(57)【要約】  本発明は、溶接、特に突き合わせ溶接によって、２つの構造要素（２６，２８）を接合する方法に関する。本方法は、前記２つの構造要素を接合する溶接線（３０）を形成するステップと、前記溶接線（３０）を横切る材料（３２）を追加し、このことにより前記溶接線に沿った亀裂伝播を制限するための１つ以上のクラックストッパを形成するステップとを含んでいる。前記１つ以上のクラックストッパ（３４）は、各々が前記溶接線の長さに関して見られる前記溶接線（３０）に沿った限定延長部を有する。構造システムは、本方法によって接合された２つの構造要素を備え、本方法は特に、部品または航空機エンジンに適用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接によって２つの構造要素を接合する方法であって、
−前記２つの構造要素を接合する溶接線を形成するステップと、
−前記溶接線を横切る材料を追加し、このことにより前記溶接線に沿った亀裂伝播を制限するための１つ以上のクラックストッパを形成するステップとを含んでおり、前記１つ以上のクラックストッパは、各々が前記溶接線の長さに関して見られる前記溶接線に沿った限定延長部を有する、方法。
【請求項２】
前記２つの構造要素は突き合わせ接合によって接合される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶接線に沿った異なる位置に少なくとも２つのクラックストッパを形成することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記クラックストッパの前記延長部は、前記溶接線の幅又は前記溶接線プラス熱影響域の幅と同程度の大きさである、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
複数のクラックストッパが前記溶接線に沿って配置されており、全てのクラックストッパに対する前記延長部の合計が前記溶接線の長さの２５％未満を構成する、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記クラックストッパは前記溶接線を横切って広がっており、前記構造要素及び前記溶接線に対向する前記クラックストッパの面がそれに対して実質的に完全に取り付けられる、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記クラックストッパは、前記溶接線を横切って、前記２つの構造要素の一方又は両方に位置する１つ以上の特徴部まで広がる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記クラックストッパは金属付着（ＭＤ）によって形成される、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記溶接線及び前記クラックストッパは同一材料から形成される、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記溶接線及び前記クラックストッパは、前記２つの構造要素と同じ材料から形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶接線及び／又は前記クラックストッパ及び／又は前記構造要素はチタン合金からなる、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記溶接線及び／又は前記クラックストッパ及び／又は前記構造要素はＮｉ超合金からなる、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記溶接線及び／又は前記クラックストッパ及び／又は前記構造要素はアルミニウムからなる、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
複数のクラックストッパは、隣接するクラックストッパ（ｃ１，ｃ２，…，ｃｎ）が互いに所定距離（ｄ１，２，ｄ２，３，…，ｄｎ−１，ｎ）離間配置されるように、前記溶接線に沿って形成される、請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記クラックストッパは規則的に離間配置される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
隣接するクラックストッパ（ｃ１，…，ｃｎ）間の距離（ｄｉ−１，ｉ）が全て等しくはならない、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記クラックストッパは不規則に離間配置される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記距離は、前記溶接線に沿った最大許容亀裂長さによって制限される、請求項１３乃至１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記最大許容亀裂長さは、少なくとも１つの所定の強度及び／又は機能基準によって決定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記クラックストッパの厚さ及び／又はサイズは、所定の強度及び／又は機能基準によって決定される、請求項１乃至１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記溶接線は、前記クラックストッパを形成する前の前記溶接線の形成中に得られた温度との関連で冷却することが可能である、請求項１乃至２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
溶接線を形成する前記ステップ及びクラックストッパを形成する前記ステップは、同じ方法を用いて実行される、請求項１乃至２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
