(57)【要約】【課題】前側インナーノズルサポートなどの部品のフランジに位置する小径孔を補修する方法、装置を提供する。【解決手段】部品１４の開口および隣接欠陥を補修する方法は、まず母材の開口に隣接する１つまたは複数の欠陥が除去される。母材の除去は、開口の高応力集中領域を超えて延びる溶接シームを生成するようになされる。開口に隣接して除去された母材の輪郭に対応する輪郭を有するインサート材３４と、インサート材３４を取り囲む組合せトップ・ランオフ板２４とが設けられる。裏当て板３６が、溶接中に組合せ板２４が裏当て板３６に融着するのを防ぐ空隙４８が裏当て板３６と組合せ板２４との間に生じるように、組合せ板２４およびインサート材３４の下方に挿入される。インサート材３４が母材に溶接され、裏当て板３６が取り外される。補修開始前の開口の輪郭と本質的に同一の輪郭を有する開口を得るためにインサート３４から余分の材料が除去される。【選択図】図９
2008110404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品における開口および隣接欠陥を補修する方法であって、
母材の除去が、前記開口の高応力が集中する領域を超えて延びる溶接シームを生成するように、母材における開口に隣接する１つまたは複数の欠陥を除去し、
前記開口に隣接して除去された前記母材の輪郭に対応する輪郭を有するインサート材を設け、
前記インサート材を取り囲む組合せトップ・ランオフ板を設け、
裏当て板を、前記組合せトップ・ランオフ板が溶接過程中に前記裏当て板に融着するのを防ぐために、前記裏当て板と前記組合せトップ・ランオフ板との間に空隙が生じるように、前記組合せトップ・ランオフ板および前記インサート材の下方に挿入し、
前記インサート材を前記母材に溶接し、
前記裏当て板を取り外し、
前記補修を開始する前の前記開口の輪郭と本質的に同一の輪郭を有する開口を得るために、前記インサート材から材料を除去する、
ことを含むことを特徴とする補修方法。  
【請求項２】
前記欠陥を除去することが、前記母材の前記元の開口の少なくとも一部を残すことを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項３】
前記インサートを溶接することが、前記インサート材を前記母材に突合せ溶接することを含むことを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項４】
前記欠陥を除去することが、前記開口の直径を中心とする放物線状になされることを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項５】
前記開口が、約０．３０インチ未満の直径を有することを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項６】
前記裏当て板が、前記母材と異なる材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項７】
前記裏当て板と前記組合せトップ・ランオフ板との間の前記空隙が、約０．１０インチ未満であることを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項８】
前記インサート材を溶接することが、電子ビーム溶接によってなされることを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項９】
前記インサート材および前記組合せトップ・ランオフ板が、前記母材と本質的に同一の冶金学的な性質を有することを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項１０】
第１のフランジにおける開口に隣接する欠陥を補修するのに用いられる装置であって、前記第１のフランジが第２のフランジと平行である装置において、
前記第１のフランジにおける前記開口に隣接して除去された材料の輪郭に対応するインサート材と、
前記インサート材を取り囲む組合せトップ・ランオフ板であって、前記インサート材が、前記組合せトップ・ランオフ板を構成する元の材料片から作製される、組合せトップ・ランオフ板と、
前記第２のフランジと前記組合せトップ・ランオフ板および前記インサート材との間に配置される裏当て板と、
を備え、
前記裏当て板が、前記第１のフランジと前記第２のフランジとの間の厚みよりも小さい厚みを有することを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記組合せトップ・ランオフ板および前記インサート材は、前記第１のフランジの厚みよりも大きい厚みを有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記組合せトップ・ランオフ板が、
前縁をさらに備え、
