(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温環境下での使用により亀裂を生じた耐熱合金製部品の補修方法であって、
前記亀裂の周囲を溶融させた後に再結晶化させることにより、当該亀裂を補修する補修工程と、
前記亀裂の補修箇所の表面に、耐熱合金の粒界強度を向上させるための粒界強化元素を付着させる付着工程と、
前記粒界強化元素を付着させた前記耐熱合金製部品に対する熱間等方圧加圧処理により、前記補修箇所の表面に付着させた前記粒界強化元素を前記補修箇所の金属組織内に浸透させる処理工程と、を備え、
前記補修工程では、不活性ガス雰囲気の中で電極と前記耐熱合金製部品との間に通電してアークを発生させ、主成分が前記耐熱合金製部品と同じであって前記粒界強化元素の含有割合が前記耐熱合金製部品よりも高い溶加材を前記アークの中で溶融させることを特徴とする耐熱合金製部品の補修方法。
【請求項２】
前記耐熱合金は、ニッケル基合金、又はコバルト基合金の何れかであることを特徴とする請求項１に記載の耐熱合金製部品の補修方法。
【請求項３】
前記耐熱合金製部品は、タービンに使用されたニッケル基合金製の動翼であることを特徴とする請求項１に記載の耐熱合金製部品の補修方法。
【請求項４】
前記耐熱合金製部品は、タービンに使用されたコバルト基合金製の静翼であることを特徴とする請求項１に記載の耐熱合金製部品の補修方法。
【請求項５】
前記処理工程では、前記熱間等方圧加圧処理を、温度が１０００℃以上２０００℃以下、圧力が１００ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下、及び処理時間が数分から数時間の範囲で行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の耐熱合金製部品の補修方法。
【請求項６】
前記付着工程では、前記粒界強化元素の溶液を前記亀裂の表面に塗布することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の耐熱合金製部品の補修方法。
【請求項７】
前記付着工程では、前記粒界強化元素を含有する溶射材料を前記亀裂の表面に溶射することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の耐熱合金製部品の補修方法。
【請求項８】
前記粒界強化元素は、ボロン、バナジウム、イットリウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、タンタル、タングステン、及びレニウムからなる群の中から選択されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の耐熱合金製部品の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱合金製部品の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンでは、圧縮機が圧縮した空気に燃料を噴射することによって燃料を燃焼させ、燃焼によって生成された高温高圧の燃焼ガスによってタービンを回転させる。タービンが備える動翼や静翼などの部品は、燃焼ガスに曝されるためにニッケル基合金やコバルト基合金などの耐熱合金で作製されているが、それでも長期間の使用に伴って劣化する。
非特許文献１には、使用に伴って減肉した動翼の先端に限り溶接補修ができること、及び劣化した動翼に対して熱間等方圧加圧処理を行うことにより、動翼の強度を回復できること、が記載されている。
特許文献１には、更新ボイラ配管の熱影響部に対して粒界強化元素を拡散浸透させることにより、材料のクリープ特性を向上させること、が記載されている。
特許文献２には、羽口本体の内外表面に耐久性素材からなる溶射層を形成した後に、熱間等方圧加圧処理を行うことにより、羽口本体を耐久性素材によって被覆すること、が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７９３９６６号公報
