JP2001113358A - 冶金的に結合されたテーパ付きプラグを用いて超合金鋳造品を補修するための方法 - Google Patents

冶金的に結合されたテーパ付きプラグを用いて超合金鋳造品を補修するための方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造製品中に存在する亀裂、欠陥などを補修
するための方法の提供。 【解決手段】 かかる亀裂又は欠陥の部位において、製
品中に円錐台形の開口が設けられる。それに嵌合するテ
ーパ付きプラグが用意される。かかるテーパ付きプラグ
は、それの傾斜した側壁が開口の円錐台形の側壁上に片
側から均等に支持されるようにして開口内に嵌合し得る
ものである。かかるテーパ付きプラグが開口内に配置さ
れると共に、開口内へのテーパ付きプラグの挿入前又は
挿入後においてテーパ付きプラグの表面と開口の側壁内
面との間に結合剤が付加される。その後、製品を加熱す
ることにより、結合剤がテーパ付きプラグの表面と開口
の側壁内面とを接合する。その後、テーパ付きプラグの
外端を研磨することにより、かかる外端が製品の外壁と
ほぼ同じ高さになるように調整される。本発明の好適な
実施の態様に従えば、プラグ部材を開口内に押し込むこ
とにより、管理された締まり嵌めの状態を生み出すこと
もできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は鋳造製品の補修の分野に関する
ものであって、更に詳しく言えば、欠陥を有する鋳造製
品の補修に関する。
【０００２】ある種の製品（たとえば、ガスタービンの
出力タービン区画用の翼）は、超合金で作製されてい
る。かかる超合金鋳造製品（たとえば翼）は極度の温度
及び応力に暴露されるため、鋳造製品中の欠陥は重大な
結果を生じることがある。翼に関して述べれば、翼の鋳
造時に翼の肉厚を調節することは、翼の強度及び寿命に
とって極めて重要である。
【０００３】更に詳しく述べれば、タービン部品（たと
えば、タービン翼）は複雑な冷却通路を内部に有する中
空構造物として鋳造されるのが通例である。複雑な冷却
通路が所望される理由は、運転に際して翼に導かれる高
温燃焼ガスの温度が超合金組成物の融点以上であること
にある。冷却材は空気又は蒸気から成り得る。蒸気の場
合、かかる蒸気は冷却用空気の圧力より高い圧力下にあ
るのが通例である。これらの要因に基づき、翼の設計は
翼の肉厚の制御状態に大きく依存する。肉厚が不十分で
あると、肉厚（すなわち、横断面積）の減少した領域に
おける局部応力が大きくなる結果として顕著なクリープ
損傷が生じる。他方、肉厚が過大であると、外面の冷却
が不十分であるために疲労損傷が生じる。実際の肉厚が
公称肉厚から約０．０２インチの範囲内に維持されるの
であれば、約０．０８インチの公称肉厚を有する翼はそ
れの設計寿命を達成し得るものと予測されている。
【０００４】翼のごとき超合金部品のための方向性鋳造
工程に際しては、中子表面又は鋳型表面上にセラミック
「バンパ」が使用される。約０．０８±０．２インチの
公称肉厚に対しては、高さが約０．０６インチのセラミ
ックバンパを使用すれば、セラミックバンパの形態で付
与される幾何学的拘束によって肉厚を容易に制御するこ
とができる。それぞれの鋳造製品上に多数のバンパを使
用することにより、セラミック鋳型及び中子のゆがみが
生じる可能性が低減されるのである。
【０００５】製品の方向性鋳造の後、セラミックバンパ
は除去される。セラミックバンパが存在していた箇所で
は、製品の壁体は薄くなる。その上、鋳型と中子とが接
触していた場合、接触点には製品中に小さな穴が存在す
ると共に、製品の反対側には対応する肥厚領域が存在す
る。約０．０８±約０．０２インチの設計規格値を越え
る肉厚の変化は翼の早期破損を引起こす可能性があるか
ら、肉厚を復元することが必要である。
【０００６】たとえば翼のごとき製品の場合、それの幾
何学的形状のために肉厚の復元は複雑である。バンパが
存在するいかなる箇所においても、翼の壁体上には特異
な組合せの内面輪郭及び外面輪郭が存在する。その上、
設計規格値の範囲内における肉厚の変化のため、翼の外
周又は翼の長さに沿って同じ肉厚分布を有する翼は２つ
と存在しない。翼の設計基準に従えば、たとえば、約
０．０２インチまでの充填材が翼の冷却キャビティ内に
突出していても差支えない。さもないと、かかる充填材
は冷却材の流れの有害な摂動を引起こすことになる。冷
却材は蒸気から成り得るから、各々の補修箇所における
内面の輪郭は隙間腐食の発生部位とならないよう十分に
