JP4945166B2 - 凹形の先端キャップを含む中空ブレードを製造する方法、およびこのようなブレードを修理する方法 - Google Patents

Description

本発明は、凹形の先端キャップを含む中空ブレードを製造する方法と、このようなブレードを修理する方法と、これらの方法のうちの１つによって得られるブレードとに関する。

ターボジェットのブレードには中空のものがあり、凹形の先端キャップ、すなわち壁が、底部を有するカップ状の凹部を形成する先端キャップを含む。これらのブレードは、鋳造によって製造される。知られている一実施形態において、コアは、金型内で２つの白金ワイヤによって懸架され、金属は、コアの周りに金型内に注入され、ブレードの壁部および凹形の先端キャップが形成される。ついで、たとえば溶解することによって、コアが取り除かれる。

コアは白金ワイヤによって懸架されるので、凹形の先端キャップの底部は、孔を含み、この孔は、たとえば円錐台形のプラグをろう付けすることによって内部をふさがれなければならず、このことによって製造方法が複雑になる。さらに、このろう付けは、完全でない可能性があり、凹形の先端キャップの欠陥を誘導する可能性がある。ろう付け間に問題が発生した場合には、何回かのろう付けサイクルが時には必要となる。これらのろう付けサイクルは、１２００℃で行われ、ブレードを形成する合金内に「ガンマプライム」と呼ばれる結晶相の成長を引き起こし、このことにより、ブレードの寿命を低下させる。さらに、コアは、ワイヤによって懸架されるため、コアの位置は完全に制御されず、ブレードの側壁部および凹形の先端キャップの底部は、求められる厚さに形成されないというリスクがある。したがって、大きな製造上のクリアランスを許容する必要がある。

本発明の目的は、これらの欠点を軽減することである。

この目的のために、本発明は、少なくとも１つの側壁部および凹形の先端キャップを備える中空の金属ブレードを製造する方法に関し、
ａ）少なくとも１つの側壁部を備え且つ先端部が開口している中空ブレードが、鋳造によって製造されるステップと、
ｂ）少なくとも中空ブレードの金属およびろう付け材料を含む積層板が製造されるステップと、
ｃ）積層板をブレードの上へ押圧することによって、積層板が、ブレードの側壁部の頂部にろう付けされるステップと、
ｄ）少なくとも底部および少なくともスクイーラ（ｓｑｕｅａｌｅｒ）先端部を備える凹形の先端キャップが、積層板に機械加工されるステップとを特徴とする。

本発明によれば、ブレードは、開口している先端部を備えてあらかじめ製造されるので、この鋳造操作の間に、開口部によって与えられる全ての自由度で選択される手段を使用して、コアは、頂部によって適所に保持されることができる。このことにより、コアの位置決め、したがってブレードの壁部の厚みにおける高い精度を確実にする。凹形の先端キャップの底部が、ろう付けされたプラグを含まないため、ブレードはろう付け処理を受けず、それによってろう付けに関連する全ての欠点を回避し、ブレードの寿命を増加させる。

本発明の別の利点が述べられることができる。ブレードの壁は、一般に冷却孔を含み、この冷却孔は、いったんブレードの壁が形成されたならば、レーザ穴あけによって作成される。この穴あけの間にブレードを保護する処理は、従来技術のブレードの場合、鋳造操作の間に形成される凹形の先端キャップが存在するため、ブレードの内部が容易にアクセス可能でない限り、実行するのが複雑であった。本発明によれば、積層板がろう付けされる前にこの穴あけ作業を行うことが可能であり、したがって、たとえばブレードの内部に保護板を載置するために、ブレードの内部は、容易にアクセス可能である。ブレードの内部は、また、その内部壁に機械加工または洗浄処理を施すために利用可能である。

好都合にも、ブレードの壁の頂部は、ステップｃ）の前に研削される。

このように、壁の頂部は機械加工されるので、この頂部への積層板のろう付けは、完全に定められた高さで行われる。このことにより、凹形の先端キャップの底部の内表面の位置が精密に調整可能となり、したがって、凹形の先端キャップの外表面は、従来の十分に制御される方法で機械加工される。

上述の方法は、修理を行うのに極めて適していて、したがって、本発明は、また中空の金属ブレードの先端部を修理する方法に関し、中空の金属ブレードは、少なくとも１つの側壁部および凹形の先端キャップを有し、凹形の先端キャップは、少なくとも底部および少なくともスクイーラ先端部を備え、この修理する方法は、上述の製造方法のステップを含み、ステップａ）が、ａ’）少なくとも１つの側壁部を有し、且つ先端部が開口しているブレードを得るように、金属ブレードの先端部が、その凹形の先端キャップの底部と同じレベルで切断されるステップと置き換えられることを特徴とする。

