する幾何形状を有するように形成される１０３。ロウ付け材料の層がインサートの外面に付着され１０４、層の厚さがロウ付けギャップに対応する。インサートの外面にあるロウ付け材料の層は、拡散層を形成するように焼結される１０５。インサートは、テーパ付きスロット内に配置される１０６。拡散層は、インサートをテーパ付きスロットに結合するようにロウ付けされる１０７。処理された部品は、テーパ付きスロットを有する表面、インサート、およびロウ付けジョイントを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品（２０１）を処理するための方法であって、
前記部品（２０１）の一部分（２０３）を除去するように、前記部品（２０１）にテーパ付きスロット（２０４）を機械加工する工程（１０１）と、
前記テーパ付きスロット（２０４）の寸法を決定するために前記テーパ付きスロット（２０４）を計測する工程（１０２）と、
インサート（３０１）の外面と前記テーパ付きスロット（２０４）の内面との間のロウ付けギャップ（３０３）を伴って、前記テーパ付きスロット（２０４）に対応する幾何形状を有するように前記インサート（３０１）を形成する工程（１０３）と、
前記インサート（３０１）の前記外面にロウ付け材料の層を付着させる工程（１０４）と、
拡散層（３０２）を形成するように前記インサート（３０１）の前記外面に前記ロウ付け材料の前記層を焼結させる工程（１０５）と、
前記テーパ付きスロット（２０４）内に前記インサート（３０１）を配置する工程（１０６）と、
前記インサート（３０１）を前記部品（２０１）に結合するように前記部品（２０１）をロウ付けする工程（１０７）と、
を含む方法。
【請求項２】
前記計測は、白色光３Ｄ計測システム、青色光３Ｄ計測システム、レーザーによる計測システム、およびそれらの組合せから成る群から選択される計測システムを利用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記インサート（３０１）の前記形成は、製造後削孔、放電加工（ＥＤＭ）、レーザー削孔、機械削孔、振動削孔、ミリング、コンピュータ数値制御ミリング、ウォータージェット切断、アブレーシブジェット切断、穿孔、付加製造技術による形成、３Ｄプリンティング、およびそれらの組合せから成る群から選択されるプロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記付着は、パウダースプレー、テープまたはフォイル蒸着、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、熱スプレー、電気溶着、溶融めっき、冷浸漬形成法、レーザーによる蒸着、溶接による蒸着、およびそれらの組合せから成る群から選択されるプロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記層の厚さが、前記インサート（３０１）の前記外面と前記テーパ付きスロット（２０４）の前記内面とを隔てる前記ロウ付けギャップ（３０３）と同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記部品（２０１）は、合金またはニッケル系超合金、コバルト系超合金、鉄系超合金、チタン系超合金、およびそれらの組合せから成る群から選択される超合金材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記部品（２０１）は、単結晶（ＳＸ）材料、一方向凝固（ＤＳ）材料、等軸結晶（ＥＸ）材料、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記インサート（３０１）は、単結晶（ＳＸ）材料、一方向凝固（ＤＳ）材料、等軸結晶（ＥＸ）材料、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ロウ付けギャップ（３０３）は、室温で約５００ＭＰａ超の引張強度を提供するのに十分なほど小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ロウ付けギャップ（３０３）は、約０．０００５インチと約０．０１インチの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ロウ付け材料は、金、銅、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル、チタン、バナジウム、ジルコニウム、コバルト、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記焼結は、華氏約１８００度と約２３００度の間の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ロウ付けは、華氏約１８００度と約２３５０度の間の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記部品（２０１）は、ブレード（バケット）、ベーン（ノズル）、シュラウド、燃焼器ライナ、および遷移ダクトのうちの少なくとも１つから成る群から選択されるタービン部品（２０１）である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
処理された超合金タービン部品（２０１）であって、
テーパ付きスロット（２０４）を有する表面と、
前記テーパ付きスロット（２０４）に配置されたインサート（３０１）であり、前記インサート（３０１）の外面と前記テーパ付きスロット（２０４）の内面との間に０．０００５インチ〜０．０１インチの範囲のロウ付けギャップ（３０３）を伴うインサート（３０１）と、
前記ロウ付けギャップ（３０３）に配置されたロウ付け材料を含むロウ付けジョイントであり、前記ロウ付け材料は、前記インサート（３０１）の前記外面に焼結されており、前記超合金タービン部品（２０１）は、前記インサート（３０１）と前記超合金タービン部品（２０１）の間に拡散層（３０２）を有する、ロウ付けジョイントと、
