JP2007182875A - 治具、溶接ステーションおよびブレード処理方法ならびに装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化等を防止しつつブレードを処理するための治具を提供する。
【解決手段】ブレード２２を処理するための治具２４が固定ジョー７２および可動ジョー７４を有する。可動ジョー７４は、ブレード２２のルート部５０を受け入れるための非係合位置からクランプ位置まで固定ジョー７２に対し移動することができる。ブレード２２は、両ジョーの間の受け入れエリア内に受け入れられる。不活性ガスを導入するためのガス流路がインレットポート１７２からアウトレットポート１６２まで延びている。アウトレットポート１６２は、ブレード２２が取り付けられたときにブレード２２のインレットポートにガスを導入するべく位置決めされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービンエンジンコンポーネントの修復に関する。より詳細には、本発明は、タービンエンジンブレードを修復するための治具に関する。

タービンエンジンブレード（ファン、コンプレッサ、およびタービンの各セクションのブレードを含む）は、摩耗および損傷（たとえば、異物損傷（ＦＯＤ））を受けやすい。その種の損傷の修復は、コーティングの除去、摩耗／損傷部位の機械加工、および／または骨組材（scaffold）の取り付けを含むことがある。骨組材は、外側から取り付けられるか、挿入されるか、あるいは元の位置に形成されることになる。骨組の表面によって、この骨組の上にビルドアップされる修復材料の外側表面もしくは内側表面が画定される。一例のビルドアップは、溶接（レーザ・クラッディングを含む）、蝋付け、あるいは堆積（deposition）によるものとすることができる。修復中、ブレードは治具内に保持されることになる。一例の治具としては、ブレードエアフォイルの正圧側および負圧側の側面を把持するべく構成されたドロワを有する万力状の構造がある。

本発明の１つの態様は、ブレードを処理するための治具に関連する。この治具は、第１および第２のジョーを有する。第２のジョーは、ブレードのルート部を受け入れるための非係合位置から第１のジョーに対して移動することができる。ブレードは、第１および第２のジョーの間の受け入れエリア内に受け入れられる。第２のジョーは、第１および第２のジョーの間にブレードをクランプする係合位置へ移動することができる。ガス流路がインレットポートからアウトレットポートまで延びている。アウトレットポートは、ブレードが取り付けられたときにブレードのインレットポートにガスを導入するべく位置決めされている。種々の実施において、少なくとも１つのジョーが取り外し可能であり、かつ構造的に異なるジョーと交換可能であり、この治具が構造的に異なるブレードに適応できるようになっている。この治具は、ブレード上のビルドアップ修復に使用することができる。修復の間、治具を通じて適切な不活性ガスを導入し、骨組エレメント、ブレードの母材、および／または堆積材料の不都合な反応（たとえば酸化）を制限もしくは防止することができる。

本発明の１ないしは複数の実施態様の詳細を添付図面ならびに以下の説明に示す。そのほかの本発明の特徴、目的、および利点については、これらの説明ならびに図面から、また特許請求の範囲から明らかになるであろう。

なお、それらの種々の図面の中で用いられている類似の参照番号および呼称は、類似の要素を示している。

図１は、タービンエレメント２２（たとえば、ガスタービンエンジンのコンプレッサまたはタービンセクションのブレード）の処理（たとえば修復）のためのステーション２０を示している。ブレード２２は、治具２４によって保持される。

ブレードの処理の一例は、材料の追加（たとえば、修復ないし復元における材料のビルドアップ）を含む。それに加えて、あるいはそれに代えて、処理が材料の除去（たとえば準備または仕上げの機械加工）を含むこともある。一例の材料のビルドアップは、レーザクラッディング等の溶接処理によるものとすることができる。したがって材料を供給するために、ステーション２０は、溶接ヘッド３０を有している。ヘッド３０をブレード２２に対して位置決めするために、溶接ヘッド３０および治具２４のうちの一方もしくは両方を可動とすることができる。たとえば、治具２４は、５軸回転テーブル３２等の自動的に制御される基準面上にマウントされることができる。一例のヘッドは、ノズル３４および金属粉体供給ライン３６を有するレーザクラッディングヘッドである。

