JP2015514581A - ろう付け溶接による２つの金属部品の接合方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ろう付けによる２つの部品（１２，１４）の接合方法に関し、接合される２つの表面（１２ａ，１４ａ）の間の接合部（１３）およびフィレット（１５）の形成を含み、延性をより大きくするために、フィレット（１５）を形成するために使用される溶加材の化学成分は、接合部（１３）を形成するために使用される溶加材の化学成分と異なることを特徴とする。特に、本発明は、ターボ機械用の高圧圧縮機のガイドベーンセクタの製造に適用する。

Description

本発明は、特に航空分野において、ニッケル基またはコバルト基超合金、すなわち、それぞれ少なくとも５０重量％のニッケルまたはコバルト含有量を有する耐熱合金からなる部品のろう付けに関する。

航空ガスタービンエンジンの多数の部品は、機械的なろう付けによって製造される。ろう付けは、接合される金属部品のボンディング面の間の結合金属層を配置することを含み、該金属層は前記部品と同様の組成物を有する一方で、前記層を接合される部品の合金よりも融解しやすくする「フラックス」として知られる成分を含む。融解している金属は、接合空隙に沿って毛管作用によって加えられてもよく、これによりキャピラリー接合部を形成する。「キャピラリー接合部」は、ろう付け用の部品の間のおよそ２００μｍの空間で得られる接合部である。

本出願人が所有する仏国特許第２８９６１７５号明細書は、２つの超合金部品の間のボンディング接合部を形成するための改善された溶加材組成物を記述するだけでなく、このタイプの溶加材を使用したタービンエンジン静翼セクタのろう付け方法を記述している。

高圧圧縮機の静翼セクタは、ユニットとして鍛造され、かつ、上下鍔部の上にろう付けされるベーンから形成される。これらの部品は、式ＮＣ１９ＦｅＮｂの「ＩＮＣＯ７１８」として知られる合金などの鍛練用ニッケル基またはコバルト基合金からなる。部品を互いにろう付けするために使用される溶加材は合金であり、また、該合金の金属がニッケルの場合は、フラックス成分としてのホウ素および／またはケイ素を含むニッケル基である。このタイプの合金で得られたろうは、キャピラリー接合部において非常に有効である。

接合部での部品の配置は、ボンディング接合部の延長上に、接合部の２つの隣接した表面部の間に位置する、円形状の丸みを帯びた凹形成形物の円弧状のフィレットの形成を必要としてもよい。部品がフィレットを含む場合、溶加材の塊は重要となることがある。この場合、溶加材の塊は脆い性質であったことが発見されている。確かに、低振幅の変形を施される場合、ケイ素およびホウ素を含むニッケル基融解溶加材は、非常に低い延性およびクラックを有する。図１は、この技術を使用した２つの部品２および４のろう付けによってもたらされた接合部の顕微鏡写真（断面図）を示している。部品は、毛管ろう付けされた接合部３によって互いに接合され、結合される。フィレット５は、接合部と同じ金属である融解金属を加えることで、接合部の延長上に、２つの部品の間で作られてきた。そして、接合部の疲労試験が行われてきた。接合部３が損傷を受けずに残っていることが分かる一方で、０．５ｍｍを越える厚みを有し、接合部よりもサイズが大きいフィレットは、変形力によって引き起こされる応力の影響下でひびが入った。

溶加材の塊５で発生したこのクラック７が、ろう付けされたキャピラリー接合部３内へ広がるのはごく稀である。というのも、前記接合部は通常はフランジ状であり、機械的応力をあまり受けないからである。これに対して、応力集中を引き起こす切欠効果の下で、このクラックは単層母材内へ広がることがある。

このろう付けフィレットに現れるクラックの問題を回避するため、解決法として静翼セクタの接合が知られている。前記解決法が適用されてきたが、依然として広く普及していない。前記解決法は、以下のことを含む：
・ろう付け全体のための、金系合金、特に８２％の金を含むＡｕＮｉ９５５などの効果的な溶加材の使用。
・柔軟性を与え、かつベーン鍔部の半径ブレンド上の応力を低減するための、ＩＮＣＯ７１８からなる鍔部の機械切断。

当然のことながら、貴金属の使用が原因で第１のケースで生じる極めて高いコストのため、そして、他方のケースにおいて、ろう付けフィレットに近い応力がかかる領域での鍔部の機械加工のコストのため、上述の２つの解決法はあまり使用されない。この機械加工はまた、継ぎ目に空気漏れを生じさせ、かつ、切断された鍔部を弱める傾向にある。

仏国特許発明第２８９６１７５号明細書

本発明は、先行技術の欠点がなく、既存の解決法よりもコストが低い接合部の製造方法に関する。

ろう付けによって２つの部品を接合するための、かつ、２つのボンディング表面の間のボンディング接合部およびフィレットの形成を含む本発明に従う方法は、延性がより大きくなるように、フィレットを形成するための溶加材の化学成分が、ボンディング接合部を形成するための溶加材の化学成分と異なることを特徴とする。

