(57)【要約】  超合金コンポーネント（４０、５０）は、１つのコンポーネント（４０）に形成された凹部（４４）と他のコンポーネント（５０）に形成された、対応する凸部（５２）とを接触面に沿って嵌合することによって接合される。コンポーネントは、接触面に沿って圧縮され、互いに抵抗加熱ろう付けされる。ろう付け合金（６０）の溶解が接触面に沿って発生し、各々相互に張り付けられるまで、電流は、選択された流量および適用時間でコンポーネント（４０、５０）間に流れる。超合金材コンポーネント（４０）の損傷のある表面部分を補修するとき、損傷部分は除去され、掘削された凹部（４４）が形成される。補修スプライス（５０）は、好ましくは、対応する凹部（４４）プロファイルに一致するプロファイルを備えた嵌合凸部（５２）を有する、類似の機械構造特性を有する同一材料から形成される。ろう付け合金（６０）の溶解が接触面に沿って発生し、それらが相互に張り付けられるまで、スプライス（５２）および基板（４０、５０）は圧縮圧力下で抵抗加熱ろう付けされる。
2014534079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合された超合金コンポーネントであって、
凹部プロファイルを備えた凹部を定めている超合金基板と、
前記基板凹部内で捕獲されるスプライス凸部であって、前記凹部内の接触面に沿って前記基板プロファイルに一致する凸部プロファイルを備えたスプライス凸部を有する、嵌合する超合金スプライスと、
を具え、
前記基板および前記スプライスは、電気抵抗ろう付けプロセスによって前記接触面に沿って互いに張り付けられ、
前記電気抵抗ろう付けプロセスは、
前記凹部と前記補修スプライスとの間に前記接触面に沿ってろう付け合金を配置するステップと、
前記接触面に沿って前記基板および前記スプライス凸部をともに選択された圧力で圧縮するステップと、
前記基板および前記スプライスを個別の電気抵抗ろう付け電極に導電的に接触させるステップと、
前記ろう付け合金の溶解が前記接触面に沿って発生するまで、前記電極間の前記基板および前記スプライス凸部に、選択された流量および適用時間で電流を流し、前記基板および前記スプライス凸部が各々相互に張り付けられた後、さらなる電流を停止するステップと、
を含むコンポーネント。
【請求項２】
前記配置するステップの間、前記ろう付け合金は、粉末状ろう付け合金と、固体の予備形成／予備成形されたリング、フォイルまたはリボンろう付け合金と、粒状ろう付け合金と、予備焼結されたろう付け材と、ペーストろう付け合金と、からなる群から選択される、
請求項１記載のコンポーネント。
【請求項３】
前記基板および前記補修スプライスは、実質的に類似の機械構造特性を有する同一材料から構成され、
溶解後に前記構造特性を実質的には変更しないろう付け合金を用いて互いに張り付けられる、
請求項２記載のコンポーネント。
【請求項４】
前記補修されたコンポーネント基板は、タービン動翼およびタービン静翼からなる群から選択される、
請求項３記載のコンポーネント。
【請求項５】
前記補修スプライスの外側面のプロファイルを、前記基板の周囲のプロファイルに一致させるステップをさらに含む、
請求項１記載のコンポーネント。
【請求項６】
超合金構造体を接合する方法であって、前記方法は、
超合金コンポーネント基板内に、残りの基板によって定められる凹部プロファイルを備えた凹部を形成するステップと、
対応する接触面に沿って前記基板凹部プロファイルに一致する凸部プロファイルを備えたスプライス凸部を有する、嵌合する超合金スプライスを形成するステップと、
前記凹部と前記補修スプライスとの間に前記接触面に沿ってろう付け合金を配置するステップと、
前記凸部および前記凹部が前記接触面に沿って当接するように、前記凹部内に、前記スプライスを挿入し、捕獲するステップと、
前記接触面に沿って前記基板および前記スプライス凸部をともに選択された圧力で圧縮するステップと、
前記基板および前記スプライスを個別の電気抵抗ろう付け電極に導電的に接触させるステップと、
前記ろう付け合金の溶解が前記接触面に沿って発生するまで、前記電極間の前記基板および前記スプライス凸部に、選択された流量および適用時間で電流を流し、前記基板および前記スプライス凸部が各々相互に張り付けられた後、さらなる電流を停止するステップと、
を含む方法。
【請求項７】
前記凹部形成ステップは、放電加工によって実行される、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記凹部形成ステップの間、そのように形成された前記凹部は、前記スプライスに形成された嵌合凸部との係合のための、前記コンポーネント基板の厚さ内で部分的に形成されるブラインド凹部を具える、
請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記凹部形成ステップおよび前記スプライス形成ステップの間、そのように形成された、前記凹部および前記スプライス凸部の嵌合するプロファイルは、前記補修スプライスの一方向の挿入のみを許容する、
