JP3668250B2 - 中空チタンブレードの製造方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、中空チタンファンブレードの製造方法に関し、特に、ガス圧入を用いた方法に関する。
発明の背景
中空のファンまたはコンプレッサのブレードは、強固で軽量なブレードとなっている。これらのブレードには、軽量で高強度が得られることからチタンが用いられている。上記チタン材質は、その成形に種々の問題があるが、それでもなお、ブレードの材質としてチタンが選択されている。
このようなチタンブレードの形成方法は、１９９１年１１月１２日に公布されてPorterらに付与された米国特許第５，０６３，６６２号に開示されている。この特許においては、ブレードは片側ずつ機械加工され、その後に互いに拡散接着される。上記拡散接着時に、ガス導入チューブも同時に二つの片側ブレードの間に接着される。その後、ブレードは、高温においてねじられて成形され、この際ガス圧がブレードの内部に導入される。
中空ブレードの製造時に用いられるこれらのガス導入チューブは、ガス圧をブレードの内部パートに導入し、製造時、特に最終仕上げ時におけるスキンバックル（skin buckles）や凹凸等を除去するようにされている。
これらのチューブは、微細に機械加工された上記各片側ブレード内のスロットに配置され、上記接着サイクルの一部において接着される。ガス導入チューブと接着されたブレードとの間は十分シールされていることが好ましい。何故なら、漏れが生じると、一連の操作の間に内部コンタミネーションが上記パートに生じさせることになるからである。
成形操作の間、上記材質は内部のガス圧が材質を変形させるような高温となる。ガス導入チューブはブレードと同じ材質であるので、チューブは変形することとなり、従って、圧力を維持できなくなる。従って、かつては、ブレードの内側はチタンで形成し、ブレードの外側はステンレス鋼で形成していた。これらの各材質は、容易には接合できないので、これらの材質間にタンタルの中間部分が形成されていた。
チタン側の端部は接着のためにスロット内に配置され、ステンレス側の端部はガス供給ラインに取り付けられて外気に露出される。ステンレス鋼は、最終成形時に供給されるガス圧に耐え、変形することもない。しかし、チタン中間部分は酸化してもろくなり、故障の原因となる。さらに、ブレードディテイル内のチタン製のガス導入チューブは、拡散接着時に破壊または閉塞されるときがあり、または二つの上記ブレード片側どうしの圧力に十分耐えることができずに、その結果接着力が弱くなってしまうおそれがある。
そこで、銅ニッケル（ｃｏｐｐｅｒ ｎｉｃｋｅｌ）のメッキが用いられていた。このメッキは、接着温度においてロウ材として作用し、ロウ付けされるべきチューブを位置付けしてシールを良好に行うことが可能となる。このロウ付けにおける問題は、メッキ材すなわち銅が接着パートの接着面に移動して、局部的に接着状態が悪くなる点である。
従って、チタンブレード内で接合部でのコンタミネーションがなく良好に接着可能で、かつ所定温度での最終ブレード成形時に加えられるガス圧にも耐え得るガス導入チューブが求められている。
発明の概要
ガス導入チューブの設置方法が、それぞれ拡散接着される片側ずつのチタンブレードの形成方法に適用される。ブレードの二つの片側部位のうち少なくとも一方の部位に、ガス導入流を受ける開口部が設けられる。ガス導入チューブを受けるための開口部と整列して、カウンタボアが設けられる。チタン製のガス導入チューブに関しては、このチューブに接着端と外部接続端とが設けられる。
上記カウンタボア内には、チタン拡散接着温度において高強度を有する第一の材質、好適にはオーステナイトステンレス鋼、よりなる内部スリーブが配置される。
チタン製のガス導入チューブの接着端は、上記カウンタボア内の前記内部スリーブを覆う位置に配置され、これにより内部スリーブは拡散接着圧力に耐え得るとともに、チタン製のガス導入チューブと二つのブレードの片側との接触状態が強固となる。
以上のように、ブレード成形温度でも高い強度を有する材質よりなる外部スリーブが形成される。ここでも、オーステナイトステンレス鋼が好ましい。外部スリーブは、拡散接着の前または後に、上記ガス導入チューブでの直接ファンブレードに隣接する上記外部接続端の周囲に配置される。ガス供給コネクション、好ましくは圧縮フィットタイプのものが、外部スリーブの他方端に直接隣接するガス導入チューブに接続される。この外部スリーブは、ブレード成形温度における内部圧力に対して抵抗力を与える。
【図面の簡単な説明】
図１はガス導入チューブ内の所定位置に形成されたブレードの説明図である。
図２は、チタン製のガス導入チューブの詳細説明図である。
図３は、内部スリーブの詳細説明図である。
図４は、外部スリーブの詳細説明図である。
発明の最適実施形態
図１に、ルート部１２を有して、実際に各片側ブレード部位に分割されたチタンコンプレッサブレード１０を示す。隣接する開口部１４は、各ブレード部位に形成され、これらの開口部の深さ及び形状は、後段における２枚の各片側ブレード部の拡散接着時に各開口部が閉ざされることのないものとなっている。
穴ぐり即ちカウンタボア１６は、ブレード端の外側から形成されており、開口部１４と整列、すなわち略同心とされている。これが、ガス導入チューブを受ける環状開口部となっている。
チタン製のガス導入チューブ１８は、カウンタボア内に設けられており、その詳細を図２に示す。このチューブは接着端２０と外部接続端２２とを有する。
図３に、チタン拡散接着温度において高強度を有する第一の材料からなる、内部スリーブ２４の詳細を示す。なお、上記チタン拡散温度は、約１７００°Ｆ（８７１℃）である。オーステナイトステンレス鋼、例えばタイプ３１０は、うまく使用することができ、従って、この用途に用いることが可能である。スリーブ２４は、ガス導入チューブの接続端２２のガス導入チューブカウンタボア２６の内部及びブレードのカウンタボア１６内に配置されている。図１に示されるこの配置とすることも、また、これら各構成部材を他の形態で配置することも、任意に選択可能である。
この点で、ブレード部をともに拡散接着することが可能である。開口部１４は、接着時に破壊されて閉塞することのない大きさとなっている。スリーブ２４は、ガス導入チューブの接着端２０を補強し、これにより、この接着端がつぶれて閉塞することを防ぐだけでなく、外力に十分に耐えるようになることで、チューブとこれらブレード間との接着性が向上する。
外部スリーブ２８は、チタンブレード成形温度で高い強度を有する第二の材質より形成されている。ここでも、オーステナイトステンレス鋼、例えばタイプ３１０を用いることが可能である。スリーブの端部３０は、ブレードディテイルの端部３２に直接隣接するように形成される。
このスリーブは、今接着されたガス導入チューブ１８の外部接続端２２を超えて配置され、このスリーブが直接表面３２に隣接するようになっている。ガス供給接続部３４は、ガス導入チューブの他方端に直接隣接して設けられており、ガス導入チューブ１８にガス供給部を接続するようになっている。チューブ１８に対してその接着されたブレード１０に内部ガス圧をかける際に、スリーブ２８は、チューブ１８をその内部圧から保護する。これは、約１５５０°Ｆ（８４３℃）の成形温度にて生じる。
また、ガス導入チューブのガス供給接続端は、特に小さい開口部３６を有することが好ましい。これによって、拡散接着工程のために、チューブのこの端部を電子ビーム溶接によって閉塞することが可能となる。この端部は、その後の形成工程のためにカットまたはドリル加工してもよい。
従って、ガス導入チューブは、最初の拡散接着状態においてブレード内でチタンブレードにしっかりと接合される。この工程により、ガスを供給するための開口部が破壊されて閉塞されることが防がれる。さらに、チタン製のガス導入チューブは、その後の高温形成工程の間の内部圧力に耐えるように、控え壁等の補助壁により支えることも可能である。

