(57)【要約】  ろう付け又ははんだ付けにより第１の部分を第２の部分に接続するためのろう付け接合間隙を形成する方法であって、ろう付け又ははんだ付けにより前記第２の部分に接続させたい前記第１の部分の第１の接続面にミクロ構造エレメントを付加するステップと、前記第２の部分と、前記第１の部分、又は前記第１の接続面の輪郭と同じ工具輪郭を有する電極部分とを整列させるステップと、前記第１の部分又は前記電極部分を陰極として、前記第２の部分を陽極として極性を持たせることにより、前記第２の部分の第２の接続面を電解加工（ＥＣＭ）又は精密電解加工（ＰＥＣＭ）するステップと、を有する、ろう付け接合間隙を形成する方法。
2017505230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう付け又ははんだ付けにより第１の部分（１０）を第２の部分（１４）に接続するためのろう付け接合間隙（３６）を形成する方法であって、
ろう付け又ははんだ付けにより前記第２の部分（１４）に接続させたい前記第１の部分（１０）の第１の接続面（１８）にミクロ構造エレメント（２６，２８，３４）を付加するステップと、
前記第２の部分（１４）と、前記第１の部分（１０）、又は前記第１の接続面（１８）の輪郭と同じ工具輪郭を有する電極部分とを整列させるステップと、
前記第１の部分（１０）又は前記電極部分を陰極として、前記第２の部分（１４）を陽極として極性を持たせることにより、前記第２の部分の第２の接続面（２０）を電解加工（ＥＣＭ）又は精密電解加工（ＰＥＣＭ）するステップと、
を有する、ろう付け接合間隙（３６）を形成する方法。
【請求項２】
前記第１の部分（１０）に前記ミクロ構造エレメント（２６，２８，３４）を付加するために、かつ／又は前記第１の部分（１０）を製造するために、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）を使用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
突起又は凹部を、ミクロ構造エレメント（２６，２８，３４）として前記第１の接続面（１８）上に形成する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記ミクロ構造エレメント（２６，２８，３４）を、レール、リブ、ジグザグ線又はスタッガード線、実線、不連続線、破線の形態として設ける、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
電解液通路（４０）を前記第１の部分（１０）に組み込む、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記第１の接続面（１８）と前記第２の接続面（２０）との間の前記間隙（３６）へと電解液を方向付けることができるように、プラスチック又は非導電性材料から成る、好適にはリッジの形態の上部フレーム（３８）を、前記第１の部分（１０）の形状に適合させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記上部フレーム（３８）を生成的製造法により製造する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記整列を、形状的ツール、光学的ツール、数値的ツールを使用して達成する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記第１の部分（１０）及び前記第２の部分（１４）を固定するために機械的固定機器、好適には、クランプ、グリッパ、又はチャックを使用する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記電解加工（ＥＣＭ）法又は前記精密電解加工（ＰＥＣＭ）法をパルスプロセスとして行い、電源をパルスモードで動作させる、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
機械的振動を電源パルスに重畳させる、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記ＥＣＭ法又はＰＥＣＭ法を行う前に前記第２の接続面（２０）の区分にマスキング材料（５８）を被着する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
第１の部分（１０）と第２の部分（１４）とを互いにろう付け又ははんだ付けする方法であって、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法を使用して、ろう付け接合間隙（３６）を形成するステップと、
