(57)【要約】ガスタングステンアーク溶接手順を用いて溶接を施す方法である。フィラー材が溶接箇所に提供される。フィラー材（１４）は、溶接部形成中に使用される第１の素材と、溶融することでスラグを生成可能な第２の素材と、を含む。溶接アーク（３０）が、溶接箇所（４２）の近傍の第１及び第２の部品（１６，１８）及びフィラー材（１４）の部分を溶融させる熱を提供し、溶接プールが形成される。第２の素材は溶融してスラグを形成し、このスラグが溶接プールの外表面へ流れて雰囲気中反応性元素に曝されないように溶接プールを遮蔽する。溶接プールが冷却で固化すると第１の部品と第２の部品との間に溶接部が形成される。【選択図】図１
2014512270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタングステンアーク溶接手順を用いてガスタービンエンジンの超合金製部品間に溶接を施す方法であって、
第１の超合金製の第１の部品と第２の超合金製の第２の部品とを近接配置して、該第１の部品の第１の部位と該第２の部品の第２の部位との間に溶接箇所を画定し、
フィラー材を前記溶接箇所に提供し、該フィラー材は少なくとも第１の素材と第２の素材とを含み、前記第１の素材は、第３の超合金製であって、前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に溶接部を形成する間に使用され、前記第２の素材は、溶融することでスラグを生成する能力をもち、
前記溶接箇所に近接させた非消耗型タングステン電極に電流を供給して、前記溶接箇所近傍の前記第１及び第２の部品及び前記フィラー材の部分を溶融させる熱を提供する溶接アークを生成する、
ことを含み、
前記フィラー材の溶融により、
前記第１の素材が液化して、前記第１及び第２の部品の溶融部分を含んだ溶接プールが形成され、
前記第２の素材からスラグが生成され、該スラグが前記溶接プールの外表面へ流れて雰囲気中の反応性元素に曝されないように前記溶接プールの前記外表面を遮蔽し、
前記溶接アークは、前記非消耗型タングステン電極を溶融させず、
前記溶接プールの冷却で前記溶接プールが固化すると、前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に溶接部が形成される、方法。
【請求項２】
前記フィラー材は、少なくともクロム及びニッケルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の素材は、コバルト、ニッケル、モリブデン、及びタングステンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１、第２及び第３の超合金が同じ超合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１、第２及び第３の超合金が異なる超合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１及び第２の超合金が同じ超合金であり、前記第３の超合金が前記第１及び第２の超合金とは異なる超合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記溶接プールの前記外表面は、少なくとも、雰囲気に曝される前記溶接箇所の裏側に面する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記溶接箇所の前記裏側は、裏当て材を使用して前記溶接プールを酸化及び窒化から遮蔽するためのアクセスが得られない、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記溶接プールの固化後、前記溶接箇所の少なくとも表側から前記スラグを除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記非消耗型タングステン電極に電流を供給すると同時に、前記溶接アークを安定させ且つ前記非消耗型タングステン電極の酸化を防ぐ遮蔽ガスを、前記溶接箇所に供給することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記スラグにより前記溶接プールへの暴露を遮蔽する雰囲気中の反応性元素が、少なくとも酸素及び窒素である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記非消耗型タングステン電極の直径が約１／８インチであり、前記非消耗型タングステン電極の第１の端部が約２０°〜約２５°の角度で構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記非消耗型タングステン電極に使われる開口を画定する出口ノズルを備えたトーチ本体内に、前記非消耗型タングステン電極を格納してあり、前記出口ノズルの開口の内径が約５／１６インチである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記非消耗型タングステン電極の第１の端部は、前記出口ノズルの開口から約５ｍｍまでしか延出しない、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記トーチ本体を、前記溶接アークの長さが約８ｍｍ〜約１０ｍｍとなるように、前記部品に対して配置する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
接続すべき第１の部品と第２の部品との間の溶接箇所に対し裏側へのアクセスが不可能又は困難であり、該溶接箇所の裏側に裏当て材を使用できない場合に、溶接部を生成する方法であって、
前記第１の部品が第１の超合金製で、前記第２の部品が第２の超合金製であり、
第１のフィラー材を前記溶接箇所に提供し、該第１のフィラー材は少なくとも第１の素材と第２の素材とを含み、前記第１の素材は、第３の超合金製であって、前記第１及び第２の部品の一部と連係して前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に第１の溶接部を形成する能力をもち、前記第２の素材は、溶融することでスラグを生成する能力をもち、
ガスタングステンアーク溶接中、前記溶接箇所に近接させた非消耗型タングステン電極に電流を供給して、前記第１及び第２の部品及び前記第１のフィラー材の各部分を溶融させる熱を提供する溶接アークを生成する、
ことを含み、
前記第１のフィラー材の溶融により、
前記第１の素材が液化して、前記第１及び第２の部品の溶融部分を含んだ第１の溶接プールが形成され、
前記第２の素材からスラグが生成され、該スラグが前記第１の溶接プールの外表面へ流れて雰囲気中の反応性元素に曝されないように前記第１の溶接プールの前記外表面を遮蔽し、当該第１の溶接プールの外表面は、少なくとも前記溶接箇所の裏側に面しており、
前記溶接アークは、前記非消耗型タングステン電極を溶融させず、
前記第１の溶接プールの冷却で前記溶接プールが固化すると、前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に溶接部が形成される、方法。
【請求項１７】
前記第１、第２及び第３の超合金が同じ超合金又は異なる超合金であるか、又は、
