(57)【要約】      （修正有）【課題】耐火金属コアを溶融させ補修箇所が受け入れがたいものとなることを回避しながら、タービンエンジンブレードの補修が可能な方法を提供する。【解決手段】構成部品の補修しようとする領域１２の上で耐火金属材料片１６を配置するステップと、補修充填金属材料１８を、耐火金属材料片の近傍で、構成部品を補修するのに十分な量だけ堆積するステップと、耐火金属材料片を直接加熱せずに補修充填金属材料に溶接処理を施すステップと、補修充填金属材料を前記領域１２内で流動させるステップと、補修充填金属材料を鋳造するステップとを含む。【選択図】図２
2008023598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成部品の補修方法であって、
構成部品の補修しようとする領域の上に耐火金属材料片を配置するステップと、
補修充填金属材料を、前記耐火金属材料片の近傍に、前記構成部品を補修するのに十分な量だけ堆積するステップと、
前記耐火金属材料片を直接加熱せずに前記補修充填金属材料に溶接処理を施すステップと、
前記補修充填金属材料を前記領域内で流動させるステップと、
前記補修充填金属材料を鋳造するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記配置するステップが、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、超合金の融点より高い融点を有する金属、およびそれらの合金からなる群から選択される耐火金属材料で形成される耐火金属材料片を、前記領域の上に配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記配置するステップが、約１６５０℃を超える融点を有する耐火金属材料片を前記領域の上に配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記耐火金属材料が約１４５５℃を超える融点を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記構成部品が少なくとも１つの内部キャビティを有するタービンエンジン用の構成部品を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記耐火金属材料が、前記構成部品の少なくとも１つの内部キャビティの形状に一致する切断された箔であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記溶接するステップが完了した後で、酸化学処理を使用して前記耐火金属材料を除去するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記溶接するステップが完了した後で、酸化熱処理を使用して前記耐火金属材料を除去するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記配置するステップが、前記耐火金属材料片をインベストメント鋳造成形体の補修しようとする領域の上に配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記配置するステップが、前記領域を覆う少なくとも１つの表面にニッケルめっきを有する耐火金属材料片を配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記配置するステップが、前記領域を覆う少なくとも１つの表面にクロム被覆を有する耐火金属材料片を配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記配置するステップが、拡散バリアコーティングを有する耐火金属材料片を配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記配置するステップが、アルミナまたはムライト被覆を含む被覆を有する耐火金属材料片を配置することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記配置するステップが、アルミナまたはムライト被覆層および中間シリサイド層を有する耐火金属材料片を配置することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記耐火金属材料が被覆層の上にニッケルめっきをさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記配置するステップの前に、
補修するために前記構成部品を準備するステップと、
前記構成部品を取付具内に取り付けるステップと、
前記取付具および前記構成部品の少なくとも１つの内部キャビティを不活性ガスでパージするステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記構成部品の補修が完了するまで、前記施すステップ、流動させるステップ、および鋳造するステップを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
タービンブレードの先端部分の補修方法であって、
タービンブレードの補修しようとする領域の上に耐火金属材料を位置決めするステップと、
補修充填金属材料を前記耐火金属材料の近傍に堆積するステップと、
前記耐火金属材料を直接加熱せずに前記補修充填金属材料を溶接するステップと、
前記補修充填金属材料を前記領域内で流動させるステップと、
前記補修充填金属材料を鋳造するステップと、
を備える方法。
【請求項１９】
