JP2002144079A

JP2002144079A - 耐熱部材の補修方法及びガスタービンの補修方法

Info

Publication number: JP2002144079A
Application number: JP2000344246A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukumaki; 孝服巻; Hideyuki Arikawa; 秀行有川; Kenji Watanabe; 謙二渡辺; Yoshikazu Moritomo; 嘉一森友
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2002-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は，割れ個所の補修の際、ろう材
の濡れ広がりを均一にすることにより割れ補修部のボイ
ドを顕著に少なくした耐熱部材の補修方法及びガスター
ビンの補修方法を提供するにある。【解決手段】本発明は、耐熱部材の割れ個所をろう材に
よって補修を行う補修方法において，前記耐熱部材の割
れ個所に前記ろう材を載置し、前記ろう材の溶点よりも
２００℃以下低い固相温度で加熱保持後、前記ろう材の
溶融温度，又は前記ろう材の液相温度より３０℃以下の
高い温度で加熱溶融し、次いで前記加熱溶融する温度よ
り５０〜１００℃高い温度で加熱保持する拡散加熱する
ことを特徴とし、ガスタービンの動翼及び静翼の補修に
用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な耐熱部材の
補修方法に関し,特にガスタービン動翼，静翼の耐熱部
材の割れ欠陥部を補修するガスタービンの補修方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ガスタービンは効率上，かなり高
い温度領域で運転されるため，動翼及び静翼には高い引
張り応力，曲げ応力が繰り返し付加される。即ち,高サ
イクル熱疲労により割れが発生する。従って，ある一定
期間運転後，これらの翼は新品と交換する必要がある。
しかし，交換にはかなりの費用が必要であり,補修して
翼を使用することが強く望まれている。補修方法として
は，1)溶接及び2)特開昭56-30073号公報，特開平5-2856
75号公報、特開２０００―６１６５３号公報等に示され
るろう付がある。

【０００３】1)の場合，動翼及び静翼には，夫々Ni基，
Co基合金が通常使われているが，これらはTi，Al，W等
の元素が添加されているため，溶接割れが発生し易く、
また熱影響部が大きい。即ち大きな残留応力により，翼
が大幅に変形し易いという欠点がある。更に，溶融によ
り接合部周辺の組織が破壊され，十分な疲労強度が得ら
れないという欠点もある。

【０００４】一方，２）のろう付補修では，大幅な変
形,割れ，組織の破壊の程度は溶接に比べかなり少ない
ものの，ろう付部にボイドが発生したり，融点を降下さ
せるために添加したBが例えばクロムボライド等の金属
間化合物が晶出相を形成し，強度が低下するという欠点
がある。そのため，溶接，ろう付ともに翼の補修におけ
る極めて長い拡散処理が必要であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は，割れ
個所の補修の際、ろう材の濡れ広がりを均一にすること
により補修部のボイドを少なくすると共に、拡散時間を
短縮できる耐熱部材の補修方法及びガスタービンの補修
方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決しようとするための手段】本発明は、一定
期間の運転により，割れの生じたガスタービンにおける
動翼，静翼等の耐熱部材を拡散ろう付によりほぼもとの
状態に修復する際に、ろう材の濡れ広がりを均一にする
加熱処理を施すこと、又ろう材の濡れ性を酸洗処理と高
温での還元処理により一段と向上させることにより,ボ
イドを顕著に少なくできる耐熱部材の割れ補修方法にあ
る。

【０００７】本発明は、耐熱部材の割れ個所をろう材に
よって補修を行う補修方法において，前記耐熱部材の割
れ個所に前記ろう材を設置し、前記ろう材の溶融温度よ
り若干低い固相温度で加熱保持後、前記ろう材の溶融温
度，又は前記ろう材の液相温度より若干高い温度で加熱
溶融し、次いで前記加熱溶融する温度より若干高い温度
で加熱保持する拡散加熱することを特徴とする。

【０００８】又、本発明は、耐熱部材の割れ個所をろう
材によって補修を行う補修方法において，前記耐熱部材
の割れ個所に前記ろう材を載置し、前記ろう材の溶点よ
りも２００℃以下低い固相温度で加熱保持後、前記ろう
材の溶融温度，又は前記ろう材の液相温度より３０℃以
下の高い温度で加熱溶融し、次いで前記加熱溶融する温
度より５０〜１００℃高い温度で加熱保持する拡散加熱
することを特徴とする。

