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JP3702171B2 - 積層耐熱合金板の製作方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン、ジェットエンジンの燃焼器等に適用される積層耐熱合金板の製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１はガスタービンやジェットエンジンの燃焼器の内筒及び尾筒に適用される積層耐熱冷却合金板の一例である。同図において、細溝Ａが加工され、冷却穴Ｂが設けられた耐熱合金板１のフィン部の上面には同一または異なる材質の冷却穴Ｃのみが設けられた耐熱合金板２がニッケルろう材（図示省略）を介してろう付されている。このような構成により、冷却空気が冷却穴Ｃから細溝Ａ内に流入し冷却穴Ｂを通って燃焼器内部へ送られる間に耐熱合金板１及び２を対流冷却する。なお、図２は図１の側断面の一部を拡大した図である。このような積層耐熱冷却合金板をガスタービンの燃焼器内筒等に使用することにより、少量の冷却空気で効率のよい冷却が行えるといった効果を奏する。
【０００３】
以上のような積層耐熱冷却合金板は▲１▼所定幅のカッタを使用して適当な厚さのＮｉ合金板に細溝を加工し、▲２▼前記細溝板と同一または異なる材質の板の上に前記細溝板をＮｉろう材を介して重ね、上記溝が下方に向くように載置し、▲３▼細溝板の上に３０ｇｒ／ｃｍ2 以上の均一な負荷荷重を負荷面積１５ｃｍ2 以下の小ブロックに分割して加え、▲４▼不活性雰囲気または真空中で１０００±２０℃の加熱処理を５〜６０分施し、▲５▼その後、１０５０〜１１５０℃で１５〜１６分、▲６▼さらに、１０６０〜１１４０℃で２時間以上加熱処理を施す工程を経て製作されていた（特公平６−６７５５１号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ガスタービン燃焼器の内筒等に使用するため必要とされる積層耐熱冷却合金板はサイズが小さく、せいぜい３００ｍｍ×３００ｍｍ程度であった。３００ｍｍ×３００ｍｍ程度の積層耐熱冷却合金板のろう接合については、上記したような負荷荷重条件および不活性雰囲気または真空中での加熱温度、時間で十分な強度のろう付が可能であった。しかし、近年、ガスタービン入口温度の上昇に伴い、ガスタービン燃焼器中の冷却必要領域が拡大してきている関係から、４００ｍｍ×４００ｍｍ以上の大きさの積層耐熱冷却合金板を使用する要求が強くなってきている。この大きさの積層耐熱冷却合金板を従来の方法で製作した場合、ろう付け部分の強度が不十分となり、剥離等が多発する恐れがあった。
【０００５】
また、従来、ろう材としてＪＩＳ規格Ｚ３２６５によるＮｉろうＢＮｉ−２などの粉末に結合剤としてアクリル樹脂を重量比で１０：１で混合しシート状に固めたものを使用していたが、ろう材シートの厚みを均一化することが困難であり、また熱処理中のガスの発生に起因する内部欠陥が残りやすいため、３００ｍｍ×３００ｍｍ程度の大きさの積層耐熱冷却合金板を製作するに際しても、ろう接合に当たっては３０ｇｒ／ｃｍ2 以上の負荷荷重に対して負荷面積を１５ｃｍ2 以上に分割しなければ剥離が生ずるといった問題があった。
【０００６】
