(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接前及び溶接中に部材を局部的に予熱する段階を含むニッケル基又はコバルト基超合金部品の電子ビーム溶接法を提供する。【解決手段】溶接すべき１以上の部品１６，１８を真空チャンバー内で１５００°Ｆ以上の目標温度に予熱する段階、及び溶接が完了するまで目標温度を維持しながら、調和した強度及び化学組成のフィラーを溶接ゾーンに供給する段階、電子ビーム１２を用いて１以上の予熱された部品を溶接部領域２０で溶接する段階を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金部品の溶接方法であって、
溶接すべき１以上の部品（１６，１８）を真空チャンバー内で１５００°Ｆ以上の目標温度に予熱する段階、及び
溶接が完了するまで上記目標温度を維持しながら、電子ビーム（１２）を用いて１以上の予熱部品を溶接部領域（２０）で溶接する段階
を含んでなる方法。
【請求項２】
溶接に先立って、溶接部領域（２０）にフィラーを供給する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記フィラーがワイヤ供給式金属フィラーを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記フィラーが１以上の予備配置された金属シムを含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記予熱が誘導コイル（２２）を用いて実施される、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記予熱が抵抗ヒーター（２２）を用いて実施される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記予熱が放射ランプ（２２）を用いて実施される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記目標温度が１５００°Ｆから前記１以上の部品及び／又はフィラーの溶融開始温度までの範囲内にある、請求項２記載の方法。
【請求項９】
前記目標温度が２０００°Ｆを超える、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
溶接後、溶接部の応力除去のために制御加熱モードを維持する、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接技術に関し、さらに具体的には、ニッケル基又はコバルト基超合金部品の電子ビーム溶接に関する。
【背景技術】
【０００２】
超合金ガスタービン部品、特にバケットやノズルに二次部品を接合するのに電子ビーム溶接が多用されるようになっている。こうした部品は、溶接の困難な非常に高強度のニッケル又はコバルト合金で作られていることが多い。多くの場合、溶融部及び熱影響部の亀裂傾向を低減させるために延性フィラー又はシムが用いられるが、これらの技術は母材に比して溶接部の機械的性質を低下させる。
【０００３】
ガスアーク溶接（ＧＴＡＷ）を用いたガスタービンバケットの製造及び修理では、非常に高温の予熱が従前使用されてきた。現行の方法は、１５００°Ｆを超える温度への放射又は誘導加熱によるバケットチップの予熱を伴う。これによって、バケットの母材と同様な機械的性質を有する溶接部を形成するための高強度フィラーの使用が可能となる。
【０００４】
電子ビーム溶接部を予熱するための現行の方法では、部材の温度を局所的に高めるため電子ビームを低い出力で部材上を移動させる。この方法を用いると、部材の幾何形状の差異のため部材毎に温度が大きく変動するので、温度制御が難しい。加えて、溶接を開始する際に加熱を終えるので、予熱は溶接中は継続されない。最後に、電子ビームは単一の移動スポットのみに当てられ、その部分は伝導及び放射で熱を急速に失うので、到達し得る最高温度は比較的低い。
【特許文献１】米国特許第４３２１４５３号明細書
【特許文献２】米国特許第４９０３８８８号明細書
【特許文献３】米国特許第５９９４６５９号明細書
【特許文献４】米国特許第６５９６４１１号明細書
【特許文献５】米国特許第６６３９１７３号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願で開示する例示的な実施形態では、溶接前及び溶接中に部材を局部的にインサイチュで予熱する段階を含むニッケル基又はコバルト基超合金部品の電子ビーム溶接法を提供する。抵抗、誘導又は放射加熱を使用できるが、加熱装置は溶接すべき部品部分の温度を１５００°Ｆ以上から母材及び／又はフィラーの溶融開始温度までの範囲内の温度に上昇させることができるものでなければならない。溶接中、溶接すべき部品を高温に維持し、調和した強度及び化学組成のフィラーを用いて極めて高度に合金化された母材の溶接を可能にする。
