(57)【要約】【課題】中空タービン翼および中空タービン翼の製作方法を提供する。【解決手段】ロストワックス鋳造法により成形された中空タービン翼１の長手方向の両端面１ａ、１ｂに設けられたセラミックス製中子の溶出用孔３、４のいずれか一方を、溶着金属部５の断面が内方に凹んだアーチ形状になるように溶接で塞いでなる。このように、溶接終了後の熱収縮を、溶着金属部５の変形で補うようにして収縮による引張応力を緩和し、境界割れの発生を防止する。したがって、溶接時に赤外線や高周波加熱で母材を温めるための手間をはぶくことができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロストワックス鋳造法により成形された中空タービン翼の長手方向の両端面に設けられたセラミックス製中子の溶出用孔のいずれか一方を、溶着金属部の断面が内方に凹んだアーチ形状になるように溶接で塞いでなることを特徴とする中空タービン翼。
【請求項２】
ロストワックス鋳造法により成形された中空タービン翼の長手方向の両端面に設けられたセラミックス製中子の溶出用孔のいずれか一方を溶接で塞ぐ際、中空タービン翼に超音波発信装置により超音波振動を与えながら溶接を行なって溶着金属部の断面が内方に凹んだアーチ形状になるようにしたことを特徴とする中空タービン翼の製作方法。
【請求項３】
上記超音波の周波数は、２０〜６０ｋＨＺである請求項２記載の中空タービン翼の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空タービン翼および中空タービン翼の製作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空タービン翼などを成形する精密鋳造方法に、ロストワックス鋳造法がある。ロストワックス鋳造法は、（１）タービン翼などの製品形状の空洞部を有する金型に中子をセットし、ワックスを注入して中子を有するワックスの模型を作成する。（２）そのワックス模型にセラミックスの粉末とバインダとを水で練り合わせたスラリーを数回にわたって塗布して鋳型を造型する。（３）造型が終了したらワックスを加熱して溶かして流出させた後、乾燥、焼成して中子と空洞部を有するセラミックス鋳型を形成する。（４）中子と外枠の間の空洞部内に溶融金属を注入して製品を鋳造する。（５）鋳造が終了したら外枠を壊し、製品を取り出す。（６）製品内部のセラミックス製中子をアルカリにより溶かして流出させる。その後、機械加工を施して完成品とする。
【０００３】
このように鋳造したので、中空タービン翼の長手方向の両端面には、上記のようにセラミックス製中子をアルカリにより溶かして流出させるための孔が残る。
【０００４】
図４（Ａ）は従来の中空タービン翼の側面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。図５は図４（Ａ）の中空タービン翼の先端の部分拡大断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）および図５において、ａはシュラウド付き中空タービン翼である。中空タービン翼ａの先端のシュラウドｂは、平面図上Ｚ形になっている。ｃは中空タービン翼ａの先端のシュラウドｂにある孔であり、ｅは中空タービン翼ａの基端部の端面ｄにある孔である。ｆは中空タービン翼ａの中空部である。孔ｃ、ｅを用いて中空タービン翼ａ内の、図示しないセラミックス製中子をアルカリにより溶かして流出させる。このように長手方向の両端面に各１個の孔ｃ、ｅがあると、中空部ｆ内をガスが流通してタービン効率が下がるので、孔ｃ、ｅはいずれか一方を塞ぐ必要がある。なお、孔ｃ、ｅの形状は幅２ｍｍ、長さ７ｍｍ、高さ１ｍｍ程度のものである。ｇは孔ｃを、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ　Ｉｎｅｒｔ　Ｇａｓ）溶接法により塞いだ溶着金属部で、溶着金属部の表面張力などのため断面は内外方に出っ張った太鼓形を有している。ｈは中空タービン翼ａの先端のシュラウドｂに設けられたシールフィンである。
【０００５】
孔ｃの溶接が終了して高温の溶着金属部ｇが冷却すると肉盛り部分は収縮して小さくなろうとする。そのため、溶着金属部ｇの周りには引張応力が発生する。タービンの翼はＮｉ基の耐熱合金であって、熱伝導率が悪く、伸びが少ない。そのため、溶接時に高温部の熱が低温部に伝わりにくく、高温部と低温部との温度差が大きいことや、引張応力（残留応力）がかかっても伸びないので、境界割れが発生しやすい。
