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JP2018168851A - 拡散合金インサートを用いた難溶接超合金部品のロウ付け構造補修 - Google Patents

拡散合金インサートを用いた難溶接超合金部品のロウ付け構造補修 Download PDF

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JP2018168851A
JP2018168851A JP2017245718A JP2017245718A JP2018168851A JP 2018168851 A JP2018168851 A JP 2018168851A JP 2017245718 A JP2017245718 A JP 2017245718A JP 2017245718 A JP2017245718 A JP 2017245718A JP 2018168851 A JP2018168851 A JP 2018168851A
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Yan Cui
スリカーンス・チャンドルドゥ・コッティリンガム
Chandrudu Kottilingam Srikanth
ブライアン・リー・トリソン
Brian Lee Tollison
デチャオ・リン
Dechao Lin
セム・ムラト・エミノグル
Murat Eminoglu Cem
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General Electric Co
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Abstract

【課題】ロウ付けギャップサイズを小さく制御することによりサービスランパーツに高い機械強度を与える。【解決手段】部品にテーパ付きスロットを機械加工し101、テーパ付きスロットは、寸法を決定するために計測される102。インサートが、インサートの外面とテーパ付きスロットの内面との間のロウ付けギャップを伴って、テーパ付きスロットに対応する幾何形状を有するように形成される103。ロウ付け材料の層がインサートの外面に付着され104、層の厚さがロウ付けギャップに対応する。インサートの外面にあるロウ付け材料の層は、拡散層を形成するように焼結される105。インサートは、テーパ付きスロット内に配置される106。拡散層は、インサートをテーパ付きスロットに結合するようにロウ付けされる107。処理された部品は、テーパ付きスロットを有する表面、インサート、およびロウ付けジョイントを含む。【選択図】図1

Description

本発明は、難溶接超合金部品の補修を対象とし、より具体的には、拡散合金インサートを用いた難溶接超合金部品のロウ付け構造補修を対象とする。
ガスタービン機械は、翼形、バケット、ブレード、ノズル、ベーン、シュラウド、回転タービン部品、ホイール、シール、燃焼器ライナ、3D製造部品および遷移ダクトなどの高温ガス経路部品を製造するために、高強度かつ耐酸化性の難溶接(hard−to−weld、HTW)合金を一般的に使用する。難溶接(HTW)合金は、一般的に、タービンの運転温度および運転条件にとって望ましい機械特性を示す。
しかし、運転中、難溶接(HTW)合金から形成された部品が過酷な作業環境に遭遇し、疲労、クリープ、腐食または酸化による材料劣化が生じる。
ロウ付けは、サービスラン(service−run)パーツを新品同様にするために広く使用されている。ロウ付けは、ロウ付けジョイントのロウ付けギャップサイズが非常に小さい場合にのみ高い機械強度を示す。そうでなければ、ロウ付けは、運転に十分なほどの高い機械強度をサービスランパーツに与えることはない。しかし、製造中、ギャップサイズを所望の寸法に制御することは容易ではない。
いまだに、ロウ付けギャップサイズを小さく制御することによりサービスランパーツに高い機械強度を与える方法を開示する技術的手法は報告されていない。
例示的な実施形態では、部品を処理するための方法が提供される。部品を処理するための方法は、部品の欠陥を含む部分を除去するように、部品にテーパ付きスロットを機械加工する工程を含む。テーパ付きスロットは、寸法を決定するために計測される。インサートが、インサートの外面とテーパ付きスロットの内面との間のロウ付けギャップを伴って、テーパ付きスロットに対応する幾何形状を有するように形成される。ロウ付け材料の層がインサートの外面に付着され、層の厚さがロウ付けギャップに対応する。ロウ付け材料の層は、拡散層を形成するようにインサートの外面に焼結される。インサートは、テーパ付きスロット内に配置される。部品は、インサートを部品に結合するようにロウ付けされる。
別の例示的な実施形態では、超合金タービン部品を処理するための方法が提供される。超合金タービン部品を処理するための方法は、超合金タービン部品の欠陥を含む部分を除去するように、超合金タービン部品にテーパ付きスロットを機械加工する工程を含む。テーパ付きスロットは、テーパ付きスロットの寸法を決定するために計測される。インサートが、インサートの外面とテーパ付きスロットの内面との間の約0.0005インチ〜約0.01インチの範囲のロウ付けギャップを伴って、テーパ付きスロットに対応する幾何形状を有するように形成される。ロウ付け材料の層がインサートの外面に付着される。ロウ付け材料の層は、拡散層を形成するように華氏約1800度と約2300度の間の温度でインサートの外面に焼結される。インサートは、テーパ付きスロット内に配置され、超合金タービン部品は、インサートを超合金タービン部品に結合するように華氏約1800度と約2350度の間の温度でロウ付けされる。
