(57)【要約】部品の補修または修理方法は、非融接性ベース合金で製造された部品から鋳造欠陥を除去して、結果として貫通孔になるキャビティを形成することと、貫通孔をバッキングで封止することと、キャビティを、複数のレーザ粉末溶着スポットの複数の層で少なくとも部分的に充填することを含み、複数のレーザ粉末溶着スポットの各々が、溶加合金で形成され、複数の層の第１の層が、キャビティの壁及びバッキングに重なる複数のレーザ粉末溶着スポットの周辺部を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品の補修方法であって、
非融接性ベース合金で製造された部品から欠陥を除去して、結果として貫通孔になるキャビティを形成することと、
前記貫通孔をバッキングで封止することと、
前記キャビティを、複数のレーザ粉末溶着スポットの複数の層で少なくとも部分的に充填することを含み、前記複数のレーザ粉末溶着スポットの各々が、溶加合金で形成され、前記複数の層の第１の層が、前記キャビティの壁及び前記バッキングに少なくとも部分的に重なる前記複数のレーザ粉末溶着スポットの周辺部を含む、方法。
【請求項２】
前記複数の層の前記第１の層が、他の層に先行して形成された全周部分を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記バッキング上に所望の表面粗さを形成することをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記バッキング上の前記所望の表面粗さが、前記バッキングと前記壁とのほぼ等しいレーザエネルギ吸収を提供する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
層内の前記各スポットが、先行する層の２つのスポット間に位置する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記バッキング上の前記所望の表面粗さが、少なくとも約１２５マイクロインチ（０．００３ｍｍ）である、請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記バッキングが、約０．０１０〜０．０２０インチ（０．２５４〜０．５０８ｍｍ）である、請求項３記載の方法。
【請求項８】
前記溶加合金が、融接性の粉末材料である、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記非融接性ベース合金が、高ガンマプライムニッケルベース合金である、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
部品の補修方法であって、
非融接性ベース合金で製造された部品から欠陥を除去して、結果として貫通孔になるキャビティを形成することと、
バッキング上に所望の表面粗さを形成することと、
前記貫通孔を前記バッキングで封止することと、
前記キャビティを、複数のレーザ粉末溶着スポットの複数の層で少なくとも部分的に充填することを含み、前記複数のレーザ粉末溶着スポットの各々が、溶加合金で形成される、方法。
【請求項１１】
前記キャビティの壁及び前記バッキングに沿って、前記バッキングを完全に封止することをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の層の第１の層が、前記キャビティの壁及び前記バッキングに重なる前記複数のレーザ粉末溶着スポットの周辺部を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の層の第１の層が、前記バッキングと前記壁との境界面に沿った全周部分を形成する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記バッキング上の前記所望の表面粗さが、前記バッキングと前記壁とのほぼ等しいレーザエネルギ吸収を提供する、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
層内の前記各スポットが、先行する層の２つのスポット間に位置する、請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記バッキング上の前記所望の表面粗さが、少なくとも約１２５マイクロインチ（０．００３ｍｍ）である、請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
前記バッキングが、約０．０１０〜０．０２０インチ（０．２５４〜０．５０８ｍｍ）である、請求項３記載の方法。
【請求項１８】
複数のレーザ粉末溶着スポットの複数の層で少なくとも部分的に充填されたキャビティを有する非融接性ベース合金で製造された鋳造部品であって、前記複数のレーザ粉末溶着スポットの各々が、溶加合金で形成され、前記複数の層の少なくとも１層が、前記キャビティの壁及び前記バッキングに重なる前記複数のレーザ粉末溶着スポットの周辺部を含む、鋳造部品を含む、ガスタービンエンジンのための鋳造部品。
