(57)【要約】  ガスタービンエンジン内の構成部材を形成する金属部材を接合するために熱間等方圧加圧を使用する方法が開示されている。方法は、構成部材のために機械的または冶金学的接合が望まれるかに基づいて第１および第２の金属部材（１２，１８）の外面（１４，１５，２２，２４）に表面処理を提供することを含む。加えて、この方法は、第１および第２の金属部材（１２，１８）の間に、接合部を包囲する、封止されたキャビティを形成するために第１および第２の金属部材（１２，１８）の外面（１４，１５，２２，２４）を位置合わせすることを含む。外面（１４，１５，２２，２４）が位置合わせされると、方法は、第１および第２の金属部材（１２，１８）を接合して統合された構成部材（１０）を形成するために、第１の金属部材（１２）の材料が第２の金属部材（１８）内の凹所（２６）に流入するように、部材（１２，１８）を熱間等方圧加圧に曝すことを含む。次いで、統合された構成部材（１０）は、タービンエンジン内で使用するために機械加工されかつ仕上げされてもよい（３１６）。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン内の構成部材を形成する金属部材（１２，１８）を接合する方法（３００）であって、
第１の金属部材（１２）の外面（１４，１５，１６）に第１の表面防止剤処理を提供し（３０６）、これにより、前記第１の金属部材（１２）の前記外面（１４，１５，１６）への結合を阻止し、
第２の金属部材（１８）の外面（２０，２２，２４）に第２の表面防止剤処理を提供し（３０６）、これにより、前記第２の金属部材（１８）の前記外面（２０，２２，２４）への結合を阻止し、
前記第１の金属部材（１２）の前記外面（１４，１５，１６）が前記第２の金属部材（１８）の前記外面（２０，２２，２４）と位置合わせされるように前記第１および第２の金属部材（１２，１８）を共に配置し（３１０）、前記第２の金属部材（１８）は、該第２の金属部材（１８）の前記外面（２０，２２，２４）に凹所（２６）を有しており、該凹所（２６）は、前記第１および第２の金属部材（１２，１８）の前記外面（１４，１５，１６，２０，２２，２４）が位置合わせされたときに前記第１の金属部材（１２）の一部によって埋められておらず、
共に位置合わせされた前記第１および第２の金属部材（１２，１８）の前記外面（１４，１５，１６，２０，２２，２４）が封止された環境（３２）内に閉じ込められるように、前記第１および第２の金属部材（１２，１８）を共に封止し（３１２）、
前記第１の金属部材（１２）の一部が形状を変化させて前記第２の金属部材（１８）内の前記凹所（２６）を充填するように、前記第１および第２の金属部材（１２，１８）に圧力を加え（３１４）、前記凹所（２６）は、充填されたときに前記第１の金属部材（１２）を前記第２の金属部材（１８）に係止する係止構造である
ことを特徴とする方法（３００）。
【請求項２】
前記第１および第２の金属部材（１２，１８）の前記外面（１４，１５，１６，２０，２２，２４）に金属コーティング（３０）を提供することによって前記第１および第２の金属部材（１２，１８）を共に封止する（３１２）、請求項１記載の方法（３００）。
【請求項３】
前記第１の金属部材（１２）の前記一部が形状を変化させて前記第２の金属部材（１８）内の前記凹所（２６）を充填するように前記第１および第２の金属部材（１２，１８）に熱を加え（３１４）、該熱は、前記第１の金属部材（１２）の前記一部の融点よりも低い温度を有する、請求項１記載の方法（３００）。
【請求項４】
前記第１の金属部材（１２）が前記第２の金属部材（１８）に係止されたときに機械的接合が生じる、請求項１記載の方法（３００）。
【請求項５】
前記第１の金属部材（１２）の前記外面（１４，１５，１６）への前記第１の表面防止剤処理は、前記第１の金属部材（１２）の前記外面（１４，１５，１６）への結合を阻止するための前記第１の金属部材（１２）の前記外面（１４，１５，１６）への表面酸化皮膜（２８）の提供を含む、請求項１記載の方法（３００）。
【請求項６】
前記第２の金属部材（１８）の前記外面（２０，２２，２４）への前記第２の表面防止剤処理は、前記第１の金属部材（１２）の前記外面（１４，１５，１６）への結合を阻止するための前記第２の金属部材（１８）の前記外面（２０，２２，２４）への表面酸化皮膜（２８）の提供を含む、請求項１記載の方法（３００）。
