(57)【要約】【課題】機械加工や溶接を用いて、腐食や亀裂などの損傷した金属製の基板の穴を修復する改良した方法を提供する。【解決手段】損傷した穴１０２を修復するステップは、亀裂１０８を特定するステップと、この亀裂１０８を囲むように月形もしくはこれに類似した形状の修復形状１１０を画定するステップと、リーマなどの最適な工具を用いて機械加工することによって、亀裂１０８を含む基板１００の一部分を除去するステップと、除去した部分を埋め戻すために溶接材１２４を基板１００に溶接するステップと、を備える。必要に応じて、溶接後に仕上げ工程を追加で行ってもよい。これによって、設計図の仕様と比較して穴を大きくすることなく基板１００の損傷した部分を修復することができる。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴の欠陥を修復する方法であって、
この方法は、
所望の穴の形状に近接した基板の部分を非同心円形に除去することによって、上記基板の所望の穴の形状もしくはこの穴の形状の近くの１つ或いは複数の欠陥を除去し、
上記基板の上記非同心円部分を除去した後に、充填材を上記基板に溶接することを特徴とする修復方法。
【請求項２】
上記の方法は、さらに、所望の穴の形状が得られるまで上記充填材の一部分を除去することを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
【請求項３】
上記非同心円部分は、非円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
【請求項４】
複数の溶接法が、上記充填材を上記基板に溶接するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
【請求項５】
上記基板の非同心円部分の除去は、上記基板のＵ型ないし放物線状の形状部分の除去を伴うことを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
【請求項６】
上記の方法は、さらに、上記充填材を溶接することに先立って、上記の所望の穴の形状の周辺部に上記充填材を溶接するために、この穴の形状を実質的に画定する挿入物を上記基板の所望の穴の形状に相対して配置することを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
【請求項７】
上記充填材の溶接後に、上記の所望の穴の形状は、溶接後の機械加工の必要なしに上記基板内の上記挿入物によって画定されることを特徴とする請求項６に記載の修復方法。
【請求項８】
上記の方法は、さらに、上記挿入物を除去することを特徴とする請求項６に記載の修復方法。
【請求項９】
上記基板の非同心円部分を除去することによって、１つ或いは複数の欠陥が上記基板から除去されることを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
【請求項１０】
上記基板の非同心円部分の除去は、１つ或いは複数の欠陥を実質的に全て除去しつつ最小限に上記基板を除去することを特徴とする請求項１に記載の修復方法。
【請求項１１】
穴の欠陥を修復する方法であって、
この方法は、
所望の穴の形状及び第１の開口部の中心軸が互いに整列するように、上記の所望の穴の形状の直径より大きい実質的に円形の上記第１の開口部を上記基板に設け、
第２の開口部を上記第１の開口部の周辺部に隣接して配置し、かつ上記第１の開口部及び上記第２の開口部が繋がるように、上記第２の開口部を上記基板に設け、
上記第１の開口部及び上記第２の開口部の少なくとも一部分内に充填材を溶接することを特徴とする修復方法。
【請求項１２】
上記第２の開口部が設けられる前に、上記第１の開口部が設けられることを特徴とする請求項１１に記載の修復方法。
【請求項１３】
上記第２の開口部は、実質的に円形であり、この第２の開口部の中心軸は、上記第１の開口部の中心軸から離れて配置されることを特徴とする請求項１１に記載の修復方法。
【請求項１４】
上記の方法は、さらに、上記の所望の穴の形状が得られるまで上記充填材の一部分を除去することを特徴とする請求項１１に記載の修復方法。
【請求項１５】
穴の欠陥を修復する方法であって、
この方法は、
基板において中心軸を有する実質的に円形の穴もしくはこの穴の近くに位置する個々の欠陥を特定し、
上記の穴の中心軸から離れて中心軸が位置する第１の円形形状によって画定された領域内で、上記基板の材料を除去し、
上記第１の円形形状によって画定された領域の少なくとも一部分に充填材を溶接することを特徴とする修復方法。
【請求項１６】
