JP4488830B2 - ガスタービン静翼の再生処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、運転により材料劣化、損傷等を受けたガスタービン静翼を再生処理するための方法に係り、特に運転時の起動停止に伴う熱疲労による損傷、クリープ損傷、疲労損傷、高温下に曝されることによる熱劣化、酸化、腐食、エロージョン、または飛来異物との衝突による損傷等を受けたガスタービンの静翼を再生させるためのガスタービン静翼の再生処理方法に関するものである。
ガスタービンの高温部品、特にタービンの入口に当たる初段静翼は、最も高温の燃焼ガスに晒され、起動停止時の熱応力による熱疲労に主として起因するき裂が不可避的に多数発生する。また、ガスタービン静翼は、クリープ損傷、疲労損傷、高温下に曝されることによる熱劣化、酸化、腐食、エロージョン、または飛来異物との衝突による損傷等も受ける。このため、初段静翼等には長年、耐熱性および補修性に優れたCo基合金が用いられてきた。
従来、このようなき裂や、酸化エロージョン、摩耗等の損傷が生じた場合、ガスタービン静翼の損傷個所に対し、き裂の全部を削り(はつり)、TIG溶接等を施して溶接補修静翼とし、継続した使用が行われている。
しかし、ガスタービンの高温化が図られるにつれて補修量が増し、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除去のため、その変形量はその後の変形修正では修正が困難なまでに至っている。
従来、このような事情のもとで、ガスタービン静翼の基材組成と類似な材料にSi,B等の融点降下材を添加したロウ材と基材組成材とをある配合比で混合し、基材の融点以下の熱処理により、き裂部の充填あるいは減肉部の肉盛を行う拡散ロウ付け補修方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
また、HIP処理を用いた機械的性質の改良法として、運転により生じたクリープボイドを消滅させることを意図した、合金部品の機械的性質の改良法が提案されている(例えば特許文献2参照)。
また、これと同様の方法によって、運転により劣化した組織を回復させるガスタービン部品の劣化・損傷回復処理方法および本処理を施したガスタービン部品に関する技術も提案されている(例えば特許文献3参照)。
さらに、ホイールと、それに植え込む動翼との突合せ部の溶接処理時に生じる溶接欠陥を、HIP処理によって消滅させる溶接処理方法も提案されている(例えば特許文献4参照)。
米国特許第5320690号明細書 特開昭57−207163号公報 特開平11−335802号公報 特開昭57−62884号公報
しかし、起動停止時の熱応力または熱疲労に起因するき裂は、不可避的に多数発生することから、従来行われていたように、き裂部を削り、TIGにより溶接補修を行う補修法では溶接補修量が多くなり、補修の際に受ける溶接時の熱影響および残留応力除去のため変形量が多く、その後の作業では変形修正を行うことが困難になってきている。
また、上述したように、Si,B等の融点降下材を添加したロウ材と基材組成材とをある配合比で混合し、基材の融点以下の熱処理により、き裂部の充填または減肉部の肉盛を行う拡散ロウ付けによる従来の補修方法では、融点降下材の偏析あるいは完全に基材を溶融することなく接合していることから、接合界面強度が得られない。このため、特にガスタービン静翼の基材並みの疲労強度あるいは延性を得ることはできなかった。
また、他のいずれの従来技術においても、運転時に発生したき裂表面の酸化皮膜を簡易的に除去することができないことから、許容き裂サイズ以上のき裂を、非開口クラックを含めて完全に削り、除去する補修を行っていた。このため、その削りに多くの労力、ひいては高コストを要していた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、運用により材料劣化・損傷等が生じたガスタービン静翼を対象として、翼面に生じた非開口クラックを含むき裂を完全に削り除去する必要なく能率よく、かつ高品質のものとして再生処理することができ、しかも熱影響および残留応力除去のため変形量が少なく余分な変形修正の必要もないガスタービン静翼の再生処理方法を提供することを目的とする。
発明者においては、ガスタービンの高温化が図られるにつれて補修量が増し、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のため、その変形量がその後の変形修正では修正が困難なまでに至っている点を克服するために、多くの試験、研究を行った。
この結果、補修対象となるガスタービン静翼の熱影響及び残留応力の増大の原因の一つが、き裂等が発生している静翼の酸化部分の削り(はつり)量が多大である点に着目した。
すなわち、ガスタービンの静翼については、定期点検等の際に翼部き裂長さの総和が翼弦長の長さ以上になった場合を修復時点と捉え、許容き裂サイズ以上で補正対象となるき裂の酸化層を、表面が閉じた状態の非開口クラックを含むて全てのき裂を完全に除去するまで削り、溶接補修を行っており、この多量の削り作業により作業時間を費やしている。加えて、溶接補修量も増え、補修時の変形を来たしていた。
