JP2023054755A - 後壁打痕のろう付け補修 - Google Patents

Abstract

【課題】穴のＥＤＭ加工に起因する後壁打痕を補修する。【解決手段】部品（１１０）を補修する方法は、部品（１１０）内のボイド（２５５）を識別するステップと、ボイド（２５５）の１以上の概略物理的構成を決定するステップと、ボイド（２５５）を観察するために部品（１１０）にボアスコープを挿入するステップと、ボイド（２５５）の１以上の概略物理的構成に略等しい補修ロッド（２７０）を用意するステップと、ボイド（２５５）内に補修ロッド（２７０）を挿入するステップと、ボイド（２５５）内への補修ロッド（２７０）の挿入を確認するステップと、補修ロッド（２７０）を分離してボイド（２５５）内に補修プラグ（２５３）を残すステップと、ボイド（２５５）内の補修プラグ（２５３）の上にろう材（２５２）ペーストを堆積させるステップとを含む。【選択図】図７

Description

本発明は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、具体的には、ガスタービンエンジン部品に穴を形成することに関する。

ガスタービンエンジンでは、空気を圧縮機で圧縮し、燃焼器で燃料と混合して高温燃焼ガスを発生させる。高圧タービン（ＨＰＴ）においてガスからエネルギーが抽出されて、圧縮機を駆動し、低圧タービン（ＬＰＴ）においてガスから抽出されるエネルギーは、ターボファン航空機エンジン用途のファンを駆動或いは船舶及び産業用途の外部シャフトを駆動する。

エンジン効率は燃焼ガスの温度に伴って増大する。しかし、燃焼ガスはその流路に沿って様々な部品を加熱するので、妥当な長さのエンジン寿命を達成するには冷却が必要とされることがある。典型的には、高温ガス経路部品は、圧縮機から抽出した空気によって冷却し得る。抽出空気は燃焼プロセスに使用されないので、この冷却プロセスはエンジン効率を低下させる可能性がある。

ガスタービンエンジン冷却技術は成熟技術であり、冷却回路の様々な態様並びに様々な高温ガス経路部品における特徴が考慮されてきた。例えば、燃焼器は半径方向外側及び内側ライナを含んでいることがあるが、これらは運転中に冷却を必要とする。タービンノズルは外側バンドと内側バンドの間に支持された中空静翼を含んでいることがあるが、これも冷却を必要とする。タービンロータ動翼は中空にすることができ、典型的にはその内部に冷却回路又は通路を含んでいて、動翼はタービンシュラウドで囲繞されるが、これも冷却を必要とすることがある。高温燃焼ガスは排気系から排出することができるが、排気系もライニングされかつ適切に冷却されることがある。

ガスタービンエンジン部品のこれらの例示的で非限定的な態様のすべてにおいて、部品を軽量化するとともに、その冷却の必要性を低減するため、高強度超合金金属材料の薄肉壁を使用し得る。様々な冷却回路及び特徴を、これら個々の部品のエンジン内でのそれぞれの環境に合わせてあつらえることができる。例えば、一連の内部冷却通路又はサーペンタイン通路を高温ガス経路部品内に形成し得る。冷却流体をプレナムからサーペンタイン通路に供給してもよく、冷却流体は通路を通って流れ、高温ガス経路部品基材及び付属するコーティングを冷却することができる。部品の内部領域にアクセスするための穴が形成されることもある。

高温ガス経路部品に冷却穴を形成するため放電加工（ＥＤＭ）が用いられることがある。ＥＤＭは、冷却穴を形成するための穿孔／機械加工時に後壁打痕を起こしてしまうことがある。後壁打痕は、ＥＤＭに用いられる電極が、穿孔／機械加工中の穴から、所望の最終穴構成に必要とされる限度を超えて、部品内へと延びるときに発生する。ＥＤＭ加工された部品の表面に沿って変質層の形成を補償するため、さらに穿孔／機械加工が必要とされることがある。

変質層（リキャスト層）は、ＥＤＭプロセスの熱によって形成される比較的薄い表面層である。熱によって部品の穿孔／機械加工領域の近傍領域が軟化し、ＥＤＭプロセスの完了後に再硬化する。再硬化は、形成される穴の穿孔された部分の輪郭、深さ又は構造の望ましい構成に悪影響を与えかねない。従って、以下で説明するように、ＥＤＭによって穴を穿孔／機械加工できる範囲は、変質層を補償するために必要以上に大きくなってしまうことがある。従って、ＥＤＭは、内部冷却通路の内面を含む高温ガス経路部品又は部品の穿孔／機械加工に用いられるため、内部冷却通路の内部又は内部表面で後壁打痕が起こりかねない。高温ガス経路部品では、後壁打痕は内部冷却通路に延長された穴を生じてしまい、応力集中などの構造上の問題を引き起こしかねない。従って、ＥＤＭに起因する内部冷却通路内の後壁打痕又は延長された穴の補修によって、高温ガス経路部品の応力集中を避けることができる。