【請求項７】
前記第１および第２の金属部材（１２，１８）が係止された後に前記第１および第２の金属部材（１２，１８）を機械加工する（３１６）、請求項１記載の方法（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、タービンエンジン、モジュール式構成部材および等方圧加圧に関し、より詳細には、タービンエンジン内で使用可能なモジュール式構成部材のアセンブリのために熱間等方圧加圧を利用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間等方圧加圧は、粉末粒子の凝集のために、および、鋳造後の構成部材の高密度化のために、粉末冶金の分野において一般的に使用されている公知の技術である。加えて、熱間等方圧加圧は、拡散接合法においても使用されてきた。特に、熱間等方圧組立て加工は、付加的な製造ステップを最小限にする。なぜならば、構成部材の部品の接合が、通常は構造的な鋳造部品のための鋳造後操作として利用される熱間等方圧高密度化プロセスと同時に、生じ得るからである。つまり、熱間等方圧加圧の特性を利用した、モジュール式構成部材を組み立てるための、よりロバストな方法の必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
ガスタービンエンジンなどにおいて使用するための、構成部材を形成する金属部材を接合するために熱間等方圧加圧を使用する方法が開示される。この方法は、第１の金属部材および第２の金属部材の外面に表面処理を提供することを含む。利用される表面処理のタイプは、当該構成部材のために機械的または冶金学的接合のいずれが望ましいかによって決められてよい。加えて、この方法は、第１および第２の金属部材の間に、所望の接合部を包囲する、封止されたキャビティを形成するために第１および第２の金属部材の外面を位置合わせすることを含んでもよい。第１および第２の金属部材の外面が位置合わせされると、方法は、第１の金属部材の材料が第２の金属部材内の凹所に流入して第１および第２の金属部材を接合し、所望の統合された構成部材を形成するように、熱間等方圧加圧などによって、第１および第２の金属部材を熱および圧力条件に曝すことを含んでもよい。次いで、統合された構成部材が、タービンエンジン内で使用するために機械加工されかつ仕上げされてもよい。
【０００４】
少なくとも１つの実施の形態では、ガスタービン内の構成部材を形成する金属部材を接合する方法は、第１の金属部材の外面に第１の表面処理を、第２の金属部材の外面に第２の表面処理を提供することを含む。機械的接合が構成部材のために望ましい場合、第１および第２の金属部材の外面の結合または冶金学的接合を阻止するために表面処理が利用されてもよい。幾つかの実施の形態では、表面処理は、外面の結合または冶金学的接合を阻止するために第１および第２の金属部材の外面に表面酸化皮膜またはその他の同様の膜を提供することを含んでもよい。しかしながら、冶金学的接合が構成部材のために望ましい場合、方法は、結合を阻止し得るあらゆる汚染物を除去するために第１および第２の金属部材の外面を浄化することを含んでもよい。次いで、結合を高めかつ促進するための表面処理が、第１および第２の金属部材の外面に提供されてもよい。
【０００５】
次いで、この方法は、第１の金属部材の外面が第２の金属部材の外面と位置合わせされるように第１および第２の金属部材を共に配置することを含んでもよい。第１および第２の金属部材の外面が位置合わせされると、第２の金属部材は、第２の金属部材の外面に凹所を有してもよく、この凹所は、第１および第２の金属部材の外面が位置合わせされたときに第１の金属部材の一部によって埋められることはない。次いで、この方法は、位置合わせされた第１および第２の金属部材の外面が、封止された環境内に閉じ込められるように、第１および第２の金属部材を共に封止することを含んでもよい。幾つかの実施の形態では、封止は、第１および第２の金属部材に局所的な金属コーティングを提供することによって行われてもよい。第１および第２の金属部材が封止されると、この方法は、第１の金属部材の一部が変形して第２の金属部材内の凹所を充填するように、第１および第２の金属部材に熱間等方圧加圧条件を提供することを含んでもよい。充填されると、凹所は、所望の構成部材を形成するように第１および第２の金属部材を共に係止する係止構造として機能することができる。