前記第１の超合金と前記第２の超合金とが同じ超合金であり且つ前記第３の超合金が前記第１及び第２の超合金とは異なる超合金である、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記溶接プールの固化後、前記溶接箇所の少なくとも表側から前記スラグを除去することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記非消耗型タングステン電極に電流を供給すると同時に、前記溶接アークを安定させ且つ前記非消耗型タングステン電極の酸化を防ぐ遮蔽ガスを、前記溶接箇所に供給することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記溶接部の固化後、
第２のフィラー材を前記溶接箇所に提供し、該第２のフィラー材は少なくとも第１の素材を含み、該第１の素材は、前記第１及び第２の部品及び前記溶接部の部分と連係して、前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に肉盛り溶接部を形成する能力をもち、
前記溶接箇所に近接させた前記非消耗型タングステン電極に電流を供給して、前記第１及び第２の部品、前記溶接部、及び前記第２のフィラー材の各部分を溶融させる熱を提供する溶接アークを生成する、
ことをさらに含み、
前記第２のフィラー材の溶融により、前記第１の素材が液化して、前記第１及び第２の部品の溶融部分と前記溶接部の溶融部分とを含んだ第２の溶接プールが形成され、
前記第２の溶接プールの冷却で前記第２の溶接プールが固化すると、前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に肉盛り溶接部が形成される、
請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接に関し、特に、溶接プールを雰囲気中の反応性元素から遮蔽すると共に湿潤性を高める遮蔽スラグを生成するためにフラックスコート電極を使用するガスタングステンアーク溶接に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの排気部内のステンレス鋼又はニッケル系合金の部品間に溶接を施すために、オープンルート溶接手順が使用され得る。オープンルート溶接のための手順は、多くの場合、溶接プールと溶接ルートの裏側を雰囲気の汚染から遮蔽するため、通常は、ルート及びホットパスと呼ばれる第１の溶接パス中に遮蔽材、すなわち裏当て板又は遮蔽板、又は例えばアルゴンなどの裏当てガス又は遮蔽ガスを使用する。特定の溶接箇所に溶接を施す際に、システム設計の複雑さ、アクセスの制約、そして手順のコスト及びスケジュールの増加の故に、溶接プールの裏側を保護するためのアクセスが得られないことがある。
【０００３】
溶接プールの裏側へのアクセスが制約されるか又は不可能である溶接箇所に溶接を施す、従来の溶接手順は、ステンレス鋼部品、すなわち３００ステンレス鋼部品を、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）専用のフラックスコア又はフラックスコート３００シリーズステンレス鋼系フィラー材を使用して溶接する場合に、良好に実施可能である。３００シリーズステンレス鋼の用途では健全なルートパスを良好に生成する方法が開発されているものの、反応性物質全般、特にニッケル系合金に対しては汎用の解決策が得られていない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、ガスタングステンアーク溶接手順を用いてガスタービンエンジンの超合金製部品間に溶接を施す方法が提供される。第１の部品が第２の部品に近接して配置され、第１の部品の第１の部位と第２の部品の第２の部位との間に溶接箇所が画定される。第１の部品は第１の超合金から形成され、第２の部品は第２の超合金から形成されている。フィラー材が溶接箇所に提供され、このフィラー材は少なくとも第１の素材と第２の素材とを含んでいる。第１の素材は第３の超合金を含み、第１の部品の第１の部位と第２の部品の第２の部位との間の溶接部形成中に使用される。第２の素材は、溶融することでスラグを生成する能力をもつ。溶接箇所近傍の第１及び第２の部品及びフィラー材の部分を溶融させる熱を提供する溶接アークを生成するため、溶接箇所に近接させた非消耗型タングステン電極に電流が供給される。フィラー材が溶融すると、第１の素材が液化して、第１及び第２の部品の溶融部分を含んだ溶接プールを形成し、また、第２の素材がスラグを形成し、該スラグが溶接プールの外表面へと流れ、雰囲気中の反応性元素に暴露しないように溶接プールの外表面を遮蔽する。溶接アークは非消耗型タングステン電極を溶融させない。溶接プールは、冷却で固化し、第１の部品の第１の部位と第２の部品の第２の部位との間に溶接部が形成される。
【０００５】
フィラー材は、少なくともクロム及びニッケルを含み得る。
【０００６】
第１の素材は、コバルト、ニッケル、モリブデン、及びタングステンのうちの少なくとも１つとできる。
【０００７】
第１、第２及び第３の超合金は同じ超合金でもよいし、異なる超合金であってもよい。あるいは、第１の超合金と第２の超合金が同じ超合金であり、第３の超合金が第１及び第２の超合金とは異なる超合金であってもよい。
【０００８】
溶接プールの外表面は、少なくとも、雰囲気に曝される溶接箇所の裏側に面する。
【０００９】
該溶接箇所の裏側は、裏当て材を使用して溶接プールを酸化及び窒化から遮蔽するためのアクセスが得られないことがある。
【００１０】
溶接プールが固化した後、スラグは、溶接箇所の少なくとも表側から除去し得る。
【００１１】
非消耗型タングステン電極に電流を供給すると同時に、溶接箇所に遮蔽ガスを供給することができる。遮蔽ガスは溶接アークを安定させ、非消耗型タングステン電極の酸化を防ぐ。
【００１２】
スラグにより溶接プールへの暴露から遮蔽される雰囲気中の反応性元素は、少なくとも酸素及び窒素である。
【００１３】
非消耗型タングステン電極の直径は約１／８インチとすることができ、該非消耗型タングステン電極の第１の端部は約２０°〜約２５°の角度で構成することができる。
【００１４】
非消耗型タングステン電極に使われる開口を画定する出口ノズルを備えたトーチ本体内に、非消耗型タングステン電極を格納可能である。トーチ本体の開口の内径は約５／１６インチとし得る。
【００１５】
非消耗型タングステン電極の第１の端部は、出口ノズルの開口から約５ｍｍしか延出しない。
【００１６】
トーチ本体は、溶接アークの長さが約８ｍｍ〜約１０ｍｍとなるように、部品に対して配置され得る。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、接続すべき第１の部品と第２の部品との間の溶接箇所に対し裏側へのアクセスが不可能又は困難であり、該溶接箇所の裏側に裏当て材を使用できない場合に、溶接部を生成する方法が提供される。第１の部品は第１の超合金から形成され、第２の部品は第２の超合金から形成されている。第１のフィラー材が溶接箇所に提供される。第１のフィラー材は、少なくとも第１の素材と第２の素材とを含んでいる。第１の素材は第３の超合金を含み、第１及び第２の部品の一部と連係して第１の部品の第１の部位と第２の部品の第２の部位との間に溶接部を形成する能力をもつ。第２の素材は、溶融することでスラグを生成する能力をもつ。ガスタングステンアーク溶接中、溶接箇所に近接する非消耗型タングステン電極に電流が供給され、第１及び第２の部品及び第１のフィラー材の各部分を溶融させる熱を提供する溶接アークが生成される。第１のフィラー材が溶融すると、第１の素材が液化して第１及び第２の部品の溶融部分を含んだ第１の溶接プールが形成されると共に、第２の素材がスラグを形成し、該スラグが第１の溶接プールの外表面へ流れて、雰囲気中の反応性元素に暴露しないように第１の溶接プールの外表面を遮蔽する。第１の溶接プールの外表面は、少なくとも溶接箇所の裏側に該当する。溶接アークは、非消耗型タングステン電極を溶融させない。第１の溶接プールの冷却で、該溶接プールが固化し、第１の部品の第１の部位と第２の部品の第２の部位との間に溶接部が形成される。