【請求項１９】
前記非融接性ベース合金が、高ガンマプライムニッケルベース合金である、請求項１８記載の鋳造部品。
【請求項２０】
層内の前記各スポットが、先行する層の２つのスポット間に位置する、請求項１８の鋳造部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、溶接補修方法に関し、より具体的には、ガスタービンエンジン部品の溶接補修に関する。以下に説明される方法を用いて、当初の部品製造中またはオーバホール及び修理サービス中に金属に発見された欠陥を除去した結果として生じるキャビティを塞ぐ。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、２０１３年１０月３０日出願の米国仮特許出願番号第６１／８９７，６２３号の優先権を主張する。
【０００３】
ガスタービンエンジンは、耐熱ニッケル合金から鋳造される、さまざまな相当に大きく複雑な部品を使用する。そのような部品の一例は、中間タービンフレーム（Ｍｉｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｆｒａｍｅ：ＭＴＦ）である。ＭＴＦは、リングがコア燃焼ガス経路の内側及び外側境界を画定し、ベーンがガス経路にわたって配設されるリングベーンリング（ｒｉｎｇ−ｖａｎｅ−ｒｉｎｇ）構造で配置された、複数の中空ベーンを含む。タイロッドは、多くの場合中空ベーンを通って延在し、エンジンマウントリングと軸受コンパートメントとを相互に接続させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＴＦ中空ベーン等の鋳造部品には、通常の製造工程の一部として、補修溶接された結果欠陥が生じる場合がある。親部品の非融接性ベース合金のものと同等の溶加合金によるさまざまな補修方法は、効果的ではあるが、相当に時間がかかりかつ高価である。補修の一例では０．５インチ（１３ｍｍ）サイズの欠陥は、補修のために１０時間以上を要する。
【０００５】
補修溶接の代替的な方法は、より溶接性があり、比較的速い溶接補修を促進する代替の溶加合金を使用するが、そのような手法は、基板合金における亀裂の問題に直面する場合がある。溶加合金は、基板合金の耐酸化性等の材料特性と十分に適合しないか、またはコーティングと適合せず、部品の耐用年数を短くするおそれがある。さらに、鋳造欠陥の除去は、貫通孔が形成されることで複雑になる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に開示された非限定的な一実施形態による部品の補修または修理方法は、非融接性ベース合金で製造された部品から欠陥を除去して、結果として貫通孔になるキャビティを形成することと、貫通孔をバッキングで封止することと、キャビティを、複数のレーザ粉末溶着スポットの複数の層で少なくとも部分的に充填することを含み、複数のレーザ粉末溶着スポットの各々が、溶加合金で形成され、複数の層の第１の層が、キャビティの壁及びバッキングに少なくとも部分的に重なる複数のレーザ粉末溶着スポットの周辺部を含む。
【０００７】
本開示のさらなる実施形態は、複数の層の第１の層が、他の層に先行して形成された全周部分を形成することを含む。
【０００８】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、バッキング上に所望の表面粗さを形成することを含む。
【０００９】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、バッキング上の所望の表面粗さが、キャビティの壁とほぼ等しいか、またはバッキングとキャビティの壁との著しく異なるレーザエネルギ吸収を生じさせることがないために十分であることを含む。
【００１０】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、層内の各スポットが、先行する層の２つのスポット間に位置することを含む。
【００１１】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、バッキング上の所望の表面粗さが、少なくとも約１２５マイクロインチ（０．００３ｍｍ）であることを含む。
【００１２】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、バッキングの厚さが、約０．０１０〜０．０２０インチ（０．２５４〜０．５０８ｍｍ）であることを含む。
【００１３】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、溶加合金が、融接性の粉末材料であることを含む。