溶接線を形成する前記ステップはレーザー溶接によって実行され、及び／又は、材料を追加する前記ステップはレーザーを用いて実行される、請求項１乃至２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記クラックストッパは、主軸の方向に延在する細長い形状、例えば略長方形、楕円形又は卵形を有する、請求項１乃至２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記クラックストッパは、その主軸が前記溶接線に垂直に配向されている、略長方形、楕円形又は卵形等の細長い形状を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記クラックストッパは、その主軸が前記溶接線に対して斜角で配向されている、略長方形、楕円形又は卵形等の細長い形状を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記クラックストッパは、その主軸が前記溶接線に沿って延在する、略長方形、楕円形又は卵形等の細長い形状を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記クラックストッパは略円形状を有する、請求項１乃至２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記クラックストッパは略多角形状を有する、請求項１乃至２３のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記クラックストッパは、前記溶接線に垂直な方向に高さを有しており、前記高さは、前記構造要素の厚さの０．５〜１０倍の範囲内、好ましくは、前記構造要素の厚さの０．５〜５倍の範囲内、より好ましくは、０．５〜３倍の範囲内である、請求項１乃至２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
２つの構造要素を含む構造システムであって、前記２つの構造要素が請求項１乃至３０のいずれかに記載の方法によって接合される、構造システム。
【請求項３２】
請求項３１に記載の構造システムを含む、ジェットエンジン、又は、ファンケース、ファン構造、圧縮機構造、タービン構造又はエンジンマウント構造等のその部品。
【請求項３３】
請求項３１に記載の構造システムを含む、航空機。
【請求項３４】
２つの構造要素を接合する溶接線を補強する方法であって、
−前記溶接線を横切る材料を追加し、このことにより前記溶接線に沿った亀裂伝播を制限するための１つ以上のクラックストッパを形成するステップを含んでおり、前記１つ以上のクラックストッパは、各々が前記溶接線の長さに関して見られる前記溶接線に沿った限定延長部を有する、方法。
【請求項３５】
２つの従属部品を溶接する方法であって、
一次溶接部によって前記２つの従属部品を接合するステップと、
少なくとも１つの二次溶接部を塗布するステップとを含んでおり、前記二次溶接部は前記一次溶接部を横切って延在する、方法。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの二次溶接部が前記一次溶接部に対して実質的に９０度で前記一次溶接部と交差する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記方法は、前記一次溶接部に沿って間隔を置いて複数の二次溶接部を塗布することを含む、請求項３５又は３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記二次溶接部は、前記一次溶接部の長さに沿って均等に離間配置される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
２つの従属部品からなる溶接部品であって、前記従属部品は一次溶接部によって接続され、前記部品は、各々が前記一次溶接部を横切って延在する複数の二次溶接部を更に含む、溶接部品。
【請求項４０】
各二次溶接部は、前記一次溶接部に対して実質的に９０度で配設される、請求項３９に記載の溶接部品。
【請求項４１】
請求項３９又は４０に記載の溶接部品を含む、航空エンジン。
【請求項４２】
請求項３９又は４０に記載の溶接部品を含む、ガスタービン。
【請求項４３】
航空エンジン部品を製造する方法であって、
前記エンジンの予想負荷サイクルに従って許容亀裂長さを決定するステップと、
一次溶接部によって２つの従属部品を接合するステップと、
前記一次溶接部を横切って延在する複数の二次溶接部を塗布するステップとを含んでおり、
前記二次溶接部は、前記所定の亀裂長さよりも大きくない距離によって前記一次溶接部の長さに沿って離間配置される、方法。
【請求項４４】
実質的に添付図面に関して本明細書に記載した装置。
【請求項４５】
実質的に本明細書に記載した方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部に沿った亀裂の伝播を防止又は制限することに関する。特に、溶接方法及び本方法によって形成された溶接部を開示する。特に重要な適用対象の１つは、航空機の分野、特にジェットエンジン及びジェットエンジン用の取付構造である。
【背景技術】
【０００２】
航空機の様々な部分、特にエンジン構造や、エンジンと航空機構造、例えば翼との間の荷重経路内の部品の様々な部分は、フライト中に大きな応力を受けやすい。
【０００３】
エンジン部品や荷重経路内の部品は、それらの部分を鋳造することによって、或いは板金又は鍛造物を用い、続いて様々な部分を溶接することによって、製造されることが多い。異なる構造を接続する何らかの溶接線が、製造時に生じる、細孔等の初期欠陥を有することがある。そのような欠陥が、応力で、特にフライト中に生じる熱及び機械的応力によって、亀裂に発展する可能性がある。それ故、故意に構造亀裂発生箇所を成長させないように、溶接線は航空機及びエンジン構造の特定の領域では避けられる。亀裂伝播は、フライト中の高サイクル荷重タイプによって必然的に生じやすい疲労問題であるため、溶接線が受け入れられる場所では、それらは損傷許容基準によって寸法決めされることが多い。これらの荷重は、溶接部によって接合された構造を分裂させるように作用する、溶接部に対して垂直な成分を有することが多い。限界亀裂長さとも呼ばれる損傷許容性は、溶接線の特定の位置に応じた厳しい基準によって指示される。亀裂は、安全なフライトと適切なエンジン作動を維持することができるように、それより長く成長すべきではない。溶接部が部品検査間隔よりも長い損傷許容寿命を備えて設計されることが、設計要件である。損傷許容寿命を推定する際、特定の初期欠陥寸法が用いられる。そのため、亀裂は、できる限り、そこで修復することができる定期検査中に検出すべきである。
【０００４】
