(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、構成要素の構造体を製造するために利用される従来の融接技術にて本来的な過剰な内部応力及び微小構造体の問題点を回避するため、構成要素継手を形成し得るよう互いに動かされる第一及び第二の構成要素端縁上に比較的薄い現場のろう接合金層を形成する。この現場のろう接合金層６、２３、２６は、構成要素の端縁を切削すべく利用される、放電切削法による電極の消尽から銅又はニッケルのような、ろう接要素を電着させることにより形成される。次に、後続のろう接技術は、そのろう接合金層を構成要素の下方の材料基層との間に、間質移行を通じて堅固な構成要素継手を形成する。更に、現場のろう接合金層は、それぞれの構成要素の切削した端縁表面の制限された深さまで貫入し、このため、同様に幾何学的効果が制限され、また、下方の構成要素の材料構造体の性質が維持される。
2007518575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電着技術により構成要素（２２）の少なくとも第一の端縁（２１）を切削するステップを備える、構成要素継手を形成する方法において、ろう接要素が電着技術により端縁（２１）内に移行して、該端縁（２１）上に現場のろう接合金層（２３）を形成するステップと、第二の端縁（２５）を第一の端縁（２１）に対して並置した位置にするステップと、その回りにて加熱して、第一の端縁（２１）と第二の端縁（２５）との間にろう接ユニオンを形成するステップとを備えることを特徴とする、構成要素継手を形成する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、チタン合金の構成要素継手のため、ろう接要素は、銅又はニッケルであることを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、電着技術は、ろう接合金層（２３）内に組み込まれるであろう炭素のような微粒子物質を含む電解質の下、実行されることを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３の何れか１つの項に記載の方法において、第一の端縁（２１）及び第二の端縁（２５）の双方が電着技術により切削されることを特徴とする、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、第一の端縁（２１）の回りに形成されたろう接合金層（２３）は、構成物の組成の点にて第二の端縁（２５）の回りに形成されたろう接合金層（２６）と相違することを特徴とする、方法。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つの項に記載の方法において、電着技術は、端縁（２１、２５）に沿って波形の地形的形態を提供することを特徴とする、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、第一の端縁（２１）及び第二の端縁（２５）は波形の点にて適合することを特徴とする、方法。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１つの項に記載の方法において、電着技術は全体として多孔質の性質の端縁（２１、２５）を形成することを特徴とする、方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つの項に記載の方法において、第一の端縁（２１）及び第二の端縁（２５）は、互いに押し付けられて並置した位置となることを特徴とする、方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか１つの項に記載の方法において、加熱手段は、圧縮又はその他の作用の下、第一の端縁（２１）と第二の端縁（２５）との間の抵抗加熱又はレーザ加熱によることを特徴とする、方法。
【請求項１１】
請求項１ないし９の何れか１つの項に記載の方法において、第一の端縁（２１）及び第二の端縁（２５）は、ろう接継手を形成し得るよう加熱炉内にて加熱されることを特徴とする、方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１の何れか１つの項に記載の方法において、第一の端縁（２１）及び第二の端縁（２５）は、ろう接継手が該継手に沿って構造体に継目を形成し得るよう同一の構成要素に設けられることを特徴とする、方法。
【請求項１３】
放電技術にて電極（２）により切削された端縁表面（２１、２５）を有する構成要素において、ろう接要素が電極（２）から移行することにより、所望のろう接合金層（２３、２６）が構成要素の端縁表面（２１、２５）上に形成されることを特徴とする、構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成要素の接合法、より具体的には、エンジンにて使用される構成要素の間のろう接接合法に関する。