【０００６】
そこで従来は、溶接後の割れの発生を防止する対策として、たとえば、赤外線や高周波加熱により母材（中空タービン翼ａ）を６００〜９００℃程度に温めて溶接部と母材との熱収縮の差を無くすようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の溶着金属部は、図５に示すように、断面が内外方に出っ張った太鼓型になっている。それは孔の幅が狭く、溶着金属の粘度が高く、表面張力が大きい場合、重力よりも表面張力の影響が大きいため、下方にもふくらむとともに、上方にもふくらむためである。また、作業者は表面が凹んでいると無意識の内にそれを肉盛りしてしまうこともある。このような形であると、溶着金属部は引張応力に対して変形しにくいので、溶接終了後、熱収縮により溶着金属部の周りに境界割れが発生しやすい。また、溶接する際、その都度赤外線や高周波加熱で母材を温めたのでは手間がかかる。
【０００８】
本発明は、従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、溶接終了後の収縮を、溶着金属部の変形で補うようにして収縮による引張応力を緩和し、境界割れの発生を防止するとともに、溶接時に赤外線や高周波加熱で母材を温めるための手間をはぶくことのできる中空タービン翼および中空タービン翼の製作方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載発明の中空タービン翼は、ロストワックス鋳造法により成形された中空タービン翼の長手方向の両端面に設けられたセラミックス製中子の溶出用孔のいずれか一方を、溶着金属部の断面が内方に凹んだアーチ形状になるように溶接で塞いでなるものである。
【００１０】
請求項２記載発明の中空タービン翼の製作方法は、ロストワックス鋳造法により成形された中空タービン翼の長手方向の両端面に設けられたセラミックス製中子の溶出用孔のいずれか一方を溶接で塞ぐ際、中空タービン翼に超音波発信装置により超音波振動を与えながら溶接を行なって溶着金属部の断面が内方に凹んだアーチ形状になるようにしたものである。
【００１１】
上記超音波の周波数は、２０〜６０ｋＨＺであるのが好ましい。
【００１２】
次に本発明の作用を説明する。中空タービン翼の先端のシュラウド、基端部の端面にあるセラミックス製中子溶出用孔のいずれか一方、通常は使用時の応力の小さい先端のシュラウドの孔を、溶着金属部の断面が内方に凹んだアーチ形状になるように溶接で塞ぐ。通常、溶接はＴＩＧ溶接法によりアークを左右にわずかに振りながら孔の長手方向に移動させて行なう。孔の幅が広く、溶着金属部の溶融時の表面張力が小さい場合は、重力の作用で溶着プールが垂れ下がるので、溶着金属部は内方に凹んだアーチ形状になる。しかし、通常、孔の幅が狭く、溶着金属部の溶融時の表面張力が大きいので、表面張力が重力に勝るため溶着金属部は内外方に出っ張ってしまう。そのため、溶接時に中空タービン翼に超音波をかけてやると表面張力が小さくなり、重力の影響が勝って溶着金属部は内方に凹んだアーチ形状になる。溶着金属部が内方に凹んだアーチ形状になっているため、周りから引張応力がかかると溶着金属部のアーチは曲率半径が大きくなる方向に変形して冷却時に発生する収縮による引張応力を緩和し、境界割れの発生を防止する。したがって、溶接時に赤外線や高周波加熱で母材を温めるための手間をはぶくことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１（Ａ）は本願請求項１記載発明の中空タービン翼の側面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。図２は図１（Ａ）の中空タービン翼の先端の部分拡大断面図である。図１（Ａ）、（Ｂ）および図２において、１はシュラウド付き中空タービン翼である。１ａは中空タービン翼１の先端のシュラウドで、平面図上Ｚ形になっている。１ｂは中空タービン翼１の基端部の端面、１ｃはシュラウド１ａに設けられたシールフィンである。２は中空タービン翼１の空洞部である。３は中空タービン翼１の先端のシュラウド１ａに設けられたセラミックス製中子溶出用孔、４は中空タービン翼１の基端部の端面１ｂに設けられたセラミックス製中子溶出用孔である。５は、たとえば、ＴＩＧ溶接法により溶接して塞いだ溶着金属部で、断面が内方に凹んだアーチ形状を有している。セラミックス製中子溶出用孔３を溶接で塞ぐ際、中空タービン翼１に、後述する超音波発信装置により超音波振動を与えながら溶接を行なうことによって内方に凹んだアーチ形状の溶着金属部５を形成する。なお、孔３の幅が広く、溶着金属５の溶着時の表面張力が小さい場合は、超音波振動を与えなくても重力の作用で溶着プールが垂れ下がるので、溶着金属部５は内方に凹んだアーチ形状になる。