この原因は、静翼に発生するき裂部分の内部表面の酸化膜が薄いにも拘わらず、この酸化膜まで全て削り加工によって除去する作業を必須としていたことにある。
これに対し、発明者の検討によれば、不活性ガスによる加圧下で拡散ロウ付けのための熱処理を行う際に、ロウ材の自浄作用、すなわち酸化皮膜を基材から溶出除去する作用を強化することにより、き裂内部表面の酸化皮膜の薄いものを、削ることなくロウ付け補修が可能となることが判明した。
また、ロウ材に含まれる珪素(Si)、硼素(B)等の融点降下成分の残留は一般的に強度低下要因となるが、この融点降下成分の基材への拡散を促進することで、ロウ材に残留する融点降下成分量を低減させ、ロウ材への強度低下要因を取り除くことが可能となることも判明した。
さらに、き裂の基材内先端までロウ材が、確実に浸透するようにし、融点降下成分の基材への拡散を熱処理によって、より確実に促進させることが可能となることも判明した。
本発明は、以上の3点の機能、すなわち拡散ロウ付けを用いた溶接補修時の局所入熱による熱変形あるいは溶接時の残留応力による変形の減少、ロウ材による自浄作用の強化の際の基材削り量の減少による工数の低減、融点を降下させた材料層の基材側と表面側に設けた仮熱処理による補修部の封入をその後の加圧によるき裂中へ浸透拡散させることによる強度改善という機能を実現させ、上記目的を達成するものである。
本発明では基本的に、ガスタービン静翼のき裂が発生している表面部位の酸化層を前記き裂が一部残存する形で削り、この削り部内に前記静翼の基材と同等材からなる基材同等材と、この基材同等材よりも低融点のロウ材とを充填し、不活性ガスによる加圧下での熱処理により、前記ロウ材を溶融させて前記き裂部位への拡散ロウ付けを行うことを特徴とするガスタービン静翼の再生処理方法を提供する。
この場合、前記静翼の翼部き裂長さの総和が翼弦長の長さ以上になった場合に、翼表面の酸化層は削るが、き裂は一部残存させた形で完全に削ることはしない状態で、その上から全体を覆うようにしてき裂を完全に補修することが望ましい。
また、前記加圧下の熱処理として、溶体化処理と時効熱処理とを施すことにより、補修時の変形を生じさせることなく補修する。すなわち、前記静翼の表面酸化層を除去した後の補修として、前記ロウ材と前記基材同等材との混合材料を使用した不活性ガス中の加圧下でロウ付けを行い、その後溶体化と時効熱処理を施すことにより、溶接補修時の変形を生じさせることなく補修する。
ここで、前記加圧処理の条件は95MPa以上、200MPa以下とする。また、前記熱処理の温度条件は基材が局所溶解を生じる温度または共晶の炭化物で形成されるセル構造が崩壊する温度以下とする。具体的には、前記熱処理の温度は1100℃以上、1300℃以下とする。なお、より望ましくは、前記加圧下で行う加熱温度は、1150〜1260℃である。更に最も望ましくは、1150〜1210℃である。
また、前記基材同等材の組成は重量%で、Crが20〜35%、Niが5〜60%、Feが0.5〜2%、Wが5〜10%、Cが0.1〜0.5%、Bが0.005〜2%、残Coであり、前記ロウ材の組成は重量%で、Crが10〜40%、Niが8.5〜70%、Feが0.5〜2%、Wが9%以下(0%を含む)、Cが0.001〜0.6%、Bが0.01〜3.5%、Siが1.0〜11%、Mnが2%以下(0%を含まない)、残Coとする。
一方、前記ロウ材の組成は重量%で、Crが10〜40%、Niが8.5〜70%、Feが0.5〜2%、Wが9%以下(0%を含む)、Cが0.001〜0.6%、Bが0.01〜3.5%、Siが1.0〜11%、Mnが2%以下(0%を含まない)、残Coとする。
また、前記基材同等材の他の組成は重量%で、Crが5〜35%、Niが5〜75%、Feが2%以下(0%を含む)、Wが12%以下(0%を含まない)、Cが0.6%以下(0%を含まない)、Bが1%以下(0%を含む)、Hfが2%以下(0%を含む)、Tiが6%以下(0%を含まない)、Nbが3%以下(0%を含まない)、Reが5%以下(0%を含む)、Moが5%以下(0%を含む)、Taが8%以下(0%を含まない)、Alが65%以下(0%を含まない)、Zrが0.7%以下(0%を含む)、残Co(5〜65%)であり、前記ロウ材の組成は重量%で、Crが10〜40%、Niが8.5〜70%、Feが0.5〜2%、Wが9%以下(0%を含む)、Cが0.001〜0.6%、Bが0.01〜3.5%、Siが1.0〜11%、Mnが2%以下(0%を含まない)、残Coとする。
さらに、前記静翼基材同等材と前記ロウ材とは、粉末の混合層として充填し、前記静翼の表層側と基材側の一層で前記ロウ材の割合が大きく、かつこれらの中間層で前記基材同等材の割合を大きくした三層構造とし、または前記中間層の割合まで段階的に、もしくは傾斜的に変化させ、前記中間層から最外層または基材側層に向って前記ロウ材の割合が大きくなるようにする。