【０００９】更に、本発明は、耐熱部材の割れ個所をろ
う材によって補修を行う補修方法において，前記割れ個
所の酸洗処理を行った後、ＨＦを含む非酸化性ガス中、
好ましくはＨＦとＨ₂とを含むガス中で、好ましくは９
００〜１１００℃で加熱する還元処理を行い、酸化膜を
除去し、次いで前記割れ個所を前記ろう材によって埋
め、拡散加熱することを特徴とする。

【００１０】更に、本発明は、耐熱部材の割れ個所をろ
う材によって補修を行う補修方法において，前記ろう材
はＣｒと、B及びＳｉの1種以上０．１〜３．５重量％と
を含むＮｉ基合金粉末と、前記耐熱部材の粉末又は前記
耐熱部材の融点と同等以上の高い高融点合金粉末とを有
し、前記耐熱部材の粉末及び高融点合金粉末は前記割れ
個所の幅より小さい粒径を有することを特徴とする。
又、ろう材は粉末を有機溶剤を用いて半固体のペースト
状にして割れ個所に載せることによって簡便に設置する
ことができる。

【００１１】耐熱部材はその主要成分がNi又はＣｏより
なるＮｉ基又はＣｏ基合金で，前者に対する割れ個所に
充填するろう材は, mass%（重量％）で、Ｃｒ14.5〜14.
7％，Ｂ1.75〜2.45％，Ｃｏ2.85〜4.75％，Ｗ1.14〜1.9
％，Ｍｏ0.45〜0.75％，Ｔｉ1.47〜 2.45％，Ａｌ0.9〜
1.5％及びＴａ0.84〜1.4％を含むＮｉ基合金、又は残部
はＮｉが好ましい。

【００１２】又、耐熱部材はNi基又はＣｏ基合金からな
り、前者に対するろう材は mass%で、Ｃｒ17.2〜18.65
％，Ｂ1.75〜2.45％，Ｃｏ5.77〜9.62％，Ｗ0.6〜1.0
％，Ｍｏ0.02〜0.1％，Ｔｉ1.1〜1.84％，Ａｌ0.6〜1.0
％，Ｎｂ0.3〜0.5％及びＴａ0.42〜0.7％を含むＮｉ基
合金，又は残部はＮｉが好ましい。

【００１３】割れ個所の補修部は拡散ろう付後ボロン
（B）化合物がmass%で2％以下で，その他は主に耐熱部
材（母材と呼ぶ）の成分からなっていることが好まし
い。

【００１４】耐熱部材割れ個所の補修を拡散ろう付で行
う補修部において，拡散ろう付後の割れ個所の補修部
は，硬さが母材の硬さとほぼ同等な値になっていること
が好ましい。拡散ろう付補修部の断面積に対するボイド
率が１．５％以下であることが好ましい。

【作用】本発明における割れ個所を補修する充填材は，
ろう材だけの場合と，ろう材と母材を混合した粉末の場
合が考えられる。両者の充填材においてもろう材の溶融
範囲，もしくはろう材の液相温度よりやや高い温度（液
相温度＋３０℃以内）に保持することを中心に，その前
にろう材の融点より１５０〜３００℃、好ましくは２０
０〜２５０℃低い温度で保持すること，その後にろう材
の融点より５０〜１００℃高い温度で拡散ろう付するこ
とにより，母材とろう材との界面に発生するボイドが著
しく低減することを見出した。当然ながら割れ個所の清
浄度が重要であることは言うまでもない。そのために割
れ個所補修部の酸化物除去処理が重要であり，一般的に
ＨＦ並びにＨ₂洗浄等が行われている。しかし，ろう付
における欠陥，即ち,その代表例であるボイドを少なく
するためにも前述したように割れ個所の清浄度が重要で
ある。そこでＨＦ並びにＨ₂洗浄等の前に酸洗処理工程
を入れ，予め酸化スケールを除去する必要が生じた。こ
のようにＨＦ洗浄の前に酸洗処理工程を新しく加えるこ
とにより酸化物の除去が十分に行われることが分かっ
た。特に、ろう材と母材を混合した粉末の場合には、低
融点のろう材が、母材の粉末に速やかに拡散するため拡
散時間が極めて短時間で出来るものである。