を備えるタービン部品（２０１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、難溶接超合金部品の補修を対象とし、より具体的には、拡散合金インサートを用いた難溶接超合金部品のロウ付け構造補修を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン機械は、翼形、バケット、ブレード、ノズル、ベーン、シュラウド、回転タービン部品、ホイール、シール、燃焼器ライナ、３Ｄ製造部品および遷移ダクトなどの高温ガス経路部品を製造するために、高強度かつ耐酸化性の難溶接（ｈａｒｄ−ｔｏ−ｗｅｌｄ、ＨＴＷ）合金を一般的に使用する。難溶接（ＨＴＷ）合金は、一般的に、タービンの運転温度および運転条件にとって望ましい機械特性を示す。
【０００３】
しかし、運転中、難溶接（ＨＴＷ）合金から形成された部品が過酷な作業環境に遭遇し、疲労、クリープ、腐食または酸化による材料劣化が生じる。
【０００４】
ロウ付けは、サービスラン（ｓｅｒｖｉｃｅ−ｒｕｎ）パーツを新品同様にするために広く使用されている。ロウ付けは、ロウ付けジョイントのロウ付けギャップサイズが非常に小さい場合にのみ高い機械強度を示す。そうでなければ、ロウ付けは、運転に十分なほどの高い機械強度をサービスランパーツに与えることはない。しかし、製造中、ギャップサイズを所望の寸法に制御することは容易ではない。
【０００５】
いまだに、ロウ付けギャップサイズを小さく制御することによりサービスランパーツに高い機械強度を与える方法を開示する技術的手法は報告されていない。
【発明の概要】
【０００６】
例示的な実施形態では、部品を処理するための方法が提供される。部品を処理するための方法は、部品の欠陥を含む部分を除去するように、部品にテーパ付きスロットを機械加工する工程を含む。テーパ付きスロットは、寸法を決定するために計測される。インサートが、インサートの外面とテーパ付きスロットの内面との間のロウ付けギャップを伴って、テーパ付きスロットに対応する幾何形状を有するように形成される。ロウ付け材料の層がインサートの外面に付着され、層の厚さがロウ付けギャップに対応する。ロウ付け材料の層は、拡散層を形成するようにインサートの外面に焼結される。インサートは、テーパ付きスロット内に配置される。部品は、インサートを部品に結合するようにロウ付けされる。
【０００７】
別の例示的な実施形態では、超合金タービン部品を処理するための方法が提供される。超合金タービン部品を処理するための方法は、超合金タービン部品の欠陥を含む部分を除去するように、超合金タービン部品にテーパ付きスロットを機械加工する工程を含む。テーパ付きスロットは、テーパ付きスロットの寸法を決定するために計測される。インサートが、インサートの外面とテーパ付きスロットの内面との間の約０．０００５インチ〜約０．０１インチの範囲のロウ付けギャップを伴って、テーパ付きスロットに対応する幾何形状を有するように形成される。ロウ付け材料の層がインサートの外面に付着される。ロウ付け材料の層は、拡散層を形成するように華氏約１８００度と約２３００度の間の温度でインサートの外面に焼結される。インサートは、テーパ付きスロット内に配置され、超合金タービン部品は、インサートを超合金タービン部品に結合するように華氏約１８００度と約２３５０度の間の温度でロウ付けされる。
【０００８】
別の例示的な実施形態では、処理された超合金タービン部品が提供される。処理された超合金タービン部品は、テーパ付きスロットを有する表面を含む。テーパ付きスロット内にインサートが配置されている。インサートの外面とテーパ付きスロットの内面との間に０．０００５インチ〜０．０１インチの範囲のロウ付けギャップが存在する。部品は、ロウ付けジョイントも含む。ロウ付けジョイントは、ロウ付けギャップに配置されたロウ付け材料を含む。ロウ付け材料は、インサートの外面に焼結された材料である。超合金タービン部品は、インサートと超合金タービン部品の間に拡散層を含む。
【０００９】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例として例示する添付図面と併せて、以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】部品を処理する方法の一実施形態を例示するフローチャートである。
【図２】本開示の実施形態による、処理領域を含む部品の斜視図である。
【図３】本開示による方法の模式図を示している。
【図４】図３の４−４線沿いの断面図である。
【図５】図３の５−５線沿いの断面図である。
【図６】図３の６−６線沿いの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
可能である場合、同じ部分を表すために図面を通じて同じ参照数字を用いている。
【００１２】
以下で述べる詳細な説明は、同じ番号が同じ要素を参照する添付図面と共に、開示される主題の各種の実施形態を記述することを意図しており、唯一の実施形態を表すことを意図していない。本開示に記述される各実施形態は、単なる例または例示として提示されており、他の実施形態よりも好ましい、または有利であると理解されるものではない。本明細書で提示される例示される例は、排他的であること、または特許請求される主題を開示される厳密な形態に限定することを意図するものではない。
【００１３】
原料の数量および／または反応条件を表す全ての数字は、特に断らない限り、用語「約」により全ての事例で修正されるものと理解されたい。
【００１４】
本明細書において、冠詞「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」は、明細書および請求項に記述される本発明の実施形態の任意の特徴に適用されるときには、１つ以上を意味する。「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」の使用は、その意味を単一の特徴に限定する旨を特に言及していない限り、その意味を限定しない。単数もしくは複数の名詞または名詞句の前の冠詞「その（ｔｈｅ）」は、具体的に特定された１つ以上の特徴を示しており、使用される文脈に応じて単数または複数の意味合いを有することがある。形容詞「任意の（ａｎｙ）」は、数量のいかんにかかわらず、１つ、一部、または全てを意味する。