前記ろう付け接合間隙（３６）をろう合金で充填する又はぬらすステップと、を有している、第１の部分（１０）と第２の部分（１４）とを互いにろう付け又ははんだ付けする方法。
【請求項１４】
前記充填プロセス又はぬらしプロセス前に、前記第１の部分（１０）と前記第２の部分（１４）とを、１２０μｍ±３０μｍの間隙（３６）を置いて、好適には７０μｍ±２０μｍの間隙を置いて、平行に整列させる、請求項１３記載のろう付け又ははんだ付けする方法。
【請求項１５】
ろう付けペースト及び／又はろう付け箔を、前記ろう付け接合間隙（３６）を充填するために使用する、請求項１３又は１４記載のろう付け又ははんだ付けする方法。
【請求項１６】
ワイド間隙ろう付けペーストのビードを、特に高い粘性を有するワイド間隙ろう付けペーストを、前記ろう付け接合間隙（３６）の外側の分割線（２４）に塗布する、請求項１３から１５までのいずれか１項記載のろう付け又ははんだ付けする方法。
【請求項１７】
前記整列の前に、前記第１の部分（１０）及び前記第２の部分（１４）に通気孔（４０）を設計する、請求項１３から１６までのいずれか１項記載のろう付け又ははんだ付けする方法。
【請求項１８】
前記第１の部分（１０）及び前記第２の部分（１４）を整列させるために機械的固定機器、好適には、クランプ、グリッパ、又はチャックを使用する、請求項１３から１７までのいずれか１項記載のろう付け又ははんだ付けする方法。
【請求項１９】
請求項１３から１８までのいずれか１項記載の方法を使用するろう付け又ははんだ付けにより接続された少なくとも２つの部分（１０，１４）から成るワークピース（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明
本発明は、ろう付け又ははんだ付けにより第１の部分を第２の部分に接続するためのろう付け接合間隙を形成する方法、及び第１の部分と第２の部分とを互いにはんだ付け又はろう付けする方法に関する。
【０００２】
産業用ガスタービン（ＩＧＴ）の技術分野では、このような産業用ガスタービンの個々の構成部分は、熱的及び機械的応力にさらされている。従って、しばしば産業用ガスタービンの部品を修理又は交換する必要がある。従って、このようなガスタービンの旧サービス部品、例えばガスタービンベーン又はガスタービンブレードを取り出し、腐食又は損傷を受けた部分を切り取ることが公知である。このような部分は次いで、通常、クーポンと呼ばれる新規のタービンブレード部分と交換される。このようなクーポンは通常、旧サービス構成部分を修理又は再概念化するために、又はモジュラー・ハイブリッド部品を製造するために、タービンブレード又はタービンベーンに接続される。この接続は通常、ろう付け又ははんだ付けプロセスにより達成される。しかしながら、タービンベーン又はブレードに対するクーポンの「クーポンろう付け」の際に、接続したい領域が異なる熱容量を有しているという事実に起因して、ろう付け過程の加熱段階及び冷却段階において、ＩＧＴ部品のベース部分とクーポンとの間に生じる相対運動により、再現性に関する品質の偏差が生じる恐れがある。
【０００３】
交換用クーポンはしばしば、３Ｄプリンティングのような生成的な製造方法により形成される、又は製造される。金属粉末の粒径の差により、及びろう付け接合間隙におけるろう合金分布と相互拡散が最適でないことにより、品質に大きな偏差を有する高分散が生じている。
【０００４】
タービンブレード又はタービンベーンの旧サービス構成部分にタービンブレード部分（クーポン）を接続する別の可能性は、２つのパーツを互いに溶接することである。しかしながら、肉薄かつ延伸された部分は、これらのパーツに必須である品質と再現性をもって接合することができないので、このようなやり方は適していない。さらに、溶接は単一ピースプロセスであるのに対し、ろう付け又ははんだ付けは、複数のパーツを同時に処理することができるバッチプロセスで行うことができる。従って、溶接は、ろう付け又ははんだ付けよりも著しく長い時間を要する。
【０００５】
従って、本発明の課題は、従来技術において公知の問題を克服し、ろう付け又ははんだ付けプロセス中の偏差及び品質問題を最小限にするろう付け接合間隙を形成する方法を提供することである。
【０００６】
この課題は、請求項１による、ろう付け又ははんだ付けにより第１の部分を第２の部分に接続するためのろう付け接合間隙を形成する方法により解決される。この方法は、ろう付け又ははんだ付けにより前記第２の部分に接続させたい前記第１の部分の第１の接続面にミクロ構造エレメントを付加するステップと、前記第２の部分と、前記第１の部分、又は前記第１の接続面の輪郭と同じ工具輪郭を有する電極部分とを整列させるステップと、前記第１の部分又は前記電極部分を陰極として、前記第２の部分を陽極として極性を持たせることにより、前記第２の部分の第２の接続面を電解加工（ＥＣＭ）又は精密電解加工（ＰＥＣＭ）するステップと、を有している。
