(57)【要約】      （修正有）【課題】第１の金属で作られた第1の部材と、第２金属で作られ、第２金属がこのような元素が存在しない第１の金属と脆性金属間化合物の連続した層を形成することができる第２の部材とを融接する融接法の提供。  【解決手段】第１の部材２２と第２の部材２６の接合面２４、２８を接触させて配置した状態で、融接温度まで接合面２４、２８を加熱するのに十分であるように選択された量と時間とを組み合わせて、接合面２４、２８においてエネルギを発生させる。第１の部材２２の接合面２４は、第２の部材２６の表面２８から離れて角度２９で開いた外側エッジ部分２５を備える。この逃げ面は、プラズマ・ジェットが間隙３０を出ることが可能となるように約３°から６°とする。【選択図】      図１
2005169500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接合面（２４）を有する第1の部材（２２）を、第２接合面（２８）を有する第２の部材（２６）と溶接するための融接法であって、前記第１及び第２接合面（２４、２８）が接触状態で配置されて融接され、
前記第1の部材（２２）は、前記第１接合面（２４）に脆性金属間化合物の連続した層を形成することができる少なくとも１つの識別されている元素が存在しない第１の金属で作られており、
前記第２の部材（２６）は、前記少なくとも１つの識別されている元素を含む第２金属で作られており、
前記接合面（２４、２８）を融接温度まで加熱するのに十分であるように選択された量と第１の時間とを組み合わせて前記第１及び第２接合面（２４、２８）でエネルギが発生され、前記第１の時間は、前記接合面（２４、２８）において前記脆性金属間化合物の連続した層を前記融接温度で形成することを可能にする第２の時間よりも短いことを特徴とする融接法。
【請求項２】
少なくとも１つの識別されている元素が存在しない中間層金属（５４）が、エネルギが発生される前に前記第２の部材（２６）の第２接合面（２８）と結合され、前記中間層金属（５４）は第３中間層接合面（５６）を含み、前記エネルギは組み合わせた状態の前記第１（２４）及び第３（５６）接合面で発生することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
タービン・エンジン翼配列部材（５８）の損傷を受けた部分（４８）を修復するための請求項１に記載の方法であって、前記第２の部材（２８）は前記損傷を受けた部分（４８）を含むエーロフォイル（４０）であり、前記第1の部材（２２）は前記第１接合面（２４）を含む交換部材であり、
前記損傷を受けた部分（４８）が前記第２の部材（２８）から除去されて前記第２接合面（２８）を形成し、
前記交換部材（２２）は、前記エネルギが前記エーロフォイル（４０）に前記交換部材（２２）を融接するために発生させるときに、前記第１接合面（２４）が前記第２接合面（２８）と接触しているように配置されることを特徴とする方法。
【請求項４】
第１接合面（２４）を有する第1の部材（２２）を、第２接合面（２８）を有する第２の部材（２６）と溶接するためのパーカッション・アーク融接法の形態の請求項１に記載の方法であって、該方法は、前記第１（２４）及び第２（２８）接合面をこれらの間の点火部材（３２）と接触した状態で配置すると共に、前記点火部材（３２）を気化させて且つ前記接合面（２４、２８）を互いに付勢して溶融アーク溶接するのに十分な電流エネルギを前記表面（２４、２８）と前記点火部材（３２）とに通す段階を含み、
前記第1の部材（２２）は、前記第１接合面（２４）に脆性金属間化合物の連続した層を形成することのできる少なくとも１つの識別されている元素が存在しない第１の導電性金属で作られており、
前記第２の部材（２６）は、前記少なくとも１つの識別されている元素を含む第２の導電性金属で作られており、
前記第１及び第２接合面（２４、２８）は、これらの間の間隙（３０）にわたり並置して配置されており、
前記少なくとも１つの識別されている元素が存在しない第３の導電性金属で作られた少なくとも１つの点火部材（３２）が、前記間隙（３０）内に配置されており、
前記第１及び第２接合面（２４、２８）を前記少なくとも１つの点火部材（３２）に向けて該点火部材と接触した状態で押圧するように力（３８）が加えられて、前記第1の部材（２２）、前記少なくとも１つの点火部材（３２）、及び前記第２の部材（２６）を通る導電経路を形成し、
