JP2013121619A - 金属部品のろう付け補修方法および補修装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被補修部品の自重や錘によって発生する機械的な押圧力によって、抑え治具が簡単に固定でき、補修作業効率を大幅に高めることが可能な金属部品のろう付け補修方法および補修装置を提供する。
【解決手段】金属部品のろう付け補修方法であって、少なくとも被補修部品としての金属部品の被補修部位にろう材を含む補修材を配置する工程と、この配置した補修材を囲み治具によって囲む工程と、上記囲み治具によって囲まれた補修材および囲み治具に抑え治具を機械的押圧力により押し付けて上記補修材および囲み治具を固定する工程と、固定された補修材に対して拡散熱処理を実施する工程、とを備えることを特徴とする金属部品のろう付け補修方法である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、金属部品のろう付け補修方法および補修装置に係り、特にＣｏ基合金やＮｉ基合金などから成る高温部品の損傷部をろう付け法によって補修する金属部品のろう付け補修方法であり、さらには様々な姿勢、位置、方向に存在する複数の亀裂などの補修対象部（損傷部）を一度の熱処理で確実に補修でき、従来の補修方法と比較して、より簡便で低コストで補修することが可能な金属部品のろう付け補修方法および補修装置に関する。

ガスタービン発電プラントは、ガスタービンと同軸に設けられた圧縮機の駆動により圧縮された空気を燃焼器に案内して燃料を混合させることによって燃焼を行わせ、発生する高温燃焼ガスをトランジションピースおよび静翼を経てガスタービンの動翼に案内し、この動翼を回転駆動させてガスタービンで仕事をさせ、ガスタービンに直結した発電機にて発電を行うように構成されている。

上記のようなガスタービン発電プラントを構成する高温部品であるタービン静翼あるいは燃焼器ライナ、トランジションピース、動翼等に亀裂や摩耗等の損傷が生じた場合には、補修溶接や拡散ろう付け補修を施工して損傷部を補修してから、再度継続して使用している。これらの損傷部の補修に際しては、必要に応じて溶接時の熱影響および残留応力を除去するための熱処理が施工される。

従来からの拡散ろう付け補修技術としては、例えば特許文献１としての米国特許第５３２０６９０号明細書に示すような「Ｃｏ基ろう材組成を使用したＣｏ基超合金の補修方法」あるいは、特許文献２としての特開平４−２５４５４４号公報に示すような「改良型高温ろう付け合金およびその使用方法」等が提案されている。

上記のようなガスタービンの高温部品、特にタービンの入り口に配置される初段静翼は、最も高温度の燃焼ガスに晒され、主として起動停止時の熱疲労に起因する亀裂が不可避的に多数発生する。そのために高温部品の構成材としては、耐熱性および補修性に優れたＣｏ基合金が長年用いられてきた。これらの高温部品に亀裂や酸化エロージョン、摩耗等が生じた場合には、一般にはＴＩＧ（タングスステンー不活性ガス溶接法）による溶接補修を施した後に、高温部品が継続して使用されている。

しかしながら、ガスタービンの運転効率をさらに高める技術的要請のもとに、運転温度のさらなる高温度化が図られるに伴って、補修量が増加する傾向が顕著になった。そのために、これらの補修の際に受ける溶接時の熱影響及び残留応力により補修部の変形が大きく生じておリ、その変形量はその後の変形修正操作では修正が困難な状態までに至っている。

これに対して、拡散ろう付け法による補修方法は、基材組成と類似する材料にＳｉ，Ｂ等の融点降下材を添加したろう材（溶融合金粉末）と基材相当強度を有する組成材（非溶融合金粉末）とを所定の配合比で混合し、基材の融点以下の熱処理温度で混合材料の亀裂部への充填あるいは減肉部の肉盛を行う方法であり、例えば特許文献３としての特開２０１０−２４９０６３号公報などでその補修方法が提案されている。

この上記特許文献３の提案では、ガスタービン静翼の様々な部位に存在する損傷部位を一度の拡散熱処理によって補修するため、静翼の損傷部に配された補修材を金属箔やセラミックス接着剤で被覆し固定する方法が提案されている。しかしながら、上記金属箔の被覆材（カバー）はそれを固定するためにスポット溶接などを行う必要があり、手間や専用設備が必須となるために、コストアップにつながってしまう問題点やスポット溶接部の補修にも多大な工数を要する難点があった。

