(57)【要約】      （修正有）【課題】タービン外筒などのターボ機械部品をより最適な動作状態に修復することができる間隙ろう付システムを提供する。【解決手段】システムは、間隙充填化合物（ＧＦＣ）７４を含む。ＧＦＣ７４は、ろう付合金を含む。このシステムはまた、ＧＦＣ保持スクリーン８２を含む。ＧＦＣ保持スクリーン８２は、ＧＦＣ７４を覆って配設して、ろう付中、ＧＦＣ７４を間隙内に保持するように構成される。ＧＦＣ保持スクリーン８２はまた、ろう付中、ＧＦＣ７４からガスを排出することが可能となるように構成される。【選択図】図５
2012101281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう付合金を備える間隙充填化合物（ＧＦＣ）（７４）であって、
基材（６４）の間隙（６６、６８）の内部に配設されるように構成された間隙充填化合物（ＧＦＣ）（７４）と、
前記ＧＦＣ（７４）を覆って配設して、ろう付中、前記ＧＦＣ（７４）を前記間隙（６６、６８）内に保持するように構成されたＧＦＣ保持スクリーン（８２）であって、ろう付中、前記ＧＦＣ（７４）からガスを排出することが可能となるように構成されたＧＦＣ保持スクリーン（８２）と
を備える、システム。
【請求項２】
前記ＧＦＣ（７４）が、フィラー金属（７６）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記ＧＦＣ保持スクリーン（８２）が、複数の開口（９１）を有する金属スクリーン（９０）を備え、各開口（９１）が、約０．０１ミリメートルから３センチメートルの間の直径を有する、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記ＧＦＣ保持スクリーン（８２）が、部品の外形に沿うメッシュ（９０）または穴開きシート金属を備える、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記ＧＦＣ保持スクリーン（８２）が、セラミックスクリーンを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記基材（６４）を有するタービン部品（１０、１２、１６、１８、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３６、３４、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５４、５６、６０）を備え、前記基材（６４）が、鉄、鋼、ニッケル、コバルト、マンガン、タングステン、チタン、アルミニウムまたはそれらの組合せを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記ＧＦＣ保持スクリーン（８２）が、前記間隙（６６、６８）に隣接する前記基材（６４）と重なり合うように構成され、かつ前記ＧＦＣ保持スクリーン（８２）が、前記ろう付の前に、前記基材（６４）に固定されるように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記ＧＦＣ保持スクリーン（８２）が、少なくとも３ミリメートルの幅または長さを有する前記間隙（６６、６８）を被覆するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記ＧＦＣ保持スクリーン（８２）が、前記間隙（６６、６８）の前記幅よりも少なくとも約５％広く寸法設定される、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
基材（６４）の間隙（６６、６８）の内部に、フィラー金属（７６）を有する間隙充填化合物（ＧＦＣ）（７４）を塗布するステップと、
前記間隙（６６、６８）、および前記基材（６４）の上面にスクリーン（８２）を配設するステップと、
前記スクリーン（８２）によって前記ＧＦＣ（７４）を前記間隙（６６、６８）内に保持し、ガスを排出することを可能としながら、熱を加えて、前記間隙（６６、６８）内の前記フィラー金属（７６）を溶融させるステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料のろう付に関し、より具体的には、機械部品の広間隙ろう付または補修に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン外筒、ブレードもしくはバケット、および静翼などのターボ機械部品は、動作中、高温および応力にさらされる。かかる状態では、こうした部品は物理的に摩耗することになり、その結果、亀裂、空隙、および表面の摩耗が生じることがある。溶接、ろう付、または間隙ろう付を用いて、こうした部品をより最適な動作状態に修復することができる。しかし、ある種の広間隙は、ろう付が困難な場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７３０３１１２号明細書
