JP2000274259A - レーザーショック加工されたガスタービンエンジンシール歯 - Google Patents

レーザーショック加工されたガスタービンエンジンシール歯

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JP2000274259A
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Stephen Joseph Ferrigno
スティーブン・ジョセフ・フェリグノ
Kevin Gregory Mcallister
ケヴィン・グレゴリー・マッカリスター
Seetharamaiah Mannava
シーサラメイアー・マンナヴァ
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 環状金属物品の補修方法及び補修物品自体の
提供。 【解決手段】 物品１０の突出部はサポートの半径方向
に向いた環状第１表面１８から測定した本来の半径方向
有効高さＨと形状Ｓとを有する。突出部の上方部分を除
去して第１表面１８から遠ざかる方向に延在するスタブ
２２を形成する。スタブは第１表面１８から離間したス
タブ端に結合面２４を有する。金属材料２８を結合面に
冶金結合し、スタブに結合面で包囲された環状の熱影響
領域３０を形成する。金属材料２８の第１部分３２を除
去して、突出部を有効高さＨ及び形状Ｓに復元する。好
ましくは金属材料２８の第１部分３２を除去した後、復
元された突出部の少なくとも熱影響領域３０の一部に延
在する環状外側表面部分をレーザーショックピーニング
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、ラビリンスシール歯のような歯
を有するガスタービンエンジンロータシールに関し、特
にレーザーショックピーニングにより局部的な圧縮残留
応力が付与されたシール歯及び溶接により再生された歯
を有する補修済みシールに関する。
【０００２】
【従来技術】ガスタービンエンジンの種々の部品に、大
抵はラビリンス型といわれる、様々な静止シールや回転
シールが用いられている。これらのシールは、支持構造
体に連結された１個以上の突出部、すなわち歯を有する
ので、製造、作動、保守などの際に、摩耗したり、損傷
されたりする。
【０００３】このようなシール歯又は突出部を比較的コ
スト的に有利な方法で修理することがよく行われてい
る。かかる修理を行うには、まず歯の損傷部分を除去す
る。次に、歯と同じ材料を、例えば溶接などにより再造
成し、過剰な材料を切削などにより除去して、歯を再生
する。このような修理を行う方法と装置が、B. G. Robi
nsの米国特許第４６５７１７１号（１９８７年４月１４
日発行）に記載されている。この特許やそこで引用され
ている特許に記載されているように、電気アークなどの
加熱源により生成される溶接プールに、ワイヤ形態の溶
加材を往復運動で出し入れし、歯を肉盛りする。
【０００４】このようにして修理されたシール歯は、溶
接流れ特性が低く、突出部又は歯を形成する金属が亀裂
を受けやすいことを含めて溶接性が悪い。かかる溶接性
の悪さのため、実用的な補修ができなかったり、補修さ
れた部品の有効作用寿命が限定されたりする。そうなる
と、破損したら、補修するよりも、高価な部材に取り替
える方がよい。溶接補修により形成される熱影響領域
は、溶接熱のために冶金学的に変化した母材金属の部分
である。熱影響領域はまた、きわめて亀裂を生じやす
く、このため補修された部品の有効作用寿命が短くな
る。したがって、熱影響領域の亀裂感受性、また部品自
身の亀裂感受性を改良することが強く望まれている。本
発明は、レーザーショックピーニングを採用してこの目
的を達成し、すぐれた溶接補修方法及びそれにより補修
した物品を提供する。
【０００５】レーザーショックピーニング(laser shock
peening)は、レーザーショック加工ともいい、加工品
の表面区域をレーザーショックピーニングすることによ