最後に、本発明は、少なくとも１つの側壁部および凹形の先端キャップを有する中空の金属ブレードに関し、凹形の先端キャップが、少なくとも底部および少なくともスクイーラ先端部を有し、前記金属ブレードは、上述の方法の１つによって得られる。

本発明は、添付の図面を参照して、本発明の方法の好ましい実行方法および本発明のブレードの好ましい実施態様の以下の説明から、より明らかに理解される。

本発明の、ブレードを製造する方法の目的は、図１および図２に示すように、ブレード１、この場合はターボジェットの可動ブレード１を製造することである。「内側」および「外側」という用語は、ブレードが径方向に取り付けられることが意図される、ターボジェットの軸に対して内側および外側を意味すると理解される。ブレード１は中空ブレードであり、根元部（図示せず）を内側に備える。根元部から、それぞれ圧力面および吸引面と呼ばれる２つの側壁部２および３が延びる。キャビティ４が、前記側壁部間に画定される。キャビティ４は、ブレード１を冷却するために使用され、たとえば冷却フィンまたはスタッド等この機能に関与する要素を含んでもよい。ブレード１は、ここでは２つの壁２および３を備えて示されるが、側壁部間に複数のキャビティを画定する仕切りを含んでもよい。

ブレード１は、その外側に凹形の先端キャップ７を有する。この凹形の先端キャップ７は、底壁部８を有し、この底壁部８は、側壁部２および３の間を横方向に延び、この２つの側壁部間の開口部を完全に、あるいは部分的にふさぐ。スクイーラ先端部９および１０を形成する２つの壁が、底壁部８から延びており、スクイーラ先端部９および１０は、上述と同じ方法でブレード１の前縁５および後縁６に連結する。これらのスクイーラ先端部９および１０は、ここではブレード１の側壁部２および３の延長部分に沿って位置し、側壁部２および３と同じ厚みを有する。

次に、ブレード１を製造するための本発明の方法について説明する。

第１のステップは、図３に示されるように、中空ブレード１’を製造することであり、このブレードは、根元部（図示せず）と開口している先端部１１とを備える。根元部から２つの側壁部２および３が延びる。換言すれば、側壁部２および３は、側壁部の外端部で開口しているキャビティ４を形成する。ブレード１’は、鋳造によって製造される。金属は、セラミックのコアが内部で懸架されて保持された金型に注入され、金属が、ブレード１’の壁２および３を形成するために、コアと金型の壁との間に入れられる。ブレード１’の先端部１１は開口しているので、この開口部を介して堅固でおそらくかさのある機械的手段によって、コアを所定位置に保つことは容易であり、そのため、全工程にわたって、常にコアが金型に対して正確な位置に保たれる。コアがワイヤによって懸架され、浮遊するリスクがある従来技術より精度が高い。さらに、コアは、ブレード１’の開口部側を介して、鋳造工程終了後に容易に取り除かれることができる。

本発明は、特に、ＡＭ１と呼ばれるニッケル系合金で作られるブレード１’に適用される。この合金は、以下の重量組成を有する。すなわち、６．０％から７．０％のＣｏ、７．０％から８．０％のＣｒ、１．８％から２．２％のＭｏ、５．０％から６．０％のＷ、７．５％から８．５％のＴａ、５．１％から５．５％のＡｌ、１．０％から１．４％のＴｉと、それぞれが０．０５％未満のＮｂ、Ｍｎ、およびＳｉと、それぞれが０．０１％未満のＣ、Ｂ、Ｃｕ、Ｐ、Ｓ、Ｍｇ、Ｓｎ、およびＺｒと、それぞれが０．２％未満のＨｆおよびＦｅと、１００％に合わせる割合のＮｉとを有する。

したがって、根元部を内側に、および開口している先端部１１の方へ延びる２つの側壁部を外側に有するブレード１’が得られる。

冷却空気を排出するために冷却孔を、壁２および３に形成することが可能である。これらの孔は、一般に、レーザ穴あけによって得られる。ブレード１’の先端部１１が開口しているので、ブレード１’の壁２および３を通過してきたレーザ光線を止めるように、ブレード１の内部に保護板を載置することは容易である。

開口しているブレード１’の内部を機械加工したり、または洗浄したりすることもまた可能である。

ついで、ブレードの側壁部２および３は、機械加工によって研削される、すなわち、所望の高さで立ち上がるように、ブレードの側壁部２および３は切断され研磨される。この場合の高さとは、内部壁が、凹形の先端キャップ７の底部８から延びることが望まれる高さである。この研削は機械加工によって行われるので、極めて精密である。鋳造工程によって、壁２および３を極めて精密に形成可能である場合には、この研削は不要である。

