(57)【要約】  超合金構成部材は、１つの構成部材（４０）に形成された穴（４４）を、接触面に沿って別の構成部材（５０）に形成された対応する突出部（５２）とはめ合わせることによって接合される。構成部材は、接触面に沿って圧縮され、互いに抵抗熱溶接される。接触面に沿って局所的な溶融が生じるまで、選択された流量及び適用時間で構成部材の間に電流が流され、構成部材は互いに対して互いに固定される。超合金材料構成部材の損傷した表面部分を修理する場合、損傷した部分は、穴を形成するために除去される。修理スプライスは、好適には同様の機械的構造特性を有する同じ材料から形成されており、対応する穴輪郭に合致する輪郭を備えた係合突出部を有する。スプライスとサブストレートとは、接触面に沿って局所的な溶融が生じるまで圧縮圧力下で抵抗加熱溶接され、これにより、スプライスとサブストレートとは相互に固定される。
2014532566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合された超合金構成部材であって、
穴輪郭を有する穴を形成した超合金サブストレートと、
穴内の接触面に沿ったサブストレート輪郭と合致する突出部輪郭を備える、サブストレート穴内に捕捉されたスプライス突出部を有する、はまり合う超合金スプライスと、を備え、
サブストレートと、スプライスとは、
前記サブストレートと前記スプライス突出部とを選択された圧力で接触面に沿って圧縮し、
前記サブストレート及び前記スプライスを別個の電気抵抗溶接電極と導電接触させ、
前記接触面に沿って局所的な溶融が生じるまで電極の間で前記サブストレートと前記スプライス突出部とに、選択された流量及び適用時間で電流を流し、前記サブストレートと前記スプライス突出部とが互いに固定された後、さらなる電流を停止させることによって、
電気抵抗溶接のプロセスによって接触面に沿って互いに固定されることを特徴とする、接合された超合金構成部材。
【請求項２】
前記穴と、前記スプライス突出部との一致する輪郭は、前記穴から余分な局所的に溶融した材料を排出するための、外方へ拡開した間隙を形成している、請求項１記載の構成部材。
【請求項３】
修理スプライスと前記サブストレートの固定は、さらに、圧縮ステップの前に接触面に沿って前記穴と前記スプライス突出部との間に溶接合金を配置することを含む、請求項１記載の構成部材。
【請求項４】
前記サブストレートと前記スプライスとは、実質的に同じ機械的構造的特性を備える同じ材料から形成されており、溶融時に前記構造的特性を実質的に変化させない溶接合金によって互いに固定されている、請求項３記載の構成部材。
【請求項５】
構成部材サブストレートは、タービンブレード及びタービンベーンから成るグループから選択されている、請求項４記載の構成部材。
【請求項６】
スプライスの外側に面した面の輪郭を、周囲のサブストレートの輪郭に合致させることをさらに含む、請求項１記載の構成部材。
【請求項７】
超合金構造体を接合する方法において、
残りのサブストレートによって規定された穴輪郭を有する超合金構成部材サブストレートにおいて穴を形成し、
スプライス突出部を有するはまり合う超合金スプライスを形成し、突出部輪郭は、対応する接触面に沿ったサブストレート穴輪郭と合致しており、
突出部と前記穴とが前記接触面に沿って当接するように、スプライスを前記穴に挿入及び捕捉し、
選択された圧力で前記接触面に沿って前記サブストレートと前記スプライス突出部とを圧縮し、
別個の電気抵抗溶接電極によって前記サブストレートと前記スプライスとを導電接触させ、
前記接触面に沿って局所的な溶融が生じるまで電極の間で前記サブストレートと前記スプライス突出部とに、選択された流量及び適用時間で電流を流し、前記サブストレートと前記スプライス突出部とが互いに対して互いに固定された後、さらなる電流を停止させることを含むことを特徴とする、超合金構造体を接合する方法。
【請求項８】
穴形成ステップは、放電加工によって行われる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