以下に挙げるすべての態様、具体例及び特徴は、技術的に可能な方法で組合せることができる。

本開示の一態様は、部品を補修する方法を提供する。本方法は、部品内のボイドを識別するステップと、ボイドの１以上の概略物理的構成を決定するステップと、ボイドを観察するために部品にボアスコープを挿入するステップと、ボイドの１以上の概略物理的構成のうちの１以上に略等しい補修ロッドを用意するステップと、部品に補修ロッドを挿入するステップと、ボイド内への補修ロッドの挿入を確認するステップと、補修ロッドを分離してボイド内に補修プラグを残すステップと、ボイド内の補修プラグの上にろう材ペーストを堆積させるステップとを含む。

本開示の別の態様は、前記態様を包含し、部品はターボ機械の高温ガス経路部品である。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、ボイドは後壁打痕である。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、後壁打痕は、高温ガス経路部品の穴のＥＤＭによって形成される。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、ボイドの１以上の概略物理的構成を決定するステップは、ボイドの少なくとも概略深さ及び幅を決定することを含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、識別するステップは、ボアスコープ又はＣＴスキャンの１以上を用いてボイドを識別することを含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、補修ロッドを用意するステップは、補修ロッドを形成することを含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、補修ロッドを用意するステップは、補修プラグを形成するための折り目を補修ロッドに形成することを含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、補修ロッドを用意するステップは、補修ロッド及び補修プラグを積層造形することによって形成することを含む。

本開示の別の態様は、前記態様を包含し、補修ロッド及び補修プラグを積層造形することが、折り目を積層造形及び形成することを含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、ボイド内に補修ロッドを挿入するステップは、ボイドの底部に補修ロッドを挿入してプラグをボイド内に完全に配置することを含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、ボイドの上端で補修ロッドを分離することにより、ボイド内に補修プラグが残り、補修プラグの上端がボイドの上端に配置される。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、ボイド内に配置された補修プラグの周囲にろう材を配置することをさらに含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、ろう材を配置するステップは、ボイドの上端までろう材を積層するための少なくとも複数のろう材配置ステップを含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、補修プラグの周囲にろう材を配置した後に部品をろう付け炉で加熱することをさらに含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、以前のろう材堆積物を乾燥した後にろう材の堆積を繰り返して公称部品内面まで積層することをさらに含む。

本開示のさらに別の態様は、高温ガス経路部品における後壁打痕（ＢＷＳ；backwall strike）を補修するための方法を提供する。本方法は、高温ガス経路部品内のＢＷＳを識別するステップと、ＢＷＳの１以上の物理的構成を決定するステップと、プロセスを観察するために高温ガス経路部品にボアスコープを挿入するステップと、補修ロッドを用意するステップであって、補修ロッドが、合金ロッド及び積層造形ロッドの１以上を含む補修ロッドを用意するステップと、補修ロッドに折り目を形成して補修プラグを形成するステップと、補修ロッド及び補修プラグを部品に挿入するステップと、補修ロッド及び補修プラグをＢＷＳに挿入するステップと、補修プラグをＢＷＳの底部に挿入するステップと、補修ロッドを折り目で分離して補修プラグをＢＷＳ内に残すステップと、ＢＷＳ内の補修プラグの上にろう材ペーストを堆積するステップと、ろう材ペーストの堆積を繰り返してろう材を高温ガス経路部品の内面まで積層するステップとを含む。

本開示の別の態様は、前記態様を包含し、補修プラグの上にろう材ペーストを堆積させることは、高温ガス経路部品の拡散穴を通してろう材を堆積することを含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、ろう材の堆積が完了した後に高温ガス経路部品をろう付け炉内で加熱することをさらに含む。

本開示の別の態様は、前記いずれかの態様を包含し、高温ガス経路部品内のＢＷＳを識別するステップは、ボアスコープ及びＣＴスキャンの１以上による識別を含む。

本開示の別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、補修ロッド及び補修プラグをＢＷＳに挿入するステップは、ボアスコープ及びＣＴスキャンの少なくとも一方を用いて挿入を確認することをさらに含む。

この発明の概要の欄に記載した態様も含めて、本開示に記載した２以上の態様を組合せて、本明細書に具体的に記載されていない実施態様としてもよい。

１以上の実施態様の詳細を、添付の図面及び以下の説明に記載する。その他の特徴、目的及び利点は、発明の詳細な説明、図面並びに特許請求の範囲から明らかになろう。

本開示の上記その他の特徴については、本開示の様々な実施形態について記載する添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができよう。

本開示の実施形態に係るガスタービンシステムの概略説明図である。 本開示の実施形態に係る例示的な翼形部構成の概略断面図である。 本開示の実施形態に係る翼形部、プラットフォーム、シャンク及びダブテールを有する高温ガス経路部品の例を示す。 図３の高温ガス経路部品の断面であり、本開示の実施形態に係る例示的な高温ガス経路部品のシャンク及びダブテール内の基材の内部空間及び通路を有する 本開示の実施形態に係る放電加工（ＥＤＭ）によって形成された拡散穴及び後壁打痕を有する前縁近傍の翼形部構成としての例示的な高温ガス経路部品の断面図を示す。 本開示の実施形態に係るＥＤＭによって形成された拡散穴及び後壁打痕を有する前縁近傍の翼形部構成としての別の例示的な高温ガス経路部品の断面図を示す。 本開示の実施形態に係る拡散穴を有する前縁近傍の翼形部構成としての例示的な高温ガス経路部品における補修された後壁打痕の断面図を示す。 本開示の実施形態に係る例示的な冷却穴を有する例示的な翼形部構成における補修された後壁打痕の概略断面である。 本開示の実施形態に係る部品の後壁打痕の補修方法のフローチャートである。 本開示の実施形態に係る後壁打痕の補修に使用されるロッドの概略図である。

