JP5395392B2 - 金属部品のレタッチ方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属部品のろう付けに関し、特に、ろう付けされた接合部のレタッチに関する。

ろう付けは、加熱されたフィラー金属を用いて表面の接触位置で２つの金属部品を強固に接合することをともなう。フィラー金属は、接合されるべき部品のものよりも低い融点を有する。

オーブンでのろう付けによって２つの金属部品を接合する場合、部品内に不良が出現することがある。そして、ろう付けを「繰り返す」こと、すなわち、ろう付け不良をレタッチすることが必要となる。ろう付けを「繰り返す」ことは、ろう付けされた接合部を溶融すること、及び、初期ろう付けにて使用されるフィラー金属を用いて材料の空洞部を充填することにある。

しかしながら、２回目のオーブンろう付けサイクルは、ある程度のリスクを含む。頻繁に観測されていることは、アセンブリの幾何学的な変形や材料の本質的特性の低下であり、又は、必要となればアセンブリ廃棄をもたらす新たな不良の出現さえもある。

特に航空機部品のろう付けに関して、高温オーブンを繰り返し通過させることは、部品の寿命を低減させる。

さらに、同じオーブンがろう付けとそのろう付けの繰り返しとに使用されることにより、アセンブリの生産速度を低下させる。加熱オーブンが部品の一束にのみ使用されることから、修理可能となる前に不良部品が十分な個数となるのを待つ必要があり、それにしたがって生産サイクルを延ばしてしまう。

アーク（ＴＩＧ）溶接による不良のレタッチもまた知られている。しかしながら、このタイプの高出力加熱は、修理できない変形をもたらすことがあり、そして、アセンブリは、廃棄されなければならない。

かかる不良を克服するために、本件出願人は、高温でろう付けすることによって接合された金属部品をレタッチする方法であって、ろう付けされた区域がレタッチレーザを用いてレタッチされ、レタッチレーザのピークパワーが１５００Ｗから３０００Ｗの間であり、レタッチレーザがパルスモードで使用される方法を提案する。

レタッチレーザを用いた金属部品の修理は、部品の熱的に影響を受ける区域（ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｚｏｎｅ；ＴＡＺ）を局所的に制限するのを可能とする。このタイプのレーザは、従来、特に宝飾品の分野における非常に小さい部品の溶接作業やモールドのリチャージに用いられている。

このようなレーザは、部品が高温でろう付けされた状態でレタッチを実行するのを可能とする。

高エネルギを必要とするレーザ溶接とは異なり、ろう付けされた接合部のレーザレタッチは、エネルギを局部に集中して適用することによって低パワーで実行される。

パルスモードでのレーザの使用は、部品の変形を制限するのを有利に可能とし、高圧コンプレッサ整流器の場合には、ブレードの形状に影響を受けなくするのを可能とする。さらに、パルスモードでのレーザのエネルギ消費量は、連続モード動作と比較してかなり低い。

ろう付けされた区域のレタッチは、ろう付けされた区域上に付着されたフィラー金属を用いて又は用いずに実行される。

レタッチレーザビームと接触したフィラー金属は、部品のろう付け不良を充填するために、ろう付けされた区域上で溶融する。フィラー金属は、粉末、ペースト、又は、ワイヤの形式をとる。フィラー金属は、初期ろう付けにて使用されるフィラー金属と適合するように選択される。

好ましくは、低パワーのレタッチレーザがパルスモードで使用され、レーザパルスの立ち上がり時間は、ニッケル又はコバルトベースの金属部品についての立ち下がり時間未満である。

好ましくは、組み立てられた金属部品は、酸化に対するガス保護装置を用いて酸化から保護される。

他の特徴及び利点は、図面を参照した本発明の方法にしたがった説明によって明らかになるであろう。

図１を参照すると、ターボモータ高圧コンプレッサ整流器１の領域は、クラウン歯車２と外側のクラウン歯車３（図２参照）との間に固定された整流ブレード４を備える。整流ブレード４は、ろう付け作業においてクラウン歯車２、３に接合されている。図１を参照すると、ブレード４とクラウン歯車２との接合部分でろう付けされた区域に材料不良５が出現している。このような不良は、ブレード４の空気力学的特性を変更し、アセンブリは、破壊という高いリスクを示す。したがって、ろう付けの修理が必要とされる。

図２を参照すると、不良ろう付け５は、光ファイバ１３によってレーザ源１１に接続された出射ヘッド１２を備えたＮｄ−ＹＡＧタイプの修正又はレタッチレーザ１０を用いて空洞及び欠陥をそこから除去するようにレタッチされる。このようなファイバは、レーザ源１１に対して出射ヘッド１２を容易に操作するのを可能とする。

レーザ出射ヘッド１２は、出射ヘッド１２からのレーザビーム１３がろう付け部を溶融して不良５が消失するように、不良５の上に手動で配置される。

材料の不足を充填するために、ろう付けレタッチは、ここで、図示しないが、その直径が０．３ｍｍから０．８ｍｍの間であってレタッチレーザ１０が通過する際に溶融されるべき不良５の上に配置されたワイヤの形式をとる金属を添加して実行される。粉末、ペースト、及び、さらには焼結プリフォームの形式をとるフィラー金属もまた適切であることはいうまでもない。この第２のフィラー金属は、初期ろう付けにて使用されるものと同じである必要はなく、初期フィラー金属と適合するフィラー金属で十分である。