穴形成ステップの間、そのように形成された穴は、前記スプライスに形成されたはまり合う突出部と係合するための、構成部材サブストレートの厚さの一部に形成された止り穴を含む、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
穴及び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穴及び前記スプライス突出部のはまり合う輪郭は、スプライスの一方向挿入のみを許容する、請求項７記載の方法。
【請求項１１】
穴及び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穴及び前記スプライス突出部のはまり合う輪郭は、平坦である、請求項７記載の方法。
【請求項１２】
前記穴と、前記スプライス突出部との一致する輪郭は、前記穴から余分な局所的に溶融した材料を排出するための、外方へ拡開した間隙を形成している、請求項７記載の方法。
【請求項１３】
圧縮ステップの前に接触面に沿って前記穴と前記スプライス突出部との間に溶接合金を配置することをさらに含む、請求項７記載の方法。
【請求項１４】
前記サブストレートと前記スプライスとは、実質的に同じ機械的構造的特性を備える同じ材料から形成されており、溶融時に前記構造的特性を実質的に変化させない溶接合金によって互いに固定されている、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
修理された構成部材サブストレートは、タービンブレード及びタービンベーンから成るグループから選択されている、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記スプライスの外側に面した面の輪郭を、周囲のサブストレートの輪郭に合致させることをさらに含む、請求項７記載の方法。
【請求項１７】
超合金構成部材を修理する方法において、
超合金構成部材サブストレートの損傷した部分を除去して、残りのサブストレートによって規定された穴輪郭を有する穴を超合金構成部材サブストレートに形成し、
スプライス突出部を有するはまり合う超合金スプライスを形成し、突出部輪郭は、対応する接触面に沿ってサブストレート穴輪郭と合致しており、穴とスプライス突出部との合致する輪郭は、外方へ拡開する間隙を形成しており、
前記接触面に沿って前記穴と修理スプライスとの間に溶接合金を配置し、
突出部と穴とが前記接触面に沿って当接するように、修理スプライスを前記穴に挿入及び捕捉し、
一対の向き合った電気抵抗溶接電極によって、選択された圧力で前記接触面に沿ってサブストレートとスプライス突出部とを圧縮し、
前記接触面に沿って溶接合金の局所的な溶融が生じるまで電極の間で前記サブストレートと前記スプライス突出部とに、選択された流量及び適用時間で電流を流し、前記サブストレートと前記スプライス突出部とが互いに固定された後、さらなる電流を停止させることを含むことを特徴とする、超合金構成部材を修理する方法。
【請求項１８】
前記サブストレートと修理スプライスとは、実質的に同じ機械的構造的特性を備える同じ材料から形成されており、溶融時に前記構造的特性を実質的に変化させない溶接合金によって互いに固定されている、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
配置するステップの間、溶接合金は、粉末溶接合金、固体の予備成形／予備形成されたリング、箔又はリボン溶接合金、顆粒溶接合金、又はペースト溶接合金から成るグループから選択されている、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
配置するステップの間に前記接触面に沿って穴と修理スプライスとの間にアクティベータを配置することをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本願は、引用により本明細書に組み込まれる、２０１１年１１月７日に出願された、“Projection Resistance Welding of Superalloys with Powdered Filler”という名称でかつ連続番号６１／５５６３８７が割り当てられた、同時係属中の米国特許仮出願の利益を請求する。
【０００２】
開示の背景
１．発明の分野