【００１４】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、非融接性ベース合金が、高ガンマプライムニッケルベース合金であることを含む。
【００１５】
本開示の別の開示された非限定的な実施形態による部品を補修する方法は、非融接性ベース合金で製造された部品から欠陥を除去して、結果として貫通孔になるキャビティを形成することと、バッキング上に所望の表面粗さを形成することと、貫通孔をバッキングで封止することと、キャビティを、複数のレーザ粉末溶着スポットの複数の層で少なくとも部分的に充填することを含み、複数のレーザ粉末溶着スポットの各々が、溶加合金で形成される。
【００１６】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、キャビティの壁及びバッキングに沿って、バッキングを完全に封止することを含む。
【００１７】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、複数の層の第１の層が、キャビティの壁及びバッキングに重なる複数のレーザ粉末溶着スポットの周辺部を含む。
【００１８】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、複数の層の第１の層が、バッキングと壁との境界面に沿った全周部分を形成することを含む。
【００１９】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、バッキング上の所望の表面粗さが、キャビティの壁とほぼ等しいか、またはバッキングとキャビティの壁との著しく異なるレーザエネルギ吸収を生じさせることがないために十分であることを含む。
【００２０】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、層内の各スポットが、先行する層の２つのスポット間に位置することを含む。
【００２１】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、バッキング上の所望の表面粗さが、少なくとも約１２５マイクロインチ（０．００３ｍｍ）であることを含む。
【００２２】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、バッキングの厚さが、約０．０１０〜０．０２０インチ（０．２５４〜０．５０８ｍｍ）であることを含む。
【００２３】
本開示の別の開示された非限定的な実施形態によるガスタービンエンジンのための鋳造部品は、複数のレーザ粉末溶着スポットの複数の層で少なくとも部分的に充填されたキャビティを有する非融接性ベース合金で製造された鋳造部品を含み、複数のレーザ粉末溶着スポットの各々が、溶加合金で形成され、複数の層の少なくとも１層が、キャビティの壁及びバッキングに重なる複数のレーザ粉末溶着スポットの周辺部を含む。
【００２４】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、非融接性ベース合金が、高ガンマプライムニッケルベース合金であることを含む。
【００２５】
本開示の前述の実施形態のうちいずれかのさらなる実施形態は、層内の各スポットが、先行する層の２つのスポット間に位置することを含む。
【００２６】
前述の特徴及び要素は、特に明示されない限り、非排他的なさまざまな組み合わせで組み合わせられてもよい。これらの特徴及び要素、ならびにそれらの動作は、以下の説明及び添付の図面に鑑みて、より明らかとなろう。しかしながら、以下の説明及び図面は、本質的かつ非限定的に例証することが意図されていることが理解されるべきである。
【００２７】
当業者においては、以下に続く開示された非限定的な実施形態のより詳細な説明から、さまざまな特徴が明らかとなろう。詳細な説明に添付された図面は、簡潔には以下のとおりであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、一例のガスタービンエンジン構造の概略的な断面図である。
【図２】図２は、中間タービンフレームモジュールの拡大図である。
【図３】図３は、鋳造欠陥を有する一例のワークとしての中間タービンフレームベーンシングレットの斜視図である。
【図４】図４は、鋳造部品における鋳造欠陥の拡大断面図である。
【図５】図５は、開示された非限定的な一実施形態による鋳造部品、すなわち非融接性ベース合金を補修する方法を図示するフローチャートである。
【図６】図６は、鋳造部品における鋳造欠陥を補修するための１ステップの拡大断面図である。
【図７】図７は、鋳造欠陥を除去するために形成されたキャビティのトップダウン図である。
【図８】図８は、別の開示された非限定的な実施形態による、鋳造部品における鋳造欠陥を補修するための１ステップの拡大断面図である。