【００１５】
全ての割合および比率は、特に断らない限り、重量で計算されている。全ての割合は、特に断らない限り、組成物の合計重量に基づいて計算されている。全ての成分または組成物のレベルは、その成分または組成物の有効レベルを参照しており、市販原料中に存在することがある、例えば、残留溶剤または副生成物などの不純物を除いている。
【００１６】
本明細書で用いられる用語「テーパ付き」および本用語の変形は、一端に向かって厚さが漸減している、減少している、または同厚さを漸減もしくは減少させる任意の形状を指す。一部の実施形態では、「テーパ付き」形状の断面としては、非限定的に、Ｖ字形状およびＵ字形状を挙げることができる。
【００１７】
本明細書で用いられる用語「テーパ無し」および本用語の変形は、一端に向かって厚さが一定である任意の形状を指す。一部の実施形態では、「テーパ無し」形状の断面としては、非限定的に、凹形状を挙げることができる。
【００１８】
本明細書で用いられる用語「機械加工」および本用語の変形は、部品から材料を制御可能に除去できる任意のプロセスを指す。機械加工の例としては、非限定的に、製造後削孔、放電加工（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ、ＥＤＭ）、レーザー削孔、機械削孔、振動削孔、ミリング、コンピュータ数値制御ミリング、ウォータージェット切断、アブレーシブジェット切断、穿孔、付加製造技術による形成、３Ｄプリンティング、またはそれらの組合せが挙げられる。
【００１９】
本発明は、部品に高い機械強度を与えるようにロウ付けギャップサイズを小さく制御することにより部品を処理するための方法を含む実施形態を含むことができる。本明細書に例示される部品は、金属または合金を含んでもよい。合金は、超合金を含んでもよい。本明細書で用いられる用語「超合金」は、当該分野で一般に使用されるように、すなわち、機械強度および高温時の耐クリープ性に優れ、耐食性および耐酸化性が高い合金を指すために使用される。
【００２０】
一部の実施形態では、部品としては、非限定的に、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌ、ＳＸ）材料、一方向凝固（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ  ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ、ＤＳ）材料、等軸結晶（ｅｑｕｉａｘｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ、ＥＸ）材料、およびそれらの組合せを挙げることができる。
【００２１】
一部の実施形態では、超合金としては、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、鉄系超合金、チタン系超合金、またはそれらの組合せを挙げることができる。超合金としては、非限定的に、ＧＴＤ１１１、ＧＴＤ２２２、ＧＴＤ４４４、ＧＴＤ２６２、Ｍａｒ  Ｍ２４７、ＩＮ  １００、ＩＮ  ７３８、Ｒｅｎｅ  ８０、ＩＮ  ９３９、Ｒｅｎｅ  Ｎ２、Ｒｅｎｅ  Ｎ４、Ｒｅｎｅ  Ｎ５、Ｒｅｎｅ  Ｎ６、Ｒｅｎｅ  ６５、Ｒｅｎｅ  ７７（Ｕｄｉｍｅｔ  ７００）、Ｒｅｎｅ  ８０、Ｒｅｎｅ  ８８ＤＴ、Ｒｅｎｅ  １０４、Ｒｅｎｅ  １０８、Ｒｅｎｅ  １２５、Ｒｅｎｅ  １４２、Ｒｅｎｅ  １９５、Ｒｅｎｅ  Ｎ５００、Ｒｅｎｅ  Ｎ５１５、ＩＮ  ７０６、Ｎｉｍｏｎｉｃ  ２６３、ＣＭ２４７、ＭａｒＭ２４７、ＣＭＳＸ−４、ＭＧＡ１４００、ＭＧＡ２４００、ＩＮＣＯＮＥＬ  ７００、ＩＮＣＯＮＥＬ  ７３８、ＩＮＣＯＮＥＬ  ７９２、ＤＳ  Ｓｉｅｍｅｔ、ＣＭＳＸ１０、ＰＷＡ１４８０、ＰＷＡ１４８３、ＰＷＡ１４８４、ＴＭＳ−７５、ＴＭＳ−８２、Ｍａｒ−Ｍ−２００、ＵＤＩＭＥＴ  ５００、ＡＳＴＲＯＬＯＹなどの、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ、Ｉｎｃｏｎｅｌ  合金、Ｗａｓｐａｌｏｙ、Ｒｅｎｅ合金およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を挙げることができる。
【００２２】
本明細書で用いられる「ＡＳＴＲＯＬＯＹ」は、重量で、約１５％のクロム、約１７％のコバルト、約５．３％のモリブデン、約４％のアルミニウム、約３．５％のチタン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００２３】
本明細書で用いられる「ＤＳ  Ｓｉｅｍｅｔ」は、重量で、約９％のコバルト、約１２．１％のクロム、約３．６％のアルミニウム、約４％のチタン、約５．２％のタンタル、約３．７％のタングステン、約１．８％のモリブデン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００２４】
本明細書で用いられる「ＧＴＤ１１１」は、重量で、約１４％のクロム、約９．５％のコバルト、約３．８％のタングステン、約４．９％のチタン、約３％のアルミニウム、約０．１％の鉄、約２．８％のタンタル、約１．６％のモリブデン、約０．１％の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００２５】
本明細書で用いられる「ＧＴＤ２６２」は、重量で、約２２．５％のクロム、約１９％のコバルト、約２％のタングステン、約１．３５％のニオブ、約２．３％のチタン、約１．７％のアルミニウム、約０．１％の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００２６】
本明細書で用いられる「ＧＴＤ４４４」は、重量で、約７．５％のコバルト、約０．２％の鉄、約９．７５％のクロム、約４．２％のアルミニウム、約３．５％のチタン、約４．８％のタンタル、約６％のタングステン、約１．５％のモリブデン、約０．５％のニオブ、約０．２％のケイ素、約０．１５％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００２７】