【００１８】
第１のフィラー材の溶融後、第２のフィラー材を溶接箇所に提供することもできる。第２のフィラー材は、少なくとも第１の素材を含んでおり、この第１の素材は、第１、第２の部品及び溶接部の一部と連係して、第１の部品の第１の部位と第２の部品の第２の部位との間に肉盛り溶接部を形成する能力をもつ。第１及び第２の部品、溶接部、及び第２のフィラー材の各部分を溶融させる熱を提供する溶接アークを生成するため、溶接箇所に近接する非消耗型タングステン電極に電流が供給される。第２のフィラー材が溶融するとその第１の素材が液化し、第１及び第２の部品の溶融部分と溶接部の溶融部分とを含んだ第２の溶接プールが形成される。第２の溶接プールは、冷却で固化し、第１の部品の第１の部位と第２の部品の第２の部位との間に肉盛り溶接部が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタングステンアーク溶接手順を示す斜視図。
【図１Ａ】図１の溶接手順で使用されるタングステン電極の第１の端部（先端部）を示す拡大斜視図。
【図２】図１に示すガスタングステンアーク溶接手順で使用されるフィラー材の断面図。
【図３】溶接箇所と、図１に示すガスタングステンアーク溶接手順を用いて該溶接箇所に形成されるルートパスのための溶接プールと、の拡大図。
【図４】溶接箇所と、図１に示すガスタングステンアーク溶接手順を用いて該溶接箇所に形成される溶接部と、の拡大図。
【図５】スラグ層を溶接部から除去した後の図４に示す溶接箇所及び溶接部の拡大図。
【図６】本発明の実施形態に係るガスタングステンアーク溶接手順を実行するステップを示すフローチャート。
【図７】本発明の別の実施形態に係るガスタングステンアーク溶接手順を実行するステップを示すフローチャート。
【図８】図７に示すフローチャートに従うガスタングステンアーク溶接手順を実行するステップを示す。
【図９】図７に示すフローチャートに従うガスタングステンアーク溶接手順を実行するステップを示す。
【図１０】図７に示すフローチャートに従うガスタングステンアーク溶接手順を実行するステップを示す。
【図１１】図７に示すフローチャートに従うガスタングステンアーク溶接手順を実行するステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
好適な実施形態の以下の詳細な説明では添付図面を参照する。図面には、限定ではなく例示の目的で、本発明を実施し得る特定の好適な実施形態が示されている。なお、他の実施形態も可能であるし、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく変更もなし得る。
【００２１】
図１を参照すると、本発明の実施形態に係るガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）システム１０が示されている。図１に示すシステム１０は、本発明のＧＴＡＷ手順に関連して使用され、溶接トーチ１２とフィラー材１４とを含んでいる。また図１には、ＧＴＡＷ手順を用いて互いに接続される第１及び第２の部品１６，１８も示されている。
【００２２】
図１に示す溶接トーチ１２は手動操作式トーチ１２であるが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、機械操作式トーチを本明細書に記載のＧＴＡＷ手順に使用することもできる。トーチ１２は電源２０につないであり、この電源は、トーチ１２により与えられる熱がＧＴＡＷ手順中にほぼ一定に保たれるように、ほぼ一定の電流を供給し得る。ＧＴＡＷ手順については以下に詳細に記載する。なお、電源２０は、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、パルス電流を供給してもよい。トーチ１２はまた、以下に説明するように遮蔽ガスをトーチ１２に送出する、遮蔽ガス供給源２２も使用している。さらに、トーチ１２は、ＧＴＡＷ手順中にトーチ１２を冷却するため、空冷又は水冷冷却システムなどの冷却システム（図示せず）も使用し得る。
【００２３】
トーチ１２は、トーチ１２の本体１１２を通って延伸する非消耗型タングステン電極２４と、トーチ本体１１２内に位置するコレットアセンブリ２６又はコンタクト管と、を備える。本発明に係るタングステン電極２４は、約３／３２インチ〜３／１６インチの間、好ましくは約１／８インチの直径Ｄをもち、その第１の端部２４Ａは、比較的鋭い角度θ、すなわち約２０°〜約２５°の角度に構成し得る（図１及び図１Ａを参照）。タングステン電極２４のこの構成は、直径がより小さく且つ端部の角度が大きいタングステン電極を使用する典型的な従来型のＧＴＡＷ手順により生成される溶接アークよりも、Ｘ及びＹ方向の幅が広い溶接アーク３０を生成すると考えられる（図１Ａを参照）。より幅広の溶接アーク３０は、フィラー材１４をより完全に囲んで包むと考えられる。溶接アーク３０がフィラー材１４の全体を覆うと、アーク圧力によって、フィラー材１４から発するフラックスコートの分解生成物がアーク３０を通過してタングステン電極２４に到達する機会が少なくなる。溶接アーク３０及びフィラー材１４からのフラックスコート分解生成物に関連する更なる詳細については、本明細書に詳細に記載される。
【００２４】
コレットアセンブリ２６は、タングステン電極２４をトーチ本体１１２の実質的中央部に維持する。さらに、タングステン電極の第１の端部２４Ａは、全体がトーチ本体１１２の出口ノズル１２Ａ内に位置しても、出口ノズル１２Ａの端部に画定される開口３１と同じ高さでも、あるいは、出口ノズル１２Ａ内の開口３１の外側に約５ｍｍまで延出していてもよい。
【００２５】
出口ノズル１２Ａは、本体１１２のその余の上部１１２Ｂから分離してあり、図１に示すようにコレットアセンブリ２６へ取り付けてある。図示した実施形態では、出口ノズル１２Ａとコレットアセンブリ２６とを結合するためにねじ係合を用いてあるが、別のタイプの結合を用いてもよい。出口ノズル１２Ａは、例えばアルミナ、溶岩などのセラミックス材、メタルジャケットセラミックス、ガラスなどから形成可能である。コレットアセンブリ２６は、電流を電源２０からタングステン電極２４へ流して溶接アーク３０を生成するために（図１を参照）、トーチ本体１１２の導電性部材３３を介して電源２０に電気的に接続されている（図１を参照）。導電性部材３３は導電性材料で形成され、好ましい実施形態では銅を含んでいる。当業者には明らかであるように、コレットアセンブリ２６は、タングステン電極２４をコレットアセンブリ２６の本体部２６Ａ内に固定するための保持用部品（図示せず）を備えている。また、図示した実施形態では、図１に示すように、タングステン電極２４において第１の端部２４Ａとは反対の第２の端部２４Ｂは、トーチ１２の端部キャップ２７に係合する。端部キャップ２７は、タングステン電極２４が出口ノズル１２Ａ内の開口３１からずれることを防止する。