【特許文献２】特開昭５８−１９９８５５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「ガスタービンの保守技術」日本ガスタービン学会誌  Ｖｏｌ．４０  Ｎｏ．４、２０１２年７月、ｐ．１５−１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載の技術では、使用に伴って減肉した動翼の翼先端部にしか溶接補修が行えないことから、動翼に亀裂が生じた場合には溶接補修を断念せざるを得なかった。
特許文献１に記載の技術は、例えばフェライト系耐熱鋼を対象にしている。ガスタービンの動翼や静翼に使用されているニッケル基合金やコバルト基合金は、溶接によって生じた熱影響部が脆弱であることから、特許文献１の技術を適用しても必要な強度が得られるか否か不明である。
特許文献２には、羽口本体の内外表面を被覆するための技術が記載されているが、溶接補修については何ら言及されていない。
このように、各文献には、ガスタービンの動翼や静翼のように高温環境下で使用された耐熱合金製部品に関し、亀裂が生じた場合の補修方法は記載されていない。【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温環境下での使用により亀裂を生じた耐熱合金製部品に対する補修方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、高温環境下での使用により亀裂を生じた耐熱合金製部品の補修方法であって、前記亀裂の周囲を溶融させた後に再結晶化させることにより、当該亀裂を補修する補修工程と、前記亀裂の補修箇所の表面に、耐熱合金の粒界強度を向上させるための粒界強化元素を付着させる付着工程と、前記粒界強化元素を付着させた前記耐熱合金製部品に対する熱間等方圧加圧処理により、前記補修箇所の表面に付着させた前記粒界強化元素を前記補修箇所の金属組織内に浸透させる処理工程と、を備え、前記補修工程では、不活性ガス雰囲気の中で電極と前記耐熱合金製部品との間に通電してアークを発生させ、主成分が前記耐熱合金製部品と同じであって前記粒界強化元素の含有割合が前記耐熱合金製部品よりも高い溶加材を前記アークの中で溶融させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高温環境下での使用により亀裂を生じた耐熱合金製部品を補修することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガスタービンの断面図である。
【図２】（ａ）は動翼の正面図、（ｂ）は動翼において亀裂が生じ易い場所を示す図である。
【図３】ガスタービンが備える動翼の補修方法を説明するフローチャートである。
【図４】補修工程の説明図である。
【図５】溶射工程の説明図である。
【図６】塗布工程の説明図である。
【図７】（ａ）は熱間等方圧加圧処理装置の断面図、（ｂ）は粒界強化元素を付着させた動翼を収容した熱間等方圧加圧処理装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、ガスタービンが備える動翼や静翼に亀裂が生じた場合の補修方法について説明する。そこで、補修方法の説明に先立ってガスタービンの構造について説明する。
【００１１】
＜ガスタービン１について＞
図１はガスタービン１の断面図である。ガスタービン１は、ガスタービン１における吸気側に配置され、空気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１よりも排気側に配置され、圧縮機１１が圧縮した空気に燃料を噴射して燃焼させる燃焼器１２と、燃焼器１２よりも排気側に配置され、燃焼器１２からの燃焼ガスによって回転するタービン１３と、圧縮機１１の吸気側端部よりも吸気側に延出され、圧縮機１１、及びタービン１３と一体に回転してタービン１３の回転を発電機２に伝えるための出力軸１４と、を備えている。
【００１２】
圧縮機１１は、円筒形状の吸気側フレーム１５内に収容されている。圧縮機１１は、軸方向に長く吸気側から排気側に向かう程に直径が拡大する円錐台形状のロータ１１１と、ロータ１１１の外周面に周方向に沿って設けられた動翼群１１２と、吸気側フレーム１５の内周面に周方向に沿って設けられた静翼群１１３と、を備えている。