請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記凹部形成ステップおよび前記スプライス形成ステップの間、そのように形成された、前記凹部および前記補修スプライス凸部の嵌合するプロファイルは、平らである、
請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記配置するステップの間、前記ろう付け合金は、粉末状ろう付け合金と、固体の予備形成／予備成形されたリング、フォイルまたはリボンろう付け合金と、粒状ろう付け合金と、予備焼結されたろう付け材と、ペーストろう付け合金と、からなる群から選択される、
請求項６記載の方法。
【請求項１２】
前記基板および前記補修スプライスは、実質的に類似の機械構造特性を有する同一材料から構成され、
溶解後に前記構造特性を実質的には変更しないろう付け合金を用いて互いに張り付けられる、
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記補修されたコンポーネント基板は、タービン動翼およびタービン静翼からなる群から選択される、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記補修スプライスの外側面のプロファイルを、前記基板の周囲のプロファイルに一致させるステップをさらに含む、
請求項６記載の方法。
【請求項１５】
超合金コンポーネントを補修する方法であって、前記方法は、
超合金コンポーネント基板の損傷部分を除去し、そこに、残りの基板によって定められる凹部プロファイルを有する掘削された凹部を形成するステップと、
対応する接触面に沿って前記基板凹部プロファイルに一致する凸部プロファイルを備えたスプライス凸部を有する、嵌合する超合金補修スプライスを形成するステップと、
前記凹部と前記補修スプライスとの間に前記接触面に沿ってろう付け合金を配置するステップと、
前記凸部および前記凹部が前記接触面に沿って当接するように、前記凹部内に、前記補修スプライスを挿入し、捕獲するステップと、
一対の対向する電気抵抗ろう付け電極を用いて、前記接触面に沿って前記基板および前記スプライス凸部をともに選択された圧力で圧縮するステップと、
前記ろう付け合金の溶解が前記接触面に沿って発生し、それらが各々相互に張り付けられるまで、前記電極間の前記基板および前記スプライス凸部に、選択された流量および適用時間で電流を流すステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記基板および前記補修スプライスは、実質的に類似の機械構造特性を有する同一材料から構成され、
適用時に前記構造特性を実質的には変更しないろう付け合金を用いて互いに張り付けられる、
請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記配置するステップの間、前記ろう付け合金は、粉末状ろう付け合金と、固体の予備形成／予備成形されたリング、フォイルまたはリボンろう付け合金と、粒状ろう付け合金と、予備焼結されたろう付け材と、ペーストろう付け合金と、からなる群から選択される、
請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記配置するステップの間、前記ろう付け合金は、粉末状ろう付け合金と、固体の予備形成／予備成形されたリング、フォイルまたはリボンろう付け合金と、予備焼結されたろう付け材と、粒状ろう付け合金と、ペーストろう付け合金と、からなる群から選択される、
請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記凹部形成ステップは、放電加工によって実行される、
請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記補修されたコンポーネント基板は、タービン動翼およびタービン静翼からなる群から選択される、
請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本願は、２０１１年１１月７日に出願された係属中の米国仮特許出願「サービス劣化コンポーネントの補修用超合金の凸部抵抗ろう付け」（シリアル番号は６１／５５６３９１）の利点を主張し、本願明細書に参照して引用する。
【０００２】
技術分野
本発明は、高度な超合金コンポーネントの製造および／または補修中の構造接合に関するものである。いくつかの実施形態では、本発明は、スチームまたはガス・タービンの超合金タービン動翼およびタービン静翼の表面補修に関するものであり、この表面補修は、接触圧力下での凸部抵抗加熱ろう付けによって新規基板または補修基板に張り付けられるスプライス挿入物を用いて行われ、接合されたコンポーネントの機械構造または材料特性を著しく低減することはない。
【背景技術】
【０００３】
ガス・タービンまたは他の超合金コンポーネントの「構造」補修とは、損傷材料を適合する合金材料に置換し、元の製造コンポーネント仕様に近い特性（例えば、元の仕様の７０パーセントの最終的な引張強度）を達成することであると一般に認識されている。例えば、表面亀裂を有するタービン動翼では、さらなる亀裂のリスクは低下し、動翼が材料的、構造的および寸法的に元の仕様に回復するように構造補修を実行することが好ましい。