平滑でなければならない。外面の輪郭はそれほど問題に
ならない。なぜなら、外面については翼の輪郭に合わせ
て充填材を手直しすることが容易だからである。
【０００７】鋳造工程から生じた寸法上の欠陥に関して
製品を適切に補修することの必要性に加え、鋳造工程に
際して製品の一部に生じた亀裂に関して製品を補修する
ことも必要となる。更にまた、一定期間にわたって翼を
実用に供した後に亀裂が生じることもある。これまで
は、十分な大きさの亀裂又は欠陥が検出されると、その
翼は直ちに交換されていた。しかし、かかる亀裂又は欠
陥を補修した後にその翼がタービン内における極度の運
転条件に耐え得るのであれば、亀裂の生じた翼を新しい
翼に交換するという負担を回避することができる。
【０００８】弱体化した箇所における翼の壁体を補修す
る場合、寸法上の問題に加え、翼の強度を維持すること
も必要である。翼用の冷却材として蒸気が使用される場
合、加圧下で冷却通路中に注入される蒸気は圧力容器効
果を生み出す。補修箇所は内圧に耐えかつ漏れを防止し
得ると共に、強度、クリープ抵抗性及び疲労抵抗性の点
で周囲の方向性材料とほぼ同程度の特性を有することが
必要である。
【０００９】クリープ抵抗性又は疲労抵抗性に関する機
械的強度要求条件を満たして満足すべき設計寿命を達成
するため、翼は方向性ミクロ組織を有する超合金で作製
されるのが通例である。方向性ミクロ組織は、細長い多
結晶質結晶粒又は単結晶を生み出す方向性凝固工程を用
いて生成させることができる。寸法上の欠陥及び亀裂を
補修する場合、方向性ミクロ組織は問題となることがあ
る。なぜなら、補修領域は一様な強度を示す同様な方向
性ミクロ組織を有することが必要だからである。
【００１０】従って、規格外の肉厚という意味の欠陥領
域を有する鋳造製品を補修するための方法が要望されて
いる。また、欠陥領域を有する鋳造製品を補修するため
の方法であって、補修後の欠陥領域がかかる欠陥の不存
在時に耐えることのできた応力と実質的に同程度の応力
に耐えることを可能にする方法も要望されている。
【００１１】更にまた、欠陥領域又は亀裂を有する（中
空の翼のごとき）鋳造製品を補修するための方法であっ
て、欠陥領域又は亀裂の補修箇所が内圧に耐えることを
可能にする方法も要望されている。更にまた、方向性ミ
クロ組織及び成長軸を有すると共に欠陥領域を有する
（中空の翼のごとき）鋳造製品を補修するための方法で
あって、補修後の欠陥領域が実質的に整列した整列軸を
有する結果、補修後の欠陥領域は翼が本来耐えることの
できる応力と実質的に同程度の応力に耐え得るような方
法も要望されている。
【００１２】
【発明の概要】本発明の実施の一態様に従えば、欠陥領
域を有する鋳造製品を補修するための方法が提供され
る。かかる方法は、傾斜した側壁を有する開口を製品の
欠陥領域に設ける工程と、開口内に配置（又は挿入）し
た場合に開口の傾斜した側壁の一部分に対して実質的に
接触し得る同様に傾斜した側壁を有する外周を備えたプ
ラグ部材を形成する工程と、プラグ部材を開口内に挿入
する工程とを含んでいる。プラグ部材を開口内に挿入す
る前又は挿入した後に、プラグ部材の側壁と開口の側壁
との間に結合剤が付加される。最後に、製品を加熱する
ことにより、結合剤の作用でプラグ部材の傾斜した側壁
が開口の傾斜した側壁に接合される。
【００１３】本発明に係わる方法に従えば、ドリルを用
いて欠陥の部位に開口を設けることにより、鋳造製品に
含まれる欠陥（たとえば、規格外の肉厚の領域又は亀
裂）を効果的に除去することができる。傾斜した側壁を
有する開口を設けることにより、開口の傾斜した側壁の
一部分に接触し得る同様に傾斜した側壁を有するプラグ
部材を開口内に配置した場合、プラグ部材は開口の傾斜
した側壁の一部分に対して実質的に接触しかつ均等に支
持されることになる。このような特徴は、次の接合工程
を容易にする。なぜなら、開口の側壁が製品の表面に対
して垂直なテーパ無しのものである場合に比べ、テーパ
付きの側壁は接合のためにより大きい表面積を提供する
からである。このような特徴はまた、側壁がテーパを有
しておらず、従って開口内への挿入を可能にするために
プラグ部材を僅かに小さい寸法に機械加工しなければな
らない場合のように寸法許容差を増大させた結果として
望ましくない空隙を導入することなく、プラグ部材をそ
れと接合すべきテーパ付き表面上に密接状態で配置する
ことをも可能にする。
【００１４】本発明の別の特徴について述べれば、ター
ビン翼の機械加工操作においてはたとえば約０．００２
インチの表面粗さが生じる。それ故、２つの対応する機