本発明の方法により、新翼と同等の機能が発揮できる補修されたガスタービン静翼が提供される。また、このガスタービン静翼を使用したガスタービンが提供される。
本発明によれば、ガスタービン静翼の翼面に生じた非開口クラックを完全に削り除去することなく、拡散ロウ付けを用いて完全補修する。この際、不活性ガスによる加圧下で拡散ロウ付けのための熱処理を行い、ロウ材の自浄作用を強化することができ、き裂表面の酸化皮膜の薄いものは削らずにロウ付け補修を可能にすることができる。また、融点降下材の基材への拡散を促進し、強度低下要因を取り除くことができる。さらに、き裂の先端までロウ材が浸透するようにすることができ、上記3点の機能を発揮することができる。
これにより材料劣化・損傷等が生じたガスタービン静翼を対象として、翼面に生じた非開口クラックを含むき裂を完全に削り除去する必要なく能率よく、かつ高品質のものとして再生処理することができ、しかも溶接補修あるいは残留応力による変形量が少なく余分な変形修正の必要もないガスタービン静翼の再生処理方法、同方法により再生されたガスタービン静翼および同静翼を使用したガスタービンを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は本実施形態によるガスタービン静翼の再生処理方法を示す説明図であり、図2はその手順を示す工程図である。
図1(a)および図2に示すように、本実施形態では、ガスタービン静翼におけるNi基合金の基材1の補修部を、グラインダーなどで削る(S101)。この場合、ガスタービン静翼のき裂が発生している表面部位の酸化層を、き裂2が一部残存する形で削る。すなわち、この静翼の翼表面の酸化層は削るが、削り部1aには、き裂2を一部残存させた形とし、完全に削ることはしない。すなわち、非貫通のき裂に関しては、表層部を一律に削り、それより深いき裂に関しては残した状態で、ロウ材の自浄作用と、加圧下で行うことによるその作用の強化とき裂先端までのロウ材の充填を可能にしている。なお、この再生処理対象翼として設定する静翼は、例えば定期点検等の際に、静翼の翼部き裂長さの総和が翼弦長の長さ以上になった場合とする。
次に、図1(b)および図2に示すように、補修材として、削り部1a内に静翼の基材1と同等材からなる基材同等材(粉末)3と、これよりも低融点のロウ材(粉末)4とを充填する(S102)。
本実施形態では、静翼の基材1として、Co基超合金FSX414(商品名)を用いており、補修材としての基材同等材3には、重量%で、Crが20〜35%、Niが5〜60%、Feが0.5〜2%、Wが5〜10%、Cが0.1〜0.5%、Bが0.005〜2%、残Coのものを適用している。下記の表1には、基材1の組成、および基材同等材3の組成の一例を示している。
Figure 0004488830
なお、本実施形態では上記以外の静翼基材、例えばIn939(商品名)、GTD222(商品名)等に対応する基材同等材についても適用することができる。例えばこれらの材料組成は、重量%で、Crが5〜35%、Niが5〜75%、Feが2%以下(0%を含む)、Wが12%以下(0%を含まない)、Cが0.6%以下(0%を含まない)、Bが1%以下(0%を含む)、Hfが2%以下(0%を含む)、Tiが6%以下(0%を含まない)、Nbが3%以下(0%を含まない)、Reが5%以下(0%を含む)、Moが5%以下(0%を含む)、Taが8%以下(0%を含まない)、Alが65%以下(0%を含まない)、Zrが0.7%以下(0%を含む)、残Co(5〜65%)である。
また、ロウ材4には、重量%で、Crが10〜40%、Niが8.5〜70%、Feが0.5〜2%、Wが9%以下(0%を含む)、Cが0.001〜0.6%、Bが0.01〜3.5%、Siが1.0〜11%、Mnが2%以下(0%を含まない)、残Coの組成を有するものを適用している。このロウ材の組成の一例を、上記表1の下欄に示している。すなわち、ロウ材4は、ホウ素(B)、およびケイ素(Si)を数%添加して溶融温度を低下させた粉末である。
ここで、基材同等材3とロウ材4とは、基材1の表層側(図1の上側)と基材側(図1の下側)の一層は、ロウ材4の割合が中間層に比べて大きく、中間層は基材同等材3の割合を両側の層より大きくした三層構造、または中間層の割合まで段階的に、もしくは傾斜的に変化させ中間層から最外層または基材側層に行くに従いロウ材4の割合が大きくなるようにする。
補修材充填後には、Arガス等の不活性ガスによる加圧下での熱処理により、ロウ材4を溶融させて、き裂2部位への拡散ロウ付けを行う。例えば図1(c)および図2に示すように、補修材が充填された基材1を例えばHIP炉内に設置し(S103)加圧下で加熱する(S104)。加熱温度は、溶融温度を低下させたロウ材4の粉末が溶融し、かつ基材同等材3の粉末が溶融しない温度に設定する。