り深い圧縮残留応力を付与した領域を生成する方法であ
る。レーザーショックピーニングは、代表的には、下記
特許に開示された方法と同様に、大電力パルスレーザー
からの多重放射パルスを用いて、加工品の表面にショッ
ク波を生成する。米国特許第３８５０６９８号「材料特
性の変更方法」、同第４４０１４７７号「レーザーショ
ック加工」、及び同第５１３１９５７号「材料特性」参
照。レーザーショックピーニングは、当業界で理解され
ているとおり、また本発明で採用する場合に、レーザー
ビーム源からのレーザービームを利用して、ペイント塗
装された、被覆或いは非被覆表面の瞬間的なアブレーシ
ョン又は気化により爆発力を生成することにより、表面
の一部分に強い局部的な圧縮力を生成する、ことを意味
する。レーザーピーニングは、加工品の外面に圧縮応力
付与された保護層を形成するのに利用されており、これ
は、米国特許第４９３７４２１号「レーザーピーニング
装置及び方法」に記載されているように、加工品の耐疲
れ破損性をいちじるしく増加することが知られている。
これらの方法は、代表的には、加工品の上に流した水の
カーテン又は他の手段を用いて、閉じこめ媒体を形成し
て、プロセス発生ショック波を（レーザーショックピー
ニングされている）部品の材料の内部に向けなおし、閉
じこめ、これにより有利な圧縮残留応力を生成する。
【０００６】レーザーショックピーニングは、ガスター
ビンエンジン分野において多くの用途に向けて開発され
ており、それらの一部が、下記の米国特許に開示されて
いる。第５５２５４２９号「ガスタービンエンジン高強
度ロータ合金補修用のレーザーショックピーニング表面
強化」、第５６７５８９２号「ガスタービンエンジンベ
ーン補修用のレーザーショックピーニング」、第５５９
１００９号「レーザーショック加工されたガスタービン
エンジンファンブレードエッジ」、第５４９２４４７号
「ターボ機関用のレーザーショック加工されたロータ部
品」、第５６７４３２９号「接着テープ被覆式レーザー
ショックピーニング」など。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、環状金属物品を補修する方法
並びに補修金属物品を包含する。環状金属物品は、軸線
方向に延在する環状サポート及びそこから略半径方向に
延在する突出部を有する。突出部は、サポートの半径方
向に向いた環状第１表面から測定した本来の半径方向有
効高さと本来の形状とを有する。本発明の方法によれ
ば、突出部の少なくとも摩耗した上方部分を除去して第
１表面から遠ざかる方向に延在するスタブを形成し、ま
た第１表面から離間したスタブ端に結合面を形成する。
次に、突出部を本来の有効高さ及び形状に復元するのに
十分な量の金属材料を結合面に冶金結合する。この冶金
結合の際に、結合表面に包囲されたスタブの部分に環状
の熱影響領域が形成される。次に、金属材料の第１部分
を除去して、突出部を有効高さ及び形状に復元する。好
ましくは金属材料の第１部分の除去後に、復元された突
出部（歯）の、少なくとも熱影響領域の一部に延在する
環状第１外側表面部分をレーザーショックピーニングす
る。金属材料の第１部分の除去により形成されるスタブ
の先端も、レーザーショックピーニングするのがよく、
また少なくとも熱影響領域から第１表面までの距離の部
分長さにわたって延在するスタブの非熱影響領域部分も
レーザーショックピーニングするのがよい。
【０００８】復元された突出部は、反対向きの前向き及
び後ろ向き環状表面を有し、前向き環状表面が復元され
た突出部（歯）の第１外側表面部分を含み、後ろ向き環
状表面が復元された突出部（歯）の第２外側表面部分を
含む。レーザーショックピーニングを第１及び第２外側
表面部分の両方に、好ましくは同時に行う。レーザーシ
ョックピーニング工程はさらに、十分なパワーで少なく
とも１本のレーザービームを当て、前記熱影響領域の第
１外側表面部分上のアブレイティブ材料を気化させ、外
側表面部分から熱影響領域に及ぶ深い圧縮残留応力を付