別の例示的な実施形態では、処理された超合金タービン部品が提供される。処理された超合金タービン部品は、テーパ付きスロットを有する表面を含む。テーパ付きスロット内にインサートが配置されている。インサートの外面とテーパ付きスロットの内面との間に0.0005インチ〜0.01インチの範囲のロウ付けギャップが存在する。部品は、ロウ付けジョイントも含む。ロウ付けジョイントは、ロウ付けギャップに配置されたロウ付け材料を含む。ロウ付け材料は、インサートの外面に焼結された材料である。超合金タービン部品は、インサートと超合金タービン部品の間に拡散層を含む。
本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例として例示する添付図面と併せて、以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
部品を処理する方法の一実施形態を例示するフローチャートである。 本開示の実施形態による、処理領域を含む部品の斜視図である。 本開示による方法の模式図を示している。 図3の4−4線沿いの断面図である。 図3の5−5線沿いの断面図である。 図3の6−6線沿いの断面図である。
可能である場合、同じ部分を表すために図面を通じて同じ参照数字を用いている。
以下で述べる詳細な説明は、同じ番号が同じ要素を参照する添付図面と共に、開示される主題の各種の実施形態を記述することを意図しており、唯一の実施形態を表すことを意図していない。本開示に記述される各実施形態は、単なる例または例示として提示されており、他の実施形態よりも好ましい、または有利であると理解されるものではない。本明細書で提示される例示される例は、排他的であること、または特許請求される主題を開示される厳密な形態に限定することを意図するものではない。
原料の数量および/または反応条件を表す全ての数字は、特に断らない限り、用語「約」により全ての事例で修正されるものと理解されたい。
本明細書において、冠詞「1つの(a)」および「1つの(an)」は、明細書および請求項に記述される本発明の実施形態の任意の特徴に適用されるときには、1つ以上を意味する。「1つの(a)」および「1つの(an)」の使用は、その意味を単一の特徴に限定する旨を特に言及していない限り、その意味を限定しない。単数もしくは複数の名詞または名詞句の前の冠詞「その(the)」は、具体的に特定された1つ以上の特徴を示しており、使用される文脈に応じて単数または複数の意味合いを有することがある。形容詞「任意の(any)」は、数量のいかんにかかわらず、1つ、一部、または全てを意味する。
全ての割合および比率は、特に断らない限り、重量で計算されている。全ての割合は、特に断らない限り、組成物の合計重量に基づいて計算されている。全ての成分または組成物のレベルは、その成分または組成物の有効レベルを参照しており、市販原料中に存在することがある、例えば、残留溶剤または副生成物などの不純物を除いている。
本明細書で用いられる用語「テーパ付き」および本用語の変形は、一端に向かって厚さが漸減している、減少している、または同厚さを漸減もしくは減少させる任意の形状を指す。一部の実施形態では、「テーパ付き」形状の断面としては、非限定的に、V字形状およびU字形状を挙げることができる。
本明細書で用いられる用語「テーパ無し」および本用語の変形は、一端に向かって厚さが一定である任意の形状を指す。一部の実施形態では、「テーパ無し」形状の断面としては、非限定的に、凹形状を挙げることができる。
本明細書で用いられる用語「機械加工」および本用語の変形は、部品から材料を制御可能に除去できる任意のプロセスを指す。機械加工の例としては、非限定的に、製造後削孔、放電加工(electrical discharge machining、EDM)、レーザー削孔、機械削孔、振動削孔、ミリング、コンピュータ数値制御ミリング、ウォータージェット切断、アブレーシブジェット切断、穿孔、付加製造技術による形成、3Dプリンティング、またはそれらの組合せが挙げられる。
本発明は、部品に高い機械強度を与えるようにロウ付けギャップサイズを小さく制御することにより部品を処理するための方法を含む実施形態を含むことができる。本明細書に例示される部品は、金属または合金を含んでもよい。合金は、超合金を含んでもよい。本明細書で用いられる用語「超合金」は、当該分野で一般に使用されるように、すなわち、機械強度および高温時の耐クリープ性に優れ、耐食性および耐酸化性が高い合金を指すために使用される。
一部の実施形態では、部品としては、非限定的に、単結晶(single crystal、SX)材料、一方向凝固(directionally solidified、DS)材料、等軸結晶(equiaxed crystal、EX)材料、およびそれらの組合せを挙げることができる。
一部の実施形態では、超合金としては、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、鉄系超合金、チタン系超合金、またはそれらの組合せを挙げることができる。超合金としては、非限定的に、GTD111、GTD222、GTD444、GTD262、Mar M247、IN 100、IN 738、Rene 80、IN 939、Rene N2、Rene N4、Rene N5、Rene N6、Rene 65、Rene 77(Udimet 700)、Rene 80、Rene 88DT、Rene 104、Rene 108、Rene 125、Rene 142、Rene 195、Rene N500、Rene N515、IN 706、Nimonic 263、CM247、MarM247、CMSX−4、MGA1400、MGA2400、INCONEL 700、INCONEL 738、INCONEL 792、DS Siemet、CMSX10、PWA1480、PWA1483、PWA1484、TMS−75、TMS−82、Mar−M−200、UDIMET 500、ASTROLOYなどの、Hastelloy、Inconel 合金、Waspaloy、Rene合金およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を挙げることができる。