【００１５】これらの前処理を行った耐熱材の割れ個所
をまずろう材の融点より約２００℃低い温度で保持する
こと。この温度は母材並びに割れ個所に充填するろう材
等の温度を均一に維持するためであり，所謂各材料の温
度差をなくすことを目的としている。次に本発明の重要
な一つである，ろう材の融点範囲又は,やや高い温度
（液相温度＋３０℃以内）に保持することを行う。この
工程は，ろう材成分の溶融が開始され耐熱材の母材に濡
れ現象が始まる。ろう材が母材をぬらすと，ろう材と母
材との間で反応が起こる。このろう材と母材の反応は継
手と母材の物理的，機械的性質に影響を及ぼす。この反
応の程度に影響する因子は，(1) 温度，(2) 時間，(3)
接合部の形状，(4) 母材,及びろう材の組成である。こ
の場合の濡れは母材の割れ個所を毛細管で進入していく
現象を適用する。毛細管はろう材の流動が早いのが特徴
である。母材とろう材の界面に生じるボイドはろう材の
流動性に影響を及ぼす。すなわち，流動性が早いとボイ
ドが発生し易く,遅いとボイドは発生し難い。それ故流
動性を遅くして，ボイドを少なくすることが重要な課題
である。そのためにろう材の温度を溶融温度範囲内に保
持して，ろう材の活性温度を必要最小限に押さえること
を考えた。そしてこの思想がボイドを著しく少なくする
ことを実験で確認した。

【００１６】次に拡散ろう付の目標である拡散工程に入
る。前の濡れ工程でボイドを最小限にしていれば拡散ろ
う付工程において，ボイドの発生は起こらない。発生す
るとすればろう材の中でのボイドは幾分発生することが
考えられる。この工程では母材とろう材の相互反応を進
行させることが大きな目的である。ここでは液相拡散ろ
う付の思想を考慮しており，ろう相をいかに母材の成分
に近づけるかが補修個所の性能を左右する。ろう材の融
点より５０℃から１００℃高い温度で拡散ろう付する。
この温度の設定は，ろう材と母材の融点が可成接近して
いることから，あくまでも母材の融点より低い値にな
る。即ち，拡散温度は高い方が拡散が早く進行するので
出来る事なら高い方が好ましい。しかし，余り高くする
と母材の熱処理効果等が低下することから十分に考慮し
て決定する必要がある。この工程によりろう材中のＢ組
成が母材の方に拡散していき，本発明のボロン化合物が
約2%以下にになるまでこの工程を保持する事になる。

【００１７】拡散反応が十分に行われた後は,アルゴン
等の不活性ガスを導入し，大気圧に戻す操作を行い,全
体の結晶組織の成長を防ぐ。耐熱部材のＮｉ基合金とし
て、Ｃｒ１５〜２３％、Ｃｏ１０〜２０％、Ｗ１．５〜
５％、Ｍｏ２％以下、Ｔｉ２〜５％、Ａｌ１〜４％、Ｔ
ａ１から３％、Ｎｂ１％以下、Ｂ０．０２％以下、Ｃ
０．０６〜０．２％を含むＮｉ基合金、又、Ｃｏ基合金
として、Ｃｒ２５〜３２％、Ｗ５から１０％、Ｆｅ２％
以下、Ｂ０．００５〜０．０２５％、Ｃ０．２〜０．３
％を含むＣｏ基合金が好ましい。これらの合金に対し
て、前述のろう材を用いることが出来る。

【００１８】ろう材の成分は,ろう材と母材の混合材の
数値を示しており，即ち，両者の成分が溶け合ってこの
ような成分を示すのである。この数値はまた，溶融の初
期の状態を表しており,上述したように拡散温度が高く
なる,並びに拡散時間が長くなるに従って,割れ個所の成
分は変化してくる。成分の変化が著しいのは拡散速度の
速いＢ化合物であり，最終的には,Ｂ化合物が約2%以下
になるように拡散ろう付条件を決定することになる。そ
の他の元素は余り大きな変化を示さない。前記の成分が
好ましいと言えるのは，基本的には母材成分と，ろう材
成分の相性的関係があり，種々実験した結果,上記のよ
うな成分に到達した訳である。つまり，母材とほぼ同等
な特性を得るためには,充填材の成分と拡散ろう付条件
等が調和されなければならない。そして，Ｂ化合物を2%
以下に拡散させるのは，ボライドの生成は割れ個所の特
性を著しく低下させることが知られており，特性に影響
を及ぼさないＢ化合物の数値である。