Claims (3)

1. 拡散接着された中空のチタンファンブレードの二つのブレード片側部間にガス導入チューブを配置する方法であって、
   前記ブレード片側部の少なくとも一方を貫通する開口部を形成するステップと、
   前記ブレードの外側からのびて前記開口部と整列されているカウンタボアを形成するステップと、
   接着端と外部接続端とを備えたチタン製のガス導入チューブを形成するステップと、
   前記カウンタボア内に、チタン拡散接着温度において、前記開口部が破壊されて閉塞されることが妨げられるほど高い強度を有する第一の材質よりなる内部スリーブを配置するステップと、
   前記内部スリーブを覆うように、前記ガス導入チューブの前記接着端を、前記カウンタボア内に配置するステップと、
   前記中空のファンブレードの少なくとも一方のブレード片側部と前記ガス導入チューブとを拡散接着するステップと、
   チタンブレード成形温度において、内部圧力に耐えるように前記ガス導入チューブを支えるほど高い強度を有する第二の材質よりなる外側スリーブを形成するステップと、
   前記ガス導入チューブの前記接続端を取り囲むように前記外側スリーブを配置し、この際、その一端を前記ファンブレードに隣接させ、かつ、ガス供給接続部を、前記ガス導入チューブの他方端に直接隣接するように固定するステップと、を有することを特徴とする方法。
2. 前記開口部を形成するステップは、前記各ブレード片側部に前記開口部の隣接するセクションを形成することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第一の材質及び前記第二の材質は、オーステナイトステンレス鋼であることを特徴とする請求項１記載の方法。

Images