図２は、一例のブレード２２および治具２４をさらに詳細に示している。ブレードは、エアフォイル４０を有する。エアフォイル４０は、プラットフォーム４４にある内周側端部４２から外周側チップ（先端）４６まで延びている。一例の修理状況においては、先端４６が損傷を受けたものとし、表面４８に沿って機械加工されたブレードが示されている。回旋状をなすもみの木形アタッチメントルート部５０がプラットフォーム４４の下面からつり下がっている。ルート部５０は、第１および第２の長手方向端部、および第１および第２の周方向側面５２，５４を有する。参照のために、『長手』方向５００、『周』方向５０２および『半径』方向５０４を、ルート部５０がタービンエンジンのディスク内の相補スロット内に取り付けられているときのブレードに想定される方向に関して定義する。骨組エレメント５６は、表面４８より下方のエアフォイル内の通路ないしコンパートメント内に延びる第１の部分を有する。骨組エレメント５６は、堆積材料が表面４８および骨組エレメント５６の上に適用されたときに通路またはコンパートメントの端部を再形成するために、表面４８から突出する第２の部分を有する。一例の骨組は、耐熱性金属ベース（たとえばモリブデン）のコアエレメントである。

例示の治具２４は、治具をテーブル３２に設置するためのベース６０を含む。一例のベース６０は、金属プレート（たとえば、アルミニウム合金またはスチール製）として形成される。例示のベース６０においては、一対の金属製（たとえばスチール製）ダウエルピン６２（図３）がベースの関連する開口６４内に圧入固定される上側部分、およびベースの下面６６から下方に突出する下側部分を有する。ダウエルピン６２は、テーブルに対し治具を位置決めするためにテーブルの相補の孔またはスロットによって受けられる。治具は、クランプ等の手段（図示せず）によってテーブルに固定してもよい。

例示のベース６０の上側表面６８は、ルート部係合用クランプ構造７０を担持する。例示のクランプ構造７０（図２）は、固定ジョー７２および可動ジョー７４を含む。固定ジョー７２および可動ジョー７４は、協働してブレードルート部５０を受け入れるための溝状の受け入れエリア７６を形成する。

例示の固定ジョー７２は、ベース６０に沿った底部部分８０と、可動ジョー７４と対向するとともにベース６０から離れる方向に延びる壁部分８２と、の一体型の組み合わせを含む。例示の固定ジョーは、位置決めピン８４およびねじ８６（図４）によってベースに固定される。

可動ジョー７４を締め付けるために、ねじまたはそのほかの手段が設けられる。一例のねじアッセンブリ９０は、ジョー７４内のボア９３を貫通して固定ジョー７２のボア９４と螺合するねじ付きシャフト９２を含む。例示のねじ９０は、さらにアクチュエータ９６（たとえば、つまみ）を含む。例示のつまみ９６は、ねじ９０の外側部分を受けるボア９８を有する。つまみ９６を締める／緩めることによって、つまみに対しシャフトが締められ／緩められ、もしくはねじ固定されたジョーに対しシャフトが締められ／緩められ、あるいはその両方が行われて、可動ジョー７４が係合状態に向かう方向／離れる方向にシフトする。

例示のねじアッセンブリ９０は、角度θでもってベースの下面６６に対し非平行となっている回転中心軸５１０を有する。例示のθは、５〜３０°である。半径方向５０４が下面６６に対して実質的に垂直であれば、軸５１０は、半径方向に対して垂直からθだけ外れる。例示の底部部分８０は、中心軸５１０に対して垂直に向けられた前面１２０を有する。固定ジョーの底部部分８０は、ほぼ水平の上側表面１２２を有する。ブレードが取り付けられ、ジョーが係合状態にあるとき、ルート部の下面１２４が底部部分の上側表面１２２と接触する。固定ジョーの壁部分８２のショルダ１３０は、ルート部の隣接した側面における関連するネック領域１３２と係合する。可動ジョー７４の上側後縁部分１４０は、ルート部の隣接した側面におけるネック部分１４２と係合する。水平から外れた軸５１０の角度により、可動ジョー７４が、ブレードルート部に対し下向きの力を作用させ、固定ジョーの壁部分８２および底部部分８０の両方に対してブレードルート部をクランプする補助となる。

例示の治具は、この治具に対しブレードを正確に位置決めするための追加の手段を含んでいる。例示の位置決め手段は、ブレードの開口内に少なくとも部分的に捕捉される突起を含む。図示の実施態様においては、この突起がピン１５０の上端によって形成されている（図３および図５）。例示のピン１５０（たとえばスチール製）は、固定ジョーの底部部分８０の上側表面１２２から突出するピン上側部分、および固定ジョーの底部部分８０の関連するボア内に圧入固定関係で受け入れられるピン下側部分を有する。