与する工程を含む。環状サポートが円周方向に包囲して
いる軸線方向中心線に垂直である半径方向平面に関して
傾斜角度で表面部分に直角に、或いは表面部分に傾斜角
度でレーザービームを当てるのがよい。外側表面部分の
上で気化されるアブレイティブ材料は、スタブの熱影響
領域の金属、アブレイティブペイント皮膜、又はアブレ
イティブテープ皮膜とすることができる。
【０００９】本発明の補修済み環状金属物品は、半径方
向に向いた環状第１表面を有する軸線方向に延在する環
状サポートと、そこから略半径方向に延在する突出部と
を備える。突出部は、サポートの半径方向に向いた環状
第１表面から測定した本来の半径方向有効高さと本来の
形状とを有する。突出部は、突出部の摩耗した上方部分
を除去することにより形成されたスタブ、環状第１表面
から離間したスタブ端に位置する結合面、及び先端を含
む。この先端は、十分な量の金属材料を結合面に冶金結
合し、金属材料の第１部分を除去して、突出部を有効高
さ及び形状に復元することにより形成される。冶金結合
時に結合面に包囲されたスタブの部分に形成された環状
の熱影響領域は、熱影響領域の環状第１外側表面部分か
ら熱影響領域に延在する、レーザーショックピーニング
により深い圧縮残留応力が付与されたレーザーショック
加工領域を含む。復元された突出部は、反対向きの略前
向き及び後ろ向き環状表面を有し、これらの前向き及び
後ろ向き環状表面が第１環状表面部分及び第２環状表面
部分をそれぞれ含む。レーザーショックピーニングによ
り付与された深い圧縮残留応力が、前記熱影響領域の第
２外側表面部分から熱影響領域にも及ぶのがよい。第１
及び第２環状表面部分を同時にレーザーショックピーニ
ングするのが好ましい。先端もレーザーショックピーニ
ングして、レーザーショックピーニングにより付与され
る深い圧縮残留応力も先端に延在し、また第１及び第２
環状表面部分が先端まで延在するようにする。スタブは
さらに、少なくとも前記熱影響領域から第１表面までの
距離の部分長さにわたってに延在する、前記スタブのレ
ーザーショックピーニングされた非熱影響領域部分を含
み、レーザーショックピーニングにより付与された深い
圧縮残留応力が、前記非熱影響領域部分にも及び、した
がって第１及び第２環状表面部分が非熱影響領域部分ま
で延在するのがよい。
【００１０】
【作用効果】本発明には多数の利点があり、まず溶接又
は他の高温冶金的肉盛りにより修理できる摩耗部品の寿
命が長くなる。本発明は、製造誤差、摩耗、その他の種
類の損傷のために必要となる、シール歯の寸法上の復元
に使用することができる。このため、補修部品の寿命が
長くなるだけでなく、本発明により新しい部品を節約で
きるので部品のスクラップ率を低くすることもできる。
本発明を利用して、シール歯などのガスタービンエンジ
ンの回転部品の低サイクル疲れ（ＬＣＦ）寿命及び亀裂
成長抑制能を従来の非実用的なレベルから許容可能なレ
ベルまで向上することができる。本発明は、歯先端の肉
盛り時の溶接のような冶金結合に起因する熱影響領域に
おける欠陥を解消する。
【００１１】本発明の上述した特徴及び効果を、以下に
添付の図面を参照ながら具体的に説明する。
【００１２】
【発明の詳しい説明】以下、図面を参照しながら、本発
明の好適な実施形態により環状金属物品を補修する方法
を具体的に説明する。環状金属物品として、図１に、ガ
スタービンエンジンの回転可能な環状ラビリンスシール
１０を例示する。このラビリンスシールは、エンジンの
軸受コンパートメントその他の種々の区域内でエンジン
のシャフトのまわりに使用するができる。シール１０
は、１個又は複数個の突出部（プロジェクション）又は
歯１２を含む。突出部１２は、ここではガスタービンエ
ンジンラビリンスシールとの関連で記述され、軸線方向
に延在する環状構造サポート１４から半径方向に遠ざか
る方向に延在する。環状構造サポート１４は軸線方向中
心線ＣＬのまわりの円周部材である。シール１０の製造
時、作動時そして保守時に、１つの歯１２の損傷部分１