【０００４】
鋳造タービン動翼のようなタービン・コンポーネントを製造するのに用いられるニッケルおよびコバルト系超合金材料の構造補修または新規製造は、完成した動翼材料の冶金特性のため挑戦的である。例えば、図１に示すように、高温溶接を受けると、６％以上の凝集アルミニウムまたはチタン含有量を有する超合金（例えばＣＭ２４７合金）は、低い含有量のアルミニウム−チタンＸ−７５０超合金より歪み時効亀裂に影響されやすい。完成したタービン動翼合金は、典型的に、次の構造溶接の実行を困難にさせる鋳造後の熱処理中に強化される。超合金構造製造または補修のために現在使用される溶接方法は、一般に、溶接準備に続く基板の実質的な溶解、および、溶接ロッドまたは他の追加の充填材の完全な溶解を含む。この種の材料から構成された動翼が同一類似の合金のロッドで溶接されると、動翼は、溶接内および近傍の凝結（別名溶離）亀裂、および／または、超合金を新規コンポーネントと同等の元の強度および他の材料特性に回復することを目的とする次の熱処理プロセスの間の歪み時効（別名、再加熱）亀裂に影響を受けやすい。
【０００５】
従来の「スポット」電気抵抗溶接では、熱抵抗接合装置を用いて、圧縮電極間の一対の当接している超合金コンポーネントに電流を流すと、溶接ゾーン内に凝結亀裂が生じた。冷却治具を用いたレーザー・マイクロ・クラッディング、いわゆる「ホット」ボックス内の高温での溶接、および、慣性摩擦溶接を含む代替の超合金溶接方法は、溶接後の熱処理歪み時効亀裂を引き起こしうる。他の摩擦溶接方法（例えば摩擦撹拌溶接）は、超合金亀裂の傾向を低減できるが、使用されている溶接装置は比較的限られた工具寿命を有する。同一の亀裂の懸念は、超合金材料から構成された別個のコンポーネントが溶接プロセスによって互いに接合されるという超合金コンポーネント製造中に発生する。
【０００６】
超合金の「表面的な」補修または製造とは、構造補修または製造と比較して、局所的な元の構造性能が必要でない場合、損傷材料を、構造特性仕様がより低い、整合しない合金材料に置換する（または新たに製造された材料の２つのコンポーネントを接合する）ものであると認識されている。例えば、表面的な補修を用いて、補修されたコンポーネントの元のプロファイル形状を回復することができる。コンポーネントがサービスに返却されるとき、上述したように、表面亀裂上の構造補修を実行し、次に亀裂が拡大する可能性を低減することが望ましい。反対に、表面的な補修は、例えば、タービン動翼の局所的な外表面が、タービン動翼全体の構造的完全性のために重要ではない場合、元の空気力学的なプロファイルを回復するために、（構造亀裂とは対照的な）タービン動翼エアフォイル上の表面ピットを充填するために用いられる。表面的な補修または製造は、耐酸化性の溶接またはろう付け合金を用いて達成されることが多く、この合金は、動翼本体の超合金基板より低い強度を有するが、超合金基板の材料特性に負の影響を与えない、より高い延性および低い適用温度を有する。
【０００７】
過去において、電気抵抗ろう付けは、一般に、鉄合金および非鉄合金（例えば、銅）の表面的な金属接合のために用いられてきた。図２に示すように、圧縮電極２２、２４間の一対の当接しているコンポーネント３０、３２に電流を流すことによってろう付けは実行される。固体シート、粉末またはペーストろう付け合金３４が、コンポーネント３０、３２間に配置される。電流が電極２２、２４間に流れると、ろう付け合金３４は溶解し、共通の鉄または非鉄合金コンポーネント３０、３２を互いに張り付ける。しかしながら、本発明の発明者は、抵抗ろう付けプロセスによって超合金コンポーネントを接合する過去の試みについての知識を有しない。さらに、コンポーネントがサービスに返却されるときに、超合金コンポーネントの表面亀裂にろう付け合金を充填することは、将来の亀裂の成長を回避するのに十分な補修方法とみなすことはできない。
【０００８】
超合金構造補修溶接の欠点を考慮すると、しばしば唯一の商業的に受け入れられる解決策は、構造補修を必要とする損傷したタービン動翼をスクラップにすることである場合が多い。なぜなら、過去の経験から、この種の構造補修はわずかにしか成功しなかったためである。このように、補修は、上述した代替の超合金溶接方法、または、構造強度は減少するが高い延性の溶接ロッド充填材を使用した表面的な溶接によって、従来成功したと証明されたものに限定されていた。
【０００９】
それゆえ、タービン静翼およびタービン動翼のような超合金コンポーネントの表面上の構造接合または補修を実行し、サブコンポーネントを接合する方法、または、構造亀裂および他の表面欠陥を補修する方法に対する要求が従来存在していた。
【００１０】
タービン静翼およびタービン動翼のような超合金コンポーネントの表面上の構造補修の成功率を増加させ、損傷した動翼のスクラップ率を低減する要求もまた従来存在していた。
【００１１】
タービン静翼およびタービン動翼のような超合金コンポーネントの表面上の構造接合または補修を、複雑な溶接または補修後の熱処理手順を必要としない、実績のある反復可能な補修技術および機械で実行するための方法に対する要求もまた従来存在していた。