前記前縁が、前記第１のフランジの幾何学的形状と、前記第１のフランジに隣接する前記領域とに適合する輪郭を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記前縁の前記輪郭が、アール部、ベベル、面取り、さねはぎ、腰羽目、および段ノッチの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記インサート材が、円形、楕円形、ビスケット形、および円弧形の少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記組合せトップ・ランオフ板および前記インサート材が、前記第１のフランジと本質的に同様の冶金学的な性質を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
開口および隣接欠陥を補修する方法であって、
前記開口に隣接する母材の円弧状部分を除去することによって、開口に隣接する１つまたは複数の欠陥を除去し、
前記母材の前記除去された円弧状部分に対応する輪郭を有するインサートを設け、
溶接が、単一の湾曲経路に沿ってなされるように、前記インサートを前記母材に溶接し、
前記補修前の前記開口および周囲部分の寸法と本質的に同一の寸法を備える補修された開口および周囲部分を生成するために、前記インサートから材料を除去する、
ことを含むことを特徴とする補修方法。
【請求項１７】
前記欠陥を除去することが、前記母材の前記元の開口の少なくとも一部を残すことを特徴とする請求項１６に記載の補修方法。
【請求項１８】
溶接が、前記インサートおよび前記母材を互いに接合する突合せ溶接を含むことを特徴とする請求項１６に記載の補修方法。
【請求項１９】
前記欠陥を除去することが、前記開口の直径を中心とする放物線状になされることを含むことを特徴とする請求項１６に記載の補修方法。
【請求項２０】
前記開口が、約０．３０インチ未満の直径を有することを特徴とする請求項１６に記載の補修方法。
【請求項２１】
前記インサートが、略円形または略楕円形の形状を有することを特徴とする請求項１６に記載の補修方法。
【請求項２２】
前記溶接プロセスが、電子ビーム溶接を含むことを特徴とする請求項１６に記載の補修方法。
【請求項２３】
開口および隣接欠陥を補修する方法であって、
母材における開口に隣接する１つまたは複数の欠陥を除去し、
前記開口に隣接して除去された前記母材の輪郭に対応する輪郭を有するインサート材を設け、
前記インサート材を取り囲む組合せトップ・ランオフ板を設け、
前記インサート材を前記母材および前記組合せ板に溶接し、
前記補修を開始する前の前記開口および周囲部分の輪郭と本質的に同一の輪郭を有する開口および周囲部分を得るために、前記インサート材および前記組合せ板から材料を除去する、
ことを含むことを特徴とする補修方法。
【請求項２４】
前記欠陥を除去することが、前記母材の前記元の開口の少なくとも一部を残すことを特徴とする請求項２３に記載の補修方法。
【請求項２５】
前記１つまたは複数の欠陥を除去することが、前記開口に隣接する高応力が集中する領域から延びる溶接シームを生成するのに十分な母材を除去することを含むことを特徴とする請求項２３に記載の補修方法。
【請求項２６】
前記溶接部が、前記プラグ、前記母材、および前記組合せ板を接合する突合せ溶接であることを特徴とする請求項２３に記載の補修方法。
【請求項２７】
前記開口が、約０．３０インチ未満の直径を有することを特徴とする請求項２３に記載の補修方法。
【請求項２８】
前記組合せ板を前記母材にタック溶接することをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の補修方法。
【請求項２９】
前記用いられる溶接プロセスが、電子ビーム溶接であることを特徴とする請求項２３に記載の補修方法。
【請求項３０】
前記インサート材および前記一体型トップ・ランオフ板が、前記母材と同一の冶金学的な性質を有することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
フランジにおける開口および隣接欠陥を補修する方法であって、
フランジにおける開口に隣接する１つまたは複数の欠陥を除去し、
ランオフ板が、インサートプラグを取り囲むように、インサートプラグおよびランオフ板を単一の材料片から形成し、
前記ランオフ板を前記フランジの現存する母材にタック溶接し、
前記インサートプラグを前記フランジの前記母材および前記ランオフ板に溶接し、
前記補修を開始する前の前記開口および前記フランジの輪郭と本質的に同一の輪郭を有する開口およびフランジを得るために、前記インサートプラグおよび前記ランオフ板から材料を除去する、
ことを含むことを特徴とする補修方法。
【請求項３２】
前記欠陥を除去することが、前記フランジの前記残っている部分の前記元の開口の少なくとも一部を残すことを含むことを特徴とする請求項３１に記載の補修方法。
【請求項３３】
前記欠陥を除去することが、前記開口の直径を中心とする放物線状になされることを特徴とする請求項３１に記載の補修方法。