本発明は、製造及び／又は修理中の最新型超合金構成部材の構造的接合に関する。幾つかの実施の形態では、本発明は、接合された構成部材の機械的構造的又は材料的特性を著しく減じない形式での、接触圧力下におけるプロジェクション抵抗加熱溶接によって新たな又は修理されたサブストレートに固定されるスプライス挿入体を使用することによる、蒸気又はガスタービンにおける超合金タービンブレード及びベーンの表面修理に関する。
【０００３】
２．従来技術の説明
ガスタービン又はその他の超合金構成部材の“構造”修理は、一般的に、損傷した材料を適合する合金材料と交換し、元来の製造時構成部材仕様に近い（元来の仕様の極限引張強さの７０％）、強度などの特性を達成することであると理解される。例えば、さらなる割れのリスクが低減され、ブレードが元の材料の構造的及び寸法的な仕様に回復させられるように、表面割れを生じたタービンブレードにおいて構造修理を行うことが好ましい。
【０００４】
鋳造タービンブレードなどのタービン構成部材を製造するために使用されるニッケル及びコバルトベース超合金材料の構造修理又は新たな製造は、仕上げられたブレード材料の冶金学的特性により困難である。例えば、図１に示したように、ＣＭ２４７合金などの、６％を超える凝集アルミニウム又はチタン含有量を有する超合金は、アルミニウム−チタン含有量がより少ないＸ−７５０超合金よりも、高温溶接が行われたときにひずみ時効割れを生じやすい。仕上げられたタービンブレード合金は、通常、鋳造後熱処理の間に強化させられ、これは、タービンブレード合金においてその後の構造溶接を行うことを困難にする。超合金構造製造又は修理のために現在使用されている溶接プロセスは、概して、溶接準備に隣接する基板の実質的な溶融と、溶接ロッド又は付加されるその他のフィラー材料の完全な溶融とを伴う。このような材料から形成されたブレードが、同じ又は類似の合金のロッドを用いて溶接されると、ブレードは、溶接部における及び溶接部の近くにおける凝固割れ（液化割れとしても知られる）割れ、及び、新たな構成部材に相当する超合金の元来の強度及びその他の材料特性を回復するためのその後の熱処理プロセスの間のひずみ時効割れ（再熱割れとしても知られる）を生じやすい。
【０００５】
図２に示したように、加熱抵抗接合装置２０において、圧縮された電極２２，２４の間で一対の当接する超合金構成部材３０，３２に電流を流すことによって、超合金の従来の“スポット”電気抵抗溶接を行うための過去の試みは、溶接ゾーン３４において凝固割れをも生じた。チルフィクスチャを備えたレーザマイクロクラッディング、高温におけるいわゆる“ホット”ボックスにおける溶接、及び慣性摩擦溶接を含む代替的な超合金溶接プロセスは、さらに、溶接後熱処理ひずみ時効割れにつながる場合がある。摩擦撹拌接合などのその他の摩擦溶接プロセスは、超合金割れ傾向を減じることができるが、使用される溶接装置は、比較的制限された工具寿命を有する。超合金構成部材製造中、超合金材料から形成された別個の構成部材が溶接プロセスによって接合されるときに、同じ割れ懸念が生じる。
【０００６】
構造修理又は製造と比較して、超合金の“化粧”修理又は製造は、損傷した材料を、局所的な元来の構造的性能が必要とされないところにおいて、より低い構造的特性仕様を有する不適合な合金材料と置き換えること（又は新たに製造された材料の２つの構成部材を接合すること）であると理解される。例えば、化粧修理は、修理される構成部材の元来の輪郭形状を回復するために使用されてよい。上述のように、構成部材が使用状態に戻されるときにその後の拡散の可能性を減じるために表面割れにおける構造修理を行うことが望ましい。逆に、化粧修理の一例は、ブレードの局所的な外面がブレード全体の構造的一体性にとって重要でない場合に、その元来の空力的輪郭を回復するためにタービンブレード翼における（構造的割れに対立するものとしての）表面ピットを充填するためのものである。化粧修理又は製造は、しばしば、ブレード本体の超合金基板よりも強度が低いが、超合金サブストレートの材料特性に否定的な影響を及ぼさないより高い延性及びより低い適用温度を有する耐酸化性の溶接若しくはろう付け合金を使用することによって行われる。
【０００７】