【発明の概要】
【０００４】
出願時に特許請求する本発明の範囲に対応するいくつかの実施形態について、以下で概要を述べる。これらの実施形態は、特許請求する本発明の範囲を限定するものではなく、これらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すものにすぎない。実際に、本発明は、以下に記載の実施形態に類似し得る、またはそれらとは異なり得る様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態では、システムは、間隙充填化合物（ＧＦＣ）を含む。ＧＦＣは、ろう付合金を含む。ＧＦＣは、基材の間隙の内部に配設されるように構成される。このシステムはまた、ＧＦＣ保持スクリーンを含む。ＧＦＣ保持スクリーンは、ＧＦＣを覆って配設して、ろう付中、ＧＦＣを間隙内に保持するように構成される。ＧＦＣ保持スクリーンはまた、ろう付中、ＧＦＣからガスを排出することが可能となるように構成される。
【０００６】
第２の実施形態では、方法は、基材の間隙の内部に、フィラー金属を有するＧＦＣを塗布するステップを含む。この方法はまた、間隙および基材の上面にスクリーンを配設するステップを含む。さらに、この方法は、スクリーンによってＧＦＣを間隙内に保持し、ガスを排出することを可能としながら、熱を加えて、間隙内のフィラー金属を溶融させるステップを含む。
【０００７】
第３の実施形態では、補修キットは、複数の粒子を有するＧＦＣを含む。補修キットはまた、粒子よりも小さく寸法設定された複数の開口を有するスクリーンを含む。このスクリーンをＧＦＣ上に配設して、ろう付中、粒子を阻止するが、ガスの流動は可能とする。
【０００８】
本発明の上記およびその他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めばよりよく理解され、添付の図面は、図面を通して同じ符号は同じ部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】広間隙ろう付を使用することができるタービンシステムの実施形態の断面図である。
【図２】基材の間隙の実施形態の断面図である。
【図３】基材の機械加工された間隙の実施形態の断面図である。
【図４】基材の間隙の内部に配設された間隙充填化合物の実施形態の断面図である。
【図５】基材の間隙内部の間隙充填化合物の上面に配設されたスクリーンの実施形態の断面図である。
【図６】基材の間隙内部の間隙充填化合物の上面に配設されたスクリーンの実施形態の上面図である。
【図７】間隙をろう付けする方法の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つまたは複数の特定の実施形態について、以下で説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、実際の実装形態の特徴の全ては、本明細書中に記載しない場合がある。かかる実際の実装形態のいかなるものの開発においても、いかなるエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおいても、システム関連の制約、およびビジネス関連の制約との整合など、開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装形態に特定の判断を行わなければならず、上記制約は、実装形態ごとに異なり得ることを理解されたい。さらに、かかる開発努力は複雑で、時間がかかることがあるが、それでも本開示の利益を有する当業者には、日常的に行われている設計、製作、および製造作業であることを理解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素について述べる際、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つまたは複数あることを意味するものである。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であり、列挙された要素以外の追加の要素も存在し得ることを意味する。
【００１２】