【０００７】
電解加工（ＥＣＭ）又は精密電解加工（ＰＥＣＭ）は、工具電極が腐食されないので、放電加工（ＥＤＭ）よりも好ましい。陰極として使用される第１の部分又は電極部分は、工具電極として機能する。ＥＣＭ又はＰＥＣＭの間は、酸化物スケール、又は表面のマイクロクラック、又はその他の機械的又は熱的影響を回避することができる。送り込み運動は第１の部分又は電極部分において行われ、第１の部分又は電極部分は第２の部分に向かって移動させられる。この場合、第２の部分から材料が腐食される。高電流が２つの電極間、即ち第１の部分又は電極部分と第２の部分との間に通される。電解液による材料除去プロセスが開始され、この場合、負帯電電極（陰極）と、導電性流体（電解液）と、導電性ワークピース（陽極）とが使用される。電極材料は、十分な導電性が得られるならば広範囲で変更可能である。電解液としては通常、ＮａＣｌ水溶液又はＮａＮＯ３水溶液又はこれらの任意の別の組み合わせが使用される。代替的な導電性水溶液が選択されてもよい。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法を使用することにより、マクロ及びミクロ構造を平行に形成することができる。ＥＣＭ／ＰＥＣＭにより得られる誤差は±３μｍであり、この場合、粗さはＲａ＜０．０５μｍの範囲にある。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法を行うためには、金属、金属間合金、セラミックス、セラミックス基複合材料（ＣＭＣｓ）、又は金属基複合材料（ＭＭＣｓ）のような導電材料を使用することができる。
【０００８】
送り込み運動の移動速度は、０．１〜２ｍｍ／分で継続的に変化させることができる。電解液濃度（ｐＨ及び導電率の値を含む）、流体温度、電流又は電圧のような全ての重要なプロセスパラメータは、全工程にわたって監視される。
【０００９】
ＥＣＭ工具電極、即ち第１の部分又は電極部分を、第２の部分の近くであるが第２の部分に接触しない所望の経路に沿ってガイドすることができる。放電加工（ＥＤＭ）とは異なり火花は形成されない。ＥＣＭ又はＰＥＣＭにより高い金属除去率が達成され、熱的応力又は機械的応力を回避できる。これらの応力はさもないと部品へと伝達される。高度な表面仕上げ品質を達成することもできる。
【００１０】
好適には、接続したい部品は、産業用ガスタービンＩＧＴのベーン又はブレードと、ベーン／ブレードの修理又は再構成のためのクーポン（タービンブレード部分）である。
【００１１】
第１の部分に付加されるミクロ構造エレメントは、好適には、機械加工、鋳造、焼結、又は付加的な製造法により加工される。整列（アライメント）は、第１の部分と第２の部分とが接続される予定の位置で行われる。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法が、第１の部分とは異なる別個の電極部分によって行われる場合、この電極部分は第１の接続面の輪郭と同じ輪郭を有している。従って、第１の接続面上に設けられるミクロ構造エレメントが、電極部分の面上にも設けられている。好適には、ミクロ構造エレメントは、接続面に対して０°〜９０°の角度で方向付けられている。これらのミクロ構造エレメントを設けることにより、ろう付け又ははんだ付けプロセスの間、接続すべき部分間の横方向及び／又は縦方向運動を回避することができる。ミクロ構造エレメントは好適には、ろう付け接合間隙のサイズ寸法で設けられており、即ちミクロ構造エレメントは、第１の面から約３０〜２００μｍだけ延在している。
【００１２】
ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法は、溶接技術に対して付加的な利点を提供する。第１の部分が陰極として使用され、黒鉛電極のような付加的な電極部分を使用する必要がないならば、第１の部分の第１の接続面を工具面として使用することができる。製造行程中の第１の部分の向きに応じて生じる、又は生成的製造を行う場合に、粉末品質や選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）のプロセスパラメータに起因する、表面粗さを変化させる、残留応力に基づく幾何学的な歪みは、第１の部分及び第２の部分を、第１の面及び第２の面と対応して製造することができるので、克服することができる。ＥＣＭ又はＰＥＣＭにより、互いに接続すべき２つの部分を適合させる際の小さな及び大きな偏差を克服することができる。電気力線は、比較的小さな間隙距離を有する領域の近くにあるので、初期状態における偏差を相殺し、均一なろう付け接合間隙を形成することができる。従って、異なる間隙距離を有する領域ではより多くの材料腐食かつ／又は異なる速度の材料溶解が起こる。