【背景技術】
【０００２】
所望の構造を提供するため、端縁に沿って構成要素を接合することが必要である多数の状況が存する。ろう接は、構成要素を接合する１つの手段である。低温度の融点の合金を使用してろう接することは、異なる構成要素の材料の型式、ろう接技術及び最終的な工程上の適用例に適用可能な多数の異なるろう接合金の組成及び条件に関して確立された方法である。融接接合法は、構成要素間の接合部に鋳造構造体及び熱作用領域を導入する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この鋳造構造体及び熱作用領域は、全体として、最終的な構造体の形態の性質にとって有害である。このため、構成要素間の接合部を形成するため構造体の基層を溶融させる必要性を回避することが有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に従って、電着技術により少なくとも第一の端縁を切削し、これにより電着技術によりろう接要素が端縁内へ移行し、該端縁上に現場のろう接合金層を形成するステップと、第二の端縁を第一の端縁に対して並置した位置に動かすステップと、その回りを加熱して第一の端縁と第二の端縁との間にろう接したユニオンを形成するステップとを備える、構成要素継手を形成する方法が提供される。
【０００５】
典型的に、Ｔｉ合金の場合、ろう接要素は、銅又はニッケルである。
電着技術は、ろう接合金層内に組み込まれるであろう炭素のような、微粒子物質を含む電解質の下、実行されよう。第一の端縁及び第二の端縁の双方は、電着技術によって切削されよう。更に、第一の端縁の回りに形成されたろう接合金層は、構成組成の点にて第二の端縁の回りに形成されたろう接合金層と相違するであろう。
【０００６】
好ましくは、電着技術は、端縁に沿って波形の地形的形態を提供する。第一の端縁及び第二の端縁は、波形の点にて適合する。更に、電着技術は、全体として、多孔質の性質を有する端縁にする。
【０００７】
望ましくは、第一の端縁及び第二の端縁は、並置した位置となるように互いに押し付ける。
全体として、加熱手段は、圧縮又はその他のものの下、第一の端縁と第二の端縁との間の抵抗加熱又はレーザ加熱を通じて行われるものとする。これと代替的に、第一の端縁及び第二の端縁は、ろう接したユニオンを形成し得るよう加熱炉内にて加熱してもよい。
【０００８】
第一の端縁及び第二の端縁は、ろう接したユニオンが該ユニオンに沿って構造体に継目を形成し得るよう同一の構成要素内に設けられであろう。
また、本発明に従って、上述した方法に従って形成された構成要素継手を有する１つの構成要素が提供される。
【０００９】
本発明は、また、放電技術により切削され、これにより、その技術のため１つの電極を選ぶことを通じてろう接要素を電極から移行させることにより所望のろう接合金層が端縁表面に形成される、端縁表面を有する構成要素も含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態について単に一例として且つ、添付図面に関して以下に説明する。
本発明は、改質された端縁表面を有する構成要素をろう接によって接合する方法に関するものである。この新規な方法は、放電加工法を使用してシートのような構成要素を切削して必要とされる継手の幾何学的形態にする。放電加工法は、所定の状態下にて切削した端縁表面の組成を適宜なろう接合金に改変する電極の組成にて実施される。切削した端縁表面に形成された薄いろう接合金層は、放電加工により生じた微細な波形の地形的形態と相俟って、後続のバルク又は局所的なろう接加熱後に、丈夫な構成要素継手が形成されることを許容する。その一例は、組み立てを容易にすべく直ちに使用可能な「パック」を形成し、また、使用中の振動を減少させるためブレード又はステータを接合する場合である。この方法は、融接及び従来のろう接法の結果、弱体な構造体となる薄いシート部分に丈夫な接合部を必要とする構成要素にも適用可能である。一例としての構成要素は、特に、チタン系合金による燃焼器、コンプレッサケーシング及び排気管の製造物である。
【００１１】
放電切削法は、周知の方法である。図１には、この方法の極めて簡略化した外形が示されている。このように、構成要素１は、放電電極２に対して配置されており、これにより、該構成要素１と電源３との間の電位を通してスパーク４が形成され、これにより構成要素１に切削部５を形成する。放電法又は技術において、電極２は切削工程により消費されることが理解されよう。ろう接要素を切削した端縁表面部分内に導入し、その回りにろう接合金層を形成することができる適宜な電極２の組成は、選択による。要するに、典型的に、銅又はニッケルであるこれらのろう接要素は、これらの切削した端縁表面における構成要素の基層材料内に移行する。