ある用途では、ターボ機械（例えば、タービン、圧縮機、およびポンプ）、ならびに他の機械類は、激しい摩耗状態にさらされる部品を含むことがある。例えば、ブレード、外筒、ロータホイール、シャフト、ノズルなどのあるタービンシステム部品は、高熱、および高回転環境で動作することがある。こうした部品の金属基材には、空洞または間隙が発生することがあり、補修が必要となり得る。これらの間隙の中には、間隙または亀裂の寸法から広間隙であると考えられるものがある。例えば、間隙の中には、約３ｍｍ以上の幅または長さを有する間隙が含まれ得る。間隙充填化合物（ＧＦＣ）を用いた金属基材の補修または接合では、まず、摩耗した物品内の欠陥を、研削加工などの機械手段によって除去するか、または接合表面同士を互いに定位置に配置する。次いで、ＧＦＣを間隙の補修空洞内、または接合表面間に配置する。ろう付工程中、ＧＦＣが溶融する温度で物品を保持し、再凝固させ、物品の母材と融着させて、堅固で高強度の接合または補修を形成する。
【００１３】
あるケースでは、ＧＦＣは、地金、金属ビーズ、および／または金属ワイヤなどのフィラー材料を含むことができる。ろう付作業中に生じるガス活動および／または熱活動によって、フィラー材料および他の部品が隆起する、または空洞から「噴きこぼれる（ｂｕｂｂｌｉｎｇ）」ことがある。こうしたアウトガス作用の結果、空隙、空洞、割れなどの欠陥が生じることがある。したがって、材料が全て間隙の内部に適切に配設されることにならないので、結果として得られる補修または接合は、それほど強固でない場合がある。本明細書に開示の実施形態は、ＧＦＣの成分を間隙または接合部の内部に実質的に全て閉じ込めることによって、より確実なろう付または焼結を可能とする。したがって、ろう付領域を、より強固に、耐久性をより高くすることができ、また、耐用年数をより長くすることができる。
【００１４】
ある実施形態では、メッシュまたは穴開きシート金属をＧＦＣの上面に配設する。かかるメッシュまたは穴開きシート金属は、溶融せず、または幾何形状の変形をほとんど示さずに、ろう付中に生じる熱に耐えるように適した材料組成物を含む。さらに、メッシュまたは穴開きシート金属は、ろう付または焼結活動から生じるガスが通り抜けられるほど大きいが、いかなるフィラー材料も含めて、ガスでないろう付組成物のほとんどの部分を閉じ込めておけるほど小さい開口を含む。さらに、メッシュまたは穴開きシート金属は、このメッシュまたはシートを湾曲面、および他の平坦でない表面を覆って配置することを可能とする可撓性を含む。すなわち、メッシュまたは穴開きシート金属は、例えば、手で適度な力を加えることによって曲げ、その後、その形状を保つことができる。実際に、メッシュまたは穴開きシート金属は、曲げて、外筒またはシュラウドの湾曲した内壁など、ある表面の外形に沿わせることができる。
【００１５】
他の実施形態では、ろう付ガスが通過するのに適した多孔性を有するセラミックなどの基材を使用してもよい。これらの実施形態では、より高いろう付温度を基材に使用することが可能となり、したがって、ＧＦＣ組成物は、より高い溶融温度を有する金属および／または金属合金を含むことができる。本明細書に開示の実施形態を用いると、適切な任意の数のＧＦＣ組成物を使用することができ、また、インコネル、鋼、ステンレス鋼、クロモリ鋼、ニッケル、コバルト、鋳鉄、鉄、アルミニウム、マンガン、タングステン、および／またはチタンを含めて、任意の数の金属、金属合金、および金属化セラミックをろう付けまたは接合することができる。
【００１６】
次に、前述を念頭に置きながら、図１に移ると、本明細書に開示の実施形態を用いてろう付けすることができる、あるターボ機械部品について論じると有益となり得る。例えば、図１に示すタービンシステム１０のある部品には、補修または接合が必要となり得る。タービンシステム１０などの機械システムは、動作状態中に機械的応力、および熱的応力を受けるものであり、そのため、ある部品に定期的な補修が必要となることがある。タービンシステム１０の動作中、天然ガスまたは合成ガスなどの燃料を、１つまたは複数の燃料ノズル１２を介してタービンシステム１０の燃焼器１６に送り込むことができる。空気取入れ区画１８から空気をタービンシステム１０に取り入れ、圧縮機１４によって圧縮することができる。圧縮機１４は、空気を圧縮する一連の段２０、２２、および２４を含むことができる。各段は、固定した静翼２６およびブレード２８の１つまたは複数の組を含むことができ、これらは回転して次第に圧力を増大させて、圧縮空気を供給する。ブレード２８は、シャフト３２に連結された回転ホイール３０に取り付けることができる。圧縮機１４からの圧縮排気は、ディフューザ区画３６を介して圧縮機１４から排出し、燃焼器１６内に送り込んで、燃料と混合することができる。例えば、燃料ノズル１２は、燃料と空気の混合体を、最適な燃焼、排気、燃料消費量、およびパワー出力に適した比率で燃焼器１６に注入することができる。ある実施形態では、タービンシステム１０は、環状に配列された複数の燃焼器１６を含むことができる。各燃焼器１６は、高温の燃焼ガスをタービン３４に送り込むことができる。
【００１７】