前記第１及び第２の部材（２２、２６）は、前記少なくとも１つの点火部材（３２）をプラズマ・ジェットへと気化させるのに十分な量と第１の時間の電気エネルギの流れを前記導電性経路に通すことによって前記第１（２４）及び第２（２８）接合面で融接され、該プラズマ・ジェットは、前記第１（２４）及び第２（２８）接合面を清浄にすると共に、前記力（３８）が前記第１（２４）及び第２（２８）接合面を接触状態に移動させるときに、電気アークが前記第１（２４）及び第２（２８）接合面間を通って該第１（２４）及び第２（２８）接合面を融接温度まで加熱するための媒体を提供するものであり、
前記第１の時間は、前記融接温度で前記接合面（２４、２８）に前記脆性金属間化合物の連続した層を形成するのを可能にする第２の時間よりも短いことを特徴とする方法。
【請求項５】
少なくとも１つの識別されている元素が存在しない中間層金属（５４）は、エネルギが発生する前に前記第２の部材（２６）の第２接合面（２８）と結合され、前記中間層金属（５４）は第３中間層接合面（５６）を含み、前記エネルギは組み合わせた状態の前記第１（２４）及び第３（５６）接合面で発生することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の部材（２６）が前記損傷を受けた部分（４８）を含むエーロフォイル（４０）であり、前記第1の部材（２２）が前記第１接合面（２４）を含む交換部材であり、
前記損傷を受けた部分（４８）は前記第２の部材（２６）から除去されて前記第２接合面（２８）を形成し、
前記交換部材（２２）は、前記エーロフォイル（４０）に前記交換部材（２２）を融接するために前記エネルギを発生させるときに、前記第１接合面（２４）が前記第２接合面（２８）と接触しているように配置されることを特徴とする、タービン・エンジン翼配列部材（５８）の損傷を受けた部分（４８）を修復するための請求項４に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの識別されている元素が存在しない前記第１の金属で作られ、該少なくとも１つの識別されている元素が前記第１の金属と脆性金属間化合物の連続した層を形成することができる第1の部材（２２）と、
前記少なくとも１つの識別されている元素を含む第２金属で作られた第２の部材（２６）と、
を含み、
前記第１（２２）及び第２（２６）部材が前記脆性金属間化合物の連続した層が存在しない溶接部（５０）で融接されることを特徴とする溶接物品（５２）。
【請求項８】
前記溶接部（５０）は、約１０ミルを超えない熱影響部を有することを特徴とする請求項７に記載の物品（５２）。
【請求項９】
前記第２の部材（２６）が半径方向外側の先端部分（４２）を含むブレード・エーロフォイル（４０）であり、
前記第1の部材（２２）が前記半径方向外側の先端部分（４２）に融接されることを特徴とするタービン・エンジン翼配列部材（５８）の形態の請求項７に記載の物品（５２）。
【請求項１０】
前記第２の部材（２６）が外側表面を含むブレード・エーロフォイル（４０）であり、
前記第1の部材（６４、６６）が前記エーロフォイルの外側表面の少なくとも１つの別個の部分（６０、６２）に融接されることを特徴とする請求項７に記載の物品（５２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な異種合金で作られた部材の溶融型溶接に関し、より詳細には、その少なくとも１つが結果として得られる溶接部に脆性で低延性の金属化合物のほぼ連続した層を形成することのできる元素を含むこのような合金の溶接に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガスタービンエンジンである発電装置は、タービン部分のような高温動作区域において元素Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉのうちの少なくとも１つをベースとする高温合金から作られた構成部品を含む。超合金とも称される、通常使用される超合金の典型的な実施例はＮｉ基超合金であり、これは、析出強化、固溶体強化、及び／又は、耐高温環境を含む様々な目的のための合金化元素を含むことができる。本発明に対して特定の関心のあるこのような元素のうちの１つの実施例は、少なくとも耐高温酸化用にＮｉ基超合金中に含まれ、析出強化用の特定の合金中に一般に約２から８重量パーセントの範囲の量で含まれるＡｌである。
【０００３】