【００１２】
ろう接は、また、並置した表面間に構成要素の接合部を形成し得るよう低温度の溶融点合金を利用する周知の技術でもある。かかる状況にて、使用される異なる構成要素の基層材料、ろう接技術及び作用可能な適用例を許容する継手の形態によるろう接合金の組成及び条件が開発されており、また、特定の条件により要求されるようにその仕様が定められることが理解されよう。上述したように、構成要素を形成する基層材料の溶融を回避し、鋳造構造体及び有害な性質を有する熱作用領域に伴う問題点を解決することが有益である。典型的なろう接技術は、通常、完全に圧密化した構成要素継手が形成されることを保証するため過剰なろう接合金を追加することを必要とする。この過剰なろう接合金は、構成要素の接合部に弱体な部分を生じさせる。しかし、本発明に従い、現場のろう接合金層を形成するため切削した端縁表面の組成を改変することは、追加される接合又はろう接材料の量を最小にし、弱体な部分が存在しない丈夫な接合部が形成されることを保証する。放電電極からのろう接要素の移行により形成された現場のろう接合金は、全体として、切削した端縁表面の基層内に拡散することが理解されよう。更に、ろう接合金を追加することを不要にすることは、それ自体、顕著なコストの削減ともなる。更に、締まり嵌め継手の場合、構成要素は放電技術に起因する表面の地形的形態を利用して互いに締まり嵌めされるため、外部の支持体は不要であることが理解されよう。この地形的形態は、放電技術により球状の表面が形成されることに由来する（図３参照）。
【００１３】
上述した本発明の方法は、最初に、改変した切削端縁表面を提供すべく構成要素を放電切削するステップを備え、その後、形成される改変したろう接合金表面層を利用することによりろう接法を行うステップとを備えている。チタン合金に放電表面のろう接合金を形成するステップは、適宜な条件下にてニッケル又は銅ワイヤー電極を利用するワイヤー切削の放電法により実行することができる。典型的に、これらの条件は、液体電解質の下にて放電法を実施するステップを含む。形成される端縁の切削面は、全体として粗面化した球状表面組織を有しており、その結果、電流が構成要素継手に形成すべき並置した端縁を亙って流れるとき、大きい電気的抵抗が生ずる。電極切削工具電極又は放電装置のワイヤーから銅及び（又は）ニッケルのようなろう接要素の移行及び電着によって、ろう接合金層の形態をした改変した表面が実現されることが本発明の中核である。形成されたろう接合金層は、構成要素の基層の母材の融点よりも実質的に低い融点温度を有することになろう。かかる状況におけるろう接合金層は、ろう接工程の間、端縁を均一に湿らせて上述したような構成要素継手を実現することができる。
【００１４】
典型的な放電切削技術の条件の一例は次の通りである。
チャーミルズテクノロジーズロボフィル（Ｃｈａｒｍｉｌｌｅｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｒｏｂｏｆｉｌ）２００  ５軸ＥＤＷＭ機械により、切削すべき構成要素を、純水誘電体（１０μｓ／ｃｍの導電率）内に没入させる。５０％の負荷係数を実現する２００Ｖの開放回路電圧により粗面化モードにてエロデックス（Ｅｒｏｄｅｘ）銅ワイヤー電極を使用して、幅５ｍｍのガンマチタンアルミナイド基層材料を切削する。陰の極性、８Ａピーク電流及び１μＦの容量にて、６．４μｓのタイミングでパルスを発生させることにより必要な結果が実現され、その結果、Ｒａ−５μｍの粗面度を有する５０μｍの銅合金電着層となる。
【００１５】
上記の環境において、その組成及び形態並びに速度及びアーク電圧の点にて使用される特定の電極は、本発明に従って切削した端縁表面に現場のろう接層を形成するためのろう接要素の電着及び切削表面内への移行の点にて顕著に決定力があることが理解されよう。同様に、典型的に銅又はニッケルの形態をした電着しし又は移行するろう接要素による浸透程度は、これらの係数及びかかる移行のその受容性があることから、構成要素の材料基層のマトリックス構造体によって決定されよう。しかし、上述したように、典型的に、切削した端縁表面には５０μｍのろう接合金電着層が存在するであろう。かかるろう接合金層の厚さは、適宜に堅固な構成要素継手を実現するのに十分であろう。
【００１６】
本発明に従って構成要素継手を形成する並置して当接する端縁表面の少なくとも１つは、現場のろう接合金層を提供するため上述した放電技術を使用して切削しなければならない。しかし、通常、双方の端縁表面は、上述したように放電技術により切削し、各端縁表面にそれぞれのろう接合金層を提供する。これらのろう接合金層は、ろう接工程後、堅固で且つ、丈夫な構成要素継手を実現するときの特定の必要条件のため、それぞれのろう接合金に関して異なる構成組成を有することになろう。
【００１７】