【０００６】
ガスタービンエンジン内の構成部材を形成する金属部材を接合するために熱間等方圧加圧を使用する方法のこれらの特徴およびその他の特徴は、以下の詳細な説明、図面および添付の請求項に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の１つの実施の形態による、熱間等方圧加圧が行われる前に位置合わせされた一対の金属部材の概略的な平面図である。
【図２】金属部材に熱間等方圧加圧が行われた後の、図１の金属部材の対の概略的な平面図である。
【図３】本開示の１つの実施の形態による、ガスタービンエンジン内の構成部材を形成する金属部材を接合する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１〜図３に示すように、ガスタービンエンジンなどにおいて使用するための、熱間等方圧加圧を伴う方法を使用して組み立てられる構成部材１０が開示されている。この方法は、第１の金属部材１２および第２の金属部材１８の外面に表面処理を提供することを含んでもよい。利用される表面処理のタイプは、当該構成部材１０のために機械的または冶金学的接合のいずれが望ましいかによって決められてよい。加えて、この方法は、第１および第２の金属部材１２，１８の間に、所望の接合部を包囲する封止されたキャビティ３２を形成するために、第１および第２の金属部材１２，１８の外面１４，１５，１６，２０，２２，２４を位置合わせすることを含んでもよい。第１および第２の金属部材１２，１８の外面１４，１５，１６，２０，２２，２４が位置合わせされると、方法は、第１および第２の金属部材１２，１８を接合して所望の統合された構成部材１０を形成するために第１の金属部材１２の複数の部分３４が封止された凹所２６に流入するように、熱間等方圧加圧などによって、第１および第２の金属部材１２，１８を熱および圧力条件に曝すことを含んでよい。次いで、統合された構成部材１０は、タービンエンジン内で使用するために機械加工されかつ仕上げされてよい。
【０００９】
図１および図２に示すように、第１の金属部材１２はほぼＵ字形に構成されていてもよいが、別の実施の形態では、第１の金属部材１２は、構成部材１０のための接合部を形成する場合に使用可能なあらゆるその他の所望の形状を有していてもよい。第１の金属部材１２の形状は、第２の金属部材１８に近接して配置されて等方圧加圧を受けると、第１の金属部材１２が第２の金属部材１８にくっついて分離することができないようなものであってもよい。第１の金属部材１２は、延長ボディ５４を介して互いに連結された第１および第２のアーム５０，５２から形成されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第１および第２のアーム５０，５２は、延長ボディ５４に対してほぼ直交していてもよい。別の実施の形態では、第１または第２のアーム５０，５２のうちの一方または双方が、延長ボディ５４に対して非直交かつ非平行であってもよい。第１および第２のアーム５０，５２は、長さが等しくてもよいし等しくなくてもよい。
【００１０】
少なくとも１つの実施の形態では、第１の金属部材１２は、１つまたは複数の第１の内面１４と、１つまたは複数の端面１５と、第１および第２の内面４０，４２を接続する１つまたは複数の内側接続面１６とを有していてもよい。第１および第２の内面４０，４２は、互いに直交しているか、または、互いに鋭角を形成していてもよく、したがって、第１および第２の金属部材１２，１８が互いに接続されると、第１および第２の内面４０，４２は、矢印４４の方向での横方向移動を防止する。
【００１１】