６で示されるように、シールは摩耗や損傷を受ける。歯
１２は、本来、サポート１４の半径方向に向いた環状第
１表面１８から測定した半径方向有効高さＨと歯１２の
断面で示される形状Ｓとを有する。
【００１３】本発明の方法によれば、歯１２の少なくと
も摩耗した上方部分２０を除去し、図２に示すように、
第１表面１８から遠ざかる方向に延在するスタブ２２を
形成するとともに、第１表面１８から離間したスタブ端
部２６に結合面２４を形成する。次に、図３に示すよう
に、歯１２を元の有効高さＨ及び形状Ｓに復元するのに
十分な量の金属材料２８を結合面２４に冶金結合する。
この冶金結合の際に、結合面２４に隣接する（或いは結
合面で囲まれた）スタブ２２の部分に環状の熱影響領域
３０が形成される。環状の熱影響領域３０は、図３で
は、第１の破線Ｌで示される環状平面と結合面２４との
間に位置するものとして示されている。次に、金属材料
２８の第１部分３２を除去して、歯１２を有効高さＨ及
び形状Ｓに復元し、復元した歯１２の先端３４を形成す
る。第１部分３２は先端の破線Ｔの外側に示されている
部分である。金属材料２８は、代表的には、溶接方法又
は他の高温結合方法で冶金結合され、これらの方法で
は、溶接部又は他の高温冶金的肉盛りと称されるものを
生成し、それから先端３４を形成する。
【００１４】図４に示すように、好ましくは、金属材料
２８の第１部分３２を除去した後、少なくとも熱影響領
域３０の一部にわたって延在する歯１２の環状第１外側
表面部分４０をレーザーショックピーニングする。レー
ザーショックピーニングされたスポットを４５で示す。
歯１２は、互いに反対向きの前向きの環状表面Ｓ１と後
ろ向きの環状表面Ｓ２とを有し、これらが環状第１外側
表面部分４０と環状第２外側表面部分４１とをそれぞれ
含む。レーザーショックピーニングは、第１外側表面部
分４０と第２外側表面部分４１両方に行うのがよい。第
１外側表面部分４０と第２外側表面部分４１を同時にレ
ーザーショックピーニングするのが好ましい。
【００１５】図５に示すように、第１外側表面部分４０
及び第２外側表面部分４１をそれぞれ延長して先端まで
含めることにより、熱影響領域３０に加えて、先端３４
もレーザーショックピーニングするのがよい。図６に、
本発明のレーザーショックピーニングの別の実施形態を
示す。この例では、第１外側表面部分４０及び第２外側
表面部分４１をさらに延長してスタブ２２の非熱影響領
域部分４４まで含める。非熱影響領域部分４４は、少な
くとも熱影響領域３０と第１表面１８との距離Ｄ１の部
分長さＰに延在する。部分長さＰは第１破線Ｌと（第１
破線Ｌと第１表面１８との中間に位置する）第２破線Ｌ
１間に延在する体積領域を画定する。
【００１６】図７及び図８に、歯１２をレーザーショッ
クピーニングするためのレーザーショックピーニング装
置１０１を示す。環状ラビリンスシール１０は取付具１
５に装着され、一方取付具１５は、５軸コンピュータ数
値制御（ＣＮＣ）マニピュレータ１２７、例えばホフマ
ン社（Huffman Corporation、米国サウスカロライナ
州、クローバー所在）から市販されているマニピュレー
タに取り付けられている。図示した例示的実施形態に示
された５つの運動軸は、ＣＮＣ加工技術で周知の、通常
の並進軸Ｘ、Ｙ及びＺと、通常の回転軸Ａ及びＣであ
る。マニピュレータ１２７を用いてシール１０を移動
し、位置決めし、レーザーショックピーニング方法にし
たがって本発明の間断なき高速（on the fly）レーザー
ショックピーニングを行うのが好ましい（米国特許第５
７５６９６５号参照）。マニピュレータ１２７を用い
て、ブレードを連続的に移動し、位置決めし、本発明の
実施形態にしたがって高速レーザーショックピーニング
を行う。
【００１７】レーザーショックピーニングを行うには、
図７及び図８に示すように、少なくとも１つ、好ましく
は２つのレーザービーム１０２をアブレイティブ（abla
tive）皮膜１６１のアブレイティブ材料を気化するのに
十分なパワーで射出する。アブレイティブ材料として