動翼群１１２は、周方向に隣接する複数の動翼を有している。各動翼は、ロータ１１１に対して着脱可能に取り付けられている。動翼群１１２は、ロータ１１１の軸方向に間隔を空けて複数設けられている。
静翼群１１３は、周方向に隣接する複数の静翼を有している。各静翼は、吸気側フレーム１５に対して着脱可能に取り付けられている。静翼群１１３は、ロータ１１１の軸方向に間隔を空けて複数設けられており、隣り合う動翼群１１２同士の間に配置されている。
【００１３】
ロータ１１１は軸中心に回転する部材であり、リング状のディスクを複数枚軸方向に組み付けることによって作製されている。ロータ１１１が回転すると、動翼群１１２及び静翼群１１３によって空気が排気側に流れて圧縮される。例えば、圧力比（圧縮機１１の出口圧力／入口圧力）が１０乃至４０の範囲になるように空気が圧縮される。この圧力比は、発電効率が最も高くなる値に定められる。
また、ロータ１１１の吸気側の軸中心には、出力軸１４の一端が接続されている。出力軸１４は軸方向に延びており、出力軸１４の他端が発電機２に接続されている。従って、ロータ１１１の回転に伴って出力軸１４が回転し、発電機２による発電が行われる。
【００１４】
燃焼器１２は、ガスタービン１の周方向に沿って複数設けられている。燃焼器１２は、側面部に圧縮空気の導入孔１２１ｂを備え、吸気側の端が蓋材１２１ａによって塞がれた円筒形状のハウジング１２１と、蓋材１２１ａに取り付けられてハウジング１２１の内部空間に燃料を噴射する噴射ノズル１２２と、を備えている。
燃焼器１２では、導入孔１２１ｂを通じて圧縮機１１からの圧縮空気がハウジング１２１内に導入される。そして、噴射ノズル１２２は、ハウジング１２１内に導入された圧縮空気に燃料を噴射する。噴射ノズル１２２が噴射した燃料は、圧縮空気の熱によって燃焼される。
燃焼によって生じた燃焼ガスは、ハウジング１２１からタービン１３に排出される。燃焼ガスの温度は、タービン１３の入口において、例えば、１０００℃乃至１７００℃である。
【００１５】
タービン１３は、排気側フレーム１６内に収容されている。排気側フレーム１６は、断面が円形状の筒体であり、排気側に向かって拡開している。タービン１３は、吸気側から排気側に向かう程に直径が縮小する円錐台形状のロータ１３１と、ロータ１３１の外周面に周方向に沿って設けられた動翼群１３２と、排気側フレーム１６の内周面に周方向に沿って設けられた静翼群１３３と、を備えている。
ロータ１３１は、リング状のディスクを複数枚軸方向に組み付けることによって作製されている。ロータ１３１は、連結部材１７を介して圧縮機１１のロータ１１１に連結されており、連結部材１７を介してタービン１３と圧縮機１１とが一体に回転する。
動翼群１３２は、周方向に隣接する複数の動翼２０（図２（ａ）参照）を有している。各動翼２０は、ロータ１３１に対して着脱可能に取り付けられている。動翼群１３２は、ロータ１３１の軸方向に間隔を空けて複数設けられている。
静翼群１３３は、周方向に隣接する複数の静翼を有している。各静翼は、排気側フレーム１６に対して着脱可能に取り付けられている。静翼群１３３は、ロータ１３１の軸方向に間隔を空けて複数設けられており、隣り合う動翼群１３２同士の間に配置されている。
【００１６】
図２（ａ）は動翼２０の正面図である。動翼２０は、ロータ１３１に装着される翼根部２１と、翼根部２１がロータ１３１に装着された際にロータ１３１の表面に位置するプラットフォーム２２と、プラットフォーム２２に設けられて燃焼ガスに曝される翼形部２３と、を有している。
動翼２０は、高温高圧の燃焼ガスに曝されると共にロータ１３１と共に回転することから、好適にはニッケル基合金によって作製される。ニッケル基合金は、ニッケルを主成分として含み、コバルト、クロム、タングステン、モリブデン、アルミニウム、チタン、タンタル、レニウム、及びボロンなどを選択的に含む合金である。
【００１７】
ニッケル基合金は、例えば、ニッケルとアルミニウムの原子比率が３対１である原子配列（Ｎｉ３Ａｌ）の化合物相がγプライム相を構成し、温度の上昇とともに強度を高める。従って、ニッケル基合金は、高温であっても優れた強度特性を有する。
動翼２０に使用されるニッケル基合金には、一般的な普通鋳造合金、柱状晶を一方向に成長させた一方向凝固合金、及び単結晶で構成された単結晶合金がある。
【００１８】