上記の方法は、さらに、修復した穴を所望の形状に画定するために、上記充填材を機械加工により除去することによって上記の修復した穴を上記基板に設けることを特徴とする請求項１５に記載の修復方法。
【請求項１７】
上記の方法は、さらに、上記基板の実質的に円形の穴の周囲において、この基板の周縁の損傷を特定することを特徴とする請求項１５に記載の修復方法。
【請求項１８】
上記の方法は、さらに、上記の穴の中心軸と同軸の第２の中心軸を有する第２の円形形状によって画定された領域内で、上記基板の材料を除去することを特徴とする請求項１６に記載の修復方法。
【請求項１９】
上記第１の円形形状によって画定された領域内で基板の材料が除去される前に、上記第２の円形形状によって画定された領域内で上記基板の材料が除去されることを特徴とする請求項１８に記載の修復方法。
【請求項２０】
複数の溶接法が、上記充填材を上記基板に溶接するために用いられることを特徴とする請求項１５に記載の修復方法。
【請求項２１】
上記の方法は、さらに、上記充填材を溶接することに先立って、上記の所望の穴の形状の周辺部に上記充填材を溶接するために、この穴の形状を実質的に画定する挿入物を上記基板の穴の内側に配置し、上記充填材を上記基板に溶接した後に、上記挿入物を少なくとも部分的に除去することを特徴とする請求項１５に記載の修復方法。
【請求項２２】
修復した穴を有する部材であって、
この部材は、
母材からなる基板と、
上記基板を貫通し、中心軸及び周辺部を有する穴と、
上記母材に溶接され、上記基板の上記穴に隣接した非同心円部分に配置された少なくとも１つの充填材と、を備えることを特徴とする部材。
【請求項２３】
上記非同心円部分は、非円筒形状であることを特徴とする請求項２２に記載の部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の修復方法に関し、特に貫通した穴を有する損傷した基板を修復する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製の基板の磨耗、腐食、或いは他の損傷した穴を修復することは可能である。しかしながら、周知の修復方法は、母材である基板を過度に除去してしまう。例えば、６０６１アルミニウムでできているフランジのリベット穴の周辺部に生じた亀裂を修復するために、この穴は亀裂を除去するように、より大きな直径の穴に再加工される。即ち、円形の穴は、既存の損傷したリベット穴の中心軸と同軸かつ、所望の（つまり、設計図上の）リベット穴の直径より大きい直径に再加工される。その後、修復した穴を大きさや形状などのパラメータについて所望の設計図の仕様にするために、ブッシングが、再加工した穴の内側のフランジに圧入もしくは接着接合される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この種の修復は、構造的な修復ではなく、修復した構造の耐荷重特性は、理想的な耐荷重特性より小さい。また、母材であるフランジの除去により、修復できる回数が限られてしまう。
【０００４】
従って、金属製の基板の損傷した穴を修復する改良した方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、穴を有する基板の損傷を修復する別の方法を提供する。本発明による穴の欠陥の修復は、所望の穴の形状に近接した基板の部分を非同心円形に除去することによって、基板の所望の穴の形状もしくはこの穴の形状の近くの１つ或いは複数の欠陥を除去し、またこの基板の非同心円部分を除去した後に、充填材をこの基板に溶接することを含む。ある実施例においては、基板の所望の穴の最終的な形状を得るために、溶接後の仕上げ工程が必要となり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
ボルト穴、リベット穴、ならびに他の同様の穴や開口部を有する金属製の部材は、磨耗や腐食、或いは大きさの拡大や損傷を引き起こしやすい。このような穴もしくはこの穴の近くの損傷は、局部的な損耗による円周方向の損傷、亀裂、腐食、点食、伸びなどを含む。部材、特に該部材に形成された穴を所望の仕様に復元、即ち穴を設計図の仕様に復元するために、このような損傷を修復することができる。本発明によれば、該損傷は、初めに局部的な機械加工（或いは、他の適切な材料除去工程）を施すことによって除去され、その後、所望の特徴（例えば、大きさ、形状、及び位置）を有する穴をもたらすために、追加の材料が該部材に溶接される。場合によっては、修復工程を完全なものとするために、追加の機械加工などの更なる仕上げ工程を行ってもよい。
【０００７】