本明細書で用いられる「ASTROLOY」は、重量で、約15%のクロム、約17%のコバルト、約5.3%のモリブデン、約4%のアルミニウム、約3.5%のチタン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「DS Siemet」は、重量で、約9%のコバルト、約12.1%のクロム、約3.6%のアルミニウム、約4%のチタン、約5.2%のタンタル、約3.7%のタングステン、約1.8%のモリブデン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「GTD111」は、重量で、約14%のクロム、約9.5%のコバルト、約3.8%のタングステン、約4.9%のチタン、約3%のアルミニウム、約0.1%の鉄、約2.8%のタンタル、約1.6%のモリブデン、約0.1%の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「GTD262」は、重量で、約22.5%のクロム、約19%のコバルト、約2%のタングステン、約1.35%のニオブ、約2.3%のチタン、約1.7%のアルミニウム、約0.1%の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「GTD444」は、重量で、約7.5%のコバルト、約0.2%の鉄、約9.75%のクロム、約4.2%のアルミニウム、約3.5%のチタン、約4.8%のタンタル、約6%のタングステン、約1.5%のモリブデン、約0.5%のニオブ、約0.2%のケイ素、約0.15%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「MGA1400」は、重量で、約10%のコバルト、約14%のクロム、約4%のアルミニウム、約2.7%のチタン、約4.7%のタンタル、約4.3%のタングステン、約1.5%のモリブデン、約0.1%の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「MGA2400」は、重量で、約19%のコバルト、約19%のクロム、約1.9%のアルミニウム、約3.7%のチタン、約1.4%のタンタル、約6%のタングステン、約1%のニオブ、約0.1%の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「PMA 1480」は、重量で、約10%のクロム、約5%のコバルト、約5%のアルミニウム、約1.5%のチタン、約12%のタンタル、約4%のタングステン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「PWA1483」は、重量で、約9%のコバルト、約12.2%のクロム、約3.6%のアルミニウム、約4.1%のチタン、約5%のタンタル、約3.8%のタングステン、約1.9%のモリブデン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「PMA 1484」は、重量で、約5%のクロム、約10%のコバルト、約2%のモリブデン、約5.6%のアルミニウム、約9%のタンタル、約6%のタングステン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene N2」は、重量で、約7.5%のコバルト、約13%のクロム、約6.6%のアルミニウム、約5%のタンタル、約3.8%のタングステン、約1.6%のレニウム、約0.15%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene N4」は、重量で、約9.75%のクロム、約7.5%のコバルト、約4.2%のアルミニウム、約3.5%のチタン、約1.5%のモリブデン、約6.0%のタングステン、約4.8%のタンタル、約0.5%のニオブ、約0.15%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene N5」は、重量で、約7.5%のコバルト、約7.0%のクロム、約6.5%のタンタル、約6.2%のアルミニウム、約5.0%のタングステン、約3.0%のレニウム、約1.5%のモリブデン、約0.15%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene N6」は、重量で、約12.5%のコバルト、約4.2%のクロム、約7.2%のタンタル、約5.75%のアルミニウム、約6%のタングステン、約5.4%のレニウム、約1.4%のモリブデン、約0.15%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene 65」は、重量で、約13%のコバルト、最大約1.2%の鉄、約16%のクロム、約2.1%のアルミニウム、約3.75%のチタン、約4%のタングステン、約4%のモリブデン、約0.7%のニオブ、最大約0.15%のマンガン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene 77(Udimet 700)」は、重量で、約15%のクロム、約17%のコバルト、約5.3%のモリブデン、約3.35%のチタン、約4.2%のアルミニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene 80」は、重量で、約14%のクロム、約9.5%のコバルト、約4%のモリブデン、約3%のアルミニウム、約5%のチタン、約4%のタングステン、約0.17%の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene 88DT」は、重量で、約16%のクロム、約13%のコバルト、約4%のモリブデン、約0.7%のニオブ、約2.1%のアルミニウム、約3.7%のチタン、約4%のタングステン、約0.1%のレニウム、最大約4.3%のレニウムおよびタングステン、ならびに残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene 104」は、重量で、約13.1%のクロム、約18.2%のコバルト、約3.8%のモリブデン、約1.9%のタングステン、約1.4%のニオブ、約3.5%のアルミニウム、約3.5%のチタン、約2.7%のタンタル、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene 108」は、重量で、約8.4%のクロム、約9.5%のコバルト、約5.5%のアルミニウム、約0.7%のチタン、約9.5%のタングステン、約0.5%のモリブデン、約3%のタンタル、約1.5%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene 125」は、重量で、約8.5%のクロム、約10%のコバルト、約4.8%のアルミニウム、最大約2.5%のチタン、約8%のタングステン、最大約2%のモリブデン、約3.8%のタンタル、約1.4%のハフニウム、約0.11%の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene 142」は、重量で、約6.8%のクロム、約12%のコバルト、約6.1%のアルミニウム、約4.9%のタングステン、約1.5%のモリブデン、約2.8%のレニウム、約6.4%のタンタル、約1.5%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene 195」は、重量で、約7.6%のクロム、約3.1%のコバルト、約7.8%のアルミニウム、約5.5%のタンタル、約0.1%のモリブデン、約3.9%のタングステン、約1.7%のレニウム、約0.15%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene N500」は、重量で、約7.5%のコバルト、約0.2%の鉄、約6%のクロム、約6.25%のアルミニウム、約6.5%のタンタル、約6.25%のタングステン、約1.5%のモリブデン、約0.15%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Rene N515」は、重量で、約7.5%のコバルト、約0.2%の鉄、約6%のクロム、約6.25%のアルミニウム、約6.5%のタンタル、約6.25%のタングステン、約2%のモリブデン、約0.1%のニオブ、約1.5%のレニウム、約0.6%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「MarM247」および「CM247」は、重量で、約5.5%のアルミニウム、約0.15%の炭素、約8.25%のクロム、約10%のコバルト、約10%のタングステン、約0.7%のモリブデン、約0.5%の鉄、約1%のチタン、約3%のタンタル、約1.5%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「IN100」は、重量で、約10%のクロム、約15%のコバルト、約3%のモリブデン、約4.7%のチタン、約5.5%のアルミニウム、約0.18%の炭素、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「INCONEL 700」は、重量で、最大約0.12%の炭素、約15%のクロム、約28.5%のコバルト、約3.75%のモリブデン、約2.2%のチタン、約3%のアルミニウム、約0.7%の鉄、最大約0.3%のケイ素、最大約0.1%のマンガン、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「INCONEL 738」は、重量で、約0.17%の炭素、約16%のクロム、約8.5%のコバルト、約1.75%のモリブデン、約2.6%のタングステン、約3.4%のチタン、約3.4%のアルミニウム、約0.1%のジルコニウム、約2%のニオブ、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「INCONEL 792」は、重量で、約12.4%のクロム、約9%のコバルト、約1.9%のモリブデン、約3.8%のタングステン、約3.9%のタンタル、約3.1%のアルミニウム、約4.5%のチタン、約0.12%の炭素、約0.1%のジルコニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「UDIMET 