(57)【要約】【課題】  本発明は、ニッケル基超合金コンポーネントの溶接修復に使用されるニッケル合金溶接ワイヤを提供する。【解決手段】  本発明のニッケル基超合金コンポーネント修復用のワイヤは、約４．７５〜５．２５重量％のクロム、約５．５〜５．８重量％のアルミニウム、約５．６〜６．２重量％のタングステン、約８．０〜８．３重量％のタンタル、約１．７〜２．１重量％のモリブデン、約９．５〜１０．５重量％のコバルト、約２．８〜３．２重量％のレニウム、約０．０７〜０．３０重量％の炭素、約０．０２〜０．０４重量％のホウ素、約０．０８〜０．１２重量％のジルコニウム、約０．０８〜０．１２重量％のイットリウム、約１．０〜１．５重量％のハフニウム、および残部がニッケルからなる組成を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
約４．７５〜５．２５重量％のクロム、約５．５〜５．８重量％のアルミニウム、約５．６〜６．２重量％のタングステン、約８．０〜８．３重量％のタンタル、約１．７〜２．１重量％のモリブデン、約９．５〜１０．５重量％のコバルト、約２．８〜３．２重量％のレニウム、約０．０７〜０．３０重量％の炭素、約０．０２〜０．０４重量％のホウ素、約０．０８〜０．１２重量％のジルコニウム、約０．０８〜０．１２重量％のイットリウム、約１．０〜１．５重量％のハフニウム、および残部がニッケルからなるニッケル基合金材料からなることを特徴とするニッケル基超合金コンポーネントの修復用ニッケル合金ワイヤ。
【請求項２】
上記材料が、約０．１２重量％以下のマンガン、約０．１２重量％以下のケイ素、約０．０１５重量％以下のリン、約０．０１５重量％以下の硫黄、約０．２０重量％以下の鉄、および約０．１０重量％以下の銅、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のニッケル基超合金コンポーネントの修復用ニッケル合金ワイヤ。
【請求項３】
上記ワイヤが、機械溶接装置に上記ワイヤを供給するのに適した焼きもどし状態を有することを特徴とするニッケル基超合金コンポーネントの修復用ニッケル合金ワイヤ。
【請求項４】
約４．７５〜５．２５重量％のクロム、約５．５〜５．８重量％のアルミニウム、約５．６〜６．２重量％のタングステン、約８．０〜９．０重量％のタンタル、約１．７〜２．１重量％のモリブデン、約９．５〜１０．５重量％のコバルト、約２．８〜３．２重量％のレニウム、約０．１８〜０．３０重量％の炭素、約０．０２〜０．０４重量％のホウ素、約０．０８〜０．１２重量％のジルコニウム、約０．０８〜０．１２重量％のイットリウム、約１．０〜１．５重量％のハフニウム、および残部がニッケルからなるニッケル基合金材料からなることを特徴とするニッケル基超合金コンポーネントの修復用ニッケル合金ワイヤ。
【請求項５】
上記材料が、約０．１２重量％以下のマンガン、約０．１２重量％以下のケイ素、約０．０１５重量％以下のリン、約０．０１５重量％以下の硫黄、約０．２０重量％以下の鉄、および約０．１０重量％以下の銅、をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のニッケル基超合金コンポーネントの修復用ニッケル合金ワイヤ。
【請求項６】
上記ワイヤが、機械溶接装置に上記ワイヤを供給するのに適した焼きもどし状態を有することを特徴とする請求項４に記載のニッケル基超合金コンポーネントの修復用ニッケル合金ワイヤ。
【請求項７】
クラックを有するワークピースを設けるステップと、
上記ワークピースを、約１６２５〜１６７５°F（８８５〜９１３°C）の温度範囲、約２．０〜３．０分の時間範囲で、加熱するステップと、
約４．７５〜５．２５重量％のクロム、約５．５〜５．８重量％のアルミニウム、約５．６〜６．２重量％のタングステン、約８．０〜８．３重量％のタンタル、約１．７〜２．１重量％のモリブデン、約９．５〜１０．５重量％のコバルト、約２．８〜３．２重量％のレニウム、約０．０７〜０．３０重量％の炭素、約０．０２〜０．０４重量％のホウ素、約０．０８〜０．１２重量％のジルコニウム、約０．０８〜０．１２重量％のイットリウム、約１．０〜１．５重量％のハフニウム、および残部がニッケルからなる組成を有するニッケル基合金から形成される溶接ワイヤを上記クラックに適用し、上記材料が上記クラック内に流れて充填させるまで上記温度を維持することによって、上記クラックを修復するステップと、