【請求項３４】
前記開口は、約０．３０インチ未満の直径を有することを特徴とする請求項３１に記載の補修方法。
【請求項３５】
前記インサートプラグが、略円形または略楕円形の形状を有することを特徴とする請求項３１に記載の補修方法。
【請求項３６】
前記インサートプラグを前記ランオフ板にタック溶接することをさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の補修方法。
【請求項３７】
前記用いられる溶接プロセスが、電子ビーム溶接であることを特徴とする請求項３１に記載の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジン構成要素の補修に関し、特に、前側インナーノズルサポートのような部品のフランジに位置する小径孔の補修に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンの運転中、前側インナーノズルサポートが損傷することがある。通常運転中に生じた傷および表面欠陥に対して、補修がなされねばならない。１つの一般的な補修は、前側インナーノズルサポートの前側フランジの小径孔から生じるクラックに対するものである。
【０００３】
大径孔、例えば、約０．３０インチ以上の直径を有するボルト孔などを補修する多くの技術が、当技術分野において知られている。図１に示されるように、このような１つの従来技術による補修では、孔１１の径方向の中心線ＲＣの両側の約４５°の線に囲まれた領域が、除去される。次いで、この材料は、補修される部品の母材と同様の材料からなるウエッジ材１３と置き換えられる。ウエッジ材１３は、互いに略９０°の角度で開いた少なくとも２つの側面１７，１９を含む。ウエッジ材の残りの幾何学的な形状は、補修にとって重要ではなく、残っている側面２１は、さまざまな形状および角度を有することができる。この略直角のコーナが、除去された母材の領域内に挿入され、部品の残っている母材の縁２３，２５と嵌合する。ウエッジ材１３は、３枚のランオフ板２７，２９，３１によって包囲される。加えて、裏当て板が補修に用いられてもよい。従って、５つの別個の断片が、補修を開始するのに必要とされる。ウエッジ材１３およびランオフ板２７，２９，３１は、補修を開始する前に、タック溶接部３３によって取り付けられる。複数のランオフ板２７，２９，３１は、小さく、ウエッジ材１３の周囲に組み立てるのが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の補修では、ウエッジ材１３は、元の母材から略４５°の溶接部によって、適切な位置に溶接される。この構成では、溶接部によって、溶接材料（材料特性が劣化した溶接区域）は、孔位置の最も高い応力領域の外に移行する。これによって、（母材の特性を有する）取換えウエッジ材の素材が、最も高い応力領域に位置する。孔の周囲の最も高い応力領域は、互いに略９０°離間した個所に位置する。この補修は、約０．３０インチの直径までの孔に対して良好であるが、より小さな孔の場合、ウエッジ材が小さいので、このウエッジ材を保持するのに用いられる溶接部がフランジの最も高い応力領域内に延びることになる。本発明以前には、フランジの小径孔（すなわち、約０．３０インチ以下の直径を有する孔）の補修は、不可能と見なされていた、従って、小径孔の補修が必要とされていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、本発明は、部品における開口および隣接欠陥を補修する方法に関する。この方法では、まず、母材における開口に隣接する１つまたは複数の欠陥が除去される。この母材の除去は、開口の高応力が集中する領域を超えて延びる溶接シームを生成するように、なされる。開口に隣接して除去された母材の輪郭に対応する輪郭を有するインサート材と、このインサート材を包む組合せトップ・ランオフ板とが、設けられる。裏当て板が、溶接過程中に組合せトップ・ランオフ板が裏当て板に融着するのを防ぐ空隙が裏当て板と組合せトップ・ランオフ板との間に生じるように、組合せトップ・ランオフ板およびインサート材の下方に挿入される。インサート材が母材に溶接され、裏当て板が取り外される。補修を開始する前の孔の輪郭と本質的に同一の輪郭を有する開口を得るために、インサート材から余分の材料が除去される。
【０００６】
他の実施形態では、本発明は、第１のフランジにおける開口に隣接する欠陥を補修するのに用いられる装置に関する。第１のフランジは、第２のフランジと平行である。この装置は、第１のフランジにおける開口に隣接して除去された材料の輪郭に対応するインサート材と、このインサート材を取り囲む組合せトップ・ランオフ板とを有する。インサート材は、組合せトップ・ランオフ板を構成する元の材料片から作製される。この装置は、第２のフランジと組合せ板およびインサート材との間に配置される裏当て板も有する。裏当て板は、第１のフランジと第２のフランジとの間の厚みよりも小さい厚みを有する。