500」は、重量で、約18.5%のクロム、約18.5%のコバルト、約4%のモリブデン、約3%のチタン、約3%のアルミニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「Mar−M−200」は、重量で、約9%のクロム、約10%のコバルト、約12.5%のタングステン、約1%のニオブ、約5%のアルミニウム、約2%のチタン、約10.14%の炭素、約1.8%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「TMS−75」は、重量で、約3%のクロム、約12%のコバルト、約2%のモリブデン、約6%のタングステン、約6%のアルミニウム、約6%のタンタル、約5%のレニウム、約0.1%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「TMS−82」は、重量で、約4.9%のクロム、約7.8%のコバルト、約1.9%のモリブデン、約2.4%のレニウム、約8.7%のタングステン、約5.3%のアルミニウム、約0.5%のチタン、約6%のタンタル、約0.1%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「CMSX−4」は、重量で、約6.4%のクロム、約9.6%のコバルト、約0.6%のモリブデン、約6.4%のタングステン、約5.6%のアルミニウム、約1.0%のチタン、約6.5%のタンタル、約3%のレニウム、約0.1%のハフニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書で用いられる「CMSX−10」は、重量で、約2%のクロム、約3%のコバルト、約0.4%のモリブデン、約5%のタングステン、約5.7%のアルミニウム、約0.2%のチタン、約8%のタンタル、約6%のレニウム、および残部のニッケルから成る組成物を含む合金を指す。
本明細書に記述される合金組成物のいずれも、付随的な不純物を含むことがある。
本開示による一実施形態は、制御された小さなギャップサイズにより構造ジョイントをロウ付けするために利用される拡散合金インサートを製造する方法を含む。本開示による方法は、難溶接超合金の構造補修を効果的に行うことができる。また、本方法は、任意の幾何形状のインサートのために利用すること、ならびに損傷したおよび/またはひび割れた鋳造ベース金属が除去される量を最小化することができる。
図1を参照すると、部品を処理するための方法を例示するフローチャートを提示している。部品を処理するための方法は、部品の欠陥を含む部分を除去するように、部品にテーパ付きスロットを機械加工する工程101を含む。工程102では、テーパ付きスロットは、テーパ付きスロットの寸法を決定するために計測される。工程103では、インサートが、インサートの外面とテーパ付きスロットの内面との間のロウ付けギャップを伴って、テーパ付きスロットに対応する幾何形状を有するように形成される。工程104では、ロウ付け材料の層がインサートの外面に付着され、層の厚さがロウ付けギャップに対応する。工程105では、ロウ付け材料の層は、拡散層を形成するようにインサートの外面に焼結される。工程106では、インサートは、テーパ付きスロット内に配置される。工程107では、部品は、インサートを部品のテーパ付きスロットに結合するようにロウ付けされる。
図2を参照すると、処理システム200の部品201が処理領域202を含む。部品201は、任意の好適な金属または合金から製造されてもよい。例えば、部品201に使用するのに適した金属としては、非限定的に超合金が挙げられる。特に、部品201は、ニッケル系、コバルト系、鉄系、またはチタン系の超合金を含んでもよい。金属合金は、超合金を含んでもよい。処理領域202は、損傷部分および/またはひび割れ部分203を含む。拡大部分205が、処理領域202の拡大図を示している。一部の実施形態では、損傷部分および/またはひび割れ部分203としては、非限定的に、前縁または後縁のひび割れを挙げることができる。
図1および図3を参照すると、部品201を機械加工するための方法は、部品201の欠陥を含む部分を除去するように部品201にテーパ付きスロット204を機械加工すること(工程101)を含む。一部の実施形態では、工程101は、部品201の一部分を除去するように、部品にテーパ無しスロットを機械加工する工程を含む。例えば、機械加工としては、製造後削孔、放電加工(EDM)、レーザー削孔、機械削孔、振動削孔、ミリング、コンピュータ数値制御ミリング、ウォータージェット切断、アブレーシブジェット切断、穿孔、付加製造技術による形成、3Dプリンティング、またはそれらの組合せを挙げることができる。
方法は、テーパ付きスロットの寸法を決定するためにテーパ付きスロット204を計測すること(工程102)をさらに含む。特定の実施形態では、計測としては、非限定的に、白色光3D計測システム、青色光3D計測システム、レーザーによる計測システム、またはそれらの組合せの利用などの計測技術をさらに挙げることができる。方法は、テーパ付きスロット204に対応する幾何形状を有するようにインサートシステム300のインサート301を形成すること(工程103)をさらに含む。インサート301は、インサート301がテーパ付きスロット204に挿入されるときに、インサート301の外面とテーパ付きスロット204の内面との間にロウ付けギャップ303を提供する幾何形状で形成される。一実施形態では、テーパ付きスロットの寸法は、例えば、青色光3D計測システムにより決定してもよい。
形成103としては、非限定的に、製造後削孔、放電加工(EDM)、レーザー削孔、機械削孔、振動削孔、ミリング、コンピュータ数値制御ミリング、ウォータージェット切断、アブレーシブジェット切断、穿孔、付加製造技術による形成、3Dプリンティング、またはそれらの組合せを挙げることができる。一実施形態では、形成は、設計された幾何形状に材料を機械加工することを含む。