械加工表面同士が高位点で接触した場合、それらの表面
間の幅は局部的に変化し、そして両者間の空隙は最大で
約０．０００４インチに達することがある。しかるに、
直円柱状のプラグ部材の場合、約０．０００４インチの
空隙を充填するためにはプラグ部材を開口より少なくと
も約０．０００４インチだけ大きくしなければならない
が、それでは挿入が不可能である。予備冷却によって直
円柱状のプラグ部材を予備収縮させるという方法は、プ
ラグ部材の大きさにもよるが、直円柱状の開口内にプラ
グ部材を干渉なしに挿入し得る程度までプラグ部材の寸
法を縮小させるには十分でない。
【００１５】予備収縮が十分でない場合、直円柱状のプ
ラグ部材を直円柱状の開口内に押し込むために必然的に
強い力が要求され、しかも過大な寸法のプラグ部材を開
口内に整列させることに困難が伴う結果、プラグ部材及
び開口の両方の表面が損傷を受けることがある。かかる
損傷は望ましくない掻き傷又は微小亀裂から成り得る
が、それらは亀裂発生部位として作用すると共に、固有
の周囲応力の下で成長して破壊を招くことがある。かか
る損傷はまた、後続の加熱時に望ましくない再結晶を引
起こすこともある。本発明に係わる方法に従えば、同様
に傾斜した側壁を有する開口及びプラグ部材が形成され
るので有利である。その結果、開口内に無理に押し込ま
なくてもプラグ部材を開口内に配置することができ、し
かもプラグ部材の傾斜した側壁は開口の傾斜した側壁に
相互支持状態で均等に接触することになる。
【００１６】本発明の更に別の特徴について述べれば、
開口及びプラグ部材が傾斜した側壁を有する結果、プラ
グ部材を開口内に配置した際にはプラグ部材の傾斜した
側壁と開口の傾斜した側壁との間に締まり嵌めの状態が
生み出されかつ維持される。このような締まり嵌めは、
プラグ部材の予備冷却なしに、かつ過大な寸法のプラグ
部材を過小な寸法の開口内に挿入する際の困難なしに生
み出される。こうして得られる締まり嵌めは、それぞれ
の表面における表面粗さのために存在し得る（最大約
０．０００４インチもの）空隙を排除する。かかる締ま
り嵌めはまた、開口に対するプラグ部材の結合力を増大
させると共に、結合部の構造強度を高める。
【００１７】本発明の別の実施の態様に係わる方法は、
プラグ部材を開口内に配置する工程と、プラグ部材に力
を加えることにより、テーパ付きプラグ部材の傾斜した
側壁と開口の傾斜した側壁との間に締まり嵌めの状態を
生み出す工程とを含んでいる。この方法によれば、表面
粗さに原因する空隙を排除し得ると共に、過大な寸法の
直円柱状プラグ部材をより小さい寸法の直円柱状開口内
に挿入して締まり嵌めを達成しようとする場合に遭遇す
るような困難が回避される。プラグ部材及び開口のそれ
ぞれのテーパは十分に小さいものであるから、プラグ部
材を開口内に強く挿入した場合、締まり嵌めの結果とし
てプラグ部材は開口内に保持される。
【００１８】補修すべき鋳造製品が方向性ミクロ組織及
び成長軸を有する場合には、プラグ部材の成長軸が鋳造
製品の成長軸と整列するようにしてプラグ部材を開口内
に収容し得ることが要求される。そのため、プラグ部材
及び開口のそれぞれには、プラグ部材の成長軸と製品の
成長軸とが整列した時にプラグ部材を開口内に嵌合状態
で挿入することを可能にする整列嵌合手段が設けられ
る。その場合、プラグ部材を開口内に挿入する工程は、
プラグ部材の整列嵌合手段を開口の対応する整列嵌合手
段と整列させ、次いでプラグ部材を開口内に挿入するこ
とから成る。
【００１９】本発明の別の実施の態様に従えば、超合金
組成物から成りかつ方向性ミクロ組織を有する鋳造製品
中に存在する欠陥を補修するためのプラグ部材が提供さ
れる。かかるプラグ部材は、実質的に同じ超合金組成物
から成ると共に、方向性ミクロ組織及び成長軸を有して
いる。かかるプラグ部材はそれの外周に沿って広がるテ
ーパ付き側壁表面を有すると共に、そのテーパ付き側壁
表面はプラグ部材を開口内に強制的に挿入した際にプラ
グ部材が締まり嵌めの状態で開口内に保持されるような
テーパを有している。かかるプラグ部材はまた、プラグ
部材の成長軸が補修すべき鋳造製品の成長軸と整列した
時にプラグ部材を開口内に嵌合状態で挿入することを可
能にする整列嵌合手段を含んでいる。
【００２０】本発明のプラグ部材はまた、それのテーパ
付き側壁表面に付加された結合剤（たとえば、ろう合金
又はその他の結合剤）を含むこともできる。かかる結合
剤は、プラグ部材を開口内に配置して加熱することによ
ってそれを接合することを可能にする。
【００２１】
【好適な実施の態様の詳細な説明】以下、添付の図面に