【発明の概要】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、超合金コンポーネント（例えばタービン静翼およびタービン動翼）の表面上の構造接合または補修を実行することにあり、その結果、コンポーネントは接合され、または、構造亀裂および他の表面欠陥は補修されうる。
【００１３】
本発明の他の目的は、超合金コンポーネント（例えばタービン静翼およびタービン動翼）の構造補修を成功させる可能性を増加することにあり、その結果、損傷されたコンポーネントをスクラップする割合を低減することができる。
【００１４】
さらに、本発明の他の目的は、超合金コンポーネント（例えばタービン動翼またはタービン静翼）の構造的な製造または補修を、複雑な溶接または補修後の熱処理手順を必要としない、実績のある反復可能な補修技術および機械で実行することにある。
【００１５】
上述した目的および他の目的は、本発明の実施形態に従って、超合金コンポーネントを構造的に接合するか、または、超合金材料コンポーネント（例えばタービン動翼またはタービン静翼）の欠陥を補修することによって達成される。補修の実施形態では、放電加工または他の周知の金属加工プロセスによってコンポーネント基板から表面欠陥を除去し、掘削された凹部を形成する。補修スプライスは、好ましくは、対応する凹部プロファイルに一致するプロファイルを備えた嵌合凸部を有する、類似の機械構造特性を有する同一材料から形成される。補修スプライスおよび凹部が接触面に沿って互いに当接するように、補修スプライスを凹部内に挿入し、捕獲する。ろう付け合金の溶解が接触面に沿って発生し、互いに張り付けられるまで、スプライスおよび基板を圧縮圧力下で抵抗加熱する。補修合金ろう付けを、抵抗加熱前にスプライスと凹部基板との間に配置しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の特徴は、凹部プロファイルを備えた凹部を定めている超合金基板と、基板凹部内で捕獲されるスプライス凸部であって、凹部内の接触面に沿って基板プロファイルに一致する凸部プロファイルを備えたスプライス凸部を有する、嵌合する超合金スプライスと、含む、接合された超合金コンポーネントである。基板およびスプライスは、凹部と補修スプライスとの間に接触面に沿ってろう付け合金を配置するステップによる電気抵抗ろう付けプロセスによって接触面に沿って互いに張り付けられる。次に、接触面に沿って基板およびスプライス凸部は、ともに選択された圧力で圧縮される。基板およびスプライスは、個別の電気抵抗ろう付け電極に導電的に接触する。ろう付け合金の溶解が接触面に沿って発生するまで、電極間の基板およびスプライス凸部に、選択された流量および適用時間で電流が流れる。基板およびスプライス凸部が各々相互に張り付けられた後、さらなる電流は停止する。
【００１７】
本発明の特徴は、超合金コンポーネント基板内に、残りの基板によって定められる凹部プロファイルを備えた凹部を形成するステップと、対応する接触面に沿って基板凹部プロファイルに一致する凸部プロファイルを備えたスプライス凸部を有する、嵌合する超合金スプライスを形成するステップと、を含む、超合金構造体を接合する方法である。ろう付け合金は、凹部と補修スプライスとの間に接触面に沿って配置される。スプライスは、凸部および凹部が接触面に沿って当接するように、凹部内に挿入され、捕獲される。基板およびスプライス凸部は、接触面に沿ってともに選択された圧力で圧縮される。基板およびスプライスは、個別の電気抵抗ろう付け電極に導電的に接触する。ろう付け合金の溶解が接触面に沿って発生するまで、電極間の基板およびスプライス凸部に、選択された流量および適用時間で電流が流れる。基板およびスプライス凸部が各々相互に張り付けられた後、さらなる電流は停止する。
【００１８】
本発明は、また、超合金コンポーネント基板の損傷部分を除去し、そこに、残りの基板によって定められる凹部プロファイルを有する掘削された凹部を形成するステップを含む、超合金コンポーネントを補修する方法である。嵌合する超合金補修スプライスは、対応する接触面に沿って基板凹部プロファイルに一致する凸部プロファイルを備えたスプライス凸部を有して、形成される。ろう付け合金は、凹部と補修スプライスとの間に接触面に沿って配置される。補修スプライスは、凸部および凹部が接触面に沿って当接するように、凹部内に挿入され、捕獲される。基板およびスプライス凸部は、一対の対向する電気抵抗ろう付け電極を用いて、接触面に沿ってともに選択された圧力で圧縮される。ろう付け合金の溶解が接触面に沿って発生し、それらが各々相互に張り付けられるまで、電極間の基板およびスプライス凸部に、選択された流量および適用時間で電流が流れる。
【００１９】
本発明の目的および特徴は、当業者によって、任意の組合せで結合してまたは別々に適用可能である。
【００２０】
本発明の教示は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】合金内のチタンおよびアルミニウム含有量の関数として、溶接中の超合金歪み時効亀裂の感度を示す図である。