図４を参照すると、積層材料でできている板１２がさらに製造される。このような板１２は、一緒に混合された材料の様々な層を備え、板のベース材料の相対濃度は、板１２の厚みで変動する。考えられる特定の場合において、板は、ＡＭ１合金と、たとえばニッケル、クロム、またはホウ素等を主成分とする、ろう付け材料とを含む。板の第１の表面１３は、１００％のＡＭ１濃度を含み、一方では反対面１４は、１００％に等しいろう付け材料の濃度を有する。これらの２つの表面１３および１４の間で、各材料が片面上で１００％を、および他面上で０％を呈するために、濃度はそれぞれ増減する。これらの濃度は、極端に１００％および０％である必要はないが、全体として、板１２は、１つの材料が高濃度を有する一方の表面、および別の材料が高濃度を有する他方の表面を有し、濃度は、２つの表面間で線形あるいは非線形に変動する。一般的に、板１２は、スチール支持体上へ粉体を噴霧することにより製造され、形成される厚みで、粉体のＡＭ１およびろう付け材料の濃度は次第に変化する。これらの積層板は、当業者に良く知られており、それらの製造は以下に詳細に説明されない。積層板１２は、開口しているブレード１’を製造する前、間、または後に製造されてもよく、その製造は無関係に行われる。

積層板１２は、製造することが所望されるブレード１の凹形の先端キャップ７の底部８およびスクイーラ先端部９および１０の高さに少なくとも等しい厚みを有する。板の厚み方向に対して横切る板の断面の寸法は、その先端部１１と同じレベルの開口するブレード１’の断面の寸法よりもわずかに大きく、したがって、凹形の先端キャップ７の形状および寸法に対応するが、わずかに増大される。板１２の擾乱領域が発生しないように、板１２は、好ましくは当業者に良く知られている方法でウォータージェットによって切断される。

ブレード１の製造における次のステップ、すなわち、開口しているブレード１’への板１２のろう付けが次に行われる。この目的のために、板１２は、１００％のろう付材料の濃度を含む板の表面１４を介して、開口したブレード１’の先端部１１に接触させられる。ラム１５が、他方の表面１３に加えられ、ブレード１’が、その内部端に、たとえばプレスベッド上に所定位置に保持される。全アセンブリは、ここでは真空または不活性雰囲気の１１００℃の炉に入れられる。この温度の選択は、ブレード１’の材料による。この場合は、合金ＡＭ１は、１１００℃で良好な内部構造を有するが、この構造は、１２００℃を超えると極めて劣化するので、温度の選択は、ブレード１の寿命を減少しないという要望により導かれる。このようにして圧力が、板１２に４時間加えられる。この結果、板１２は、ブレード１’の壁２および３に「自己ろう付けされ」て、板１２に含まれるろう付け材料は、壁２および３の頂部にろう付けされる。詳しくは、温度および圧力のため、金属間拡散が、板１２とブレード１’の壁２および３との間で生じ、金属間拡散は、圧力によって加速され、結果として要素が共にろう付けされる。ここで加えられる圧力は、１５バールである。考えられる特定の場合において、板および／またはブレード１’が高圧によって圧砕されるのを防ぐように、黒鉛止め具が、凹形の先端キャップ７の所望の高さに対応する高さに板１２に沿って設けられている。

いったん板１２がブレード１’にろう付けされると、凹形の先端キャップ７は、板１２に機械加工される。すなわち、この凹形の先端キャップ７は、「ノックアウトされる」と言われている。この目的のために、板１２は、凹形の先端部７をくり抜くように、その外側を介して、すなわちＡＭ１を１００％含有する表面１３と同じ側を介して、放電加工処理が施される。凹形の先端キャップ７の底壁部８の外表面が、正確な高さに位置し、ブレード１の内側に位置し、且つ凹形の先端キャップ７のスクイーラ先端部９および１０の表面が、適切に形成されるまで、この機械加工は行われる。このような放電加工は、完全に十分に制御され、凹形の先端キャップ７は極めて精密に機械加工されることが可能となる。底壁部８は、開口しているブレード１’の側壁部２および３の頂部にろう付けされるため、底壁部８の内表面は、それ自体すでに正確な高さにあり、前記側壁部は、ろう付けの間に起こる可能性のあるいかなる変形を考慮に入れて所望の高さに研削される。

次に、ブレード１の外側に配置されるスクイーラ先端部９および１０の表面は、所望の厚みを与えられるように機械加工されるので、この場合スクイーラ先端部９および１０の外表面は、側壁部２および３の外表面の延長部分に位置する。