【００１９】このＢ化合物の生成は，割れ個所の硬さを
著しく硬くすることになり，割れの要因ともなる。Ｂ添
加の特徴は，ろう材等の融点を低下させる，拡散速度が
速い等を有し，重要な元素である。しかし，述べている
ように他の元素とＢ化合物を生成し易く，生成物は解離
が割と困難になる。故に本発明の操作が必要となるので
ある。ボライドの消失こそが割れ個所の特性を向上させ
る大きな目安になり，その評価の一つが硬さの測定でも
ある。ボライドの硬さはHvで約600〜800程を示す。Ni基
の耐熱材料の硬さは，約380〜450である。それ故割れ個
所の硬さを400以下にすることが性能を知る上で重要で
ある。

【００２０】対象としている耐熱部材割れ個所は,割れ
幅約0.5mm以下，割れ長さは約10mm〜20mm程度であり，
そのためにろう材と母材の混合材料の粉末粒径は，特に
母材の粉末粒径は割れ幅約0.5mm以下の粒径でなければ
ならない。実際は種々の割れ幅が存在するため，もっと
小さめの粒径を用いることになる。割れの幅より小さい
粒径の粉末を用いるのは,割れ個所に粉末をろう材と一
緒に割れ個所に流入させるためである。ろう材の粒径は
余り問題にする必要はない。以上のようなろう材及びろ
う材＋母材混合充填材を割れ個所に充填して，拡散ろう
付を行うことにより，拡散ろう付補修部の断面積に対す
るボイドは，1．5%以下と少なくなることを確認した。
ボイドの存在は割れ個所の特性を著しく左右することに
なるので重要な因子になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明のタービン用
耐熱合金の割れ個所の補修拡散ろう付プロセスを図１に
示す。まず，目視，Ｘ線透過法等により，割れの形状及
び深さ等を調べ，Ｎｉ基ろう材又はＮｉ基ろう材＋母材
の混合ろう材の量を把握する。割れ表面の酸化物にはい
わゆる酸化スケールが固着しており，それはＨＣｌ水溶
液に浸漬して除去する。Ｎｉ基耐熱合金の場合,Ｔｉ，
Ａlを含有しているため，水素では酸化物は還元出来な
い。従って，ＨＦガスによる酸化物の除去が必要であ
る。次に割れが小さい場合はＮｉ基ろう材で，又,割れ
が大きい場合は，Ｎｉ基ろう材＋母材の混合ろう材を割
れの表面に設置する。そして，Ｎｉ基ろう材，又は,Ｎ
ｉ基ろう材＋母材の混合ろう材の融点範囲もしくは融点
範囲より僅か高い温度に保持する。この温度ではろう材
の液相は粘性が高く，割れの中をゆっくり濡れていく。
ゆっくり濡れることは割れの中に存在するガスを押しや
る効果があり，ボイドの発生を防ぐことが可能となる。
この保持の前にＮｉ基ろう材＋母材の混合ろう材の融点
より約２００℃低い温度で全体の均熱化を図る。そして
次にＮｉ基ろう材＋母材の混合ろう材の融点より約５０
℃〜１００℃高い温度で拡散処理を行い，十分に時間を
掛けて母材との拡散反応を促進させる。

【００２２】真空中において拡散処理を施すと，ろう層
の中に晶出したボライド相は，母材の方に拡散が進行し
てボライド及びＢ量がろう層の中から徐々に減少して行
く。最後にボイド検査を行い，補修を完了する。

【００２３】図２（Ａ）は耐熱部材（母材）割れ部の拡
散ろう付の過程を示す。(a)は割れ部にろう材を設置し
た状態を示す。Ni基合金からなる耐熱部材2-1に割れ2-2
が存在する。割れ2-2の上部に混合ろう材2-3を設置す
る。混合ろう材2-3はNi基ろう材2-4と耐熱部材粉末2-5
からなっている。この状態で図1ののプロセスを行う
と(b)のようになる。即ち,割れ2-2の中に混合ろう材2-3
が濡れながら充填される。この状態ではまだ拡散は少な
い。次に図1のプロセスに入ると混合ろう材2-3と耐熱
部材2-1の相互拡散が進行し,十分に拡散処理を行うこと
により，(c)状態が形成される。(c)状態は初期の混合ろ
う材の組織でなくなり，耐熱部材2-1とほぼ同等な組織2
-6を呈することを示している。初期の混合ろう材の充填
個所に僅かなボイド2-7が見られる。ボイド2-7は割れの
中のガス,混合ろう材の酸化膜及びペーストのためのバ
インダーから出るガス等が原因で発生する。Ni基合金か
らなる耐熱部材の補修であり，母材に近い特性が求めら
れることから，ボイドは極力少なくすることが大事であ
る。