一般的に、少なくとも民間航空業界内では、各フライトが主負荷サイクルと多数の小負荷サイクルを生成することになる。これらの負荷サイクルは、２種類の疲労、低サイクル疲労（ＬＣＦ）及び高サイクル疲労（ＨＣＦ）を生じさせるものであり、後者は、短時間で１００００００サイクル以上になる。ＨＣＦは、一般的に振動によって、及び一回のフライト中に多くの振動サイクル、一般的にはエンジンシャフトの各回転につき１サイクルがあるその性質によって生じる。そのため、ＨＣＦにさらされる領域で亀裂が生じる場合、ＨＣＦ疲労がほんの数時間の飛行中に生じる可能性がある。そのため、ＨＣＦによって生じる亀裂の成長は速いため、ＨＣＦによる亀裂成長は、故障が発生する前に通常の検査間隔において認識することが不可能である。そのため、ＨＣＦ荷重にさらされる領域での亀裂発生の考えられるリスクを取り除くことが重要である。これは一般に、材料強度自体を考慮するだけの場合に要求されるであろう厚さよりも大きな厚さを有する構造要素を用いることによって実現されてきた。一般に、ＨＣＦ疲労は、航空機のエンジン構造及びエンジンマウント構造の特定領域に集中している。従って、特定のエンジン構造の比較的限られた局所的な領域のみがＨＣＦにさらされることになる。そのため、上記した方法は、ＨＣＦの局所的問題を解決するために、構造の全体的な過大寸法につながることになる。このことにより、構造が比較的重くなる場合がある。ある種の適用対象、特に高価な材料から作られた部品及び／又は軽量であるべき部品では、このことが部品の目的と矛盾する場合がある。また、航空機構造の重量は、例えば燃料消費やフライト効率に影響する場合がある。
【０００５】
そのため、純粋なＬＣＦ領域では比較的薄い構造要素を使用することができるのに対し、ＨＣＦ領域を含む構造は比較的重くなることが多い。従って、ＨＣＦにさらされる領域に対しても軽量部品を製造可能であることが課題である。
【０００６】
ＬＣＦによって発生且つ伝播した亀裂は、定期検査サービス間隔において検出及び修復することができる。
【０００７】
亀裂修復方法の一例は、溶接線の両側から材料を除去し、続いてこの領域に補修溶接を施すことによって脆性亀裂を阻止することが記載されている特許文献１から知られている。しかしながら、この公報は、溶接部に沿った亀裂の修復には関連するが、溶接線に沿った亀裂伝播の防止には関連していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１  ６７４  １８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、少なくともある程度、前述の課題を軽減することを目指している。１つの目的は、フライト中にＨＣＦにさらされる部品に対しても軽量構造の製造を可能にすることである。１つの目的は、ＬＣＦによって生じた亀裂の伝播を防止及び制限することである。本発明の目的は予防手段であって、溶接線の初期形成と共に好都合に適用される。これは、亀裂が現れた後の溶接線の修復を開示する特許文献１との大きな差異である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、溶接によって、特に突き合わせ溶接によって２つの構造要素を接合する方法が開示されている。本方法は、
−前記２つの構造要素を接合する溶接線を形成するステップと、
−前記溶接線を横切る材料を追加し、このことにより前記溶接線に沿った亀裂伝播を制限するための１つ以上のクラックストッパを形成するステップとを含む。前記１つ以上のクラックストッパは、各々が前記溶接線の長さに関して見られる前記溶接線に沿った限定延長部を有する。
【００１１】
好都合には、限定的ではないは、材料は溶接線の上に追加される。例えば、金属の玉又は線を、溶接部を横切って貼り付けてもよい。このことにより、溶接線を横切って上に延在する、リブ状要素を形成することができる。亀裂が溶接線の中又は付近で始まった場合、伝播は一般に溶接線に沿って生じることになる。特に、溶接線と周囲構造の間の移行領域は、亀裂伝播を起こしやすい。亀裂が伝播し、最終的にクラックストッパに達すると、クラックストッパは亀裂が更に伝播することを制限することになる。亀裂伝播を制限することによって、溶接検査のサービス間隔が延びることになる。このため、クラックストッパがストップ、ブロック又は亀裂伝播バリアを形成するので、亀裂がもし形成されても、溶接線に沿って更に伝播し続けることにはならない。クラックストッパは、溶接線を横切る材料の連続流れを追加すること、又は、相互に連結して溶接線を横切る連続したクラックストッパを形成する、追加材料の不連続点を追加することのいずれかによって形成することができる。
【００１２】
例えば、特定の形状、適用対象の種類や、溶接線及び周囲構造に及ぼされる可能性がある負荷に応じて、１つ以上のクラックストッパを溶接線に沿って形成してもよい。例えば、２つの構造要素によって形成された部品が、亀裂伝播を制限する働きもすることになる第３の斜めに配向された構造要素への接続部等の、構造的特徴部又はその他の幾何学的特徴部を有する場合、１つのクラックストッパで十分になる。このことにより、亀裂伝播は、クラックストッパとこの構造的特徴部又はその他の幾何学的特徴部の間の距離に制限される。
【００１３】
亀裂は、溶接線に沿って、特に溶接線と隣接構造の間の移行部内の溶接線の片側に沿って伝播する可能性が最も高いので、クラックストッパは、例えば溶接線の両側の構造に取り付けられるように、溶接線を横切って広がるのが好ましい。
【００１４】
本発明の一態様によれば、本方法は、溶接線に沿った異なる位置に少なくとも２つのクラックストッパを形成することを含む。複数のクラックストッパを形成してもよく、その場合、各クラックストッパは溶接線に沿った異なる位置に配置される。このことにより、亀裂伝播は、隣接するクラックストッパ間の距離で制限されるので、溶接線に沿った亀裂がこの距離よりも長く成長しないようになる。
【００１５】
クラックストッパは、溶接線を横切って、溶接線の片側、好ましくは両側の構造要素まで延在する。
【００１６】
上記したように、クラックストッパは、溶接線に沿った限定延長部を有する。これは、クラックストッパが溶接線の一部に沿って、好ましくは溶接線のほんの一部に沿ってのみ、延在するだけであることを意味している。例えば、溶接線の大部分を覆うように、溶接線の上に追加の溶接部又はその他の延長特徴部を形成することは、本発明による方法の目的ではない。むしろ、クラックストッパは、溶接線に沿った離散的事象として理解することができる。
【００１７】