図２（ｂ）は動翼２０において亀裂が生じ易い場所を示す図である。動翼２０では、タービン１３の運転に伴って高温高圧の燃焼ガスに曝されることから、翼形部２３の中央領域Ｘ１やプラットフォーム２２付近の領域Ｘ２に亀裂Ｙ１，Ｙ２が生じ易い。
【００１９】
静翼群１３３を構成する各静翼は、高温高圧の燃焼ガスに曝されることから、好適にはコバルト基合金によって作製される。コバルト基合金は、コバルトを主成分として含み、クロム、モリブデン、タングステン、シリコン、カーボン、及びニッケルなどによって強化された合金であり、強度が高く耐熱性に優れている。
なお、コバルト基合金は、強度がニッケル基合金よりも低いものの、加工性がニッケル基合金よりも優れているという特徴を有している。
図示は省略するが、静翼も、タービン１３の運転に伴って高温高圧の燃焼ガスに曝されることから、亀裂が生じることがある。
【００２０】
＜動翼２０の補修方法について＞
次に、動翼２０の補修方法について説明する。静翼の補修も動翼２０と同様の方法で行われることから、動翼２０の補修方法について説明する。
【００２１】
図３はガスタービン１が備える動翼２０の補修方法を説明するフローチャートである。
図３に示すように、本実施形態の補修方法は、タービン１３から取り外した動翼２０（耐熱合金製部品）に対して亀裂が生じているか否かを検査する検査工程（Ｓ１０）と、亀裂が生じていた動翼２０に対して亀裂を溶接によって補修する補修工程（Ｓ２０）と、亀裂の補修箇所の表面に耐熱合金の粒界強度を向上させるための粒界強化元素を塗布又は溶射して付着させる塗布／溶射工程（付着工程、Ｓ３０）と、粒界強化元素を付着させた動翼２０（耐熱合金製部品）に対して熱間等方圧加圧処理を行うＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing）処理工程（処理工程、Ｓ４０）と、を備えている。
以下、各工程について詳しく説明する。
【００２２】
＜検査工程（Ｓ１０）について＞
検査工程では、例えば、磁気探傷法を用いて動翼２０の表面に生じた亀裂を検出する。磁気探傷法では、被検体である動翼２０を磁化し、動翼２０に存在する磁気的な不連続部を亀裂として検知する。
なお、検査工程に関し、動翼２０の表面に生じた欠陥を検出することができれば、磁気探傷法以外の方法を使用してもよい。
【００２３】
＜補修工程（Ｓ２０）について＞
図４は補修工程の説明図である。図４に示すように、補修工程では、動翼２０の亀裂ＹをＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接によって補修する。ＴＩＧ溶接は、電気を用いたアーク溶接方法の一種であり、タングステン製の電極棒３１ａを有するトーチ３１と、補修対象である動翼２０と電極棒３１ａとの間に電位差を与える電源３２と、アーク３５によって溶融される溶加棒３３と、を用いて行う。
トーチ３１は、電極棒３１ａを把持すると共に電源３２の一方の電極が接続されるコレット３１ｂと、電極棒３１ａを把持した導電性のコレット３１ｂを内側に収容する筒状のノズル３１ｃと、を有している。ノズル３１ｃの基端は、蓋材３１ｄによって塞がれており、蓋材３１ｄにはアルゴンガスなどの不活性ガス３４を供給するガス管３１ｅが接続されている。ノズル３１ｃの先端は開放されているため、ガス管３１ｅを通じて不活性ガス３４をノズル３１ｃ内に供給すると、不活性ガス３４はノズル３１ｃ内を満たすと共にノズル３１ｃの先端から排出される。
電源３２は、一方の電極がコレット３１ｂに接続され、他方の電極が動翼２０に接続されている。従って、電極棒３１ａの先端を亀裂Ｙに近付けた後に、コレット３１ｂと動翼２０との間に電位差を与えることにより、電極棒３１ａの先端と亀裂Ｙとの間にアーク３５が生成され、動翼２０における亀裂Ｙの近傍が加熱される。
【００２４】
亀裂Ｙの補修には、溶加棒３３を使用する。溶加棒３３は、アーク３５によって溶融可能な金属で作成された棒である。本実施形態において、溶加棒３３は、動翼２０がニッケル基合金製であることから、動翼２０と同じく主成分がニッケル基合金であるものが用いられる。なお、溶加棒３３については、ボロンなどの粒界強化元素の含有割合が動翼２０よりも高いものが好ましい。