は、例えば米国特許第５６７４３２９号及び同第５６７
４３２８号に開示されているような、ペイント又は接着
テープがあり、接着テープが好ましい。アブレイティブ
皮膜１６１を熱影響領域の外側表面部分の上に置き、レ
ーザービーム１０２を透明な閉じこめ媒体を通して射出
する。透明な閉じこめ媒体は、透明な流体カーテン、例
えば水の流れ１２２が作る流水のカーテン１２１とすれ
ばよい。レーザービーム１０２を、流水のカーテン１２
１を介して、被覆されていない第１及び第２外側表面部
分４０及び４１に直接当ててもよく、この場合アブレイ
ティブ材料は歯１２の金属材料であり、表面材料のわず
かな部分がアブレーション（融蝕）除去される。レーザ
ーショックピーニングは深い圧縮残留応力を、前向き及
び後ろ向きの環状表面Ｓ１及びＳ２から熱影響領域中に
延在するレーザーショック加工（ピーニングされた）領
域５６に与える。レーザービーム１０２は、半径方向平
面ＲＰに関して傾斜した第１傾斜角Ａ１にて、前向き及
び後ろ向きの環状表面Ｓ１及びＳ２に垂直に当てること
ができる。或いはまた、レーザービーム１０２は、破線
で示すように、半径方向平面ＲＰに関して大きく傾斜し
た第２傾斜角Ａ２（第１傾斜角Ａ１より浅い角度）に
て、前向き及び後ろ向きの環状表面Ｓ１及びＳ２に斜め
に当てることもできる。レーザービーム１０２を前向き
及び後ろ向きの環状表面Ｓ１及びＳ２に斜めに当てる実
施形態では、断面円形のレーザービームが環状表面に傾
斜角度にて交差するので、楕円形状のレーザーショック
加工スポット４５が形成される。
【００１８】好ましい態様では、シール１０を連続的に
移動するか軸線方向中心線ＣＬのまわりに回転しなが
ら、静止大電力レーザービーム１０２を連続的かつ繰り
返し流水カーテン１２１を通して前向き及び後ろ向きの
環状表面Ｓ１及びＳ２に当て、離間したレーザーショッ
ク加工スポット４５を形成する。水カーテン１２１を、
通常の水供給チューブ１１９の端部に位置する通常の水
ノズル１２３により供給するものとして図示してある。
レーザーショックピーニング装置１０１は、通常のゼネ
レータ１３１、発振器１３３、プリアンプ１３９Ａ及び
ビームスプリッタ１４３を有し、ビームスプリッタ１４
３は、プリアンプで増幅されたレーザービームを２つの
ビーム光伝送回路に供給し、光伝送回路はそれぞれ第１
アンプ１３９、第２アンプ１４１及び光学系１３５を有
し、光学系１３５はレーザービーム１０２を伝送し、前
向き及び後ろ向きの環状表面Ｓ１及びＳ２に焦点合わせ
する光学的要素を含む。コントローラ１２４を用いて、
レーザーショックピーニング装置１０１を変調、制御
し、こうしてレーザービーム１０２を被覆表面１５５上
に制御された態様で発射することができる。流水のカー
テン１２１によりアブレーションされた材料を洗い流
す。
【００１９】ペイント、テープ又は他のアブレイティブ
皮膜１６１材料をレーザービーム１０２によりアブレー
ションし、プラズマを発生し、熱影響領域３０の外側表
面部分４０にショック波を加える。ペイントの適当な代
替物として、他のアブレイティブ材料を用いて表面を被
覆することができる。このような皮膜材料としては、米
国特許第５６７４３２９号及び同第５６７４３２８号に
開示されているような金属ホイルや接着性プラスチック
テープがある。これらのショック波を流水のカーテン１
２１により外側表面部分４０の方へもう一度向け、外側
表面部分４０より下側の歯の金属材料中に進行ショック
波（圧力波）を発生する。これらのショック波の振幅及
び量により、圧縮応力の深さと強さが決められる。アブ
レイティブ皮膜を用いてターゲット表面を保護し、また
プラズマを発生する。レーザービームの衝撃により誘引
された深い圧縮残留応力は、通常５０〜１５０ＫＰＳＩ
（Kilo Pounds per Square Inch）程度で、外側表面部
分４０から歯１２中に深さ約２０〜５０ミル延在する。
【００２０】アブレイティブ皮膜１６１用の材料として
は、ビニルプラスチックフィルム、ホイルなどのプラス