本発明は上記技術水準に鑑み、ガスタービン燃焼器の冷却必要領域の拡大という課題を解決するに足る広面積の積層耐熱冷却合金板及びその製作方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は（１）板厚０．５乃至５．０ｍｍのＮｉ合金板に、細溝を一定間隔で多数形成し、この細溝板と同一または異なる材質の上板を有機バインダを含まず非晶質の箔状Ｎｉろう材を介して前記溝に蓋をするように重ね、前記溝が下方に向くように載置し、細溝板の上に３０ｇｒ／ｃｍ2 以上の均一な負荷荷重を負荷面積３０ｃｍ2 以下の小ブロックに分割して加え、不活性雰囲気または真空中で９８０乃至１０２０℃で５〜６０分、その後１０５０〜１１５０℃で２時間以上、さらに、１１００〜１２００℃の範囲内かつ前記２時間以上加えた温度以上の温度で１５〜６０分加熱処理を施すことにより前記箔状Ｎｉろう材を介して前記Ｎｉ合金板と前記上板とを接合することを特徴とする積層耐熱合金板の製作方法、及び（２）前記Ｎｉ合金板または前記上板の接合面の端部にろう流れ防止剤を塗布することを特徴とする前記（１）に記載の積層耐熱合金板の製作方法である。
【０００８】
すなわち、本発明はサイズが従来の３００ｍｍ×３００ｍｍ程度の積層耐熱冷却合金板を含め、例えば４００ｍｍ×４００ｍｍ以上のサイズの積層状態が従来の小サイズのものと同程度の積層耐熱冷却合金板を提供するもので、しかも該合金板を従来の比較的小サイズの積層耐熱冷却合金板の製作方法よりも効率よく製作しうる方法を提供するものである。
【０００９】
前記従来の小サイズの積層耐熱冷却合金板の製作に際しては、細溝付合金板と上板合金板とのろう付に際して負荷面積１５ｃｍ2 以下当たりに３０ｇｒ／ｃｍ2 以上の荷重を加えなければならないので製作効率が好ましいものでなかったが、本発明においては３０ｇｒ／ｃｍ2 以上の荷重を加える負荷面積を３０ｃｍ2 まで拡大することができるようになり、その製作効率が向上した。
【００１０】
これは従来のろう材が例えばＪＩＳ規格Ｚ３２６５のニッケルろうＢＮｉ−２と結合剤としてのアクリル樹脂を重量比で約１０：１の割合で混合したものを使用しているため、それをシート状にしたものは均一な厚さのシートにはなり難く、そのため負荷面積を小さくする必要があったからである。この従来の方法に対して、本発明では非晶質で箔状ろう材（例えばＪＩＳ規格Ｚ３２６５のニッケルろうＢＮｉ−２を急冷してシート状にしたろう材）を用いているために、箔状ろう材は均一な厚さをもっているため、負荷面積を３０ｃｍ2 まで拡げることができるようになったのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明で使用される非晶質で、かつ有機バインダを含まない箔状ろう材は、Ｎｉろう材として使用される組成のものを溶融し、その溶融液を水冷ロールによって急冷して箔状にすることによって製造しうる。箔状ろう材の厚さは４０〜５０ｍμの範囲が好ましい。ろう材として使用しうる組成は前記ＪＩＳ規格Ｚ３２６５のニッケルろうＢＮｉ−２（重量％で、Ｃｒ：６〜８％、Ｓｉ：４〜５％、Ｂ：２．７５〜３．５％、Ｆｅ：２．５〜３．５％、Ｃｏ：０．０６％以下、Ｐ：０．０２％以下、その他の不可避的元素：０．５％以下、Ｎｉ：残）があげられる。
【００１２】
以下、本発明を図３によって説明する。図３において、１は細溝Ａを有する細溝板、２は細溝板１を覆う上板、３は非晶質で、かつ有機バインダを含まない箔状Ｎｉろう材、４は負荷ブロックであり、ろう流れ防止剤は細溝板１と上板２の間の非晶質で、かつ有機バインダを含まない箔状ろう材３のまわりに塗布されている（図示省略）。細溝板と上板との間に前記非晶質で、かつ有機バインダを含まない箔状ろう材を介在させ、ろう接合面内の端部にろう流れ防止剤を塗布したうえ、上板が下側になるように載置して加圧、加熱処理を行う。これはろう材が細溝内に流れ込んだり、外部にろう材が流れ出すのを防止するためである。
【００１３】
次に、細溝板の上から３０ｇｒ／ｃｍ2 以上の均一な負荷荷重を負荷面積３０ｃｍ2 以下のブロックに分割して加え、不活性雰囲気または真空中で１０００±２０℃で５〜６０分（第１熱処理）、その後１０５０〜１１５０℃で２時間以上（第２熱処理）、さらに１１００〜１２００℃の温度のうち、第２熱処理温度以上の温度で１５〜６０分（第３熱処理）の加熱処理を施す。