本明細書で用いられる「ＭＧＡ１４００」は、重量で、約１０％のコバルト、約１４％のクロム、約４％のアルミニウム、約２．７％のチタン、約４．７％のタンタル、約４．３％のタングステン、約１．５％のモリブデン、約０．１％の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００２８】
本明細書で用いられる「ＭＧＡ２４００」は、重量で、約１９％のコバルト、約１９％のクロム、約１．９％のアルミニウム、約３．７％のチタン、約１．４％のタンタル、約６％のタングステン、約１％のニオブ、約０．１％の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００２９】
本明細書で用いられる「ＰＭＡ  １４８０」は、重量で、約１０％のクロム、約５％のコバルト、約５％のアルミニウム、約１．５％のチタン、約１２％のタンタル、約４％のタングステン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００３０】
本明細書で用いられる「ＰＷＡ１４８３」は、重量で、約９％のコバルト、約１２．２％のクロム、約３．６％のアルミニウム、約４．１％のチタン、約５％のタンタル、約３．８％のタングステン、約１．９％のモリブデン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００３１】
本明細書で用いられる「ＰＭＡ  １４８４」は、重量で、約５％のクロム、約１０％のコバルト、約２％のモリブデン、約５．６％のアルミニウム、約９％のタンタル、約６％のタングステン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００３２】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  Ｎ２」は、重量で、約７．５％のコバルト、約１３％のクロム、約６．６％のアルミニウム、約５％のタンタル、約３．８％のタングステン、約１．６％のレニウム、約０．１５％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００３３】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  Ｎ４」は、重量で、約９．７５％のクロム、約７．５％のコバルト、約４．２％のアルミニウム、約３．５％のチタン、約１．５％のモリブデン、約６．０％のタングステン、約４．８％のタンタル、約０．５％のニオブ、約０．１５％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００３４】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  Ｎ５」は、重量で、約７．５％のコバルト、約７．０％のクロム、約６．５％のタンタル、約６．２％のアルミニウム、約５．０％のタングステン、約３．０％のレニウム、約１．５％のモリブデン、約０．１５％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００３５】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  Ｎ６」は、重量で、約１２．５％のコバルト、約４．２％のクロム、約７．２％のタンタル、約５．７５％のアルミニウム、約６％のタングステン、約５．４％のレニウム、約１．４％のモリブデン、約０．１５％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００３６】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  ６５」は、重量で、約１３％のコバルト、最大約１．２％の鉄、約１６％のクロム、約２．１％のアルミニウム、約３．７５％のチタン、約４％のタングステン、約４％のモリブデン、約０．７％のニオブ、最大約０．１５％のマンガン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００３７】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  ７７（Ｕｄｉｍｅｔ  ７００）」は、重量で、約１５％のクロム、約１７％のコバルト、約５．３％のモリブデン、約３．３５％のチタン、約４．２％のアルミニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００３８】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  ８０」は、重量で、約１４％のクロム、約９．５％のコバルト、約４％のモリブデン、約３％のアルミニウム、約５％のチタン、約４％のタングステン、約０．１７％の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００３９】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  ８８ＤＴ」は、重量で、約１６％のクロム、約１３％のコバルト、約４％のモリブデン、約０．７％のニオブ、約２．１％のアルミニウム、約３．７％のチタン、約４％のタングステン、約０．１％のレニウム、最大約４．３％のレニウムおよびタングステン、ならびに残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００４０】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  １０４」は、重量で、約１３．１％のクロム、約１８．２％のコバルト、約３．８％のモリブデン、約１．９％のタングステン、約１．４％のニオブ、約３．５％のアルミニウム、約３．５％のチタン、約２．７％のタンタル、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００４１】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  １０８」は、重量で、約８．