【００２６】
上述のように、本発明に係るタングステン電極２４の第１の端部２４Ａは、全体が出口ノズル１２Ａ内に位置しても、出口ノズル１２Ａの開口３１と同じ高さでも、あるいは出口ノズル１２Ａの開口３１から約５ｍｍまで延出してもよい。溶接アーク３０に関する図１ＡのＺ方向の距離Ｌが約８ｍｍ〜約１０ｍｍとなるように、トーチ１２が第１及び第２の部品１６，１８に対して位置するのがよい。トーチ本体１１２の端面１１２Ａからの距離が約２ｍｍである典型的な従来型の溶接アークと比較して、トーチ本体１１２の端面１１２Ａからの距離が例えば約８〜１０ｍｍである溶接アーク３０の長さには、フィラー材１４からのフラックスコート分解生成物によるタングステン電極２４の汚染、付着を防止することが意図されている。これは、タングステン電極２４を従来型の溶接手順におけるよりも更に溶接箇所４２から遠ざけることにより（図１、図１Ａ及び図３〜図５を参照）、溶接箇所４２の近傍に提供されるフィラー材１４からのフラックスコート分解生成物が、タングステン電極２４に到達するまでに従来型の溶接手順におけるよりも長い距離を移動しなければならないことによる。加えて、タングステン電極の第１の端部２４Ａが、出口ノズル１２Ａ内に位置するか、又は出口ノズル１２Ａ内に位置する開口３１から僅か約５ｍｍだけ外側に延出していることから、タングステン電極２４の（全部ではないにせよ）大部分は、出口ノズル１２Ａ内に保護され、したがって、溶接箇所４２の近傍の浮遊塵となり得るフィラー材１４からのフラックスコート分解生成物に曝されない。
【００２７】
タングステン電極２４は、純タングステン電極でもよいが、より典型的には、例えば酸化セリウム、酸化ランタン、酸化トリウム、及び酸化ジルコニウムの少なくともいずれかといった１つ以上の添加材を含有するタングステン合金とする。これらの添加材は、少なくとも、溶接アークの安定性を改善し、タングステン電極２４の溶融温度を高め、又はタングステン電極２４の寿命を高める、ことが認められている。タングステン電極２４、特にタングステン電極２４の第１の端部２４Ａは、グランドラインがタングステン電極２４にほとんど見られない、二乗平均平方根（ＲＭＳ）が約６〜８の高度研磨又はミラー状の仕上げとした外表面を備えることが好ましい。これはタングステン電極２４の寿命を伸ばす。タングステン電極２４の腐食を引き起こし得る、タングステン電極２４の第１の端部２４Ａに対する汚染物の付着の可能性を、こうした特徴が大幅に低減するからである。
【００２８】
コレットアセンブリ２６は、図１に示すように、タングステン電極２４が中を通って延伸する中空内部２８を画定する。遮蔽ガス供給源２２からトーチ本体１１２に供給される遮蔽ガスは、内部２８を通り、コレット本体部２６Ａの１つ以上の孔２９から出口ノズル１２Ａ内に流れ、そして出口ノズル１２Ａの開口３１から流れ出る。
【００２９】
タングステン電極２４の直径が約１／８インチである本発明の実施形態において、出口ノズル１２Ａの出口開口３１の直径は、約３／１６インチ〜約３／８インチ、好ましくは約５／１６インチである。直径が約１／８インチのタングステン電極２４に用いられる場合のこの出口ノズル開口の直径は、通常は直径が７／１６インチ〜約１０／１６インチである従来型の出口ノズルの出口開口よりも小さいと思われる。さらに、本発明の実施形態に係る出口ノズル１２Ａは、従来のガスレンズを備えていない。その上、本発明の実施形態に係る遮蔽ガス供給源２２は、タングステン電極２４用の保護ガスカーテンを生成するため、例えば毎分約１０〜１２リットルの、高い容積流量で遮蔽ガスを出口ノズル１２Ａの開口３１から供給し得る。出口ノズル１２Ａの出口開口３１が比較的小さく且つ開口３１を通って供給される遮蔽ガスの容積流量が高いので、遮蔽ガスは、フラックスコートの分解生成物がタングステン電極２４に付着しないように、これら分解生成物をフィラー材１４の第２の素材５２から排除又は吹き飛ばすことのできる十分に高い速度で開口３１から流出する。
【００３０】
遮蔽ガス供給源２２からの遮蔽ガスは、アルゴン、ヘリウム、又は、アルゴン、ヘリウム及びその他の元素のいずれか又は全部の組合せとする。好ましい実施形態では、ほとんどがアルゴンである。遮蔽ガスは、溶接アーク３０を安定させ、そして、遮蔽ガスがなければタングステン電極２４が酸素や窒素などの雰囲気Ａ中の反応性元素に曝されることで発生し得る酸化から、タングステン電極２４を保護する。なお、遮蔽ガスは、第１及び第２の部品１６，１８が突き合わせられて溶接により接合される位置にある溶接箇所４２の表側４０に面する溶接プール６２（図３を参照）の第１の外表面６０Ａが、雰囲気Ａ中の反応性元素に曝されないようにも、保護する。溶接箇所４２の遮蔽に関する更なる詳細については本明細書に詳細に説明する。
【００３１】
図２を参照すると、図示した実施形態のフィラー材１４は、第１の素材５０と第２の素材５２とを含む。ただし、フィラー材１４は本発明の思想及び範囲から逸脱することなく他の材料を含み得るのは当然である。図２に示す実施形態では、第１の素材５０が第２の素材５２の層によって囲まれているが、フィラー材１４に対しその他の構成を用いることもできる。好ましい実施形態では、第１及び第２の素材５０，５２の少なくとも一方は、少なくともクロム及びニッケルを含む材料からなる。
【００３２】
第１の素材５０は、本明細書に詳細に説明するように、溶接箇所４２の溶接部５４形成中に使用されるフィラー材料を含む（図４〜図５を参照）。第１の素材５０は超合金から形成可能であり、以下に更に説明するように、第１及び第２の部品１６，１８を形成する材料に基づいて選択することもできる。例えば、第１及び第２の部品１６，１８がニッケル系超合金から形成される場合、第１の素材５０はニッケル系超合金製とする。別の例では、第１及び第２の部品１６，１８がコバルト系超合金から形成される場合、第１の素材５０はコバルト系超合金製とする。第１の素材５０の更なる例示的材料としては、コバルト、鉄、モリブデン、タングステン、マンガン、ニオビウム、タンタル、シリコン、炭素、及びクロムのうちの１つ以上があげられる。
【００３３】
第２の素材５２は、溶融することでスラグ５６（図３及び図４を参照）を生成可能な材料を含む。本発明の実施形態によれば、第２の素材５２は、溶接箇所４２の裏側７０に面する溶接プール６２（図３を参照）の第２の外表面６０Ｂにスラグ５６が流れ、外表面６０Ｂが酸素や窒素など雰囲気Ａ中の反応性元素に曝されないように保護するのに十分な量の、スラグ５６を生成可能であるべきである。スラグ５６及び溶接プール６２に関する更なる詳細については本明細書に説明する。第２の素材５２の例示的材料としては、炭化カルシウム、二酸化チタン、ケイ酸ナトリウム、及びケイ酸カリウムのうちの１つ以上があげられる。
【００３４】