【図２】従来技術の抵抗加熱ろう付け装置および方法の概略正面図である。
【図３】補修を必要とする表面欠陥を有する超合金コンポーネントの概略正面図である。
【図４】本発明の実施形態に従って、損傷部分を掘削することによって補修されている超合金コンポーネントの表面欠陥の概略正面図である。
【図５】本発明の実施形態に従って、損傷部分を補修スプライスに置換することによって補修されている超合金コンポーネントの表面欠陥の概略正面図である。
【図６】本発明の実施形態に従って、補修スプライスおよび基板を抵抗加熱して、補修スプライスをコンポーネント基板に張り付けることによって補修されている超合金コンポーネントの表面欠陥の概略正面図である。
【図７】図６の抵抗加熱インタフェースの詳細な概略正面図である。
【図８】本発明の実施形態に従って補修された超合金コンポーネントの概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
理解を容易にするために、可能な場合、図面に共通した同一要素に対して同一の参照番号が用いられている。
【００２３】
当業者は、以下の説明を考慮して、本発明の教示が超合金コンポーネントの機械構造接合／補修のために容易に利用可能であることを明らかに理解する。いくつかの実施形態では、本発明の教示は、スチームまたはガス・タービンにおいて使用されるタイプの超合金材料タービン動翼およびタービン静翼の構造補修のために、スプライス挿入物を用いて、接合または補修された翼の機械構造または材料特性を著しく低減しない方法で容易に利用可能である。本発明の補修方法では、損傷を除去し、掘削された凹部を形成する。補修スプライスは、類似の機械構造特性を有する同一材料から形成され、対応する凹部プロファイルに一致する、嵌合する外側プロファイルを有する。補修スプライスは、凹部内に挿入され、捕獲され、その結果、動翼本体および補修スプライスは、接触面に沿って当接する。ろう付け合金の溶解が接触面に沿って発生し、その結果、相互に張り付けられるまで、スプライスおよび当接している基板は、圧力下で圧縮され、電気抵抗加熱ろう付け装置で局所的に加熱される。補修されたコンポーネント全体の機械構造特性は、損傷を受けていないコンポーネントのそれらと類似している。本発明の補修方法は、複雑なろう付け、溶接または熱処理手順を必要とせず、周知の電気抵抗加熱ろう付け装置および張り付けプロセスを使用する。本発明の接合方法を用いて、補修の実行に加えて、サブコンポーネントを接合することによって超合金構造を製造することができる。
【００２４】
本発明の機械構造接合／補修
【００２５】
図３は、表面の応力亀裂４２を有する例示的な超合金コンポーネント４０を示す。応力亀裂が、（比較的軟質の、低い適用温度の溶接またはろう付け合金で単に表面的に補修することによって）構造的には補修されない場合、表面的に補修された亀裂が、再び生じる、および／または、コンポーネント基板内で広がり続けるという可能性がある。
【００２６】
図４に示すように、本発明の補修方法では、コンポーネント基板４０の亀裂領域４２を、放電加工（ＥＤＭ）または他の周知の金属除去プロセスによって掘削し、凹部４４を亀裂のない基板に形成する。凹部４４のプロファイルは、亀裂のない基板４０の残りのマージンによって定められる。図４には、台形の断面プロファイルの凹部４４が示されているが、他の断面プロファイル構成、例えば、切削工具ヘッドまたはＥＤＭによって形成されるＶ形、アーチ形のプロファイルを利用することもできる。凹部の長さ（図面に垂直方向の寸法）は、変化してもよい。凹部４４のための適切な平面図プロファイルは、円形対称形、正方形および矩形のプロファイルを含む。新規な複合超合金構造を製造するとき、嵌合する凹部および凸部プロファイルを備えた２つの超合金サブコンポーネントを製造し、電気抵抗ろう付け装置によって、両サブコンポーネントの接触面に熱を加え、圧力下で構造的に接合する。嵌合する凸部および凹部を有さない２つのコンポーネントを互いに当接することによって、嵌合する凹部および凸部を有さない複合構造を製造することもできる。
【００２７】
周知の補修または製造方法では、凹部４４は、軟質の充填材を加熱することによって（表面的補修）、または、同程度の硬度の充填材によって充填されてきた。上述したように、一般に、超合金充填材を適用する他の溶接技術は、溶接中または次の溶接後の熱処理中に、超合金コンポーネントの望ましくない亀裂を誘発する。
【００２８】
図５に示すように、本発明は、好ましくは、補修されるコンポーネントと類似の材料特性を有する同一の超合金材料から構成される補修スプライス５０を挿入することによって、亀裂または形成された凹部内に超合金材料を置換する従来の周知技術と異なる。補修スプライス５０は、凹部プロファイル４４に一致して嵌合するプロファイルを備えた凸部分５２を有する。上述したように、嵌合する凸部および凹部を有する新規なサブコンポーネントを接合し、同一の方法によって新規なコンポーネントを製造することができる。
【００２９】