したがって、ニッケル／クロム、ニッケル／パラジウム、又は、貴金属ベースのフィラー金属を用いて実行される初期ろう付けに対して、金／ニッケル（Ａｕ−Ｎｉ）ワイヤ又はニッケルベースのワイヤの形式をとる第２のフィラー金属を使用することが可能である。

各レタッチ作業前に、部品は、いかなるろう付けの汚染及び不良の導入をも回避するために、洗浄及びグリスの除去がなされなければならない。

ここで、レタッチレーザ１０は、半手動的に制御され、ロボット又は直交座標機は、ユーザがフィラー金属を操作する間、ユーザから遠隔的にレーザ出射ヘッド１２を案内する。手動又は完全自動化もまた適切であることはいうまでもない。

レーザは、低パワーで４Ｈｚから８Ｈｚの間の周波数で使用され、これにより、部品の加熱を制限する。図３を参照すると、レーザ１０は、パルスモードで使用され、１５００Ｗから３０００Ｗの間のピークパワーを有する一定間隔でレーザパルス４０を伝送する。パルス４０は、対称ではなく、レーザのパワー立ち上がり時間４１は、パワー立ち下がり時間４２未満である。ここで、パワー立ち上がり時間４１は、２〜５ｍｓであり、パワー立ち下がり時間４２は、１０〜１２ｍｓであり、全体のパルス時間は、５ｍｓから１５ｍｓの間である。

急峻な立ち上がり４１及び遅鈍な立ち下がり４２は、部品内の熱勾配を制限するのを可能とし、２つの近接した区域間の高い温度差は、亀裂のリスクを増加させる。このタイプのパルス４０は、特に脆くて応力を緩和しなければならないニッケルベースのろう付けに適している。

しかしながら、信号の形状は他の合金用に適合させることも可能であることはいうまでもない。したがって、ニッケルベースのＮＣ２２ＦｅＤタイプの合金のためには、遅鈍な立ち上がり及び高速な立ち下がりを持つパルスがより適切である。亀裂の出現を回避するために、パルスピークパワーにおけるレーザパルスのデュレーションが優先される。

レーザは、酸化に対するガス保護装置２０によって維持される酸化保護雰囲気２４において使用される。酸化防止ガスは、ガスパイプ２３を介してガス源２１から拡散ノズル２２まで運ばれる。

保護雰囲気２４は、レタッチ実行の際に、部品のライフサイクルの短縮をもたらす部品の酸化を防止するために、ろう付け修理区域を囲む。ここで、拡散ノズル２２は、ＴＩＧアーク溶接法にて使用されるものと同様に、２０ｍｍから３０ｍｍの間の大直径を有するものが使用される。このようなノズルは、従来レーザ溶接にて使用されている保護ノズルと比較して相対的に広い区域にわたって流体が流れるのを許容する。

整流ブレードと内側のクラウン歯車との間のレタッチされるべきろう付けされた区域が確認され得る高圧（ＨＰ）コンプレッサ整流器の領域部分のスナップショットである。 低パワーレタッチレーザを用いた図１のろう付けされた区域のレタッチ方法を略示している。 図２の低パワーレタッチレーザによって出射される信号のパルス形状を示している。

符号の説明

１ ターボモータ高圧コンプレッサ整流器
２、３ クラウン歯車
４ 整流ブレード
５ 材料不良
１０ レタッチレーザ
１１ レーザ源
１２ レーザ出射ヘッド
１３ 光ファイバ
２０ ガス保護装置
２１ ガス源
２２ 拡散ノズル
２３ ガスパイプ
２４ 酸化保護雰囲気
４０ レーザパルス
４１ パワー立ち上がり時間
４２ パワー立ち下がり時間

Claims (10)

1. 高温でろう付けすることによって接合された金属部品をレタッチする方法であって、ろう付けされた区域が、レタッチレーザを用いてレタッチされ、レタッチレーザのピークパワーが、１５００Ｗから３０００Ｗの間であり、レタッチレーザが、パルスモードで使用され、レーザパルスの立ち上がり時間が、立ち下がり時間未満である、方法。
2. ろう付けされた区域のレタッチが、ろう付けされた区域上に付着されたフィラー金属を用いて実行される、請求項１に記載の方法。
3. フィラー金属が、粉末、ペースト、ワイヤ、又は、焼結プリフォームの形式をとる、請求項２に記載の方法。
4. フィラー金属が、金属部品の初期ろう付けにて使用されるフィラー金属と適合する、請求項２に記載の方法。
5. レタッチレーザが、半手動的に制御される、請求項１に記載の方法。
6. 金属部品が、ニッケル又はコバルトベースの合金で作られている、請求項１に記載の方法。
7. 金属部品が、オーブンろう付けによって接合されている、請求項１に記載の方法。
8. レタッチレーザのパルス時間が、５ｍｓから１５ｍｓの間である、請求項１に記載の方法。
9. レタッチレーザの周波数が、４Ｈｚから８Ｈｚの間である、請求項１に記載の方法。
10. ろう付けされる金属部品が、酸化に対するガス保護装置を用いて酸化から保護される、請求項１に記載の方法。

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