Ｎｉ基超合金で作られたタービン部分構成部品の１つのタイプは、特許文献１で説明されている空気冷却タービンブレードである。一般に、このようなタービンブレードは、その半径方向外側端部でエーロフォイル周縁近傍に半径方向外方へ延びる「スクイーラー先端」とも称されるリブを含む。Ｒｅｎｅ（登録商標）Ｎ５合金として商業的に知られており、特許文献２に更に十分に説明されているＮｉ基超合金製のこのようなタービンブレードの実用運転の間、様々な種類の実用損傷が観察された。１つの実施例において、半径方向外側のブレード端部又は先端部分が、ブレード先端上又はブレード先端にわたって流れる高温ガスによって、及び／又は回転しているブレード先端と取り囲む固定構造体との間の干渉によって明らかに損傷を受けることが観察された。この一般的な種類の運転損傷は、長年にわたりガスタービンエンジン技術において観察されており、様々な方法及びタービンブレード先端構成が報告されてきた。これは、例えば特許文献３で説明されている。運転損傷の別の実施例は、これに沿って高温エンジンの燃焼生成物が流れる個別の外側エーロフォイル表面又は領域上で観察された物品表面或いはコーティング損傷又は磨耗である。このような表面又は領域の実施例は、特許文献４、及び特許文献５で説明されている。
【０００４】
このような損傷がタービンブレード先端又は端部部分、及び／又はエーロフォイル表面に発生する場合には、少なくとも経済的な考慮事項に基づくと、ブレードを交換するよりも損傷を修復する方がより適切である。貴金属元素Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、及びＰｔのうちの少なくとも１つをベースとする高温合金は、酸化、硫化、及び流体流耐磨耗性のうちの少なくとも１つの影響を受けるタービンエンジン・タービンブレード部分の耐温度性及び運転寿命性能を伸ばす大きな可能性を提供することが認められた。損傷を修復するか或いは運転損傷に耐えるよう物品性能を高めるために、このような合金を運転条件に応じて物品上の明確に識別できる特定で且つ個別の位置に取付けることによって、こうした運転性能を伸ばすことが可能となる。必要とされるのは、このような取付けが達成できる接合方法である。
【０００５】
部材又は表面部分の接合又は溶接に対して、タービンブレードを含むタービン・エンジン構成部品の修復で現在使用されている様々な報告された方法は、既存の合金と交換用の合金との間の並置され協働する接合部分の融解及び溶融に帰する。このような方法は、当該技術分野で公知であるが、当業者に溶融、プラズマ、レーザ及びＳＷＥＴ溶接法と呼ばれるものを含む。このような方法は、接合されている合金の元素が融解及び混合を生じるのに十分な時間の間、並置された接合面部分に熱エネルギを付加する段階を包含する。このような混合段階は、冷却されるときに一部の環境下では割れを生じ得る応力を発生する可能性がある、広い液相線−固相線バンドを生成することが観察されている。特定の金属又は合金の組み合わせにおける割れをもたらす、このような後続の冷却段階の状況には、事実上ほぼ連続した化合物の層又は膜の形成が含まれる。
【０００６】
Ｎｉ基超合金などの高温合金は、典型的にはＡｌである少なくとも１つの元素を含み、場合によっては他の元素と共に比較的低延性の化合物を形成することができる。幾つかのＮｉ基超合金においては、このような化合物は、望ましい明確に区別できる島状析出物として生成され、該析出物は、例えばＮｉ３（Ａｌ，Ｔｉ）型の析出物であり、合金を強化する傾向がある。しかしながら、特定の異種金属及び／又は合金の接合された表面間の溶接部に低延性合金のほぼ連続した層又は膜が形成されると、溶接後或いは溶接部の後続する加熱段階後の何れかの冷却時に結果として溶接部割れを生じることが観察されている。一般に、このような合金は、当該技術分野では脆性金属間化合物と呼ばれる。
【０００７】
溶接された接合部位置でのこのようなほぼ連続した有害層を形成する結果をもたらす、当該異種金属及び合金の１つの組み合わせは、Ａｌを含むＮｉ基超合金と、貴元素Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、及びＰｔの中の少なくとも１つをベースとする金属又は合金との溶融である。例えば、Ａｌ−Ｐｔに対する相平衡状態図を調べると、最大約１６００°Ｃでの温度において約６５重量パーセントのＰｔで始まり最大約９５重量パーセントＰｔまで延びる、ＡｌとＰｔの種々の金属間化合物が示される。従って、Ｐｔ及びＡｌが、溶接領域中に脆性金属間化合物のほぼ連続した層を生成できる時間にこのような組み合わせで融接を行うと、結果として溶接不良を生じる可能性がある。溶接部又はその熱影響部の割れは、溶接中又は溶接後、或いは後続の製造作業中の熱処理の結果、若しくは実用運転中の加熱及び冷却の結果として形成される可能性がある。従って、現在の典型的な溶融型溶接方法は、Ｎｉ基超合金（例えば、上で示されたＡｌを含むＲｅｎｅ（登録商標）Ｎ５合金）をＡｌを含まない高温貴金属又は金属合金（例えば、公称で重量パーセントで約２５Ｐｄ、３４．５Ｐｔ、０．５Ｚｒ及び約４０Ｒｈを含む合金）に溶接することは望ましくないことが分かった。このような合金の形成は、特許文献６でより完全に説明されている。接合溶接部における割れは、Ａｌの少なくとも１つの脆性金属間化合物にほぼ連続した層が形成される結果として生じたものである。
