JP2004003470A

JP2004003470A - 蒸気冷却式高温ガス流路構成部品用のインサートを製造する新規な方法

Info

Publication number: JP2004003470A
Application number: JP2003119168A
Authority: JP
Inventors: Robert H Devine; ロバート・エイチ・ディバイン; James M Placko; ジェームズ・エム・プラッコ; Justin W Downs; ジャスティン・ダブリュー・ダウンズ; Jon C Schaeffer; ジョン・シー・シェーファー; Lance G Peterson; ランス・ジー・ピーターソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-01-08
Also published as: US20030201087A1; DE60300436D1; EP1358958B1; DE60300436T2; EP1358958A1; KR20030084716A

Abstract

【課題】蒸気冷却式高温ガス流路構成部品用のインサートを形成する方法を提供する。
【解決手段】該方法は、インサート（１０）を鋳造する段階と、セラミックコア（１２）がまだ所定の位置にある状態で鋳造インサート（１０）をレーザ穿孔加工する段階とを含む。その後、セラミックコア（１２）は、浸出液を用いることによって除去される。セラミックコア（１２）がまだ所定の位置にある状態で孔（１６）をレーザ穿孔加工（１４）することにより、セラミックコア（１２）は、レーザ穿孔加工（１４）の間の裏当て支持体として働き、このことがインサート（１０）のより高い精度での穿孔加工と加工時間の短縮とをもたらす。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気冷却式高温ガス流路構成部品用のインサートを製造する新規な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インサートは、翼形部の壁面及びリブにインピンジメント冷却を施すために空気及び蒸気冷却式ノズル内に必要とされる。従来技術によるインサートの製造方法は、溶接及びろう付けを含む金属薄板形成加工と、孔の放電加工とを用いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術の方法に関する問題は、厳密な寸法公差と組み合わさった大型の複雑なインサートが、結果として設計仕様に対して極めて低い歩留まりをもつ三次元（３Ｄ）構造体になることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のプロセスは、例えば加圧鋳造法、遠心鋳造法、溶湯鍛造法又は真空鋳造法（減圧鋳造法としても知られている）のような任意のセラミックコア鋳造プロセスを用いて厳しい公差にインサートを鋳造する。ニューハンプシャー州ミルフォードのＨｉｔｃｈｉｎｅｒ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｉｎｃ．により用いられている減圧鋳造法は、鋳造品の薄い部分を充満させて気孔を排除するのを助けるために、真空注入口を備える金型を用いる。鋳造が完了した後に、コア材料は、それに続く穿孔加工の間の裏当て支持体として用いられる。最終的に、コアは、酸浸出により除去されて、鋳造部品は、仕様に合わせて仕上げるために必要であれば機械加工される。
【０００５】
本発明の製造方法の場合には、或る一定の市場の要求及び性能の要求が満たされる。例えば、本発明の方法は、薄肉及び厳密な公差をもつニッケル基超合金の複雑な３Ｄインサートの幾何学的形状を製作するのを容易にする。本発明の方法は更に、改善された加工時間と固定具とによって鋳造インサートの正確かつ精密な穿孔加工を可能にする。
【０００６】
本発明の方法はまた、レーザ穿孔のための裏当て支持体として働くようにインサート鋳造プロセスにおけるセラミックコアを用いることによって、従来技術における問題点を解決する。その後、レーザ孔は、浸出液を使用してコアを迅速に除去するのを促進し、製造プロセスをスピードアップする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の方法は、例えば、Ｈｉｔｃｈｉｎｅｒの薄肉鋳造プロセスを用いてワックスモデルによりインサートの形状寸法を製作する。Ｈｉｔｃｈｉｎｅｒプロセスは、例えば重力鋳込みによるより従来式の鋳造法の代わりに減圧鋳造法を用いる。
【０００８】