【００１４】
図３は超音波発信装置の概念図である。図において、１１は超音波発信装置である。超音波発信装置１１は、高周波発生装置６、超音波発信器７、振動を増幅するブースタ８、ブースタ８の先端に設けられた振動端子９によって構成されている。１０は中空タービン翼１の先端を支持するばねで、振動端子９に対峙して中空タービン翼１の先端を左右から挟む。
【００１５】
中空タービン翼１のセラミックス製中子溶出用孔３を溶接するときは、溶接部がほぼ水平になるように中空タービン翼１の先端をばね１０と振動端子９により左右方向から押し付けて支持する。次に中空タービン翼１の先端のシュラウド１ａに設けられたセラミックス製中子溶出用孔３をＴＩＧ溶接法により溶接して塞ぐ。溶接はアークを左右にわずかに振りながら孔３の長手方向に移動させて行なう。溶接している間、超音波発信装置１１によって振動端子９に２０〜６０ｋＨＺの振動を与える。
【００１６】
次に本実施形態の作用を説明する。中空タービン翼１の先端のシュラウド１ａ、基端部の端面１ｂにあるセラミックス製中子溶出用孔３、４のいずれか一方、通常は使用時の応力の小さい先端のシュラウドの孔３を、溶着金属部５の断面が内方に凹んだアーチ形状になるように溶接で塞ぐ。通常、溶接はＴＩＧ溶接法によりアークを左右にわずかに振りながら孔３の長手方向に移動させて行なう。孔３の幅が広く、溶着金属部５の溶融時の表面張力が小さい場合は、重力の作用で溶着プールが垂れ下がるので、溶着金属部５は内方に凹んだアーチ形状になる。しかし、通常、孔３の幅が狭く、溶着金属部５の溶融時の表面張力が大きいので、表面張力が重力に勝るため溶着金属部５は内外方に出っ張ってしまう。そのため、溶接時に中空タービン翼１に超音波をかけてやると表面張力が小さくなり、重力の影響が勝って溶着金属部５は内方に凹んだアーチ形状になる。溶着金属部５が内方に凹んだアーチ形状になっているため、周りから引張応力がかかると溶着金属部５のアーチは曲率半径が大きくなる方向に変形して冷却時に発生する収縮による引張応力を緩和し、境界割れの発生を防止する。したがって、溶接時に赤外線や高周波加熱で母材を温めるための手間をはぶくことができる。
【００１７】
本発明は、以上述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の中空タービン翼および中空タービン翼の製作方法は、中空タービン翼の長手方向の両端面に設けられたセラミックス製中子溶出用孔のいずれか一方を、溶接して溶着金属部の断面が内方に凹んだアーチ形状になるように塞ぐ。溶接終了後の熱収縮を、溶着金属の変形で補うようにして収縮による引張応力を緩和し、境界割れの発生を防止する。したがって、溶接時に赤外線や高周波加熱で母材を温めるための手間をはぶくことができるなどの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本願請求項１記載発明の中空タービン翼の側面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。
【図２】図１の中空タービン翼の先端の部分拡大断面図である。
【図３】超音波発信装置の概念図である。
【図４】（Ａ）は従来の中空タービン翼の側面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。
【図５】図４の中空タービン翼の先端の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１　中空タービン翼
１ａ　シュラウド
１ｂ　基端部の端面
１ｃ　シールフィン
２　空洞部
３、４　セラミックス中子溶出用孔
５　溶着金属部
６　高周波発生装置
７　超音波発信器
８　ブースタ（増幅器）
９　振動端子
１０　ばね
１１　超音波発信装置
【図１】
2004137947.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004137947.tif 000006
【図５】
2004137947.tif 000007