少なくとも１つの実施の形態では、第１の金属部材１２は、一対の第１の内面１４と、一対の端面１５と、内側接続面１６とを有していてもよい。幾つかの実施の形態では、端面１５および内側接続面１６は、第１の内面１４に対して直交していてもよい。第２の金属部材１８はほぼＴ字形に構成されていてもよいが、別の実施の形態では、第２の金属部材１８は、構成部材１０のための接合部を形成する場合に使用可能なあらゆるその他の所望の形状を有していてもよい。図１および図３に示すように、第２の金属部材１８は、第１および第２のアーム５０，５２を受け入れるように構成された第１および第２の凹所５６，５８を有していてもよい。第１および第２の凹所５６，５８は、第１の側６０，６２および第２の側６４，６６から形成されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第２の側６４，６６は互いに位置合わせされてもよい。第１のアーム５０の第１の側６０は、第２の側６４に対してほぼ直交していてもよい。第２のアーム５２の第１の側６２は、第２の側６６に対してほぼ直交していてもよい。別の実施の形態では、第１の側６０，６２は、第２の側６４，６６に対してその他の関係で配置されていてもよい。第２の側６４，６６は、第１の金属部材１２の表面と近接して位置合わせされるように構成されるべきである。加えて、第２の金属部材１８は、第１の金属部材１２と位置合わせされたときに第１および第２の金属部材１２，１８の間に合理的なすべり嵌めが生じるように成形されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第２の金属部材１８は、１つまたは複数の端面２０と、内側接続面２２と、１つまたは複数の第１の内面２４とを有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第２の金属部材１８は、一対の端面２０と、内側接続面２２と、一対の第１の内面２４とを有していてもよい。幾つかの実施の形態では、その上側水平外側面２０および内側接続面２２は、第１の内面２４に対して直交していてもよい。第２の金属部材１８は、一対の凹所２６を有してもよく、一対の凹所２６は、構成部材１０の接合領域における係止構造として利用されてもよい。凹所２６は、図１には半円形に示されているが、あらゆるその他の所望の形状が利用可能である。
【００１２】
機械的または冶金学的接合のいずれが構成部材１０のために望ましいかに応じて、第１および第２の金属部材１２，１８の外面１４，１５，１６，２０，２２，２４に、様々な表面処理を与えることができる。機械的接合が望ましい場合、外面１４，１５，１６，２０，２２，２４は、第２の金属部材１８の外面２０，２２，２４と第１の金属部材１２の外面１４，１５，１６との冶金学的接合を阻止する酸化皮膜を形成するために、表面酸化皮膜２８などの、ただしこれに限定されない表面防止剤処理、または、酸化環境（例えば空気）において部品を加熱するなどの、ただしこれに限定されないその他の処理によって処理されてもよい。しかしながら、冶金学的接合が望ましい場合、外面１４，１５，１６，２０，２２，２４は、汚染物を除去するために浄化され、第１の金属部材１２の外面１４，１５，１６と第２の金属部材１８の外面２０，２２，２４との間の結合を高めるまたはさもなければ促進する、１つまたは複数の表面増強処理によって処理されてもよい。結合を促進する表面処理は、ろう付け加工において一般的に使用されかつ還元剤として作用するホウ砂などのフラックスを含んでもよいが、これに限定されない。幾つかの実施の形態では、第１および第２の金属部材１２，１８を位置合わせするために、第１の金属部材１２の外面１４，１５，１６と、第２の金属部材１８の外面２０，２２，２４とが、溶接されてもよい。別の実施の形態では、第１および第２の金属部材は、第１の金属部材１２の外面１４，１５，１６と第２の金属部材１８の外面２０，２２，２４との間のあらゆる表面間隙を閉鎖させるＮｉＣｏＣｒＡｌＹまたはＣｏＮｉＣｒＡｌＹなどの、ただしこれに限定されない局所的な金属コーティング３０によって処理されてもよい。
【００１３】
図１および図２は、構成部材１０を形成するときに使用される第１および第２の金属部材１２，１８の特定の例としての構成を示しているが、構成部材１０はあらゆる構成を含んでもよく、その構成は、構成部材１０を形成するためにより多数またはより少数の構成部材を使用することを含んでもよい。例えば、構成部材１０は、第１の金属部材１２と、第２の金属部材１８と、一対の凹所２６と、外面１４，１５，１６，２０，２２，２４とを有するように例示的に示されている。しかしながら、構成部材１０は、より多数またはより少数の第１の金属部材１２、第２の金属部材１８、凹所２６、外面１４，１５，１６，２０，２２，２４、またはシステム２００におけるあらゆる数のあらゆるその他の構成部材を有していてもよい。