【特許文献１】米国特許第５，３８７，０８５号公報
【特許文献２】特開平０２−１５３０３７号公報
【特許文献３】特公昭６１−０３１２８２号公報
【特許文献４】特開２０００−２３４１８２号公報
【特許文献５】米国特許第６，１０６，２３１号公報
【特許文献６】米国特許第６，５７５，７０２号Ｂ２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
他の場合には特定の金属の組み合わせにより上述のほぼ連続した脆性合金層を形成する可能性がある、様々な異種金属及び／又は合金を急速に接合するための溶融型溶接方法を提供することによって貴金属元素をベースとする金属又は合金を使用することが可能となり、高温環境条件に対する運転耐性が高まることになるであろう。例えば、これまで報告されているこのような１つの公知の溶融型溶接方法は、電気エネルギの短時間バーストを印加することによって圧力下の接合部で別々の金属を急速に接合するのに使用されるパーカッション・アーク溶接法である。このような方法は、超小型電子技術分野で異種金属の接合に使用されてきた。溶接中に高温の元素と貴金属又は合金との間でこのような有害な相互作用が及ぶのを抑制して脆性金属間化合物のほぼ連続した層が形成されるのを防ぐように、このようなパーカッション溶接法の材料及びパラメータを適用し、特別に制御し、且つ選択することにより、これらの有効接合がタービン・エンジンにおける高温用に製造された物品の運転寿命を高めることが可能となるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１接合面を有する第1の部材を、第２接合面を有する第２の部材と融接することに関する。第１及び第２接合面は接触して配置されて共に融接される。本発明の１つの形態において、第1の部材は、このような第１接合面に脆性金属化合物のほぼ連続した層を形成することができる少なくとも１つの識別されている元素がほぼ存在しない第１の金属で作られる。第２の部材は、このような連続した層を形成することができる少なくとも１つの識別されている元素を含む第２金属で作られる。１つの方法形態において、エネルギは、第１及び第２接合面を融接温度まで加熱するのに十分な量と時間とを組み合わせて接合面に発生させる。しかしながら、このような加熱段階は、接合面に脆性金属間化合物のほぼ連続した層が融接温度で形成され得る第２の時間よりは短い第１の時間の間行われる。
【００１０】
別の形態において、本発明は、ある識別されている元素がほぼ存在しない第１の金属で作られ該第１の金属と脆性金属間化合物のほぼ連続した層を形成することができる第1の部材と、このようなある識別されている元素を含む第２金属で作られた第２の部材とを含む溶接物品を提供する。第１及び第２の部材は溶接部で共に融接され、該融接部には少なくとも１つの脆性金属間化合物のほぼ連続した層がほぼ存在しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
現在、使用中に損傷を受けたＮｉ基超合金などの高温超合金製のタービンブレードの溶接修復には、高温金属、或いは例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、及びＰｔなどの貴金属をベースとする合金を使用しない。少なくとも１つの識別されている元素（例えばＡｌ）が超合金中に存在する状態において通常の商用融接温度における温度と時間との組み合わせでは、溶接部中に少なくとも１つの脆性金属間化合物の事実上ほぼ連続した薄層が形成される結果となり、これは溶接部及び／又は該溶接部に隣接する溶接熱の影響を受ける区域の割れが生じることが観察されている。しかしながら、このような貴金属及びこれらの合金は、タービンブレード、特に高圧タービンブレード（両方とも修復された形態と同じように本来は製造されている）の運転性能を伸ばすことに対して大きな可能性を提供する。本発明の形態は、特定の異種金属の協働接合面間で接合部を溶融する間の相互作用の時間を、このような面の接合部に１つ又はそれ以上の脆性金属間化合物のほぼ連続した層を形成可能にする時間よりも短く制限する。