示された実施の態様に関連しながら、もっぱら例示を目
的として本発明を説明しよう。
【００２２】先ず、添付の図面を参照しながら、本発明
に従って補修する必要のある製品を生み出す鋳造工程を
説明しよう。図１は、ガスタービンにおいて使用するた
めの鋳造製品である翼１０を示している。かかる翼１０
は、方向性ミクロ組織又は単結晶ミクロ組織を有する超
合金組成物から形成されるのが通例である。翼１０の方
向性ミクロ組織の成長軸１４を図２に示すが、これは図
７中の矢印Ｂ−Ｂの方向である。
【００２３】翼１０の設計規格に基づく壁体の肉厚は、
たとえば約０．０８±約０．０２インチであり得る。か
かる方向性ミクロ組織及び設計厚さは、所望の翼設計寿
命を達成するために必要なクリープ抵抗性及び疲労抵抗
性に関する機械的要求を満足する。方向性ミクロ組織を
生み出すためには、翼１０の鋳造に際し、成長軸１４に
沿って方向性凝固を行わせればよい。
【００２４】肉厚制御に関する要求条件を満足するため
に使用される鋳造工程は、中子表面又は鋳型表面上にセ
ラミック「バンパ」を使用するものである。たとえば、
翼の鋳造に際して使用されるセラミックバンパは、肉厚
を制御するために約０．０６インチの高さを有し得る。
製品が鋳造された後、セラミックバンパは除去される。
セラミックバンパが配置されかつ除去された部位は、図
２中の番号１６によって示される。鋳型と中子とが直接
に接触したり、あるいはセラミックバンパと鋳型とが直
接に接触したりする別の部位においては、製品の壁体中
に小さな穴１８が存在する（図２）。このような穴が存
在する場合、翼１０の反対側には対応する肥厚領域
（Ｃ）も存在することになる（図２）。
【００２５】本発明に係わる補修方法においては、翼の
壁体中で肉厚の減少した領域が確認される。かかる領域
の各々において、ドリルを用いて壁体材料を除去するこ
とによって開口２２を設けることができる（図３及び４
参照）。かかる開口２２は、領域１６及び穴１８のそれ
ぞれにおいてプラグ部材４２（図５）を挿入し、それに
よって十分な肉厚（たとえば、約０．０８±約０．０２
インチの肉厚）を得るためのものである。
【００２６】超合金組成物から成る翼１０の補修は、鋳
造工程に関係する状況とは異なる状況において生じるこ
ともある。たとえば、実用に供された翼は亀裂を生じる
ことがある。亀裂を補修するためには、図３及び７に示
されるようにして翼に開口２２が設けられる。かかる開
口２２は、亀裂を中心にして配置される。開口２２内に
収容し得る寸法を持ったテーパ付きプラグ部材４２又は
７３（図５及び８）が形成される。結合剤の付加及びそ
れに続く熱処理によってプラグ部材４２又は７３を開口
２２にろう付けした後には、補修済みの製品１０を再び
実用に供することができる。
【００２７】図４に示されるごとく、開口２２は傾斜し
た側壁内面２６を有している。開口の側壁内面２６と垂
線２８との交わりは第１の挟角３０を成し、それによっ
て開口のテーパが生み出される。図４には製品の内壁３
８も示されている。肉厚の減少した部位を確認した後、
肉厚の減少した領域に開口２２を設けることができる。
かかる開口２２は、製品の外壁３４から製品の内壁３８
まで貫通している。
【００２８】図５は、テーパ付きプラグ部材４２の側面
図である。プラグ部材４２は、内端４６、外端５０及び
プラグ表面５４を有している。プラグ表面５４と内端４
６における垂線５８との交わりは、第２の挟角６２を成
している。第１の挟角３０と第２の挟角６２とは、設計
規格値の範囲内で実質的に相等しい。縦断面図で見た場
合、第１の挟角３０及び第２の挟角６２の存在のために
開口２２は円錐台形を成している。開口２２の大径端
は、外壁３４に隣接して配置されている。側面図で見た
場合、テーパ付きプラグ部材４２もまた円錐台形を成し
ており、従ってテーパ付きプラグ部材４２を開口２２内
に収容することができる。
【００２９】図６は、開口２２内に挿入した後のテーパ
付きプラグ部材４２の側面図である。テーパ付きプラグ
部材４２の内端４６は製品の内壁３８を越えて延びてお
り、また外端５０は外壁３４を越えて延びている。挿入
後、内端４６及び外端５０はそれぞれ内壁３８及び外壁
３４を越えて延びている必要はなく、その他の構成を成
していてもよい。たとえば、翼の設計規格によると、テ
ーパ付きプラグ部材４２は翼の内壁３８から約０．０２
インチまで延びていてもよい。約０．０２インチを越え
てテーパ付きプラグ部材４２が突出していると、翼１０
の内部における冷却材の流れの摂動が起こることがあ