一方、セラミックス接着剤の被覆材（カバー）については、損傷部の面積が大きい場合は、補修材の量も多くなり、特に補修部位の姿勢が逆さ向き（上方向位置）の場合には、セラミックス接着剤のカバーが補修材の重量に耐えられずに脱落し、補修が不可能になるという問題もあった。

米国特許第５３２０６９０号明細書 特開平４−２５４５４４号公報 特開２０１０−２４９０６３号公報

前記の通り、既に提案されている拡散ろう付け方法では、補修部位の大きさや姿勢によっては、拡散熱処理時に補修材が脱落してしまう問題点があり、そのため、姿勢を変えての複数回の拡散熱処理や、あるいは、ＴＩＧ溶接などによる別途の補修が必要となり、コストアップを招いていた。また、補修材を金属箔で被覆し脱落しないようにする従来の方法では、施工の手間、装置の複雑化の面から施工コストが膨大になる難点があった。

本発明は上記のような従来方法の問題点に鑑みてなされたものであり、金属部品のいかなる部位、姿勢、向きにある、いかなる大きさ、形状の損傷に対しても、簡便な装置と簡便な手順で確実に補修材を配置でき、一度の熱処理でろう付け操作を実施し得る金属部品のろう付け補修方法および補修装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る金属部品のろう付け補修方法は、金属部品のろう付け補修方法であって、少なくとも被補修部品としての金属部品の被補修部位にろう材を含む補修材を配置する工程と、この配置した補修材を囲み治具によって囲む工程と、上記囲み治具によって囲まれた補修材および囲み治具に抑え治具を押し付けて上記補修材および囲み治具を固定する工程と、固定された補修材に対して拡散熱処理を実施する工程、とを備えることを特徴とする。

また、上記金属部品のろう付け補修方法において、複数の被補修部位を有する１個の金属部品の補修に際して、前記拡散熱処理を一度のみ実施することが好ましい。

さらに、上記金属部品のろう付け補修方法において、前記抑え治具を前記囲み治具に押し付けて固定するための主たる押圧力として、被補修部品の自重を用いることが好ましい。また上記押圧力として、ねじによる締め付け力を用いることも可能である。さらに上記押圧力として、ばねによる弾性力を用いることも可能である。さらに上記押圧力として、錘（おもり）に作用する重力を用いることも可能である。

また、上記金属部品のろう付け補修方法において、前記拡散熱処理時に補修材の流出および／または脱落が発生し易い補修面にのみに前記囲み治具および／または抑え治具を配置することが好ましい。

さらに上記金属部品のろう付け補修方法において、少なくとも、前記被補修部位を上向き姿勢に設定し、囲み治具によって被補修部位を囲む工程と、被補修部位に粉末の補修材を配置する工程と、該補修部位の姿勢を変える前に該囲み治具に前記抑え治具を被覆して押し付けて固定する工程とを含むことが好ましい。

上記のように上向き姿勢で被補修部位に補修材を配置するので、補修材の流出や脱落が無く補修材の配置が容易であり、その状態で囲み治具に前記抑え治具を被覆して押し付けて固定しているので、その後に姿勢を変えても補修材が流れ出すことが無い。したがって、複数の被補修部位に順次補修材を迅速に配置することが可能になる。

また上記金属部品のろう付け補修方法において、前記囲み治具の厚さは全て均一であることが好ましい。複数の囲み治具の厚さが全て均一であれば、囲み治具と同一の厚さを有するスペーサとしても利用できる。また、補修材の配置量も一定にすることが可能である。

さらに上記金属部品のろう付け補修方法において、前記囲み治具が被補修部品と接する面と、前記囲み治具が補修材と接する面とが為す角部が面取りされているかあるいは曲面状に形成されていることが好ましい。上記角部が面取りされたり、あるいは曲面状に形成されたりすることにより、拡散熱処理後の補修材の形状を滑らかに仕上げることができる。すなわち、被補修部品と補修材との間の接合部領域を滑らかに仕上げることができる。したがって、拡散熱処理後において、余分な補修材を研削除去する際の研削量が少なく迅速に仕上げ加工を実施できる。

また、上記角部が面取りされているかあるいは曲面状に形成されていることにより、被補修部位の表面部全体に補修材を十分に回り込ませることが可能であり、凝固した補修材によって被補修部品表面を気密に被覆することができ、耐食性を高めることができる。

また上記金属部品のろう付け補修方法において、前記囲み治具はセラミックスから構成されていることが好ましい。セラミックスは耐熱性に優れると共に補修材との接合性や濡れ性が低いので、囲み治具をセラミックスで構成することにより、拡散熱処理温度に加熱されても変形を起さずに十分耐える上に、補修材との融着が無く拡散熱処理後における囲み治具の撤去も容易である利点がある。