４％のクロム、約９．５％のコバルト、約５．５％のアルミニウム、約０．７％のチタン、約９．５％のタングステン、約０．５％のモリブデン、約３％のタンタル、約１．５％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００４２】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  １２５」は、重量で、約８．５％のクロム、約１０％のコバルト、約４．８％のアルミニウム、最大約２．５％のチタン、約８％のタングステン、最大約２％のモリブデン、約３．８％のタンタル、約１．４％のハフニウム、約０．１１％の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００４３】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  １４２」は、重量で、約６．８％のクロム、約１２％のコバルト、約６．１％のアルミニウム、約４．９％のタングステン、約１．５％のモリブデン、約２．８％のレニウム、約６．４％のタンタル、約１．５％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００４４】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  １９５」は、重量で、約７．６％のクロム、約３．１％のコバルト、約７．８％のアルミニウム、約５．５％のタンタル、約０．１％のモリブデン、約３．９％のタングステン、約１．７％のレニウム、約０．１５％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００４５】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  Ｎ５００」は、重量で、約７．５％のコバルト、約０．２％の鉄、約６％のクロム、約６．２５％のアルミニウム、約６．５％のタンタル、約６．２５％のタングステン、約１．５％のモリブデン、約０．１５％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００４６】
本明細書で用いられる「Ｒｅｎｅ  Ｎ５１５」は、重量で、約７．５％のコバルト、約０．２％の鉄、約６％のクロム、約６．２５％のアルミニウム、約６．５％のタンタル、約６．２５％のタングステン、約２％のモリブデン、約０．１％のニオブ、約１．５％のレニウム、約０．６％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００４７】
本明細書で用いられる「ＭａｒＭ２４７」および「ＣＭ２４７」は、重量で、約５．５％のアルミニウム、約０．１５％の炭素、約８．２５％のクロム、約１０％のコバルト、約１０％のタングステン、約０．７％のモリブデン、約０．５％の鉄、約１％のチタン、約３％のタンタル、約１．５％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００４８】
本明細書で用いられる「ＩＮ１００」は、重量で、約１０％のクロム、約１５％のコバルト、約３％のモリブデン、約４．７％のチタン、約５．５％のアルミニウム、約０．１８％の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００４９】
本明細書で用いられる「ＩＮＣＯＮＥＬ  ７００」は、重量で、最大約０．１２％の炭素、約１５％のクロム、約２８．５％のコバルト、約３．７５％のモリブデン、約２．２％のチタン、約３％のアルミニウム、約０．７％の鉄、最大約０．３％のケイ素、最大約０．１％のマンガン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００５０】
本明細書で用いられる「ＩＮＣＯＮＥＬ  ７３８」は、重量で、約０．１７％の炭素、約１６％のクロム、約８．５％のコバルト、約１．７５％のモリブデン、約２．６％のタングステン、約３．４％のチタン、約３．４％のアルミニウム、約０．１％のジルコニウム、約２％のニオブ、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００５１】
本明細書で用いられる「ＩＮＣＯＮＥＬ  ７９２」は、重量で、約１２．４％のクロム、約９％のコバルト、約１．９％のモリブデン、約３．８％のタングステン、約３．９％のタンタル、約３．１％のアルミニウム、約４．５％のチタン、約０．１２％の炭素、約０．１％のジルコニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００５２】
本明細書で用いられる「ＵＤＩＭＥＴ  ５００」は、重量で、約１８．５％のクロム、約１８．５％のコバルト、約４％のモリブデン、約３％のチタン、約３％のアルミニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００５３】
本明細書で用いられる「Ｍａｒ−Ｍ−２００」は、重量で、約９％のクロム、約１０％のコバルト、約１２．５％のタングステン、約１％のニオブ、約５％のアルミニウム、約２％のチタン、約１０．１４％の炭素、約１．８％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００５４】
本明細書で用いられる「ＴＭＳ−７５」は、重量で、約３％のクロム、約１２％のコバルト、約２％のモリブデン、約６％のタングステン、約６％のアルミニウム、約６％のタンタル、約５％のレニウム、約０．１％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００５５】
本明細書で用いられる「ＴＭＳ−８２」は、重量で、約４．９％のクロム、約７．８％のコバルト、約１．９％のモリブデン、約２．４％のレニウム、約８．７％のタングステン、約５．３％のアルミニウム、約０．５％のチタン、約６％のタンタル、約０．１％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００５６】