一実施形態によれば、溶接線に沿ったクラックストッパの延長部は、溶接線又は溶接線プラス熱影響域の幅と同程度の大きさであってよい。２つの構造要素を溶接によって接合すると、溶接線の材料だけでなく、溶接線に隣接する２つの構造要素の領域もまた、溶接線の形成に必要とされた熱の影響を受けることになる。このことにより、熱影響域は、溶接線プラス溶接線の両側の構造要素上の熱影響域として理解すべきである。
【００１８】
一実施形態によれば、複数のクラックストッパを溶接線に沿って配置する際、全てのクラックストッパに対する溶接線に沿った延長部の合計が溶接線の長さの２５％未満である。すなわち、全てのクラックストッパの延長部を合計した場合、全長は、それらが横切って配置される溶接線の全長の２５％未満になる。
【００１９】
一実施形態によれば、クラックストッパは、構造要素及び溶接線に対向するクラックストッパの面が構造要素の表面及び溶接線に実質的に完全に取り付けられるように、溶接線を横切って広がってもよい。
【００２０】
クラックストッパは、溶接線を横切って、２つの構造要素の一方又は両方に位置する１つ以上の特徴部まで広がってもよい。すなわち、クラックストッパは、溶接線を横切って延在することだけに限定されず、例えば溶接線の片側に位置する構造的特徴部に達し、最終的には接触するように更に続いてもよい。そのような特徴部は、例えば、構造要素上に位置するボス、接続要素、又はあらゆる種類の要素であってよい。更に、クラックストッパは、２つ以上の溶接線上に広がってもよい。
【００２１】
一実施形態によれば、クラックストッパは、金属付着（ＭＤ）によって形成してもよい。金属付着は、積層造形の一種として考えられる。これは、肉盛溶接と呼ぶこともできる。これは、溶接プロセスによって金属を付着させることを含む。金属は、レーザー光等のエネルギー源からのエネルギーを金属線又は粉末に向け、このことにより、それが下の構造上で溶融することによって付着させることができる。金属は、例えば表面の上に構造を構築するように、一層ずつ付着させてもよい。プロセス中、第１の層は下層の表面と融解し、以降の層は互いに融解して、例えば一体部品を形成する。このことにより、クラックストッパは、溶接線上に広がって形成することができる。
【００２２】
一実施形態によれば、溶接線及びクラックストッパは、同一材料から形成してもよい。
【００２３】
一実施形態によれば、溶接線及びクラックストッパは、２つの構造要素と同じ材料から形成してもよい。
【００２４】
一実施形態によれば、溶接線及び／又はクラックストッパ及び／又は構造要素は、チタン（Ｔｉ）合金からなっていてもよい。
【００２５】
一実施形態によれば、溶接線及び／又はクラックストッパ及び／又は構造要素は、ニッケル（Ｎｉ）超合金からなっていてもよい。そのような合金の特定種は、インコネルという名で知られている。
【００２６】
この種の合金は、例えば、航空エンジン及びその部品、特に重量を最小限に抑えるべき場所で用いられる。本発明による方法は、重量及びコストが重要な要素である、この種の適用対象において特に有用である。
【００２７】
一実施形態によれば、溶接線及び／又はクラックストッパ及び／又は構造要素は、アルミニウム（Ａｌ）からなっていてもよい。
【００２８】
一実施形態によれば、複数のクラックストッパは、隣接するクラックストッパ（ｃ１，ｃ２，…，ｃｎ）が互いに所定距離（ｄ１，２，ｄ２，３，…，ｄｎ−１，ｎ）離間配置されるように、溶接線に沿って形成してもよい。
【００２９】
一実施形態によれば、クラックストッパは規則的に離間配置してもよい。
【００３０】
一実施形態によれば、クラックストッパは、隣接するクラックストッパ（ｃ１，…，ｃｎ）間の距離（ｄｉ−１，ｉ）が全て等しくはならないように離間配置してもよい。
【００３１】
一実施形態によれば、クラックストッパは、不規則に離間配置してもよい。
【００３２】
隣接するクラックストッパ間の間隔は、クラックストッパの形成を指示する制御装置によって制御することができる。例えば、金属付着の場合、間隔は金属付着装置の制御装置によって制御してもよい。実用的な理由から、クラックストッパの正確な位置は、第１及び第２の構造要素の構造的及び／又は幾何学的制限によって決定されることになる。すなわち、クラックストッパは、単純にそれらを配置するのが実用的な場所に配置されることになる。しかしながら、好ましくは亀裂伝播を制限する意図した機能を考慮しなければならない。
【００３３】
一実施形態によれば、距離は、溶接線に沿った最大許容亀裂長さによって制限されることになる。すなわち、２つの隣接するクラックストッパ間の距離は、最大許容亀裂長さよりも長くなってはいけない。好ましくは、距離は、少なくとも安全マージンをとって小さくすべきである。
【００３４】
一実施形態によれば、最大許容亀裂長さは、少なくとも１つの所定の強度及び／又は機能基準によって決定することができる。
【００３５】
構造基準とも呼ばれる強度基準は、亀裂が、亀裂の更なる成長を阻止することがもはや不可能なほど長く成長するのを防止することに関係することになる。亀裂があまりに長く成長すると、溶接線に付加される応力が亀裂を、例えば、材料の経過すなわち非常に急速な引き裂きを引き起こすなど、制御不可能に伝播させる場合がある。亀裂が非常に長く成長すると、クラックストッパ中にも伝播する場合がある。そのため、隣接するクラックストッパは、亀裂が制御不可能に又は構造的に不安定になる長さまで伝播しないような距離を隔てて配設しなければならない。この限界亀裂長さは、溶接線の領域で発生する可能性がある応力の量に左右されることになる。従って、この限界亀裂長さは、溶接部が位置する特定のエンジン部品及びこのエンジン部品内又は上の溶接線の位置によって決まることになる。
【００３６】
機能基準は、亀裂によって生じた溶接線又は構造における完全性の欠如が原因となる結果に関係することになる。例えば、気密であるべき部品の亀裂は、この部品の完全性の欠如を引き起こし、このことにより、使用中の漏れが生じることになる。そのような場合、亀裂を通した漏れが最大許容漏れを超えないように、亀裂伝播を制限することができる。
【００３７】
更に、クラックストッパの強度、すなわち、それを横切る亀裂伝播を防止する能力は、例えば、その幾何学的形状及び／又はその下でそれが形成されるパラメータによって影響される場合がある。
【００３８】
一実施形態によれば、クラックストッパの厚さ及び／又はサイズは、所定の強度及び／又は機能基準によって決定することができる。これらの基準は、上記した基準であってよい。厚さは、溶接部及び／又は構造要素の表面に垂直すなわち直角である方向におけるクラックストッパの高さとして理解すべきである。サイズは、クラックストッパによって覆われる二次元領域、すなわち、下にある溶接線及び構造要素へのクラックストッパの取付領域として理解することができる。