ロウ付けギャップ303は、室温で約500MPa超の引張強度を提供するのに十分なほど小さく、インサート301とテーパ付きスロット204の内面との間に形成されてもよい。よって、各種の実施形態では、ロウ付けギャップは、室温で600MPa超、700MPa超、800MPa超、900MPa超、および1000MPa超の引張強度を提供するのに十分なほど小さくてもよい。一実施形態では、ロウ付けギャップは、約0.0005インチと0.01インチの間でもよい。よって、各種の実施形態では、ロウ付けギャップは、約0.0005インチ〜約0.010インチ、約0.0010インチ〜約0.0095インチ、約0.0015インチ〜約0.0090インチ、約0.0020インチ〜約0.0085インチ、約0.0025インチ〜約0.0080インチ、約0.0030インチ〜約0.0075インチ、約0.0035インチ〜約0.0065インチ、約0.0040インチ〜約0.0060インチ、または約0.0045インチ〜約0.0055インチであってもよく、それらの間の増分および区間を含んでもよい。
インサート301としては、非限定的に、単結晶(SX)材料、一方向凝固(DS)材料、等軸結晶(EX)材料、およびそれらの組合せを挙げることができる。一実施形態では、インサート301は、部品201の材料と同じ材料を含む。別の実施形態では、インサート301は、部品201の材料とは異なる材料を含む。
図3も参照すると、方法は、インサートの外面にロウ付け材料の層を付着させること(工程104)を含む。一実施形態では、層の厚さは、インサート301の外面とテーパ付きスロット204の内面との間のロウ付けギャップ303に対応してもよい。付着としては、非限定的に、パウダースプレー、テープまたはフォイル蒸着、物理的気相成長法(physical vapor deposition、PVD)、化学的気相成長法(chemical vapor deposition、CVD)、熱スプレー、電気溶着、溶融めっき、冷浸漬形成法、レーザーによる蒸着、溶接による蒸着、およびそれらの組合せを挙げることができる。ロウ付け材料としては、非限定的に、金、銅、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル、チタン、バナジウム、ジルコニウム、コバルト、およびそれらの組合せを挙げることができる。方法は、拡散層302を形成するようにインサート301の外面にロウ付け材料の層を焼結させること(工程105)を含む。
焼結は、華氏約1800度と約2300度の間の温度で行ってもよい。よって、各種の実施形態では、焼結は、華氏約1800度〜約2300度、華氏約1850度〜約2250度、華氏約1900度〜約2200度、華氏約1950度〜約2150度、または華氏約2000度〜約2100度、好ましくは華氏約1900度〜約2175度の温度で行われてもよく、それらの間の増分および区間の温度で行われてもよい。焼結は、不活性ガス環境で行われてもよい。焼結は、例えば、減圧炉または水素炉のいずれかで行われてもよい。焼結温度は、ロウ付け材料の層を拡散層302に転換するのに十分であってもよい。
方法は、拡散層302を有するインサート301をテーパ付きスロット204内に配置すること(工程106)をさらに含む。インサート301は、締り嵌め/押し嵌めでテーパ付きスロット204内に配置されてもよい。
方法は、インサート301を部品201に結合するように拡散層302をロウ付けすること(工程107)をさらに含む。ロウ付けは、部品201ではなく拡散層302の少なくとも一部分を溶融させるのに十分な温度で行われてもよい。拡散層302の溶融部分は、小さなロウ付けギャップサイズでインサート301を部品201に接着させてもよい。よって、各種の実施形態では、ロウ付けは、華氏約1800度〜約2350度、華氏約1850度〜約2300度、華氏約1900度〜約2250度、華氏約1950度〜約2200度、華氏約2000度〜約2150度、または華氏約2050度〜約2100度の温度で行われてもよく、それらの間の増分および区間の温度で行われてもよい。一実施形態では、ロウ付けは、華氏約1800度と約2350度の間の温度で、好ましくは華氏約2050度〜約2225度の温度で行われてもよい。ロウ付けは、熱サイクルと共に行われてもよい。
本発明について好適な実施形態を参照して記述してきたが、本発明の範囲から逸脱することなしに、各種の変更を行ってもよく、その要素を等価物で置き換えてもよいことは、当業者にとって理解されるであろう。さらに、特定の状況または材料に適応させるために、その本質的な範囲から逸脱することなしに、本発明の教示に多くの修正を行ってもよい。したがって、本発明は、この発明を実施するための企図されるベストモードとして開示される特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に属する全ての実施形態を含むことを意図している。
[実施態様1]
部品(201)を処理するための方法であって、
前記部品(201)の一部分(203)を除去するように、前記部品(201)にテーパ付きスロット(204)を機械加工する工程(101)と、
前記テーパ付きスロット(204)の寸法を決定するために前記テーパ付きスロット(204)を計測する工程(102)と、
インサート(301)の外面と前記テーパ付きスロット(204)の内面との間のロウ付けギャップ(303)を伴って、前記テーパ付きスロット(204)に対応する幾何形状を有するように前記インサート(301)を形成する工程(103)と、
前記インサート(301)の前記外面にロウ付け材料の層を付着させる工程(104)と、
拡散層(302)を形成するように前記インサート(301)の前記外面に前記ロウ付け材料の前記層を焼結させる工程(105)と、
前記テーパ付きスロット(204)内に前記インサート(301)を配置する工程(106)と、
前記インサート(301)を前記部品(201)に結合するように前記部品(201)をロウ付けする工程(107)と、
を含む方法。
[実施態様2]
前記計測は、白色光3D計測システム、青色光3D計測システム、レーザーによる計測システム、およびそれらの組合せから成る群から選択される計測システムを利用することを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様3]