超合金構造修理溶接の欠点を考慮すると、しばしば、唯一の商業的に許容される解決手段は、構造修理を必要とする損傷したタービンブレードをスクラップすることである。なぜならば、過去の経験がこのような構造修理の制限された成功を示しているからである。つまり、修理は、上述の代替的な超合金溶接プロセスによって、又は、構造強度が減じられた、より延性の溶接ロッドフィラー材料を使用する化粧溶接によって行うことが成功すると過去に証明されたものだけに限定されてきた。
【０００８】
つまり、当該技術分野において、サブコンポーネントを接合することができるように、又は構造割れ及びその他の表面欠陥を修理することができるように、タービンベーン及びブレードなどの超合金構成部材の構造的接合又はその表面における修理を行うための方法の必要性が存在する。
【０００９】
当該技術分野においては、損傷したブレードスクラップ率を減じることができるように、タービンベーン及びブレードなどの超合金構成部材の表面における構造修理の成功率を高めるための別の必要性が存在する。
【００１０】
当該技術分野においては、複雑な溶接又は修理後熱処理作業を必要としない、実証された頒布可能な修理技術及び機械を用いて、タービンベーン及びブレードなどの超合金構成部材の構造的接合又はその表面における修理を行うための方法のさらに別の必要性が存在する。
【００１１】
発明の概要
したがって、本発明の課題は、構成部材を接合することができるように、又は構造割れ及びその他の表面欠陥を修理することができるように、タービンベーン及びブレードなどの超合金構成部材の構造的接合又は表面における修理を行うことである。
【００１２】
本発明のさらに別の課題は、損傷した構成部材のスクラップ率を減じることができるように、タービンベーン及びブレードなどの超合金構成部材の構造修理の実施を成功させる可能性を高めることである。
【００１３】
本発明の別の課題は、複雑な溶接又は修理後の熱処理作業を必要としない、実証された反復可能な修理技術及び機械を用いて、タービンブレード又はベーンなどの超合金タービン構成部材の構造的な製造又は修理を行うことである。
【００１４】
これらの課題及びその他の課題は、本発明の実施の形態によれば、タービンブレード又はベーンなどの、超合金構成部材を構造的に接合することによって、又は超合金材料構成部材における欠陥を修理することによって達成される。修理実施形態では、表面欠陥は、放電加工又はその他の公知の金属加工プロセスによって構成部材サブストレートから除去され、穴を形成する。修理スプライスは、好適には同様の機械的構造特性を有する同じ材料から形成されており、対応する穴輪郭に合致する輪郭を備えたはまり合う突出部を有する。修理スプライスと、穴とが接触面に沿って互いに当接するように、修理スプライスは穴に挿入され、捕捉される。スプライスとサブストレートとは、接触面に沿って局所的な溶融が生じるまで圧縮圧力下で抵抗加熱され、これにより、スプライスとサブストレートとは相互に固定される。修理合金は、抵抗加熱の前にスプライスと穴サブストレートとの間に配置されてよい。
【００１５】
本発明は、穴輪郭を有する穴を形成したサブストレートと、サブストレート穴に捕捉されたスプライス突出部を有する、はまり合う超合金スプライスとを含み、突出部輪郭は、穴内の接触面に沿ってサブストレート輪郭と合致する、接合された超合金構成部材を特徴とする。サブストレートと、スプライスとは、選択された圧力で接触面に沿ってサブストレートとスプライス突出部とを圧縮し、サブストレート及びスプライスを別個の電気抵抗溶接電極に導電接触させ、接触面に沿って局所的な溶融が生じるまで、サブストレートとスプライス突出部とに、電極の間で、選択された流量及び適用時間で電流を流し、サブストレートとスプライス突出部とが互いに固定された後、さらなる電流の流れを停止させることによって、電気抵抗溶接のプロセスによって接触面に沿って互いに固定される。
【００１６】
