(57)【要約】      （修正有）【課題】加熱を要する領域よりも非常に大きい加熱アッセンブリに対処するために、金属構成要素を局所的に熱処理するシステム及びその方法を提供する。【解決手段】局所的な熱処理が施される金属構成要素の部分を特定するステップと、構成要素の熱処理される部分付近の領域を遮蔽するステップと、熱処理される部分が所望の温度に加熱されるとともに、該熱処理される部分に隣接し、かつ遮蔽された領域が熱処理に望まれる温度に加熱されないように、金属構成要素の熱処理される部分へ赤外線（ＩＲ）スペクトルの電磁エネルギを方向づけるステップと、を備える。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属構成要素を局所的に熱処理するシステムであって、
少なくとも構成要素の熱処理される部分の周囲に位置した酸化を生じさせない環境と、
電気入力に応じて赤外線スペクトルの電磁エネルギを伝播させるように作用する赤外線（ＩＲ）加熱エレメントを備えた加熱装置と、
前記赤外線加熱エレメントと、前記熱処理される部分に隣接する構成要素の領域と、の間の基準線を遮断するように位置決めされたシールドと、
を備える熱処理システム。
【請求項２】
前記酸化を生じさせない環境は、酸素が熱処理中に前記構成要素の周囲から排出されるようにガス流を収容して機能するエンクロージャによって設けられることを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。
【請求項３】
前記エンクロージャが、透明の材料を備えることを特徴とする請求項２に記載の熱処理システム。
【請求項４】
前記エンクロージャ内に配置された入口を備えるとともに、該エンクロージャから前記熱処理によって生成されたガスを排出するように機能するガス除去ラインをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の熱処理システム。
【請求項５】
前記ガスが、不活性ガスであることを特徴とする請求項２に記載の熱処理システム。
【請求項６】
前記構成要素がチタンを含むとともに、前記シールドがチタンシート材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。
【請求項７】
前記シールドが、前記構成要素の熱処理される部分の配置に対応する大きさおよび形状を有する切り抜き部を備えた金属シートで形成されており、前記シールドが所定の位置にあるときに、前記熱処理される部分と前記赤外線加熱エレメントとの間に基準線が画定されることを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。
【請求項８】
前記加熱装置が、ハウジングおよび放物面ミラーを備えており、該放物面ミラーおよび前記赤外線加熱エレメントは、該赤外線加熱エレメントからの赤外線エネルギが前記放物面ミラーによって前記ハウジングから外部に方向づけられるように、該ハウジング内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。
【請求項９】
前記加熱装置を冷却する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の熱処理システム。
【請求項１０】
前記冷却手段が、閉ループ式の液体冷却ユニットを備えることを特徴とする請求項９に記載の熱処理システム。
【請求項１１】
金属構成要素を局所的に熱処理する方法であって、
局所的な熱処理が施される金属構成要素の部分を特定するステップと、
前記構成要素における前記熱処理される部分付近の領域を遮蔽するステップと、
前記金属構成要素の前記熱処理される部分へ前記赤外線（ＩＲ）スペクトルの電磁エネルギを方向づけるステップと、
を備え、
前記案内するステップは、前記熱処理される部分が所望の温度に加熱されるとともに、前記熱処理される部分に隣接し、かつ遮蔽された前記領域が熱処理に望まれる温度に加熱されないように前記電磁エネルギを方向づけることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１２】
前記熱処理が、酸化を生じさせない環境で施されることを特徴とする請求項１１に記載の熱処理方法。
【請求項１３】
前記方法が、
前記構成要素の前記熱処理される部分の周囲にエンクロージャを形成するステップと、
前記エンクロージャ内の容積部から酸素を取り除くステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の熱処理方法。
【請求項１４】
前記構成要素の前記熱処理される部分が、溶接部を備えるとともに、前記熱処理が、該溶接部に対応する前記構成要素内の応力を減少させるように施されることを特徴とする請求項１３に記載の熱処理方法。
【請求項１５】
前記構成要素が、ガスタービンエンジンの構成要素であることを特徴とする請求項１４に記載の熱処理方法。
【請求項１６】
前記熱処理は、前記構成要素を備えた前記ガスタービンエンジンがナセルに取り付けられた状態で施されることを特徴とする請求項１５に記載の熱処理方法。
【請求項１７】
前記構成要素が、タービンケースであることを特徴とする請求項１５に記載の熱処理方法。
【請求項１８】
前記熱処理によって生成された前記エンクロージャ内のガスを取り除くステップをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の熱処理方法。
【請求項１９】