さらに上記金属部品のろう付け補修方法において、前記抑え治具の、少なくとも補修材と接する部位がセラミックスから構成されていることが好ましい。前記非融着性および耐熱性は補修材と接触する部位で発揮されれば十分であるので、少なくとも補修材と接する部位がセラミックスから成る複合材で抑え治具を形成してもよい。

また上記金属部品のろう付け補修方法において、前記被補修部品が発電プラント高温部品であることが好ましい。

さらに上記金属部品のろう付け補修方法において、前記被補修部品としての金属部品がガスタービン高温部品であることが好ましい。

また上記金属部品のろう付け補修方法において、前記被補修部品がガスタービン静翼であることが好ましい。本発明に係る金属部品のろう付け補修方法は、特に被補修部品がガスタービン高温部品やガスタービン静翼などの発電プラント高温部品に適用したときに優れた効果を発揮する。

さらに本発明に係る金属部品のろう付け補修装置は、金属部品のろう付け補修装置であって、少なくとも被補修部品としての金属部品の被補修部位にろう材を含む補修材を配置する手段と、この配置した補修材を囲み治具によって囲む手段と、上記囲み治具によって囲まれた補修材および囲み治具に抑え治具を押し付けて上記補修材および囲み治具を固定する手段と、固定された補修材に対して拡散熱処理を実施する手段、とを備えることを特徴とする。

本発明に係る金属部品のろう付け補修方法および補修装置では、あらゆる位置に発生した亀裂などの被補修部に、囲み治具と重力あるいは機械的締結力を利用した抑え治具とを使用して補修材を確実に保持固定できるために、安定した状態で確実かつ容易に被補修部の補修を実施することができる。

以上説明したように、本発明に係る金属部品のろう付け補修方法および補修装置によれば、被補修部品のいかなる部位、姿勢、向きに発生した、いかなる大きさ、形状の亀裂などの損傷に対しても、簡便な装置と簡便な手順で確実に補修材を配置し、一度の熱処理でろう付け作業を実施することができ、迅速、安価でかつ高品質の補修が可能となる。

（ａ）は本発明に係る金属部品のろう付け補修方法を適用する一般的なガスタービンの静翼の部分斜視図、（ｂ）は図１（ａ）に示す補修対象部品としての静翼の断面図。 （ａ）は本発明に係る金属部品のろう付け補修方法で使用する囲み治具の形状例を示す斜視図、（ｂ）は囲み治具と補修材との配置関係を示す平面図および断面図。 （ａ）は本発明に係る金属部品のろう付け補修方法で使用する抑え治具の形状および配置を示す断面図、（ｂ）は拡散熱処理を実施した後における補修部分の状態を示す断面図。 本発明に係る金属部品のろう付け補修方法を使用する静翼補修プロセスを示す断面図。 本発明に係る金属部品のろう付け補修方法を使用する静翼補修プロセスを示す断面図。 （ａ）は本発明に係る金属部品のろう付け補修方法を使用する静翼補修プロセスを示す断面図であり、（ｂ）は他の静翼補修プロセスを示す断面図。 本発明に係る金属部品のろう付け補修方法を使用する静翼補修プロセスを示す断面図であり、（ａ）は一方のサイドウォールに生じた亀裂にクランプ治具を用いて抑え治具を固定した状態を示す断面図であり、（ｂ）は他方のサイドウォールに生じた亀裂にクランプ治具を用いて抑え治具を固定した状態を示す断面図であり、（ｃ）は翼面部に生じた亀裂にクランプ治具を用いて抑え治具を固定した状態を示す断面図。 本発明に係る金属部品のろう付け補修方法を使用する静翼補修プロセスを示す断面図。 （ａ）は本発明に係る金属部品のろう付け補修方法で使用する囲み治具の形状例を示す断面図であり、（ｂ）は拡散熱処理後における補修材の形状を示す断面図。

以下、高温部品の損傷補修方法および補修装置の実施の形態について、主にガスタービン静翼を例として添付図面を参照して説明する。実際のガスタービン静翼は図１（ａ）に示すような形状および構造を有するが、本実施形態の説明においては、これを簡略化した図１（ｂ）に示す形状を有する補修対象部品で説明する。