本発明は、残りのサブストレートによって規定された穴輪郭を有する、超合金構成部材サブストレートにおける穴を形成し、スプライス突出部を有する、はまり合う超合金スプライスを形成することによって、超合金構成部材を接合する方法をも特徴とし、突出部輪郭は、対応する接触面に沿ってサブストレート穴輪郭と合致している。スプライスは、凹所内に挿入されて捕捉され、突出部と穴とは接触面に沿って当接させられる。サブストレートとスプライス突出部とは、接触面に沿って、選択された圧力で圧縮される。その後、サブストレートとスプライスとは、別個の電気抵抗溶接電極と導電接触させられる。接触面に沿って局所的な溶融が生じるまで、電極の間で、サブストレートとスプライス突出部とに、選択された流量及び適用時間で、電流が流される。サブストレートとスプライス突出部とが互いに相互に固定された後、電流の流れは停止させられる。
【００１７】
本発明は、超合金構成部材サブストレートの損傷した部分を除去し、残りのサブストレートによって規定された穴輪郭を有する穴をサブストレートに形成することを含む、超合金構成部材を修理する方法をも特徴とする。スプライス突出部を有する、はまり合う超合金修理スプライスが形成され、突出部輪郭は、対応する接触面に沿って、サブストレート穴輪郭と合致している。接触面に沿って穴と修理スプライスとの間に溶接合金が配置される。修理スプライスは、穴に挿入されて捕捉され、突出部と穴とは接触面に沿って当接させられる。サブストレートとスプライス突出部とは、一対の向き合った電気抵抗溶接電極によって、接触面に沿って、選択された圧力で圧縮される。その後、接触面に沿って溶接合金局所的溶融が生じるまで、電極の間で、サブストレートとスプライスとに、選択された流量及び適用時間で、接合される超合金構成部材に電流が流され、サブストレートとスプライス突出部とが互いに固定された後、さらなる電流の流れは停止させられる。
【００１８】
本発明の目的及び特徴は、当業者によって、あらゆる組合せ又は準組合せにおいて共同で又は個別に適用されてよい。
【００１９】
図面の簡単な説明
本発明の教示は、添付の図面に関連した以下の詳細な説明を考察することによって容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】合金におけるチタン及びアルミニウム含有量に関する、超合金の溶接後の時効割れの発生率を示すグラフである。
【図２】従来の電気抵抗加熱スポット溶接装置の概略的な正面図である。
【図３】修理を必要とする表面欠陥を有する超合金構成部材の概略的な正面図である。
【図４】その損傷した部分を除去することによって、本発明の実施の形態に従って修理されている超合金構成部材における表面欠陥の概略的な正面図である。
【図５】損傷した部分を修理スプライスと交換することによって、本発明の実施の形態に従って修理されている超合金構成部材における表面欠陥の概略的な正面図である。
【図６】修理スプライスとサブストレートとを抵抗熱溶接することによって修理スプライスを構成部材サブストレートに固定することによって、本発明の実施の形態に従って修理されている超合金構成部材における表面欠陥の概略的な正面図である。
【図７】図６の抵抗加熱境界面の詳細な概略的な正面図である。
【図８】抵抗加熱境界面の代替的な実施の形態の詳細な概略的な正面図である。
【図９】本発明の１つの実施の形態に従って修理された超合金構成部材の概略的な正面図である。
【００２１】
理解を容易にするために、複数の図面に共通の同じエレメントを示すために、可能である場合には、同じ参照符号が使用されている。
【００２２】
詳細な説明
以下の説明を考察した後、当業者は明らかに、本発明の教示を、超合金構成部材の機械的構造的接合／修理のために容易に利用することができることを十分に理解するであろう。幾つかの実施の形態において、本発明の教示は、スプライス挿入体を使用することによる、接合又は修理されるブレードの機械的構造的又は材料的特性を著しく減じない形式での、蒸気又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ブレード及びベーンの機械的構造修理のために容易に利用することができる。本発明の修理法では、損傷が除去され、穴を形成する。修理スプライスは、同様の機械的構造特性を有する同じ材料から形成されており、対応する穴輪郭に合致するはまり合う外側輪郭を有する。修理スプライスは、穴に挿入されて捕捉され、ブレード本体と修理スプライスとは接触面に沿って当接させられる。スプライスと、当接するサブストレートとは、接触面に沿って局所的な溶融が生じるまで、圧力下で圧縮され、電気抵抗加熱溶接装置によって局所的に加熱され、これにより、これらは互いに固定される。修理される構成部材の全体的な機械的構造的特性は、損傷されていない構成部材のものと同様である。本発明の修理法は、複雑な溶接又は熱処理作業を要せず、公知の電気抵抗加熱溶接機器及び固定プロセスを利用する。修理を行うことに加え、本発明の接合法は、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体を製造するために用いられてもよい。