本発明の実施形態に従って使用可能な１つのタイプのフィラー材１４はＭＵＬＴＩＭＥＴコート電極であり、これは、少なくともクロム、ニッケル、コバルト、鉄、モリブデン、タングステン、及びマンガンを含む複数の材料を含有した第１の素材５０をもち、インディアナ州ココモにあるHaynes International社から市販されている（ＭＵＬＴＩＭＥＴはインディアナ州ココモのHaynes International社の登録商標である）。別の適切なタイプのフィラー材１４には、少なくとも鉄、クロム、ニッケル、モリブデン、炭素、マンガン、及びシリコンを含有する第１の素材５０をもち得るＡＷＳ５．４コート電極、さらに、少なくともニッケル、クロム、鉄、炭素、マンガン、及びシリコンを含有する第１の素材５０をもち得るＡＷＳＡ５．１１コート電極がある。なお、これらのタイプのコート電極は、通常は被覆アーク溶接（shielded metal arc welding）手順で使用される。
【００３５】
第１及び第２の部品１６，１８は、例えばガスタービンエンジン（図示せず）の排気部で使用される部品であり得る。部品１６，１８は、例えば、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ  Ｘ又はＨＡＹＮＥＳ１２０（ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ及びＨＡＹＮＥＳはインディアナ州ココモのHaynes International社の登録商標である）などのニッケル又はコバルト系超合金、あるいは、ガスタービンエンジンの排気部で使用される別のタイプの材料から形成される。第１及び第２の部品１６，１８は、例えばＨＡＳＴＥＬＬＯＹ  Ｘなどの同じ超合金であってもよいし、例えば第１の部品１６がＨＡＳＴＥＬＬＯＹ  Ｘで第２の部品１８がＨＡＹＮＥＳ１２０であるなど、異なる超合金であってもよい。
【００３６】
このように、フィラー材１４の第１の素材５０は超合金から形成され得る。好ましくは、第１の素材５０は、第１及び第２の部品１６，１８の少なくともいずれかと同じ超合金であり得るし、第１及び第２の部品１６，１８の少なくともいずれかとは異なる超合金であり得る。例えば、第１及び第２の部品１６，１８と第１の素材５０は、それぞれＨＡＹＮＥＳ１２０、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ  Ｘ、又は別の超合金から形成される。別の例では、第１の部品１６がＨＡＳＴＥＬＬＯＹ  Ｘから形成され、第２の部品１８がＨＡＹＮＥＳ１２０から形成され、第１の素材５０がＭＵＬＴＩＭＥＴから形成される。
【００３７】
なお、第１及び第２の部品１６，１８とフィラー材１４の第１の素材５０の材料として超合金を選択し得るのは、例えば熱抵抗、防食性などの材料特性がステンレス鋼など他の材料製とした当該部品と比較して改善されるためである。
【００３８】
次に図６を参照すると、ガスタングステンアーク溶接手順を用いて部品間の溶接部を形成する方法１００が示されている。ここに説明する構造は、図１〜図５を参照して上述した構造に対応する。
【００３９】
ステップ１０２で、第１の部品１６を第２の部品素１８の近傍に配置し、第１の部品１６の第１の部位１６Ａと第２の部品１８の第２の部位１８Ａとの間に溶接箇所４２を画定する（図１及び図３を参照）。
【００４０】
ステップ１０４で、フィラー材１４が溶接箇所４２に提供される（図１を参照）。図示した実施形態のフィラー材１４は、第１の素材５０と第２の素材５２とを含む（図２を参照）。第１の素材５０は、第１の部品１６の第１の部位１６Ａと第２の部品１８の第２の部位１８Ａとの間に溶接部５４が形成される際に使用される（図４及び図５を参照）。第２の素材５２は、溶融することでスラグ５６を生成する能力をもつ（図３及び図４を参照）。
【００４１】
ステップ１０６で、溶接アーク３０を生成するため、溶接箇所４２の近傍に配置した非消耗型タングステン電極２４に電流を供給する（図１を参照）。溶接アーク３０は、溶接箇所４２の近傍の第１及び第２の部品１６，１８及びフィラー材１４の部分を溶融させる熱を提供する。電流は、電源２０、導電性部材３３、及びコレットアセンブリ２６を介してタングステン電極２４に供給される（図１を参照）。
【００４２】
なお、タングステン電極２４は、その溶融温度が約６２００°Ｆであり、したがって、タングステン電極２４を約５４００°Ｆまでしか加熱しない溶接アーク３０によりタングステン電極２４に伝達される熱によっては、溶融しない。その結果、タングステン電極２４は、ＧＴＡＷ手順中に（一般に「バーンオフ」と呼ばれる）若干の腐食を生じる可能性はあるが、消耗はしない。また、溶接アーク３０によって与えられる熱のかなりの量、例えば約７０％は、溶接箇所４２に伝達されて、第１及び第２の部品１６，１８及びフィラー材１４の部分を溶融させ、溶接アーク３０によって与えられる熱の小量、例えば約３０％しか、タングステン電極２４に伝達されない。溶接アーク３０は、溶接箇所４２を少なくとも約１１，０００°Ｆの温度まで加熱し得る。
【００４３】
ステップ１０８で、フィラー材１４を溶融させて第１の素材５０を液化させ、第１及び第２の部品１６，１８の溶融部分を含んだ溶接プール６２を形成する（図３を参照）。
【００４４】
さらに、ステップ１１０で、フィラー材１４の溶融によって第２の素材５２からスラグ５６を形成する（図３を参照）。当該スラグ５６は、溶接プール６２の第１及び第２の外表面６０Ａ，６０Ｂへ流れ、酸素や窒素などの雰囲気中反応性元素に曝されないように、溶接プール６２の第１及び第２の外表面６０Ａ，６０Ｂを遮蔽する。スラグ５６が溶接プール６２の第１及び第２の外表面６０Ａ，６０Ｂへ流れるのは、スラグ５６が溶接プール６２を形成する材料よりも濃度が低いからであると理解される。溶接プール６２の第２の外表面６０Ｂは、溶接箇所４２の少なくとも裏側７０に面する（図１及び図３〜図５を参照）。
【００４５】
本実施形態では、溶接プール６２の第２の外表面６０Ｂを酸化や窒化から遮蔽するために、裏当てガス又は遮蔽ガス、あるいは裏当て板又は遮蔽板などの裏当て材（図示せず）を供給するために溶接箇所４２の裏側７０へアクセスできないことがある（図３を参照）。その理由は、第１及び第２の部品１６，１８が、少なくとも、溶接箇所４２の裏側７０にアクセス不可能又は困難な領域に配置されているか、又は、アクセスに時間がかかるためである。
【００４６】
ステップ１０６でタングステン電極２４に電流を供給すると同時に、ステップ１１３で溶接箇所４２に遮蔽ガスを供給する（図１を参照）。遮蔽ガスは、溶接アーク３０を安定させ、タングステン電極２４を酸化から守る。遮蔽ガスはまた、溶接箇所４２の表側４０に面する溶接プール６２の第１の外表面６０Ａが雰囲気Ａ中の反応性元素に曝されないように保護する。溶接箇所４２の表側４０に面する溶接プール６２の第１の外表面６０Ａが雰囲気Ａ中の反応性元素に暴露しないようにする補足的な遮蔽が、上述のように、溶接プール６２の第１及び第２の外表面６０Ａ，６０Ｂへ流れるスラグ５６によって行われる。遮蔽ガスは遮蔽ガス供給源２２から供給され、トーチ本体１１２の内部を通過し、コレットアセンブリ２６の中空内部２８及びコレット本体部２６Ａの穴２９を経て、トーチ本体１１２の出口ノズル１２Ａの開口３１から、流出する（図１を参照）。なお、ステップ１１３で供給する遮蔽ガスは、電流がタングステン電極２４に供給される前から溶接箇所４２に供給してもよい。
【００４７】
ステップ１１４で、溶接プール６２の冷却により溶接プール６２を固化させ、第１の部品１６の第１の部位１６Ａと第２の部品１８の第２の部位１８Ａとの間に溶接部５４を形成する（図４を参照）。
【００４８】
ステップ１１４による溶接プール６２の固化後、ステップ１１６で、溶接箇所４２の表側４０に面する溶接部５４の部分からスラグ５６を除去する（図５を参照）。溶接箇所４２の裏側７０へのアクセスが難しい場合、溶接箇所４２の裏側７０に面する溶接部５４の部分のスラグ５６は残したままでもよい。