具体的には、加圧下の熱処理後、溶体化処理と時効熱処理とを施すことにより、補修時の変形を生じさせることなく補修する。ここで、加圧処理の条件は100MPa以上、200MPa以下とする。また、熱処理の温度条件は局所溶解を生じる温度または共晶の炭化物で形成されるセル構造が崩壊する温度以下とする。具体的には、前記熱処理の温度は1100℃以上、1300℃以下とする。
このような条件で30分〜数時間程度保持した後、室温まで冷却して補修材を溶融凝固させ(S105)、HIP炉から取り出す。そして、最後に、補修部の凹凸をグラインダーなどで平滑に仕上げた後(S106)、真空処理炉にて溶体化(S107)と時効の熱処理(S108)とを施し、補修を終了する。
以下、具体的な実施例について説明する。
下記の表2は、本実施形態による加圧処理の際における圧力と自浄作用の関係を示している。
Figure 0004488830
この表2に、実施例1〜5として示すように、処理温度1100℃以上で、圧力95MPa以上の処理を施した場合には、試料の酸化皮膜厚さが未処理状態において0.8mm厚であったものが、0.002mm厚以下となったのに対し、未処理状態の試料である比較例1、90MPaの加圧をした比較例2、および処理温度900℃の比較例3の場合には、試料の酸化皮膜厚さが0.75mm厚以上であり、自浄作用が得られないことが認められた。これにより、本発明による自浄作用について、処理温度1100℃以上,圧力950MPa以上の条件においてその効果が顕著に認められた。
次に、下記の表3は、本発明の実施例5〜7および比較例4、5について、処理後の引張り試験結果を示している。
Figure 0004488830
この表3は、実機翼より切り出した素材を用い、表面を削りロウ付け補修を行い、1150℃1000MPaでの処理(HIP)を行った後、通常の熱処理である1150℃2時間の溶体化処理と、980℃4時間の時効処理を行ったもの(実施例6〜8)について、常温における引張り試験結果を比較材(比較例4、5)と共に示している。実施例6〜8の場合は、削り量およびき裂の残存量の如何にかかわらず、基材並みの強度が得られていた。
下記の表4は、60000時間実機運転に供した静翼に対して従来のき裂を削りTIG補修にて補修したもの(比較例6)と、本実施形態により、き裂の補修に際してき裂部を1mm表面を削った後、一律にき裂を加圧下でロウ付け補修したもの(実施例9,10)との変形量をドロップチェック(変形量試験)にて計測した結果を示している。
Figure 0004488830
この表4に示すように、比較例6のものは変形量が4.2mmであるのに対し、実施例9,10のものは、変形量が0.2〜0.3mmと極めて小さいことが認められた。本手法では、貫通き裂部に関してはき裂を塞ぐ程度にTIGにて補修を行うのみで局部的な入熱を基材に与えないことから、変形は処理前後でほとんど認められなかった。
下記の表5は、基材同等材粉末とロウ材の混合比率を変化させた中間層の緻密度、き裂への補修材の充填度、および中間層部を中心に採取した試験片による引張り試験結果を示している。
Figure 0004488830
この表5に示すように、HIP処理の前に1210℃で10分間の仮熱処理を施し最外層を溶解し、その後のHIP処理時最外層がき裂補修部を封じ込め加圧効果が得られるようにした後、HIP処理およびその後の、1150℃4h、980℃4hの溶体化熱処理と時効熱処理を施し、その後の組織観察および機械試験に供した。
この結果、本実施形態のように、最外層および基材側の層のロウ材の含有比率を上げ、中間部は基材相当組成の粉末含有量を上げたもの(実施例11〜15)は、緻密度、充填度、強度、延性とも、最外層および基材側の層のロウ材の含有比率を上げず、中間部は基材相当組成の粉末含有量を上げないもの(比較例7〜11)に比べて優れることが確認できた。
次に、下記の表6は、本実施形態による組織観察および補修部の引張試験結果を示すもので、処理温度と圧力による基材およびロウ付け部の組織およびき裂への充填状況を評価した結果を示している。
Figure 0004488830
ここでは、補修材を補修部最外層部と溝底に基材相当組成材とロウ材の比が50%、50%、中間層は80%:20%の混合比となるシート材を挿入し、HIP処理の前に1210℃で10分間の仮熱処理を施し最外層を溶解した後、下記処理温度にてHIP処理を行った。その後、1150℃4h、980℃4hの溶体化熱処理と時効熱処理を施し、その後の組織観察および機械試験を行った。
この結果、1100℃以下(比較例12)では、き裂への補修材の充填は十分には得られず、また、補修部の組織はロウ材と基材相当組成材が完全に合金化した組織を呈しておらず十分な強度および延性が得られなかった。
これに対して、1100℃以上(実施例16,17)では補修部の組織およびき裂への充填度のいずれも改善が認められており、強度および延性ともほぼ基材並みの特性が得られていた。1150℃以上(実施例18,19)では、更に改善が認められており、ほぼ基材と同等の特性が得られていた。