図示のように、タービン３４は、外筒５６によって取り囲まれた３つの別個の段４０、４２、および４４を含む。各段４０、４２、および４４は、それぞれのロータホイール４８、５０、および５２に結合された１組のブレードまたはバケット４６を含み、それぞれのロータホイールは、シャフト５４に取り付けられている。高温の燃焼ガスによってタービンブレード４６が回転するにつれて、シャフト５４が回転して、圧縮機１４、および発電機などの他の任意の適切な負荷を駆動させる。最終的には、タービンシステム１０は、排気区画６０から燃焼ガスを拡散し、排気する。図２を参照しながら以下でより詳細に説明するように、ノズル１２、取入れ部１８、圧縮機１４、静翼２６、ブレード２８、ホイール３０、シャフト３２、ディフューザ３６、段４０、４２、および４４、ブレード４６、シャフト５４、外筒５６、ならびに排気部６０などのタービン部品に、開示の実施形態を使用して、いかなる亀裂または広間隙も補修することができる。
【００１８】
図２は、深さＤSミリメートルの基材を有する基材６４の実施形態を示す断面図である。基材６４は、任意の数の金属、金属合金、および／または金属化セラミックを含む材料組成物を有することができる。例えば、金属基材６４が外筒５６の一部である場合、金属基材６４は、鋳鉄基材６４、または他の適切な任意の外筒基材６４でよい。実際には、基材６４は、図１を参照しながら上述したタービンシステム１０の部品など、任意の数の機械部品の一部でよい。基材６４は、長期間にわたって使用され、または過度に使用されてきた結果、広間隙６６が生じている場合がある。図示の実施形態では、間隙６６は、長さ約Ｗ1ミリメートル、深さ約Ｄ1ミリメートルである。Ｗ1およびＤ1は、アーク溶接、または標準のろう付などの他の補修技術を使用するには適さない寸法ものでよい。例えば、Ｗ1およびＤ1は、約３ｍｍよりも大きくてよい。あるケースでは、Ｄ1は、ＤSにほぼ等しい。すなわち、間隙６６によって、基材６４が２片に分離してしまうことがある。従来の溶接技術、およびろう付技術を用いては、間隙６６などの空洞内の損傷を必ずしもうまく補修することができるわけではなく、したがって、本明細書に記載の広間隙の実施形態を用いて、部品をうまく修復することが望ましい。実際に、開示のろう付、およびろう付溶接の実施形態によって、図３でさらに説明するように、基材６４が２片（またはより多数の片）に分割されてしまった状況でも、間隙６６を補修することが可能となる。
【００１９】
図３は、間隙６８の実施形態を示す断面図である。間隙６８は、図２の間隙６６にある処理を行うことによって形成されている。より具体的には、間隙６８は、間隙６６を機械加工および／または清浄化した結果である。例示の実施形態では、縁部７０および７２が、例えば、アングルグラインダの使用によって機械加工されており、その結果、ＧＦＣを塗布するのにより適した、実質的に一様な壁を有する間隙６８が得られる。縁部７０および７２の機械加工によってまた、図２の間隙６６の内部で見られたいかなる腐食、酸化、および他の汚染物質も除去することができる。間隙６８は、間隙６６の幅Ｗ1および深さＤ1よりも大きい幅Ｗ2および深さＤ2を含む。幅Ｗ2および深さＤ2は、縁部７０および７２をより一様な縁部に機械加工したこと、また、望ましくないいかなる粒子も除去したことから、より大きくなっている。ある実施形態では、間隙６８は、弱酸性の溶液などの洗浄液を塗布し、その後、いかなる酸性反応も停止するように設計された別の洗浄液を塗布することによって、さらに清浄化することができる。他の適切ないかなる化学処理または洗浄液も使用することができることを理解されたい。この化学処理によって、間隙６８から望ましくない粒子または汚染物質をさらに除去することができる。他の清浄化操作も使用することができ、例えば、化学処理の前に、ワイヤブラシまたはサンドブラスティングを用いて、粒子状物質を除去することができることに留意されたい。次いで、図４を参照しながら以下でより詳細に説明するように、ＧＦＣを間隙６８に塗布することができる。
【００２０】
図４は、間隙６８の内部へのＧＦＣ７４の塗布を示す。ある実施形態では、ＧＦＣ７４は、パテ、塑像用粘土、またはスラリペーストに類似した粘稠性のものでよい。したがって、ＧＦＣ７４は、ＧＦＣ７４を間隙６８の内部に手で配置することが可能なパテと同様に、塑性流動が可能なものでよい。実際に、現場の補修技師は、基材６４を修理場などの特定の補修場所に移動させる必要なく、ＧＦＣ７４を現場で手で配置することができる。したがって、図５を参照しながら以下でより詳細に説明するように、現場の補修技師は、ＧＦＣ７４、ならびにメッシュ、穴開き金属シート、および／またはセラミックフィルタを含んだ補修キットを持ち運ぶことができる。
【００２１】