なお、本開示の図面は必ずしも縮尺通りではない。図面は、本開示の典型的な態様を例示するものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。複数の図面間で、同様の符号は同様の構成要素を表す。

まず、本開示の主題を明確に説明するため、翼形部内の関連する機械部品及び補修ステップについて言及及び説明する際に、用語を選択する必要がある。できるだけ、当技術分野で一般的な用語を、その通常の意味と一致するように用いる。別途記載されていない限り、かかる用語は、本願の文脈及び添付の特許請求の範囲に準じて広義に解釈すべきである。ある部品を幾つかの異なる又は重複する用語を用いて言及することが多々あることは当業者には自明であろう。本明細書において、単一の部材として記載したものであっても、別の文脈では複数の部品からなるものとして記載することもある。或いは、本明細書のある箇所で複数の部品を含むものとして記載したものであっても、別の箇所では単一の部材として記載することもある。

さらに、本明細書では幾つかの記述的用語を繰返し用いるが、本欄の冒頭でこれらの用語を定義しておくと有用であろう。これらの用語及びその定義は、別途明記しない限り、以下の通りである。本明細書で用いる「下流」及び「上流」という用語は、流体の流れ（例えばタービンエンジンを通る作動流体の流れ、或いは燃焼器を通る空気又はタービンの部品系の１つを通る冷却剤の流れなど）に関する方向を示す用語である。「下流」という用語は流体が流れていく方向に対応し、「上流」という用語は流れと反対の方向（すなわち、流れて来る方向）をいう。「前方」及び「後方」という用語は、それ以上は特定されない方向をいい、「前方」はエンジンの前方又は圧縮機端を示し、「後方」はターボ機械の後方セクションを示す。

さらに、本明細書では、以下に記載する通り、幾つかの記述的用語を繰返し用いる。「第１」、「第２」及び「第３」という用語は、ある部品を他の部品と区別するために互換的に用いられ、個々の部品の位置又は重要性を示すものではない。

本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、開示内容を限定するものではない。本明細書において、単数形で記載したものであっても、前後関係から明らかでない限り、複数の場合も含めて意味する。本明細書において、「含む」及び／又は「備える」という用語は、記載した特徴、整数、ステップ、操作、構成要素及び／又は部品が存在することを示し、他の１以上の特徴、整数、ステップ、操作、構成要素、部品及び／又はこれらの群の存在又は追加を除外するものではない。「任意」又は「適宜」という用語は、その用語に続いて記載された事象又は状況が起きても起きなくてもよいこと或いはその用語に続いて記載された部品又は構成要素が存在しても存在しなくてもよいことを意味しており、かかる記載はその事象又は状況が起こる場合と起こらない場合並びにその部品又は構成要素が存在する場合と存在しない場合とを包含する。

ある構成要素又は層が別の構成要素又は層に「配置」、「係合」、「接続」又は「結合」しているという場合、その別の構成要素又は層に直接、配置、係合、接続又は結合していてもよいし、或いは介在する構成要素又は層が存在していてもよい。対照的に、ある構成要素が別の構成要素又は層に「直接配置」、「直接係合」、「直接接続」又は「直接結合」しているという場合、介在する構成要素又は層は存在しない。構成要素間の関係について説明するために用いられる他の用語（例えば、「～の間」と「直接間」、「隣接」と「直接隣接」など）も同様に解釈される。本明細書で用いる「及び／又は」という用語は、記載されたものの１以上のあらゆるすべての組合せを包含する。

放電加工（ＥＤＭ）は、電気火花及びアークによる溶融又は蒸発によって材料を除去することにより、導電性金属部品を形状加工するプロセスである。ＥＤＭは、短い周期で繰返し発生させる放電によって金属を除去するため「スパーク加工」とも呼ばれる。火花放電及び過渡アークは、部品（多くの場合、陽極又は正に荷電）と工具又は電極（通例、は陰極又は負に荷電）の間に制御されたパルス直流（ＤＣ）を印加することによって発生する。電極の端部と部品とは放電ギャップ（例えば、限定されるものではないが、約０．０１ｍｍ～約０．５０ｍｍの範囲内）によって隔てられる。電極の端部及び部品は、誘電性流体中に浸漬されるか或いは誘電性流体の噴流に付される。ＤＣ電圧によって、工具と部品の間に火花放電電荷又は過渡アークを通す。ＥＤＭ装置は、電極と部品の間で放電を行うための１以上の電極を含み得る。