しかし、1210℃以上(実施例20)では、基材側の鋳造時に形成された炭化物によるセル構造が一部炭化物が固溶することにより崩れ始める兆候が認められており、1260℃以上(実施例21〜23)では部分的な崩壊と特性の低下の兆候が認められ、1300℃以上(比較例13)ではセル構造の崩壊が明瞭に認められるようになり、顕著な特性の低下が認められた。
図3は、本実施形態による加圧処理を施した試料により、補修界面における元素分析結果を行った結果を示すグラフである。
この図3において、横軸には補修材側から基材側に向う距離(mm)を示し、縦軸にはロウ材の元素、特にCr、および融点降下に効果のあるB,Siについて、それぞれ従来処理の場合(実線)と本実施形態による処理の場合(破線)とを示している。
この図3に示すように、再生処理を実施した後、ロウ付け部と基材との界面領域において、BおよびSiの含有量が従来処理の場合に比して本実施形態処理の場合には大幅に低減することが確認された。すなわち、ロウ材の融点降下に効果のあるBおよびSiは、処理後には基材側に分散浸透し、その結果ロウ付け部と基材との界面領域の溶融温度が高まる。したがって、処理済みの静翼再使用時には、ロウ付け部の耐熱効果が向上し、高温下運転時における強度が高まり、十分な耐用効果が発揮されるものである。すなわち、本実施形態により、ロウ材の元素、特に融点降下に効果のあるB,Si等の元素の偏析が大幅に改善されることが確認された。なお、補修界面においてはCr含有量も同様に低減していた。
図4〜図7は、本実施形態により、B,Si等の元素の偏析改善された状況を示す顕微鏡写真である。
図4〜図7は、本実施形態による熱処理温度がそれぞれ1190℃、1210℃、1250℃、1300℃の場合を順に示している。各図において陰影で示されるB,Si等の元素の偏析が、処理温度の高化に連れて減少していることが明確に確認できた。
この結果、本実施形態によれば、拡散ロウ付けを用いて完全補修する際に、不活性ガスによる加圧下で拡散ロウ付けのための熱処理を行うことにより、ロウ材の自浄作用を強化することができ、き裂表面の酸化皮膜の薄いものは削らずにロウ付け補修を可能にすることができ、しかも融点降下材の基材への拡散を促進し、強度低下要因を取り除くことができ、さらにき裂先端までロウ材が浸透するようにすることができる等の機能が発揮することができる。
(a),(b),(c)は、本発明の実施形態による再生処理プロセスの説明図。 本発明の実施形態による再生処理手順を示すフロー図。 本発明の実施形態による圧力と自浄作用の関係を示すグラフ。 本発明の実施形態を示す顕微鏡写真。 本発明の実施形態を示す顕微鏡写真。 本発明の実施形態を示す顕微鏡写真。 本発明の実施形態を示す顕微鏡写真。
符号の説明
1 基材1
1a 削り部
2 き裂
3 基材同等材(粉末)
4 ロウ材(粉末)

Claims (5)

  1. ガスタービン静翼の翼部き裂長さの総和が翼弦長の長さ以上になった場合に、き裂が発生している翼表面の酸化層は削るが、き裂は一部残存させた形で完全に削ることはしない状態で削り、この削り部内に前記静翼の基材と同等材からなる基材同等材と、この基材同等材よりも低融点のロウ材とを充填し、不活性ガスによる加圧下での熱処理により、前記ロウ材を溶融させて前記き裂部位を上から全体を覆うようにしてき裂を完全に拡散ロウ付けにて補修することを特徴とするガスタービン静翼の再生処理方法。
  2. 前記静翼の表面酸化層を除去した後の補修として、前記ロウ材と前記基材同等材との混合材料を使用した不活性ガス中の加圧下でロウ付けを行い、その後溶体化と時効熱処理とを施す請求項1記載のガスタービン静翼の再生処理方法。
  3. 前記加圧処理の条件は95MPa以上、200MPa以下とし、前記熱処理の温度条件は基材が局所溶解を生じる温度または共晶の炭化物で形成されるセル構造が崩壊する温度以下とする請求項記載のガスタービン静翼の再生処理方法。
  4. 前記熱処理の温度は1100℃以上、1300℃以下とする請求項記載のガスタービン静翼の再生処理方法。
  5. 前記静翼基材同等材と前記ロウ材とは、粉末の混合層として充填し、前記静翼の表層側と基材側の一層で前記ロウ材の割合が大きく、かつこれらの中間層で前記基材同等材の割合を大きくした三層構造とし、または前記中間層の割合まで段階的に、もしくは傾斜的に変化させ、前記中間層から最外層または基材側層に向って前記ロウ材の割合が大きくなるようにする請求項1記載のガスタービン静翼の再生処理方法。
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EP05016807A EP1623787B1 (en) 2004-08-03 2005-08-02 Method of repairing a stator vane of gas turbine without removing all the cracks ; repaired gas turbine
