JP2008036708A - ろう付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一括ろう付の際に生じやすいボイド等の欠陥を補修する。
【解決手段】ステータベーン２０のエアフォイル２２は、外径シュラウド２４にろう付によって固定されている。初めに、エアフォイル２２をシュラウド２４の穴を通して挿入し、全周に亘って一括ろう付３２する。エックス線機器等により接合部分を検査して欠陥５０の位置を記録し、この欠陥５０に対して、レーザヘッド６０からのビーム６２の照射および付加的な材料６４によりレーザろう付を行なう。それぞれのろう材は、実質的に同一の合金からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの製造に関する。特に、ガスタービンエンジン部品のろう付による製造に関する。

ガスタービンの製造においては、一括ろう付（bulk brazing）や半田付け(特に断らない限り、これらを包括してろう付という)の技術を用いて部品の接合を行なうことが知られている。典型的な一括ろう付の例は、真空炉内ろう付である。接合する場所にろう材を前もって配置した状態で部品を組み立て、それを加熱してろう付を行なう。小さめのものに対して使用される他のろう付技術としては、酸素−アセチレントーチろう付や誘導加熱ろう付がある。

一括ろう付は接合欠陥を生じやすい。典型的な欠陥としては、ボイド(貫通ボイドを含む)とクラックがある。これらの欠陥は重大な補修作業及び／または不良廃棄を招いたりすることがある。このような欠陥に対してタッチアップ補修がされることがある。これは、一般的には、ガスタングステンアークトーチ(この場合、ろう材及び／または母材を過熱する可能性がある)を用いたり、あるいは一括ろう付に用いるものよりも低融点のろう材を用いることになり、構造的特性と妥協したものとなる。

本発明の一態様は、第１の部品を第２の部品に一括ろう付する方法に関する。接合部分は検査される。検査による欠陥箇所の位置決めに応答して、接合部の欠陥箇所に対してレーザろう付を行なう。

本発明の１つまたは複数の実施態様を、以下の図面と説明により詳細に示す。本発明のそのほかの特徴、目的並びに利点は、それらの説明と図面、及び特許請求の範囲の記載から明らかになるであろう。

図１はタッチアップろう付を行なうベーン２０を示している。ベーン２０はエアフォイル２２と外径シュラウド２４で構成されている。エアフォイル２２は外周端２６と内周端２８とを有する。エアフォイル２２は外周端２６に隣接した部分でシュラウド２４に一括すみ肉ろう付３２を用いて固定される。エアフォイル２２は、前縁４０、後縁４２、負圧面４４、正圧面４６を備える。ベーンは、シュラウドの同様の形状をした穴を通して挿入され、典型的なろう付３２が、シュラウドの内径面および外径面において、実質的に負圧面および正圧面の全体に沿ってエアフォイルを囲むように行われる。この場合、典型的なろう付３２では、当初は欠陥５０（例えば貫通ボイド)を持っている可能性がある。この欠陥５０の存在は、機器検査（例えばエックス線検査などの自動検査）や目視検査で検出され得る。欠陥位置は注記及び／または記録される。ベーン２０を、ろう付修理ステーションの修理用固定具５２(例えば３軸位置決め機構付固定具)に固定する。このステーションはさらにレーザヘッド６０を備え、レーザビーム６２を欠陥５０の部分に照射することができる。状況に応じて線状あるいは棒６４状のろう材を使用して付加的な材料を添加することもできる。

マニュアル操作による実施例では、レーザヘッドは固定されており、固定具を手動で動かすことができる。そして、欠陥がビーム軸上の有効な位置にあり、かつろう付面がビーム軸に対してほぼ直交する有効な角度となるように固定できる。

自動操作による実施例では、レーザビーム６２が個々の欠陥の上を適正に走査するように、欠陥位置の記録データに応じて固定具５２が移動し、さらにその後、次の欠陥(もしあれば)の補修を行なうように再位置決めされる。この移動はレーザヘッド６０の移動と組み合わせてもよく、あるいは、これに代えて、レーザヘッドの移動だけを行なってもよい。多くの実施例において、検査とタッチアップろう付とは、ひとつのステーション上で実行し得る（例えば、ひとつの固定具上に設けられたアッセンブリを用いて)。

有利には、レーザろう付と一括ろう付とで同じろう材を用いる。例えば、ろう材の合金は全く同一であり、あるいは、少なくとも実質的に同一の組成からなる（適用技術の違いや供給元の違い、その他により、僅かな変化は最小限ありえるけれども）。より広範な例では、ろう材の合金は類似したベースの合金の場合もありうる（例えば、一括ろう付にニッケル基合金を用い、レーザろう付に金基合金を用いると言うような組合せではなく、金基合金あるいはニッケル基合金のいずれかを両方のろう付に用いると言うように）。

図２はハニカム層１０２と表面シート１０４を有するパネル１００を示す。図示の都合で、第２の表面シート(もしあれば)は表示されていない。一括ろう付の工程で、ハニカム材料１０２はまず表面シートにろう付される。検査で欠陥１１０(例えば、ろう付接合部でのボイド)が見つかる可能性がある。その場合、前述のタッチアップレーザろう付が実施される。