銅を改質したろう接合金層を有するチタン合金材料の構成要素の基層は、典型的に、抵抗ろう接技術により接合される。かかる抵抗ろう接技術は、並置した当接端縁の適宜な幾何学的形態を熱機械的単一体となるように配置することにより、可能である。この熱機械的単一体は、並置した当接する端縁表面にて上昇した温度を電気的抵抗加熱法を介して９５０℃の範囲に調節する。通常、当接する端縁表面は、約３０秒間、圧縮可能な状態に保持され、ろう接合金層が液相を実現するのを保証し得るようにする。その後、これらの保持された端縁は、ろう接合金層を亙って要素拡散して、対向した母構成要素の基層合金となるのを許容するのに、数分間かかる。典型的に、接合を実現するための力は、２５Ｍｐａの程度であり且つ、適宜な熱工程と共に付与され、ろう接過程を助けてろう接した継手を提供し得るようにする。この方法は、酸化に伴う全ての問題点を回避するため、通常、真空圧下にて実施される。
【００１８】
図２は、本発明に従った構成要素を接合する方法のろう接ステップを示す簡略図である。このため、構成要素２２の第一の端縁２１は、ろう接合金層２３を有する一方、第二の構成要素２５は、それ自体がろう接合金層２６を有する第二の端縁２５を備えている。このように、第一及び第二の端縁２１、２５は、圧縮可能な係合状態とされ、また、抵抗加熱が施され、このためろう接合金層２３、２６は液相に変化する。かかる状況にて、ろう接層２３、２６の間に要素拡散が生じ、また、冷却したとき、適宜に堅固な構成要素継手が提供される。
【００１９】
本発明の構成要素の接合方法を利用することにより、ガンマチタンアルミナイドから出来たタービンエンジン用のブレード又はステータのパックを製造することが可能である。本発明の方法は、従来の製造技術に伴う過度の内部応力及び微細構造体を解消するため、かかるブレード又はステータのパックは、タービンエンジン内にて必要な作動上の性能を実現することができるであろう。また、構成要素の接合又はブレード又はステータパッケージを互いに結合をする本発明の方法を行う間、表面が相対的に動く程度は少ないため、最終的なブレード又はステータパッケージにて許容公差を実現することは比較的容易であることも理解されよう。
【００２０】
上述したように、接合すべき構成要素の端縁の少なくとも１つは、切削した端縁表面に所望のろう接合金層を形成する電極及び条件を使用して、放電して形成し、適宜な幾何学的形態となるようにする。同様に示したこのろう接合金層は、表面の位置にてろう接合金を実現し得るよう少量にてろう接要素を電極から電着し且つ、追加することを通じて実現される。典型的に、放電切削法は、比較的多孔質の性質であろう波形の地形的形態を形成する。この波形の地形的形態は、構成要素の基層材料が放電によりスパーク溶融して小さい球状物及び電極からのろう接要素が上述したように、凝固してろう接合金になることに由来する。かかる波形の地形的形態は、図３に図示されており、ここにおいて、部分Ａは、並置され且つ圧縮可能な係合状態にある波形のそれぞれの地形的形態部３１、３２にて部分Ｂと締まり嵌めする。
【００２１】
構成要素の端縁間にて締まり嵌めする場合、構成要素の部分における第一の端縁又は側部を別の構成要素の部分の第二の端縁又は側部と共に、押し付けることにより、波形の性質及び表面頂部のせん断作用のため、表面３１、３２が相互に係止し、材料の凹所を充填することをことを助ける。この相互係止状の圧縮に加えて、熱を付与することにより、その間にて要素拡散し、このため、堅固な構成要素継手を形成するためのろう接法を促進することになる。何れの場合でも、構成要素継手を圧密する後続のろう接は、波形の表面３１、３２間の押付け工程を一体的な抵抗加熱により又は加熱炉内にて構成要素の構造体の全体を加熱すること等により、局所的な加熱ステップを含むことができる。
【００２２】
上述したように、従来の構成要素の製造法の結果、融接又はろう接法に起因して不良な性質となる。本発明は、過剰なろう接接合材料を溶融させ又は追加することに通常、起因する基層材料の劣化を最小にする。かかる状況にて、構成要素継手は、より丈夫であり且つ、隣接する基層の性質により近い。要するに、ろう接要素を電着させ且つ、切削した端縁の表面に移行させることにより形成された現場のろう接合金層は、深さが制限され、このため、構成要素を製造する材料が下部材料基層の性質に与える効果が制限される。
【００２３】
明確に、図１及び図２に関して示したように、放電切削法又は技術は、真直ぐな端縁を形成することができる。これと代替的に、図４に示すように、この方法は、幾何学的形態の相互に係止する端縁を形成することができる。かかる状況にて、それぞれの構成要素又は構成要素部分４１、４２は、シート又は連続的な構造体を形成し得るようそれらのそれぞれの端縁４３、４４が相互に係止する関係に配置することができる。上述したようなこれらの端縁４３、４４は、放電技術を利用することを通じて、その後のろう接時、ろう接継手が端縁４３、４４を亙って形成されることを保証するろう接合金層を有することになろう。