【０００７】
他の実施形態では、本発明は、開口および隣接欠陥を補修する方法に関する。この方法では、開口に隣接する１つまたは複数の欠陥が、開口に隣接する母材から円弧状に除去される。母材の除去された円弧状の部分に対応する輪郭を有するインサートが、母材に溶接される。この溶接は、単一の湾曲経路に沿って、なされる。次に、補修前の開口および周囲部分におけるのと本質的に同一の寸法を有する補修された開口および周囲部分を生成するために、インサートが除去される。
【０００８】
他の実施形態では、本発明は、母材における開口に隣接する１つまたは複数の欠陥を除去することによって、開口および隣接欠陥を補修する方法に関する。開口に隣接して除去された母材の輪郭に対応する輪郭を有するインサート材と、このインサート材を包む組合せ板とが、設けられる。インサート材が母材および組合せ板に溶接され、補修を開始する前におけるのと本質的に同一の輪郭を有する開口および周囲部分を得るために、インサート材および組合せ板から材料が除去される。
【０００９】
他の実施形態では、本発明は、フランジにおける開口および隣接欠陥を補修する方法に関する。まず、フランジにおける開口に隣接する１つまたは複数の欠陥が除去される。インサートプラグおよびランオフ板が、単一の材料片から形成される。ランオフ板が、インサートプラグを包む。ランオフ板は、フランジの現存する母材にタック溶接され、インサートプラグは、フランジの母材およびランオフ板に溶接される。最終的に、補修を開始する前の開口およびフランジの輪郭と本質的に同一の輪郭を有する開口およびフランジを得るために、インサートプラグおよびランオフ板から、材料が除去される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図２は、高圧タービンの二重環状燃焼器（ｄｕａｌ  ａｎｎｕｌａｒ  ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ）（ＤＡＣ）の前側インナーノズルサポート１０の透視図である。ノズルサポート１０は、外径フランジ１４の周りに周方向に離間した一連の小径孔１２を含む。孔１２は、付加的な部分をフランジに取り付ける小径ピンまたは小径ボルトを受け入れるのに用いられる開口である。図２Ａは、フランジ１４の１つの小径孔１２のクラック１６を示すノズルサポート１０の拡大図である。クラック１６は、典型的には、孔１２から径方向外方に伝播する。これまで、ノズルサポート１０の小径孔１２のクラック１６は、補修不能であった。
【００１１】
図３は、フランジ１４における孔１２に隣接する欠陥１６を示す平面図である。孔１２は、他の物をノズルサポート１０に固定するピンまたはボルトを受け入れることができる、フランジ１４を貫通する開口である。図示の実施例では、孔１２は、円形であるが、他の開口輪郭も考えられる。孔１２は、欠陥が開口に隣接して検出されたときにこれまでは補修不能であった、約０．３０インチ未満の直径を有する小径開口である。
【００１２】
フランジ１４は、耐熱性母材から構成される。この母材は、ニッケル基またはコバルト基超合金などの超合金やガスタービン業界において一般的なその他の合金である。合金の例として、インコネル  ７１８（Ｉｎｃｏｎｅｌ７  ７１８）（ＩＮ７１８）、ＩＮ６１７、ＩＮ６２５、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ、および他のチタン合金、Ａｌ６０６１およびＡｌ４０４３、Ｗａｓｐａｌｏｙ、Ａｓｔｒｏｌｏｙ、Ｕｄｉｍｅｔ７  ５００、およびＨＡ２３０が挙げられる。クラック１６は、フランジ１４の孔１２から外面に作用することが多い熱応力によって生じる。
【００１３】
図４は、フランジ１４の除去される部分１８を示す平面図である。フランジ１４の部分１８は、当業者に知られている一般的な材料除去技術、例えば、レーザ切断またはレーザ加工によって、切除される。部分１８は、孔１２を完全に除去することなく、孔１２の直径を通る軸を中心とする放物線状に除去されるべきである。材料は、フランジ１４の上面と直交する切断によって除去される。材料を放物線状または同様の形状に除去することによって、欠陥を除去すると共に、取付け面を孔１２に隣接する高応力区域の外側にもたらすことができる。典型的には、孔のフランジ外縁に最も近い位置または孔のフランジ外縁と直交する位置、およびその位置から９０°、１８０°、および２７０°ずれた領域が、最も高い応力を含む（図２ＡのＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄを参照）。溶接シームがこれらの領域間（略４５°、１３５°、２２５°、３１５°）にある補修を行なうことによって、溶接部は、孔１２を囲む高応力区域の外に移行する（図２ＡのＥ，Ｆ，Ｇ、Ｈを参照）。溶接部を孔１２の周囲の高応力区域の外に移すことによって、前述した大きな孔を補修する場合におけるのと同様の溶接部が得られる。これによって、補修部品に対して、良好な疲労寿命がもたらされる。