り、そのために隙間腐食の発生部位となることがある。
外側の形状はそれほど問題にならない。なぜなら、テー
パ付きプラグ部材４２の外端５０は外壁３４の輪郭に合
わせて研磨することができるからである。
【００３０】図６を見ると、プラグ部材４２のプラグ表
面５４及び開口２２の側壁内面２６が同一のテーパを有
するため、プラグ部材４２のプラグ表面５４は開口２２
の側壁内面２６に接触している。プラグ部材４２及び開
口２２のそれぞれのテーパの局部直径は、長さの一次関
数である。すなわち、テーパ付きプラグ部材４２を開口
２２内に押し込むことは局部直径の増大をもたらし、そ
れによって締まり嵌めの状態を生み出すことができる。
本発明に係わる補修方法は、引き続いて接触面の応力を
緩和させるための熱処理を含むことができる。比較的大
きい力でテーパ付きプラグ部材４２を押し込めば、接触
面の間に間隙の存在しない締まり嵌めの状態を生み出す
ことができる。
【００３１】テーパ付きプラグ部材４２に対して過大な
挿入力を加えると、開口２２に近接した翼の外壁中に微
小亀裂を引起こすのに十分なだけの応力を導入すること
がある。従って、テーパ付きプラグ部材４２を開口２２
内に挿入固定するために使用される力の大きさは、締ま
り嵌めを生み出すのに十分なものであるが、亀裂を引起
こすの十分なものであってはならない。
【００３２】プラグ部材４２及び開口２２のテーパが十
分に浅ければ（すなわち、第１の挟角３０及び第２の挟
角６２が十分に小さければ）、開口２２内面に挿入すべ
きテーパ付きプラグ部材４２の長さを測定することによ
って高い精度で公称締め代を得ることができる。十分に
浅いテーパは自己結合性を有している。すなわち、開口
の側壁内面２６とプラグ表面５４との間に生じた摩擦力
がテーパ付きプラグ部材４２を所定の位置に保持すると
共に、テーパ付きプラグ部材４２を弾性的に排斥しよう
とする圧縮力に打勝つのである。たとえば、ニッケル基
超合金の場合、約１．２°の浅いテーパは自己結合性を
有すると共に、約０．００１２インチの締まり嵌めを生
み出すことが判明した。
【００３３】図１〜６に示された補修方法の工程を述べ
れば、通常の機械加工技術を用いて同等のテーパを有す
るテーパ付きプラグ部材４２及び開口２２が形成され
る。開口２２及びテーパ付きプラグ部材４２を形成した
後、開口２２の長さ（たとえば、補修すべき製品の壁体
の肉厚）が測定される。亀裂の発生を回避するために最
小の圧力を使用しながら、テーパ付きプラグ部材４２が
開口２２内に挿入される。
【００３４】テーパ付きプラグ部材４２が挿入された場
合に製品の外壁３４を越えてテーパ付きプラグ部材４２
が突出する長さを測定した後、開口２２からテーパ付き
プラグ部材４２が取出される。次いで、テーパ付きプラ
グ部材４２の内端４６及び外端５０に位置する部分を研
削又は切削によって除去することにより、テーパ付きプ
ラグ部材４２が開口２２内に正確に配置し得るような長
さに調整される。このようにして、テーパ付きプラグ部
材４２を再び開口２２内に挿入した際には、内端４６が
製品の内壁３８とほぼ同じ高さに位置し、かつ外端５０
が製品の外壁３４とほぼ同じ高さに位置するようにする
ことができる。
【００３５】テーパ付きプラグ部材４２の内端４６が製
品の内壁３８を越えて突出していたり、外端５０が製品
の内壁３４を越えて突出していたり、あるいはその両方
が認められる場合には、所望の締め代が得られるように
テーパ付きプラグ部材４２を切削することができる。実
際には、テーパ付きプラグ部材４２の外端５０が製品の
外壁３４から比較的少ない量だけ突出している。なお、
挿入に際してテーパ付きプラグ部材４２の外端５０に力
を加えたため、挿入後に局部的なくぼみが生じることは
ない。
【００３６】ホウ素化表面処理、市販又は専売ろう合金
の薄いスパッタ層、ニッケル層、望ましくない冶金的反
応を引起こさない軟質材料（たとえば、アルミニウム、
コバルト又は白金）の層、及びそれらの組合せのうちの
少なくとも１者から成る結合剤を、開口の側壁内面２６
とテーパ付きプラグ部材のプラグ表面５４との間に付加
することができる。なお、かかる結合剤は開口２２内に
テーパ付きプラグ部材４２を挿入する前又は挿入した後
に付加することができる。たとえば、開口２２内にテー
パ付きプラグ部材４２を挿入するのに先立ち、テーパ付
きプラグ部材のプラグ表面５４を結合剤で被覆すること
ができる。テーパ付きプラグ部材４２を挿入した後、製
品１０を加熱すれば、テーパ付きプラグ部材のプラグ表
面５４は開口の側壁内面２６に接合される。
【００３７】本発明の別の実施の態様に従えば、製品１