【００１２】
本発明に関連する融接とは、エネルギを与えて熱を発生させ、互いに接触して協働接合面（接合面としても知られる）の接合或いは結合を可能にすることを意味する。この加熱段階は、このような協働接合面間で元素の移動を可能にする温度に至るまで、及びそれまでの時間に行われる。本発明の形態によれば、このような温度におけるこのような加熱時間は、識別されている金属間化合物のほぼ連続した層が接合面において形成されるのを回避するように選択される。通常、結果として得られる溶接部の形態によっては、固相溶接又は接合の一般的外観を有する場合がある。
【００１３】
脆性金属間化合物のほぼ連続した層を溶接領域に形成することのない、このような融接に対する本発明の一実施形態は、従来の溶融タイプ溶接の間にこのような有害な層を形成する可能性のある少なくとも１つの識別されている元素を含む他の合金に対して、貴金属及びこれらの合金をパーカッション・アーク融接する方法である。例えば、識別されている元素Ａｌを通常約６重量パーセント含む上記に示したＲｅｎｅ（登録商標）Ｎ５  Ｎｉ基超合金に対してのＰｔ部材の現行の商用融接は、結果としてプラチナ・アルミナイドを含む脆性金属間化合物のほぼ連続した層を溶接部に形成する。本明細書で使用される語句「脆性金属間化合物の連続した層」とは、事実上ほぼ連続しており、且つ凝固割れ及び／又は結果として得られた溶接／基金属系の物理特性損失を生じる、溶接部中の層及び／又は溶接熱が影響を与えた区域中の層を意味する。更に、このような脆性金属間化合物層を形成することができる識別されている元素に関して本明細書で使用される用語「存在しない」は、何らかのこのような元素が、僅かな無視できる量は別として結果として溶接割れを生じるこのような化合物の十分に連続した層を形成することができる量が存在しないことを意味する。従って、本発明に関連する金属間化合物のほぼ連続した層は、強化用としてあるＮｉ基超合金中に含まれる例えばＮｉ３（Ａｌ、Ｔｉ）型の、上述の点在されて形成された類似化合物とは区別される。このような連続した層の有害な性質は、例えば後続の製造工程又は実用運転の間にガスタービンエンジン物品によって受ける可能性がある加熱と時間と共に増大する恐れがある。
【００１４】
本発明は、図面を参照することにより更に明確に理解されるであろう。本発明の方法の１つの形態の実施における組立体の一実施形態は、図１の概略部分図に示される。全体を２０で示されるこの組立体は、通常商業的に利用される適切な工具（図示せず）によって所定位置に維持され、第１接合面２４を含む第1の部材２２を含む。第1の部材２２は、元素Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ及びＰｔのうちの少なくとも１つをベースとする導電性の第１の金属で作られており、この特定例においては、上記に示したＲｕ６０合金である。第２接合面２８を含む第２の部材２６は、接合面２４及び２８が互いに対面するように間に間隙３０をはさんで第1の部材２２と間隔を置いて並置して配置される。第２の部材２６は、導電性の第２の合金で作られており、該合金は、第１の金属を有する脆性金属間化合物のほぼ連続した層を形成することができる識別されている少なくとも１つの元素を含む。例えば、この特定の実施形態においては、第２の合金は、元素Ａｌが存在しないＲｕ６０合金とこのような脆性金属間化合物層を形成することができる識別されている元素Ａｌが含まれる上記に示したＮｉ基超合金Ｒｅｎｅ（登録商標）Ｎ５であった。Ｒｅｎｅ（登録商標）Ｎ５Ｎｉ基超合金の他の元素は、同様の脆性金属間化合物を形成することができるが、Ａｌよりもゆっくりとした速度で形成される。
【００１５】
図１の実施形態において、第1の部材２２の接合面２４は、第２の部材２６の表面２８から離れて角度２９で開いた外側エッジ部分２５を備える。このような逃げ面は、本発明の方法の１つの形態を実施する際に、以下に説明するプラズマ・ジェットが間隙３０を出ることが可能となるように設けられる。例えば、このような角度は、約１０°を超えない範囲、より具体的には約３°から６°であった。
【００１６】