各火花及び／又はアークは、部品の少量を溶融又は蒸発させるのに十分な熱を生成して工作物表面に小さなピット又はクレータ（放電痕）を残す。このプロセスは熱侵食ということができる。実施形態の非限定な一態様では、電極の切削パターンをコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）することができ、サーボモータで電極と部品の相対位置を制御する。サーボモータは、火花放電を制御するとともに工具と部品の間のギャップを制御するための比較的複雑な制御アルゴリズムを用いて制御することができる。電極と部品を誘電性流体に浸漬することにより、火花放電を開始するためのプラズマチャンネルを工具と部品の間に確立することができる。誘電性流体は、部品の加工領域を冷却状態に保ち、機械加工の残渣の除去にも役立つ。放電を繰返すことによって、所望の形状になるるまで、部品内に一連の徐々に深さを増していくクレータが作成される。

ＥＤＭには、形彫り放電加工とワイヤ放電加工の２つの主要な方法がある。２つの方法の一つの相違点は、機械加工の実施に用いられる電極である。典型的な形彫り放電加工用途では、グラファイト電極を特定の形状で構成し、電源及びラムに接続して、ゆっくりと部品に供給する。加工作業全体は、通常、流体浴中に沈めながら行うことができる。流体は一般に、１）材料を洗い流す、２）熱影響部を減らす（それによって部品の潜在的損傷を防ぐ）ための冷却液として作用する、及び３）絶縁破壊後に電極と部品の間に電流を流すための導体として働くという少なくとも３つの目的を果たす。

ワイヤ放電加工では、非常に細いワイヤを電極として用いる。典型的には真鍮のワイヤを電極として使用することができる。ワイヤはゆっくりと供給され、放電によって部品が切削される。ワイヤ放電加工も通常は水浴中で行われる。ワイヤ自体は、穿孔／機械加工される金属には触れず、実際には放電で少量の材料が除去され、部品を貫いてワイヤを移動できるようになる。通常、ＣＮＣを介してコンピュータでワイヤパスを制御する。

ＥＤＭは、チタン及び超合金のような硬質金属又は金属合金の加工に効果的に使用できる。ＥＤＭは、入り組んだ又は複雑な形状を製造するのに高いコスト効率で使用できる。ただし、精密な構成の完成品が必要とされる用途では、ＥＤＭはすべてのニーズを満たさないこともある。上述の通り、ＥＤＭは、ＥＤＭ加工部品の表面に沿った変質層の形成をを含む。変質層は、ＥＤＭプロセスの熱によって形成される比較的薄い表面層である。熱によって、加工部品の加工領域の近傍領域が軟化し、ＥＤＭプロセスの完了後に再硬化する。再硬化は一般に、形成される穴の穿孔された部分の輪郭、深さ又は構造の望ましい構成に悪影響を及ぼす。

その結果、変質層を補償するために、ＥＤＭプロセスは、穴の所望の輪郭、深さ又は構造を得るのに必要なものよりも大きい又は深いボイド、穴又は空洞を形成してしまうことがある。従って、変質層の再硬化時は、機械加工／穿孔穴は所望の輪郭、深さ又は構造にある。しかし、変質層の量及び範囲は厳密ではなく、正確に計算することはできない。従って、ＥＤＭは、所望の穴の輪郭、深さ又は構造を達成するのに必要な限度を超えて行われることがある。この増大した輪郭、深さ又は穿孔は、変質層では埋めきれないおそれがあり、そのため所望のものよりも大きな穴が作成されてしまいかねない。高温ガス経路部品では、ＥＤＭが高温ガス部品の穿孔すべき部分を超えてしまうことがあり、本明細書で説明するように、高温ガス経路内部の特徴を横断して他の高温ガス経路部材まで延びてしまうことことさえ起こりかねない。ＥＤＭが他の高温ガス経路部品まで延びて、「後壁打痕」として知られるボイド、穴又は空洞（以下、後壁打痕）を生成したときは、後壁打痕の補修を行うことができる。

図１は、ガスタービンシステム１０の概略構成図である。ガスタービンシステム１０は、１以上の圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６及び燃料ノズル２０を含む。１以上のシャフト１８で圧縮機１２とタービン１６とを結合することができる。

ガスタービンシステム１０には、多数の高温ガス経路部品１００が含まれる。本明細書の用例では、高温ガス経路部品は、ガスタービンシステム１０を通る高温ガス流に少なくとも部分的に曝されるガスタービンシステム１０の部品である。例えば、動翼又は動翼アセンブリ、ノズルアセンブリ（静翼又は静翼アセンブリとも呼ばれる）、シュラウドアセンブリ、トランジションピース、保持リング及びタービン排気部品はすべて高温ガス経路部品である。ただし、高温ガス経路部品１００は、これらの具体例に限定されるものではなく、高温ガスの流れに少なくとも部分的に曝される部品であればいかなるものであってもよい。さらに、高温ガス経路部品１００は、ガスタービンシステム１０内の部品に限定されず、高温の流れに曝される機械の一部又はその部品であってもよい。