溝部１６０（図５）が固定ジョーの底部部分の上側表面１２２内に形成されている。例示の溝部１６０は、ブレードの長手方向５００に沿って（つまり軸５１０を横切る方向に）細長く伸びている。この例示の溝部１６０は、両端半円四角形であり、フライス加工によって形成することができる。くりぬかれたポート１６２がこの溝部の底面１６４から下側に延びている。このポートは、固定ジョーの背面１７４のインレットポート１７２からの横方向ボア１７０（たとえば、概略ブレードの周方向５０２に延びる）と合致する。ボア１７０は、不活性ガス（たとえば、アルゴンもしくはそのほかの希ガス、または溶接処理において実質的に非反応性のガス）の供給源１８０（図１）に治具を結合するために管継手（図示せず）が係合する管用ねじを含む。たとえば、このような不活性ガスの下でなければ、望ましい骨組エレメントの材料が、酸化もしくはそのほかの化学的劣化を受けることがある。骨組エレメントとしては、内部通路の形成／再形成のための耐火性金属ベースのコアを含めることができる。このガスは、その種の劣化を許容可能量に制限するか、本質的に排除する上で有効となり得る。

本発明の１ないしは複数の実施態様について述べてきた。しかしながら、本発明の精神ならびに範囲から逸脱することなしに種々の修正が考えられることが理解されるであろう。たとえば、作業されることになる特定のタービンエレメントの詳細および作業ステーションの詳細は、特定の実装の詳細に影響を与える。したがって、このほかの実施態様も特許請求の範囲内に含まれる。

ブレード処理ステーションを示した図である。 図１のステーションの治具を示した側面図である。 図２の治具の正面図である。 図２の治具の底面図である。 図２の治具の上面図である。

符号の説明

２０ ステーション
２２ ブレード
２４ 治具
３０ 溶接ヘッド
３２ ５軸回転テーブル
４０ エアフォイル
５０ ブレードルート部
５６ 骨組エレメント
７２ 固定ジョー
７４ 可動ジョー

Claims (17)

1. ブレードを処理するための治具であって、
   第１のジョーと、
   前記第１のジョーに対して可動の第２のジョーであって、前記第１および第２のジョーの間の受け入れエリア内に前記ブレードのルート部を受け入れるための非係合位置から、前記第１および第２のジョーの間に前記ブレードをクランプする係合位置まで動く第２のジョーと、
   インレットポートからアウトレットポートへ至るガス流路であって、前記アウトレットポートが、ブレードが取り付けられているときにガスをブレードのインレットポートに導くように位置決めされているガス流路と、
   を備えてなる治具。
2. 前記第１のジョーは、前記受け入れエリアのための底部部分に対し、一体的に形成されるか、あるいは一体的に固定される、請求項１に記載の治具。
3. 前記アウトレットポートは、前記第１のジョーの足部に形成される、請求項１に記載の治具。
4. マウント平面を画定するマウント表面を有するベースと、
   前記ルート部に対して前記第２のジョーを固定するためのねじであって、前記マウント平面に対し５〜３０°の角度で非平行となったねじ中心軸を有するねじと、
   をさらに備える、請求項１に記載の治具。
5. 前記第１および第２のジョーがそれぞれ前記ルート部の第１および第２の横向きの側面と係合する、請求項１に記載の治具。
6. 請求項５に記載の治具が溶接ステーションの回転テーブルにマウントされてなる溶接ステーション。
7. 前記治具が溶接ステーションの回転テーブルにマウントされる、請求項１に記載の治具。
8. 前記インレットポートが、実質的に不活性なガスの供給源に結合される、請求項７に記載の治具を備えた溶接ステーション。
9. タービンエンジンブレードを処理するための方法であって：
   前記ブレードのルート部を治具の受け入れエリア内に置くこと、
   前記ルート部に対して前記治具のクランピング部分を締め込むこと、
   前記治具および前記ルート部のポートを通じて前記ブレードにガスを供給すること、および、
   前記ブレードの部位に材料を追加すること、
   を包含する方法。
10. 少なくとも前記材料追加工程の一部分の間において、前記部位の少なくとも第１の出口を介して前記ガスが出ることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記材料追加によって、前記第１の出口を閉じることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記締め込むことは、前記ルート部の中央半径方向平面に対する垂線から５〜３０°外れた中心軸を中心としてアクチュエータ部材を回転することを包含する、請求項９に記載の方法。
13. 前記治具を自動化されたテーブルにマウントすることをさらに包含する、請求項９に記載の方法。
14. 前記材料の追加が、溶接を包含する、請求項９に記載の方法。
15. ブレードを処理するための装置であって、
    ブレードのルート部を受け入れ、かつ把持するための手段と、
    ブレードのインレットポートにガスを導入するための手段と、
    を備えた装置。
16. 前記ブレードに対して溶接を行うための手段、
    をさらに備える、請求項１５に記載の装置。
17. 前記受け入れ手段によって把持されている間に前記ブレードを動かすための手段、
    をさらに備える、請求項１５に記載の装置。

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