【００１４】
図５は、部分１８が除去されたフランジ１４を示す平面図である。部分１８の除去によって、下側フランジ２０が露出している。部分１８が除去され、孔１２の小さい円弧２２のみが残っている。この残っている円弧２２は、補修された孔をフランジ１４の元の孔１２の位置と同一の位置に公称的に配置させることを確実にするように補修を完了させるためのガイド・位置表示として作用する。下側フランジ２０は、フランジ１４と平行の構造物であり、スロット１５が、前側インナーノズルサポートの基部の周りに周方向に延びる２つのフランジ１４，２０間に存在する（図２，図２Ａを参照されたい）。
【００１５】
図６は、フランジ１４に取り付けられた組合せ板２４（すなわち、組合せトップ・ランオフ板）を示す平面図である。組合せ板２４は、組合せ板２４の縁がフランジ１４の外縁と接触する個所にタック溶接部２６、２８を設けることによって、フランジ１４に取り付けられる。タック溶接部２６，２８は、組合せ板２４を一時的に所定位置に保持する。また、タック溶接部は、後の工程において、組合せ板２４を取り外すために、フランジ１４を損傷させることなく、容易に除去される。組合せ板２４は、フランジ１４の母材と同一の材料から作製されてもよいし、共通する冶金学的な性質を有する材料から作製されてもよい。実施例では、組合せ板２４は、中心部が除去され、下側フランジ２０を露出させるが、円弧２２を覆っている。代替の実施例（図示せず）では、組合せ板２４は、円弧２２を覆っていない。
【００１６】
図７は、タック溶接部３０，３２を介して組合せ板２４に取り付けられたインサート３４を示す平面図である。これらのタック溶接部３０，３２は、最終的な溶接プロセスが行なわれるまで、インサート３４を所定位置に保持する。インサート３４は、好ましくはフランジ１４の母材と同一の材料または同一の冶金学的な性質を有する材料からなるプラグである。インサート３４は、すでに除去されたフランジ１４の部分１８（図４を参照）の縁に対して配置され、かつ組合せ板２４の開口の形状と嵌合するように、寸法決めされる。図示される実施例では、インサート３４は、円形である。円形として示されているが、インサート３４は、楕円状、ビスケット状（ｂｉｓｃｕｉｔ  ｓｈａｐｅｄ）であってもよく、あるいはフランジ１４の除去された材料１８の輪郭と一致する円弧状の部分を有してもよい。溶接が完了すると、これらのタック溶接部３０，３２は、最終的な補修溶接部に取り込まれる。
【００１７】
実施例では、組合せ板２４は、補修される孔１２の直径よりも大きい。実施例では、組合せ板２４は、元の孔１２（図２）の直径の少なくとも２倍の長さ（フランジ１４の外縁と略平行な両辺間の測定値）を有し、孔１２の直径の少なくとも２倍の幅（フランジ１４の外縁と略直交する両辺間の測定値）を有する。組合せ板２４の前述の寸法によって、インサート３４の良好な支持を確実とし、タック溶接部２６，２８をインサート３４の周囲の補修溶接部から十分に離して配置させることができる。
【００１８】
図８は、組合せ板２４およびインサート３４の下方に配置された裏当て板３６を示す平面図である。裏当て板３６は、組合せ板２４およびインサート３４を構成するのに用いられる金属と同様の金属から作製されるとよい。代替の実施例では、裏当て板３６は、異なる金属またはセラミックのような耐熱材料から構成される。図８において、裏当て板３６は、組合せ板２４よりも大きい寸法を有するとして示されているが、補修溶接がなされる個所の下方の領域を覆う限り、組合せ板２４より小さくてもよい。組合せ板２４よりも大きい場合、裏当て板３６は、溶接の溢流またはスパッタから隣接領域を保護すると共に、下側フランジ２０が電子ビームまたは同様の溶接源によって貫通されるのを防ぐ。
【００１９】
図９は、図８に示される、フランジ１４を再加工するボルト孔補修装置の断面立面図である。この図では、フランジ１４の母材の残っている部分が見える。また、インサート３４、組合せ板２４、および裏当て板３６も示されている。インサート３４は、組合せ板２４の後縁３８の厚みと略等しい厚みを有する。このインサート３４の厚みは、組合せ板２４の前端４０の厚みにフランジ１４に残された孔１２の一部の周りの残余の厚みを加えた合計の厚みとも略等しい。小さい隙間４２，４４が、インサート３４と組合せ板２４との間にある。この隙間によって、インサート３４は、組合せ板２４の開口内に容易に挿入される。隙間４２，４４は、補修溶接中にインサート３４の材料および組合せ板２４の材料が互いに融着すると、消失する。
【００２０】
組合せ板２４の前端４０は、フランジ１４の残っている表面４６および孔１２に適合する輪郭を有する。フランジ１４は、この図では、アール部（ｒａｄｉｕｓ）を有するとして示されているが、他の幾何学的な形状、例えば、ベベル（ｂｅｖｅｌ）、面取り（ｃｈａｍｆｅｒ）、さねはぎ（ｒａｂｂｅｔ）、腰羽目（ｄａｄｏ）、または段ノッチ（ｓｔｅｐｐｅｄ  ｎｏｔｃｈ）を有することも考えられる。この輪郭部の幾何学的な形状は、フランジ１４に残っている母材の幾何学的な形状に依存する。インサート３４および組合せ板２４は、溶接補修が完了した後にインサート３４が適切な大きさに機械加工され得るように、フランジ１４から除去された材料の厚みよりも大きい材料からなる。