補修対象部品の拡散ろう付けによる補修プロセスは特開２０１０−２４９０６３などで開示されており、基本的な流れは下記の通りである。
（１）補修部位ならびにその周辺のクリーニング（酸化被膜除去）
（２）補修部位に補修材（ろう材と合金の混合物）を装填
（３）補修材の流出や脱落の防止措置（金属箔でのカバーなど）
（４）真空炉で拡散熱処理（ろう付け処理）
（５）余剰の補修材の研削
（６）必要に応じて追加のろう付け処理や溶接による補修

本発明は特に上記の（３）の補修材の流出・脱落の防止措置工程のみに特徴を有するため、以下の実施形態では上記補修材の流出・脱落の防止措置を重点的に説明し、その他のプロセスについては簡略に説明する。

［第１の実施の形態］
図１（ａ）は本実施形態に係る金属部品のろう付け補修方法を適用する一般的なガスタービンの静翼の部分斜視図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示す補修対象部品としての静翼の断面図である。

図１（ａ）に示すガスタービンは、高温状態で運転されるエネルギー機関であり、図示しない圧縮機からの圧縮空気と燃料とが図示しない燃焼器ライナの燃焼室内で混合され燃焼して燃焼ガスとなり、この燃焼ガスがトランジションピースおよび静翼１１内に案内されて動翼へ導入され、この動翼が植設されたタービンロータを回転させる。そしてタービンロータに直結された発電機が回転駆動されて発電がなされる。

上記のガスタービンにおける静翼１１は高温部品であり、インナーサイドウォール１９とアウターサイドウォール２０との間に２連の翼部２１，２１が一体化されて形成される。この両翼部２１，２１間に燃焼ガスが流れる。

上記静翼１１および動翼等はＮｉ基、Ｃｏ基、またはＮｉ−Ｆｅ基などの耐熱超合金により構成され、特に静翼１１はＣｏ基超合金，動翼はＮｉ基超合金により構成される。

しかしながら、これらの静翼１１および動翼は高温度の燃焼ガスに晒されるなどの原因で損傷を受け易く、例えば複雑な形状を有する静翼１１における翼部２１の翼面腹側Ａおよび翼面背側Ｂ、インナーサイドウォール１９およびアウターサイドウォール２０の各箇所に亀裂２２が生じ易い。ここで静翼１１は、高価な耐熱超合金で構成されているために、損傷が致命的である場合を除いて、亀裂２２等の損傷を補修して再使用に供される。

次に上記損傷した被補修部品３０としての静翼１１の補修手順を以下に説明する。すなわち、第１の実施形態に係る金属部品のろう付け補修方法は、金属部品としての静翼１１のろう付け補修方法であって、少なくとも被補修部品３０としての金属部品の被補修部位（亀裂）２２にろう材を含む補修材３２を配置する工程と、この配置した補修材３２を囲み治具３１によって囲む工程と、上記囲み治具３１によって囲まれた補修材３２および囲み治具３１に抑え治具３３を機械的押圧力により押し付けて上記補修材３２および囲み治具３１を固定する工程と、固定された補修材３２に対して拡散熱処理を実施する工程、とを備えることを特徴とする。

上記補修方法を実施するためには、まず図２（ａ）に示すような各種の形状を有する囲み治具３１を用意する。各囲み治具３１の厚さｔは一定とし、幅Ｗ、長さＬは数種類用意し、被補修部形状に応じて使い分けると良い。図２（ａ）に示す各囲み治具３１は、全て平板状に形成しているが、必要に応じて補修対象面の形状に整合するように曲率を持たせたものも用意すると良い。囲み治具３１の厚さｔは補修すべき損傷の状況によるが、ガスタービン静翼では５ｍｍ前後である。

この囲み治具３１は補修材３２との接合性が低く、拡散熱処理温度に耐えうる素材から構成されることが好ましく、具体的には高純度アルミナ、ジルコニア、ムライトなどのセラミック板を用いることができる。

亀裂２２や減肉などの全ての損傷部位に順次補修材３２を装填配置した後、図２（ｂ）に示すように適当な長さの囲み治具３１を組み合わせて補修材３２を囲む。ここで、囲み治具３１は両面テープや市販の糊などの簡便な接着手段によって静翼１１に固定しておき、この接着手段は拡散熱処理時に焼失する。

上記補修材３２としては、Ｎｉ基溶融合金粉末とＣｏ基非溶融合金粉末との混合物が用いられる。Ｎｉ基溶融合金粉末はＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系合金粉末であり、熱処理工程において溶融状態となる低融点のろう材として機能する。一方、Ｃｏ基非溶融合金粉末は、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金粉末であり、熱処理工程において溶融しない。