【００１４】
図３に示すように、ガスタービンエンジン内の構成部材１０を形成する第１および第２の金属部材１２，１８を接合する方法３００が提供されている。方法３００は、ステップ３０２において、第１の金属部材１２を製造することを含んでもよい。ステップ３０４において、方法は、第２の金属部材１８を製造することを含んでもよい。第２の金属部材１８は１つまたは複数の凹所２６を有してもよく、この凹所２６は、第１および第２の金属部材１２，１８を互いに係止するための係止構造として機能してもよい。機械的接合が構成部材１０のために望ましい場合、方法３００は、ステップ３０６において、第１の金属部材の外面１４，１５，１６および第２の金属部材１８の外面２０，２２，２４に表面防止剤処理を提供することを含んでもよい。表面処理は、第１の金属部材１２の外面１４，１５，１６と第２の金属部材１８の外面２０，２２，２４との間の結合を阻止するために、表面酸化皮膜またはその他の処理の提供を含んでもよい。しかしながら、冶金学的接合が望ましい場合、方法３００は、汚染物を除去するために外面１４，１５，１６，２０，２２，２４を浄化し、第１の金属部材１２の外面１４，１５，１６と第２の金属部材１８の外面２０，２２，２４との間の結合を促進する表面増強処理を提供することを含んでもよい。
【００１５】
ステップ３１０において、方法３００は、第１および第２の金属部材１２，１８の間に接合部を形成するために第１の金属部材１２の外面１４，１５，１６と第２の金属部材１８の外面２０，２２，２４とを緩く位置合わせすることを含んでもよい。次いで、ステップ３１２において、この方法３００は、互いに位置合わせされた第１および第２の金属部材１２，１８の外面１４，１５，１６，２０，２２，２４が、封止された環境またはキャビティ３２内に閉じ込められるように、第１および第２の金属部材１２，１８を互いに封止することを含んでもよい。第１および第２の金属部材１２，１８の外面１４，１５，１６，２０，２２，２４は、上述のような局所的な金属コーティング３０を提供することによって互いに封止されてもよく、この局所的な金属コーティング３０により、第１の金属部材１２の外面１４，１５，１６と第２の金属部材１８の外面２０，２２，２４との間のあらゆる表面間隙を閉鎖することができる。
【００１６】
方法３００は、ステップ３１４において、第１および第２の金属部材１２，１８を互いに接合するために第１および第２の金属部材１２，１８に熱間等方圧加圧またはその他の類似のプロセスを提供することを含んでもよい。第１の金属部材１２の複数の部分３４を溶融させ、第２の金属部材１８のキャビティ３２および凹所２６に流入させるのに十分な、圧力、および温度を有する熱が、熱間等方圧加圧の間に提供されてもよい。第１の金属部材１２の部分が形状を変化させて第２の金属部材１８内の凹所２６を充填するように第１および第２の金属部材１２，１８に熱を提供するステップ３１４は、第１の金属部材１２の部分の融点よりも低い温度を有する熱を提供することを含む。構成部材１０の相互係止構造によって画定された凹所２６に部分３４が流入すると、これが、第１および第２の金属部材１２，１８の接合を生じて、統合された構成部材１０を形成する。ステップ３１６において、構成部材１０は、あらゆる従来の機械加工（例えばフライス削りまたは研削）または非従来の機械加工（放電加工（ＥＤＭ）、電解加工（ＥＣＭ）、研磨ウォータジェット）などの様々な機械加工および仕上げ加工を利用して機械加工および仕上げされてもよい。構成部材１０および方法３００は、本明細書に提供された説明または例に限定されるように意図されていないことに留意することが重要である。
【００１７】
上記説明は、本発明を例示、説明および記述するという目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更および適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲または思想から逸脱することなく成し得るものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2017537258.tif 000006
2017537258.tif 000007