高温ガス経路部品１００が高温ガス流に曝されると、高温ガス経路部品１００は高温ガス流によって加熱され、高温ガス経路部品１００が実質的に劣化又は故障する温度に達してしまうことがある。ガスタービンシステム１０を高温の高温ガス流で運転できるようにするため、また必要に応じてガスタービンシステム１０の所望の効率、性能及び／又は寿命を達成するために、高温ガス経路部品１００のための冷却システムが設けられる。

図２のように、例示的な高温ガス経路部品１００は、外面１１２及び内面１１６を有する基材１１０を含む。内面１１６は、１以上の内部空間又はキャビティ１１４を画成する。図２に示す非限定的な構成では、基材１１０の外面１１２は、正圧側壁２４と負圧側壁２６を画成する。実施形態のある態様では、正圧側壁２４と負圧側壁２６は、高温ガス経路部品１００の前縁２８及び後縁３０で互いにつながる。また、図２の実施形態の別の態様では、負圧側面２６は凸状であり、正圧側面２４は凹状である。

加工される高温ガス経路部品は様々である。実施形態の一態様に係る例示的な高温ガス経路部品を図３及び図４に示す。図３及び図４に示す例示的で非限定的な高温ガス経路部品は、翼形部９０、プラットフォーム９２、シャンク９６及びダブテール９９を有する動翼を含む。ダブテール９９は、ダブテール９９を貫通し、シャンク９６及びプラットフォーム９２を通って翼形部９０につながる通路１８０，１８２を含む。通路１８０，１８２は、冷却流体が翼形部９０の内部空間又はキャビティ１１４に流入して流れることができるようにする。さらに、基材１１０の外面１１２の少なくとも一部にコーティング１５０を塗工してもよい。コーティング１５０は、適切な材料からなる遮熱コーティングシステムであってもよく、コーティング１５０のボンドコートによって部品１１０に接着していてもよい。

以下、図５～図９を参照して、後壁打痕の発生及び補修について説明する。本開示によって具体化されるように、１以上の穴１４０を、基材１１０を貫通して形成することができる。１以上の穴１４０（図８）の各々は、内部空間又はキャビティ１１４の少なくとも１つと通じていてもよい。実施形態の一態様では、１以上の穴１４０は拡散穴２４０であってもよい。拡散穴２４０は「フィルム冷却穴」としても知られ、そのように称されることもある。

各拡散穴２４０は、高温ガス経路部品１００に設けられる。１以上の拡散穴２４０の各々は、高温ガス経路部品１００の前縁２８近傍に形成し得る。さらに、１以上の拡散穴２４０の各々は、拡散通路２４２を介して内部空間又はキャビティ１１４の少なくとも１つと流体連通するように構成することができる。

本開示によって具体化されるように、各拡散穴２４０は、穿孔プロセスを用いて形成し得る。実施形態の一態様では、穿孔加工は、放電加工（ＥＤＭ）を含む。ただし、実施形態の他の態様では、穴１４０及び２４０を形成するための他の穿孔プロセスを単独で又はＥＤＭと組合せて含んでいてもよい。ＥＤＭによって形成し得る穴１４０，２４０は、代替的には、他の公知の穿孔プロセス、例えば、限定されるものではないが、レーザ穿孔、研磨液ジェット（ＡＬＪ；abrasive liquid jet）穿孔又は現在公知もしくは将来開発される他の穿孔プロセスによっても形成し得る。

図５及び図６は、ＥＤＭ並びに拡散穴２４０を形成するＥＤＭプロセスにおける変質層の生成の過補償に起因する基材１１０の後壁打痕を示す。拡散穴２４０を形成するＥＤＭプロセスにおいて、ＥＤＭ電極は、拡散冷却通路２４２の穿孔及び作成にも用いられることがある。実施形態の一態様では、拡散冷却通路２４２は、基材１１０を貫通して内部空間又はキャビティ１１４の少なくとも１つまで延在する。しかし、ＥＤＭプロセスを厳密に制御したとしても、電極が、内部空間又はキャビティ１１４の少なくとも１つの後壁に接触することがある。電極が内部空間又はキャビティ１１４の少なくとも１つの後壁に接触すると、接触が起こる。ＥＤＭ電極と後壁との接触は、状況によっては、電極－後壁接触点での基材１１０の後壁打痕又は変質（以下「後壁打痕」という）を生じかねない。基材１１０の後壁打痕は、基材１１０に応力集中を引き起こしかねず、これは望ましくない場合がある。従って、応力集中の懸念を軽減するために、基材１１０の後壁打痕に対する対策を取ることができる。

部品１００の所期の用途に応じて、部品１００は、Ｎｉ基、Ｃｏ基及びＦｅ基超合金を含むことがある。Ｎｉ基超合金としては、γ相とγ’相の両方を含むもの、特にγ相とγ’相の両方を含むＮｉ基超合金であってγ’相が超合金の４０体積％以上を占める超合金がある。かかる合金は、高温強度及び高温クリープ耐性を始めとする望ましい特性を併せもつため有利であることが知られている。基材材料はＮｉＡｌ金属間合金を含んでいてもよく、これらの合金も航空機用タービンエンジン用途での使用に有利な高温強度及び高温クリープ耐性を始めとする優れた特性を併せもつことが知られている。