【００１３】
好適には、前記第１の部分に前記ミクロ構造エレメントを付加するために、かつ／又は前記第１の部分を製造するために、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）が使用される。前記第１の部分を製造するとは、第１の部分を選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）を使用して製造すると同時にミクロ構造エレメントを製造することもできることを意味している。第１の部分をフライスにより製造し、続く工程で選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）によりミクロ構造エレメントを付加することも可能である。選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）は付加的な製造プロセスであって、この場合、微細な金属粉末を互いに融着することにより３次元的な金属部品を造形するために高出力のレーザービームが使用される。第１の部分の代わりに電極部分をＥＣＭ／ＰＥＣＭ法のために使用する場合、電極部分を黒鉛のような異なる材料で形成することができる。黒鉛から成る電極部分にも適用する必要があるミクロ構造エレメントは、例えば切削、フライス加工、又は焼結によって機械加工することができる。しかしながら黒鉛電極のような別個の電極部分の使用は、ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法の間に第１の部分が電極として使用されないために、他の偏差を補償することができないので、接続すべき第１の部分と第２の部分とが明らかな幾何学的偏差を示さない場合にのみ可能である。
【００１４】
方法の別の好適な態様は、突起又は凹部を、ミクロ構造エレメントとして前記第１の接続面上に形成することを特徴とする。好適には、このような突起はポジ型の／凸状のミクロ構造エレメントを形成していて、凹部はネガ型の／凹状のミクロ構造エレメントを形成している。
【００１５】
前記ミクロ構造エレメントが、レール、リブ、ジグザグ線又はスタッガード線、実線、不連続線、破線として設けられているならば特に好適である。
【００１６】
別の特に好適な方法の態様では、電解液通路は第１の部分に組み込まれている。これらの電解液通路は、ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法を行う前に第１の部分に組み込まれる。好適には前記通路は、電解液の流れが電極部分の設計に適合されるように、かつ電解液を第１の接続面と第２の接続面との間の間隙へと方向付けることができるように、設計されている。別個の電極部分がＥＣＭ／ＰＥＣＭ法のために使用される場合、電極部分の工具輪郭と第２の接続面との間にこのような間隙が形成されている。
【００１７】
前記第１の接続面と前記第２の接続面との間の前記間隙へと電解液を方向付けることができるように、プラスチック又は非導電性材料から成る、好適にはリッジの形態の上部フレームを、前記第１の部分の形状に適合させるならば特に好適である。上部フレームは好適には電解液を方向付ける入口通路と出口通路とを有しており、入口通路は電解液を第１の面と第２の面との間の間隙へと方向付けており、出口通路はこの間隙から出る電解液を方向付けている。出口通路の直径は入口通路の直径よりも大きいと特に好適である。
【００１８】
別の好適な方法の態様では、前記上部フレームを生成的製造法により製造する。このような生成的製造法はレーザー焼結であってよい。しかしながら、プラスチック製の上部フレームを使用する場合、上部フレームを製造するのに３Ｄプリンティングを使用すると特に好適である。
【００１９】
別の好適な方法の態様では、前記整列を、形状的ツール、光学的ツール、数値的ツールを使用して達成する。第１の部分と第２の部分とを整列させるために光学的又は形状的測定を利用することができる。
【００２０】
有利には、第１の部分及び第２の部分を固定するために機械的固定機器、好適には、クランプ、グリッパ、チャックを使用する。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法の間に、陽極に向かう陰極の送り込み運動又はＺ軸線に沿った重畳するパルス式の機械的な往復運動以外のいかなる相対運動をも阻止するために２つの部分には保持力が付与される。
【００２１】