【００２４】図２（Ｂ）はボイドを更に少なくする手法
である補修方法を示す。母材及び割れは図2と同様であ
る。混合ろう材2-3を割れの片方に設置する。図１の
プロセスを行うと(b)のようになる。混合ろう材2-3は，
割れ2-2の片方から他方の割れに濡れながら充填され
る。即ち,割れの中のガスや不純物等を押し出しながら
混合ろう材は充填されていく。後は同様に図1のプロ
セスを行い,混合ろう材2-3とNi基合金2-1の相互拡散を
進行させ,十分に拡散処理を行うことにより，(c)状態の
母材とほぼ同等な組織2-6が形成される。この混合ろう
材の設置方法により，ボイド2.7の発生が更に少なくな
ることを確認した。

【００２５】図３は，拡散ろう付温度と拡散処理温度な
どの本発明拡散ろう付プロセスを示す。ここで3-2の温
度及び保持が重要であり,図1のに相当する。つまり，
真空中においてNi基ろう又は混合ろう材の融点範囲の温
度に保持を行う。このことは，耐熱部材の母材にろうを
良好にぬらすための温度と保持を意味する。均熱処理3-
1は3-2の本工程を達成するための補助的役割を果たすも
ので， 3-2より約200℃低い温度で保持する。即ち,母材
及びろう材の温度の不均一をここで修正し,均一温度に
する。良好にろう材が母材に濡れた後,拡散処理3-3に入
る。ここで，ろう材と母材間の相互拡散を十分に進行さ
せ,最終的に母材組織とほぼ同様な組織を呈する迄を目
標とする。その後，約100℃／分で冷却過程3-4に入り拡
散ろう付による補修が完了となる。この補修格差ろう付
プロセスにより，補修個所のボイドは著しく減少し,1.5
%以下に抑えることが可能となる。本発明の拡散ろう付
プロセスにおいては，ろう付及び拡散処理を一貫工程で
行うことが出来る。

【００２６】図4は,従来の拡散ろう付プロセスを示す。
ある所定の温度4-1に保持を行い,母材とろう材の温度の
不均一をここで修正し,均一温度にする。そしてろう付
並びに拡散ろう付4-2のために加熱を行い,同じ温度でろ
う付と拡散ろう付を行う。一見工程が単純で，低コスト
につながるとも考えられるが,このプロセスによると，
ろう材の母材に対する濡れが性急のため濡れ不良並びに
ボイドが多く発生し,機械的及び耐熱性等が不十分にな
る場合が多かった。

【００２７】図５は,拡散ろう付における拡散時間とビ
ッカース硬さ（Ｈｖ）との関係を示す線図である。この
硬さは，ろう層の中を測定した値を示しており,初期に
おいては，硬さが７１０と非常に高い。このことは，Ｂ
入りのＮｉ基ろう材のためＮｉ₃Ｂ，Ｎｉ₂Ｂ等のいわゆ
るボライドの生成による。このボライドは，金属間化合
物であり，硬さは約600〜800もある。この硬さは拡散処
理の時間の経過と共に硬さは低下し、約８時間でほぼ母
材の硬さになる。この現象は,図6のボライドの生成面積
と相関があり，ろう層のボライドの特にＢ元素が母材の
中に拡散していくためである。そのことにより，ろう層
のボライド面積が少なくなり硬さが低下するのである。
Ｎｉ基の母材の硬さは,約400であり，本発明の硬さの目
安は母材の値とほぼ同等値になる拡散時間を選択する事
である。

【００２８】図6は前述したようにろう層のボライド相
の面積率と拡散時間との関係を示す線図である。ろう付
け直後のその面積率は１６％であるが、約８時間で２％
以下に拡散時間共に減少する様子を示している。金属間
化合物の代表的例として，ボライド層面積を取り上げ
た。今迄の実験結果から,ろう層の硬さが母材と同等に
なるボライド面積は,全体の約２％程度である事が分か
った。