接着充填ろう付け合金６０を、嵌合する凹部４４と凸部５２との間に配置し、次の抵抗加熱プロセス中の、互いの接合を支援しなければならない。充填合金は、選択された抵抗加熱接着／接合プロセスとの互換性を考慮して選択される。例えば、超合金基板４０および補修スプライス５０より低い融解温度を有するろう付け充填合金は、ろう付けプロセスに合わせて選択される。溶接充填合金は、おそらく、より高い融解温度を有する。図５には、粉末状の接着充填材６０が模式的に示されているが、他の形態の周知の充填材を適用することができ、他の形態の周知の充填材としては、非限定的な例として、固体の予備形成／予備成形されたリング、フォイルまたはリボン充填材、粒状充填材、表面に予備焼結された充填材または充填材ペーストが挙げられる。充填合金の寸法（例えば、粉末メッシュ・サイズ）は、現在の適用速度および時間に関連して、抵抗加熱する熱伝達フラックス濃度（heat transfer flux concentration）を最適化するために変化し、接合超合金コンポーネント４０、５０間の所望のろう付け溶解を達成することができる。周知のフラックス剤および／またはフラックス活性剤（例えば、ボラン−ジメチルアミン）は、充填材とは別個の材料として、または、充填剤と混合して用いることができる。充填材は、超合金コンポーネントを構成するのに用いられるタイプの超合金材料系金属を含むことができる。
【００３０】
図６に示すように、補修スプライス５０を、補修されるコンポーネント基板４０に挿入し、嵌合する凸部５２は、接触面６２に沿って凹部４４に当接し、任意のろう付け充填材６０をその中に捕獲する。その後、補修スプライス５０およびコンポーネント基板４０を、接触面６２に沿って集中する圧力で互いに圧縮する。嵌合する補修スプライス５０およびコンポーネント基板４４を圧縮する間、周知のタイプの抵抗ろう付けヒーター２０’は、電極２２’、２４’の間に電流を流し、熱伝達は、接触面６２に沿って集中される。図６の抵抗ヒーターは、電極２２’、２４’を、補修スプライス５０およびコンポーネント基板４４の対抗面に配置しているが、凸部５２と凹部４４と間の熱伝達を接触面に沿って生じさせる他の電極配向を使用可能であることを、当業者は認識するであろう。
【００３１】
同様に、電極２２’、２４より長い連続シーム溶接は、より長い線形電極、回転電極輪、アレイ状に配向された複数の隣接した電極または超合金基板４０、５０に対して直列に移動する電極を用いることによって形成可能である。同様に、複数の凹部４４および凸部５２は、超合金コンポーネント４０、５０において形成可能であり、その後、抵抗加熱ツールによって順次および／または同時に接合可能である。
【００３２】
本発明の接合プロセスを実行する間、十分な圧力および電流は、接触面６２に沿って凸部５２および凹部４４の局所的な溶解および張り付け（affixation）を生じさせるために選択的に適用されるが、接触面から任意の距離における、コンポーネント基板４０またはスプライス５０の材料特性を著しく変更する過剰な熱または圧力は適用されない。したがって、所望のろう付け溶解および張り付けが達成されると、局所的な加熱を停止する。凹部４４／凸部５２の（長さに沿った）寸法が、単位面積当たりの圧力および熱伝達フラックスに影響を与えるように、接触面６２に沿った局所的な溶融特性は、凹部４４／凸部５２のプロファイルの深さｄおよび幅Ｗに影響を受ける。図７に示すように、深さｄが幅Ｗより小さいように接触面プロファイルを構成し、溶解した過剰なろう付け材が接触面６２の接続点から押し出されるように、側壁の角度を構成することが望ましい。適切な凹部４４プロファイルでは、深さｄ：幅Ｗが１：３である。
【００３３】
接触面６２に沿って所望のろう付け溶解が達成された後、抵抗加熱を終了し、今や相互に張り付けられたコンポーネント基板４０および補修スプライス５０を、抵抗加熱装置２０’から取り外し、その後冷却することができる。接触面６２に沿った補修スプライス５０および押し出されたろう付け材は、周囲の表面プロファイルに一致し、図８に示すように、補修されたコンポーネント４０は、その最初の状態に回復する。最新の補修スプライス材料５２と置換された補修コンポーネント４０は、もはや表面損傷がなく、最初の基板材料と実質的に類似の材料特性を有する。具体的には、スプライス内の表面硬度および強度特性は、元の周囲材料の表面硬度および強度特性と実質的に類似している。コンポーネント４０内に機械的または熱的に導入された応力は、機械的にかつ熱的に当接している関係のために、スプライスに対する接触面全体に伝達可能である。接触面６２に沿って補修されたコンポーネント基板４０とスプライス５０との間の相対的な張り付けは、構造的完全性を維持するのに十分である。
【００３４】
接触面６２に沿った局所的な張り付けは、補修されたコンポーネント基板４０およびスプライス５０の構造材料特性に著しく負の影響を与えない。（必要とされる場合の）補修後の限定的な熱処理は、補修されたコンポーネントの歪み時効亀裂の続発リスクを、完全には除去しないものの最小化する。このように、超合金コンポーネント製造または補修の時間および費用は、本発明の補修方法によって、補修故障の過度の危険なしに保証される。発電分野では、表面に亀裂のあるタービン動翼は、スクラップしたり、新規な翼に交換する必要なく補修可能である。