【００２３】
図３は、表面応力、又は例えば熱機械的な疲労割れ４２を有する典型的な超合金構成部材４０を示す。応力割れが構造的に修理されない（すなわち比較的軟質の、より低い適用温度の溶接又はろう付け合金を用いる化粧修理のみによって修理される）ならば、化粧的に修理された割れが再び割れる及び／又は構成部材４０のサブストレート内に広がり続ける可能性がある。
【００２４】
本発明の修理法では、構成部材サブストレート４０の割れを生じた領域４２は、放電加工（ＥＤＭ）又はその他の公知の金属除去プロセスによって削除され、図４に示したように、割れを生じていないサブストレートに穴４４が残る。穴４４の輪郭は、割れを生じていないサブストレート４０の残りの周縁領域によって規定される。円錐台形の断面輪郭の穴４４が図４に示されているが、切削工具ヘッド又はＥＤＭによって形成されたＶ字形又は円弧状の輪郭などの、その他の断面輪郭形状が用いられてもよい。穴の長さ（図平面に対して垂直方向での寸法）は、様々であってよい。穴４４のための適切な平面図輪郭は、円形対称、正方形及び矩形の輪郭を含む。新たな複合超合金構造を製造する場合、２つの超合金サブコンポーネントは、はまり合う穴と突出部の輪郭を備えて製造され、電気抵抗溶接装置によって両サブコンポーネントの接触面に熱が加えられながら、圧力下で構造的に接合される。はまり合う突出部と穴を一切有することなく、２つの構成部材を互いに当接させることにより、はまり合う穴及び突出部を有さない複合構造を製造することもできる。
【００２５】
公知の修理又は製造方法では、穴４４は、より柔軟なフィラー材料の熱適用（化粧修理）によって又は同じ硬さのフィラー材料によって充填される。前述のように、超合金フィラーを適用するその他の溶接技術は、概して、溶接中又は溶接後の熱処理の間に超合金構成部材に望ましくない割れを発生させる。
【００２６】
本発明は、図５に示したように、好適には同じ、又は修理される構成部材と同様の材料特性を有する優れた超合金材料から構成された修理スプライス５０を挿入することによって、割れ又は形成された穴における超合金材料の従来公知の交換とは異なる。修理スプライス５０は、穴輪郭４４に合致しかつこれにはまり合う輪郭を備える突出部５２を有する。上述のように、はまり合う突出部及び穴部分を有する新たなサブコンポーネントは、同じ方法によって新たな構成部材を製造するように接合されてよい。
【００２７】
その後の抵抗加熱プロセス中のそれぞれの接合を補助するために、はまり合う穴４４と突出部５２との間に、ボンディングフィラー合金６０が配置されてもよい。フィラー合金は、選択された抵抗加熱ボンディング／接合プロセスとの両立性のために選択される。溶接フィラー合金は大抵、卑金属と同様の融解温度を有する。粉末状のボンディングフィラー６０が図５に概略的に示されているが、非制限的な例として、固体の予備成形／予備形成されたリング、箔又はリボンフィラー、顆粒フィラー、又はフィラーペーストを含むその他の形態の公知のフィラーが適用されてよい。フィラー合金寸法（例えば粉末メッシュサイズ）は、接合される超合金構成部材４０，５０の間に所望の溶融又は部分的な溶融が達せられるように、電流適用率及び時間に関して、抵抗加熱熱伝導フラックス濃度を最適化するように変化させられてよい。別個の材料として又はフィラーに混合されて、公知のフラックスエージェント及び／又はアクティベータ（例えばボラン−ジメチルアミン）が適用されてよい。フィラー材料は、超合金構成部材を構成するために使用されるタイプの、粉末状の又はその他の構成の超合金材料卑金属を含んでよい。
【００２８】