前記インサート(301)の前記形成は、機械加工を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様4]
前記インサート(301)の前記形成は、製造後削孔、放電加工(EDM)、レーザー削孔、機械削孔、振動削孔、ミリング、コンピュータ数値制御ミリング、ウォータージェット切断、アブレーシブジェット切断、穿孔、付加製造技術による形成、3Dプリンティング、およびそれらの組合せから成る群から選択されるプロセスを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様5]
前記付着は、パウダースプレー、テープまたはフォイル蒸着、物理的気相成長法(PVD)、化学的気相成長法(CVD)、熱スプレー、電気溶着、溶融めっき、冷浸漬形成法、レーザーによる蒸着、溶接による蒸着、およびそれらの組合せから成る群から選択されるプロセスを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様6]
前記層の厚さが、前記インサート(301)の前記外面と前記テーパ付きスロット(204)の前記内面とを隔てる前記ロウ付けギャップ(303)と同じである、実施態様1に記載の方法。
[実施態様7]
前記部品(201)は合金を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様8]
前記合金は、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、鉄系超合金、チタン系超合金、およびそれらの組合せから成る群から選択される超合金材料を含む、実施態様7に記載の方法。
[実施態様9]
前記部品(201)は、単結晶(SX)材料、一方向凝固(DS)材料、等軸結晶(EX)材料、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様10]
前記インサート(301)は、単結晶(SX)材料、一方向凝固(DS)材料、等軸結晶(EX)材料、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様11]
前記インサート(301)は、前記部品(201)の材料と同じ材料を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様12]
前記インサート(301)は、前記部品(201)の材料とは異なる材料を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様13]
前記ロウ付けギャップ(303)は、室温で約500MPa超の引張強度を提供するのに十分なほど小さい、実施態様1に記載の方法。
[実施態様14]
前記ロウ付けギャップ(303)は、約0.0005インチと約0.01インチの間である、実施態様1に記載の方法。
[実施態様15]
前記ロウ付け材料は、金、銅、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル、チタン、バナジウム、ジルコニウム、コバルト、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様16]
前記焼結は、華氏約1800度と約2300度の間の温度で行われる、実施態様1に記載の方法。
[実施態様17]
前記ロウ付けは、華氏約1800度と約2350度の間の温度で行われる、実施態様1に記載の方法。
[実施態様18]
前記部品(201)は、ブレード(バケット)、ベーン(ノズル)、シュラウド、燃焼器ライナ、および遷移ダクトのうちの少なくとも1つから成る群から選択されるタービン部品(201)である、実施態様1に記載の方法。
[実施態様19]
超合金タービン部品(201)を処理するための方法であって、
前記超合金タービン部品(201)の欠陥を含む部分(203)を除去するように、前記超合金タービン部品(201)にテーパ付きスロット(204)を機械加工する工程(101)と、
前記テーパ付きスロット(204)の寸法を決定するために前記テーパ付きスロット(204)を計測する工程(102)と、
インサート(301)の外面と前記テーパ付きスロット(204)の内面との間の約0.0005インチから約0.01インチの範囲のロウ付けギャップ(303)を伴って、前記テーパ付きスロット(204)に対応する幾何形状を有するように前記インサート(301)を形成する工程(103)と、
前記インサート(301)の前記外面にロウ付け材料の層を付着させる工程(104)と、
拡散層(302)を形成するように華氏約1800度と約2300度の間の温度で前記インサート(301)の前記外面に前記ロウ付け材料の前記層を焼結させる工程(105)と、
前記テーパ付きスロット(204)内に前記インサート(301)を配置する工程(106)と、
前記インサート(301)を前記超合金タービン部品(201)に結合するように華氏約1800度と約2350度の間の温度で前記超合金タービン部品(201)をロウ付けする工程(107)と、
を含む方法。
[実施態様20]
処理された超合金タービン部品(201)であって、
テーパ付きスロット(204)を有する表面と、
前記テーパ付きスロット(204)に配置されたインサート(301)であり、前記インサート(301)の外面と前記テーパ付きスロット(204)の内面との間に0.0005インチ〜0.01インチの範囲のロウ付けギャップ(303)を伴うインサート(301)と、
前記ロウ付けギャップ(303)に配置されたロウ付け材料を含むロウ付けジョイントであり、前記ロウ付け材料は、前記インサート(301)の前記外面に焼結されており、前記超合金タービン部品(201)は、前記インサート(301)と前記超合金タービン部品(201)の間に拡散層(302)を有する、ロウ付けジョイントと、