【００４９】
なお、図４及び図５に示す溶接部５４を生成するために、複数の溶接手順により実行される複数の溶接パスが必要な場合がある。すなわち、溶接部５４の厚さＴ（図４を参照）は、ＧＴＡＷ手順の単一のパスでは形成できないことがある。しかし、その溶接パスのそれぞれについて、本明細書に記載の第１及び第２の素材５０，５２の両方を含むフィラー材１４を使用する必要はない。具体的には、本明細書に記載の第１及び第２の素材５０，５２の両方を含むフィラー材１４を使用して、一般的に「ルートパス」と呼ばれる最初のパスだけを施行する。最初の溶接パスが実行された後、後続の溶接パスの下表面又は内表面は、最初のパス中に生成された溶接部５４の部分によって雰囲気Ａから遮蔽されるからである。
【００５０】
次に図７及び図８〜図１１を参照すると、ＧＴＡＷ手順を用いて溶接部を形成する例示的方法１５０が示されている。この例によれば、接続すべき隣接する部品２１６，２１８の間の溶接箇所２４２の裏側２７０へのアクセスが不可能又は困難であるため、裏当て材、すなわち裏当てガス又は遮蔽ガス、あるいは裏当て板又は遮蔽板を、溶接箇所２４２の裏側２７０に使用することはできない。
【００５１】
ステップ１５２で、第１のフィラー材２１４を溶接箇所２４２に提供する（図８を参照）。この実施形態に係る第１のフィラー材２１４は、少なくとも第１の素材２５０と第２の素材２５２とを含む。第１の素材２５０は、第１及び第２の部品２１６，２１８の一部と連係して、第１の部品２１６の第１の部位２１６Ａと第２の部品２１８の第２の部位２１８Ａとの間に第１の溶接部２５４を形成する（図９を参照）。第２の素材２５２は、溶融することでスラグ２５６を生成する能力をもつ（図８及び図９を参照）。第２の素材２５２は、溶接箇所２４２の裏側２７０に面する溶接プール２６２の第２の外表面２６０Ｂが酸素や窒素などの雰囲気Ａ中反応性元素に曝されないように、十分な量のスラグ２５６を生成する能力をもつ必要がある（図８を参照）。
【００５２】
ステップ１５４で、ＧＴＡＷ手順の間の溶接アーク（図８〜図１１には図示せず）を生成するため、溶接箇所２４２に近接する非消耗型タングステン電極（図８〜図１１には図示せず）に電流を供給する。溶接アークは、第１及び第２の部品２１６，２１８及び第１のフィラー材２１４の各部分を溶融させる熱を提供する。
【００５３】
ステップ１５６で、第１のフィラー材２１４を溶融させて第１の素材２５０を液化させ、第１及び第２の部品２１６，２１８の溶融部分を含んだ第１の溶接プール２６２を形成する（図８を参照）。
【００５４】
さらに、ステップ１５８で、第１のフィラー材２１４の溶融により第２の素材２５２からスラグ２５６を形成する（図８を参照）。スラグ２５６は、第１の溶接プール２６２の第１及び第２の外表面２６０Ａ，２６０Ｂへ流れ、第１の溶接プール２６２の第１及び第２の外表面２６０Ａ，２６０Ｂを雰囲気Ａ中の反応性元素に曝されないように遮蔽する。
【００５５】
ステップ１５４でタングステン電極に電流を供給するのと同時に、ステップ１６０で、溶接箇所２４２に遮蔽ガスを供給する。遮蔽ガスは溶接アークを安定させ、タングステン電極を酸化から保護する。遮蔽ガスはさらに、溶接箇所２４２の表側２４０に面する第１の溶接プール２６２の第１の外表面２６０Ａが雰囲気Ａ中の反応性元素に曝されないように保護する。溶接箇所２４２の表側２４０に面する第１の溶接プール２６２の第１の外表面２６０Ａを雰囲気Ａ中反応性元素への暴露から守る補足的な遮蔽が、上述のように、第１の溶接プール２６２の第１及び第２の外表面２６０Ａ，２６０Ｂへと流れるスラグ２５６によって行われる。
【００５６】
ステップ１６２で、第１の溶接プール２６２を冷却して第１の溶接プール２６２を固化させ、第１の部品２１６の第１の部位２１６Ａと第２の部品２１８の第２の部位２１８Ａとの間に溶接部２５４を形成する（図９を参照）。
【００５７】
ステップ１６２による第１の溶接プール２６２の固化後、ステップ１６４で、スラグ２５６を溶接部２５４から除去する。なお、ステップ１６４では、当方法１５０の後続ステップの実行前に、溶接箇所２４２の表側２４０に面して位置するスラグ２５６だけを除去すべきである。溶接箇所２４２の裏側２７０に面して位置するスラグ２５６は、アクセス可能である場合は、後述の当方法１５０の残りのステップを実行した後に除去してもよい。
【００５８】
ステップ１６４でスラグ２５６を溶接部２５４から除去した後、ステップ１６６で、第２のフィラー材３１４を溶接箇所に提供する（図１０を参照）。第２のフィラー材３１４は、少なくとも第１の素材３５０を含んでいる。この第１の素材３５０は、第１及び第２の部品２１６，２１８の一部及び溶接部２５４と連係して、第１の部品２１６の第１の部位２１６Ａと第２の部品２１８の第２の部位２１８Ａとの間に、肉盛り溶接部３５４を形成する能力をもつ（図１１を参照）。なお、第２のフィラー材３１４は、溶融することでスラグを形成する材料を含んでいなくてよい。
【００５９】
ステップ１６８で、第１及び第２の部品２１６，２１８、第２のフィラー材３１４及び溶接部２５４の各部分を溶融させる熱を提供する溶接アーク（図８〜図１１には図示せず）を生成するため、溶接箇所２４２に近接する非消耗型タングステン電極に電流を供給する。
【００６０】
ステップ１７０で、第２のフィラー材３１４の溶融により第１の素材３５０を液化させ、第１及び第２の部品２１６，２１８の溶融部分と溶接部２５４の溶融部分とを含んだ第２の溶接プール３６２を形成する（図１０を参照）。
【００６１】
ステップ１６８でタングステン電極に電流を供給すると同時に、ステップ１７２で、溶接箇所２４２に遮蔽ガスを供給する。遮蔽ガスは溶接アークを安定させ、タングステン電極を酸化から保護する。遮蔽ガスはまた、溶接箇所２４２の表側２４０に面する第２の溶接プール３６２の外表面３６０が雰囲気Ａ中の反応性元素に曝されないように保護し得る。なお、ステップ１７２で供給される遮蔽ガスは、タングステン電極に電流を供給する前から溶接箇所２４２に供給してもよい。
【００６２】
ステップ１７４で、第２の溶接プール３６２を冷却して第２の溶接プール３６２を固化させ、第１の部品２１６の第１の部位２１６Ａと第２の部品２１８の第２の部位２１８Ａとの間に、肉盛り溶接部３５４を形成する（図１１を参照）。
【００６３】
予定の厚さを有した肉盛り溶接部３５４を達成するため、ステップ１６６〜１７４を何回か実施する。なお、本明細書に記載の第２の溶接プール３６２と、該第２の溶接プール３６２から生じる肉盛り溶接部３５４を生成するために、後続の溶接パス用に、すなわち、溶接部２５４を生成するためのルートパス用にＧＴＡＷ手順を使用した後に、ＧＴＡＷ手順、被覆アーク溶接手順、プラズマアーク溶接手順などの適切なタイプの溶接手順を実行してもよい。
【００６４】