次に、図３（ａ）に示すように、補修材３２および囲み治具３１を覆うように抑え治具３３を配して、その下方向から複数のスペーサ３７を押し当てて、スペーサ３７の機械的な押圧力によって抑え治具３３を固定し、この状態で真空熱処理炉にて拡散熱処理（ろう付け処理）を実施する。

上記抑え治具３３は補修対象面の形状に整合した形状とし、囲み治具３１と同様に補修材３２との接合性が低く、拡散熱処理温度に耐え得る素材から構成されることが好ましい。具体的には、高純度アルミナ、ジルコニア、ムライトなどのセラミック板を用いることができる。あるいは耐熱合金板の表面（補修材と接触する面）にのみセラミックス接着剤を塗布したり、ジルコニアを溶射したりした複合板材などを用いることもできる。

上記補修材３２および囲み治具３１を覆うように抑え治具３３で固定した被補修部品３０としての静翼１１は真空熱処理炉に投入され、例えば１２００℃の条件で拡散熱処理が施工される。このときの加熱温度は、ろう付け補修材３２のＮｉ基溶融合金粉末を溶融させる一方、Ｃｏ基非溶融合金粉末を溶融させない温度に設定される。この溶融状態のＮｉ基合金と、非溶融状態のＣｏ基合金粉末および被補修部品の母材とが拡散反応により固着されて全ての亀裂２２が同時にろう付け補修される。

上記拡散熱処理工程が完了した後に、被補修部品３０から囲み治具３１，スペーサ３７および抑え治具３３を取り除き、余分な補修材３２をグラインダなどで除去し、各補修部分の表面を仕上げ加工する。この表面仕上げ加工後の状態を図３（ｂ）に示す。

上記表面仕上げ加工後において、被補修部品３０としての静翼１１の補修部分を断面観察した結果、各サイドウォール１９，２０，翼面腹側Ａおよび翼面背側Ｂに発生していた各亀裂２２内にはＣｏ基非溶融合金粉末と溶融したＮｉ基合金が、ボイド（隙間）を発生すること無く緻密に装填されていることが確認できた。

第１の実施形態によれば、被補修部品のいかなる部位、姿勢、向きに発生した、いかなる大きさ、形状の亀裂２２などの損傷に対しても、簡便な装置と簡便な手順で確実に補修材３２を配置し、一度の拡散熱処理でろう付け作業を実施完了させることができ、迅速、安価でかつ高品質の補修が可能となる。

次に、補修材の流出や脱落を防止するための抑え治具の他の構成例を以下の実施形態を参照して説明する。なお、以下の実施形態では抑え治具による固定方法が異なるのみであり、他の（１）補修部位ならびにその周辺のクリーニング（酸化被膜除去）工程、（２）補修部位に補修材（ろう材と合金の混合物）を装填する工程、（４）真空炉で拡散熱処理（ろう付け処理）する工程、（５）余剰の補修材の研削工程、および（６）必要に応じて追加のろう付け処理や溶接による補修工程は、第１の実施形態と同一である。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では図４に示すような抑え治具３３ａを用いる。すなわち、補修面が下向きとなるアウターサイドウォール２０と、横向きとなる翼面とを抑え治具３３ａで被覆する。抑え治具３３ａはアウターサイドウォール２０の下面と、翼面とを押圧するために、断面がＬ字状であり、直交する２面を斜めに繋ぐ斜面部３５を有する。

この抑え治具３３ａは、同じく斜面部３５を有する部品支持台３４ａによって保持されており、被補修部品３０としての静翼１１の自重によって、アウトサイドウォール２０側および翼面側に押圧力が生じ、抑え治具３３ａが囲み治具３１，３１ａ方向に押し付けられた状態となり、亀裂２２の表面に載置された補修材３２が固定される。

ここで、被補修箇所が少ない場合には、被補修部品３０としての静翼１１に対して抑え治具３３ａの固定位置を安定させるために、図４に示すように、必要に応じて補修部位以外にも囲み治具３１ａをスペーサとして配置しても良い。なお、図４では、本来は囲み治具３１に囲まれているため補修材３２は見えないはずだが、抑え治具３３ａの安定化のために配している囲み治具３１ａとの区別を可視化する目的で本来見えないはずの補修材３２を描いている。

なお、被補修部分に配置した補修材３２を囲むための囲み治具３１と、抑え治具３３ａの固定位置を安定させるための囲み治具３１ａとは、被補修部品と抑え治具３３ａとの間に同一の隙間を形成するために同一の厚さｔで形成することが好ましい。