損傷した基板を修復するために、損傷部分が初めに特定される。目視検査、蛍光検査、渦電流、超音波、ならびにＸ線などの周知の非破壊検査法を用いることができる。損傷部分が特定されると、適切な修復処置が選択される。
【０００８】
ここで、“個々の損傷”とは、穴自体は実質的に寸法的に許容でき、穴もしくはこの穴の近くの基板の損傷を意味する。基板の穴の周辺部もしくはこの穴の周辺部の近くに位置した１つ或いは複数の局部的な亀裂などの個々の損傷を、下記のように修復することができる。図１Ａは、実質的に円形の貫通した穴１０２を有する基板１００を概略的に示している。この穴１０２は、中心軸１０４及び、半径ＲHでこの穴の中心軸１０４の周囲に位置する穴周辺部１０６によって画定される。基板１００の亀裂１０８が、穴１０２の周辺部１０６から延びている。月形の形状１１０が、亀裂１０８の周囲に定められる。月形形状１１０の外側エッジは、この形状１１０の中心軸１１２及び半径ＲPでこの中心軸１１２の周囲に位置する月形形状１１０の周辺部１１４によって画定される。この形状１１０の中心軸１１２は、穴中心軸１０４から離れて配置されるとともに、穴周辺部１０６内に位置する。月形形状１１０の内側エッジは、穴周辺部１０６の一部分によって画定される。亀裂１０８の全体が、この形状１１０内に位置する。半径ＲPは半径ＲHより小さく（しかしながら、このような関係は必須ではない）、また半径ＲPは、亀裂１０８の大きさならびに場所によって異なる。
【０００９】
基板１００の材料が月形形状１１０内で除去され、これにより、亀裂１０８を含むこの基板１００の材料の全てが除去される。材料は、機械加工（例えば、リーマ、ドリルビット、或いは他の工具の使用）もしくは他の適切な材料除去工程によって除去される。実際には、月形形状１１０は、基板１００の材料を除去する所望の工具（例えば、所望のドリルビット）に応じて画定することができる。一般的には、基板１００の材料（即ち母材）の除去を減らすことが望ましい。言い換えると、基板１００の亀裂１０８全体を除去する一方で、この基板１００を可能な限り現状のまま無傷に等しい状態にしておくことが望ましい。これは、月形形状１１０の中心軸１１２の位置及び半径ＲPの長さなどのパラメータの選択を通して実現可能である。
【００１０】
基板１００の材料が月形形状１１０内で除去されると、溶接材１２４が、この形状１１０の少なくとも一部分１２６を塞ぐように基板１００に溶接される。基板１００の材料が除去された月形形状１１０の少なくとも一部分が、溶接材１２４によって塞がれ、穴１０２を少なくとも概ね所望の仕様に画定する。航空宇宙産業で用いられる６０６１アルミニウム、インコネル（商標）７１８（高強度のオーステナイト系のニッケル―クロム―鉄合金）及び、６―４チタンなどの特定の基板においては、伝導熱抵抗溶接を用いることができる。伝導熱抵抗溶接法の例は、米国特許第６，５４５，２４４号明細書及び米国特許第６，２８１，４６７号明細書に記載されている。場合によっては、ガスタングステンアーク溶接や抵抗溶接などの他の溶接法も用いることができる。溶接材１２４は、所望の用途に応じて選択された溶接可能な材料でできており、また基板１００と同一の材料もしくは別の材料にすることができる。例えば、基板（即ち母材）及び溶接材（即ち充填材）の適切な組み合わせは、基板としてインコネル（商標）７１８と充填材としてインコネル（商標）７１８、基板としてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖと充填材として工業用純チタンまたはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ、基板として６０６１アルミニウムと充填材として４０４３アルミニウムまたは６０６１アルミニウム、基板としてＴｈｅｒｍｏｓｐａｎ（商標）（米国ペンシルバニア州ワイオミッシングのＣａｒｐｅｎｔｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から市販されている低膨張で析出硬化可能な鉄をベースにした合金）と充填材としてインコネル（商標）６２５またはＴｈｅｒｍｏｓｐａｎ（商標）、ならびに基板としてＷａｓｐａｌｏｙ（ニッケルをベースにした析出硬化可能な合金）と充填材としてＷａｓｐａｌｏｙである。さらに、米国特許第６，７４２，６９８号明細書ならびに米国特許出願第２００５／００６１８５８号明細書に開示された溶接可能な充填材は、ある用途では適切な溶接材１２４となり得る。
【００１１】
場合によっては、図１Ｂに示されているような溶接工程だけでは、溶接材１２４（即ち充填材）によって、最終的な仕様ならびに寸法公差が即座に形成されない。このような状況において、更なる仕上げ工程を行うことができる。例えば、余剰の溶接材１２８が、所望の穴位置１３０の周辺部内に存在し得る。余剰の溶接材１２８は、機械加工（例えば、リーマ、ドリルビット、或いは他の工具の使用）もしくは他の材料除去工程によって除去することができる。仕上げ工程後は、穴１０２が、図１Ｃに示すように所望の穴位置１３０と実質的に一致する。