従来技術と同じ方法で、凹形の先端キャップ７の底部８に冷却孔を穿孔することが可能である。

最後に、スクイーラ先端部９および１０の頂部は、スクイーラ先端部が正確な高さになるように機械加工される。図１および図２に示されるブレード１は、このようにして得られる。

このブレード１は、従来技術におけるように１２００℃でろう付け処理を受けていないため、ブレードの寿命は増加する。様々な壁２、３、８、９、および１０の厚みもまた、完全に制御される。

記述してきた方法は、ブレード１の先端部を修理するのに適する場合がある。たとえば損傷を受けたブレード端を作り直すことが望まれるそのような修理方法において、図３のブレードと同様の開口しているブレード１’を得るために、ブレード１の先端部は切断され、壁２および３の頂部の高さは、凹形の先端キャップ７の底部８を提供することが望まれる位置に合わせられる。この開口しているブレード１’から始めて、凹形の先端キャップ７を製造する方法は、ちょうど記述してきた方法と全く同一である。

本発明の別の利点が注目されることができる。開口しているブレード１’に板１２をろう付けするときに、ろう付けされた領域にビードが発生する可能性がある。ブレードの内側に位置するこのようなビードは、その動作に影響を及ぼさず、したがって、そのまま放置されることができる。ブレードの外側にあるビードは、凹形の先端キャップのスクイーラ先端部の外表面が機械加工されるときに、後に機械加工され落とされることができる。しかしながら、このビードは、機械加工され落とされる前に、ろう付けが実際に行われたことの指標となるという利点を有する。

示された積層板は、ＡＭ１およびろう付け材料だけを含む。積層板を使用する利点は、極めて自由に材料を選択できることである。したがって材料を追加することが可能となり、このことにより凹形の先端キャップにさらなる特性を与えることが可能となる。たとえば、保持ケーシングがある場合、ブレードの保持ケーシングに対する擦り磨耗を防ぐために、外側にコーティング材料を提供することが可能である。

本発明のブレードを製造する方法によって得られる中空ブレードの概略斜視図である。 図１のブレードの断面図である。 本発明の製造方法のステップａ）の後の、開口しているブレード端の概略断面図である。 本発明の製造方法のステップｃ）における、ブレードの概略断面図である。

符号の説明

１、１’ ブレード
２、３ 側壁部
４ キャビティ
５ 前縁
６ 後縁
７、１１ 先端キャップ
８ 底部
９、１０ スクイーラ先端部
１２ 板
１３、１４ 表面

Claims (7)

1. ２つの側壁部（２、３）および凹形の先端キャップを（７）備える中空の金属ブレード（１）を製造する方法であって、
   ａ）２つの側壁部（２、３）を備え且つ先端部が開口している中空ブレード（１’）が、鋳造によって製造されるステップと、
   ｂ）少なくとも中空ブレード（１’）の金属およびろう付け材料を含む積層板（１２）が製造されるステップと、
   ｃ）積層板（１２）を中空ブレード（１’）の上へ押圧することによって、積層板（１２）が、ブレード（１’）の側壁部（２、３）の頂部にろう付けされるステップと、
   ｄ）ろう付けされた積層板（１２）が、少なくとも底部（８）および少なくともスクイーラ先端部（９、１０）を備える凹形の先端キャップ（７）の形状に機械加工されるステップとを特徴とする、中空の金属ブレード（１）を製造する方法。
2. 中空ブレード（１’）の壁（２、３）の頂部が、ステップｃ）の前に研削される、請求項１に記載の方法。
3. スクイーラ先端部（９、１０）の外表面が、ステップｄ）の後に機械加工される、請求項１または２に記載の方法。
4. スクイーラ先端部（９、１０）の頂部が、ステップｄ）の後に機械加工される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. ステップｄ）が、放電加工によって行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 金属ブレード（１）が、ニッケル合金で作られる、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 中空の金属ブレード（１）の先端部を修理する方法であって、
   中空の金属ブレード（１）が、２つの側壁部（２、３）および凹形の先端キャップ（７）を有し、凹形の先端キャップ（７）が、少なくとも底部（８）および少なくともスクイーラ先端部（９、１０）を備え、前記方法が、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の製造方法のステップを含み、ステップａ）が、
   ａ’）２つの側壁部（２、３）を有し、且つ先端部が開口しているブレード（１’）を得るように、金属ブレード（１）の先端部が、凹形の先端キャップ（７）の底部（８）と同じレベルで切断されるステップと置き換えられることを特徴とする、中空の金属ブレード（１）の先端部を修理するための方法。

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