したがって、提案する解決法は２つの溶加材を使用することである。この解決法は、２つの特定のタイプの作用を引き起こす。その作用とは、ボンディング接合部に対して低い延性を伴う高トラクション性能、および、フィレットで２つの接合された部品を繋ぐ十分な延性である。好ましくは、ボンディング接合部はキャピラリー接合部である。

フィレットを形成するための延性合金の使用によって、クラックの局所的な形成を簡単に防ぐ。

他の特徴によれば、フィレットのろう付け温度は、ボンディング接合部の金属の液相温度よりも低い。

本発明は、ニッケル基またはコバルト基の超合金部品の接合に有利である。特に、ボンディング接合部の形成用の溶加材は、少なくとも１つのフラックス化合物を有するニッケル基合金またはコバルト基合金である。フラックス化合物は、ホウ素、ケイ素およびリンの中から選択される。例えば、ケイ素と結合したホウ素は広く使用されるフラックスの１つである。

有利には、フィレットを形成する溶加材は、ＣｕＭｎＮｉ９３０などの銅基合金、マンガン基合金または金などの貴金属合金である。

本発明は、一方の部品が少なくとも１つのタービンエンジン圧縮機ベーンであり、他方の部品が鍔部である静翼セクタの製造に有利に適用される。

従来技術の接合部の顕微鏡写真（断面図）である。 本方法の第１ステップに従う、２つの超合金金属部品の間のボンディング接合部の形成の概略図である。 本発明の方法の第２ステップにおけるフィレットの形成の図である。

図２は、「ＩＮＣＯ７１８」の商品名で販売されている２つの超合金部品１２および１４の断面図である。２つの部品は、一方および他方の部品の２つのボンディング面１２ａおよび１２ｂの間に作られる空隙に沿って、ボンディング接合部１３によって互いに結合される。タービンエンジン圧縮機用の静翼セクタを製造するために、第１部品１２を静翼とし、第２部品１４を鍔部とする。

有利には、ボンディング接合部は、２００μｍ未満の厚みを有するキャピラリー接合部である。この場合、有利には、この第１ろう付けに使用される第１ろう溶加材は、フラックス成分として添加されるホウ素および／またはケイ素を有するニッケルクロム型のニッケル基である。２つの部品の間には、小さなフィレットが見られる。

この種の溶加材合金は、部品の母材と同じ引張強度および剪断強度を有する毛管ろう付けされた接合部をもたらす。

第２ステップにおいて、第２溶加材は、ボンディング接合部を越えて、部品の２つの表面部１２ｂおよび１４ｂの間に配置される。得られたフィレット１５は、これら２つの表面の各々の接線で２つの表面部１２ｂおよび１４ｂを繋ぐ円形表面の弧を有する。

延性溶加材は、ろう付けフィレットを製造するためにこの第２ろう付け工程に使用される。

また、前記工程は、ボンディング接合部用の溶加材として使用される第１合金の液相温度を下回る温度で行われる。溶加材の延性は、第２部品１４の変形の間にクラックがフィレットに生じることを防ぐ。確かに、この場合は鍔部である第２部品は、第１部品と比較して相対的に低い厚みを有しており、最初に変形する傾向にある。

ＨＲ圧縮機ディフューザのアセンブリに関して、本発明の材料は、式ＮＣ１９ＦｅＮｂ （ＩＮＣＯ７１８）のニッケル基合金、および式ＮｉＣｒＢＳｉ１０００の第１溶加材である。ボンディング接合部のろう付けは、１０４０℃の温度で行われる。

そこで、新規のろう付け工程では、接合部の外側に硬質面をもたらし、かつ、例えば式ＣｕＭｎＮｉ９３０の銅基合金などの自身の延性について選択された組成物である第２溶加材を使用したフィレットを作製するべく、温度は９６０℃まで上昇する。

Claims (9)

1. ろう付けによる２つの金属部品（１２，１４）の接合方法であって、溶加材を使用した、２つのボンディング表面（１２ａ，１４ａ）の間のボンディング接合部（１３）およびフィレット（１５）の形成を含み、延性がより大きくなるように、フィレット（１５）を形成するための溶加材の化学成分は、ボンディング接合部（１３）を形成するための溶加材の化学成分と異なることを特徴とする、方法。
2. ボンディング接合部（１３）が、キャピラリー接合部である、請求項１に記載の方法。
3. フィレット（１５）のろう付け温度が、ボンディング接合部（１３）の溶加材の液相温度より低い、請求項１または２に記載の方法。
4. 部品が、ニッケル基超合金またはコバルト基超合金からなる、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. ボンディング接合部（１３）を形成するための溶加材が、少なくとも１つのフラックス化合物を有するニッケル基合金またはコバルト基合金である、請求項４に記載の方法。
6. フラックス化合物が、ホウ素、ケイ素およびリンのうちの少なくとも１つである、請求項５に記載の方法。
7. フィレットの溶加材が、ＣｕＭｎＮｉ９３０などの銅基合金、マンガン基合金または貴金属合金である、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 一方の部品（１２）が、タービンエンジン圧縮機ブレードであり、他方の部品は鍔（１４）である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 接合が静翼セクタを形成する、請求項８に記載の方法。

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