を備えるタービン部品(201)。
200 処理システム
201 部品
202 処理領域
203 部分
204 テーパ付きスロット
205 拡大部分
300 インサートシステム
301 インサート
302 拡散層
303 ロウ付けギャップ

Claims (15)

  1. 部品(201)を処理するための方法であって、
    前記部品(201)の一部分(203)を除去するように、前記部品(201)にテーパ付きスロット(204)を機械加工する工程(101)と、
    前記テーパ付きスロット(204)の寸法を決定するために前記テーパ付きスロット(204)を計測する工程(102)と、
    インサート(301)の外面と前記テーパ付きスロット(204)の内面との間のロウ付けギャップ(303)を伴って、前記テーパ付きスロット(204)に対応する幾何形状を有するように前記インサート(301)を形成する工程(103)と、
    前記インサート(301)の前記外面にロウ付け材料の層を付着させる工程(104)と、
    拡散層(302)を形成するように前記インサート(301)の前記外面に前記ロウ付け材料の前記層を焼結させる工程(105)と、
    前記テーパ付きスロット(204)内に前記インサート(301)を配置する工程(106)と、
    前記インサート(301)を前記部品(201)に結合するように前記部品(201)をロウ付けする工程(107)と、
    を含む方法。
  2. 前記計測は、白色光3D計測システム、青色光3D計測システム、レーザーによる計測システム、およびそれらの組合せから成る群から選択される計測システムを利用することを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記インサート(301)の前記形成は、製造後削孔、放電加工(EDM)、レーザー削孔、機械削孔、振動削孔、ミリング、コンピュータ数値制御ミリング、ウォータージェット切断、アブレーシブジェット切断、穿孔、付加製造技術による形成、3Dプリンティング、およびそれらの組合せから成る群から選択されるプロセスを含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記付着は、パウダースプレー、テープまたはフォイル蒸着、物理的気相成長法(PVD)、化学的気相成長法(CVD)、熱スプレー、電気溶着、溶融めっき、冷浸漬形成法、レーザーによる蒸着、溶接による蒸着、およびそれらの組合せから成る群から選択されるプロセスを含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記層の厚さが、前記インサート(301)の前記外面と前記テーパ付きスロット(204)の前記内面とを隔てる前記ロウ付けギャップ(303)と同じである、請求項1に記載の方法。
  6. 前記部品(201)は、合金またはニッケル系超合金、コバルト系超合金、鉄系超合金、チタン系超合金、およびそれらの組合せから成る群から選択される超合金材料を含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記部品(201)は、単結晶(SX)材料、一方向凝固(DS)材料、等軸結晶(EX)材料、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、請求項1に記載の方法。
  8. 前記インサート(301)は、単結晶(SX)材料、一方向凝固(DS)材料、等軸結晶(EX)材料、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、請求項1に記載の方法。
  9. 前記ロウ付けギャップ(303)は、室温で約500MPa超の引張強度を提供するのに十分なほど小さい、請求項1に記載の方法。
  10. 前記ロウ付けギャップ(303)は、約0.0005インチと約0.01インチの間である、請求項1に記載の方法。
  11. 前記ロウ付け材料は、金、銅、銀、プラチナ、パラジウム、ニッケル、チタン、バナジウム、ジルコニウム、コバルト、およびそれらの組合せから成る群から選択される材料を含む、請求項1に記載の方法。
  12. 前記焼結は、華氏約1800度と約2300度の間の温度で行われる、請求項1に記載の方法。
  13. 前記ロウ付けは、華氏約1800度と約2350度の間の温度で行われる、請求項1に記載の方法。
  14. 前記部品(201)は、ブレード(バケット)、ベーン(ノズル)、シュラウド、燃焼器ライナ、および遷移ダクトのうちの少なくとも1つから成る群から選択されるタービン部品(201)である、請求項1に記載の方法。
  15. 処理された超合金タービン部品(201)であって、
    テーパ付きスロット(204)を有する表面と、
    前記テーパ付きスロット(204)に配置されたインサート(301)であり、前記インサート(301)の外面と前記テーパ付きスロット(204)の内面との間に0.0005インチ〜0.01インチの範囲のロウ付けギャップ(303)を伴うインサート(301)と、
    前記ロウ付けギャップ(303)に配置されたロウ付け材料を含むロウ付けジョイントであり、前記ロウ付け材料は、前記インサート(301)の前記外面に焼結されており、前記超合金タービン部品(201)は、前記インサート(301)と前記超合金タービン部品(201)の間に拡散層(302)を有する、ロウ付けジョイントと、
    を備えるタービン部品(201)。
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