DE602005006353T DE602005006353T2 (de) 2004-08-03 2005-08-02 Verfahren zur Reparatur einer Statorschaufel, ohne die Risse komplett zu entfernen ; reparierte Gasturbine
CNB2005100882807A CN100357566C (zh) 2004-08-03 2005-08-03 燃气轮机静叶片的再生方法、再生的燃气轮机静叶片和燃气轮机

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Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4546318B2 (ja) * 2005-04-15 2010-09-15 株式会社日立製作所 Ni基合金部材とその製造法及びタービンエンジン部品並びに溶接材料とその製造法
US8011097B2 (en) * 2006-12-04 2011-09-06 General Electric Company Method, system, and computer software code for repairing a transition section of an engine
EP1967312A1 (de) * 2007-03-06 2008-09-10 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Lötreparatur eines Bauteils unter Vakuum und einem eingestellten Sauerstoffpartialdruck
GB0712103D0 (en) 2007-06-22 2007-08-01 Rolls Royce Plc A joining method
EP2193874B1 (en) * 2007-09-03 2016-12-21 IHI Corporation Nickel-based brazing material composition, method of brazing repair, and repaired structure
JP5078537B2 (ja) * 2007-10-15 2012-11-21 三菱重工業株式会社 補修方法
EP2062672A1 (de) * 2007-11-20 2009-05-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Löten weiter Spalte
EP2241727B1 (en) * 2008-02-14 2017-08-23 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Method for regenerating gas turbine blade and gas turbine blade regenerating apparatus
JP4818297B2 (ja) * 2008-03-19 2011-11-16 株式会社東芝 ガスタービン部品の補修方法及びガスタービン部品
JP2009285664A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Toshiba Corp ロウ付け補修材料およびその材料を使用したロウ付け補修方法
JP5063550B2 (ja) * 2008-09-30 2012-10-31 株式会社日立製作所 ニッケル基合金及びそれを用いたガスタービン翼
JP5254116B2 (ja) * 2009-04-17 2013-08-07 株式会社東芝 高温部品の損傷補修方法及び高温部品
DE102009036405A1 (de) * 2009-08-06 2011-02-10 Mtu Aero Engines Gmbh Reparatur von Turbinenbauteilen und Lotlegierung hierfür
US9623504B2 (en) * 2010-11-08 2017-04-18 General Electric Company System and method for brazing
JP5726545B2 (ja) * 2011-01-24 2015-06-03 株式会社東芝 トランジションピースの損傷補修方法およびトランジションピース
US8601689B2 (en) * 2011-06-17 2013-12-10 General Electric Company Method and apparatus to repair a turbomachine rotor wheel
JP5396445B2 (ja) * 2011-08-29 2014-01-22 株式会社日立製作所 ガスタービン
US8568826B2 (en) * 2011-10-21 2013-10-29 General Electric Company Method of brazing a component, a brazed power generation system component, and a braze