図８に示す非限定的な翼形部構成について、穴２４０は拡散穴であり、本開示によって具体化されるように、拡散穴２４０は異なる形状を有していてもよい。さらに、本開示によって具体化されるような形成及び補修方法は、図面を参照して上述した拡散穴２４０に加えて、様々な穴を形成する際の後壁打撃保護を提供するのに使用し得る。例えば、穴は、受動冷却穴、動翼先端ダスト穴、パージ穴、翼形部後縁穴、フィルムスロット、シーリング穴、シーリングスロット、端壁／プラットフォーム／シュラウド／先端シュラウド周縁穴、及びこれらの組合せの１以上を含んでいてもよい。

後壁打痕保護は、翼形部９０の後縁２８付近に施すことができる。その付近では基材１１０の対向壁間の距離が短く、そのため変質なしでＥＤＭを制御するのが難しいので、後壁打痕の補修を施すことができる。従って、拡散穴２４０及び拡散冷却通路２４２のＥＤＭ穿孔を、適切な穴及び通路構成ができる前に、止めると、拡散穴２４０及び／又は拡散冷却通路２４２は、高温ガス経路部品を適切に冷却することのできる寸法、幅及び／又は長さでは十分に作成されないおそれがある。

図５及び図６を参照すると、拡散穴２４０及び拡散通路２４２の２通りの配向が記載されている。図に示すように、拡散穴２４０及び拡散通路２４２が基材１１０に入る角度は様々である。拡散穴２４０及び拡散通路２４２が基材１１０に入る角度は、本開示によって具現化されるように、部品１００に対する所望のフィルム冷却効果に応じて変化する。

後壁打痕２５０は、拡散通路２４２の延長線上に図示されている。上述の通り、ＥＤＭ電極は基材１１０内部に入り、ＥＤＭ中に拡散通路２４２の適切な構成を確保するために、ＥＤＭ電極はさらに内部空間又はキャビティ１１４内へと延びることがある。ＥＤＭ電極が、拡散通路２４２の適切な作成を担保するため、内部空間又はキャビティ１１４内に侵入しすぎると、ＥＤＭ電極が後壁に当たって後壁打痕２５０を生じてしまうことがある。上述のように、後壁打痕２５０は、基材１１０に望ましくない応力を生じるおそれがあり、補修又は修理を行うのが好ましい。

図７及び図８は、実施形態の態様に従って補修された後壁打痕２５０を示す。図９は、本開示によって具現化された、後壁打痕２５０の補修方法のフローチャートである。図１０は、後壁打痕の補修に使用されるロッドの概略図である。以下、図７～図１０を参照して、後壁打痕のための非限定的な補修方法について説明する。

後壁打痕２５０の補修方法は、まずステップ１で後壁打痕を識別する。実施形態のある態様では、翼形部９０である高温ガス経路部品における後壁打痕２５０は、翼形部９０のダブテール９９から内部空間又はキャビティ１１４を通して挿入されるボアスコープの使用によって識別し得る。或いは、実施形態の別の非限定な態様では、高温ガス経路部品における後壁打痕２５０を識別するためにＣＴスキャンを使用し得る。

補修方法は次いでステップ２において後壁打痕２５０の概略物理的構成を決定する。後壁打痕２５０の構成の要素としては、限定されるものではないが、後壁打痕２５０の深さｄ、直径又は幅ｗ及び外周２５１が挙げられる。ステップ２の構成決定には、ステップ１で用いたものと同じツール、例えば限定されるものではないが、ボアスコープ又はＣＴスキャンのような識別ツールを用いることができる。

ステップ３では、ステップ１で後壁打痕の識別にボアスコープを用いなかった場合に、高温ガス経路部品内にボアスコープを挿入する。部品に挿入されたボアスコープは、本開示によって具体化されているように、後壁打痕の補修を観察及び監視するために使用できる。

後壁打痕２５０の構成を決定したら、適切な溶接ロッド又は合金ロッド２７０（図７及び図８）を作成又は用意することができる（ステップ４）。本開示によって具体化されるように、溶接ロッド又は合金ロッド２７０は、プラグ２５３を形成するための部分を含む。ロッド２７０の選択は、後壁打痕２５０の構成にできるだけ合致するように行われる。換言すると、ロッド２７０は、後壁打痕２５０の物理的構成の１以上に対応する形状及び／又は寸法を有するべきである。従って、プラグ２５３は、形成されると、後壁打痕２５０について決定した概略深さ、直径、幅及び外周長２５１の構成の少なくとも１つと実質的に一致することができる。

本開示によって具体化されるように、溶接ロッド又は合金ロッド２７０（以下、「ロッド２７０」という。）の一実施形態は、プラグ２５３を形成する部分を含んでいてもよい。ロッド２７０（図１０）は、ロッド内に形成され、後壁打痕２５０の直径及び幅とよく一致するように選択されたプラグ２５３を含む。プラグ２５３及びロッド２７０は、複数のロッドから選択してもよく（ステップ４．１）、特定のロッド２７０は、後壁打痕２５０の直径とよく一致する直径を有し得る。