【図９】図９は、キャビティ内に溶加合金を形成して、鋳造部品における鋳造欠陥を補修する１ステップを図示する拡大断面図である。
【図１０】図１０は、キャビティ内に形成される溶加合金の、複数のレーザ粉末溶着スポットの１層を図示する、キャビティのトップダウン図である。
【図１１】図１１は、鋳造部品における鋳造欠陥を補修するための溶加合金適用ステップの拡大断面図である。
【図１２】図１２は、鋳造部品すなわち非融接性ベース合金の鋳造欠陥を補修するための１ステップにおける非融接性ベース合金キャップの拡大断面図である。
【図１３】図１３は、鋳造部品における鋳造欠陥を補修するための混合ステップの拡大断面図である。
【図１４】図１４は、鋳造部品における鋳造欠陥を補修するためのコーティングステップの拡大断面図である。
【図１５】図１５は、別の開示された非限定的な実施形態による、鋳造部品を補修するための方法を図示するフローチャートである。
【図１６】図１６は、鋳造欠陥を除去するために形成されたキャビティのトップダウン図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、ガスタービンエンジン２０を概略的に図示する。ガスタービンエンジン２０は、概してファン部２２、コンプレッサ部２４、燃焼器部２６、及びタービン部２８を包含する２スプールターボファンとして本明細書に開示される。ファン部２２は、バイパス流路に沿って、そしてコンプレッサ部２４内に空気を送り込む。コンプレッサ部２４は、圧縮及び燃焼器部２６内への連通のためのコア流路に沿って空気を送り、その後空気は膨張して、タービン部２８を通して誘導される。開示された非限定的な実施形態ではターボファンとして図示されているが、本明細書に記載された概念は、ターボファンとともに用いられることに限定されないが、これはこの概念が他のタイプのタービンエンジン、たとえばターボジェット、ターボシャフト、中間スプールを有する３スプール（プラスファン）ターボファン、並びに産業用ガスタービンに適用され得るためであることが理解されるべきである。
【００３０】
エンジン２０は、概して、数個の軸受構造３８を介して、エンジンケースアセンブリ３６を基準としてエンジン長手方向中心軸Ａを中心として回転させるように搭載された低スプール３０及び高スプール３２を含む。低スプール３０は、概して、ファン４２、低圧コンプレッサ（「ＬＰＣ」）４４、及び低圧タービン（「ＬＰＴ」）４６を相互に接続させる内軸４０を含む。内軸４０は、ファン４２を低スプール３０よりも低速で駆動させるように、ファン４２を直接またはギヤ式構造４８を通して駆動させる。代表的な減速トランスミッションは、遊星トランスミッション、すなわちプラネタリまたはスターギヤシステムである。
【００３１】
高スプール３２は、高圧コンプレッサ（「ＨＰＣ」）５２と高圧タービン（「ＨＰＴ」）５４とを相互に接続させる外軸５０を含む。燃焼器５６は、ＨＰＣ５２とＨＰＴ５４との間に配置される。内軸４０及び外軸５０は同心であり、それらの長手方向軸と同一線上のエンジン長手方向中心軸Ａを中心として回転する。
【００３２】
コア気流は、ＬＰＣ４４、その後ＨＰＣ５２によって圧縮され、燃料と混合されて燃焼器５６内で燃焼され、その後ＨＰＴ５４及びＬＰＴ４６にわたって膨張させられる。ＬＰＴ４６及びＨＰＴ５４は、膨張に応答して、低スプール３０及び高スプール３２をそれぞれ回転駆動させる。主エンジン軸４０及び５０は、エンジンケースアセンブリ３６内部の軸受構造３８によって、複数のポイントで支持される。
【００３３】
エンジンケースアセンブリ３６は、複数のモジュール、たとえば中間タービンフレーム（ＭＴＦ）モジュール７２（図２）を含み得る。付加的なまたは代替のモジュールを使用して、エンジンケースアセンブリ３６を形成してもよいことが理解されるべきである。
【００３４】
図２を参照すると、ＭＴＦモジュール７２は、概して、外側タービンケース８０、複数の中空ベーン８４を画定する中間タービンフレーム（ＭＴＦ）８２、複数のタイロッド８６、複数のタイロッドナット８８、内側ケース９０、ＨＰＴシール９２、熱シールド９４、ＬＰＴシール９６、複数のセンタリングピン９８、及びボアスコーププラグアセンブリ１００を含む。ＭＴＦモジュール７２は、コンパートメント３８を支持し、コンパートメントを通して内軸及び外軸４０及び５０が回転支持される。さまざまな他の部品が、ＭＴＦ８２内部に付加的にまたは代替的に設けられてもよいことが理解されるべきであり、単なる例示であるが、ＬＰＴシール９６が、他のエンジン構造において、代替的に中間シールと称されてもよい。
【００３５】