好適には、電解加工（ＥＣＭ）法又は精密電解加工（ＰＥＣＭ）法をパルスプロセスとして行い、電源をパルスモードで動作させる。
【００２２】
機械的振動を電源パルスに重畳させるならば特に好適である。好適には陰極が振動させられている。振動と流体の最適な供給により、化学的に負荷された電解液の効果的な排出が得られる。
【００２３】
別の好適な方法の態様では、前記ＥＣＭ又はＰＥＣＭ法を行う前に前記第２の接続面の部分にマスキング材料を被着する。マスキング材料によるマスキング又はコーティング区分又は領域により、ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法を行うべきではない領域のマスキングが達成され、コーティングされた又はマスキングされた領域におけるガルバニック材料除去を制御することができる。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法が行われる場合、このようなマスキングされた領域は腐食／溶解されない。
【００２４】
前述の課題は、請求項１３記載の第１の部分と第２の部分とを互いにろう付け又ははんだ付けする方法によっても達成される。この方法は、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法を使用して、ろう付け接合間隙を形成するステップを有している。この方法はさらに、前記ろう付け接合間隙をろう合金で充填する又はぬらすステップを有している。第１の部分に付加されたミクロ構造エレメント、及び第２の部分にネガ型としてＥＣＭ又はＰＥＣＭ法により付加されたミクロ構造エレメントは、接続すべき第１の部分及び第２の部分を連結するために利用することができる。ろう付け又ははんだ付けプロセスは好適にはバッチプロセスで行われ、接続すべき部分は加熱される。次いでろう合金は液化され、ろう付け接合間隙に充填するために使用される。加熱工程後、冷却工程が開始され、この際にろう合金は凝固する。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法により第１の面と第２の面とは常に互いに精密に結合されるので、上述したろう付け又ははんだ付けする方法は、長く広いろう付け接合にとって特に好適である。
【００２５】
好適には、前記充填プロセス又はぬらしプロセス前に、前記第１の部分と前記第２の部分とを、１２０μｍ±３０μｍの間隙を置いて、好適には７０μｍ±２０μｍの間隙を置いて、平行に整列させる。ろう付け中にろう合金による高度な充填性及び／又はぬれ性を得るためには、７０μｍ±２０μｍの毛細管間隙が特に好適である。連続的なろう付け接合間隙により、改善された等温のろう付け凝固が達成される。何故ならば、ろう合金の溶融点降下元素の、接続すべき２つの面への相互拡散のための面が、ミクロ構造エレメントによって増大されるからである。これにより、ろう付け接合部内での残留共晶相とボイド形成のリスクが低下する。従って、良好な疲労寿命のような良好な機械的特性が達成される。より速い等温凝固によりさらに、冷却時に、接続すべき２つの面又は部分間でずれが生じる危険が減じられる。
【００２６】
ろう付け又ははんだ付けする方法の別の態様では、ろう付けペースト及び／又はろう付け箔を、ろう付け接合間隙に充填するのに使用する。好適には、ろう付け箔は溶融紡糸ろう付け箔である。
【００２７】
ワイド間隙ろう付けペーストのビードを、特に、高い粘性を有するワイド間隙ろう付けペーストを、前記ろう付け接合間隙の外側の分割線に塗布すると特に好適である。ワイド間隙ろう付けペーストのビードは、この場合、漏れによる溶融ろう合金の材料損失を阻止するガスケットとして機能する。さらに、ワイド間隙ろう付けペーストのビードは、ボイド及び孔を充填するためのリザーバとして機能することができる。
【００２８】
さらなる好適な態様では、前記整列の前に、前記第１の部分及び前記第２の部分に通気孔が設計される。ろう付けペーストのバインダは、加熱工程中に気化させる必要がある。第１の部分及び第２の部分に通気孔又は冷却空気孔が設けられているならば、バインダはこれらの通気孔又は冷却空気孔を通って気化することができる。バインダの気化後、通気孔又は冷却空気孔は、毛細管作用によりろう合金によって充填することができる。従って、通気孔又は冷却空気孔を、好適には同じろう付け又ははんだ付けプロセス内で閉じることができる。
【００２９】