接合面２４及び２８間の間隙３０中に第３の導電性金属又は合金製の少なくとも１つの点火部材３２が配置され、該部材は第１の金属及び第２の合金の両方と相容性があり、識別されているこのような元素は存在しない。例えば、この実施例の第１及び第２の部材との相容性のための点火部材３２は、元素Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ及びＰｔのうちの少なくとも１つをベースとする金属又は合金で作ることができ、或いはＮｉなどの第1の部材のベースとなる同様の金属とすることができる。この実施形態においては、点火部材３２は、第１及び第２の部材２２及び２６とは別個の明確に識別できる部材であった。しかしながら、このような点火部材には第２の部材と脆性金属間化合物を形成することができるどのような識別されている元素も存在しない場合は、１つ又はそれ以上の点火部材は、第１及び第２の部材の何れか又は両方と一体化されるか、或いはその一部とすることができる。
【００１７】
第1の部材２２及び第２の部材２６間にコンデンサ３４で示されるエネルギ手段を含む電気回路の構成要素が接続されており、これは、例えば商業的コンデンサ型放電溶接機からの標準電源（図示せず）によって駆動される。このような装置は、接合面２４及び２８で脆性金属間化合物のほぼ連続した層を形成することが可能となる第２の時間より短い（例えば約１秒より短い）第１の時間（例えば約１０マイクロ秒を超えない）を除いては、点火部材３２をプラズマ・ジェットへと気化させるのに十分な量で選択された電気エネルギの流れを短時間バーストとして供給することが可能であった。この電気回路はまた、電気スイッチ３６及び回路配線３７を含む。
【００１８】
組立体２０に関連するのは、第1の部材２２、点火部材３２、及び第２の部材２６を通る導電性経路を形成又は完成させるために、第１及び第２接合面２４及び２８を点火部材３２に向かって加圧してこれと接触させることができる付勢手段（矢印３８で示される）である。付勢手段３８は、他方の部材を固定して保持して第１又は第２の部材の何れかに加えるか、或いは両方の部材に加えることができる。加えられた力の量は、少なくとも電気的接触を形成するのに十分であり、部材表面の過剰な又はどのような変形もないのが好ましい。
【００１９】
図１に示す組立体及び回路における上述の特定の部材の実施形態に関しては、本発明の方法形態を評価する際に、６キロジュールの商用コンデンサ型放電溶接機による電力発生源が１２００マイクロファラッドのコンデンサ３４を充電するため約３０００Ｖの電位で電気エネルギ流を供給した。約６００ポンドのバネ予加重の付勢手段３８により所定位置に組み立てられた部材を用いて電気回路を完成し、スイッチ３６を閉成した。コンデンサ３４は、約６マイクロ秒、好ましくは約１０マイクロ秒を超えず、約５００マイクロ秒から１秒の持続時間の範囲にある第２の時間より短い範囲の第１の時間の間、約１８０，０００アンペアの出力の電気エネルギの短時間バースト流を放電した。このような組み合わせによって、結果として得られた溶接部に脆性金属間化合物のほぼ連続した層を形成することが可能な時間の間、接合面２４及び２８の加熱が防止された。
【００２０】
点火部材３２を通過する電気エネルギ流は、点火部材３２の材料をプラズマ・ジェットへと気化させるのに十分であった。プラズマ・ジェットは、接合面２４及び２８に接触して該接合面から表面の汚れを清浄にし、又は除去する。接合面２８と角度２９をなす接合面２４の外側部分２５の開きはプラズマ・ジェットを可能にし、該開きは電気アークがこのような接合面間を通って間隙３０を出るための媒体を提供した。同時に、電気アークは、このような接合面を接合温度まで局部的に加熱し、付勢手段３８は、この清浄にされた並置した接合面を（好ましくは突合せが殆どないか又は全くない状態で）融接により溶接するのに十分な力レベルで密接な接触状態にまで押圧した。融接は極めて幅が狭く、固相接合の外観を有した。電気エネルギの印加は、部材を互いに融接する上では十分に高かったが極めて短時間であり、溶接部の冷却速度は急速で、例えば１秒当たり１０５Ｋ（絶対温度）を上回るものであった。このような急速冷却は、好ましくない脆性金属間化合物のほぼ連続した層が溶接部に形成される可能性を減少させた。
【００２１】
本発明の実施形態によれば、このような方法の実施から結果として得られたものは、約１０ミルを超えず、上記実施例においては約１ミルを超えない極めて幅の狭い熱影響部を有する溶融型の溶接部を含む物品であった。このような極めて幅の狭い熱影響部は、識別されている脆性金属間化合物（例えばルテニウム・アルミナイド）の形成が回避又は抑制されるこうした短時間内（この実施例においては約１０マイクロ秒を超えない時間）で生成され、該脆性金属間化合物の形成は時間と温度とに依存する。冶金技術分野でよく知られているように、溶接部に隣接したＨＡＺとも称される熱影響部は、溶接部における基材までの範囲であり、そこでは、特定のレベルの熱に曝された結果として材料の形態学に対して或いは微細構造内の局所的変化が生じる。例えば、化合物の形成、析出、結晶粒の成長及び／又は粒度及び硬度の変化が生じ得る。