溶接箇所４２，２４２の裏側７０，２７０へのアクセスが得られない場合、例えば不可能又は困難な場合、ＧＴＡＷ手順を用いて溶接箇所４２，２４２に溶接部５４，２５４，３５４を施すために、本明細書に記載の方法１００，１５０を用いることができる。溶接箇所４２，２４２の裏側７０，２７０へのアクセスができないために、溶接部５４，２５４を形成するために使用される溶接プール６２，２６２の第２の外表面６０Ｂ，２６０Ｂが、溶接部５４，２５４に悪影響のある反応性元素を含む雰囲気Ａに曝されることがないよう遮蔽するための裏当て材、すなわち裏当てガス又は遮蔽ガス、あるいは裏当て板又は遮蔽板を、通常は使用できないことがある。しかしながら、フィラー材１４，２１４の第２の素材５２，２５２が、溶接プール６２，２６２の第２の外表面６０Ｂ，２６０Ｂが雰囲気Ａ中の反応性元素に曝されないように保護するために十分な量のスラグ５６，２５６を、提供する。スラグ５６，２５６はまた、溶接箇所４２，２４２の第１の外表面６０Ａ，２６０Ａが雰囲気Ａに曝されないようにも保護し得る。溶接箇所４２，２４２の第１の外表面６０Ａ，２６０Ａを雰囲気Ａに曝さないようにする補足的な保護が、上述のように、遮蔽ガスによって提供される。
【００６５】
溶接プール６２，２６２を雰囲気Ａ中の反応性元素から遮蔽することによって、本明細書に記載の方法１００，１５０は、溶接を施す従来の方法と比較して改善された溶接部５４，２５４，３５４を形成可能である。
【００６６】
さらに、溶接部５４，２５４を形成するために使用されるフィラー材１４，２１４の第２の素材５２，２５２は、溶接プール６２，２６２の湿潤性を高め、その結果、形成される溶接部５４，２５４の不完全な融合などの溶接欠陥の確率が、低減される。
【００６７】
本明細書に記載の方法１００，１５０は、新規製造中に実施することができ、また、例えば隣接する部品間に入った亀裂に溶接を施すなどの修理時にも使用できる。多くの修理の状況で、溶接箇所の不完全な準備、不安定なギャップ設定、及び方向変化の頻発がよくあるため、このことは利点である。本明細書に記載の方法１００，１５０は、このような環境に適応し、しかも上述のように、溶接欠陥の量が少ない堅固な溶接部５４，２５４，３５４を形成する。
【００６８】
本明細書に記載の溶接手順は、本質的にタングステン電極２４の付加的な汚染源、すなわちフィラー材１４，２１４の第２の素材５２，２５２の溶融によって発する分解生成物、を生じ得る。上述のように、遮蔽ガス供給源２２からの遮蔽ガスの容積流量をより高くすることには、フィラー材１４，２１４から放出されるフラックスコートの分解生成物をタングステン電極２４から排除又は吹き飛ばすことによって、タングステン電極２４の汚染を最小限にし又は防止することが、意図されている。さらに、上述のように、タングステン電極２４の汚染を更に最小限にするか又は防止するために、溶接アーク３０のＸ及びＹ方向の幅が溶接箇所４２の近傍のフィラー材１４の全体を覆うように広く、溶接アーク３０のＺ方向の長さは、トーチ１２及びそのタングステン電極２４を溶接箇所４２から遠ざけるものである。加えて、タングステン電極２４が出口ノズル１２Ａの開口３１から約５ｍｍまでしか延出しないので、タングステン電極２４の全部ではないにせよ大部分は、出口ノズル１２Ａ内に保護され、したがって、上述のようなタングステン電極２４の汚染を更に最小限にするか又は防止する。
【００６９】
遮蔽ガス供給源２２からの遮蔽ガス容積流量が高いことにより、遮蔽ガスが第１及び第２の部品１６，１８，２１６，２１８から逸れ、遮蔽ガスがベンチュリ効果を生み出して遮蔽ガスの流れ内に空気を引き込むことがある。遮蔽ガス流内の空気により、酸素及び窒素の少なくともいずれかが溶接プール６２，２６２内に誘導されることがある。しかし、フィラー材１４，２１４の溶融した第２の素材５２，２５２によって生成されるスラグ５６，２５６が、溶接プール６２，２６２に接触するかもしれない酸素及び窒素の一方又は両方による汚染から、溶接プール６２，２６２を守る。
【００７０】
本発明の特定の実施形態について図示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の思想及び範囲を逸脱することなくその他様々な交換や変更をなし得ることは自明である。したがって、本発明の範囲内にあるそれら交換や変更の全ては特許請求の範囲に含まれるものと意図されている。
【符号の説明】
【００７１】
１０  ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）システム
１２  溶接トーチ
１２Ａ  出口ノズル
１４  フィラー材
１６  第１の部品
１６Ａ  第１の部位
１８  第２の部品
１８Ａ  第２の部位
２０  電源
２２  遮蔽ガス供給源
２４  非消耗型タングステン電極
２４Ａ  第１の端部（先端部）
２４Ｂ  第２の端部
２６  コレットアセンブリ
２６Ａ  本体部
２７  端部キャップ
２８  中空内部
２９  孔
３０  溶接アーク
３１  開口
３３  導電性部材
４０  表側
４２  溶接箇所
５０  第１の素材
５２  第２の素材
５４  溶接部
５６  スラグ
６０Ａ  第１の外表面
６０Ｂ  第２の外表面
６２  溶接プール
７０  裏側
１１２  本体（トーチ）
１１２Ａ  端面
１１２Ｂ  上部
２１４  第１のフィラー材
２１６  第１の部品
２１６Ａ  第１の部位
２１８  第２の部品
２１８Ａ  第２の部位
２４０  表側
２４２  溶接箇所
２５０  第１の素材
２５２  第２の素材
２５４  第１の溶接部
２５６  スラグ
２６０Ａ  第１の外表面
２６０Ｂ  第２の外表面
２６２  溶接プール
２７０  裏側
３１４  第２のフィラー材
３５０  第１の素材
３５４  溶接部
３６０  外表面
３６２  第２の溶接プール
【図１】
2014512270.tif 000003
【図１Ａ】
2014512270.tif 000004
【図２】
2014512270.tif 000005
【図３】
2014512270.tif 000006
【図４】
2014512270.tif 000007
【図５】
2014512270.tif 000008
【図８】
2014512270.tif 000009
【図９】
2014512270.tif 000010
【図１０】
2014512270.tif 000011
【図１１】
2014512270.tif 000012
【図６】
2014512270.tif 000013
【図７】
2014512270.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月11日(2013.10.11)
【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】
ガスタングステンアーク溶接手順を用いてガスタービンエンジンの超合金製部品間に溶接を施す方法であって、
第１の超合金製の第１の部品と第２の超合金製の第２の部品とを近接配置して、該第１の部品の第１の部位と該第２の部品の第２の部位との間に溶接箇所を画定し、
フィラー材を前記溶接箇所に提供し、該フィラー材は少なくとも第１の素材と第２の素材とを含み、前記第１の素材は、第３の超合金製であって、前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に溶接部を形成する間に使用され、前記第２の素材は、溶融することでスラグを生成する能力をもち、
前記溶接箇所に近接させた非消耗型タングステン電極に電流を供給して、前記溶接箇所近傍の前記第１及び第２の部品及び前記フィラー材の部分を溶融させる熱を提供する溶接アークを生成する、
ことを含み、
前記フィラー材の溶融により、
前記第１の素材が液化して、前記第１及び第２の部品の溶融部分を含んだ溶接プールが形成され、