タイロッド８６の各々は、内側ケース９０に搭載され、それぞれのベーン８４を通して延在して、複数のタイロッドナット８８によって外側タービンケース８０に固定される。すなわち、各タイロッド８６は、通常は、タイロッド８６が通過するベーン８４によって覆われる。その他のベーン８４は、他のサービス経路を代替的にまたは付加的に提供し得る。複数のセンタリングピン９８は、ベーン８４の間で周方向に配置されて、ＭＴＦ８２上のボス１０２に係合し、ＭＴＦ８２を内側ケース９０及び外側タービンケース８０に対して位置させる。さまざまな取り付け機構が代替的にまたは付加的に使用されてもよいことが理解されるべきである。
【００３６】
図３を参照すると、開示された非限定的な一実施形態において、ＭＴＦ８２は、複数の鋳造シングレット１１０（図示は１つ）で製造される。複数のシングレット１１０は、ともにろう付けされて、内側プラットフォーム１１２が複数のベーン８４によって外側プラットフォーム１１４から間隔を置いて配置されるリングベーンリング構造を画定する。代替的に、ＭＴＦ８２は、単一部品として鋳造されてもよい。本例におけるＭＴＦ８２は、高ガンマプライムニッケルベース合金、たとえばＭＡＲ−Ｍ２４７多結晶鋳造ニッケルベース超合金で製造される。本例ではＭＡＲ−Ｍ２４７多結晶鋳造ニッケルベース超合金が、ワークとして、ＭＴＦ８２によって非融接性ベース合金として使用されているが、他の非融接性ベース合金及び他の鋳造ワークもまたここからの利益をもたらすことが理解されるべきである。
【００３７】
いくつかの部品では、通常の許容範囲の製造下であっても、鋳造工程は、結果として鋳造欠陥を形成する場合がある（領域Ｄによって概略的に図示されている；また、図４に示される）。各鋳造欠陥は、通常はサイズ約１インチ（２５ｍｍ）未満である。さまざまな鋳造欠陥のサイズ及び場所が、そこからの利益をもたらすことが理解されるべきである。さらに、さまざまな鋳造ニッケルベース合金が、開示された方法にしたがって補修、修理、または再度製造されてもよい。
【００３８】
図５を参照すると、補修方法２００の開示された非限定的な一実施形態は、最初に鋳造欠陥Ｄ（図４）を、たとえば機械加工、研磨または他の作業を通して除去することを含む（ステップ２０２、図６及び７）。鋳造欠陥Ｄの除去により、キャビティＣが形成される。鋳造欠陥Ｄの除去を行って、キャビティＣの周辺部に沿って、一定の傾斜角αで壁Ｗを形成し得る。一例では、傾斜角は、約３０乃至７５度であってもよい。キャビティＣは、円形、直線（図８）、または他の周辺部を画定してもよいことが理解されるべきである。
【００３９】
別の開示された非限定的な実施形態では、鋳造欠陥の除去は、結果として貫通孔ＣＨをもたらし得る（図８）。また、キャビティＣを取り囲む壁Ｗの傾斜角は、傾斜角を画定する場合があり、通常は約３０及び７５度の間である。
【００４０】
金属板等のバッキングＰは、貫通孔ＣＨを閉鎖する（図８）。バッキングの厚さは、通常は０．０１０インチ乃至０．０２０インチであり、約０．００３インチ（０．０８ｍｍ）と薄く、たとえばクランプによって、一時的かつ機械的にワークに取り付けられることができる。バッキングＰは、補修後に除去される。
【００４１】
次に、レーザ粉末溶着システム３００（図９に概略的に図示）を使用して、合金粉の溶加合金Ｆを、キャビティＣ内の不連続なレーザ粉末溶着スポット（ｌａｓｅｒ  ｐｏｗｄｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｐｏｔｓ）Ｓとして溶着させる（図１０）。金属粉末は、ハステロイＸ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘ）、ピーダブリューエー７９５（ＰＷＡ  ７９５）、マール７２（ＭＥＲＬ  ７２）、アロイ６２５（Ａｌｌｏｙ  ６２５）等に整合した組成または整合下の組成を有する合金を含むが、これらに限定されない。
【００４２】
レーザ粉末溶着工程は、制御された大気条件下で、金属粉末を高出力レーザの集束ビームに投入する方法である。集束レーザビームは、ターゲット材料の表面を融解させ、ベース材料の小さな溶融池を生成する。同じスポットＳ内に供給された粉末は、溶融池内に吸収され、その後、たとえば厚さ約０．００５乃至０．０４０インチ（０．１２７ｍｍ〜１ｍｍ）及び直径０．０２０乃至０．１６０インチ（０．５ｍｍ〜４．１ｍｍ）にわたり得るスポットＳを生成する。典型的なレーザスポットサイズは、厚さ約０．０１６インチ（０．４ｍｍ）及び直径０．０５０インチ（１．２ｍｍ）である。本明細書に記載された方法を用いることによって、用いられるレーザエネルギが最小のため、亀裂を生じることなく、非融接性ベース金属上への金属の溶着が促進される。開示された非限定的な一実施形態では、レーザ粉末溶着システム３００は、集束レーザビーム及び金属粉末投入を、ワークの表面を基準として周知の方位に向けるように適合された自動エンドエフェクタに搭載される。自動エンドエフェクタ、ワーク、または両方が、所望のレーザ入射角を得るために工程の間傾けられていることができるか、他の方法で調整されることができ、それによってレーザエネルギを効果的に吸収することができるようにすることが理解されるべきである。