好適には、第１の部分及び第２の部分を整列させるために機械的固定機器、好適には、クランプ、グリッパ、又はチャックを使用する。固定機器は、接続すべき２つの隣接する部分／面の間に付加的な力を形成する。従って、ろう付けプロセス中に望ましくない相対的な移動は起こり得ない。固定機器は特に、例えば３Ｄプリンティングにより、接続すべき部分に合わせて設計することができる。ろう付け接合間隙形成中又は形成直後にろう付け又ははんだ付けプロセスが行われると、特に好適である。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法のために整列させなければならない第１の部分及び第２の部分は、ろう付け又ははんだ付けプロセスの間、整列された位置に保持することができる。
【００３０】
上述した課題は、請求項１９記載のワークピースによっても達成される。このワークピースは、請求項１３から１８までのいずれか１項記載の方法を使用するろう付け又ははんだ付けにより接続された少なくとも２つの部分から成る。
【００３１】
産業用ガスタービン（ＩＧＴ）の分野では、上述した全ての処置が、ろう付け接合の機械的特性を改善するために重要である。ＩＧＴ部分間でのろう付け接合部は通常、熱的及び機械的に高度に負荷される領域である。従って、上述した方法は特に、ろう付け接合部が付加的な機械的連結部なしに、熱的かつ／又は機械的全負荷を支持しなければならない全ての領域にとって特に重要となりえ、この場合、機械的連結も良好なオプションである。
【００３２】
請求項に記載の発明のさらなる利点および詳細は、この後、図面および図面の説明に関連して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】タービンブレード部分を示した図である。
【図２】タービンブレードの修理又は再概念化のためにタービンブレードベース部材上に配置されたタービンブレード部分を示した図である。
【図３】図１によるタービンブレード部分の底面を示した図である。
【図４】タービンブレード部分なしに図２に示したタービンブレードベース部材を示した図である。
【図５】ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法の間の、タービンブレード部分を有したタービンブレードベース部材を示す縦断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った別の断面図である。
【図７】異なるミクロ構造エレメントを備えたタービンブレード部分の異なる態様を示した図である。
【図８】異なる態様のミクロ構造エレメントを備えたタービンブレード部分の異なる区分を示した図である。
【００３４】
図１には、しばしばクーポンと呼ばれるタービンブレード部分１０が示されている。このようなクーポン１０は通常、産業用ガスタービン（ＩＧＴ）の旧サービス部品の再概念化又は補修に使用される。産業用ガスタービンのベーン又はタービンブレードを補修するために、ベーン又はブレードは、損傷部分を除去し、新規の部分に置き換えるように機械加工される。即ち、タービンブレード部分（クーポン）１０は、損傷部分と置き換えるために使用される。
【００３５】
図２には、タービンベーン／タービンブレード１２の詳細が示されており、タービンブレード部分１０はタービンベース部材１４に取り外し可能に取り付けられている。タービンベース部材は、産業用ガスタービンにタービンブレード／タービンベーンを取り付けるための脚部材１６を有している。タービンブレード部分１０の第１の面１８とタービンベース部材１４の第２の面２０とは、タービンブレード／タービンベーンが高温ガス露出外面２２を有するように配置されている。しかしながら、タービンブレード部分１０とタービンベース部材１４とは、分割線２４で分離されているので、２つの別個の部分であることが判る。
【００３６】
先端技術では、タービンブレード部分（クーポン）１０とタービンベース部材１４とは、パーツのろう付け又ははんだ付け又は溶接により互いに取り付けられている。しかしながらタービンブレード部分１０とタービンベース部材１４とを接続する場合、ろう付けは高い精度を要する。ろう付け又ははんだ付けプロセスの冷却段階では、タービンブレード部分１０とタービンベース部材１４との間に相対運動が起こるという問題がしばしば生じている。タービンブレード部分１０をタービンベース部材１４に溶接する場合、肉薄の壁と延伸された部分とを、同じ品質と必要な再現性をもって接合することができない。さらには溶接により、構成部分に残留応力が生じる。
【００３７】
従って、タービンブレード部分１０をタービンベース部材１４に接続するための新規の方法を説明する。図１〜図８に示した態様によれば、図３では底面を示したタービンブレード部分１０は、第１の面１８に形成された複数のミクロ構造エレメントを有している。これらのミクロ構造エレメントは好適にはエンボス線２６又は立方体エンボス２８として形成されている。ミクロ構造エレメント２６，２８は好適には、第１の面１８から３０〜２００μｍの高さで配置されている。
【００３８】