【００１２】
基板の穴を修復するために、材料を除去して溶接する部分に他の形状を用いることが可能である。図２は、亀裂２０８を含む基板２００において中心軸２０４及び半径ＲHを有する穴２０２の別の修復形状２１０を概略的に示している。形状２１０は、概ね月形になっており、またこの形状２１０の中心軸２１２及び半径ＲP2でこの中心軸２１２の周囲に位置する周辺部２１４によって画定される外側エッジを有する。形状２１０の中心軸２１２は、穴２０２の周辺部２０６の外側に位置する。図３は、亀裂３０８を含む基板３００において中心軸３０４を有する穴３０２に対してＵ型ないし放物線状の形状３１０を概略的に示している。形状３１０は、穴３０２の周辺部３０６に沿った２つの離れた点の間に延びている周辺部３１４を有する。上述の図１Ａ、図１Ｂに記載されている修復処置を、それぞれ図２、図３で示される修復形状２１０、３１０を用いて行うことができる。
【００１３】
場合によっては、金属製の部材は、複数の種類の損傷を有する可能性がある。例えば、部材は、穴の近くに連続した損傷（例えば、重要部分に亘っている腐食損傷）や個々の損傷（例えば、複数の局部的な亀裂）を有する可能性がある。複数の種類の損傷を含む金属製の部材を、本発明の通りに複数の修復形状または局部的な修復形状からなる複合的な修復形状を用いて、修復することができる。図４Ａは、中心軸４０４及び半径ＲHDでこの中心軸４０４の周囲に位置する穴周辺部４０６によって画定される所望の穴位置４０２を有する基板４００を概略的に示している。腐食した穴周辺部４０７が、所望の穴位置４０２の近くに位置している。図４Ａで示すように、所望の穴位置４０２において当初形成された穴は、周縁が腐食しており、これにより元の穴より若干大きくなり、また腐食した穴周辺部４０７によって画定された不規則な形状の穴となっている。基板４００の亀裂４０８が、腐食した穴周辺部４０７から延びている。
【００１４】
第１に、実質的に円形の形状４１０が、半径ＲP3で穴の中心軸４０４の周囲に位置する第１の形状の周辺部４１４によって画定される。第１の形状４１０は、所望の穴位置４０２と同心になっている。半径ＲP3は、第１の形状４１０が、腐食した穴周辺部４０７全体を囲むように半径ＲHDより大きくなっている。Ｕ型ないし放物線状の第２の形状４１６は、第２の周辺部４１８によって画定される。第２の形状４１６は、亀裂４０８の全てが、第１の形状４１０及び第２の形状４１６内に位置するように、第１の形状４１０の周辺部４１４においてこの亀裂４０８の一部分を囲むように位置する。
【００１５】
基板４００の材料は、第１の形状４１０内で除去され、これにより、腐食した穴周辺部４０７を画定しているこの基板４００の材料が除去される。また、基板４００の材料が、第２の形状４１６内で除去され、これによって、亀裂４０８の一部分（即ち、第１の形状４１０に含まれない部分）を含むこの基板４００の材料が除去される。基板４００の第１の形状４１０内の材料を除去した後に、第２の形状４１６内の材料を除去するようにしてもよい。この基板４００の材料は、機械加工（例えば、リーマ、ドリルビット、或いは他の工具の使用）もしくは他の材料除去工程によって除去することができる。更なる実施例では、追加の形状を基板４００に画定することができる。材料を除去する形状の特定の数、形態、ならびに配列は、基板４００への特定の種類の損傷によって異なる。
【００１６】
基板４００の材料が第１の形状４１０ならびに第２の形状４１６内から除去されると、溶接材４２４（即ち、充填材）が、図４Ｂに示すように第１の形状４１０の少なくとも一部分４２６内及び第２の形状４１６の全領域内に溶接される。この溶接工程は、上述の図１Ａ〜図１Ｃに記載されている工程とほぼ同一である。溶接材４２４は、第１の形状４１０及び第２の形状４１６内にほぼ同時に溶接される。しかしながら、溶接材４２４を第２の形状４１６内に溶接し、その後、単独でこの溶接材４２４を第１の形状４１０内に溶接することが可能である。このような別々の溶接工程の間に、機械加工を行うことができる。さらに、異なる溶接法を用いることができる。例えば、ガスタングステンアーク溶接法を用いて溶接材４２４を第２の形状４１６に溶接し、かつ伝導熱抵抗溶接法などを用いてこの溶接材４２４を第１の形状４１０に溶接することができる。
【００１７】