本明細書で用いられる「ＣＭＳＸ−４」は、重量で、約６．４％のクロム、約９．６％のコバルト、約０．６％のモリブデン、約６．４％のタングステン、約５．６％のアルミニウム、約１．０％のチタン、約６．５％のタンタル、約３％のレニウム、約０．１％のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００５７】
本明細書で用いられる「ＣＭＳＸ−１０」は、重量で、約２％のクロム、約３％のコバルト、約０．４％のモリブデン、約５％のタングステン、約５．７％のアルミニウム、約０．２％のチタン、約８％のタンタル、約６％のレニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
【００５８】
本明細書に記述される合金組成物のいずれも、付随的な不純物を含むことがある。
【００５９】
本開示による一実施形態は、制御された小さなギャップサイズにより構造ジョイントをロウ付けするために利用される拡散合金インサートを製造する方法を含む。本開示による方法は、難溶接超合金の構造補修を効果的に行うことができる。また、本方法は、任意の幾何形状のインサートのために利用すること、ならびに損傷したおよび／またはひび割れた鋳造ベース金属が除去される量を最小化することができる。
【００６０】
図１を参照すると、部品を処理するための方法を例示するフローチャートを提示している。部品を処理するための方法は、部品の欠陥を含む部分を除去するように、部品にテーパ付きスロットを機械加工する工程１０１を含む。工程１０２では、テーパ付きスロットは、テーパ付きスロットの寸法を決定するために計測される。工程１０３では、インサートが、インサートの外面とテーパ付きスロットの内面との間のロウ付けギャップを伴って、テーパ付きスロットに対応する幾何形状を有するように形成される。工程１０４では、ロウ付け材料の層がインサートの外面に付着され、層の厚さがロウ付けギャップに対応する。工程１０５では、ロウ付け材料の層は、拡散層を形成するようにインサートの外面に焼結される。工程１０６では、インサートは、テーパ付きスロット内に配置される。工程１０７では、部品は、インサートを部品のテーパ付きスロットに結合するようにロウ付けされる。
【００６１】
図２を参照すると、処理システム２００の部品２０１が処理領域２０２を含む。部品２０１は、任意の好適な金属または合金から製造されてもよい。例えば、部品２０１に使用するのに適した金属としては、非限定的に超合金が挙げられる。特に、部品２０１は、ニッケル系、コバルト系、鉄系、またはチタン系の超合金を含んでもよい。金属合金は、超合金を含んでもよい。処理領域２０２は、損傷部分および／またはひび割れ部分２０３を含む。拡大部分２０５が、処理領域２０２の拡大図を示している。一部の実施形態では、損傷部分および／またはひび割れ部分２０３としては、非限定的に、前縁または後縁のひび割れを挙げることができる。
【００６２】
図１および図３を参照すると、部品２０１を機械加工するための方法は、部品２０１の欠陥を含む部分を除去するように部品２０１にテーパ付きスロット２０４を機械加工すること（工程１０１）を含む。一部の実施形態では、工程１０１は、部品２０１の一部分を除去するように、部品にテーパ無しスロットを機械加工する工程を含む。例えば、機械加工としては、製造後削孔、放電加工（ＥＤＭ）、レーザー削孔、機械削孔、振動削孔、ミリング、コンピュータ数値制御ミリング、ウォータージェット切断、アブレーシブジェット切断、穿孔、付加製造技術による形成、３Ｄプリンティング、またはそれらの組合せを挙げることができる。
【００６３】
方法は、テーパ付きスロットの寸法を決定するためにテーパ付きスロット２０４を計測すること（工程１０２）をさらに含む。特定の実施形態では、計測としては、非限定的に、白色光３Ｄ計測システム、青色光３Ｄ計測システム、レーザーによる計測システム、またはそれらの組合せの利用などの計測技術をさらに挙げることができる。方法は、テーパ付きスロット２０４に対応する幾何形状を有するようにインサートシステム３００のインサート３０１を形成すること（工程１０３）をさらに含む。インサート３０１は、インサート３０１がテーパ付きスロット２０４に挿入されるときに、インサート３０１の外面とテーパ付きスロット２０４の内面との間にロウ付けギャップ３０３を提供する幾何形状で形成される。一実施形態では、テーパ付きスロットの寸法は、例えば、青色光３Ｄ計測システムにより決定してもよい。
【００６４】
形成１０３としては、非限定的に、製造後削孔、放電加工（ＥＤＭ）、レーザー削孔、機械削孔、振動削孔、ミリング、コンピュータ数値制御ミリング、ウォータージェット切断、アブレーシブジェット切断、穿孔、付加製造技術による形成、３Ｄプリンティング、またはそれらの組合せを挙げることができる。一実施形態では、形成は、設計された幾何形状に材料を機械加工することを含む。
【００６５】
ロウ付けギャップ３０３は、室温で約５００ＭＰａ超の引張強度を提供するのに十分なほど小さく、インサート３０１とテーパ付きスロット２０４の内面との間に形成されてもよい。よって、各種の実施形態では、ロウ付けギャップは、室温で６００ＭＰａ超、７００ＭＰａ超、８００ＭＰａ超、９００ＭＰａ超、および１０００ＭＰａ超の引張強度を提供するのに十分なほど小さくてもよい。一実施形態では、ロウ付けギャップは、約０．０００５インチと０．０１インチの間でもよい。よって、各種の実施形態では、ロウ付けギャップは、約０．０００５インチ〜約０．０１０インチ、約０．００１０インチ〜約０．００９５インチ、約０．００１５インチ〜約０．００９０インチ、約０．００２０インチ〜約０．００８５インチ、約０．００２５インチ〜約０．００８０インチ、約０．００３０インチ〜約０．００７５インチ、約０．００３５インチ〜約０．００６５インチ、約０．００４０インチ〜約０．００６０インチ、または約０．００４５インチ〜約０．００５５インチであってもよく、それらの間の増分および区間を含んでもよい。
【００６６】