【００２１】
図９に示される部分は、図２のノズルサポート１０の断面である。ノズルサポート１０は、２つのフランジ、すなわち、補修されるフランジ１４、および下側フランジ２０を含む。下側フランジ２０およびフランジ１４は、狭い間隔で互いに離間され、典型的な間隔は、約０．２５インチ未満である。裏当て板３６は、フランジ１４と下側フランジ２０との間に配置され、溶接プロセスによるどのようなスラグ、スパッタ、または同様の副生成物からも、下側フランジ２０を保護する。
【００２２】
裏当て板を利用する典型的な従来技術による溶接補修では、良好な溶接を確実に得るために、溶接部は、補修部分を貫通しなければならない。このような補修では、裏当て板は、溶接の残留エネルギーを吸収するために、溶接部のすぐ背後に配置され、これによって、裏当て板は、補修部に融着する。次いで、補修後、この裏当て板は、除去されねばならない。しかし、ここでは、フランジ１４と下側フランジ２０との間の距離が比較的小さいので、このような除去が困難である。
【００２３】
従って、本発明では、裏当て板３６の上面と、インサート３４、組合せ板２４、およびフランジ１４の残っている部分の各底面との間に、空隙４８が設けられる。実施例では、空隙４８は、約０．１０インチ以下である。この空隙４８によって、溶接ビームの過剰なエネルギーを吸収しながら、裏当て板３６を補修片（インサート３４、組合せ板２４、およびフランジ１４）の底縁から十分に離間させ、これによって、裏当て板３６が補修片に融着するのを確実に防ぐことができる。良好な溶接部を得るのに組合せ板２４を利用すると共に、空隙４８を介して補修片を裏当て板３６から分離することによって、良好な、すなわち、構造的に健全な溶接補修が、確実に得られる。裏当て板３６は、インサート３４の縁の周囲の全体にわたって、組合せ板２４とインサート３４の縁との間の隙間４２，４４を覆うのに十分な大きさを有するべきである。裏当て板３６の厚みは、図示されるような空隙４８を設けるために、フランジ１４と下側フランジ２０との間の距離よりも小さくされる。
【００２４】
図１０は、インサート３４と組合せ板２４との間の施工済みの溶接部５０を示す平面図である。インサート３４は、電子ビーム溶接のようなプロセスによって、所定位置に溶接される。電子ビーム溶接（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｂｅａｍ  ｗｅｌｄｉｎｇ）（ＥＢＷ）は、金属加工品に溶接部を生成するのに必要な熱を生じさせるために、高速・高エネルギー電子の狭ビームを用いる。特別の機器を用いて、電子ビームを真空チャンバ内で集束させる。電子の運動エネルギーは、金属に衝突すると、熱エネルギーに変換される。ＥＢＷによって生じる溶接部は、その特徴として、深くかつ狭く、熱影響部が極めて小さく、歪が小さい。この補修では、溶接シームは、孔１２の周囲の高応力領域から外に移行した領域に、形成される。すなわち、この溶接シームは、フランジ１４の低応力領域に形成される。
【００２５】
ＥＢＷは、典型的には、自溶性（ａｕｔｏｇｅｎｏｕｓ）であり、すなわち、溶加材（ｆｉｌｌｅｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を必要としない。従って、残っている母材および組合せ板２４へのインサート３４の密嵌着は、これらの部材が、溶加材を加えることなく、溶接プロセス中に互いに融着するときに、生じる。溶接部５０は、インサート３４、フランジ１４の母材、および組合せ板２４を互いに接合する突合せ溶接部である。溶接部５０は、インサート３４の上方から施されるが、インサート３４の全周およびインサート３４の全厚みにわたって、延びている。
【００２６】
ＥＢＷでは、溶接された部分に、凹みが残ることがある。従って、インサート３４および組合せ板２４をフランジ１４の元の厚みよりも確実に厚くすることによって、インサート３４および組合せ板２４のそれぞれの上側からの材料の溶融物および融着物が、下方に流れ、フランジ１４の母材への溶接部を埋めることが可能になる。その結果、材料を除去して補修部を仕上げるとき、残っている母材は、機械加工されず、新たに溶接された材料のみが、除去される。
【００２７】
ＥＢＷは、高エネルギー密度の溶接プロセスと見なされ、航空宇宙業界において、例えば、この場合におけるような高品質の低歪溶接部が必要とされる箇所において、溶接が困難な合金を互いに接合させるのに、広く用いられている。当業者は、電子ビーム溶接のプロセスを熟知しており、約１００ｋＶを超える電圧および約２５ｍＡを超える電流による電子ビームによって、この補修を行なうことができる。溶接部が補修部品の厚みを一部しか貫通しないときに生じ、補修部品の接合部の繰返し疲労寿命（ｃｙｃｌｉｃａｌ  ｆａｔｉｇｕｅ  ｌｉｆｅ）を低下させることがある、融着欠陥を防ぐために、高電圧および／または高電流が用いられる。上記のパラメータ、および移動速度、振動、周波数、および集束を含む他の一般的なパラメータは、当業者に知られている原理に応じて修正されてもよい。