【００２９】図7は,拡散時間とσ_B（引張強度）の関係
を示すグラフである。引張試験片は，Ｎｉ基合金からな
る耐熱部材の割れ幅0.15mm，深さ4mmに関し,拡散ろう付
を行った。ろう材と母材の混合材として最初の混合成分
は,mass%で、Ｃｒ14.5〜14.7％，Ｂ1.75〜2.45％，Ｃｏ
2.85〜4.75％，Ｗ1.14〜1.9％，Ｍｏ0.45〜0.75％，Ｔ
ｉ1.47〜2.45％，ＡＬ0.9〜1.5％，Ｔａ0.84〜1.4％，
その他の元素からなるものを適用した。この成分は,ろ
う材と母材の混合材の数値を示しており，即ち，両者の
成分が溶け合ってこのような成分を示すのである。この
数値はまた，溶融の初期の状態を表しており,上述した
ように拡散温度が高くなる,並びに拡散時間長くなるに
従って,割れ個所の成分は変化してくる。成分の変化が
著しいのは拡散速度の速いＢであり，最終的には,Ｂが
約2 %以下になる拡散ろう付条件を決定することにし
た。

【００３０】今回の拡散時間は, 2h,4h,6h，8h及び10h
について行いその後,耐熱部材の通常の後熱処理を行っ
た。それらの処理は,10^-2〜10^-3Ｐａの真空雰囲気で行
った。その結果，図７に示すように拡散時間の影響が大
きく，拡散時間を長くするに従って引張強度は母材強度
の１１００〜１１７０ＭＰａに近づいていく。この結果
では,拡散時間６ｈ以上で母材の９０％以上のσ_Bとほぼ
同程度の値を示す。ほぼ同程度と言うのは母材強度の約
９０％以上を意味している。

【００３１】また，従来の補修拡散ろう付条件即ち,図
１における及び等の処理が行われないプロセス，並
びにろう材＋母材の混合ろう材で，本発明と同様なＮｉ
基合金からなる耐熱部材の割れ幅0.15mm，深さ4mmに関
し,拡散ろう付を行った。その結果,12hと長い拡散時間
を掛けたが母材の引張り強度より低く，本発明と比較し
ても劣ることが分かる。（実施例２）図８はガスタービン動翼の補修する個所を
示す正面図である。ガスタービン動翼は,8-1のプロファ
イル部と8-2のシャンク部等から出来ており，8-3の割れ
はプロファイル部の先端近傍に発生している。割れ8-3は
割れ幅が0.09ｍｍから0.18ｍｍの範囲で，割れ長さは3m
mから11mmの範囲のもの，又,割れ深さは２ｍｍから3.2m
mに達しているものであった。この割れの個所を本発明
である酸洗処理を行った。35%のHCl水溶液,約70℃に約6
h浸漬して，Al,Ti等の酸化物を除いた他の酸化物を予め
除去した。その後,ＨＦ洗浄工程を約1000℃の中で行い,
Ｎｉ基合金からなる耐熱部材の酸化膜，特にAl,Ti等の
酸化物を除去した。

【００３２】表１は、ろう材及びガスタービン用動翼に
用いられるＮｉ基合金及び静翼に用いられるＣｏ基合金
からなる耐熱部材である母材の具体的な組成（重量％）
を示す。本実施例では、表１に示すろう材の粉末５０〜
７０％と耐熱部材の粉末５０〜３０％とを混合したろう
材を用い、その組成は、重量で、Ｃｒ14.5〜14.7％，Ｂ
1.75〜2.45％，Ｃｏ2.85〜4.75％，Ｗ1.14〜1.9％，Ｍ
ｏ0.45〜0.75％，Ｔｉ1.47〜2.45％，Ａｌ0.9〜1.5％，
Ｔａ0.84〜1.4％及び残部Ｎｉからなるものを有機溶剤
によってペースト化して塗布した。この場合の母材及び
母材近似の粉末粒径は割れの中で最も狭い幅より小さい
約60μm以下のものを用いた。