ＧＦＣ７４の組成物は、フィラー金属ビーズ７６またはフィラー粒子を含むことができる。さらに、ＧＦＣ７４の残りの部分は、「グレード（ｇｒａｄｅ）」、またはフィラー金属７６とは異なる材料組成物を含むことができる。さらに、フィラー金属７６は、異なる「グレード」のフィラー金属を含むことができる。「グレード」とは、フィラー金属の機械特性および／または化学特性（例えば、所与の温度での衝撃強さ）に従ってフィラー金属を分類するためのシステムを指す。したがって、フィラー金属７６が溶融するにつれて、毛管が行き渡った空間を用いて、毛管力によってフィラー金属を「引き込む（ｐｕｌｌ）」ことができる。毛管作用は、間隙６８内の隙間を介して溶融金属がより一様に流れ込むことが可能となる点で有益である。ＧＦＣ７４は、例えば、ＧＦＣ７４とフィラー金属７６との結合を高めるように、フィラー金属７６とタンブル混合することによって処理することができる。
【００２２】
フィラー金属ビーズ７６は、任意の数の金属、および／または金属合金を有する材料組成物を含むことができる。一例では、フィラー金属ビーズ７６用の材料組成物は、基材６４の材料組成物、および／または基材６４を有する部品の予想されるサービス用途に基づいて選択することができる。さらに、フィラー金属ビーズ７６は、基材を「濡らす（ｗｅｔ）」、基材よりも低い温度で溶融する、または特定の温度で溶融する能力に基づいて選択することもできる。「濡れ」は、フィラー金属ビーズ７６が、溶融した際に基材６４上を流れ、そこに付着する能力に関する。フィラー金属ビーズ７６用の材料組成物のいくつかの例には、銅、亜鉛、アルミニウム、銀、ニッケル、鉄、クロム、シリコン、および／またはボロンが含まれる。フィラー金属ビーズ７６は、約０．１ｍｍから３ｍｍ、０．５ｍｍから１．０５ｍｍ、０．１ｍｍから５ｃｍ、または他の適切な任意の直径を有することができる。他の実施形態では、フィラー金属は、ワイヤ、立方体などの異なる形状でも、かつ／または不規則な幾何形状もしくは曲線を有する形状でもよいことに留意されたい。さらに、フィラー金属は、ペースト、粉末、ワイヤなどでもよい。実際に、ある実施形態では、フィラー金属ビーズ７６を、他の形状を有するフィラー金属と組み合わせてもよい。
【００２３】
フィラー金属ビーズ７６は、ガス噴霧ビーズ７６でもよい。すなわち、窒素、アルゴン、またはヘリウムガスなどのガスの高速噴射を用いて、溶融した液体フィラー金属を拡散させ、液体が凝固した後に金属フィラービーズ７６を生成する。かかる処理によって、フィラー金属ビーズ７６の酸素含有量を低減させることができ、したがってろう付作業中の酸化防止を助け、濡れ能力を増大させることができる。他の実施形態では、フィラー金属ビーズは、オイル噴霧ビーズ７６でもよい。オイル噴霧工程では、オイル噴射を用いて、溶融したフィラー金属を分解することができ、やはり酸素含有量の低いフィラー金属ビーズ７６が得られる。
【００２４】
図示の実施形態では、フィラー金属は、粉末フラックス７８などのフラックスと混合することができる。粉末フラックス７８は、基材およびフィラー金属を酸化から保護するのに適した、市販のいかなるフラックスでもよい。粉末フラックス７８はまた、使用するろう付温度、基材６４の材料組成物、フィラー金属ビーズ７６の材料組成物、および／または所望され得るろう付時間の長さに基づいて選択することもできる。他の実施形態では、フラックス７８は、ペーストフラックス、または液体フラックスでもよい。さらに、液体フラックス８０を、ＧＦＣ７４および間隙６８の上面に塗布してもよい。フラックス８０の塗布は、雰囲気中に酸素が含まれる屋外環境などの現場環境で有用である。これらの環境では、フラックス８０によって、間隙６８の封止が可能となり、したがって封止された間隙６８が酸素に過度に露出しないように保護される。液体フラックス８０は、間隙６８の上面を封止して被覆するように、噴射、コーティング、または適切な任意の形で塗布することができる。
【００２５】
ろう付炉を使用する際など、他のろう付工程では、液体フラックス８０は、適宜使用しなくともよい。実際に、開示の実施形態は、現場でのろう付工程に加えて、炉内でのろう付工程にも使用することができる。炉内ろう付では、ろう付炉は、酸化を実質的に防止するように適切に構成された雰囲気を備えることができる。例えば、雰囲気は、不活性、還元性、または真空雰囲気でよい。次いで、図５を参照しながら以下でより詳細に説明するように、液体フラックス８０、ＧＦＣ７４、および間隙６８の上面にスクリーンを配置することができる。
【００２６】