０の外壁３４、開口の側壁内面２６、及びテーパ付きプ
ラグ部材のプラグ表面５４の間の空隙内に結合剤（たと
えば、ろう材）を付加することができる。次いで、かか
る集合体の全体が加熱される。ろう材は、毛管作用によ
ってそれらの間の空隙内に移行する。
【００３８】更に別の実施の態様に従えば、製品が方向
性を持って整列したミクロ組織（単結晶超合金及び方向
性凝固超合金のミクロ組織を含む）を有する場合、同様
な方向性材料からテーパ付きプラグ部材４２を形成する
ことができる。このような整合した材料を使用すれば、
プラグ補修方法において生み出される結晶粒界の長さが
最小限に抑えられる。
【００３９】図７〜１０に示される方法について述べれ
ば、この方法は方向性凝固ミクロ組織を有する鋳造製品
の補修のために有用である。この方法に従えば、１対の
互いに交わる貫通穴２３及び２５から成る曲線形の開口
２２が設けられる。各々の穴は相異なる主直径を有して
いる。貫通穴２３及び２５は傾斜した（テーパ付きの）
側壁８３及び８５をそれぞれ有する結果、貫通穴２３及
び２５のそれぞれは円錐台形の形状を有し、それによっ
て上記のごとき利点が得られる。
【００４０】対応するプラグ部材７３が形成される（図
８）。プラグ部材７３は２個の半割り部材６７及び６９
から成っていて、それらの各々は傾斜した側壁９３及び
９５を有している。側壁９３及び９５の各々は側壁８３
及び８５のテーパと実質的に等しいテーパを有する結
果、プラグ部材７３を開口２２内に相互支持状態で配置
することができる。２個の半割り部材６７及び６９は相
異なる主直径Ｄ1 及びＤ 2 をそれぞれ有し、それによっ
て整列嵌合手段を提供する。プラグ部材７３はただ１つ
の方位においてのみ開口２２内に挿入することができ
る。すなわち、プラグ部材７３は矢印Ｂ−Ｂ（図９）に
よって示されるような方向性ミクロ組織を有すると共
に、その方向性ミクロ組織が（図７中の矢印Ｂ−Ｂによ
って示される）翼１０の方向性ミクロ組織と緊密に整列
することになる。
【００４１】開口２２（図７）内にプラグ部材７３を挿
入するのに先立ち、プラグ部材７３のテーパ付き側壁９
３及び９５を結合剤で被覆することができる。あるいは
また、開口２２内にプラグ部材７３を挿入した後、開口
２２の外周に沿ってたとえばろう合金を付加することも
できる。加熱に際し、かかるろう合金は毛管作用によっ
てプラグ部材と開口との界面に流入する。その後、プラ
グ部材７３の挿入された翼１０を加熱することにより、
傾斜した側壁９３及び９５が傾斜した側壁８３及び８５
に接合される。本発明の方法の好適な実施の態様に従え
ば、先ず最初にプラグ部材７３の傾斜した側壁９３及び
９５及び／又は開口２２の傾斜した側壁８３及び８５が
結合剤で被覆される。その後、プラグ部材７３が開口２
２内に挿入され、そしてプラグ部材７３の外面１０１
（図１０参照）に力を加えることにより、プラグ部材４
８が開口２２内に強制的に挿入される。その結果、プラ
グ部材７３の半割り部材６７及び６９と開口２２を構成
する貫通穴２３及び２５との間には、「ｉ」によって表
わされる締まり嵌めが達成される（図１０参照）。かか
る締まり嵌めの程度は、前述のごとくにして予め決定す
ることができる。なお、接合工程前、接合工程後又は接
合工程中において、応力除去のために熱処理を施すこと
ができる。
【００４２】
【実施例】約０．０８±約０．０２インチの肉厚を有す
るタービン翼１０の外壁３４において、側壁２６及び
１．２°の挟角３０を有する直径０．１５インチの開口
２２が設けられる（図４参照）。（図５中の挟角６２が
１．２°である）同様に傾斜した側壁５４を有するプラ
グ部材５０が形成され、そして市販のろう合金で均一に
被覆される。開口２２の側壁２６（図４参照）により支
持されるようにして、プラグ部材４２が開口２２内に配
置される。その後、約０．５０インチの並進距離だけプ
ラグ部材４２を開口２２内に押し込むことにより、約
０．００１２インチ（すなわち、約０．０５０インチ×
ｔａｎ１．２°）の締め代が得られる。浅いテーパのた
め、かかる締め代は自己結合性をもたらす。その後、プ
ラグ部材４２を加熱することにより、それの側壁５４は
開口の側壁２６にろう付けされる。
【００４３】以上、様々な実施の態様に関連して本発明
を説明したが、本明細書に基づけば、本発明の範囲内に
おいて当業者が上記の実施の態様に対し様々な構成要素
の組合せ、変更又は改善を加え得ることは明らかであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】外壁に欠陥を有する鋳造製品（すなわち、超合