インサート３０１としては、非限定的に、単結晶（ＳＸ）材料、一方向凝固（ＤＳ）材料、等軸結晶（ＥＸ）材料、およびそれらの組合せを挙げることができる。一実施形態では、インサート３０１は、部品２０１の材料と同じ材料を含む。別の実施形態では、インサート３０１は、部品２０１の材料とは異なる材料を含む。
【００６７】
図３も参照すると、方法は、インサートの外面にロウ付け材料の層を付着させること（工程１０４）を含む。一実施形態では、層の厚さは、インサート３０１の外面とテーパ付きスロット２０４の内面との間のロウ付けギャップ３０３に対応してもよい。付着としては、非限定的に、パウダースプレー、テープまたはフォイル蒸着、物理的気相成長法（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）、化学的気相成長法（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）、熱スプレー、電気溶着、溶融めっき、冷浸漬形成法、レーザーによる蒸着、溶接による蒸着、およびそれらの組合せを挙げることができる。ロウ付け材料としては、非限定的に、金、銅、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル、チタン、バナジウム、ジルコニウム、コバルト、およびそれらの組合せを挙げることができる。方法は、拡散層３０２を形成するようにインサート３０１の外面にロウ付け材料の層を焼結させること（工程１０５）を含む。
【００６８】
焼結は、華氏約１８００度と約２３００度の間の温度で行ってもよい。よって、各種の実施形態では、焼結は、華氏約１８００度〜約２３００度、華氏約１８５０度〜約２２５０度、華氏約１９００度〜約２２００度、華氏約１９５０度〜約２１５０度、または華氏約２０００度〜約２１００度、好ましくは華氏約１９００度〜約２１７５度の温度で行われてもよく、それらの間の増分および区間の温度で行われてもよい。焼結は、不活性ガス環境で行われてもよい。焼結は、例えば、減圧炉または水素炉のいずれかで行われてもよい。焼結温度は、ロウ付け材料の層を拡散層３０２に転換するのに十分であってもよい。
【００６９】
方法は、拡散層３０２を有するインサート３０１をテーパ付きスロット２０４内に配置すること（工程１０６）をさらに含む。インサート３０１は、締り嵌め／押し嵌めでテーパ付きスロット２０４内に配置されてもよい。
【００７０】
方法は、インサート３０１を部品２０１に結合するように拡散層３０２をロウ付けすること（工程１０７）をさらに含む。ロウ付けは、部品２０１ではなく拡散層３０２の少なくとも一部分を溶融させるのに十分な温度で行われてもよい。拡散層３０２の溶融部分は、小さなロウ付けギャップサイズでインサート３０１を部品２０１に接着させてもよい。よって、各種の実施形態では、ロウ付けは、華氏約１８００度〜約２３５０度、華氏約１８５０度〜約２３００度、華氏約１９００度〜約２２５０度、華氏約１９５０度〜約２２００度、華氏約２０００度〜約２１５０度、または華氏約２０５０度〜約２１００度の温度で行われてもよく、それらの間の増分および区間の温度で行われてもよい。一実施形態では、ロウ付けは、華氏約１８００度と約２３５０度の間の温度で、好ましくは華氏約２０５０度〜約２２２５度の温度で行われてもよい。ロウ付けは、熱サイクルと共に行われてもよい。
【００７１】
本発明について好適な実施形態を参照して記述してきたが、本発明の範囲から逸脱することなしに、各種の変更を行ってもよく、その要素を等価物で置き換えてもよいことは、当業者にとって理解されるであろう。さらに、特定の状況または材料に適応させるために、その本質的な範囲から逸脱することなしに、本発明の教示に多くの修正を行ってもよい。したがって、本発明は、この発明を実施するための企図されるベストモードとして開示される特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に属する全ての実施形態を含むことを意図している。
［実施態様１］
部品（２０１）を処理するための方法であって、
前記部品（２０１）の一部分（２０３）を除去するように、前記部品（２０１）にテーパ付きスロット（２０４）を機械加工する工程（１０１）と、
前記テーパ付きスロット（２０４）の寸法を決定するために前記テーパ付きスロット（２０４）を計測する工程（１０２）と、
インサート（３０１）の外面と前記テーパ付きスロット（２０４）の内面との間のロウ付けギャップ（３０３）を伴って、前記テーパ付きスロット（２０４）に対応する幾何形状を有するように前記インサート（３０１）を形成する工程（１０３）と、
前記インサート（３０１）の前記外面にロウ付け材料の層を付着させる工程（１０４）と、
拡散層（３０２）を形成するように前記インサート（３０１）の前記外面に前記ロウ付け材料の前記層を焼結させる工程（１０５）と、
前記テーパ付きスロット（２０４）内に前記インサート（３０１）を配置する工程（１０６）と、
前記インサート（３０１）を前記部品（２０１）に結合するように前記部品（２０１）をロウ付けする工程（１０７）と、
を含む方法。
［実施態様２］
前記計測は、白色光３Ｄ計測システム、青色光３Ｄ計測システム、レーザーによる計測システム、およびそれらの組合せから成る群から選択される計測システムを利用することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記インサート（３０１）の前記形成は、機械加工を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記インサート（３０１）の前記形成は、製造後削孔、放電加工（ＥＤＭ）、レーザー削孔、機械削孔、振動削孔、ミリング、コンピュータ数値制御ミリング、ウォータージェット切断、アブレーシブジェット切断、穿孔、付加製造技術による形成、３Ｄプリンティング、およびそれらの組合せから成る群から選択されるプロセスを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
前記付着は、パウダースプレー、テープまたはフォイル蒸着、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、熱スプレー、電気溶着、溶融めっき、冷浸漬形成法、レーザーによる蒸着、溶接による蒸着、およびそれらの組合せから成る群から選択されるプロセスを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