【００４３】
また、図６及び図８に図示された角度は、壁の傾斜角であり、レーザ入射角と混同すべきではないことに留意すべきである。壁の傾斜角は、以下の２つの基準に基づいて決定し得る。第１に、レーザ入射角は、３０度以上である必要がある。レーザ入射角は、レーザビームと、レーザビームと相互作用する局所的な表面との間の角度として画定される。レーザヘッドがバッキングＰの真上に位置し、レーザヘッドの動きが、図６または図８に図示されるようなバッキングＰの平低部に平行している場合、レーザ入射角は、バッキングＰの平らな平面に対して９０度であり、キャビティの壁におけるレーザ入射角は、図６または図８に図示された傾斜角と全く同じである。レーザヘッドが傾けられて、レーザビームがバッキングＰの平低部にたいして正確には９０度ではないようにされている場合、レーザ入射角は、図６または図８に図示された角度とは異なるであろう。レーザ入射角が３０度を下回る場合、レーザエネルギが過度に反射されて、金属によって十分なエネルギが吸収されないことに起因して、結果として融解が不足する場合がある。第２に、図６または図８に図示された傾斜角が７５度を上回る場合、レーザ入射角は、欠陥のないレーザ溶着物を達成するために許容可能である３０度を上回るであろう。しかしながら、キャビティを開けることは、補修処理コストの観点から、経済的に実際的ではないかもしれない。バッキングＰの平低部領域におけるレーザ入射角は、通常は９０度に近く、それは許容可能であることに留意すべきである。
【００４４】
キャビティＣは、レーザ粉末溶着システム３００によって一般的には室温で付与される複数のレーザ粉末溶着スポットＳの複数の層で充填される。一例では、各レーザ粉末スポットＳは、隣接するレーザ粉末溶着スポットＳに約５０％被さる。すなわち、各層における複数のレーザ粉末溶着スポットＳは、重なり合うレーザ粉末溶着スポットＳのマトリクスを形成する。最も外側のレーザ粉末溶着スポットＳは、壁Ｗ上に少なくとも部分的に位置する。すなわち、壁Ｗの傾斜角は、各層が壁Ｗに少なくとも部分的に重なることを可能にし、同時にレーザ粉末溶着システム３００からのレーザが、キャビティＣ内に直接アクセスすることを可能にする。傾斜角は、ワークに対するレーザビームの入射角を調整することによって、少なくとも部分的に調整され得ることが理解されるべきである。開示された非限定的な一実施形態では、レーザ粉末溶着システム３００は、集束レーザビーム及び金属粉末投入を、ワークの表面を基準として周知の方位に向けるように適合された自動エンドエフェクタに搭載される。自動エンドエフェクタ、ワーク、または両方が、所望のレーザ入射角を得るために工程の間傾けられていることができるか、他の方法で調整されることができるが、当該行程中に角度が変更されたとしても、レーザエネルギが効果的に吸収されるために約３０度を超える角度が必要とされることが理解されるべきである。
【００４５】
レーザ粉末溶着スポットＳの付加的な層が、連続的に適用されて、キャビティＣを少なくとも部分的に充填する（図１１）。すなわち、各スポットＳは概ね同等であるが、通常は、キャビティＣを充填するためにより多数のレーザ粉末溶着スポットが各層に適用される。レーザ粉末溶着スポットＳの各後続の層が適用されると、レーザヘッド高さもまた調整されて、レーザから層までの距離が概ね一定に維持されて、スポットＳ毎のレーザ出力及び粉末量が概ね一定に維持されるようにすることを確実にし得る。
【００４６】
連続的なレーザビームではなく不連続なレーザスポットの溶着、及び各レーザスポットの位置付けは、キャビティの形状をたどるようにレーザビームの動きをプログラミングする必要なく、不規則な形状であるかもしれないキャビティＣの充填を容易にし、加えて溶着物の亀裂のおそれを回避する。
【００４７】
充填されるべき異なるキャビティサイズに対処するために、レーザ加工機の操作者は、溶着されるレーザスポットの数を変更するだけでよい。たとえば、１４×１４のスポットマトリクス（計１９６スポット）を充填するためのレーザ加工機のためのコマンドは、１０×１０のスポットマトリクス（計１００スポット）によって充填されたキャビティの約２倍のキャビティを充填する。異なる寸法形状のキャビティに対処するために、レーザ加工機の操作者は、各方向におけるレーザスポットの数を変更することのみが必要となる。たとえば、１０×１５のスポットマトリクスは、短辺の約２倍の長さの長辺を有する矩形のキャビティを充填する。キャビティの形状は、通常は不規則であり、必ずしも正方形または矩形でないことに留意すべきである。矩形パターンの溶着は、結果としてさらなるスポット溶着をもたらし得る。このことは、溶着の終了時にいつでも余分な金属の溶着物をブレンドして除去することができるので許容可能である。本明細書に記載された方法は、鋳造欠陥の形状寸法が常に不規則である場合に非常に重要である。レーザビームを、不規則な形状をたどるように毎回プログラムすることは、補修工程のコストを、非経済的になるほど高騰させる。