を含むことを特徴とするワークピースのクラック修復方法。
【請求項８】
上記加熱するステップが、誘導加熱で上記ワークピースを加熱することを特徴とする請求項７に記載のワークピースのクラック修復方法。
【請求項９】
上記ワークピースを応力除去するように熱処理する応力除去ステップを、さらに含むことを特徴とする請求項７に記載のワークピースのクラック修復方法。
【請求項１０】
上記応力除去ステップが、約１９５０〜２０００°Ｆ（１０６６〜１０９３°Ｃ）の温度範囲で、約３〜５分間、上記ワークピースを加熱することを含む請求項９に記載のワークピースのクラック修復方法。
【請求項１１】
上記ワークピースを設けるステップが、修復すべきクラックを有するタービンエンジンコンポーネントを設けることを特徴とする請求項７に記載のワークピースのクラック修復方法。
【請求項１２】
クラックを有するワークピースを設けるステップと、
上記ワークピースを、約１６２５〜１６７５°F（８８５〜９１３°C）の温度範囲、約２．０〜３．０分の時間範囲で、加熱するステップと、
約４．７５〜５．２５重量％のクロム、約５．５〜５．８重量％のアルミニウム、約５．６〜６．２重量％のタングステン、約８．０〜９．０重量％のタンタル、約１．７〜２．１重量％のモリブデン、約９．５〜１０．５重量％のコバルト、約２．８〜３．２重量％のレニウム、約０．１８〜０．３０重量％の炭素、約０．０２〜０．０４重量％のホウ素、約０．０８〜０．１２重量％のジルコニウム、約０．０８〜０．１２重量％のイットリウム、約１．０〜１．５重量％のハフニウム、および残部がニッケルからなる組成を有するニッケル基超合金から形成される溶接ワイヤを、上記クラックに適用し、上記材料が上記クラック内に流れて充填されるまで、上記温度を維持することによって、上記クラックを修復するステップと、
を含むことを特徴とするワークピースのクラック修復方法。
【請求項１３】
上記加熱するステップが、誘導加熱で上記ワークピースを加熱することを特徴とする請求項１２に記載のワークピースのクラック修復方法。
【請求項１４】
上記ワークピースを応力除去するように熱処理する応力除去ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のワークピースのクラック修復方法。
【請求項１５】
上記応力除去ステップが、約１９５０〜２０００°Ｆ（１０６６〜１０９３°Ｃ）の温度範囲で、約３〜５分間、上記ワークピースを加熱することを含む請求項１４に記載のワークピースのクラック修復方法。
【請求項１６】
上記ワークピースを設けるステップが、修復すべきクラックを有するタービンエンジンコンポーネントを設けることを特徴とする請求項１２に記載のワークピースのクラック修復方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にタービンブレードのようなニッケル基超合金コンポーネントの溶接修復に使用されるニッケル合金溶接ワイヤ、およびこのニッケル合金ワイヤを用いたコンポーネントの修復方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル基超合金は、種々の高い技術用途において利用されている。高温で強度および耐酸化性を示す、単結晶、一方向凝固性および等軸晶のニッケル基合金は、エンジンコンポーネントの形成に特に有益である。ニッケル基超合金からなる物品は高価で、交換が困難であるので、このような物品の修復方法が必要とされている。１つの修復方法は、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】米国特許第５，７８３，３１８号
【特許文献２】米国特許第４，３２３，１８６号
【特許文献３】米国特許第４，７７７，７１０号