図５は、液体フラックス８０、ＧＦＣ７４、および間隙６８の上面に配設されたスクリーン８２（すなわち、ＧＦＣ保持スクリーン）の実施形態を示す断面図である。スクリーン８２を使用しないと、アウトガス、熱活動、および化学活動などのいくつかのろう付活動によって、ＧＦＣ７４が基材６４の外方に押し出される傾向が生じ得る。実際に、ＧＦＣ７４が外方に移動することによって、望ましくない隙間または空隙が残される恐れがあり、毛管作用が妨げられることになる。毛管作用は、溶融したＧＦＣ７４が、間隙６８全体にわたってより一様に流れることが可能となり、したがって、ＧＦＣ７４がその固相温度（すなわち、その材料が固相になる温度）よりも低く冷却した後は、より強固に補修されることになる点において有益である。したがって、スクリーン８２は、ろう付作業中、アウトガスを可能としながらも、ＧＦＣ７４を間隙６８の内部に閉じ込めるのに適した特性を含む。実際に、スクリーン８２は、溶融、またはその他の形でその幾何形状にほとんど変形が生じることなく、ろう付温度に耐えることできる。
【００２７】
一実施形態では、図６を参照しながら以下でより詳細に説明するように、スクリーン８２はメッシュでよい。別の実施形態では、スクリーン８２は、穴開きシート金属でもよい。これらの実施形態では、スクリーン８２は、基材６４の外形に沿うように手で成形することができる。例えば、基材６４が湾曲面を含む場合、基材６４の表面上に配設されたいかなる湾曲にも沿うように、スクリーン８２を手で成形、または「曲げる」ことができる。したがって、スクリーン８２は、スクリーン８２を手で成形、または曲げることが可能となるのに適した深さＤMを含むことができる。例えば、深さＤMは、約１５ｍｍよりも小さくすることができる。手で成形できない他の実施形態では、１５ｍｍよりも大きい深さＤMを含んでもよいことに留意されたい。さらに、スクリーン８２は、間隙６８を完全に被覆するように、間隙６８の幅Ｗ2よりも大きい幅Ｗ3を含むことができる。例えば、Ｗ3は、Ｗ2よりも約１％、５％、１０％、１５％大きくすることができる。
【００２８】
ある実施形態では、スクリーン８２は、セラミックスクリーンでよい。一実施形態では、セラミックスクリーンは、ＧＦＣ７４を間隙６８の内部に閉じ込めながらも、ろう付ガスまたは蒸気のアウトガスを可能とするのに適した多孔性を含む。別の実施形態では、セラミックスクリーンは、ろう付ガスのアウトガスを可能とする、機械穿孔された、または製造された孔を有してもよい。このように、セラミックを適切に用いて、ＧＦＣ７４を閉じ込めることができる。セラミックスクリーン８２の使用によって、より高温のろう付温度が使用しやすくなり、その理由は、セラミックは、約３３００℃を超える温度に耐えることができるからである。
【００２９】
スクリーン８２がメッシュまたは穴開きシート金属である実施形態では、スクリーン８２は、基材６４上に溶接することができる。図示のように、「タック」溶接部８４を用いて、スクリーン８２の隅部など、スクリーン８２のある部分を基材６４に選択的に溶接してもよい。他の実施形態では、スクリーン８２を磁気によって基材６４に固締してもよい。例えば、磁石をスクリーン８２および基材６４の両方に取り付けることができ、またはスクリーン８２を磁気スクリーン８２としてもよい。
【００３０】
図６は、間隙６８および流体フラックス８０の上面に配設されたメッシュ９０の実施形態を示す上面図である。図示の実施形態では、間隙６８が、メッシュ９０などのスクリーン８２によって被覆されている様子がより明白に示されている。実際に、メッシュ９０（またはスクリーン８２）は、間隙６８の表面を完全に被覆することができ、したがって、ＧＦＣ７４が間隙６８の縁部の外側に流れ出ることが防止されている。図示の実施形態では、メッシュ９０は、間隙６８の長さＬ2よりも大きい長さＬ3を含む。さらに、メッシュの幅Ｗ3もやはり、間隙６８の幅Ｗ2よりも大きい。例えば、Ｌ3は、Ｌ2よりも約１％、５％、１０％、１５％大きくすることができる。同様に、Ｗ3は、Ｗ2よりも約１％、５％、１０％、１５％大きくすることができる。他の実施形態では、メッシュ９０は、間隙６８の寸法にほぼ等しい寸法を含んでもよく、したがってＬ2はＬ3にほぼ等しく、Ｗ2はＷ3にほぼ等しくてもよい。
【００３１】
メッシュ９０はまた、メッシュまたはスクリーン長さＳL、およびメッシュまたはスクリーン幅ＳWを有する複数の開口９１を含むことができる。図示の実施形態では、ＳWとＳLとはほぼ同じ寸法であり、したがって正方形の開口９１となっている。他の実施形態では、ＳWとＳLとは、寸法設定を異ならせてもよく、またはメッシュの開口９１は、円形開口、三角形開口、不定形開口など、他の幾何形状を有してもよいことを理解されたい。ろう付ガスが間隙６８内で形成されると、ガスは、メッシュの開口を介してアウトガスすることができる。したがって、ＳWおよびＳLは、約０．０１ｍｍから０．１ｍｍの間、０．０５ｍｍから１．５ｍｍの間、および０．０１ｍｍから５ｃｍの間でよい。実際に、ろう付活動中、アウトガスは可能とするが、間隙６８の内部にＧＦＣ７４を実質的に閉じ込めるのに適した多種多様な寸法を使用することができる。したがって、ＧＦＣ７４を間隙６８の内部に閉じ込めることによって、より強固で、耐久性がより高く、信頼性がより高い補修または接合を実現することができる。