これらのミクロ構造エレメント２６，２８は、ろう付けプロセスの向上のために、ろう付け又ははんだ付けプロセスに使用される。タービンブレード部分１０とタービンベース部材１４とを互いにろう付けするために、均一で連続的なろう付け接合間隙を形成するのが好適である。従って、タービンベース部材１４の第２の面２０に、第１の面１８のネガ型を作製するのが好ましい。
【００３９】
図４には、タービンベース部材１４が示されており、この場合、第２の面２０は既に、第１の面に適合されていて、第１の面１８のネガ型を有している。第２の面２０は、エンボス線２６に対応する線状凹部３０と、立方体エンボス２８に対応する立方体状凹部３２とを有している。
【００４０】
別のエンボス線２６又は立方体又はピラミッド型エンボスのようなミクロ構造エレメントの別の好適な態様は図７及び図８に示されている。タービンブレード部分１０は、エンボス線２６だけを又は立方体エンボス２８だけを有していて良い。しかしながら両者の組み合わせも可能である。立方体エンボス２８は、平行に整列されているピラミッド型又は屋根型エンボス３４に置き換えられてもよい。図８に示したように、エンボス２８，３４は、タービンブレード部分１０の長手方向軸線に対して平行に整列させられていてよい。立方体エンボス２８又はピラミッド型エンボス３４をタービンブレード部分１０の長手方向軸線に対して垂直に配置することもできる。エンボス２８，３４の数は、エンボス２８，３４の構造に応じて変更することができる。
【００４１】
図３に戻るが、ミクロ構造エレメントをなすエンボス線２６と立方体エンボス２８とは、好適には選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）により第１の面１８に付加される。選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）は付加的な製造プロセスであって、この場合、微細な金属粉末を互いに融着することにより３次元的な金属部品を造形するために高出力のレーザービームが使用される。また、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）によってタービンブレード部分（クーポン）１０全体を製造することもできる。選択的レーザー溶融法は、ミクロ構造エレメント２６，２８，３４を製造するのに特に好適である。タービンベース部材１４の第２の面２０にミクロ構造エレメントのネガ型、線状凹部３０、立方体状凹部３２を造形するために、新規の方法を図５及び図６につき説明する。
【００４２】
図５には、間隙３６を置いて互いの上に配置されたタービンブレード部分１０とタービンベース部材１４の断面図が示されている。エンボス線２６と立方体エンボス２８のネガ型を造形するために、電解加工（ＥＣＭ）法又は精密電解加工（ＰＥＣＭ）法が行われる。タービンブレード部分１０は陰極の極性を有し、タービンベース部材１４は陽極の極性を有する。タービンブレード部分１０とタービンベース部材１４との間に高電流が通され、電解による材料除去プロセスが行われる。タービンブレード部分１０はＥＣＭ／ＰＥＣＭ法のための工具として使用され、タービンベース部材１４は機械加工され、タービンベース部材１４から材料が除去される。導電性流体（電解液）、好適にはＮａＣｌ水溶液又はＮａＮＯ３水溶液又はこれらの任意の組み合わせがＥＣＭ／ＰＥＣＭ法のために使用される。電解液を間隙３６へと方向付けるために、プラスチック又は非導電材料から成るリッジの形態の上部フレーム３８が、タービンブレード部分１０の形に適合されている。タービンブレード部分１０は貫通孔４０と補強リブ４２を有している。部品設計により得られる構造が、間隙３６へと電解液を方向付ける電解液流ガイドのための「通路」として利用される。上部フレーム３８は、電解液を間隙３６へと方向付ける入口通路４４を有するように設計されていて、この場合、タービンベース部材１４の第２の面２０から材料が除去される。上部フレーム３８はさらに、間隙から電解液を導出する出口通路４６を有している。入口通路４４における電解液流は矢印４８で示されており、出口通路４６における電解液流は矢印５０で示されている。上部フレーム３８は入口通路４４に流体接続している流入カニューレ５２と、出口通路４６に流体接続している流出カニューレ５４とを有している。図５では、流入カニューレ５２と流出カニューレ５４とは補強リブ４２の間の貫通孔４０内に配置されている。電解液は入口通路４４と流入カニューレ５２とを通って間隙３６へとガイドされ、次いで流出カニューレ５４と出口通路４６とを通って導出される。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法の間に、陽極として極性を有するタービンベース部材１４の材料は電解液内で溶かされると、矢印５６で示したように、タービンブレード部分の送り込み運動が行われる。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法により、エンボス２８を有するタービンブレード部分１０の第１の面１８のネガ型が、タービンベース部材１４に形成される。従って、立方体エンボス２８に対応する立方体状凹部３２が造形される。