亀裂Ｙの補修は、最初に、電極棒３１ａ（タングステン電極）の先端を亀裂Ｙに近付けた状態で、ノズル３１ｃの先端から不活性ガス３４を排出することによって電極棒３１ａの周囲を不活性ガス雰囲気とする。次に、電極棒３１ａと動翼２０（耐熱合金製部品）との間に通電して電極棒３１ａの先端と亀裂Ｙとの間にアーク３５を生成し、溶加棒３３（溶加材）の先端をアーク３５内に挿入する。
アーク３５によって動翼２０における亀裂Ｙの周囲が溶融して溶融金属２０’になると共に、溶加棒３３が溶融して溶融金属２０’に混ざる。溶融金属２０’が再結晶化することにより亀裂Ｙが補修される。
ＴＩＧ溶接を用いることにより、動翼２０への溶接入熱（外部から供給される熱量）を抑制することができる。
なお、本実施形態では、亀裂の補修に溶加棒３３を用いているが、動翼２０だけで亀裂を塞ぐことができるのであれば、溶加棒３３は使用しなくてもよい。
【００２５】
溶融金属２０’が再結晶する際に、粒界の大きさが補修前と比較して変化し、金属組織が不均一になって熱影響部Ｙ’になる。熱影響部Ｙ’では、酸化クロムのような析出物が生じる。この析出物は転移によって集結して成長し、金属組織を脆くする。従って、熱影響部Ｙ’は割れなどの原因になり得る。
本実施形態では、塗布／溶射工程（Ｓ３０）とＨＩＰ処理工程（Ｓ４０）とを補修工程（Ｓ２０）の後に行うことにより、熱影響部Ｙ’に起因する動翼２０の割れを防止している。
【００２６】
＜塗布／溶射工程（Ｓ３０）について＞
図５は溶射工程の説明図である。溶射工程では、熱影響部Ｙ’（亀裂Ｙの補修箇所）の表面に粒界強化元素を溶射することにより付着させる。粒界強化元素は、後述するＨＩＰ処理工程（Ｓ４０）を行うことにより、金属組織内に浸透して粒界を強化する。
粒界強化元素は、ボロン、バナジウム、イットリウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、タンタル、タングステン、及びレニウムからなる群の中から選択される。本実施形態では、粒界強化元素としてボロンを例に挙げて説明する。ボロンは、他の粒界強化元素と比較して原子番号が小さいことから金属組織内に入り込み易く、組織内における移動が容易であり、粒界強化の効果が高い。
【００２７】
図５に示すように、粒界強化元素の溶射は、溶射ガン４１を用いて行う。溶射ガン４１は、円筒形状の陽極４１ａと、先端側が棒状の陰極４１ｂと、陽極４１ａ及び陰極４１ｂを収容したハウジング４１ｃと、を有している。
ハウジング４１ｃ内には、軸方向の略中央から先端に亘って空部Ｓ１が設けられている。陽極４１ａ、及び陰極４１ｂは、空部Ｓ１に取り付けられている。また、ハウジング４１ｃには、ハウジング４１ｃの基端と空部の基端とを繋ぐ作動ガス４２（例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス）の導入路４１ｄが形成されている。導入路４１ｄの基端には作動ガス４２を供給するガス供給管４１ｅが接続されており、作動ガス４２が外部から供給される。
【００２８】
陽極４１ａは、例えば、円筒形状の銅によって構成されている。陽極４１ａの軸方向における略中央から基端側の内周面は内径が基端側に向けて拡大するテーパー形状になっており、陽極４１ａの軸方向における略中央から先端側の内周面は内径が一定になっている。陽極４１ａの先端側の部分には、粉状の溶射材料４３を供給するための供給路４１ｆが形成されている。供給路４１ｆには溶射材料４３の材料供給管４１ｇが接続されており、溶射材料４３が外部から供給される。
溶射材料４３は、粒界強化元素であるボロンを含んでいる。本実施形態では、溶射材料４３として、溶加棒３３を粉体に加工したものを用いている。ここで、溶加棒３３に十分な量のボロンが含まれている場合には、溶加棒３３の粉体をそのまま溶射材料４３として使用する。一方、溶加棒３３に十分な量のボロンが含まれていない場合には、溶加棒３３の粉体にボロンの粉体を添加する。
陰極４１ｂは、例えば、棒状のタングステンによって構成されている。陰極４１ｂの先端側の部分は、陽極４１ａにおけるテーパー形状の空部に挿入されている。
【００２９】
溶射ガン４１によって溶射材料４３を溶射するためには、外部から作動ガス４２を供給した状態で陽極４１ａと陰極４１ｂとの間に電位差を付与する。電位差の付与により、陽極４１ａと陰極４１ｂとの間にアーク放電が生じ、作動ガス４２によって高温のプラズマジェットになる。溶射材料４３をプラズマジェットに供給することにより、溶射材料４３の成分を含んだプラズマジェットが溶射ガン４１から放出される。