【００３９】
クラックストッパの強度は、好ましくは、亀裂が隣接するクラックストッパ間の距離よりも大きく成長するのを止めることができるように、隣接するクラックストッパ間の距離を考慮して選択される。クラックストッパの強度は、クラックストッパのサイズを選択することによって調整することができる。変更することができる寸法は、クラックストッパによって覆われる表面積、例えばそれらの長さ及び幅、並びにクラックストッパの高さ又は厚さであって、実質的に溶接線表面に垂直な方向におけるクラックストッパの寸法である。
【００４０】
一実施形態によれば、溶接線は、クラックストッパを形成する前の溶接線の形成中に得られた温度との関連で冷却することが可能であってもよい。クラックストッパは、溶接線が一定温度に冷却されたらすぐに形成することができる。クラックストッパは、既に存在している溶接線上に形成することもできる。特に、溶接線を含むシェルフ上の部品がクラックストッパを備えていてもよい。
【００４１】
クラックストッパの形成の前又はほぼ同時に、それを形成するつもりの表面積を慎重に加熱して、例えばこの表面とのクラックストッパの融解を促進してもよい。
【００４２】
一実施形態によれば、溶接線を形成するステップ及びクラックストッパを形成するステップは、同じ方法を用いて実行してもよい。
【００４３】
一実施形態によれば、溶接線を形成するステップはレーザー溶接によって実行してもよく、且つ／又は、材料を追加するステップはレーザーを用いて実行してもよい。すなわち、溶接線を形成するステップ及びクラックストッパを形成するステップの両方とも、レーザー溶接によって実行してもよい。特に、両ステップは、上記した金属付着を用いることによって実行してもよい。或いは、両ステップの一方のみを、レーザー溶接によって形成してもよい。例えば、溶接線は別の形態の溶接を用いて形成してもよく、その後、クラックストッパを、レーザー溶接によって、例えば上記した金属付着によって形成してもよい。或いは、溶接線及び／又はクラックストッパは、タングステン不活性ガス溶接（ＴＩＧ）によって形成してもよい。溶接線は、線形摩擦溶接等のその他の溶接方法によって形成してもよい。
【００４４】
一実施形態によれば、クラックストッパは、主軸の方向に延在する細長い形状、例えば略長方形、楕円形又は卵形を有してもよい。
【００４５】
一実施形態によれば、このことにより、クラックストッパは、その主軸が溶接線に垂直に配向されている、略長方形、楕円形又は卵形等の細長い形状を有してもよい。
【００４６】
一実施形態によれば、クラックストッパは、その主軸が溶接線に対して斜角で配向されている、略長方形、楕円形又は卵形等の細長い形状を有してもよい。
【００４７】
一実施形態によれば、クラックストッパは、その主軸が溶接線に沿って延在する、略長方形、楕円形又は卵形等の細長い形状を有してもよい。
【００４８】
細長い形状を有する複数のクラックストッパが溶接線に沿って配置される場合、それらは溶接線に対して全て同様に配向される必要はない。溶接線に対する主軸の配向は、クラックストッパの位置又はその付近の局所的形状及び／又は構造状態によって決定することができる。すなわち、クラックストッパの配向は、クラックストッパの位置で得ることが可能であるものによって決定することができる。
【００４９】
従って、異なるクラックストッパは、例えば、クラックストッパの位置における幾何学的及び構造的制限に応じて、溶接線に対して異なる角度で配設することができる。
【００５０】
一実施形態によれば、クラックストッパは略円形状を有してもよい。
【００５１】
一実施形態によれば、クラックストッパは略多角形状を有してもよい。代替的又は追加的には、亀裂防止溶接線は、２つの構造要素を接合する溶接線の両側間を行き来する連続溶接部の形態であってよい。例えば、ジグザグ溶接部を接合溶接部上にかぶせて、連続亀裂阻止溶接部を形成してもよい。別の構成では、一部の亀裂防止溶接部が接合溶接部と垂直であって、一部の亀裂防止溶接部が接合溶接部と平行である、連続段形状溶接パターンを用いてもよい。例えば、図６を参照のこと。
【００５２】
好都合には、亀裂防止溶接部は、各々が一次溶接部（２つの構造要素を接合する溶接部）を横切って延在する複数の離散溶接部の形態であってよく、複数の亀裂防止溶接部は、一次溶接部に略垂直であるように配設される。
【００５３】
溶接線に沿った全てのクラックストッパは、同様の形状を有してもよい。しかしながら、溶接線に沿った全てのクラックストッパが同様の形状を有する必要はない。例えば、形状は、クラックストッパの位置における幾何学的又はその他の構造的制限によって異なり得る。
【００５４】
一実施形態によれば、クラックストッパは、溶接線に垂直な方向に高さを有してもよい。高さは、構造要素の厚さの０．５〜１０倍の範囲内であってよい。好ましくは、高さは、構造要素の厚さの０．５〜５倍の範囲内であってよく、より好ましくは、０．５〜３倍の範囲内であってよい。従って、クラックストッパは、構造要素の厚さと同程度の大きさの高さを有することになる。
【００５５】
本発明の第２の態様によれば、２つの構造要素を接合する溶接線を補強する方法が開示される。本方法は、溶接線を横切る材料を追加し、このことにより溶接線に沿った亀裂伝播を制限するための１つ以上のクラックストッパを形成するステップを含む。１つ以上のクラックストッパは、各々が溶接線の長さに関して見られる溶接線に沿った限定延長部を有する。このことにより、クラックストッパは既存の溶接線に追加することができる。従って、溶接線によって接合された構造要素を含む既に存在している部品又は構造システムがクラックストッパを備えることができる。
【００５６】
本発明の第３の態様によれば、２つの構造要素からなる構造システムが開示される。２つの構造要素は、上記した方法によって接合される。しかしながら、溶接線を用いて複数の構造要素を接合してもよい。
【００５７】
一実施形態によれば、そのような構造システムを含む、ジェットエンジン又はその部品、例えばファンケース、ファン構造、圧縮機構造、タービン構造又はエンジンマウント構造などが開示される。一実施形態によれば、そのような構造システムを含む航空機が開示される。
【００５８】