【００３２】
図７は、図２〜６を参照しながら上述した間隙などの広間隙のろう付に適した論理１００の実施形態を示す。まず、間隙６６および周囲の領域を清浄化する（ブロック１１０）。例えば、間隙６６は、いかなる腐食、酸化、および他の望ましくない物質も除去するように、アングルグラインダまたは他の適切な任意の工具を適用することによって機械加工し、その結果清浄な間隙６８を得ることができる。間隙の周囲の領域もやはり、同様に清浄化することができる。次いで、金属フィラービーズの寸法および種類（例えば、材料組成物）を選択することができる（ブロック１１２）。金属フィラービーズ７６（あるいはフィラー金属ワイヤ、ペースト、および／または粉末）の寸法および種類の選択は、間隙６８の形状および寸法、補修の意図された稼働使用、および／または間隙６８の下にある基材６４の種類に依存し得る。例えば、フィラー金属７６は、下にある基材６４の溶融点よりも低いが、通常の使用には十分耐えられるほど高い溶融点を有するように選択することができる。同様に、より小型のビーズ寸法では、より大型のビーズ寸法よりも急速に溶融することがあり、したがってろう付時間もやはり、考慮に入れることができる。ろう付技術の種類（例えば、現場ろう付、炉内ろう付）もやはり用いて、フィラー金属ビーズの寸法および種類を選択することができる（ブロック１１２）。
【００３３】
フィラー金属ビーズ７６の寸法および種類を選択した後、間隙充填化合物（ＧＦＣ）７４を混合することができる（ブロック１１４）。ある実施形態では、この混合には、粉末フラックス７８、液体フラックス、フラックスペースト、または他の適切な任意のろう付混合物（例えば可塑剤）を含めることができる。例えば、混合物に柔軟性、接着性、および可撓性が加わるように、混合物に可塑剤を含めることができる。実際に、ＧＦＣペースト、スラリ、または粘土が得られるように、混合物を調製することができる。次いで、ＧＦＣ７４を間隙に塗布することができる（ブロック１１６）。ある実施形態では、ＧＦＣ７４は、現場で混合することができる。混合後、現場技師は、間隙６８を実質的に被覆するように、ＧＦＣ７４を手で間隙の内部に押し付けるか、または他の形で「広げる」ことができる。
【００３４】
次いで、ＧＦＣ７４および間隙６８と共に使用するのに適したスクリーン８２を選択することができる（ブロック１１８）。スクリーン８２の選択は、間隙の幾何形状、使用するろう付温度、ＧＦＣ組成物（例えば、金属フィラービーズの寸法および種類）、ならびに基材の幾何形状（例えば、平坦である、平坦でない）に依存し得る。例えば、約２５０℃から１３００℃の間の大部分のろう付温度で作業するのに適したステンレス鋼メッシュを選択することができる。スクリーン８２はまた、アウトガス中、ＧＦＣ７４を閉じ込めておくのに適した開口で選択することもできる。例えば、開口は、幅および長さが約０．０１ｍｍから０．１ｍｍの間、０．０５ｍｍから１．５ｍｍの間、０．０１ｍｍから５ｃｍの間の正方形の開口でよい。次いで、間隙を被覆するように、スクリーン８２を付着させることができる（ブロック１２０）。一実施形態では、スクリーン８２は、基材上に「タック」溶接することができる。別の実施形態では、スクリーン８２は、例えば、磁気スクリーンを用いて、または個々の磁石を用いて、基材６４上に磁気的に固締してもよい。さらに別の実施形態では、スクリーン８２の重量を、ろう付中、スクリーン８２が固定されるのに十分なものにしてもよい。スクリーン８２を適切に取り付けた後、間隙６８をろう付けすることができる（ブロック１２２）。
【００３５】
間隙のろう付（ブロック１２２）には、いくつかの技術が含まれ得る。一例では、酸素燃料トーチなどの局所的な熱源を用いて、間隙および／または基材に熱を加えることができる。実際に、広間隙の現場ろう付は、開示の実施形態を用いることによって今や可能となり得る。現場ろう付では、酸素燃料トーチ、または他の適切な任意の局所熱源によって、ろう付領域（例えば、間隙６８および／または基材６４）に直火を当てることができる。アセチレン、ガソリン、ブタン、プロパン、プロピレン、ＭＡＰＰガスなどを含めて、任意の数の燃料を使用することができる。現場ろう付によって、移動させるにはコストがかかりすぎる、または時間がかかりすぎる部品のろう付が可能となる。例えば、タービン外筒５６は、重量が５００ｋｇを超えることがあり、また、取り外し、修理場に搬送するには特別な工具および／または技術が必要となり得る。したがって、本明細書に開示の技術は、現場技師が、例えば、ＧＦＣ混合組成物、およびスクリーンを含んだ補修キットを使用しやすくするものである。ＧＦＣ７４は、現場で混合し、間隙６８に塗布し、次いでスクリーン８２を用いて間隙６８を被覆することができる。次いで、間隙６８をトーチでろう付けし、適切な補修を行うことができる。別の例では、炉内ろう付を使用してもよい。炉内ろう付では、ろう付部分をろう付炉の内部に配設し、制御された熱サイクルを使用することができる。熱サイクルの制御によって、現場ろう付に比べて、より正確なろう付温度を使用することが可能となる。