図６を参照すると、はまり合う突出部５２が接触面６２に沿って穴４４に当接し、接触面６２にあらゆるフィラー材料６０を捕捉しながら、修理スプライス５０が、修理される構成部材サブストレート４０に挿入されている。その後、接触面６２に沿って圧力が集中させられながら、修理スプライス５０と構成部材サブストレート４０とは互いに圧縮される。はまり合う修理スプライス５０と構成部材サブストレート４４とが圧縮されている間、接触面６２に沿って熱伝導が集中させられながら、公知のタイプの溶接抵抗ヒータ２０’が電極２２’，２４’の間に電流を流す。図６の抵抗ヒータは電極２２’，２４’を修理スプライス５０と構成部材サブストレート４０との両側に配置するが、接触面に沿って突出部５２と穴４４との間に抵抗熱伝導を生ぜしめるその他の電極配置が利用されてもよいことを当業者は理解するであろう。
【００２９】
同様に、より長い線形の電極、転動するホイール電極、アレイに配列された複数の近位電極を使用することによって、又は電極を超合金サブストレート４０，５０に対して逐次及び順次に移動させることによって、電極２２’，２４’の表面積よりも長い連続した継目溶接を形成することができる。同様に、複数の穴４４及び突出部５２が、超合金構成部材４０，５０に形成され、その後、抵抗加熱工具によって順次に及び／又は１つ以上のサブグループごとに同時に、接合されてもよい。
【００３０】
本発明の接合プロセスを行う際、接触面６２に沿って突出部５２と穴４４との局所的な溶融及び固定を生ぜしめるために十分な圧力及び電流が選択的に適用されるが、接触面から著しく離れたところで構成部材サブストレート４０又はスプライス５０の材料特性を著しく変化させる過剰な熱又は圧力は適用されない。したがって、所望の局所的な溶融及び固定が達成されると、局所的な加熱は停止される。接触面６２に沿った局所的な溶融特性は、穴４４／突出部５２の輪郭の深さｄ及び幅Ｗによって影響される。なぜならば、これらの寸法（長さに沿っている）は、単位面積あたりの適用される圧力と、熱伝導フラックスとに影響するからである。図７に示したように余分な溶融した材料が接触面６２の接合部から押し出されるように、深さｄが幅Ｗよりも小さくなるように、傾斜した側壁を備えて接触面を形成することが望ましい。穴の輪郭の深さｄと幅Ｗの適切な比は１：３である。
【００３１】
はまり合う穴４４’とスプライス突出部５２’の輪郭の代替的な実施の形態が図８に示されている。スプライス突出部５２’は、対応する穴平坦部４６’に合致しかつこの穴平坦部４６’と接触する突出部先端５４’を有する。突出部先端５４’及び穴平坦部４６’の外側では、それぞれの穴４４’及びスプライス突出部５２’の輪郭は外方へ拡開して、間隙６４’を形成しており、図８において太い矢印によって概略的に示されているように、穴４４’から余分な局所的に溶融した材料６２’を排出しやすくしている。図８のこの典型的な実施の形態では、拡開する間隙６４’は、それぞれの突出部先端５４’の外側における突出部５２’の先端角よりも大きな先端角で穴平坦部４６’の外側に穴４４’を形成することによって画定されている。
【００３２】
突出部（５２，５２’）及び穴（４４，４４’）を有さない慣用の抵抗溶接では、凝固の間に過剰な収縮応力を受けるナゲットが形成される。すなわち、溶融されない基板における周囲材料は、このように捕捉されたナゲットの凝固の間の収縮応力を提供するために自由に降伏しない。穴とスプライス突出部との間の境界面からほぼ全ての溶融した金属６２，６２’が排出され、これにより、収縮応力を最小限にすると、プロジェクション溶接の成功が高まりやすい。隣接する外側のジオメトリは、好適には、このような材料の排出を許容する。また、突出部先端５４’は、その先端の中心において溶融を開始し、外方へ向けられた、前進する溶融フロントを推進するように成形されていてよく、これは、対称的なパターンでの溶融した金属６２’のこのようなプロジェクションを高める。
【００３３】