【００２２】
本発明の方法形態の適用は、例えばタービン・エンジンの翼配列部材部分などの物品の修復及び強化にある。１つの実施例は、上で識別され且つ論議され、図２の概略部分斜視図に示される種類及び材料などの、空気冷却された回転するガスタービンエンジンタービンブレードの損傷を受けた先端部分又は「スクイーラー」先端である。ブレードは、半径方向外側のブレード先端部分４２に終端するエーロフォイル４０を含んでいた。先端部分４２は、当該技術分野で良く知られるように、リブ４６が半径方向外方に延びるプレート４４を含んでいた。図３は、図２の線３−３に沿った先端部分４２の部分断面図である。
【００２３】
エンジン実用運転中にリブ４６に対する損傷が生じ得ることが観察されてきた。一般にこの損傷は、関連する固定構成部品との干渉の結果及び／又は特定のエンジン設計及び運転に特有の先端４２にわたる高温ガスと燃焼生成物の流れパターンの結果として選択された場所において生じた。上記に示されたＲｅｎｅ（登録商標）Ｎ５  Ｎｉ基超合金製のガスタービンエンジン・タービンブレードに対するこのような損傷の１つの実施例は、図４の概略部分斜視図、図４の線５−５に沿った図５の部分断面図、及び図４の線６−６に沿った図６の部分断面図において全体的に４８で示されている。
【００２４】
本発明の一実施形態によるこのような損傷の修復は、図１に関連して説明され、且つ上に示されている図５、７、８、及び１０の部分断面図に示されたように、損傷を受けた部分４８をリブ４６から除去して第２接合面２８を形成する段階を含む。次いで、リブ４６の残り部分は、例えば図７、８及び９の部分断面図に示されたように、上述の第２の部材２６を構成した。図９、１０及び１１の部分断面図における第１の部材又は交換部材２２は、上述のＲｕ６０合金製であり且つ第１接合面２４を含み、図１に関連して説明された方法を使用して溶融型溶接部５０の位置で溶接される。図１０の部分断面図の実施形態は、接合面２４及び２８間に配置された例えばＡｌが存在しないＮｉワイヤセグメントである幾つかの点火部材を示しており、その数は接合面２４及び２８の長さに応じて選択された。溶接段階の後、交換部材２２の任意の余分な部分を研磨及び機械加工などの公知の材料除去方法を用いて適切に取り除いてリブ４６と融合させ、図９及び図１１の部分断面図において全体が５２で示される溶接された物品が得られる。物品５２は、脆性金属間化合物のほぼ連続した層が存在しない幅狭の熱影響部にわたって溶接部５０で融接された第１及び第２の部材２２及び２６を含む。
【００２５】
本発明の別の形態は、第1の部材２２と第２の部材２６との間に中間層或いは遷移金属を含む段階を含む。このような中間層は、例えば、ガスタービンエンジン実用運転中に第２の部材２６から溶接部５０をわたり第1の部材２２に向かって高温で拡散することができる、Ａｌなどの元素に対する障壁又は「ゲッター」として作用するように使用できる。上で論議されたように、ガスタービンエンジン運転温度下での第1の部材２２における元素Ａｌは、溶接部で拡散して脆性金属間化合物のほぼ連続した層を形成することができ、これは結果として該溶接部に割れを生じさせる可能性がある。更に、このような中間層は、第１と第２の部材との間の機械的或いは物理的特性の差異を調整することができる。このような中間層用の合金の実施例は、ほぼＡｌが存在しないＣｒ−Ｎｉ−Ｐｄ合金である。
【００２６】
図１２の概略部分図は、組立体に類似したものであり、図１の実施例におけるのと同様の部材及び構成要素を含む。しかしながら、図１２は、第２の部材２が表面２８に結合された第３の金属又は合金部材５４を含む組立体２０を示している。部材又は金属５４は、本発明の方法形態の実施の結果として形成された物品における、第1の部材２２と第２の部材２６との間の中間層である。第３の或いは接合部材又は金属５４は、間隙３０にわたって第1の部材２２の接合面２４と並置して配置された第３接合面５６を含む。図１に関連して説明された方法の実施を繰り返すことによって、図１３の部分断面図に示された物品が結果として得られた。このような、例えば図２及び図１１のブレード先端である物品は、中間層部材５４及び第1の部材２２を含む溶接された先端交換部分を含み、上述のようにブレード先端を強化し且つブレード先端に対する損傷を修復した。