【０００６】
したがって、広義には、本発明は、超合金部品の溶接方法であって、溶接すべき１以上の部品を真空チャンバー内で１５００°Ｆ以上の目標温度に予熱する段階、及び溶接が完了するまで上記目標温度を維持しながら、電子ビームを用いて１以上の予熱部品を溶接部領域で溶接する段階を含んでなる方法に関する。
【０００７】
別の態様では、本発明は、超合金タービン部品の溶接方法であって、誘導コイル、抵抗ヒーター又は放射ランプを用いて、溶接すべき１以上の部品を真空チャンバー内で１５００°Ｆ以上の予熱目標温度に予熱する段階、溶接ゾーンにフィラーを供給する段階、及び溶接が完了するまで目標温度を維持しながら、電子ビームを用いて１以上の予熱された部品を溶接する段階を含んでなる方法に関する。
【０００８】
以下、添付の図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照すると、電子ビーム溶接装置１０を示すが、電子ビームガン１４から発生する電子ビーム１２を接合すべき部品１６，１８の対向面で形成される接触面に当てる。ビーム１２は、部品を金属接合する溶接部領域（又は単に溶接部）２０を生じる。部品１６，１８は、鋳造タービン部品の製造に使用される析出強化ニッケル基又はコバルト基超合金のような溶接の比較的困難なものを始めとして、様々な合金からなるものでよい。
【００１０】
溶接プロセスは、通例、電子ビーム溶接に適した雰囲気、つまり電子散乱及び母材の急速酸化を防止ぐのに必要な適度の真空レベルで実施される。具体的な真空度その他のパラメーター（例えば、電子ビームのパルス電流周波数及び走行速度）は当技術分野で公知であり、本明細書で詳細に説明する必要はないであろう。例示的で非限定的な実施形態では、真空チャンバー内に予熱装置が配置される。予熱装置は、１５００°Ｆ以上から母材及び／又はフィラーの溶融開始温度までの温度（場合によっては、２０００°Ｆ超）（「目標温度」ともいう）に加工物を局部的に加熱できる。予熱装置は、溶接すべき領域へのビームアクセスを可能にしつつ部品を加熱するため、誘導コイル、抵抗ヒーター又は放射（石英）ランプ（全体を符号２４で示す。）を使用できる。自明であろうが、予熱装置に電力を供給し、温度をモニターするため、真空チャンバーは複数の電気フィードスルーを必要とする。
【００１１】
２つの部品を溶接する場合（本発明は例えば単一部品の補修にも応用できる）、接合は（フィラーを使用せずに）自己溶接でも達成できるし、或いは１以上の予備配置されたシム又はワイヤ供給式金属フィラーを使用することによっても達成できる。フィラーは、延性の高いものから非常に高い強度のものまであらゆる範囲の性質をもつものでよい。
【００１２】
溶接に際しては、電子ビームを作動させる前に１以上の部品１６，１８の温度を目標温度まで上昇させる。目標温度は溶接中も維持され、溶接プロセスが完了してはじめて加熱を終える。溶接後に予熱装置を停止してもよいし、或いは、溶接後も予熱装置を制御加熱モードに維持して、冷却後の亀裂を回避するための溶接部の応力除去に用いてもよい。
【００１３】
本願に開示した方法は、電子ビーム自体を低い出力で部材上を移動させて部材の温度を局所的に高めるという電子ビーム溶接で用いられてきた従来の予熱技術に関する問題を解決する。本発明で用いる予熱方法は格段に制御性に優れ、オペレーターは電子ビーム自体とは無関係に溶接プロセス全体を通して１以上の部品を実質的に均一な温度に維持することができる。
【００１４】
以上、現時点で最も実用的で好ましいと思料される実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は開示された実施形態のみに限定されず、特許請求の範囲の技術的思想及び技術的範囲に属する様々な修正及び均等な構成も包含する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の例示的な実施形態に係る電子ビーム溶接及び予熱の実施状態を示す略図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０  電子ビーム溶接装置
１２  電子ビーム
１４  電子ビームガン
１６  溶接すべき部品
１８  溶接すべき部品
２０  溶接部領域
２２  予熱装置
【図１】
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