なお、図４において被補修部が上向きとなるインナーサイドウォール１９については、補修材３２は装填したままでも良いが、水平面内での広がり（流れ出し）を阻止する目的で囲み治具３１によって囲っても良い。

本実施形態においては、補修材３２を抑え治具３３ａで抑えるまでのプロセスを示す。この場合、アウターサイドウォール２０または翼面では補修材３２が下向きや横向きになるため、補修材３２としてはペースト状のものを用いることが望ましい。

本実施形態２においても、被補修部品のいかなる部位、姿勢、向きに発生した、いかなる大きさ、形状の亀裂２２などの損傷に対しても、簡便な装置と簡便な手順で確実に補修材３２を配置し、一度の拡散熱処理でろう付け作業を実施完了させることができ、迅速、安価でかつ高品質の補修が可能となる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は第２の実施形態と同様に、被補修部品３０の自重を利用して抑え治具３３ａをアウターサイドウォール２０、インナーサイドウォール１９、翼面背側Ｂ、翼面腹側Ａに押し付ける方法である。図５に示すように、第２の実施形態で使用した４基の抑え治具３３ａを用いて、アウターサイドウォール２０、インナーサイドウォール１９、翼面背側Ｂ、翼面腹側Ａの全面を被覆する。

この被覆作業に入る前には、当然アウターサイドウォール２０、インナーサイドウォール１９、翼面背側Ｂ、翼面腹側Ａに発生した亀裂２２の位置に対応して補修材３２が配置され、この補修材３２を囲むように囲み治具３１が配置されている。

傾斜面３５を有する部品支持台３４ｂに１対の抑え治具３３ａ，３３ａを介して被補修部品３０としての静翼１１が載置される。したがって翼面腹側Ａより下側にある１対の抑え治具３３ａ，３３ａは、静翼１１の自重によって翼面腹側Ａおよびサイドウォール側に押圧され固定される。

一方、翼面背側Ｂよりも上側に配置される１対の抑え治具３３ａ，３３ａの傾斜面３５には、錘３６が載置される。したがって翼面背側Ｂより上側にある１対の抑え治具３３ａ，３３ａは錘３６の自重によって翼面背側Ｂおよびサイドウォール側に押圧され、各囲み治具３１および補修材３２が固定される。

本実施形態３においても、被補修部品のいかなる部位、姿勢、向きに発生した、いかなる大きさ、形状の亀裂２２などの損傷に対しても、簡便な装置と簡便な手順で確実に補修材３２を配置し、一度の拡散熱処理でろう付け作業を実施完了させることができ、迅速、安価でかつ高品質の補修が可能となる。特に被補修部品の自重や錘３６によって発生する機械的な押圧力によって、抑え治具３３ａ，３３ａが簡単に固定できるので補修作業効率を大幅に高めることができる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態は、抑え治具を固定する際に重力を利用しない固定構造である。すなわち、図６（ａ）に示すように、翼面の両側においてそれぞれ１対ずつで合計４基の抑え治具３３ａでアウターサイドウォール２０、インナーサイドウォール１９、翼面背側Ｂ、翼面腹Ａ側の全面を被覆する。

上記抑え治具３３ａの斜面部３５には、パイプ３８が押し付けられる。パイプ３８の中には回動自在に棒材３９が挿入されている。この１対の棒材３９の先端部には雄ねじが形成されており、雌ねじが形成されたボス４０にそれぞれ螺合されて締着ねじ機構４１が形成されている。この棒材２本が右回りに回転されると、パイプ３８が翼面側に移動して抑え治具３３ａを翼面方向に押圧すると同時に、パイプ３８が斜面部３５を介して抑え治具３３ａをサイドウォール２０，１９方向に押圧する。

すなわち、締着ねじ機構４１で締められることにより、パイプ３８が対向する１対の抑え治具３３ａに押圧力が付与され抑え治具３３ａが固定される。この時、抑え治具３３ａは、位置が固定されていれば十分であり、大きな締結力は必要ないことから、拡散熱処理時の熱膨張による締結力の低下はほとんど問題とならない。しかし、締着ねじ機構４１は静翼材に対して熱膨張係数が同等かそれ以下の材料で形成することが好ましく、静翼と同一の材料を採用してもよい。

また、図６（ｂ）に示すように、締着ねじ機構４１の代わりに、拘束ばね機構４２を用いても同様の効果を得ることができる。すなわち、翼面を挟んで対向する１対のパイプ３８および棒材３９ａを拘束ばね４３で牽引する拘束ばね機構４２を用いても良い。