【００２８】
この補修プロセスに組合せトップ・ランオフ板（すなわち、組合せ板２４）を利用することによって、従来技術によって利用された３枚の別個の板を用いる必要をなくすことができる。これらの３枚の板を組み立てることに関連する一般的な問題も、なくすことができる。組合せ板２４およびインサート３４は、単一の材料片から、組合せ板２４の他に、インサート３４を作ることによって、得られる。すなわち、フランジ１４の外面と適合するブランク（ｂｌａｎｋ）が用意される。このブランクから、インサート３４になる中心部分が切り抜かれ、残りが組合せ板２４になる。同様に、組合せ板２４およびインサート３４は、迅速に組み立てられ、プレアッセンブリが得られる。これによって、孔１２を補修する時間が節約される。
【００２９】
図１１は、裏当て板３６が除去された状態における施工済みの溶接部５０を示す平面図である。裏当て板３６が補修片（インサート３４、組合せ板２４、およびフランジ１４）に融着していないので、溶接部５０が施工された後、裏当て板３６は、補修部品から外に簡単に引き出される。材料を除去する装置、例えば、研削盤（ｇｒｉｎｄｅｒ）または同様の機械を用いて、裏当て板３６を除去する必要がない。裏当て板３６は、再使用されてもよい。なぜなら、溶接プロセス中に融着される板と関連する除去跡を含まないので、裏当て板３６の上面には、最小限の損傷しか生じないからである。
【００３０】
図１２は、組合せ板２４の一部およびインサート３４の一部が除去された状態における施工済みの溶接部５０を示す平面図である。組合せ板２４およびインサート３４は、フランジ１４の外形に実質的に追従する経路に沿って切断される。組合せ板２４およびインサート３４を切断するのに、フライス盤（ｍｉｌｌ）、レーザ、または同様の材料を除去する機械が用いられる。最初の切断の後に、組合せ板２４およびインサート３４の材料をわずかに残すことによって、切断プロセスが元のフランジの輪郭の完全な状態に影響を与えないことが確実になる。
【００３１】
図１３は、フランジ１４の元の輪郭を得るために組合せ板２４が取り外された状態を示す平面図である。組合せ板２４を取り外すために、まず、タック溶接部２６，２８がフランジ１４から取り外される。次に、機械加工のような機械化された方法を利用して、フランジ１４の上面の元の輪郭が得られるまで、組合せ板２４を取り除くと共に、インサート３４の余剰の材料を除去する。組合せ板２４が取り除かれると、フランジ１４の元の開口の円弧２２が再び見える。フランジ１４の補修前におけるのと同一の表面を公称的に得るために、溶接部５０の上面と底面の両方も機械加工される。最終的に、補修前の輪郭と実質的に同一の輪郭および外径を得るために、フランジ２４の外縁が機械加工される。
【００３２】
図１４は、新しい孔５２がフランジ１４に形成された完全な補修部を示す平面図である。フランジの輪郭が公称的に得られた後、補修の前に存在したのと同一の孔１２を公称的に作製するために、開口がフランジに機械加工によって形成される。円弧２２は、孔５２を機械加工によって作製するガイドとして用いられ、これによって、孔５２の位置を補修前におけるのと公称的に同一の位置とすることが確実になる。代替の実施例では、下側フランジ２０の孔（図２Ａ，図９を参照）が、フランジ１４に孔５２を作製するガイドとして用いられる。
【００３３】
前側インナーノズルサポートの小径孔を補修するには、まず、部品は一部が除去され、検査を受ける。部品は、全ての面を確実に検査するために、洗浄される。前述したようなクラックの入ったピンホールに対して、電子ビームによるインサートの溶接を含む種々の補修がなされる。
【００３４】
部品は、溶接された後、フランジが許容誤差以内にあることを確実にするために、機械加工される。この機械加工プロセス（または他の材料を除去するプロセス）によって、施工された溶接部から余分の材料が除去され、新しい孔５２が形成され、フランジ１４の外周が回復される。補修されたフランジ１４を形成するのに用いられるのは、インサート３４の材料である。組合せ板２４は、組合せ板２４を保持するタック溶接部を切除することによって、取り外される。フランジ２４の滑らかな外形を形成するのに必要ではない組合せ板２４の部分が、除去される。最終的に、インサート３４の残っている材料は、新たに修復されたフランジ１４を形成するために、機械加工され、次いで、孔５２が再加工される。
【００３５】