前記構成要素がチタンを含むとともに、前記シールドがチタンシート材料で形成されることを特徴とする請求項１１に記載の熱処理方法。
【請求項２０】
前記電磁石エネルギを方向づけるステップが加熱装置によって実施されるとともに、前記方法が、前記熱処理中に前記加熱装置を能動的に冷却するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、金属構成要素の補修に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンのような金属構成要素の製造、サービスや補修には、構成要素の特定の領域を局所的に加熱することが要求されることが多い。これは、例えば、応力の緩和、金属成形やろう付けの用途でなされる。局所的な加熱は、等温の熱処理炉において構成要素全体を処理することによって、構成要素の材料における金属組織特性に悪影響を及ぼす場合や、熱処理中に撓む、もしくは変形する恐れのある大きな部品に好まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この点に関して、従来の局所的な加熱方法は抵抗加熱および誘導加熱を含む。誘導加熱の方法は、コストがかかり、プロセス制御をほとんど提供することができず、さらに、誘導コイルを誘導発電機および加熱される構成要素／断面領域の両方に合わせるために、作業者に長い経験が要求される。対照的に、抵抗加熱は、電力供給が特定の加熱エレメント設計に合わせて行われるという点にいくらか制限される。電力供給および加熱エレメントを合わせる従来技術の必要性によって、加熱を要する領域よりも一般的に非常に大きく、かつブランケット形状である現在の加熱アッセンブリが一般的に生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
金属構成要素を局所的に熱処理するシステムおよび方法が提供される。ここで、このような方法の代表的な実施例は、局所的な熱処理が施される金属構成要素の部分を特定するステップと、構成要素の熱処理される部分付近の領域を遮蔽するステップと、該熱処理される部分が所望の温度に加熱されるとともに、熱処理される部分に隣接し、遮蔽された領域が熱処理に望まれる温度に加熱されないように、金属構成要素の熱処理される部分へ赤外線（ＩＲ）スペクトルの電磁エネルギを方向づけるステップと、を備える。
【０００５】
金属構成要素を局所的に熱処理するシステムの実施例は、少なくとも構成要素の熱処理される部分の周囲に位置した酸化を生じさせない環境と、電気入力に応じて赤外線スペクトルの電磁エネルギを伝播させるように作用する赤外線（ＩＲ）加熱エレメントを備えた加熱装置と、赤外線加熱エレメントと、熱処理される部分に隣接する構成要素の領域と、の間の基準線を遮断するように位置決めされたシールドと、を備える。
【０００６】
本発明の他のシステム、方法、特徴や利点は、以下の図面および詳細な説明を考察することにより当業者に明らかになるであろう。このような付加的なシステム、方法、特徴や利点の全ては、この説明に含まれ、かつ本発明の範囲内にあることが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
いくつかの例示的な実施例に関して、本明細書で詳細に説明されるように、金属構成要素を局所的に熱処理するシステムおよび方法が提供される。ガスタービンエンジン構成要素の熱処理に関して代表的な実施例が本明細書で説明されるが、様々な構成要素が類似の技術を用いて熱処理され得ることに留意されたい。
【０００８】
図１には、赤外線加熱アッセンブリ１００の例示的な実施例が示されている。図１に示されるように、アッセンブリ１００は、一般的に、取付アーム１０２および加熱装置１０４を備える。加熱装置は、エレメント１０８を搭載するハウジング１０６を組み込んでいる。エレメント１０８は、ケーブル１１０によって与えられる電気入力に応じて赤外線（ＩＲ）スペクトルの電磁エネルギを放射する。放物面ミラーのようなミラー１１２は、赤外線エネルギをハウジングから外部に方向づけるようにハウジング内に配置される。適切なエレメントの選択は、構成要素を熱処理するために望ましい温度範囲に少なくとも部分的に基づいている。
【０００９】
取付アーム１０２によって、エレメント１０８により放射されたエネルギが熱処理される構成要素の領域へ方向づけられるように、加熱装置１０４を位置決めすることが可能になる。ある実施例では、取付アームは、このような配置を可能にするように関節で繋がれた構成をとる。特に、取付アームを使用することで加熱装置の位置決めが操作可能となることによって、アッセンブリからこのような構成要素を取り除く必要なしに、構成要素の熱処理が可能となる。例えば、熱処理される構成要素がタービンケースの一部である場合、ケースは、該ケースが取り付けられているナセルから取り除かれる必要はない。
【００１０】
図１の実施例では、任意選択的な冷媒流入ライン１１４および冷媒流出ライン１１６の各々は、加熱装置１０４へ液体冷媒流を運搬する。冷媒流によって過剰な熱が加熱装置を損傷させることを防止する。付加的または代替的に、ファンによる空気冷却などの様々な他の形式の冷却を使用することができる。
【００１１】
図１の実施例は、実質的に連続する領域を局所的に加熱するように設計される。しかし、様々な他の実施例では、互いに離間した領域に同時に局所的な加熱を施すことができる。特に、ある実施例では、例えば、熱処理中に、単一の熱処理装置においてエレメントを配列させたり、複数の加熱装置を使用することによって、これは達成される。
【００１２】