【００２７】
本発明の更に別の実施形態は、第１の金属をベースとする少なくとも１つの第1の部材を物品の少なくとも１つの横方向表面に対するオーバーレイとして融接する段階を含む。例えば、コーティングに類似するこのようなオーバーレイは、本発明の方法を実施することにより、図２に示されるブレード・エーロフォイル４０の表面の選択された部分に溶接することができる。ガスタービンエンジン実用運転の間、タービンブレード・エーロフォイルの選択された表面部分は、他の表面部分よりもより厳しい高温環境の損傷を受ける可能性があることが観察されてきた。このような条件及び表面損傷の実施例は、特開２０００−２３４１８２号に説明されており、更にエーロフォイル凹部側から見たガスタービンエンジン・ブレード５８の本発明の図１４の概略斜視図に示されている。更に損傷に曝されている典型的な別個の局所的表面部分領域６０及び６２は、エーロフォイル４０の凹部上に示されている。
【００２８】
例えば図１及び図１２に関連して示され且つ説明されるような本発明の方法形態を実施することは、図１４に基づいた図１５の部分図における６４及び６６のような第1の部材をエーロフォイル４０に溶接するのに使用することができる。このような第1の部材は、隣接したエーロフォイル表面に適切に融合する場合、実用運転前に図１４の６０及び６２のような個別表面領域を強化することができ、或いは実用運転後にこのような表面を修復することができる。
【００２９】
本発明を特定の実施例、実施形態、構造、材料及び方法に関して説明してきた。しかしながら、これらは本発明の範囲をどのようにも限定するものではなく、典型的及び代表的なものを意図すると理解されるべきである。例えば、タービン・エンジン、金属材料、金属接合及び溶接、並びにこれらの組み合わせに関連して従事する当業者であれば、変形及び変更が可能であることを理解するであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明方法を実施する装置の１つの概略図における第１及び第２の部材組立体と点火部材の組立体の概略部分図。
【図２】タービンエンジン・タービンブレードの半径方向外側部分の概略部分斜視図。
【図３】図２のタービンブレード先端部分の３−３に沿った部分断面図。
【図４】損傷を受けた先端部分を示す図２と同様のタービンブレードの概略部分斜視図。
【図５】損傷を受けた先端部分を示す、図４のタービンブレード先端部分の５−５に沿った部分断面図。
【図６】損傷を受けた先端部分の別の図を示す、図４のタービンブレード先端部分の線６−６に沿った部分断面図。
【図７】損傷を受けた先端部分が除去された状態の図５と同様の断面図。
【図８】損傷を受けた先端部分が除去された状態の図６と同様の部分断面図。
【図９】溶接された交換先端部分を備えた図７の構造体の断面図。
【図１０】本発明の方法形態の実施による交換先端部分を所定位置に備えた図８と同様の図。
【図１１】ブレード先端に交換先端部分を溶接した後の図１０と同様の図。
【図１２】第２の部材が第1の部材と溶接されることになる第３の金属又は合金の少なくとも１つの中間層を含む図１と同様の組立体の概略部分図。
【図１３】図１２に示される中間層を含む溶接された交換先端部分の別の形態を備えた図７の構造体の断面図。
【図１４】実用運転の結果として表面劣化の影響を受けた個別の局部的表面領域を熱パターンで示す凹側からのガスタービンエンジン・ブレードの斜視概略図。
【図１５】ブレード・エーロフォイルの個別の選択された表面領域で溶接された材料の強化を示す図１４のブレードの部分図。
【符号の説明】
【００３１】
２２  第1の部材
２４  第１接合面
２６  第２の部材
２８  第２接合面
３０  間隙
３２  点火部材
４０  エーロフォイル
４８  損傷を受けた部分
５０  融接部
５２  溶接された物品
５４  中間層金属
５６  中間層接合面
５８  翼配列部材
【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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【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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【図１５】
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