上述した１つ以上の実施形態は互いに、また本発明の異なる態様と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
以下に、添付図面に関する非限定的な実施例を用いて本発明を更に説明する。
【００６０】
【図１】図１は、航空エンジンの断面を概略的に示す。
【図２】図２は、クラックストッパの形成を概略的に示す。
【図３Ａ】図３Ａは、クラックストッパを備えた溶接線を概略的に示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、不規則に離間配置された複数のクラックストッパを備えた溶接線を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、規則的に離間配置された複数のクラックストッパを備えた溶接線を示す。
【図４】図４は、クラックストッパが設けられた圧縮機構造を概略的に示す。
【図５】図５は、クラックストッパが設けられた圧縮機構造の詳細を概略的に示す。
【図６】図６は、２つの代替的亀裂防止溶接パターンを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
航空エンジン１が図１に概略的に示される。航空エンジンは、中心軸２の周囲に延在する。
【００６２】
航空エンジン１の主要部は、軸２に沿ってこの順序で配設された、ファン６を取り囲むファンケース４、低圧圧縮機８、圧縮機構造１０、高圧圧縮機１２、燃焼器１４、高圧タービン１６、低圧タービン１８及びタービン構造２０である。
【００６３】
低圧圧縮機８とそれに続く高圧圧縮機１２とからなる圧縮セクションは、少なくとも入口３を通ってエンジンに入る空気の一部を、空気燃焼器１４に入れられる前に圧縮する。入口を介して入る空気の一部をバイパス流路（図示せず）に案内して、例えば前進推力を生成することができる。燃焼セクションでは、空気と燃料の混合物の点火及び燃焼によって燃焼が生じる。燃焼生成物は、高圧タービン１６及び低圧タービン１８からなるタービンセクション中に広げられ、それによってタービンが軸２の周囲を回転させられる。高圧タービン１６及び高圧圧縮機１２は、高圧タービンが高圧圧縮機の回転を駆動するように、共通軸（図示せず）上に取り付けられる。高圧タービン１６の後には、低圧圧縮機８及びファン６と共通の軸上に取り付けられた低圧タービン１８が続き、低圧タービン１８がファン６及び低圧圧縮機８を回転させるようになっている。両方の軸は同心であって、エンジン中心軸２の周囲を回転する。
【００６４】
圧縮機構造１０は、低圧圧縮機８と高圧圧縮機１２の間に位置する構造である。これは、エンジンから航空機本体へ推力を伝達し、それによって航空機を前方に駆動する荷重経路内の静的部品である。圧縮機構造の特定の構造及び設計は、上記したように、特定のエンジン構造によって決まり、様々な専門用語の下で知られている。様々な製造業者が様々な専門用語を使用すると共に、様々な設計上構造を有している。中間圧縮機ケース（ＩＣＣ）、中間ケース（ＩＭＣ）及びファンハブフレーム（ＦＨＦ）という用語は全て、低圧圧縮セクションと高圧圧縮セクションの間に位置する構造を指している。本明細書に記載したクラックストッパ技術は、上記に記載したエンジン構造のいずれかに含まれる溶接線に適用することができる。
【００６５】
図１に示すように、圧縮機構造１０は、スラストラグ２２又は同様の要素を含んでおり、スラストリンク２４を介してエンジンをパイロンに取り付けることが可能になる。パイロンは、次に航空機の翼に接続される。航空機を前方に駆動する推力は、この構造を介してエンジンから航空機本体へ伝達される。エンジンマウント又はスラストラグの近傍のエンジン構造の一部は、一次構造要素（ＰＳＥ）とみなされるため、このことにより、溶接部のない領域においても亀裂伝播によって寸法決めされることになる。本明細書に記載したクラックストッパ技術は、上記に記載したエンジン構造のいずれかに含まれる一次構造要素（ＰＳＥ）とみなされる任意の構造要素に適用することができる。特に、クラックストッパ技術は、ＰＳＥに含まれる溶接線に適用することができる。これは、ナセル及びパイロン等の、機体構造のその他の位置に適用することもできる。
【００６６】
本発明の一部の実施形態による溶接によって、ここでは第１の部品２６及び第２の部品２８で示す、２つの構造要素を接合する方法が、図２に概略的に示される。本方法は、２つの主ステップからなっている。第１の主ステップでは、第１の部品２６及び第２の部品２８を接合する溶接線３０が形成される。この溶接線３０は、様々な既知の溶接方法によって形成することができる。図２に示す第２のステップでは、溶接線３０を横切る材料３２が追加され、それによって溶接線３０に沿った亀裂伝播を制限するためのクラックストッパ３４が形成される。クラックストッパ３４は、溶接線３０を超えて、第１の部品２６から第２の部品２８まで広がる。クラックストッパ３４は、溶接線の長さに関して見られる溶接線３０に沿った限定延長部を有する。このことにより、追加材料３２によって溶接線３０の長さを覆うことが目的ではなく、溶接線３０に沿った１つ以上のクラックストッパ３４の形態の離散的特徴部を形成することが目的である。クラックストッパの延長部は、上記したように、溶接線又は熱影響域の幅と同程度の大きさであってよい。
【００６７】
図２に示す方法の実施形態では、クラックストッパ３４が金属付着（ＭＤ）として知られる方法によって形成される。この方法では、溶接材料３２が、ワイヤ供給装置３６によって供給されるワイヤの形態であってよく、ここではレーザー光３８の形態のエネルギー源によって既存の溶接線３０の上で溶融される。それによって、溶接線３０を横切って、第１の部品２６から第２の部品２８まで延在するクラックストッパ３４が形成される。或いは、材料３２は、粉末源によって散布される粉末の形態で提供してもよい。粉末は、送風機を用いて溶接線の上の空気中を循環させ、例えばレーザー光３８を用いて下にある表面上で溶融させてもよい。
【００６８】
ＭＤプロセス中、その上にクラックストッパ３４を形成すべき表面は、溶着金属と第１及び第２の部品２６，２８の表面と溶接線３０の間の良好な均質化を達成すべく加熱してもよい。このことにより、クラックストッパは、下にある表面に実質的に完全に取り付けることができる。追加材料３２を溶融するプロセスは、一定サイズを有するクラックストッパ３４が得られるまで継続される。
【００６９】
ワイヤ供給装置３６及びレーザー光源３８は、例えば溶接線に沿った複数のクラックストッパ３４を形成するように、溶接線３０に対して移動させてもよい。