拘束ばね機構４２の拘束ばね４３の牽引力は棒材３９ａおよびパイプ３８を経由して抑え治具３３ａの斜面部３５に伝達される。その結果、翼面方向およびサイドウォール２０，１９方向への押圧力が抑え治具３３ａに作用し、抑え治具３３ａが固定される。

本実施形態４においても、締着ねじ機構４１や拘束ばね機構４２によって発生する押圧力によって、抑え治具３３ａ，３３ａが簡単に固定できるので補修作業効率を大幅に高めることができる。

［第５の実施形態］
第５の実施形態は、粉末状の補修材を使用するための方法である。ペースト状の補修材は取り扱い易い利点があるが、ペースト状にするためにはバインダの添加が必須となる。このバインダは拡散熱処理の過程で揮発・焼失する。しかしながら、拡散ろう付け後においてもバインダの消失分がボイド（空隙）となって、補修材中に残存し補修部の構造強度が低下することがある。そのため、補修部の品質を高める観点からは、粉末状の補修材を用いる方が好ましい。第１から第４までの実施の形態では、粉末状の補修材を用いると補修材を抑え治具でカバーするまでのプロセスで、下向きや横向きの姿勢に曝されて補修材が散逸してしまう可能性が高い。

そこで上記の問題を解決する第５の実施形態の概略を図７に示す。まず図７（ａ）に示すように、亀裂２２などが発生した被補修面を上向きの姿勢とし、損傷部を囲み治具３１で囲み、そこへ粉末状の補修材３２を配置する。上向き面の損傷部の全てに対してこの作業を行った後、抑え治具３３で補修材３２を被覆する。各抑え治具３３はシャコ万力などのクランプ治具４４を用いて静翼１１に固定する。

次いで、図７（ｂ）に示すように、被補修部品３０の向きを変えて他の補修面を上向きとして同様の作業（囲み治具３１の設置、補修材３２の配置、抑え治具３３のクランプ固定）を実施する。

そして、亀裂２２などの欠陥を有する被補修面の全てについて、上記の囲み治具３１の設置、補修材３２の配置、抑え治具３３のクランプ固定を繰り返して最終的に図７（ｃ）に示すような状態として、拡散熱処理を行う。なお、図７（ｃ）に示すように、翼面の上側のように最後の被補修面が上向きの姿勢となる場合には、補修材３２および囲み治具３１を抑え治具３３で固定する必要性が少ない場合もある。

上記第５の実施形態の場合、クランプ治具４４としては、１２００℃程度となる拡散熱処理温度に十分に耐えられる材質から成るシャコ万力が必要となる。

上記抑え治具３３の他の固定方法として、囲み治具３１で囲った被補修部に補修材粉末を配置して、順次抑え治具３３を囲み治具３１に両面テープや糊で仮固定しながら作業を進め、図８に示すような静翼１１の自重や押さえねじ機構４５のねじ力を用いて抑え治具３３を最終固定処理してから、拡散熱処理を行う。

上記押さえねじ機構４５は、雌ねじを形成したボス４０に雄ねじを形成した１対の棒材３９を対向するように螺合して構成される。棒材３９を左廻りに回転することにより棒材３９，３９の頭部間距離が広がり、抑え治具３３に押圧力が作用し抑え治具３３がサイドウォール部方向に固定される。

一方、図８に示すように被補修部品３０としての静翼１１が部品支持台３４ｃ上に載置されるので、下面側翼面の被補修部の抑え治具３３は、静翼１１の自重によって下面側翼面方向に押圧され固定される。

なお抑え治具３３の囲み治具３１への仮固定には、シャコ万力を使用することも可能である。この場合にはシャコ万力に耐熱性は必要なく安価な一般市販品を用いることができる。

本実施形態５においても、押さえねじ機構４５の押圧力や部品支持台３４ｃからの反作用による押圧力によって、抑え治具３３が簡単に固定できるので補修作業効率を大幅に高めることができる。

［第６の実施形態］
第６の実施形態は、囲み治具の形状に特徴を有し、他の構成は前記第１〜第５の実施形態と同一である。すなわち、第６の実施形態では、図９に示すように、囲み治具３１ｂの、被補修面に接する面と補修材３２に接する面とがなす角部を面取りした形状の囲み治具３１ｂを用いることを特徴としている。