チック材料が適当である。テープの原料としては、Ｓｃ
ｏｔｃｈブランドのＮｏ．４７１Ｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉ
ｌｍ Ｔａｐｅが適当であり、このテープは厚さ約４ミ
ルの黒色着色ビニルプラスチック裏当てを設けることが
でき、また厚さ約１ミルのゴム接着層を有する。アブレ
イティブ皮膜は、接着層のないテープの形態であっても
よく、これを、前向き及び後ろ向きの環状表面Ｓ１及び
Ｓ２それぞれに直接塗布した適当な接着材料とともに用
いることができる。テープを歯１２の金属材料に対して
こすりつけるか他の方法で押しつけて、テープと前向き
及び後ろ向きの環状表面間に残っているかもしれない気
泡を取り除く必要がある。
【００２１】本発明の方法の好適な実施形態では、環状
シール１０を連続的に回転しながら、連続的かつ繰り返
しレーザービーム１０２を前向き及び後ろ向きの環状表
面Ｓ１及びＳ２に当て、互いにオーバーラップするレー
ザーショック加工スポット４５を形成する。ピーニング
を数回のパス行うことができ、各パスでのスポット４５
をずらす。
【００２２】図９に、互いにオーバーラップするレーザ
ーショック加工スポット４５の行（row）を積み重ねた
パターン例を示す。それぞれ中心ＸＣを有するレーザー
ショック加工スポット４５のすべてが行の中心線１６２
に沿って並んでいる。これらの行の繰り返しパターンが
前向き及び後ろ向きの環状表面Ｓ１及びＳ２のレーザー
ショック加工部分を完全に覆っている。互いにオーバー
ラップするレーザーショック加工スポットの行１６４に
おいて、レーザーショック加工スポット４５は直径Ｄを
有する。パターンは、互いにオーバーラップするレーザ
ーショック加工スポット４５の行１６４が多数オーバー
ラップしたものでもよい。第１のオーバーラップは、所
定の行における隣り合うレーザーショック加工スポット
４５間に存在し、例えば約３０％である。オーバーラッ
プは、代表的には、隣り合うレーザーショック加工スポ
ット４５の中心ＸＣ間の第１オフセットＯ１として定義
され、例えば３０％としたが、直径Ｄの３０％〜５０％
程度又はそれ以上の範囲で変わりうる。第２のオーバー
ラップは、隣り合う行の隣り合うレーザーショック加工
スポット４５間に存在し、通常隣り合う中心線１６２間
の第２オフセットＯ２として定義され、これも例えば３
０％であるが、用途やレーザービームの強さ又は流束量
に応じて、直径Ｄの３０％〜５０％程度の範囲で変わり
うる。パターンを、行を積み重ねたパターンと記述した
が、隣り合う行の隣り合うスポット４５の中心ＸＣがす
べて直線的に並んでいるからである。他のパターンが、
従来特許、例えば米国特許第５５９１００９号、同第５
６７４３２９号及び同第５６７４３２８号に開示されて
いる。
【００２３】以上、本発明の原理を説明するために本発
明の好適な実施形態を例示したが、本発明の要旨から逸
脱することなく、この好適な実施形態に種々の変更や改
変を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の好適な実施形態により補修する
ことのできる、ガスタービンエンジンのラビリンスシー
ルの破損した歯を示す拡大斜視断面図である。
【図２】本発明の方法の好適な実施形態にしたがって、
図１のシール歯からスタブを形成する工程を示す斜視断
面図である。
【図３】本発明の方法の好適な実施形態にしたがって、
シール歯を復元するのに十分な量の金属材料を図２のス
タブに冶金結合する工程を示す斜視断面図である。
【図４】金属材料の一部を除去してシール歯を寸法的に
復元し、熱影響領域をレーザーショックピーニングする
工程を示す斜視断面図である。
【図５】図４で寸法的に復元したシール歯をレーザーシ
ョックピーニングする別の第１の方法を示す斜視断面図
である。
【図６】図４で寸法的に復元したシール歯をレーザーシ
ョックピーニングする別の第２の方法を示す斜視断面図
である。
【図７】本発明の好適な実施形態にしたがって、図２の