【００４３】
図６には、貫通孔４０の領域における図５のＡ−Ａ線に沿った断面図が示されている。従って、図６の断面図には補強リブ４２は示されていない。リッジ状の上部フレーム３８はタービンブレード部分１０の上部に取り付けられている。電解液流入カニューレ５２は貫通孔４０内に挿入されていて、矢印４８で示したように電解液を間隙３６へとガイドしている。電解液流入カニューレ５２は、プラグ接続により上部フレーム３８に接続されている。図６では、マスキング材料から成るマスキングプラグ５８が、タービンベース部材１４の第２の面２０に取り付けられている。マスキングプラグ５８は、ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法を行う前に取り付けられ、マスクされた領域の機械加工を防止し、電解液流を方向付ける。しかしながら、立方体エンボス２８の区分にはこのようなマスキングプラグ５８は設けられていない。従って、対応する第２の面２０はＥＣＭ／ＰＥＣＭ法により機械加工され、立方体エンボス２８に対応する立方体状凹部３２が形成される。
【００４４】
ＥＣＭ／ＰＥＣＭにより、エンボス２６，２２，３４を有するタービンブレード部分１０の第１の面１８の正確なネガ型を造形することができる。得られる誤差は約±３μｍであり、この場合、粗さＲＡは０．０５μｍよりも小さい。図５の矢印５６に沿った送り込み運動は、０．１〜２ｍｍ／分で継続的に変化させることができる。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法の間、電解液濃度、流体温度、電流又は電圧のような全ての重要なプロセスパラメータは監視される。ＥＣＭ／ＰＥＣＭ法の間、工具の摩耗は極めて低いので、タービンブレード部分１０のことである切削工具は腐食されていない。従ってＥＣＭ／ＰＥＣＭ法の後、タービンブレード部分１０とタービンベース部材１４の双方は完璧な面を有しており、タービンブレード部分１０の第１の面１８上に形成されたミクロ構造エレメント２６，２８，３４は、タービンベース部材１４の凹部３０，３２に対応するように形成される。
【００４５】
タービンブレード部分１０とタービンベース部材１４とを互いにろう付け又ははんだ付けする際には、タービンブレード部分１０とタービンベース部材１４とは、約１２０μｍ±３０μｍの連続的なろう付け接合間隙をおいて配置される。ろう付け中にろう合金による高度な充填性又はぬれ性を得るためには、７０μｍ±２０μｍの毛細管間隙が好適である。有利には、漏れによる溶融ろう合金の材料損失を阻止するために、かつボイドや孔を充填するリザーバとして機能するために、タービンブレード部分１０とタービンベース部材１４との間の外側の分割線２４には、ワイド間隙ろう付けペーストのビードを、特に、高い粘性を有するワイド間隙ろう付けペーストを塗布することができる。
【００４６】
ガルバニック材料除去を制御するために、電気絶縁性のトップコートを塗布することにより、陰極のクーポンのミクロ構造を局所的に絶縁することができる。
【００４７】
開示された接合法は、特に、長い及び／又は広い接合部を接合するために特に有益である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  タービンブレード部分（クーポン）
１２  タービンベーンベース
１４  タービンベース部材
１６  脚部材
１８  第１の面
２０  第２の面
２２  外面
２４  分割線
２６  エンボス線
２８  立方体エンボス
３０  線状凹部
３２  立方体状凹部
３４  屋根型エンボス
３６  間隙
３８  上部フレーム
４０  貫通孔
４２  補強リブ
４４  入口通路
４６  出口通路
４８  矢印
５０  矢印
５２  流入カニューレ
５４  流出カニューレ
５６  矢印
５８  マスキングプラグ
【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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【国際調査報告】
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