前記位置決めするステップが、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、超合金の融点より高い融点を有する金属、およびそれらの合金からなる群から選択される耐火金属材料片を、前記補修しようとする領域の上に位置決めすることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記位置決めするステップが、ニッケルを含む材料でめっきされた耐火金属材料片を前記補修しようとする領域の上に位置決めすることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記位置決めするステップが、クロムを含む材料で被覆された耐火金属材料片を前記補修しようとする領域の上に位置決めすることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記位置決めするステップが、酸化セラミック被覆層、シリサイドの中間層、およびめっきされたニッケル外層を有する耐火金属材料片を前記補修しようとする領域の上に位置決めすることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記溶接するステップが完了した後で、酸化学処理を使用して前記耐火金属材料を除去するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記溶接するステップが完了した後で、酸化熱処理を使用して前記耐火金属材料を除去するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記配置するステップの前に、
補修するために前記タービンブレードを準備するステップと、
前記タービンブレードを取付具内に取り付けるステップと、
前記取付具および前記タービンブレードの少なくとも１つの内部キャビティを不活性ガスでパージするステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記タービンブレードの補修が完了するまで、前記施すステップを繰り返すことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
タービンブレードの後縁の補修方法であって、
耐火金属材料箔をタービンブレードの後縁形状に一致するように切断するステップと、
前記切断された耐火金属材料箔を前記後縁の補修する部分の上に位置決めするステップと、
前記耐火金属材料箔の上に補修充填金属材料を付加するステップと、
前記耐火金属材料を直接加熱せずに前記補修を行うように前記補修充填金属材料を溶接するステップと、
前記補修充填金属材料を前記部分内で流動させるステップと、
前記補修充填金属材料を鋳造するステップと、
を備える方法。
【請求項２８】
前記切断するステップが、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、ニッケルの融点より高い融点を有する金属、およびそれらの合金からなる群から選択される耐火金属で形成される箔材料を切断することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記箔材料の上にニッケルめっきを有することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記箔材料の上にクロム被覆を有することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記箔材料の上にニッケルめっきしたセラミック被覆を有することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記溶接するステップが完了した後で、酸化学処理を使用して前記耐火金属材料箔を除去するステップをさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記配置するステップの前に、
補修するために前記タービンブレードを準備するステップと、
前記タービンブレードを取付具内に取り付けるステップと、
前記取付具および前記タービンブレードの少なくとも１つの内部キャビティを不活性ガスでパージするステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
前記タービンブレードの前記後縁の補修が完了するまで、前記施すステップを繰り返すことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【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部品の補修方法に関し、より詳細にはタービンエンジンのタービンブレードの補修に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ガスタービンブレードの先端および後縁の領域は、例えば耐火金属コアなど裏当て材料を用いるガスタングステンアーク溶接などの溶接工程を使用して補修される。ひび割れおよび磨耗の生じた面に肉盛するために、溶接ビードが使用される。しかし、過度の入熱により裏当て材料が溶融する危険性がある。溶接工程によって裏当て材料が加熱され溶融するとき、問題が生じる。裏当て材料がそのような損傷を受けた場合、裏当て材料は溶接金属と合金化し、したがって補修箇所が受け入れがたいものとなる。この場合、裏当て材料は歪みを生じ、不合格状態となる。例えば、図１はモリブデンの耐火金属コア４が溶接工程中に溶融し、その後溶接材料と合金化した、溶接されたブレードの先端２の断面を示している。