シールを装着したレーザーショックピーニング装置の説
明図である。
【図８】図７におけるレーザーショックピーニング工程
の詳細説明図である。
【図９】図４〜図６におけるシール歯上のレーザーショ
ック加工スポットのパターンを示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 金属物品 １２ 突出部 １４ サポート １８ 環状第１表面 ２０ 上方部分 ２２ スタブ ２４ 結合面 ２８ 金属材料 ３０ 熱影響領域 ３２ 第１部分 ４０ 環状第１外側表面部分 Ｈ 突出部の半径方向高さ Ｓ 突出部の形状
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケヴィン・グレゴリー・マッカリスター アメリカ合衆国、オハイオ州、ウェストチ ェスター、オータム・レーン、8244番 (72)発明者 シーサラメイアー・マンナヴァ アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、ティンバーオーク・トレイル、9757番

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸線方向に延在する環状サポート（１
    ４）及びそこから略半径方向に延在する突出部（１２）
    を有する環状金属物品（１０）で、前記突出部（１２）
    がサポートの半径方向に向いた環状第１表面（１８）か
    ら測定した本来の半径方向有効高さ（Ｈ）と本来の形状
    （Ｓ）とを有する環状金属物品（１０）の補修方法であ
    って、 前記突出部（１２）の少なくとも上方部分（２０）を除
    去して第１表面（１８）から遠ざかる方向に延在するス
    タブ（２２）を形成し、ここでスタブ（２２）は第１表
    面（１８）から離間したスタブ端（２６）に結合面（２
    ４）を有し、 突出部（１２）を元の有効高さ（Ｈ）及び形状（Ｓ）に
    復元するのに十分な量の金属材料（２８）を前記結合面
    （２４）に冶金結合し、この冶金結合の際に、結合表面
    に隣接するスタブ（２２）に環状の熱影響領域（３０）
    が形成され、 前記金属材料（２８）の第１部分（３２）を除去して、
    突出部（１２）を有効高さ（Ｈ）及び形状（Ｓ）に復元
    し、 復元された突出部（１２）の、少なくとも熱影響領域
    （３０）の一部にわたって略半径方向に延在する環状第
    １外側表面部分（４０）をレーザーショックピーニング
    する、工程を含む環状金属物品の補修方法。
  2. 【請求項２】 さらに、前記スタブ（２２）上の金属材
    料（２８）の第１部分（３２）を除去することにより形
    成される金属材料（２８）の先端（３４）をレーザーシ
    ョックピーニングする工程を含む、請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 さらに、少なくとも前記熱影響領域（３
    ０）から第１表面（１８）までの距離（Ｄ１）の部分長
    さ（Ｐ）にわたって略半径方向に延在する、前記スタブ
    （２２）の環状非熱影響領域部分（４４）をレーザーシ
    ョックピーニングする工程を含む、請求項１に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 前記復元された突出部（１２）が反対向
    きの前向き及び後ろ向き環状表面（Ｓ１及びＳ２）を有
    し、 前記前向き環状表面（Ｓ１）が復元された突出部（１
    ２）の環状第１外側表面部分（４０）を含み、 前記後ろ向き環状表面（Ｓ２）が復元された突出部（１
    ２）の環状第２外側表面部分（４１）を含み、 前記レーザーショックピーニングを第１及び第２外側表
    面部分（４０及び４１）の両方に同時に行う、請求項１
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記レーザーショックピーニング工程が