溶射ガン４１から放出されたプラズマジェットを動翼２０における熱影響部Ｙ’（亀裂Ｙの補修箇所）の表面に当てることにより、熱影響部Ｙ’の表面には溶射材料４３の成分を含んだ溶射層Ｚ１が形成される。すなわち、粒界強化元素であるボロンを含んだ溶射層Ｚ１が形成される。
【００３０】
図６は塗布工程の説明図である。塗布工程では、熱影響部Ｙ’（亀裂Ｙの補修箇所）の表面に粒界強化元素の溶液５３を塗布する。
図６に示すように、粒界強化元素の溶液５３の塗布は、筆５１によって行うことができる。例えば、ビーカ等の適当な容器５２にボロン溶液５３（例えば、ボロン標準液）を注いでおき、筆先をボロン溶液５３に浸漬させた後、熱影響部Ｙ’の表面に筆先を移動してボロン溶液５３を塗布する。ボロン溶液５３に含まれる溶媒の蒸発により、熱影響部Ｙ’の表面にはボロンを含む残存物Ｚ２が付着する。
【００３１】
＜ＨＩＰ処理工程（Ｓ４０）について＞
図７（ａ）は熱間等方圧加圧処理装置６０（以下、処理装置６０という）の断面図である。処理装置６０は、肉厚の円盤形状とされた下蓋６２と、下蓋６２の上端に下端が組み付けられる円筒形状の圧力容器本体６３と、圧力容器本体６３の上端に下端が組み付けられ、肉厚の円盤形状とされた上蓋６４と、を備えている。これらの下蓋６２、圧力容器本体６３、及び上蓋６４の組は、圧力容器６１を構成する。この圧力容器６１は、内部空間Ｓ２の圧力が２００ＭＰａに達しても十分に耐えられる程度の強度を有し、内部空間Ｓ２の温度が２０００℃に達しても十分に耐えられる程度の耐熱性を有している。
さらに、処理装置６０は、圧力容器６１の内部空間Ｓ２に配置された円筒形状の断熱部材６７と、下蓋６２の上面であって断熱部材６７の内側に配置された支持台６８と、断熱部材６７の内周面に沿って配置されたヒータ６９と、を備えている。
下蓋６２の上端は、圧力容器本体６３の下端に対して気密状態で組み付けられるため、下蓋６２の下端よりも一回り小さな直径とされている。そして、下蓋６２の上端には外周面に沿ってパッキン６２ａが設けられている。同様に、上蓋６４の下端は、圧力容器本体６３の上端に気密状態で組み付けられるため、上蓋６４の上端よりも一回り小さな直径とされている。そして、上蓋６４の下端には外周面に沿ってパッキン６４ａが設けられている。
【００３２】
上蓋６４には、上下方向に延びるガス供給路６４ｂが設けられている。ガス供給路６４ｂは、圧力容器６１の内部空間Ｓ２に対して不活性ガス６６を供給するために使用される。不活性ガス６６としては、例えば、アルゴンガスや窒素ガスが好適に用いられる。ガス供給路６４ｂの上端にはガス供給管６５が接続されており、ガス供給管６５を通じて外部から不活性ガス６６が供給される。不活性ガス６６の供給量は、圧力容器６１の内部空間Ｓ２の温度が１０００℃乃至２０００℃に達した際に、内部空間Ｓ２の圧力が１００ＭＰａ乃至２００ＭＰａとなるように調整される。
断熱部材６７は、円筒形状の側板部６７ａと、側板部６７ａの上端に設けられて上端を塞ぐ天板部６７ｂと、を備えており、側板部６７ａの下端が開放した部材である。断熱部材６７もまた、圧力容器６１の内部空間Ｓ２の圧力が２００ＭＰａに達しても十分に耐えられる程度の強度を有し、内部空間Ｓ２の温度が２０００℃に達しても十分に耐えられる程度の耐熱性を有している。また、断熱部材６７の内部空間は、動翼２０が十分に入る程度の大きさである。
【００３３】
支持台６８は、断熱部材６７の内径よりも一回り小さな直径を有する円盤形状であり、圧力容器６１の内部空間Ｓ２の圧力が２００ＭＰａに達しても十分に耐えられる程度の強度を有し、内部空間Ｓ２の温度が２０００℃に達しても十分に耐えられる程度の耐熱性を有している。
ヒータ６９は、圧力容器６１の内部空間Ｓ２の温度を２０００℃以上に上昇させることができる出力を備え、内部空間Ｓ２の圧力が２００ＭＰａに達しても十分に耐えられる程度の強度を有している。
【００３４】
図７（ｂ）は動翼２０を収容した処理装置６０の断面図である。処理装置６０に収容した動翼２０は、塗布／溶射工程（Ｓ３０）によってボロン（粒界強化元素）を熱影響部Ｙ’の表面に付着させたものである。