【００４８】
開示された非限定的な一実施形態では、各レーザスポットは、先行する層の２つのスポット間に位置付けられる。このレーザスポット位置決め方法により、均一なビルドアップ高さを達成することができ、２つのレーザスポット間で融解が不足する可能性をさらに回避することができる。
【００４９】
特定の開示された非限定的な一実施形態では、ＭＡＲ−Ｍ２４７多結晶鋳造ニッケルベース超合金の非融接性ベース合金Ｂで製造されたＭＴＦ８２製ワークのキャビティＣは、ＰＷＡ７９５の溶加合金Ｆで充填される。すなわち、ワークの非融接性ベース合金は１つの材料であり、一方で溶加合金Ｆは異なる材料である。
【００５０】
いったんキャビティＣが、複数のレーザ粉末溶着スポットＳの複数の層で充填されるか、または少なくとも部分的に充填されると、溶加合金Ｆは、溶接後処理を受けることがある（ステップ２０８）。溶接後処理の例は、溶体化熱処理に加えた時効熱処理、応力除去熱処理、高温静水圧圧縮、機械的な方法による応力除去、及び／または他のものを含むが、これらに限定されない。
【００５１】
要求される材料特性を満たすために、表面において整合合金を用いる必要がある用途である場合、任意には、非融接性ベース合金ＢＣの任意の層を、キャビティＣの内部に少なくとも部分的に、かつ溶加合金Ｆを覆って適用してもよい（ステップ２０６、図１２）。すなわち、ワークの非融接性ベース合金Ｂを使用して、最初に溶加合金Ｆで充填されているキャビティＣを覆うかまたは蓋をする。本例では、非融接性ベース合金ＢＣのキャップは、放電溶着されてキャビティＣを完全に充填するＭＡＲ−Ｍ２４７である。本例では、非融接性ベース合金ＢＣのキャップは、厚さ約０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）であり得る。非融接性ベース合金ＢＣのキャップは、常に必要ではないことが理解されるべきである。
【００５２】
放電溶着は、「放電硬化」、「放電強化」または「放電合金化」とも称される場合がある。非融接性ベース合金ＢＣの比較的薄いキャップのみが適用されるため、他の技法を使用してもよく、比較的時間がかかる技法を依然として使用することができることが理解されるべきである。すなわち、そうでなければキャビティＣ全体を充填するのに時間がかかり過ぎて高価であり得る技法でも、非融接性ベース合金Ｂのうすいキャップを形成するためであれば容易に使用される。
【００５３】
次に、非融接性ベース合金ＢＣのキャップを、ワークにブレンドさせて、所望のプロファイルを形成し得る（ステップ２１０、図１３）。すなわち、非融接性ベース合金ＢＣのキャップは、結果としてキャビティＣ全体にわたって共通の非融接性ベース合金Ｂの連続面をもたらす。
【００５４】
最後に、非融接性ベース合金ＢＣのキャップが連続面を提供すると、ワークは、コーティングＴで容易に被覆される（図１４）。すなわち、非融接性ベース合金ＢＣのキャップは、酸化、熱バリア、またはその十分な利益を受けるように非融接性ベース合金ＢＣに適応させた他のコーティングＴと十分に融和性がある。
【００５５】
図１５を参照すると、別の開示された非限定的な実施形態では、鋳造欠陥の除去は、結果として貫通孔ＣＨをもたらすことがあり（図８）、この場合ステップ２０２と２０４との間で周辺部を取り付ける方法（４００）が行われ（図５）、レーザスポットの溶着中の、溶接縮みに起因するバッキングＰと壁Ｗとのあらゆる局所的な分離を最小限にするかまたは回避する（図８）。
【００５６】
バッキングＰは、純ニッケルまたはニッケルベース合金材料であってもよい。開示された非限定的な本実施形態におけるバッキングＰの厚さは、約０．０１０乃至０．０２０インチ（０．２５４〜０．５０８ｍｍ）の間である。より具体的には、熱制御を容易にするためには、約０．２５インチ（６．３５ｍｍ）以下のサイズの欠陥の開口に対しては、厚さ約０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）のバッキングＰが好ましいと思われ、一方で約０．５インチ（１２．７ｍｍ）以上の欠陥に対しては、約０．０２０インチ（０．０５０８ｍｍ）のバッキングＰが好ましいと思われる。代替的に、欠陥の周辺部での鋳造物との密着が維持される限り、バッキングＰは０．０２０インチを超える厚さであってもよいことが理解されるべきである。
【００５７】