図３は第１のチューブ２０２と第２のチューブ２０４を備えたチューブアッセンブリ２００を示す。第１のチューブ２０２は端部２０６を有する。第２のチューブ２０４は端部２０８を有する。第２のチューブ２０４の端部２０８近傍の部分は、第１のチューブ２０２の端部２０６近傍の部分の中に同軸状に格納されている。一括ろう付が実施され、結果として１つあるいは複数の欠陥２２０(例、ボイド)が残る可能性がある。この場合も前述したのと同様に、検査及びタッチアップろう付が実施される。

金基ろう材合金の例は、ＳＡＥ／ＡＭＳ４７８７、即ち重量組成で、８２Ａｕ−１８Ｎｉ合金である。この合金は液相−固相温度が、１７４０°Ｆ(９４９℃)である。銀基ろう材合金の例は、ＳＡＥ／ＡＭＳ４７６５、即ち重量組成で、５６Ａｇ−４２Ｃｕ−２Ｎｉ合金である。この合金は液相−固相温度領域が、１４２０°Ｆ〜１６４０°Ｆ(７７１℃〜８９３℃)である。ニッケル基ろう材合金の例は、ＳＡＥ／ＡＭＳ４７７７、即ち重量組成で、３．１Ｂ−７Ｃｒ−３Ｆｅ−８２Ｎｉ−４．５Ｓｉ合金である。この合金は液相−固相温度領域が、１７８０°Ｆ〜１８３０°Ｆ(９７１℃〜９９９℃)である。コバルト基ろう材合金の例は、ＳＡＥ／ＡＭＳ４７８３、即ち重量組成で、０．８Ｂ−５０Ｃｏ−１９Ｃｒ−１７Ｎｉ−８Ｓｉ−４Ｗ合金である。この合金は液相−固相温度領域が、２０５０°Ｆ〜２１００°Ｆ(１１２１℃〜１１４９℃)である。

適用の変形例の１つは、特にＮｉＢ合金ＳＡＥ／ＡＭＳ４７７７のような高温ろう材に関する。この変形例においては、レーザろう付によりある欠陥(例えば大きなボイド)を補修する。しかし、レーザろう付そのものがクラックを発生させたり、クラックの原因となる応力集中を引き起こす可能性がある。この変形例の場合、レーザろう付の後にアッセンブリを追加加熱（例：真空炉内での一括加熱）する。追加加熱(再加熱)は、最初の一括ろう付の時の温度より低いが、クラックを密閉し、及び／または、応力を緩和するのに十分な温度とする。一例として、一括ろう付をろう材の液相線温度より２５〜２００°Ｆ(１４〜１１１℃)高い範囲内の指定温度で行なう。そして再加熱は液相線からの超過温度を一括ろう付の時よりはるかに小さく（例えば１０〜５０％に）抑え、例えば１５〜４０°Ｆ（８〜２２℃）だけ高い温度で行なう。

本発明を１つあるいは複数の実施態様によって説明してきた。しかしながら、本発明の趣旨と範囲を逸脱することなしに種々の変更をなし得ることは理解されるであろう。例えば、特定の適用の細部及び特定の使用設備の細部によっては、実施内容の細部は変わってくる可能性がある。したがって、その他の実施態様も、特許請求の範囲の記載に包含される。

ろう付したガスタービンエンジンステータベーンに対するタッチアップ補修の部分概略図。 ろう付したハニカムパネルに対するタッチアップ補修の部分概略図。 ろう付配管に対するタッチアップ補修の部分概略図。

Claims (15)

1. 第１の部品と第２の部品とを一括ろう付し、
   一括ろう付の接合部分を検査し、
   検査による欠陥箇所の位置決めに応じて欠陥箇所をレーザろう付する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記レーザろう付の後には、前記一括ろう付接合部分のろう材の液相線温度以上の温度での加熱は行なわないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記レーザろう付の後に前記一括ろう付の温度より低い温度での一括再加熱を更に行なうことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記一括ろう付は炉中ろう付であり、
   前記一括再加熱は前記一括ろう付と同じ炉でおこなう、
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記一括ろう付と前記レーザろう付とは類似の合金ベースのろう材を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記一括ろう付と前記レーザろう付は基本的に同様の組成からなる合金を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記一括ろう付は炉中ろう付であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記一括ろう付はすみ肉ろう付であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記一括ろう付は金ろう付あるいは銀ろう付あるいはニッケルろう付であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記一括ろう付はすみ肉ろう付であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記一括ろう付は誘導ろう付であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記第１の部品はベーンエアフォイルであり、
    前記第２の部品はシュラウドであり、
    前記一括ろう付は上記エアフォイルの外周に沿って行なう、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記第１の部品はハニカムであり、
    前記第２の部品は表面シートであり、
    前記一括ろう付は上記ハニカムの外周に沿って行なう、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記第１の部品は第１のチューブであり、
    前記第２の部品はその端部が上記第１のチューブの端部の中にある第２のチューブであり、
    前記第１及び第２のチューブの一方がステンレススチールであり、他方がニッケル基超合金からなる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記第１の部品が第１のニッケル基超合金からなり、
    前記第２の部品が上記第１のニッケル基超合金とは異なる第２のニッケル基超合金からなる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

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