【特許文献４】米国特許第６，５８６，０６０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ニッケル基超合金の修復分野における数々の努力にもかかわらず、ニッケル基超合金基体の新規な修復方法が必要とされている。これに対応して、基体のコーティングあるいは修復に適したニッケル基合金が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、第１の実施例におけるニッケル合金溶接ワイヤは、約４．７５〜５．２５重量％のクロム、約５．５〜５．８重量％のアルミニウム、約５．６〜６．２重量％のタングステン、約８．０〜８．３重量％のタンタル、約１．７〜２．１重量％のモリブデン、約９．５〜１０．５重量％のコバルト、約２．８〜３．２重量％のレニウム、約０．０７〜０．３０重量％の炭素、約０．０２〜０．０４重量％のホウ素、約０．０８〜０．１２重量％のジルコニウム、約０．０８〜０．１２重量％のイットリウム、約１．０〜１．５重量％のハフニウム、および残部がニッケルからなる材料を含む。この材料は、さらに、約０．１２重量％以下のマンガン、約０．１２重量％以下のケイ素、約０．０１５重量％以下のリン、約０．０１５重量％以下の硫黄、約０．２０重量％以下の鉄、および約０．１０重量％以下の銅、を含んでも良い。
【０００５】
本発明によれば、第２の実施例におけるニッケル合金溶接ワイヤは、約４．７５〜５．２５重量％のクロム、約５．５〜５．８重量％のアルミニウム、約５．６〜６．２重量％のタングステン、約８．０〜９．０重量％のタンタル、約１．７〜２．１重量％のモリブデン、約９．５〜１０．５重量％のコバルト、約２．８〜３．２重量％のレニウム、約０．１８〜０．３０重量％の炭素、約０．０２〜０．０４重量％のホウ素、約０．０８〜０．１２重量％のジルコニウム、約０．０８〜０．１２重量％のイットリウム、約１．０〜１．５重量％のハフニウム、および残部がニッケルからなる材料を含む。この材料は、さらに、約０．１２重量％以下のマンガン、約０．１２重量％以下のケイ素、約０．０１５重量％以下のリン、約０．０１５重量％以下の硫黄、約０．２０重量％以下の鉄、および約０．１０重量％以下の銅、を含んでも良い。
【０００６】
タービンエンジンコンポーネントなどのワークピース中のクラックの修復方法が提供される。この方法は、クラックを有するワークピースを設けるステップと、約１６２５〜１６７５°F（８８５〜９１３°C）の温度範囲、約２．０〜３．０分の時間範囲で加熱するステップと、本発明による上記組成の一方を有する溶接ワイヤを適用することによってクラックを修復するステップと、溶接ワイヤの修復材料がクラック内に流れて充填されるまで、上記温度を維持するステップと、を広く含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
上述したように、本発明は、ニッケル基超合金から形成されるタービンエンジンコンポーネントのクラックを修復するために使用できる、ニッケル合金溶接ワイヤに関する。第１の実施例におけるニッケル合金溶接ワイヤは、約４．７５〜５．２５重量％のクロム、約５．５〜５．８重量％のアルミニウム、約５．６〜６．２重量％のタングステン、約８．０〜８．３重量％のタンタル、約１．７〜２．１重量％のモリブデン、約９．５〜１０．５重量％のコバルト、約２．８〜３．２重量％のレニウム、約０．０７〜０．３０重量％の炭素、約０．０２〜０．０４重量％のホウ素、約０．０８〜０．１２重量％のジルコニウム、約０．０８〜０．１２重量％のイットリウム、約１．０〜１．５重量％のハフニウム、および残部がニッケルからなる組成を有する材料を含む。この材料は、さらに、約０．１２重量％以下のマンガン、約０．１２重量％以下のケイ素、約０．０１５重量％以下のリン、約０．０１５重量％以下の硫黄、約０．２０重量％以下の鉄、約０．１０重量％以下の銅、を含んでも良い。
【０００８】