【００２４】
構成要素継手を形成する本発明の方法は、２つ又はより多くの別個の構成要素を互いに連結するため利用し、又は同一の構成要素にて対向する第一及び第二の端縁を固定することを通じて円筒体を形成すべく利用することができる。何れの場合でも、端縁を切削するため放電技術を利用し、その後、後続のろう接法を利用することを通じて現場のろう接合金層を形成する端縁を有する構成要素の構造体が本発明を利用して形成することができる。放電切削法は、放電要素からろう接要素を電着することを通じて比較的薄いろう接合金層を形成し、次に、この薄いろう接合金層は、過剰なろう接合金材料を導入したり又は構成要素継手を遥かに越えて幾何学的に広範囲の影響を与えることなく、適宜に堅固な構成要素継手を形成することを可能にする。
【００２５】
上記の状況において、本発明の方法は、それ自体が最終的な構成要素継手を弱体化する可能性のある各種のろう接合金を調達し且つ施すことを不要にする。更に、構成要素継手を形成し得るようそれぞれのろう接合金層が互いに混じり合う状態にて構成要素の各々の切削した端縁表面に微細なろう接合金層を形成することに起因して、困難な構成要素の基層材料の組み合わせをより容易に接合することができる。
【００２６】
上述したように、異なる放電電極及び切削条件等を使用することにより、異なるろう接合金層の組成を実現することができる。かかる状況にて、異なるろう接合金の表面を構成要素継手の２つの半体に施し、これにより、異なる材料の基層がより便宜に互いに接続されることを許容する。
【００２７】
本発明により形成された減少した内部応力及び微小構造体は、融接技術にて従来、不可能であった、ガンマチタンアルミナイド合金シートから形成されたタービンエンジンの円筒状燃焼器のような、構造体に関して該方法を利用することを許容する。簡単なろう接は、圧力を支持するときの問題点、及びろう接合金内に要素から有害な相形成するという短所がある。切削した端縁表面の回りにて薄い現場のろう接合金層を形成することは、応力及び微小構造体を減少させ、これにより、これらの問題点は緩和される。かかる円筒状の燃焼器ケーシングを形成するため、典型的に、プレフォーマガンマチタンアルミナイド合金シートパネルが典型的に、３つ、所望の形状に形成される。次に、放電技術を使用してこれらのパネルの端縁を機械加工する。このため、切削した表面の端縁を放電電極により改質させ、適合する締まり嵌めする幾何学的継手（図３及び図４参照）を形成する。次に、これらの適合する締まり嵌めする幾何学的継手（図４）を並置した状態にて関係するように且つ、押し付けて、これにより構成要素部分は係合状態に保持される。適宜に配置されたとき、組立体の全体を加熱炉内にて加熱し、上述した放電法又は技術により形成された現場のろう接合金層を介してろう接を生じさせる。この場合にも、構造体内の応力は、現場のろう接合金層の浅い深さに制限され、このため、構成要素の基層構造体の全体が影響を受けない一方、それぞれのろう接合金層は要素拡散を介して十分に相互に混じり合い、その間に堅固な構成要素継手を形成する。
【００２８】
上述したように、本発明の方法は、広範囲の構成要素構造体に適用可能である。しかし、単純なろう接技術による過剰な内部応力及び微小構造体と関係した問題点は、そのろう接合金層に対して切削された端縁表面となるようにろう接要素を放電電極の電着／移行を使用して、現場のろう接合金層を形成する追加的な工程ステップを妥当とするのに十分、厳しいものであることが理解されよう。
【００２９】
上述したように、全体として、放電技術は、滅菌水のような電解質内に没入した状態にて実行される。最終的なろう接合金の組成を補充し又は変化させることが望ましい場合、微粒子物質を電解質内に導入することが可能である。黒鉛又は炭素のようなこの微粒子物質は、ろう接合金の位置の一部となり、また、そのため、ろう接合金の性質を変化させ、その双方は、構成要素継手を改良し、また、最終的に形成された構成要素継手の一部としてその作動上の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１ａは、側面断面図を示す一方、図１ｂは平面図を示す、放電切削法の概略図である。
【図２】本発明に従って形成された構成要素継手を示す概略平面図である。
【図３】本発明に従った構成要素部分の接触面を示す概略平面図である。
【図４】本発明に従った改良された端縁の組み合わせを示す概略平面図である。
【図１（ａ）】
2007518575.tif 000003
【図１（ｂ）】
2007518575.tif 000004
【図２】
2007518575.tif 000005
【図３】
2007518575.tif 000006
【図４】
2007518575.tif 000007
【国際調査報告】
2007518575.tif 000008
2007518575.tif 000009