【００３５】
様々な周知の抵抗加熱方法を、嵌合する超合金コンポーネントを接合するために用いることができる。適切な抵抗加熱方法は、抵抗ろう付け、抵抗ろう付け拡散接着、および、抵抗過渡電流液相接着を含む。抵抗加熱接合／接着は、周囲空気において、または、分離された真空、不活性ガスまたは活性ガス環境において実行可能である。上述したように、抵抗加熱接合／接着は、充填合金、フラックスおよび／または選択された加熱プロセスと互換性を持つ活性剤組成物によって実行可能である。選択された抵抗加熱方法のいずれかにおいても、全体的な目的は、サブコンポーネントの汎用基板内で超合金材料特性に著しく影響を与えずに付加的な熱入力を停止し、接触面６２に沿った超合金サブコンポーネント間の局所的な接着を達成することにある。それぞれの超合金基板を液化する（および、それゆえ、次の亀裂の影響を受けやすいように材料特性を変更する）傾向がある周知の溶接技術とは異なり、本発明における抵抗加熱適用は、超合金基板の著しい変化を回避し、特に溶接凝固中の、典型的収縮に関連する残留応力を除去する。
【００３６】
本発明を実施するとき、超合金コンポーネントは、周知の実績のある機器を用いて接合または補修可能である。損傷した超合金コンポーネント材料を除去し、放電加工または他の周知の金属切削技術によって製造されるスプライスを補修することができる。周知の電気抵抗加熱ろう付け機械および技術は、補修スプライスをそれらの嵌合凹部に張り付けるために使用可能である。スプライスで補修された超合金コンポーネントの外面プロファイルは、補修されたコンポーネントの局所的なプロファイルに整合するために補修スプライスおよび周囲の接触面を研磨または切断することによって、元のプロファイル仕様に回復することができる。
【００３７】
本願明細書の例示的実施態様において、超合金コンポーネントの構造的接合が超合金コンポーネントの補修を参照して主に記載されているが、同一の方法を用いて、サブコンポーネントを接合して超合金構造を製造することができる。例えば、一方の超合金サブコンポーネント上の凸部を、他方の超合金サブコンポーネント上の凹部に張り付けることができる。
【００３８】
本発明の教示を組み込む各種実施形態が、本願明細書において詳細に図示および説明されてきたが、当業者は、これらの教示を組み込む多くの他の各種実施形態を容易に考案可能である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年9月4日(2014.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合された超合金コンポーネントであって、
凹部プロファイルを備えた凹部を定めている超合金基板と、
前記凹部内で捕獲されるスプライス凸部であって、前記凹部内の接触面に沿って前記凹部プロファイルに一致する凸部プロファイルを備えたスプライス凸部を有する、嵌合する超合金補修スプライスと、
を具え、
前記基板および前記補修スプライスは、電気抵抗ろう付けプロセスによって前記接触面に沿って互いに張り付けられ、
前記電気抵抗ろう付けプロセスは、
前記凹部と前記補修スプライスとの間に前記接触面に沿ってろう付け合金を配置するステップと、
前記接触面に沿って前記基板および前記スプライス凸部をともに選択された圧力で圧縮するステップと、
前記基板および前記補修スプライスを個別の電気抵抗ろう付け電極に導電的に接触させるステップと、
前記ろう付け合金の溶解が前記接触面に沿って発生するまで、前記電極間の前記基板および前記スプライス凸部に、選択された流量および適用時間で電流を流し、前記基板および前記スプライス凸部が各々相互に張り付けられた後、さらなる電流を停止するステップと、
を含むコンポーネント。
【請求項２】
前記配置するステップの間、前記ろう付け合金は、粉末状ろう付け合金と、固体の予備形成／予備成形されたリング、フォイルまたはリボンろう付け合金と、粒状ろう付け合金と、予備焼結されたろう付け材と、ペーストろう付け合金と、からなる群から選択される、
請求項１記載のコンポーネント。
【請求項３】
前記基板および前記補修スプライスは、類似の機械構造特性を有する同一材料から構成され、
溶解後に前記機械構造特性を変更しないろう付け合金を用いて互いに張り付けられる、
請求項２記載のコンポーネント。
【請求項４】
補修されるべき前記基板は、タービン動翼およびタービン静翼からなる群から選択される、
請求項３記載のコンポーネント。
【請求項５】
前記電気抵抗ろう付けプロセスは、
前記補修スプライスの外側面のプロファイルを、前記凹部の周囲の残りの基板のプロファイルに一致させるステップをさらに含む、
請求項１記載のコンポーネント。
【請求項６】
超合金構造体を接合する方法であって、前記方法は、
超合金基板内に、残りの基板によって定められる凹部プロファイルを備えた凹部を形成するステップと、
対応する接触面に沿って前記凹部プロファイルに一致する凸部プロファイルを備えたスプライス凸部を有する、嵌合する超合金補修スプライスを形成するステップと、
前記凹部と前記補修スプライスとの間に前記接触面に沿ってろう付け合金を配置するステップと、