第２の実施例におけるニッケル合金溶接ワイヤは、約４．７５〜５．２５重量％のクロム、約５．５〜５．８重量％のアルミニウム、約５．６〜６．２重量％のタングステン、約８．０〜９．０重量％のタンタル、約１．７〜２．１重量％のモリブデン、約９．５〜１０．５重量％のコバルト、約２．８〜３．２重量％のレニウム、約０．１８〜０．３０重量％の炭素、約０．０２〜０．０４重量％のホウ素、約０．０８〜０．１２重量％のジルコニウム、約０．０８〜０．１２重量％のイットリウム、約１．０〜１．５重量％のハフニウム、および残部がニッケルからなる組成を有する材料を含む。この材料は、さらに、約０．１２重量％以下のマンガン、約０．１２重量％以下のケイ素、約０．０１５重量％以下のリン、約０．０１５重量％以下の硫黄、約０．２０重量％以下の鉄、および約０．１０重量％以下の銅を、含んでも良い。
【０００９】
本発明の溶接ワイヤは、限定する趣旨ではないが、ビレット状もしくはロット状などの適宜な形状に、上述した組成の一方を有する材料を鋳造することで形成できる。鋳造を行った後、鋳造された材料は、延性を増大するために１回または複数回の熱処理がなされる。その後、上記材料は、１回または複数回の冷間圧延や押し出し成形によって、ワイヤに形成することができる。これらの冷間圧延や押し出し成形は、適宜の保護雰囲気で行われるのが望ましい。押し出し成形は、好ましくは、約２０００°F（１０９３°C）の温度でなされる。ワイヤ状に形成された後、この溶接ワイヤは、ワイヤを最終仕上げする研磨加工がなされる。さらに、溶接ワイヤは、引き抜き用コンパウンド、酸化物、異物およびオイルが除去されるように清浄化処理される。このような清浄化処理によって、金属表面の腐食（ピッティング）や、ワイヤによる、または溶接処理に有害な物質の堆積によるガス吸収が生じることはない。
【００１０】
溶接ワイヤは、機械溶接装置（ｍａｃｈｉｎｅ  ｗｅｌｄｉｎｇ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）にワイヤを供給するのに適した焼き戻し状態（ｔｅｍｐｅｒ）を有することが望ましい。溶接ワイヤは、当業者に周知な方法でこのような焼き戻し状態とすることができる。例えば、溶接ワイヤは、特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載されているように処理することができる。
【００１１】
クラックが生じたタービンブレードのエアフォイル先端部などの、クラックが生じたタービンエンジンコンポーネントの修復を行うために、まず、クラックは、全てのデブリや所望しない材料を除去するように清浄化される。当業者に周知な適宜な技術を、クラックの修復に用いることができる。クラックが清浄化された後、クラックが生じたタービンエンジンコンポーネントは、誘導加熱によって約１６２５〜１６７５°Ｆ（８８５〜９１３°Ｃ）の温度範囲に加熱され、この温度で、約２〜３分間保持される。その後、温度を上記範囲内
に維持している間に、クラックは、本発明の組成を有する溶接ワイヤを用いて溶接される。これによって、溶接ワイヤを構成する材料が、修復されるクラック内に流れる。このようなクラック修復処理は、当業者に周知な適宜な雰囲気で行うことができる。クラックが溶接ワイヤを形成する材料で完全に充填された後、加熱が停止され、修復材料が固化する。
【００１２】
所望であれば、次に、修復されたタービンエンジンコンポーネントは、応力除去のための熱処理を行うことができる。この熱処理は、約１９５０〜２０００°Ｆ（１０６６〜１０９３°Ｃ）の温度範囲で、約３〜５分間、行われる。この応力除去のための熱処理は、当業者に周知な適宜な雰囲気で行うことができる。修復箇所の過剰な修復材料は、当業者に周知な適宜な手段を用いて除去することができる。
【００１３】
本発明の溶接ワイヤは、現在使用されている従来の溶接充填材料と比べて改良された材料特性を示し、高温で使用することができる。この溶接ワイヤは、クラックの修復、ならびに、増強に使用することができる。また、この溶接ワイヤは、タービンブレード、ベーン、シール、ＢＯＡＳおよび燃焼器パネルなどのタービンエンジンコンポーネントのクラックを修復するのに使用できる。
【００１４】
なお、本発明は、タービンエンジンコンポーネントのクラックの修復について記載されているが、本発明の溶接ワイヤの組成は、他の種類のワークピースのクラックの修復にも使用できることを理解されたい。