濃灰色の領域６は、過度の入熱によりモリブデンが溶接材料と合金化した部分である。縦線８はモリブデンの耐火金属コア４が本来配置されていた場所を示している。その結果、モリブデンの耐火金属コアは歪みを生じ（領域１０を参照）、不合格状態となった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、耐火金属コアを溶融させ補修箇所が受け入れがたいものとなることを回避しながら、タービンエンジンブレードの補修が可能な技法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、構成部品の補修方法は、構成部品の補修しようとする領域の上に耐火金属材料片を配置するステップと、補修充填金属材料を、耐火金属材料片の近傍に、構成部品を補修するのに十分な量だけ堆積するステップと、耐火金属材料片を直接加熱せずに補修充填金属材料に溶接処理を施すステップと、補修充填金属材料をその領域内で流動させるステップと、補修充填金属材料を鋳造するステップと、を広範に含む。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、タービンブレードの先端部分の補修方法は、タービンブレードの補修しようとする領域の上に耐火金属材料を位置決めするステップと、補修充填金属材料を耐火金属材料の近傍に堆積するステップと、耐火金属材料を直接加熱せずに補修充填金属材料を溶接するステップと、補修充填金属材料をその領域内で流動させるステップと、補修充填金属材料を鋳造するステップと、を広範に含む。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によれば、タービンブレードの後縁の補修方法は、耐火金属材料箔をタービンブレードの後縁形状に一致するように切断するステップと、切断された耐火金属材料箔を後縁の補修する部分の上に位置決めするステップと、耐火金属材料箔の上に補修充填金属材料を付加するステップと、耐火金属材料片を直接加熱せずに補修を行うように補修充填金属材料を溶接するステップと、補修充填金属材料をその部分内で流動させるステップと、補修充填金属材料を鋳造するステップと、を広範に含む。
【０００７】
本発明の１つまたは複数の実施例の詳細が、添付の図面および以下の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的および利点は、この説明および図面ならびに特許請求の範囲から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明によれば、ニッケル基合金またはコバルト基合金などの超合金で形成され、ガスタービンエンジンで使用される、タービンブレードまたはベーンなどのタービンエンジン構成部品の補修方法が提供される。本方法は、構成部品の補修しようとする領域の上に耐火金属材料片を配置するステップと、補修充填金属材料を、耐火金属材料の近傍および周囲に、補修する空間を充填するのに十分な量だけ堆積するステップと、それを溶接するステップと、を広範に含む。補修充填金属材料は、耐火金属材料の上にビード形成され流動する。補修充填金属材料を連続的にビード形成すること、すなわち溶接操作による反復的な加熱によって、最終的に耐火金属材料全体が覆われ、作業者はブレードまたはベーンの壁および先端を再構築することができる。本方法全体にわたって、耐火金属材料は、連続的な溶接操作によって熱に直接曝されることはない。
【０００９】
図２を参照すると、補修するタービンブレードの先端２０が示されている。ブレードの先端２０は、再構築しようとする領域１２を有する。ブレードの先端２０には、再構築しようとする領域内に、開いた内部冷却キャビティ１４がある。領域１２は、当業者には既知のように補修のための準備がなされている。タービンブレードは、ポートを有する取付具（図示せず）内に取り付けることができる。取り付けた後で、タービンブレードの内部キャビティ１４がポートと連通する。次いで、内部キャビティ１４をパージするために不活性ガスを導入することができる。
【００１０】
耐火金属材料から形成された裏当て材料片１６を、補修しようとする領域１２の上に位置決めする。耐火金属材料は、好ましくは融点が１４５５℃（２６５１°Ｆ）より高く、最も好ましくは融点が１６５０℃（３０００°Ｆ）より高い。裏当て材料に適切な耐火金属には、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、上記の超合金材料の融点より高い融点を有する材料、例えばプラチナ、イリジウム等、およびその合金などがある。耐火金属の裏当て材料は被覆することも、被覆しないこともできる。
【００１１】
耐火金属材料が領域１２に位置決めされた後で、補修充填金属材料１８が裏当て材料１６の上に堆積され、溶接操作にかけられる。補修充填金属材料は、耐火金属材料の少なくとも一部分、好ましくは耐火金属材料片１６全体を覆うのに十分な量だけ堆積させることが好ましい。補修充填金属材料１８は、ＭＥＲＬ  ７２などのコバルト基材料、またはＩＮＣＯ  ６２５、Ｒｅｎｅ  １４２、ＰＷＡ  １４４０およびＰＷＡ  ３６９４６などのニッケル基材料を含むことができる。あるいは、補修充填金属材料１８は母材合金組成の充填金属とすることができる。補修充填金属材料１８は、レーザ粉末堆積、レーザワイヤ堆積、プラズマアーク溶接ワイヤおよび粉末、自動ガスタングステンアーク溶接、上記の方法の少なくとも１つを含む組合せ等、当業者には既知の適切な低入熱溶接法を使用して、付加することができる。
【００１２】