金組成物から成る中空タービン翼）の斜視図である。
【図２】図１に示された中空タービン翼の線Ａ−Ａに関
する拡大断面図である。
【図３】ドリルを用いて欠陥を除去することによって傾
斜した側壁を有する開口を設けた後における図１の中空
タービン翼の斜視図である。
【図４】図３に示された開口の拡大断面図である。
【図５】開口内に挿入した場合に開口の同様に傾斜した
側壁に接触し得る傾斜した側壁を有する補修用プラグ部
材の拡大側面図である。
【図６】設けられた開口内に挿入されたプラグ部材の拡
大断面図である。
【図７】Ｂ−Ｂ方向に沿って方向性凝固させたミクロ組
織を有する超合金組成物から成る中空の鋳造タービン翼
の斜視図であって、翼の外部に曲線形の開口を設けるこ
とによって翼の外部の欠陥が除去されたところを示して
いる。
【図８】Ｂ−Ｂ方向に沿って方向性凝固させたミクロ組
織を有しかつ傾斜した側壁を有する曲線形のテーパ付き
プラグ部材の斜視図であって、それのミクロ組織は図７
に示された翼の方向性凝固ミクロ組織と整列し得るもの
である。
【図９】図７に示された翼の曲線形開口内に挿入された
図８の曲線形テーパ付きプラグ部材の拡大断面図であ
る。
【図１０】図７に示された翼の曲線形開口内に挿入され
て締まり嵌めされた図８の曲線形テーパ付きプラグ部材
の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 翼 １４ 成長軸 １６ 肉厚の減少した領域 １８ 穴 ２２ 開口 ２３ 貫通穴 ２５ 貫通穴 ２６ 側壁内面 ３４ 外壁 ３８ 内壁 ４２ プラグ部材 ４６ 内端 ５０ 外端 ５４ プラグ表面 ６７ 半割り部材 ６９ 半割り部材 ７３ プラグ部材 ８３ 傾斜した側壁 ８５ 傾斜した側壁 ９３ 傾斜した側壁 ９５ 傾斜した側壁 １０１ 外面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｄ 5/18 Ｆ０１Ｄ 5/18 5/28 5/28 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｄ

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 欠陥領域を有する鋳造製品を補修するた
    めの方法において、(a) 傾斜した側壁を有する開口を前
    記製品の前記欠陥領域に設ける工程と、(b)前記開口内
    に配置した場合に前記開口の傾斜した側壁に対して実質
    的に接触し得る傾斜した側壁を有する外周を備えたプラ
    グ部材を前記開口内に配置する工程と、(c) 前記プラグ
    部材の側壁及び前記開口の側壁の少なくとも一方に結合
    剤を付加する工程と、(d) 前記製品を加熱することによ
    り、加熱された前記結合剤の作用で前記プラグ部材の傾
    斜した側壁を前記開口の傾斜した側壁に接合する工程と
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記プラグ部材の傾斜した側壁及び前記
    開口の傾斜した側壁のそれぞれがテーパを有する場合に
    おいて、前記開口内に前記プラグ部材を挿入した際に前
    記プラグ部材に力を加えることにより、前記プラグ部材
    を前記開口内に押し込んで締まり嵌めの状態を生み出す
    工程を更に含む請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 欠陥領域を有する鋳造製品を補修するた
    めの方法において、(a) テーパ付きの側壁内面を有する
    と共に大径端が前記製品の外側に配置されるようにし
    て、前記製品の前記欠陥領域に開口を設ける工程と、
    (b) 内端、より大径の外端、及び前記内端と前記外端と
    の間のプラグ表面を有すると共に、テーパを有する結果
    として前記開口内に配置した場合に前記プラグ表面が前
    記開口のテーパ付き側壁内面の一部分に相互支持状態で
    接触するようなテーパ付きプラグ部材を形成する工程
    と、(c) 前記開口内に前記テーパ付きプラグ部材を配置
    して前記プラグ表面を前記開口のテーパ付き側壁内面に
    接触させる工程と、(d) 前記プラグ表面と前記開口の側
    壁内面との間に結合剤を付加する工程と、(e) 前記製品
    を加熱することにより、前記結合剤の作用で前記プラグ
    表面を前記開口の側壁内面に接合する工程とを含むこと