材料の除去が完了した後、さらに他の検査がなされる。周知の非破壊検査（ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）（ＮＤＩ）技術、例えば、視覚検査、蛍光浸透検査（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｐｅｎｅｔｒａｎｔ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）（ＦＰＩ）、渦電流検査（ｅｄｄｙ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）、超音波検査、およびＸ線検査などが用いられる。この検査によって、部品が補修の前に有していたのと近似的に同一の寸法に復元していることが、確認される。フランジの外径部から開口までの最小の縁距離が、補修の後に保持されることが重要である。なぜなら、もしこの寸法が元の規格値と異なっている場合、部品の疲労寿命が、著しく低下するからである。最終的な検査が終了すれば、部品をタービン内の元の位置に戻すことができる。
【００３６】
図２に示された前側インナーノズルサポートのようなフランジに隣接する孔を含む部品では、長く使用されると、欠陥が生じることが多い。典型的には、この欠陥は、フランジの開口の１つを起点とし、フランジの外径部に向かって伝播するクラックである。このクラックは、熱サイクルフープ応力（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｙｃｌｅ  ｈｏｏｐ  ｓｔｒｅｓｓ）および取り付けられたベーンのフランジを介してピンに加えられる負荷によって、生じる傾向にある。孔の周囲の応力は、フランジの外径部に隣接する個所において最も高い。補修を行なうのに、インサート（すなわち、ビスケット状、略円形、または他の適切な形状の部材）を利用することによって、大径孔に対する周知のウエッジ補修による溶接部と同様の溶接部が得られる。得られた溶接部は、孔の径方向の中心線の両側において、略４５°の線に沿っている。これによって、溶接部が、孔の周囲の最も高い応力領域から母材の低応力領域に移行し、その結果、補修された孔の疲労寿命が改良される。同時に、溶接部は、従来技術によるウエッジ補修法と関連する溶接部のような個別の線状溶接部ではなく、電子ビームを部品の円弧経路に沿って連続的に移動させることによって、得られる。この補修におけるような小さい領域では、溶接経路を急変させると、溶接ビームが方向を変化させるために一時休止しなければならないので、不均一な溶接部が生じる。
【００３７】
この補修は、部品の疲労寿命を劣化させることがないので、開口の近くの欠陥を部分的に置き換えることによって、部品の寿命が更新される。補修された部品の疲労寿命は、元の部分の寿命にまで実質的に回復される。
【００３８】
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形状および細部に関して、変更がなされてもよいことを認めるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ウエッジ材および複数のランオフ板を利用する従来技術による孔補修を示す平面図である。
【図２】高圧タービンの二重環状燃焼器構造の前側インナーノズルサポートの透視図である。
【図２Ａ】フランジボルト孔の１つにおけるクラックを示すノズルサポートの透視図の一領域の拡大図である。
【図３】フランジの開口に隣接する欠陥を示す平面図である。
【図４】フランジの除去される部分を示す平面図である。
【図５】フランジの除去された部分および別の平行フランジを示す平面図である。
【図６】フランジにタック溶接された組合せトップ・ランオフ板を示す平面図である。
【図７】組合せ板にタック溶接されたビスケット状インサートを示す平面図である。
【図８】組合せ板およびインサートの下方に配置された裏当て板を示す平面図である。
【図９】図７に示されるノズルサポートのフランジを再加工するボルト孔補修装置の断面立面図である。
【図１０】裏当て板が所定位置に保持されている状態における、インサート、組合せ板、およびフランジ間の施工済み溶接部を示す平面図である。
【図１１】裏当て板が取り外された状態における、施工済み溶接部を示す平面図である。
【図１２】組合せ板の一部およびインサートの一部が除去された状態における、施工済み溶接部を示す平面図である。
【図１３】元のフランジの輪郭を生成するために、組合せ板およびインサートが除去された状態を示す平面図である。
【図１４】新しい開口がフランジに形成された完全な補修部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…前側インナーノズルサポート
１２…小径孔
１４…外径フランジ
２０…下側フランジ
２４…組合せトップ・ランオフ板
３４…インサート
３６…裏当て板
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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