接触面６２に沿って所望の局所的溶融が達成されると、抵抗加熱は停止し、今や互いに固定された構成部材サブストレート４０と修理スプライス５０とは、抵抗加熱装置２０’からのその後の取出しのために冷却させられる。修理スプライス５０と、接触面６２に沿った押し出された材料とは、周囲の表面輪郭に従わされ、図９に示したように、修理された構成部材４０をその元来の状態に回復させる。今や修理された構成部材４０は、もはや表面損傷を有さず、この表面損傷は、元来のサブストレート材料と実質的に同じ材料特性を有する、新たな修理スプライス材料５２と置き換えられている。特に、スプライス内の表面硬さ及び強度特性は、実質的に、元来の周囲の材料のものと同じである。構成部材４０内の機械的な又は熱的に発生された応力は、それらの機械的にかつ熱的に当接した関係により、接触面を横切ってスプライスへ伝達させることができる。接触面６２に沿った、修理された構成部材サブストレート４０と、スプライス５０との相対的な固定は、構造的一体性を維持するのに十分である。
【００３４】
接触面６２に沿った局所的な固定は、修理された構成部材サブストレート４０及びスプライス５０の構造的材料的特性に著しく否定的に影響することはない。制限された修理後の熱処理（必要であるならば）は、修理された構成部材のひずみ時効割れの事後のリスクを、完全に排除しないとしても、最小限に減じる。つまり、超合金構成部材の製造又は修理の時間及び費用は、修理失敗の過度のリスクなしに、本発明の修理方法によって引き受けられてよい。発電分野では、表面割れを生じたタービンブレードは、スクラップし、新たなブレードと交換する必要なく、修理されてよい。
【００３５】
はまり合う超合金構成部材を接合するために、様々な公知の抵抗加熱法が用いられてよい。適切な抵抗加熱法は、抵抗スポット溶接及び抵抗シーム溶接を含む。抵抗加熱の間の超合金構成部材における比較的高い圧縮圧力の適用は、固体ボンディングをも達成してよい。抵抗加熱接合／ボンディングは、周囲空気において、又は代替的に、隔離された真空、不活性ガス又は活性ガス環境において行われてよい。抵抗加熱接合／ボンディングは、熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）炉などにおいて圧力下で行われてもよく、ミニット欠陥が、閉鎖又は治癒するために示されてよい。上述のように、抵抗加熱接合／ボンディングは、選択された加熱プロセスと両立可能なフィラー合金、フラックス及び／又はアクティベータ組成物を用いて行われてよい。選択された抵抗加熱法のいずれにおいても、全体的な目的は、それぞれのサブコンポーネントの一般化されたサブストレート内の超合金材料特性に著しく影響することなく、接触面６２に沿って超合金サブコンポーネントの間の局所的なボンディングを達成し、付加的な熱入力を停止することである。それぞれの超合金サブストレートを液化し（ひいては材料特性を否定的に変化させ、その後の割れを生じやすくする）傾向がある公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、超合金サブストレートにおける正味の変化を回避する。
【００３６】
本発明を実施する際、超合金構成部材は、公知の実証された機器によって接合又は修理することができる。損傷した超合金構成部材材料を除去することができ、修理スプライスは、放電加工又はその他の公知の金属切断技術によって製造される。公知の電気抵抗加熱装置及び技術が、修理スプライスを、はまり合う穴に固定するために用いられてよい。スプライスによって修理された超合金構成部材の外面輪郭を、修理された構成部材の局所的輪郭に合致するように修理スプライス及び周囲の接触面を研削及び切断することによって元来の輪郭仕様に回復させることができる。
【００３７】
本明細書における超合金構成部材の典型的な実施の形態の構造的接合は、主に超合金構成部材の修理に関して説明されているが、同じ方法が、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体を製造するために使用されてもよい。例えば、一方の超合金サブコンポーネントにおける突出部が、他方の超合金サブコンポーネントにおける穴に固定されてよい。
【００３８】
本発明の教示を含んだ様々な実施の形態がここに図示及び説明されているが、当業者は、さらにこれらの教示を含んだ多くのその他の変更された実施の形態を容易に考え出すことができる。
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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