    さらに、十分なパワーで少なくとも１つのレーザービー
    ム（１０２）を当て、前記熱影響領域（３０）の第１外
    側表面部分（４０）上のアブレイティブ材料（１６１）
    を気化させ、前記熱影響領域（３０）の第１外側表面部
    分（４０）から熱影響領域（３０）に及ぶ深い圧縮残留
    応力を付与する工程を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記環状サポート（１４）が円周方向に
    包囲している軸線方向中心線（ＣＬ）に垂直である半径
    方向平面（ＲＰ）に関して異なる傾斜角度（Ａ１及びＡ
    ２）でレーザービーム（１０２）を当てる、請求項５に
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 さらに、前記スタブ（２２）上の金属材
    料（２８）の第１部分（３２）を除去することにより形
    成される金属材料（２８）の環状に延在する先端（３
    ４）をレーザーショックピーニングする工程と、 少なくとも前記熱影響領域（３０）から第１表面（１
    ８）までの距離（Ｄ１）の部分長さ（Ｐ）にわたって略
    半径方向に延在する、前記スタブ（２２）の環状非熱影
    響領域部分（４４）をレーザーショックピーニングする
    工程とを含む、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 半径方向に向いた環状第１表面（１８）
    を有する軸線方向に延在する環状サポート（１４）と、
    そこから略半径方向に延在する突出部（１２）とを備
    え、 前記突出部（１２）がサポートの半径方向に向いた環状
    第１表面（１８）から測定した本来の半径方向有効高さ
    （Ｈ）と本来の形状（Ｓ）とを有し、 前記突出部（１２）がスタブ（２２）、前記環状第１表
    面（１８）から離間したスタブ端（２６）に位置する結
    合面（２４）、及び前記結合面（２４）に冶金結合され
    た適当量の金属材料（２８）からなる先端（３４）を含
    み、さらに冶金結合時に前記結合面（２４）に隣接して
    前記スタブ（２２）に形成された環状の熱影響領域（３
    ０）と、 前記熱影響領域（３０）の環状第１外側表面部分（４
    ０）から熱影響領域（３０）に延在する、レーザーショ
    ックピーニングにより深い圧縮残留応力が付与された、
    レーザーショック加工領域とを備える、環状金属物品
    （１０）。
  9. 【請求項９】 前記突出部（１２）が反対向きの略前向
    き及び後ろ向き環状表面（Ｓ１及びＳ２）を有し、 前記前向き及び後ろ向き環状表面（Ｓ１及びＳ２）が前
    記第１外側表面部分（４０）及び環状第２外側表面部分
    （４１）をそれぞれ含み、 レーザーショックピーニングにより付与された深い圧縮
    残留応力が、前記熱影響領域（３０）の第２外側表面部
    分（４１）から熱影響領域（３０）にも及ぶ請求項８に
    記載の物品（１０）。
  10. 【請求項１０】 さらに、少なくとも前記熱影響領域
    （３０）から第１表面（１８）までの距離（Ｄ１）の部
    分長さ（Ｐ）にわたってに延在する、前記スタブ（２
    ２）のレーザーショックピーニングされた環状の非熱影
    響領域部分（４４）を備え、前記先端（３４）がレーザ
    ーショックピーニングされ、レーザーショックピーニン
    グにより付与された深い圧縮残留応力が、前記先端（３
    ４）及び前記非熱影響領域部分（４４）にも及ぶ、請求
    項９に記載の物品（１０）。
JP11290373A 1998-10-14 1999-10-13 レーザーショック加工されたガスタービンエンジンシール歯 Withdrawn JP2000274259A (ja)

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