実施形態のさらに別の態様では、ロッド２７０及びプラグ２５３は、積層造形されたプラグ２５３であってもよい。ロッド２７０及びプラグ２５３を積層造形する（ステップ４．２）ことによって、ロッド２７０及びプラグ２５３をカスタマイズして、後壁打痕２５０にぴったりとフィットさせることができる。さらに、実施形態の一態様では、積層造形ロッド２７０及びプラグ２５３は、後壁打痕２５０構成が複雑及び／又は不規則な形状をしているときに有用となり得る。積層造形されたロッド２７０及びプラグ２５３の技術的利点は、在庫の削減、カスタマイズされた正確なロッド２７０及びプラグ２５３の構成、並びに積層造形されたロッド２７０及びプラグ２５３を高温ガス経路部品１００の特定の材料ニーズに適合させることができる点である。

適切なロッド２７０及びプラグ２５３が、合金ロッド２７０及びプラグ２５３又は積層造形されたロッド２７０及びプラグ２５３のいずれかとして決定され、製造されると、ロッド２７０に折り目２７５が形成される（ステップ４．３）。折り目２７５は、ロッド２７０の端からプラグ２５３を形成するための距離ｄに設けられる。折り目２７５からのロッド２７０の距離ｄは、後壁打痕２５０の深さｄと一致する。従って、ロッド２７０及びプラグ２５３を後壁打痕２５０に挿入すると、折り目２７５は、後壁打痕２５０の内部空間又はキャビティ１１４のほぼ表面に位置する。折り目２７５は、高温ガス経路部品１００に入れる前のロッド２７０に形成することができる。限定されるものではないが折り目刻印工具のような工具を用いて、ロッド２７０に折り目２７５を形成することができる。ロッド２７０を積層造形する場合、折り目２７５はロッド２７０に積層造形することができる。

本開示によってロッド又は積層造形されたプラグのいずれかとして具現化されるロッド２７０及びプラグ２５３は、次いで、拡散穴４２０を通して高温ガス経路部品１００に挿入される（ステップ５）。後壁打痕２５０内へのロッド２７０及びプラグ２５３の挿入の確認（ステップ５）は、ステップ３で部品１００に挿入されたボアスコープによって検証し得る（ステップ６）。プラグ２５３が後壁打痕２５０内に完全に挿入されてプラグが後壁打痕２５０の端壁に当接するまで挿入を続ける（ステップ７）。ステップ６の確認は、ステップ１又はステップ３のいずれかにおいて、高温ガス経路部品１００に設けられたボアスコープによって検証し得る。

ロッド２７０及びプラグ２５３が後壁打痕２５０内に完全に挿入された後（ステップ７）、ロッド２７０の一部は、後壁打痕２５０の外、例えば内部空間又はキャビティ１１４内に延びる。後壁打痕２５０の外に延びるロッド２７０の部分を、後壁打痕２５０内に配置されたプラグ２５３から分離する。後壁打痕２５０の外に延びるロッド２７０の部分は、プラグ２５３を折り目２７５で割ることによって分離することができる。折り目２７５での破断は、実施形態のある態様では、後壁打痕２５０の外に延びるロッド２７０の部分を、抵抗、トルクなどの手段を用いて、折ることを含むことができる。折り目２７５はロッド２７０に弱化領域を生じるので、折り目２７５での破断には、折り目２７５以外の領域でロッド２７０を破断するのに必要な力よりも小さい力しか必要としない。この時点でプラグ２５３は、折り目が設けられた端部が後壁打痕内に留まる尖端を有し得る。

次いで、ろう材２５２（図７）を、後壁打痕２５０内のプラグ２５３の周囲に堆積させる。本発明の特定の態様では、ろう材２５２は、注射器及び注射針アセンブリを用いて堆積させることができる。プラグ２５３と後壁打痕２５０の外周２５１との間の空隙２５５内に入り込むのに十分な粘度を有するろう材２５２ペーストを用意し得る。ろう材２５２は、後壁打痕２５０内のプラグ２５３の上方及び周囲に堆積させることができる。ろう材２５２は、内部部品構成、好ましくは高温ガス経路部品１００の表面１１４と同一直線及び同一平面まで積層するため、必要に応じて後続の堆積によって追加することができる。ろう材２５２が適切かつ所望の量まで積層されたら、それをボアスコープによって確認した上で、補修方法の続きを行うことができ、それには典型的にはろう付け炉作業を含む。こうして、ろう材２５２が固化して後壁打痕２５０の補修方法は完了し、ＥＤＭに起因して高温ガス通過部品１００が有していたはずの応力が軽減される。

本明細書で用いる「約」は、記載された数値（範囲のときは上下限の数値）の±１０％を示す。

添付の図面は、本開示の幾つかの実施形態に関する処理の幾つかを示す。これに関して、図面の流れ図における各々の線描又はブロックは、記載された方法の実施形態に関連するプロセスを表す。幾つかの別の実施態様では、図又はブロックに記載された行為は、関与する行為によっては、図に記された順序通りに起こらなくてもよいし、或いは例えば実質的に同時に又は逆の順序で実行されてもよい。また、プロセスを表す追加のブロックを追加し得ることも当業者には自明であろう。