溶接材４２４が、第１の形状４１０の少なくとも一部分４２６内及び第２の形状４１６の全領域内に溶接された後に、仕上げ工程を必要に応じて行うことができる。例えば、基板４００を貫通する最終的な穴を所望の仕様（即ち、設計図の仕様）の通りに形成するために、機械加工を上述の図１Ａ〜図１Ｃに関し記載されているように行うことができる。図４Ｃに示すように、仕上げられた穴４３２は、所望の穴位置４０２と実質的に一致する。
【００１８】
基板の個々の損傷のみが穴の近くに存在する場合には、機械加工などの溶接後の仕上げ工程の必要性を低減し、好ましくは解消するために、挿入物（即ち、溶接用の裏当て）を溶接中に用いることができる。本発明により挿入物を用いて穴の修復処置を行う場合、損傷部分が初めに特定され、その後、基板の材料が、上述のように損傷位置を囲むように除去される。それから、一般的に充填材を基板に溶接することに先立って、挿入物が穴の内側に配置される。
【００１９】
図５Ａは、穴５０２を有する基板５００を概略的に示している。穴５０２は、中心軸５０４及び半径ＲHでこの中心軸５０４の周囲に位置する穴周辺部５０６によって画定される。亀裂５０８が、穴周辺部５０６から延びている。周辺部５１４によって画定されるＵ型ないし放物線状の修復形状５１０が、穴周辺部５０６に位置する。
【００２０】
図５Ｂは、基板５００の材料が修復形状５１０内で除去された後のこの基板５００を概略的に示している。実質的に中実の挿入物５２０が、穴５０２の内側に配置される。挿入物５２０によって、所望の穴の形状における所望の寸法が形成される。挿入物５２０は、例えば、通常の鋳造鉄芯、耐火金属、或いは石英でできている溶接用の裏当てなどの適切な材料から構成される。挿入物５２０は、予め形成された固形物の状態で提供することができ、或いは粉末及び適切な結合剤でできている成形可能なペーストとして提供することができる。挿入物５２０は、基板５００ならびに溶接材５２４より高い溶融温度を有していなければならない。
【００２１】
溶接材５２４は、基板５００の材料が修復形状５１０内から除去された場所に溶接される。溶接材５２４は、基板５００ならびに挿入物５２０に接している。溶接材５２４が溶接中に流動性を有するので、挿入物５２０は、この溶接材５２４を所望の形状にするために溶接工程の間、鋳型のように機能する。これによって、溶接工程の間に所望の穴の仕様がより忠実にもたらされると同時に、溶接後の仕上げ工程（例えば、所望の穴の仕様への溶接材の機械加工）の必要性が低減し、好ましくは解消される。
【００２２】
更なる実施例では、挿入物を中空にすることができる。図６は、基板６００の穴６０２（この穴は中心軸６０４及び周辺部６０６によって画定される）の内側に配置された中空の挿入物６２０を概略的に示しており、この基板６００の穴６０２に隣接して画定されたＵ型ないし放物線状の開口部に溶接材６２４を有している。中空の挿入物６２０は、図５Ｂに示されるように実質的に中実の挿入物５２０とほぼ同一である。
【００２３】
本発明をいくらかの実施例を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の精神や範囲から逸脱することなく形状や詳細の変更が可能であることを理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】亀裂を含む基板の穴の修復形状の概略図。
【図１Ｂ】充填材が基板に溶接された後の図１Ａの基板の概略図。
【図１Ｃ】仕上げ工程後の図１Ａ、図１Ｂの基板の概略図。
【図２】亀裂を含む基板の穴の別の修復形状の概略図。
【図３】亀裂を含む基板の穴の放物線状の修復形状の概略図。
【図４Ａ】周縁の損傷及び亀裂を含む基板の穴の複合的な修復形状の概略図。
【図４Ｂ】充填材が基板に溶接された後の図４Ａの基板の概略図。
【図４Ｃ】仕上げ工程後の図４Ａ、図４Ｂの基板の概略図。
【図５Ａ】亀裂を含む基板の穴の放物線状の修復形状の概略図。
【図５Ｂ】充填材が基板に溶接され、かつ実質的に中実の挿入物が穴の内側に配置された後の図５Ａの基板の概略図。
【図６】放物線状の修復形状の穴を有する基板に溶接された充填材及び、この穴の内側に配置された中空の挿入物の概略図。
【符号の説明】
【００２５】
１００…基板
１０２…穴
１０４…穴中心軸
１０６…穴周辺部
１０８…亀裂
１１０…月形形状
１１２…月形形状の中心軸
１１４…月形形状の周辺部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
2007105870.tif 000011
【図５Ｂ】
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【図６】
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