【００７０】
溶接線を形成するステップと、クラックストッパを形成するステップは、同じ方法を用いて実行することができる。例えば、両ステップは、図２に関して記載した金属付着方法を用いて実行してもよい。このことにより、２つの異なる溶接装置を用いてもよく、或いは、両ステップを同じ装置を用いて実行してもよい。溶接線３０及びクラックストッパ３４は、同一材料から形成してもよい。更に、溶接線３０及びクラックストッパ３４を２つの構造要素と同一材料から形成することが可能である。本明細書に記載した適用対象の種類の中で、共通材料は、チタン（Ｔｉ）合金、ニッケル（Ｎｉ）超合金及びアルミニウム（Ａｌ）である。
【００７１】
溶接線は、クラックストッパを形成する前の溶接線の形成中に得られた温度との関連で冷却することが可能であってもよい。このことにより、第１及び第２のステップは、実質的に互いの後に実行されることになる。しかしながら、図２に示す方法によって、クラックストッパ３４を既に存在している溶接線上に追加することも可能である。
【００７２】
図３Ａ〜図３Ｃは、図２に関して記載した方法によって接合された２つの構造要素を含む構造システム４０を概略的に示す。各システム４０は、溶接線３０によって接合された第１の部品２６及び第２の部品２８と、溶接線３０を横切って配設された１つ以上のクラックストッパ３４とを含む。クラックストッパ３４の目的は、溶接線３０に沿って伝播する亀裂４２の成長を制限することである。
【００７３】
図３Ａは、溶接線３０に沿った亀裂４２の伝播を制限する、１つのクラックストッパ３４を含むシステム４０を示す。図３Ａに示す亀裂４２は、構造システム４０を含む部品に存在する更なる幾何学的特徴部（図示せず）によって、その他の方向では制限することができる。
【００７４】
図３Ｂ及び図３Ｃは、複数のクラックストッパ３４が溶接線３０に沿った様々な位置に形成されているシステム４０を示す。それに関して、複数のクラックストッパ３４は、隣接するクラックストッパ（ｃ１，ｃ２，…，ｃｎ）が互いから所定距離（ｄ１，２，ｄ２，３，…，ｄｎ−１，ｎ）離間配置されるように、溶接線３０に沿って配設してもよい。それに関して、クラックストッパ３４は規則的又は不規則に離間配置してもよい。図３Ｂ及び図３Ｃは、この原則を概略的に示す。
【００７５】
図３Ｂは、隣接するクラックストッパ（ｃ１，…，ｃｎ）間の距離（ｄｉ−１，ｉ）が全て等しくはならない実施形態を示す。図３Ｂでは、クラックストッパ３４間の距離は不規則である。様々なクラックストッパ３４の特定の位置は、例えば溶接線３０を横切る金属付着を実行するのが容易であるように、例えば、溶接線３０の直近に他のいかなる特徴部も存在しない位置によるなどの製造可能性によって決定することができる。図３Ｂでは、亀裂４２の伝播は、ｃ２及びｃ３で示すクラックストッパ３４によって制限される。それによって、亀裂４２は距離ｄ２，３より長く成長することができない。
【００７６】
図３Ｃは、規則的に離間配置されたクラックストッパ３４を備えた実施形態を示す。図３Ｃでは、全てのクラックストッパ３４が互いに等距離に配置されている。
【００７７】
図３Ａ〜図３Ｃでわかるように、各クラックストッパ３４は、溶接線３０に沿った限定延長部を有する。クラックストッパ３４の延長部は、溶接線３０の、又は溶接線３０上に延在する熱影響域と第１及び第２の部品２６，２８の隣接領域の幅と同程度の大きさを有してもよい。このことにより、クラックストッパ３４は、溶接線３０に沿った単一の離散的特徴部とみなすことができる。複数のクラックストッパ３４が溶接線３０に沿って配置されている場合、各クラックストッパ３４の延長部の合計は、溶接線３０の長さの２５％未満であってよい。
【００７８】
図３Ａ〜図３Ｃでは、クラックストッパ３４が溶接線３０を横切って広がり、第１及び第２の部品２６，２８上に延在することになる。クラックストッパ３４は、例えば亀裂伝播を防止するのに十分な高さの機械的強度を提供するように寸法決めされる。更に、第１及び第２の部品２６，２８の一方又は両方の幾何学的形状及び／又は構造設計のため、補強構造が有利となる場合、例えば、第１及び／又は第２の部品２６，２８上に配設された特徴部（図示せず）のため、クラックストッパは、例えば第１及び／又は第２の部品２６，２８上へ、最終的にはそれらの特徴部上へ更に延在するように配設することができる。
【００７９】
クラックストッパ３４が規則的な間隔で配設されているか否かに関係なく、隣接するクラックストッパ３４間の距離は、好ましくは、この距離が亀裂伝播を制限するように、特定の溶接線に沿った所定の最大許容亀裂長さよりも大きくなるべきではない。最大許容亀裂長さは、上記したように、少なくとも１つの所定の強度及び／又は機能基準によって決定される。
【００８０】
また、クラックストッパ３４の寸法は、所定の強度及び／又は機能基準によって決定してもよい。特に、クラックストッパ３４の厚さ及び／又はサイズは、所定の強度及び／又は機能基準によって決定してもよい。厚さは、それが形成される表面上の、すなわち、第１及び第２の部品２６，２８上の、クラックストッパ３４の高さと呼ぶこともできる。クラックストッパ３４の高さは、一般的に第１及び第２の部品２６，２８の厚さと同程度の大きさであってよい。従って、クラックストッパ３４の高さは構造要素の厚さにほぼ等しいか、又は、構造要素の厚さの数倍であってよい。クラックストッパ３４のサイズは、その第１及び第２の部品２６，２８並びに溶接線３０への取付面積に関係する。理想的には、クラックストッパ３４は下にある表面２６，２８，３０に完全に取り付けられる。
【００８１】
強度基準は、突然の急激な亀裂伝播、すなわち破裂を防止することに関連している。クラックストッパ３４は、好ましくは、互いに、溶接線３０に沿って伝播する亀裂４２の急激な制御不可能な成長を防止することができるような距離の範囲内で配置すべきである。
【００８２】
機能基準は、亀裂４２があったとしても、その上にクラックストッパ３４が設けられる部品の機能を維持することに関する基準である。それに関して、亀裂４２は、部品の許容範囲内の機能が維持されるようにそれよりも長く成長することが許されるべきではない。例えば、クラックストッパ３４がエンジン部品上に配置されている場合、亀裂４２を通る空気漏れはエンジンの機能が維持されるように制限すべきである。
【００８３】