本明細書及び特許請求の範囲で用いる近似表現は、数量の修飾語であって、その数量が関係する基本機能に変化をもたらさない許容範囲内で変動し得る数量を表すために適用される。従って、「約」、「略」及び「実質的に」のような用語で修飾された値はその厳密な数値に限定されない。場合によっては、近似表現は、その値を測定する機器の精度に対応する。本明細書及び特許請求の範囲において、数値限定の範囲は互いに結合及び／又は交換可能であり、かかる範囲はその上下限で規定され、前後関係等から明らかでない限り、その範囲に含まれるあらゆる部分範囲を包含する。範囲の特定の値に用いられる「約」は、上下限に適用され、その値を測定する機器の精度に依存する場合を除いて、記載された数値の±１０％を示すことがある。

以下の特許請求の範囲において機能的記載によって特定された構成要素の対応する構造、材料、行為及び均等物は、特許請求の範囲に具体的に記載された他の構成要素と組合せて機能を発揮する任意の構造、材料又は行為を包含する。本開示の記載は、例示及び説明を目的としたものであり、網羅的なものでもなければ、開示された形態に限定するものでもない。本開示の技術的範囲及び技術的思想から逸脱せずに、数多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本開示の実施形態は、本開示の原理及び実用的用途の説明として最も適しかつ当業者が様々な実施形態に関する開示内容及び特定の用途に適した様々な修正について理解できるように、選択して記載したものである。

１００ 高温ガス経路部品
１１０ 基材
１１４ 内部キャビティ
２４０ 拡散穴
２４２ 拡散通路
２５０ 後壁打痕
２５２ ろう材
２５３ 補修プラグ
２５５ 空隙
２７０ 補修ロッド

Claims (15)

1. 部品（１１０）を補修する方法であって、当該方法が、
   前記部品（１１０）内のボイド（２５５）を識別するステップと、
   前記ボイド（２５５）の１以上の概略物理的構成を決定するステップと、
   前記ボイド（２５５）を観察するために前記部品（１１０）にボアスコープを挿入するステップと、
   前記ボイド（２５５）の１以上の概略物理的構成に略等しい補修ロッド（２７０）を用意するステップと、
   前記ボイド（２５５）内に前記補修ロッド（２７０）を挿入するステップと、
   前記ボイド（２５５）内への前記補修ロッド（２７０）の挿入を確認するステップと、
   前記補修ロッド（２７０）を分離して前記ボイド（２５５）内に補修プラグ（２５３）を残すステップと、
   前記ボイド（２５５）内の補修プラグ（２５３）の上にろう材（２５２）ペーストを堆積させるステップと
   を含む、方法。
2. 前記部品（１１０）がターボ機械の高温ガス経路部品（１００）である、請求項１に記載の方法。
3. 前記ボイド（２５５）が後壁打痕（２５０）である、請求項２に記載の方法。
4. 前記後壁打痕（２５０）が、前記高温ガス経路部品（１００）における穴（１４０）のＥＤＭによって形成される、請求項３に記載の方法。
5. 前記ボイド（２５５）の１以上の概略物理的構成を決定するステップが、前記ボイド（２５５）の少なくとも概略深さ及び幅を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記識別するステップが、ボアスコープ又はＣＴスキャンの１以上を用いてボイド（２５５）を識別することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記補修ロッド（２７０）を用意するステップが、前記補修ロッド（２７０）を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記補修ロッド（２７０）を用意するステップが、補修プラグ（２５３）を形成するための折り目（２７５）を前記補修ロッド（２７０）に形成することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記補修ロッド（２７０）を用意するステップが、前記補修ロッド（２７０）及び前記補修プラグ（２５３）を積層造形することによって形成することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記補修ロッド（２７０）及び前記補修プラグ（２５３）を積層造形することが、折り目（２７５）を積層造形及び形成することを含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記ボイド（２５５）内に前記補修ロッド（２７０）を挿入するステップが、前記ボイド（２５５）の底部に前記補修ロッド（２７０）を挿入してプラグ（２５３）を前記ボイド（２５５）内に完全に配置することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記ボイド（２５５）の上端で前記補修ロッド（２７０）を分離することにより、前記ボイド（２５５）内に補修プラグ（２５３）が残り、補修プラグ（２５３）の上端が前記ボイド（２５５）の上端に配置される、請求項１１に記載の方法。
13. 当該方法が、前記ボイド（２５５）内に配置された前記補修プラグ（２５３）の周囲にろう材（２５２）を配置するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ろう材（２５２）を配置するステップが、前記ボイド（２５５）の上端までろう材を積層するための少なくとも複数のろう材（２５２）配置ステップを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記補修プラグ（２５３）の周囲に前記ろう材（２５２）を配置した後に前記部品（１１０）をろう付け炉で加熱することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

Images