【００３６】
ろう付中、フラックス７８および８０によって、ある雰囲気状態からＧＦＣ７４を適切に保護しながらも、ＧＦＣ７４をフィラー金属７６の溶融温度よりも僅かに高く加熱して、フィラー金属７６を溶融させる。フィラー金属７６が溶融するにつれて、毛管作用によって、フィラー金属７６が間隙６８の表面上に流れることが可能となり得る。実際に、毛管作用によって、ある状況では、溶融したフィラー金属７６を重力に対して「引き上げる」ことができる。したがって、溶融したフィラー金属は、間隙６８の表面に沿って流れる、または表面を「濡らす」ことが可能となり得る。ろう付工程中、ある種のガスまたは蒸気が生じることがある。これらのガスによって、ＧＦＣ７４および／またはフィラー金属７６の幾分かを間隙６８の外方に押し出すことが可能な圧力が構築され得る。しかし、スクリーン８２を定位置で用いると、ＧＦＣ７４およびフィラー金属７６の大部分は間隙内に残ったまま、ガスをスクリーン８２から排出することができる。したがって、フィラー金属７６は、間隙６８内でより一様に流れることが可能となる。ろう付温度が低下するにつれて、フィラー金属７６は基材６４と融着し、いかなる亀裂、割れ、膨れ、空隙なども実質的にない補修が形成される。実際に、開示の実施形態によって、強度がより高く、より確実、かつより長持ちする補修または接合が得られる。
【００３７】
間隙６８をろう付けし（ブロック１２２）、補修部を冷却させた後は、スクリーン８２を機械加工によって除去することができる（ブロック１２４）。例えば、グラインダを用いて、補修部のスクリーン８２の部分を研削することができる。他の実施形態では、スクリーン８２は、補修部分上に残しておいてもよいことが理解されよう。例えば、スクリーン８２は、補修した部分の他のいかなる部品または動作も妨げることはない。したがって、スクリーンを定位置に残しておくことが、より効率良く、より経済的となり得る。
【００３８】
本発明の技術的効果には、外筒、ホイール、ブレードもしくはバケット、インレット、ノズルなどの機械部品の現場ろう付が含まれる。さらなる技術的効果には、ろう付アウトガス中の、広間隙充填化合物の保持の改善が含まれる。現場補修キットを用いて、分解し、修理場に移動させるのが困難な様々な機械部品の広間隙を適切に補修することができる。
【００３９】
本明細書に記載の説明は、最良の形態を含めて、本発明を例を用いて開示するためのものであり、また、いかなる装置またはシステムも作成し、使用すること、および組み込まれたいかなる方法も実施することを含めて、いかなる当業者も本発明を実施することを可能とするためのものである。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の例も含まれ得る。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言とほとんど異ならない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  タービンシステム
１２  燃料ノズル
１４  圧縮機
１６  燃焼器
１８  空気取入れ区画
２０  段
２２  段
２４  段
２６  静翼
２８  ブレード
３０  回転ホイール
３２  シャフト
３４  タービン
３６  ディフューザ
４０  段
４２  段
４４  段
４６  バケット
４８  ホイール
５０  ホイール
５２  ホイール
５４  シャフト
５６  外筒
６０  排気部
６４  基材
６６  間隙
６８  間隙
７０  縁部
７２  縁部
７４  間隙充填化合物
７６  フィラー金属
７８  フラックス
８０  フラックス
８２  スクリーン
８４  溶接部
９０  メッシュ
９１  開口
【図１】
2012101281.tif 000003
【図２】
2012101281.tif 000004
【図３】
2012101281.tif 000005
【図４】
2012101281.tif 000006
【図５】
2012101281.tif 000007
【図６】
2012101281.tif 000008
【図７】
2012101281.tif 000009