耐火金属の裏当て材料は、任意選択で被覆しないことも、被覆することもできる。補修の入熱が高い場合、耐火金属材料に拡散バリアコーティングを付加することができる。候補は、それだけに制限はされないが、アルミナまたはムライトなどの酸化セラミックを含む。酸化セラミック被覆を使用する場合、被覆接着を補助するためにシリサイドなどの中間被覆層を使用することができる。セラミックで被覆するとき、補修充填金属のぬれを補助するためにアルミナまたはムライトの上にニッケルめっきをすることが好ましい。被覆システムはまた、被覆の酸化耐性を改善するために、補修後に残るニッケルアルミナイド層を含むこともできる。あるいは耐火金属材料は、入熱が低い場合、電解質ニッケルを使用して少なくとも一方の側でニッケルめっきをするのみとすることもできる。あるいは耐火金属材料は、入熱が低い場合、少なくとも一方の側でクロムめっきをするのみとすることもできる。被覆があると、溶接工程中の耐火金属材料のぬれ性が強化される。
【００１３】
溶接工程中、耐火金属材料を補修充填金属材料と合金化させないように、入熱を低く維持する。溶接操作により、ビードが耐火金属材料の上で流動し、それを覆うように凝固するように、補修充填金属材料を精密に溶融しビード形成する。溶接操作は、ブレードの壁および先端２０を再構築するのに必要なだけ繰り返される。溶接工程全体にわたって、熱源が耐火金属材料に直接適用されることはない。これによって、耐火金属材料が溶融し補修充填金属材料と合金化することや歪みの発生が防止される。エアフォイル材料が置き換えられた後で、ブレード先端キャップ（図示せず）を同じ操作で追加することができ、したがって追加の溶接操作を行う必要がない。
【００１４】
補修充填金属材料１８が凝固した後で、耐火金属材料は硝酸硫酸溶液を使用して酸化学処理によって除去することができる。例えば、溶液は水約２部に対して硝酸約２部および硫酸約１部が加えられたものとすることができる。好ましくは、溶解速度を上げるために混合物を約６５℃（１５０°Ｆ）の温度に加熱する。
【００１５】
あるいは、耐火金属材料は、ブレード内部を通して空気を送り込む酸化熱処理を使用して除去することができる。気流の温度は約７６０℃（１４００°Ｆ）から約９００℃（１６５０°Ｆ）とすることができ、ブレード内部を通して約１時間から約４時間の範囲の時間送り込むことができる。酸化熱処理は、例えば炉内で、直接抵抗加熱によって、誘導加熱によって、または石英灯、レーザ、赤外線源など直接光源によって、実施することができる。
【００１６】
ここで図３を参照すると、タービンブレードの後縁３０の補修方法が示されている。耐火金属材料片３２を、まずブレード後縁およびその内部キャビティ３６の形状に一致するように切断する。レーザ切断、フォトエッチング、打抜き加工、ウォータージェット切断など、当業者には既知の適切な切断方法を使用して、耐火金属材料を切断することができる。耐火金属材料は上記の材料の１つとすることができ、当業者には既知のように被覆することも被覆しないこともできる。好ましくは箔の形態である耐火金属材料片３２を、補修しようとする領域３４の上に配置する。次いで、上記の補修充填金属材料３８の１つを耐火金属材料片３２の近傍に堆積し、溶接処理を施すことができる。
【００１７】
溶接処理中、耐火金属材料が補修充填金属材料３８と合金化しないように、入熱を低く維持する。溶接操作により、ビードが耐火金属材料の上で流動し、それを覆うように凝固するように、補修充填金属材料３８を精密に溶融しビード形成する。溶接操作は、内部キャビティ３６を含むブレード後縁を再構築するのに必要なだけ繰り返される。溶接工程全体にわたって、熱源が耐火金属材料に直接適用されることはない。これによって、耐火金属材料が溶融し補修充填金属材料と合金化することや歪みの発生が防止される。
【００１８】
補修充填金属材料が凝固した後で、耐火金属の裏当て材料は上記のような酸化学処理、または上記のような酸化熱処理によって除去することができる。
【００１９】
本発明は、耐火金属材料の挿入物を直接加熱しないという点で有利である。これによって、耐火金属材料が補修充填金属材料と合金化することや歪みの発生が防止される。合金化や歪みを回避することにより、広範囲の溶接後ブレンド処理またはＥＤＭ加工などの機械加工を行う必要なしに、耐火金属材料を後で除去することができる。この方法によって、エアフォイルの補修が容易になり、ブレード先端キャップの置換えが単一の操作で実施でき、したがって構成部品を補修する作業時間（ｔｕｒｎ  ｔｉｍｅ）も長くなる。最後に、この方法はインベストメント鋳造物の補修において特に有用である。
【００２０】
以上、本発明の１つまたは複数の実施例を説明した。しかし、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、様々な修正が可能であることを理解されたい。したがって、他の実施例は添付の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術によるタービンエンジンブレードの受け入れがたい補修箇所および歪んだ耐火金属コアを示す顕微鏡写真である。
【図２】耐火金属コアがブレードの先端の損傷領域内に挿入された準備済みのタービンエンジンブレードを示す図である。
【図３】耐火金属コアが後縁の損傷領域内に挿入された準備済みのタービンエンジンブレードを示す図である。
【図２】
2008023598.tif 000003
【図３】
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【図１】
2008023598.tif 000005