ＨＩＰ処理工程では、ボロンを熱影響部Ｙ’の表面に付着させた動翼２０を、温度が１０００℃以上２０００℃以下であって圧力が１００ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下の条件で、数分から数時間に亘って処理（等方圧加圧処理）を行う。
この処理を行うことにより、熱影響部Ｙ’の表面に付着したボロンが金属組織内に浸透して粒界に貯まり、熱影響部Ｙ’の強度低下を抑制する。例えば、ボロンは、熱影響部Ｙ’の粒界において、酸化クロムに代表される金属組織を脆くする析出物を取り囲むと考えられる。ボロンが析出物を取り囲むことによって析出物の転移や凝集が起こり難くなり、動翼２０の強度低下が抑制される。
その結果、亀裂を補修した後の動翼２０をタービン１３に戻しても、使用に十分な強度を確保できる。
【００３５】
＜静翼について＞
これまでタービン１３が備える動翼２０の補修方法を説明したが、タービン１３が備える静翼についても同様の方法で補修を行うことができる。
簡単に説明すると、補修工程（Ｓ２０）では、静翼を構成するコバルト基合金に適した溶加棒３３を用いてＴＩＧ溶接を行うことにより、静翼の亀裂を補修する。
塗布／溶射工程（Ｓ３０）では、粒界強化元素として例えばボロンを用い、ボロン溶液の塗布やボロンを含有した溶射材料の溶射によって熱影響部Ｙ’の表面にボロンを付着させる。
ＨＩＰ処理工程（Ｓ４０）では、ボロンを熱影響部Ｙ’の表面に付着させた静翼を、温度が１０００℃以上２０００℃以下であって圧力が１００ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下の条件で、数分から数時間に亘って処理（等方圧加圧処理）をする。
【００３６】
＜変形例について＞
前述の実施形態では、粒界強化元素としてボロンを例示したが、粒界強化元素はボロンに限定されない。例えば、粒界強化元素として、バナジウム、イットリウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、タンタル、タングステン、及びレニウムを用いてもよい。
これらの元素も、熱影響部Ｙ’の表面に付着させた後に等方圧加圧処理を行うことにより、金属組織内に浸透して金属組織を脆くする析出物を取り囲むと考えられる。従って、析出物の転移や凝集を抑制する効果を奏すると考えられる。
【００３７】
耐熱合金製部品に関して、前述の実施形態では、タービン１３に使用されたニッケル基合金製の動翼２０、及びタービン１３に使用されたコバルト基合金製の静翼を例示したが、その他の耐熱合金製部品であっても本発明を適用できる。
例えば、熱影響部Ｙ’の表面に粒界強化元素を付着した後に等方圧加圧処理を行うことにより、粒界強化元素が金属組織内に浸透する特性を有する耐熱合金で作製された部品であれば、金属組織内に浸透した粒界強化元素によって金属組織を脆くする析出物を取り囲むことが期待できるため、本発明を適用できる。
【００３８】
前述の実施形態では、塗布や溶射によって粒界強化元素を熱影響部Ｙ’の表面に付着させていたが、塗布や溶射以外の手段によって粒界強化元素を熱影響部Ｙ’の表面に付着させてもよい。
【００３９】
＜本発明の構成、作用、効果のまとめ＞
第１の本発明に係る耐熱合金製部品（タービン１３の動翼２０、タービン１３の静翼）の補修方法は、高温環境下での使用により生じた亀裂（亀裂Ｙ）の周囲を溶融させた後に再結晶化させることにより、当該亀裂を補修する補修工程（補修工程，Ｓ２０）と、亀裂の補修箇所（熱影響部Ｙ’）の表面に、耐熱合金の粒界強度を向上させるための粒界強化元素（ボロン等）を付着させる付着工程（塗布／溶射工程，Ｓ３０）と、粒界強化元素を付着させた耐熱合金に対する熱間等方圧加圧処理により、補修箇所の表面に付着させた粒界強化元素を補修箇所の金属組織内に浸透させる処理工程（ＨＩＰ処理工程，Ｓ４０）と、を備え、補修工程において、不活性ガス雰囲気の中で電極（電極棒３１ａ）と耐熱合金製部品（動翼２０）との間に通電してアークを発生させ、主成分が耐熱合金製部品と同じであって粒界強化元素の含有割合が耐熱合金製部品よりも高い溶加材（溶加棒３３）をアークの中で溶融させることを特徴とする。