図２に示されるように、ガスタービンエンジンにおけるチタンで形成されたケース２００の部分は、溶接により補修されたフランジ２０２を備えて設けられている。フランジに対応する金属内の応力を緩和するために、フランジを局所的に加熱することが望ましい。図３には、このような熱処理を施すように位置決めされた赤外線加熱アッセンブリ３００の実施例が示されている。
【００１３】
図３に示されるように、アッセンブリ３００は、加熱装置３０２がフランジ２０２へ赤外線エネルギを方向づけるように位置決めされる。抵抗加熱または誘導加熱プロセスで一般的になされるように、加熱装置はケースに取り付けられていないことに留意されたい。これは、赤外線エネルギが、加熱装置からフランジへと自由空間を通って伝播し、これにより、加熱装置およびケースの物理的な取付が不要となるためである。
【００１４】
図３に示されるように、シールド３０４によって赤外線エネルギが熱処理されない材料を過剰に加熱することを抑制する。この実施例では、シールド３０４は、切り抜き部３０６を有するチタンのシートで形成される。
【００１５】
シールドは、切り抜き部がフランジと整列するように位置決めされ、これにより、加熱装置のエレメントとフランジとの間に基準線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）を形成できる。図３の実施例に示されるように、シールドの位置決めは、該シールドをケースに取り付けるための金属ホイル３０８（例えば、チタンホイル）を使用することによって達成できる。他の例では、様々な留め具や他の取付技術が使用される。例えば、ある実施例では、シールドは、重力や該シールドおよび構成要素の対応する形状によって所定の位置に保持され、これにより、付加的な取付部品の使用が不要になる。
【００１６】
ある実施例では、金属ホイルの接触部分（図示せず）が、加熱エレメントと加熱される構成要素との間に使用され、これにより、温度勾配がより均一になる。チタン構成要素にチタンホイルを用いることが、特に注目されている。このような技術は、温度勾配を補助するとともに、加熱中にエレメントおよび構成要素からガスとして放出されうる汚染物を吸収するためのゲッタリング装置としても有効である。しかし、図３の実施例では、金属ホイルの接触部は使用されない。代わりに、ガス除去ライン３１０が、熱処理によって生成される不要なガスを排出するように設けられる。
【００１７】
熱電対３１２は、ケースの熱処理部付近に取り付けられる。熱電対によってケースの温度勾配を監視し、所望の熱処理が施されることを保証する。
【００１８】
図４に示されるように、少なくともケースの熱処理される部分が、酸化を生じさせない環境内に位置している。例えば、このような環境は、アルゴンのような不活性ガスで満たされた耐熱エンクロージャ４０２によって形成される。アルゴンは空気より重いので、ある実施例では、適切であると考えられている。したがって、使用される格納物の形状および熱処理される構成要素の位置によって、空気より高密度なガスは有効である。これは、ガスが格納物の底部に沈み、これにより、熱処理される領域を取り囲む酸素を格納物の底部から移動させるからである。
【００１９】
他の実施例では、他のガスが使用されており、このようなガスの選択は、処理される材料に少なくとも部分的に基づいている。例えば、いくつかの材料には、窒素のようなガスが使用される。他の例では、耐熱エンクロージャは、空気が排出されるように設計された真空チャンバである。
【００２０】
図４の実施例では、エンクロージャ４０２は、熱処理されるケースによって一部が形成されるとともに、可撓性材料によって一部が形成される。特に、材料は、透明のビニル、例えば、（「Ｐｏｌｍｅｒｓｈａｐｅｓ」（商標）によって製造されるような）ポリ塩化ビニルのシートであり、これにより、加熱プロセスを視覚的に監視することを容易にしている。透明のビニルは、任意選択的な支持フレーム４０４上に掛かっており、テープ４０６は、可撓性材料とケースとの間にシールを形成するように使用される。
【００２１】
付加的または代替的に、冷却装置（図示せず）が、例えば、熱処理される領域に隣接した領域を局所的に冷却するように使用される。ある実施例では、冷却装置は、冷却ファンや、液体（例えば、水）を使用するシステムのような閉ループ式の冷却システムである。
【００２２】
上述の実施例は、本発明の原理を明確に理解するための単なる可能な例示の実施例であることを強調する。本発明の真意および原理を実質的に逸脱することなく、多くの変更および修正が上述の実施例になされてもよい。このような変更および修正の全ては、本発明の範囲内に含まれるとともに、添付の請求項によって保護される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】赤外線加熱アッセンブリにおける実施例の概略図である。
【図２】熱シールドが熱処理される選択部分に隣接して配置された、ガスタービンエンジンの部分における実施例の概略図である。
【図３】実施例の赤外線加熱装置が選択された部分を局所的に加熱するように位置決めされた、図２におけるガスタービンエンジンの部分を示した概略図である。
【図４】実施例のエンクロージャが酸化を生じさせない環境を与える熱処理される選択部分の周囲に配置された、図２におけるガスタービンエンジンの部分を示した概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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