基本的な精密鋳造プロセスでは、所望の鋳造品のワックス複製が、射出成形により製作される。鋳造品の寸法に応じて、多数のワックス複製が、スプルーと呼ばれる中心ワックススティックに取り付けられて、それによって注型アセンブリを形成することができる。その後、セラミックシェルが、注型又は所望の鋳造品の多数のワックス複製で構成された注型アセンブリの周りに形成される。次に、セラミックは乾燥され、またワックスは溶出されてセラミックシェルの内部に注型アセンブリのネガの跡型が形成される。
【０００９】
基本的な鋳造プロセスを用いる場合、鋳造シェルは、重力鋳込みにより溶融金属で充満される。逆に言えば、Ｈｉｔｃｈｉｎｅｒの減圧プロセスでは、セラミック鋳造シェルは、真空内に置かれ高温の金属溶湯中に浸けられて、次に金属溶湯がセラミック鋳型組立体の周り及び中に吸い上げられる。金属がセラミック鋳型上で凝固した後、真空が解除されて残留金属は、溶湯中に流れて戻る。図１は、所定の位置に点線により示されている鋳造インサート１０を備えるセラミックコア１２を概略的に示す。併せて示されるのは、穿孔加工プロセス前のレーザ穿孔加工装置１４である。
【００１０】
鋳造インサートは、ＩＮ６２５（ニッケル基超合金）で作られるのが好ましい。インサートが所望の形状寸法に鋳造された後、セラミックコアは、直ちには浸出されない。その代わりに、鋳造品は、セラミックコアがまだ所定の位置にある状態でレーザ穿孔加工のために固定具に取り付けられる。鋳造公差は、固定具が多くの手直しをすることなくプロダクション・ランを処理することができるようになっている。
【００１１】
次にインサートは、セラミックコアを裏当て支持体として使用してレーザ穿孔加工される。裏当て支持体は、背壁への衝突を阻止し、突破デテクターとして作用することになる。図２は、孔１６がレーザ穿孔加工装置１４により穿孔された後のインサート１０を概略的に示す。
【００１２】
多数の孔（〜３００孔／インサート）がレーザ精度で穿孔加工された後、セラミックコアは、適当な侵食液で浸出される。図３は、セラミック１２が鋳造インサート１０を酸浴槽１８内に浸漬することによって除去されるのを概略的に示す。
【００１３】
本発明の方法の別の利点は、現在の技術水準のプロセスに比較して、部品が受ける熱処理の数が減少することである。熱処理の減少は、残留応力により生じる歪みの量を減らすことになり、結果としてより高品質となる。本発明により、より高い性能及び歩留まりの水準で高温ガス流路ハードウェア用のインサート及びバッフルが製作されることになる。
【００１４】
本発明を、現在最も実用的でかつ好ましい実施形態であると考えられるものに関連して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】インサートの孔をレーザ穿孔加工する前の鋳造インサートを示す図。
【図２】インサートの孔をレーザ穿孔加工した後であるがセラミックコアがまだ所定の位置にある状態での、図１の鋳造インサートを示す図。
【図３】セラミックコアを除去するために酸浴槽に浸漬されている、鋳造され穿孔加工されたインサートを示す図。
【符号の説明】
１０　インサート
１２　鋳造コア
１４　レーザ穿孔加工装置
１６　インピンジメント孔

Claims

タービン内の蒸気冷却式高温ガス流路構成部品用のインサート（１０）を形成する方法であって、
該インサート（１０）の幾何学的構成を鋳造する段階と、
前記鋳造インサート（１０）のセラミック鋳造コア（１２）を除去することなく該鋳造インサート（１０）内にインピンジメント孔（１６）をレーザ穿孔加工する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記セラミック鋳造コア（１２）は、浸出液により除去されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記鋳造（１２）は加圧鋳造法を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
前記鋳造（１２）は遠心鋳造法を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
前記鋳造（１２）は溶湯鍛造法を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
前記鋳造（１２）は減圧鋳造法を含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
前記インサート（１０）は、ニッケル基超合金で作られていることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の方法。