【００１４】
第１の熱処理は加熱室内の各部分の昇温の遅れの差を取り戻して均一な温度にするとともに、板材表面に吸着していたガス成分を放散させるためである。第２の熱処理はＮｉろう材を融点以上として、ろう接合するためであり、第３の熱処理はろう材を十分に拡散処理させて、Ｎｉ−ＳｉやＮｉ−Ｂの共晶組織を消滅させるためである。
【００１５】
【実施例】
表１のＡの組成からなるＮｉ合金薄板を上板及び細溝板として積層耐熱合金板を作成した。板の大きさは、上板、細溝板とも４００ｍｍ×４２０ｍｍとし、板厚は上板１．６ｍｍ、細溝板３．２ｍｍとした。細溝は幅１．６ｍｍ、深さ１．６ｍｍのとし、カッタにより加工した。なお、細溝の裕度は幅±０．１ｍｍ、深さ±０．４ｍｍが与えられる。
【００１６】
非晶質で、かつ有機バインダを含まない箔状ろう材（前記組成のＪＩＳ規格Ｚ３２６５のニッケルＢＮｉ−２）を使用し、上板、箔状ろう材、細溝板の順に積層した後、該積層板の細溝が下方に向くように載置し、同積層板を面積３０ｃｍ2 に分割して５０ｇｒ／ｃｍ2 の均一な負荷を加えながら、ろう付け熱履歴を施した。熱履歴は１０００℃で３０分、次いで１１００℃で４時間、さらに１１５５℃で１５分施した。なお、上板の冷却穴などの穴まわりまたは細溝板のろう接合面の端部にはろうの漏れを防止するためのろう流れ防止剤（メチルエチルケトン：４０％、ＢＮ粉末：６０％よりなる日本黒鉛社製Ｌ−ＢＮスプレー）を塗布し、余剰のろう材による治具との固着が生ずるのを防いだ。
【００１７】
その結果、図４に示すように、上板、細溝板間のろう材接合部には空穴などが発生せず、完全な接合が行われた。これに対して、従来法ではろう材シートに有機バインダが含まれているため、ガスの発生がみられることがあり、その結果、図５に示すように、ろう材接合部には空穴が発生することがあり、上板と細溝板の完全な接合には疑問である場合があった。
【００１８】
【表１】
Figure 0003702171
【００１９】
【発明の効果】
本発明の方法を採用することにより、比較的大きな合金板であってもろう付け不良が発生せず、品質のよい積層耐熱合金板を作成することができるようになる。また、製造効率も飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンやジェットエンジンの燃焼器の内筒及び尾筒に適用される積層耐熱冷却合金板の斜視図。
【図２】同積層耐熱冷却合金板の側断面の一部の拡大図。
【図３】本発明の積層耐熱冷却合金板の製作に際する負荷状態を示す斜視図。
【図４】本発明の実施例における積層耐熱冷却合金板のろう材接合部の状態を示す図。
【図５】従来法の一態様における積層耐熱冷却合金板のろう材接合部の状態を示す図。

Claims (2)

  1. 板厚０．５乃至５．０ｍｍのＮｉ合金板に、細溝を一定間隔で多数形成し、この細溝板と同一または異なる材質の上板を有機バインダを含まず非晶質の箔状Ｎｉろう材を介して前記溝に蓋をするように重ね、前記溝が下方に向くように載置し、細溝板の上に３０ｇｒ／ｃｍ 2 以上の均一な負荷荷重を負荷面積３０ｃｍ 2 以下の小ブロックに分割して加え、不活性雰囲気または真空中で９８０乃至１０２０℃で５〜６０分、その後１０５０〜１１５０℃で２時間以上、さらに、１１００〜１２００℃の範囲内かつ前記２時間以上加えた温度以上の温度で１５〜６０分加熱処理を施すことにより、前記箔状Ｎｉろう材を介して前記Ｎｉ合金板と前記上板とを接合することを特徴とする積層耐熱合金板の製作方法。
  2. 前記Ｎｉ合金板または前記上板の接合面の端部にろう流れ防止剤を塗布することを特徴とする請求項１に記載の積層耐熱合金板の製作方法。
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