【００３３】

【表１】

【００３４】図８の割れ個所8-3に混合ろう材を塗布し
た動翼は,真空中の電気炉に入れ,まず800℃，30分保持
し,次に1070℃に30分掛けてろう付を行った。その後続
いて1150℃で拡散処理を６ｈに渡って行った。なお，真
空度は, 10^-2〜10^-3Ｐａの範囲であった。その後,Ａｒ
ガスを導入し約100℃／ｈの速度で冷却した。そして，
その後に耐熱材料に必要な熱処理を施し補修を完了し
た。このように割れ個所を本発明の補修方法を適用した
ものを断面顕微鏡組織を観察したところ，割れ個所にろ
う材が充填され，且つ，母材とろう材の区別が出来ない
程母材に近似の顕微鏡組織を呈していた。硬さは母材の
硬さである405〜460の範囲を示し,又,Ｂ化合物の量は約
1%であった。（実施例３）図９はガスタービン静翼の補修する個所を
示す斜視図である。ガスタービン静翼は,9-1のサイドウ
オール部と9-2の翼部等から出来ており，9-3の割れは翼
部の先端近傍と9-1のサイドウオール部近傍に発生して
いる。割れ9-3は割れ幅は0.14ｍｍから2.3ｍｍの範囲
で，割れ長さは6mmから17mmの範囲のもの，又,割れ深さ
は3ｍｍから4.2mmに達しているものであった。この割れ
の個所を本発明である酸洗処理を行った。25%のHCl水溶
液,約70℃に約6h浸漬して，酸化スケールを予め除去し
た。その後,ＨＦ洗浄工程を約1000℃の中で行い,Ｎｉ基
耐熱材の酸化膜を除去した。そして割れ個所にろう材Ｎ
ｏ．３と耐熱部材である母材粉末Ｎｏ．３を実施例２と
同様に混合し、ペースト化して塗布した。この場合の母
材の粉末粒径は割れの中で最も狭い幅より小さい約100
μm以下のものを用いた。

【００３５】図９の割れ個所9-3に混合ろう材を塗布し
た静翼は,真空中の電気炉に入れ,まず850℃，30分保持
し,次に1100℃に30分掛けてろう付を行った。その後続
いて1180℃で拡散処理を６ｈに渡って行った。なお，真
空度は, 10^-2〜10^-3Ｐａの範囲であった。その後,Ａｒ
ガスを導入し約100℃／ｈの速度で冷却した。このよう
に割れ個所を本発明の補修方法を適用したものを断面顕
微鏡組織を観察したところ，割れ個所にろう材が充填さ
れ，且つ，母材とろう材の区別が出来ない程母材に近似
の顕微鏡組織を呈していた。硬さは母材の硬さである37
5〜436の範囲を示し,又,Ｂ化合物の量は約1.2%であっ
た。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば，特に、Ｎｉ基合金耐熱
部材、又はＣｏ基合金耐熱部材において、割れの補修に
対し極めてボイドの少ない補修部が得られることから、
母材の特性に近似した特性を有する顕著な効果が得られ
るものである。従って、補修個所は,組織，硬さ等が母
材とほぼ同様であることから耐熱性並びに耐食性に優
れ、ガスタービンにおいて高い信頼性が得られるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の補修拡散ろう付プロセスを示す図。