本発明の補修方法によれば、亀裂の補修箇所の表面に付着させた粒界強化元素を、熱間等方圧加圧処理により熱影響部Ｙ’の内部に浸透させることができ、粒界強化元素が金属組織を脆くする析出物の転移や凝集を起こり難くする。
その結果、亀裂を補修した後の耐熱合金製部品について十分な強度を確保できる。また、溶接入熱を抑制しつつ亀裂を補修できる。
【００４１】
第２の本発明に係る耐熱合金製部品の補修方法は、耐熱合金が、ニッケル基合金、又はコバルト基合金の何れかであることを特徴とする。
本発明の補修方法によれば、亀裂を補修した後のニッケル基合金製部品、又はコバルト基合金製部品について十分な強度を確保できる。
【００４２】
第３の本発明に係る耐熱合金製部品の補修方法は、耐熱合金製部品が、タービン（タービン１３）に使用されたニッケル基合金製の動翼（動翼２０）であることを特徴とする。
本発明の補修方法によれば、亀裂を補修した後のタービンの動翼について十分な強度を確保できる。
【００４３】
第４の本発明に係る耐熱合金製部品の補修方法は、耐熱合金製部品が、タービン（タービン１３）に使用されたコバルト基合金製の静翼（静翼群１３３を構成する静翼）であることを特徴とする。
本発明の補修方法によれば、亀裂を補修した後のタービンの静翼について十分な強度を確保できる。
【００４４】
第５の本発明に係る耐熱合金製部品の補修方法は、処理工程において、熱間等方圧加圧処理を、温度が１０００℃以上２０００℃以下、圧力が１００ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下、及び処理時間が数分から数時間の範囲で行うことを特徴とする。
本発明の補修方法によれば、亀裂の補修箇所の表面に付着させた粒界強化元素を当該補修箇所（熱影響部Ｙ’）内に十分に浸透させることができる。
【００４５】
第６の本発明に係る耐熱合金製部品の補修方法は、付着工程において、粒界強化元素の溶液を亀裂の表面に塗布することを特徴とする。
本発明の補修方法によれば、亀裂の補修箇所の表面に粒界強化元素を容易に付着させることができる。
【００４６】
第７の本発明に係る耐熱合金製部品の補修方法は、付着工程において、粒界強化元素を含有する溶射材料を前記亀裂の表面に溶射することを特徴とする。
本発明の補修方法によれば、亀裂の補修箇所の表面に粒界強化元素を確実に付着させることができる。
【００４７】
第８の本発明に係る耐熱合金製部品の補修方法は、粒界強化元素が、ボロン、バナジウム、イットリウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、タンタル、タングステン、及びレニウムからなる群の中から選択されることを特徴とする。
本発明の補修方法によれば、亀裂の補修箇所の表面に付着させた粒界強化元素を亀裂の補修箇所に浸透させることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…ガスタービン，１３…タービン，１３１…ロータ，１３２…動翼群，１３３…静翼群，２０…動翼，２０’…溶融金属，２１…翼根部，２２…プラットフォーム，２３…翼形部，３１…トーチ，３１ａ…電極棒，３２…電源，３３…溶加棒，３４…不活性ガス，３５…アーク，４１…溶射ガン，４２…作動ガス，４３…溶射材料，５１…筆，５３…ボロン溶液，６１…圧力容器，６５…ガス供給管，６６…不活性ガス，６７…断熱部材，６８…支持台，６９…ヒータ，Ｚ１…溶射層，Ｚ２…ボロンを含む残存物，Ｙ（Ｙ１，Ｙ２）…亀裂，Ｙ’…熱影響部
【要約】
本発明の課題は、高温環境下での使用により亀裂を生じた耐熱合金製部品に対する補修方法を実現することにある。
本発明に係る耐熱合金製部品（動翼、静翼）の補修方法は、高温環境下での使用により生じた亀裂を溶接によって補修する補修工程（補修工程，Ｓ２０）と、亀裂の補修箇所の表面に、耐熱合金の粒界強度を向上させるための粒界強化元素を付着させる付着工程（塗布／溶射工程，Ｓ３０）と、粒界強化元素を付着させた耐熱合金製部品に対して熱間等方圧加圧処理を行う処理工程（ＨＩＰ処理工程，Ｓ４０）と、を備える。【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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