前記スプライス凸部および前記凹部が前記接触面に沿って当接するように、前記凹部内に、前記補修スプライスを挿入し、捕獲するステップと、
前記接触面に沿って前記基板および前記スプライス凸部をともに選択された圧力で圧縮するステップと、
前記基板および前記補修スプライスを個別の電気抵抗ろう付け電極に導電的に接触させるステップと、
前記ろう付け合金の溶解が前記接触面に沿って発生するまで、前記電極間の前記基板および前記スプライス凸部に、選択された流量および適用時間で電流を流し、前記基板および前記スプライス凸部が各々相互に張り付けられた後、さらなる電流を停止するステップと、
を含む方法。
【請求項７】
前記凹部形成ステップは、放電加工によって実行される、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記凹部形成ステップの間、そのように形成された前記凹部は、前記補修スプライスに形成された嵌合凸部との係合のための、前記基板の厚さ内で部分的に形成されるブラインド凹部を具える、
請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記凹部形成ステップおよび前記補修スプライス形成ステップの間、そのように形成された、前記凹部および前記スプライス凸部の嵌合するプロファイルは、前記補修スプライスの一方向の挿入のみを許容する、
請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記凹部形成ステップおよび前記補修スプライス形成ステップの間、そのように形成された、前記凹部および前記スプライス凸部の嵌合するプロファイルは、平らである、
請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記配置するステップの間、前記ろう付け合金は、粉末状ろう付け合金と、固体の予備形成／予備成形されたリング、フォイルまたはリボンろう付け合金と、粒状ろう付け合金と、予備焼結されたろう付け材と、ペーストろう付け合金と、からなる群から選択される、
請求項６記載の方法。
【請求項１２】
前記基板および前記補修スプライスは、類似の機械構造特性を有する同一材料から構成され、
溶解後に前記機械構造特性を変更しないろう付け合金を用いて互いに張り付けられる、
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
補修されるべき前記基板は、タービン動翼およびタービン静翼からなる群から選択される、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記補修スプライスの外側面のプロファイルを、前記凹部の周囲の残りの基板のプロファイルに一致させるステップをさらに含む、
請求項６記載の方法。
【請求項１５】
超合金コンポーネントを補修する方法であって、前記方法は、
超合金基板の損傷部分を除去し、そこに、残りの基板によって定められる凹部プロファイルを有する掘削された凹部を形成するステップと、
対応する接触面に沿って前記凹部プロファイルに一致する凸部プロファイルを備えたスプライス凸部を有する、嵌合する超合金補修スプライスを形成するステップと、
前記凹部と前記補修スプライスとの間に前記接触面に沿ってろう付け合金を配置するステップと、
前記スプライス凸部および前記凹部が前記接触面に沿って当接するように、前記凹部内に、前記補修スプライスを挿入し、捕獲するステップと、
一対の対向する電気抵抗ろう付け電極を用いて、前記接触面に沿って前記基板および前記スプライス凸部をともに選択された圧力で圧縮するステップと、
前記ろう付け合金の溶解が前記接触面に沿って発生し、前記基板および前記スプライス凸部が各々相互に張り付けられるまで、前記電極間の前記基板および前記スプライス凸部に、選択された流量および適用時間で電流を流すステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記基板および前記補修スプライスは、類似の機械構造特性を有する同一材料から構成され、
適用時に前記機械構造特性を変更しないろう付け合金を用いて互いに張り付けられる、
請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記配置するステップの間、前記ろう付け合金は、粉末状ろう付け合金と、固体の予備形成／予備成形されたリング、フォイルまたはリボンろう付け合金と、粒状ろう付け合金と、予備焼結されたろう付け材と、ペーストろう付け合金と、からなる群から選択される、
請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記凹部形成ステップは、放電加工によって実行される、
請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
補修されるべき前記基板は、タービン動翼およびタービン静翼からなる群から選択される、
請求項１５記載の方法。
【国際調査報告】
2014534079.tif 000011
2014534079.tif 000012
2014534079.tif 000013