【図２】本発明の耐熱材割れ部の拡散ろう付の過程を
示す図。

【図３】本発明の拡散ろう付温度及び拡散処理温度等
と時間の関係を示した拡散ろう付プロセス図。

【図４】従来の拡散ろう付プロセスを示す図。

【図５】本発明の拡散ろう付における拡散時間と硬さ
の関係を示す図。

【図６】本発明の拡散ろう付時間とボライド層面積を
示す図。

【図７】本発明の拡散ろう付時間と引張り強度の関係
を示す図。

【図８】割れ個所を補修したガスタービン用動翼を示
す図。

【図９】割れ個所を補修したガスタービン用静翼の斜
視図。

【符号の説明】

2-1…耐熱部材、2-2…割れ、2-3…混合ろう材、2-4…ろ
う材、2-5…母材粉末、2-6…母材と同等な組織、2-7…
ボイド、3-1…均熱処理、3-2…ろう付、3-3…拡散処
理、3-4…冷却、4-1…均熱処理、4-2…ろう付―拡散処
理、4-3…冷却、8-1…プロフイル、8-2…シャンク、8-3
…割れ、9-1…サイドウオール、9-2…翼、9-3…割れ。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｄ (72)発明者渡辺謙二茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所火力・水力事業部内 (72)発明者森友嘉一茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所火力・水力事業部内Ｆターム(参考） 3G002 EA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱部材の割れ個所をろう材によって補修
を行う補修方法において，前記耐熱部材の割れ個所に前
記ろう材を載置し、前記ろう材の溶融温度より若干低い
固相温度で加熱保持後、前記ろう材の溶融温度，又は前
記ろう材の液相温度より若干高い温度で加熱溶融し、次
いで前記加熱溶融する温度より若干高い温度で加熱保持
する拡散加熱することを特徴とする耐熱部材の補修方
法。
【請求項２】耐熱部材の割れ個所をろう材によって補修
を行う補修方法において，前記耐熱部材の割れ個所に前
記ろう材を載置し、前記ろう材の融点よりも２００℃以
下低い固相温度で加熱保持後、前記ろう材の溶融温度，
又は前記ろう材の液相温度より３０℃以下の高い温度で
加熱溶融し、次いで前記加熱溶融する温度より５０〜１
００℃高い温度で加熱保持する拡散加熱することを特徴
とする耐熱部材の補修方法。
【請求項３】耐熱部材の割れ個所をろう材によって補修
を行う補修方法において，前記割れ個所を酸洗処理を行
った後、ＨＦを含む非酸化性ガス中で加熱処理を行い、
次いで前記割れ個所を前記ろう材によって埋め、拡散加
熱することを特徴とする耐熱部材の補修方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて，前記耐
熱部材はＮｉ基又はＣｏ基合金からなり，前記ろう材は
Ｃｒと、B及びＳｉの1種以上０．１〜３．５重量％とを
含むＮｉ基合金粉末、又は該Ｎｉ基合金粉末と、前記耐
熱部材の粉末又は前記耐熱部材と同等以上の融点を有す
る高融点合金粉末とを有し、前記耐熱部材の粉末及び高
融点合金粉末は前記割れ個所の幅より小さい粒径を有す
ることを特徴とする耐熱部材の補修方法。
【請求項５】耐熱部材の割れ個所をろう材によって補修
を行う補修方法において，前記耐熱部材はＮｉ基又はＣ
ｏ基合金からなり，前記ろう材はＣｒと、B及びＳｉの1
種以上０．１〜３．５重量％とを含むＮｉ基合金粉末
と、前記耐熱部材の粉末又は前記耐熱部材と同等以上の
融点を有する高融点合金粉末とを有し、前記耐熱部材の
粉末及び高融点合金粉末は前記割れ個所の幅より小さい
粒径を有することを特徴とする耐熱部材の補修方法。
【請求項６】請求項1〜５のいずれかにおいて，前記ろ
う材は重量で、Ｃｒ14.5〜14.7％，Ｂ1.75〜2.45％，Ｃ
ｏ2.85〜4.75％，Ｗ1.14〜1.9％，Ｍｏ0.45〜0.75％，
Ｔｉ1.47〜 2.45％，Ａｌ0.9〜1.5％及びＴａ0.84〜1.4
％を含むＮｉ基合金からなることを特徴とする耐熱部材
の補修方法。
【請求項７】請求項1〜５のいずれかにおいて，前記ろ
う材は，重量で、Ｃｒ 17.2〜18.65％，Ｂ1.75〜2.45
％，Ｃｏ5.77〜9.62％，Ｗ0.6〜1.0％，Ｍｏ0.02〜0.1
％，Ｔｉ1.1〜1.84％，Ａｌ0.6〜1.0％，Ｎｂ0.3〜0.5
％及びＴａ42〜0.7Taを含むＮｉ基合金からなることを
特徴とする耐熱部材補修方法。
【請求項８】請求項1〜７のいずれかにおいて、前記耐
熱部材の割れ個所補修部は，前記拡散加熱後の硬さが前
記母材の硬さとほぼ同等であることを特徴とする耐熱部
材の補修方法。
【請求項９】請求項１〜８のいずれにおいて，前記耐熱
部材の割れ個所補修部は、前記拡散加熱後のボイド率が
１．５％以下であることを特徴とする耐熱部材の補修方
法。
【請求項１０】動翼及び静翼を備えたガスタービンの補
修方法において、前記動翼及び静翼の少なくとも一方の
割れ個所を請求項１〜９のいずれかに記載の補修方法に
よって補修することを特徴とするガスタービンの補修方
法。