前記層の厚さが、前記インサート（３０１）の前記外面と前記テーパ付きスロット（２０４）の前記内面とを隔てる前記ロウ付けギャップ（３０３）と同じである、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
前記部品（２０１）は合金を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
前記合金は、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、鉄系超合金、チタン系超合金、およびそれらの組合せから成る群から選択される超合金材料を含む、実施態様７に記載の方法。
［実施態様９］
前記部品（２０１）は、単結晶（ＳＸ）材料、一方向凝固（ＤＳ）材料、等軸結晶（ＥＸ）材料、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
前記インサート（３０１）は、単結晶（ＳＸ）材料、一方向凝固（ＤＳ）材料、等軸結晶（ＥＸ）材料、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
前記インサート（３０１）は、前記部品（２０１）の材料と同じ材料を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１２］
前記インサート（３０１）は、前記部品（２０１）の材料とは異なる材料を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１３］
前記ロウ付けギャップ（３０３）は、室温で約５００ＭＰａ超の引張強度を提供するのに十分なほど小さい、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１４］
前記ロウ付けギャップ（３０３）は、約０．０００５インチと約０．０１インチの間である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１５］
前記ロウ付け材料は、金、銅、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル、チタン、バナジウム、ジルコニウム、コバルト、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１６］
前記焼結は、華氏約１８００度と約２３００度の間の温度で行われる、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１７］
前記ロウ付けは、華氏約１８００度と約２３５０度の間の温度で行われる、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１８］
前記部品（２０１）は、ブレード（バケット）、ベーン（ノズル）、シュラウド、燃焼器ライナ、および遷移ダクトのうちの少なくとも１つから成る群から選択されるタービン部品（２０１）である、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１９］
超合金タービン部品（２０１）を処理するための方法であって、
前記超合金タービン部品（２０１）の欠陥を含む部分（２０３）を除去するように、前記超合金タービン部品（２０１）にテーパ付きスロット（２０４）を機械加工する工程（１０１）と、
前記テーパ付きスロット（２０４）の寸法を決定するために前記テーパ付きスロット（２０４）を計測する工程（１０２）と、
インサート（３０１）の外面と前記テーパ付きスロット（２０４）の内面との間の約０．０００５インチから約０．０１インチの範囲のロウ付けギャップ（３０３）を伴って、前記テーパ付きスロット（２０４）に対応する幾何形状を有するように前記インサート（３０１）を形成する工程（１０３）と、
前記インサート（３０１）の前記外面にロウ付け材料の層を付着させる工程（１０４）と、
拡散層（３０２）を形成するように華氏約１８００度と約２３００度の間の温度で前記インサート（３０１）の前記外面に前記ロウ付け材料の前記層を焼結させる工程（１０５）と、
前記テーパ付きスロット（２０４）内に前記インサート（３０１）を配置する工程（１０６）と、
前記インサート（３０１）を前記超合金タービン部品（２０１）に結合するように華氏約１８００度と約２３５０度の間の温度で前記超合金タービン部品（２０１）をロウ付けする工程（１０７）と、
を含む方法。
［実施態様２０］
処理された超合金タービン部品（２０１）であって、
テーパ付きスロット（２０４）を有する表面と、
前記テーパ付きスロット（２０４）に配置されたインサート（３０１）であり、前記インサート（３０１）の外面と前記テーパ付きスロット（２０４）の内面との間に０．０００５インチ〜０．０１インチの範囲のロウ付けギャップ（３０３）を伴うインサート（３０１）と、
前記ロウ付けギャップ（３０３）に配置されたロウ付け材料を含むロウ付けジョイントであり、前記ロウ付け材料は、前記インサート（３０１）の前記外面に焼結されており、前記超合金タービン部品（２０１）は、前記インサート（３０１）と前記超合金タービン部品（２０１）の間に拡散層（３０２）を有する、ロウ付けジョイントと、
を備えるタービン部品（２０１）。
【符号の説明】
【００７２】
２００  処理システム
２０１  部品
２０２  処理領域
２０３  部分
２０４  テーパ付きスロット
２０５  拡大部分
３００  インサートシステム
３０１  インサート
３０２  拡散層
３０３  ロウ付けギャップ
【図１】
2018168851.tif 000003
【図２】
2018168851.tif 000004
【図３】
2018168851.tif 000005
【図４】
2018168851.tif 000006
【図５】
2018168851.tif 000007
【図６】
2018168851.tif 000008
【外国語明細書】
2018168851000001.pdf