US8816259B2 (en) * 2012-04-06 2014-08-26 Siemens Aktiengesellschaft Pack heat treatment for material enhancement
US20130294904A1 (en) * 2012-05-01 2013-11-07 General Electric Company Method of repairing a turbine component
US9101996B2 (en) * 2012-05-09 2015-08-11 Siemens Energy, Inc. Low melting point braze alloy for high temperature applications
CN103551794B (zh) * 2013-10-21 2016-01-13 中国科学院金属研究所 高温合金热端部件大间隙缺陷瞬态液相熔渗修复方法
US9664049B2 (en) * 2013-11-04 2017-05-30 Siemens Energy, Inc. Braze alloy compositions and brazing methods for superalloys
US9610643B2 (en) 2014-06-02 2017-04-04 Solar Turbines Incorporated Combustor assembly for a gas turbine engine having a braze layer having a centerline eutectic free region
CN105274459A (zh) * 2014-07-23 2016-01-27 中国人民解放军第五七一九工厂 真空热处理恢复镍基高温合金组织和性能的方法
JP2017020421A (ja) * 2015-07-10 2017-01-26 株式会社東芝 タービン部品の補修方法およびタービン部品
CN105328396B (zh) * 2015-11-26 2017-09-12 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种压气机静子叶片组件更换叶片修复方法
US10052724B2 (en) * 2016-03-02 2018-08-21 General Electric Company Braze composition, brazing process, and brazed article
ITUA20161551A1 (it) 2016-03-10 2017-09-10 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Lega avente elevata resistenza all’ossidazione ed applicazioni di turbine a gas che la impiegano
US20170291265A1 (en) * 2016-04-11 2017-10-12 United Technologies Corporation Braze material for hybrid structures
CN107663605A (zh) * 2016-07-29 2018-02-06 泰州市艾瑞克新型材料有限公司 单晶涡轮叶片锯齿冠阻尼面耐磨涂层及其制备工艺
CN106514124A (zh) * 2016-10-09 2017-03-22 扬州诚德重工有限公司 一种促进连铸坯孔洞缺陷焊合的工艺
CN106756257B (zh) * 2017-01-18 2018-06-15 东南大学 一种抗高温氧化耐磨钴基合金丝材及其制备方法
US10632572B2 (en) * 2017-03-03 2020-04-28 General Electric Company Weld filler additive and method of welding
US10625361B2 (en) * 2017-06-14 2020-04-21 General Electric Company Method of welding superalloys
CN107234311A (zh) * 2017-06-28 2017-10-10 中国航发南方工业有限公司 涡轮导向器裂纹钎焊修复方法
US10780515B2 (en) * 2018-04-26 2020-09-22 Raytheon Technologies Corporation Auto-adaptive braze dispensing systems and methods
CN108396200B (zh) * 2018-06-01 2019-11-26 中国科学院金属研究所 一种钴基高温合金及其制备方法和在重型燃气轮机中的应用