図示のため、図３Ａ〜図３Ｃでは、クラックストッパ３４が、その主軸が溶接線３０に略垂直に延在する略長方形状を有するものとして示されているが、クラックストッパ３４は基本的にいかなる形状を有してもよい。形状は、例えば、製造の容易さによって、例えば配置すべき領域における幾何学的制限によって、決定することができる。
【００８４】
例えば、クラックストッパ３４は、主軸４４の方向に延在する細長い形状、例えば略長方形、楕円形又は卵形を有してもよい。クラックストッパ３４は、溶接線３０に対して任意の方向に配向されたその主軸４４によって配向することができる。例えば、主軸４４は、図３Ａに示すように、溶接線３０に垂直に配向してもよい。更に、主軸４４は溶接線に対して斜角で配向してもよく、又は、図５のクラックストッパ７０によって示すように、クラックストッパ３４は、溶接線３０に沿って延在するその主軸４４によって配向してもよい。
【００８５】
クラックストッパ３４のその他の考えられる形状は、円形又は多角形状である。
【００８６】
更に、溶接線３０に沿った全てのクラックストッパ３４が同様の形状を有する必要はないが、形状は、局所要件、及び／又は、局所幾何学的及び／又は構造的制限によって決定することができる。
【００８７】
上記したように、本明細書に記載した方法は広範囲の適用対象を有する。例えば、本方法は、ジェットエンジン又はその部品、例えばファンケース、ファン構造、圧縮機構造、タービン構造又はエンジンマウント構造などに適用することができる。本明細書において提示した溶接方法は、圧縮機構造上や、エンジンケーシングへのエンジンマウント取付ラグ又は同様の構造、並びにエンジンマウント荷重経路にとって重要なエンジン構造の一部等のエンジンマウント支持構造（ＥＭＳＳ）上で用いるのに特に適している。これらの構造は、特定のエンジン構造及びエンジン製造業者によって様々な専門用語の下で知られている。以下に記載する実施例では、一般用語として、そのような構造をエンジン圧縮機構造と呼ぶ。そのような構造は、様々な専門用語を用いて呼ばれる。例えば、それは、一次構造要素（ＰＳＥ）、中間圧縮機ケース（ＩＣＣ）、中間ケース（ＩＭＣ）及びファンハブフレーム（ＦＨＦ）と呼ばれることがあり、全て、低圧圧縮セクションと高圧圧縮セクションの間に位置し、エンジンを、航空機の翼に取り付けられることになるパイロンに取り付ける構造を指している。これらの構造は、パイロン及び翼を通して、エンジン推力を航空機構造に伝達する直接一次荷重経路である。クラックストッパ技術は、上記に記載したエンジンマウント支持構造のいずれかに含まれる溶接部に適用することができる。この領域では、限界亀裂長さは制限荷重をちょうど支持することができる長さである。
【００８８】
本明細書に記載した方法が特に有用である別の実施例はブリードボスであって、振動と、ブリードボスを外側ケースに接合する溶接部を横切る応力とにさらされるものである。ＨＣＦ荷重によって成長するこれらの亀裂は、止めなければ、数時間の飛行中に限界亀裂長さを超えて成長することになる。このことにより、新たに発生した亀裂を定期検査中に検出することは通常は不可能である。この場合、溶接線を横切るクラックストッパの存在によって、フライト中の機能障害を防止するのに間に合うように早く亀裂を止めることができる。
【００８９】
図４は、図１に関して上記した種類のいずれかによる圧縮機構造１０を示す。圧縮機構造１０は、上記した方法によって形成された複数のクラックストッパ３４を備えている。圧縮機構造１０は、溶接線３０によって接合された第１の部品４６及び第２の部品４８を含む。複数のクラックストッパ３４は、この溶接線３０に沿って配設される。図４でわかるように、クラックストッパ３４’として示すクラックストッパ３４のうちの１つは、溶接線３０を超えて、それぞれ第１及び第２の部品４６，４８上に位置する更なる特徴部５０，５２上へと延在する。図４に示す圧縮機構造１０は、溶接線５８，６０によって圧縮機構造１０上へと溶接されたボス５４，５６を更に含む。クラックストッパ３４は、これらの溶接線５８，６０上に設けられる。
【００９０】
図５は、図１に関して上記した種類の圧縮機構造１０の、エンジンマウント支持構造の領域における別の図を示す。ここでは、溶接線６６によって接合された第１の部品６２及び第２の部品６４が示されている。溶接線６６は、フライト中に高負荷にさらされることになる。第２の部品６４は、上記したように、エンジンから航空機本体へと推力を伝達する力経路の一部を形成する、スラストラグ２２を含む。溶接線６６には、複数のクラックストッパ６８，７０が設けられている。この図は、溶接線６６に沿って配設された異なる形状のクラックストッパ６８，７０の一例も示す。図５では、４つの長方形クラックストッパ６８が示されており、その主軸４４が溶接線６６に垂直に配向されている。クラックストッパ７０は、その主軸４４が溶接線６６に沿って配向された、楕円形上を有するものとして示されている。
【００９１】
図４及び図５に示す圧縮機構造１０は、例えば図１の説明に従って、航空エンジン内に配設してもよい。
【００９２】
本明細書に記載したクラックストッパは、エンジン部品の製造中だけでなく、既に存在しているエンジン部品上に適用することもできる。
【００９３】
クラックストッパを製造するための材料を追加する前にクラックストッパの位置で材料を除去することは、本方法から除外されない。しかしながら、本方法は、下のいかなる材料も除去することなく、先に作られた溶接線の上に単に材料を追加すれば単純化される。このため、最初に材料を除去しない方法が現在は好ましい。
【００９４】
本明細書に記載した方法は図１に示した航空エンジンの種類の部品に限定されるものではなく、他の種類の航空エンジンにおける適用対象にも使用することができる。更に、本方法は航空エンジンの分野に限定されるものではなく、亀裂伝播が制限された高強度溶接部を必要とするいかなる種類の適用対象にも使用することができる。
【００９５】
更に、特許請求項の範囲内での溶接方法の適用によって生じる溶接方法及び製品及び部品の変更は、当業者には明らかであろう。
【図１】
2017533828.tif 000003
【図２】
2017533828.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
2017533828.tif 000009
【図６】
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【国際調査報告】
2017533828.tif 000011
2017533828.tif 000012
2017533828.tif 000013