前記第２の素材からスラグが生成され、該スラグが前記溶接プールの外表面へ流れて雰囲気中の反応性元素に曝されないように前記溶接プールの前記外表面を遮蔽し、
前記溶接アークは、前記非消耗型タングステン電極を溶融させず、
前記溶接プールの冷却で前記溶接プールが固化すると、前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に溶接部が形成される、方法。
【請求項２】
前記フィラー材は、少なくともクロム及びニッケルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の素材は、コバルト、ニッケル、モリブデン、及びタングステンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１、第２及び第３の超合金が同じ超合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１、第２及び第３の超合金が異なる超合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１及び第２の超合金が同じ超合金であり、前記第３の超合金が前記第１及び第２の超合金とは異なる超合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記溶接プールの前記外表面は、少なくとも、雰囲気に曝される前記溶接箇所の裏側に面する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記溶接箇所の前記裏側は、裏当て材を使用して前記溶接プールを酸化及び窒化から遮蔽するためのアクセスが得られない、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記溶接プールの固化後、前記溶接箇所の少なくとも表側から前記スラグを除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記非消耗型タングステン電極に電流を供給すると同時に、前記溶接アークを安定させ且つ前記非消耗型タングステン電極の酸化を防ぐ遮蔽ガスを、前記溶接箇所に供給することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記スラグにより前記溶接プールへの暴露を遮蔽する雰囲気中の反応性元素が、少なくとも酸素及び窒素である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記非消耗型タングステン電極の直径が１／８インチであり、前記非消耗型タングステン電極の第１の端部が２０°〜２５°の角度で構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記非消耗型タングステン電極に使われる開口を画定する出口ノズルを備えたトーチ本体内に、前記非消耗型タングステン電極を格納してあり、前記出口ノズルの開口の内径が５／１６インチである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記非消耗型タングステン電極の第１の端部は、前記出口ノズルの開口から５ｍｍまでしか延出しない、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記トーチ本体を、前記溶接アークの長さが８ｍｍ〜１０ｍｍとなるように、前記部品に対して配置する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
接続すべき第１の部品と第２の部品との間の溶接箇所に対し裏側へのアクセスが不可能又は困難であり、該溶接箇所の裏側に裏当て材を使用できない場合に、溶接部を生成する方法であって、
前記第１の部品が第１の超合金製で、前記第２の部品が第２の超合金製であり、
第１のフィラー材を前記溶接箇所に提供し、該第１のフィラー材は少なくとも第１の素材と第２の素材とを含み、前記第１の素材は、第３の超合金製であって、前記第１及び第２の部品の一部と連係して前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に第１の溶接部を形成する能力をもち、前記第２の素材は、溶融することでスラグを生成する能力をもち、
ガスタングステンアーク溶接中、前記溶接箇所に近接させた非消耗型タングステン電極に電流を供給して、前記第１及び第２の部品及び前記第１のフィラー材の各部分を溶融させる熱を提供する溶接アークを生成する、
ことを含み、
前記第１のフィラー材の溶融により、
前記第１の素材が液化して、前記第１及び第２の部品の溶融部分を含んだ第１の溶接プールが形成され、
前記第２の素材からスラグが生成され、該スラグが前記第１の溶接プールの外表面へ流れて雰囲気中の反応性元素に曝されないように前記第１の溶接プールの前記外表面を遮蔽し、当該第１の溶接プールの外表面は、少なくとも前記溶接箇所の裏側に面しており、
前記溶接アークは、前記非消耗型タングステン電極を溶融させず、
前記第１の溶接プールの冷却で前記溶接プールが固化すると、前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に溶接部が形成される、方法。
【請求項１７】
前記第１、第２及び第３の超合金が同じ超合金又は異なる超合金であるか、又は、
前記第１の超合金と前記第２の超合金とが同じ超合金であり且つ前記第３の超合金が前記第１及び第２の超合金とは異なる超合金である、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記溶接プールの固化後、前記溶接箇所の少なくとも表側から前記スラグを除去することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記非消耗型タングステン電極に電流を供給すると同時に、前記溶接アークを安定させ且つ前記非消耗型タングステン電極の酸化を防ぐ遮蔽ガスを、前記溶接箇所に供給することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記溶接部の固化後、
第２のフィラー材を前記溶接箇所に提供し、該第２のフィラー材は少なくとも第１の素材を含み、該第１の素材は、前記第１及び第２の部品及び前記溶接部の部分と連係して、前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に肉盛り溶接部を形成する能力をもち、
前記溶接箇所に近接させた前記非消耗型タングステン電極に電流を供給して、前記第１及び第２の部品、前記溶接部、及び前記第２のフィラー材の各部分を溶融させる熱を提供する溶接アークを生成する、
ことをさらに含み、
前記第２のフィラー材の溶融により、前記第１の素材が液化して、前記第１及び第２の部品の溶融部分と前記溶接部の溶融部分とを含んだ第２の溶接プールが形成され、
前記第２の溶接プールの冷却で前記第２の溶接プールが固化すると、前記第１の部品の第１の部位と前記第２の部品の第２の部位との間に肉盛り溶接部が形成される、
請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2014512270.tif 000015
2014512270.tif 000016
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