JP2020037899A (ja) * 2018-09-03 2020-03-12 株式会社東芝 ガスタービン静翼の補修方法および高強度化ガスタービン静翼の製造方法
CN109848638B (zh) * 2019-01-25 2021-02-05 哈尔滨工业大学 一种高温合金复合修复方法及修复材料
US11939884B2 (en) 2019-07-30 2024-03-26 Siemens Energy, Inc. System and method for repairing high-temperature gas turbine blades
CN110405375B (zh) * 2019-08-06 2021-08-24 攀钢集团工程技术有限公司 双过渡层焊接修复残留裂纹的方法
CN110948075B (zh) * 2019-12-27 2021-10-15 华瑞(江苏)燃机服务有限公司 一种燃机透平静叶钎焊工艺
US11524350B1 (en) * 2021-10-04 2022-12-13 General Electric Company Backwall strike braze repair
CN115156837A (zh) * 2022-07-29 2022-10-11 中国航发沈阳发动机研究所 一种铝合金铸件表面连通缺陷的热等静压修复方法
CN115890132B (zh) * 2022-09-28 2024-04-05 华能澜沧江水电股份有限公司 一种消除水轮机转轮裂纹的方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1159823A (en) * 1965-08-06 1969-07-30 Montedison Spa Protective Coatings
ZA762776B (en) * 1975-06-16 1977-04-27 Cabot Corp Method of salvaging and restoring useful properties to used and retired metal articles
JPS5762884A (en) * 1980-09-30 1982-04-16 Kawasaki Heavy Ind Ltd Treatment of welding
FR2511908A1 (fr) * 1981-08-26 1983-03-04 Snecma Procede de brasage-diffusion destine aux pieces en superalliages
US4732633A (en) * 1986-08-01 1988-03-22 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of patching damaged sheet material
US5040718A (en) * 1987-10-16 1991-08-20 Avco Corporation Method of repairing damages in superalloys
US5156321A (en) * 1990-08-28 1992-10-20 Liburdi Engineering Limited Powder metallurgy repair technique
US5182080A (en) * 1990-12-27 1993-01-26 General Electric Company Advanced high-temperature brazing alloys
DE69332227T2 (de) * 1992-11-04 2003-04-17 Coating Applic Inc Verfahren zur reparatur der oberfläche eines teils aus einer superlegierung
JPH09168927A (ja) * 1995-12-19 1997-06-30 Hitachi Ltd ガスタービン用動翼,静翼の補修方法
US6283356B1 (en) * 1999-05-28 2001-09-04 General Electric Company Repair of a recess in an article surface
DE10008257A1 (de) * 2000-02-23 2001-08-30 Alstom Power Schweiz Ag Baden Verfahren zur Reparatur einer Gasturbinenkomponente
JP2002144079A (ja) * 2000-11-10 2002-05-21 Hitachi Ltd 耐熱部材の補修方法及びガスタービンの補修方法
US6520401B1 (en) * 2001-09-06 2003-02-18 Sermatech International, Inc. Diffusion bonding of gaps

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