    を特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 前記開口内に前記テーパ付きプラグ部材
    を挿入した際に前記プラグ部材に力を加えることによ
    り、前記テーパ付きプラグ部材と前記開口内との間に締
    まり嵌めの状態を生み出す工程を更に含む請求項３記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 前記プラグ部材を前記開口内に挿入する
    前に、前記結合剤が前記開口のテーパ付き側壁内面に付
    加される請求項３記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記プラグ部材を前記開口内に挿入する
    前に、前記結合剤が前記プラグ表面に付加される請求項
    ３記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記プラグ部材を前記開口内に挿入した
    後に、前記結合剤が前記開口のテーパ付き側壁内面と前
    記プラグ表面との間に付加される請求項３記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記プラグ部材を前記開口内に挿入した
    後に、前記プラグ部材の外端から材料を除去する工程を
    更に含む結果、前記プラグ部材の外端が前記製品の外壁
    とほぼ同じ高さに位置する請求項３記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記製品が壁体を含み、前記壁体が肉厚
    を有し、かつ前記欠陥領域が肉厚の減少した領域から成
    る請求項３記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記鋳造製品及び前記プラグ部材のそ
    れぞれが方向性ミクロ組織及び成長軸を有し、かつ前記
    プラグ部材の成長軸が前記鋳造製品の成長軸と整列する
    ようにして前記プラグ部材を前記開口内に収容すること
    ができる請求項３記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記プラグ部材及び前記開口のそれぞ
    れが、前記プラグ部材の成長軸と前記製品の成長軸とが
    整列した時に前記プラグ部材を前記開口内に嵌合状態で
    挿入することを可能にする整列嵌合手段を有する場合に
    おいて、前記プラグ部材を前記開口内に挿入する前記工
    程が、前記プラグ部材の整列嵌合手段を前記開口の対応
    する整列嵌合手段と整列させ、次いで前記プラグ部材を
    前記開口内に挿入することから成る請求項１０記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】 超合金組成物から成りかつ方向性ミク
    ロ組織及び成長軸を有する鋳造製品中に設けられた開口
    を充填するためのプラグ部材であって、前記プラグ部材
    は前記鋳造製品の超合金組成物と実質的に同じ超合金組
    成物から成り、前記プラグ部材は方向性ミクロ組織を有
    すると共に前記プラグ部材の外周に沿って広がるテーパ
    付き側壁表面を有し、かつ前記テーパ付き側壁表面は前
    記プラグ部材を開口内に配置した際に前記プラグ部材が
    締まり嵌めの状態で前記開口内に保持されるようなテー
    パを有することを特徴とするプラグ部材。
  13. 【請求項１３】 前記プラグ部材が整列した時に前記プ
    ラグ部材を前記開口内に嵌合状態で挿入することを可能
    にする整列嵌合手段を更に含む請求項１２記載のプラグ
    部材。
  14. 【請求項１４】 前記テーパ付き側壁表面に付加された
    結合剤を更に含む請求項１２記載のプラグ部材。
  15. 【請求項１５】 前記結合剤がろう合金から成る請求項
    １４記載のプラグ部材。
  16. 【請求項１６】 請求項１記載の方法によって補修され
    た翼。
  17. 【請求項１７】 請求項３記載の方法によって補修され
    た翼。
  18. 【請求項１８】 請求項１２記載のプラグ部材を含み、
    かつ請求項１記載の方法によって補修された翼。
  19. 【請求項１９】 請求項１２記載のプラグ部材を含み、
    かつ請求項３記載の方法によって補修された翼。
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