バッキングＰは、たとえばグリットブラスティング、サンディング、または他の表面処理を通して所望の表面粗さを提供するようにさらに加工されて、レーザに適した反射面を提供する（ステップ４０２、図１５）。所望の表面粗さを提供する目的は、バッキングＰと壁Ｗとの間の融解が不足する結果となり得る、バッキングＰがレーザビームの反射に起因してより少ないレーザビームエネルギを吸収することを回避するためである。この開示された非限定的な実施形態では、バッキングＰの表面粗さは、少なくとも約１２５マイクロインチ（０．００３ｍｍ）である。約１２５マイクロインチ（０．００３ｍｍ）の表面粗さは、通常は、鋳造欠陥を除去（ステップ２０２、図５）したの壁Ｗの表面粗さとほぼ等しいか、またはバッキングとキャビティの壁との著しく異なるレーザエネルギ吸収を生じさせることがないために十分である。
【００５８】
鋳造欠陥の除去（ステップ２０２、図５）に続いて、表面処理されたバッキングＰは、ワークに一次的かつ機械的に取り付けられる（ステップ４０４、図１５）。キャビティＣを包囲する壁Ｗの傾斜角は、約３０乃至７５度以内で傾斜角を画定し得ると同時に、バッキングＰは貫通孔ＣＨを閉鎖する（図８）。
【００５９】
次に、レーザ粉末溶着システム３００（概略的に図示、図９）を使用して、合金粉の溶加合金Ｆを、キャビティＣの周辺部に沿って位置する不連続なレーザ粉末溶着スポットＳとして溶着させ、バッキングＰを壁Ｗと接合させる（ステップ４０６、図１５）。不連続なレーザ粉末溶着スポットＳは、各々バッキングＰと壁Ｗとの境界面Ｉに沿って集中し、所望のスポットが重なっている。すなわち、不連続なレーザ粉末溶着スポットＳは、最初にキャビティＣの周囲の全周部分を画定するように形成される（図１６）。ことが理解されるべきである。周辺部は、特定の寸法形状を有するように図示されているが、さまざまな寸法形状であってもよい。
【００６０】
キャビティＣの周囲の周辺部を完全に接合することによって、バッキングＰ及び壁Ｗ間が確実に密着し、レーザスポットを連続して溶着させている間のバッキングＰと壁Ｗとの間の熱変形に起因するあらゆる局所的な分離を最小限にするかまたは取り除き、亀裂のない溶接補修を容易にする。
【００６１】
本方法は、典型的な修理時間を、数時間からほんの数分まで低減させる。このことは、高ガンマプライムニッケルベース合金、たとえばＭＡＲ−Ｍ２４７多結晶鋳造ニッケルベース超合金の鋳造部品に加えて、他のニッケル合金鋳造物の修理及び再製造のコスト全体を低減させる。
【００６２】
用語「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の使用、及び記載の文脈中の（特に、以下に続く特許請求の範囲の文脈で）類似する言及は、特に本明細書で示されない限り、または文脈によって具体的に否定されない限り、単数及び複数の両方を包含すると解釈されるべきである。量に関連して用いられた修飾語「約」は、述べられた値を含み、文脈によって決定づけられた意味を有する（たとえば、ある量の測定に付随する誤差の度合いを含む）。本明細書に開示されたすべての範囲は、エンドポイントを含んでおり、エンドポイントは、互いに独立して組み合わせ可能である。相対的位置の用語、たとえば「前方」、「後方」、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」等は、乗物の通常の動作態勢を参照しており、その他の点で限定していると考えられるべきではないことが理解されるべきである。
【００６３】
異なる非限定的な実施形態は、具体的に例示された部品を有するが、本発明の実施形態は、それらの特定の組み合わせに限定されない。非限定的な実施形態のいずれかからの部品または特徴のいくつかを、その他の非限定的な実施形態のいずれかからの特徴または部品との組み合わせで用いることが可能である。
【００６４】
同様の参照番号は、複数の図面全体にわたって対応するかまたは類似の要素を特定することが理解されるべきである。また、例証された実施形態において、特定の部品配置が開示されているが、他の配置がそれからの利益をもたらすことが理解されるべきである。
【００６５】
特定のステップシーケンスが示され、記載され、かつ主張されているが、特に示されない限り、ステップは、任意の順番で、別個にまたは組み合わせて行われてもよく、以前として本開示から利益を得ることが理解されるべきである。
【００６６】
前述の説明は、その中での限定による定義ではなく、例示である。本明細書には、さまざまな非限定的実施形態が開示されているが、当業者においては、上記の教示を考慮したさまざまな改変及び変形が、添付の特許請求の範囲内に包含されることが認識されよう。したがって、添付の特許請求の範囲において、具体的に記載されたもの以外にも、本開示を実践し得ることが理解されるべきである。そのため、添付の特許請求の範囲は、正しい範囲及び文脈を判断するために熟慮されるべきである。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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