上記囲み治具３１ｂの面取り部４６に補修材３２が十分に回り込むために、拡散熱処理後の補修材３２の形状を、図９（ｂ）に示すように、滑らかに仕上げることができる。すなわち、被補修部品３０としての静翼１１と補修材３２との間の接合部領域を滑らかに仕上げることができる。したがって、拡散熱処理後において、余分な補修材３２を研削除去する際の研削量が少なく迅速に仕上げ加工を実施できる。なお、囲み治具３１ｂの被補修面に接する面と補修材３２に接する面とがなす角部は面取り形状ではなく、丸みを帯びた曲面形状にした場合においても、同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態を金属部品としてのガスタービン静翼の補修を例にとって説明したが、本発明は他の金属部品の補修にも適用することができる。

本発明に係る金属部品のろう付け補修方法および補修装置によれば、被補修部品のいかなる部位、姿勢、向きに発生した、いかなる大きさ、形状の亀裂などの損傷に対しても、簡便な装置と簡便な手順で確実に補修材を配置し、一度の拡散熱処理でろう付け作業を完了させることができ、迅速、安価でかつ高品質の補修が可能となる。特に被補修部品の自重や錘によって発生する機械的な押圧力によって、抑え治具が簡単に固定できるので補修作業効率を大幅に高めることができる。

１１ 静翼
Ａ 翼面腹側
Ｂ 翼面背側
１９ インナーサイドウォール
２０ アウターサイドウォール
２１ 翼部
２２ 亀裂（損傷部位、被補修部位）
３０ 被補修部品（損傷した静翼）
３１，３１ａ，３１ｂ 囲み治具
３２ 補修材
３３，３３ａ 抑え治具
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ 部品支持台
３５ 傾斜面（斜面部）
３６ 錘（おもり）
３７ スペーサ
３８ パイプ
３９，３９ａ 棒材
４０ ボス
４１ 締着ねじ機構
４２ 拘束ばね機構
４３ 拘束ばね
４４ クランプ治具（シャコ万力）
４５ 押さえねじ機構
４６ 面取り部

Claims (13)

1. 金属部品のろう付け補修方法であって、少なくとも被補修部品としての金属部品の被補修部位にろう材を含む補修材を配置する工程と、この配置した補修材を囲み治具によって囲む工程と、上記囲み治具によって囲まれた補修材および囲み治具に抑え治具を機械的押圧力により押し付けて上記補修材および囲み治具を固定する工程と、固定された補修材に対して拡散熱処理を実施する工程、とを備えることを特徴とする金属部品のろう付け補修方法。
2. 複数の被補修部位を有する１個の金属部品の補修に際して、前記拡散熱処理を一度のみ実施することを特徴とする請求項１に記載の金属部品のろう付け補修方法。
3. 前記抑え治具を前記囲み治具に押し付けて固定するための主たる押圧力として、被補修部品の自重、ねじによる締め付け力、ばねによる弾性力、錘に作用する重力から選択された押圧力を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の金属部品のろう付け補修方法。
4. 前記拡散熱処理時に補修材の流出および／または脱落が発生し易い補修面にのみに前記囲み治具および／または抑え治具を配置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属部品のろう付け補修方法。
5. 少なくとも、前記被補修部位を上向き姿勢に設定し、囲み治具によって被補修部位を囲む工程と、被補修部位に粉末の補修材を配置する工程と、該補修部位の姿勢を変える前に該囲み治具に前記抑え治具を被覆して押し付けて固定する工程とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属部品のろう付け補修方法。
6. 前記囲み治具の厚さは全て均一であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属部品のろう付け補修方法。
7. 前記囲み治具が被補修部品と接する面と、前記囲み治具が補修材と接する面とが為す角部が面取りされているかあるいは曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属部品のろう付け補修方法。
8. 前記囲み治具はセラミックスから構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属部品のろう付け補修方法。
9. 前記抑え治具の、少なくとも補修材と接する部位がセラミックスから構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の金属部品のろう付け補修方法。
10. 前記被補修部品が発電プラント高温部品であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の金属部品のろう付け補修方法。
11. 前記被補修部品としての金属部品がガスタービン高温部品であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の金属部品のろう付け補修方法。
12. 前記被補修部品がガスタービン静翼であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の金属部品のろう付け補修方法。
13. 金属部品のろう付け補修装置であって、少なくとも被補修部品としての金属部品の被補修部位にろう材を含む補修材を配置する手段と、この配置した補修材を囲み治具によって囲む手段と、上記囲み治具によって囲まれた補修材および囲み治具に機械的な押圧力によって抑え治具を押し付けて上記補修材および囲み治具を固定する手段と、固定された補修材に対して拡散熱処理を実施する手段、とを備えることを特徴とする金属部品のろう付け補修装置。

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