JP5726545B2

JP5726545B2 - 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

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Description

本発明の実施形態は、ガスタービンのトランジションピースの損傷補修方法、およびこの損傷補修方法により補修されたトランジションピースに関する。

ガスタービン発電プラントでは、ガスタービンと同軸に設けられた圧縮機の駆動によって圧縮された圧縮空気、および燃料を燃焼器に導入し、これらを燃焼器ライナの燃焼室内で燃焼させる。燃焼により発生した高温の燃焼ガスは、トランジションピースを経て、静翼および動翼からなるタービン部へ導入され、膨張して動翼を回転駆動させる。ガスタービン発電プラントでは、この回転駆動による運動エネルギを利用して、発電機などが回転駆動して発電を行っている。

従来のトランジションピースは、内筒と、その内筒の外周に設けられた外筒とからなる二重管構造を有している。内筒の一端は、円筒形状である燃焼器ライナに連結され、内筒の他端は、タービン初段の静翼に連結されている。そのため、内筒内の燃焼ガス流路における、燃焼ガスが流れる方向に垂直な断面の形状は、円形から扇形に変形する。外筒も内筒の形状に対応する形状に構成されている。

内筒は、その内部を高温の燃焼ガスが通過するため、Ｎｉ基耐熱合金で構成され、さらに冷却構造を有している。典型的な１３００℃級のガスタービンのトランジションピースにおける外筒には、圧縮機から吐出された空気の一部を冷却空気として内筒の外側面に噴出して衝突させるための複数のインピンジメント冷却孔が全面に亘って形成されている。

このように、従来のトランジションピースの内筒は、Ｎｉ基耐熱合金で構成され、冷却空気によって冷却されるが、ガスタービンの運転中における基材の局所的な高温化によって、内筒には、酸化などによる減肉、熱疲労によるき裂、クリープ損傷によるクリープボイドやき裂などの損傷が生じる。

これらの損傷は、定険時に溶接などで補修され、補修されたトランジションピースは、継続使用される。しかしながら、継続運用時間が長くなるに従い、損傷の範囲が広がる傾向にある。材料劣化に伴うクリープボイドは、広範囲に亘り形成され、例えば基材の内部にも散見される。

補修が広範囲になる場合、溶接補修においては、局所的な入熱量が大きくなる。そのため、薄肉構造であるトランジションピースの内筒の変形が生じ、補修が不可能となり、廃却処分となることもある。また、基材のクリープボイドに対しては、発生範囲が特定できず、クリープボイドが残存した状態で運用されるため、破壊に至るリスクが高い。

高温酸化による減肉は、運用期間に比例して進行する。そして、許容肉厚を下回ったときには、破壊に至る可能性がある。減肉に対しては、減肉部に溶接にて肉盛することも可能であるが、溶接部位が広範囲になるため変形が発生する。

上記した溶接補修における変形などの問題を回避するために、拡散ろう付けによる補修の検討もなされている。

特開２００３−１７６７２７号公報

上記した従来の拡散ろう付けによる補修においては、溶接補修に比べて、基材の変形などの問題を回避することができるが、例えば、減肉やクリープボイド等の広範囲な修理には適用が困難である。

本発明が解決しようとする課題は、トランジションピースの構成部材の変形を伴わずに、損傷が広範囲に発生したときでも容易に補修することができるトランジションピースの損傷補修方法、およびこの損傷補修方法により補修されたトランジションピースを提供することである。

実施形態のトランジションピースの損傷補修方法では、トランジションピースに生じた損傷を補修する。このトランジションピースの損傷補修方法では、き裂を有する前記トランジションピースの外表面において、き裂を除去することなく酸化被膜を除去する酸化被膜除去工程と、酸化被膜が除去された前記トランジションピースの外表面に、き裂を覆うようにろう付け補修材を配置する補修材配置工程と、ろう付け補修材が配置された前記トランジションピースを拡散熱処理し、ろう付け補修材を溶融させて外表面に形成されたき裂を補修する拡散ろう付け工程とを備える。さらに、外表面に形成されたき裂が補修された前記トランジションピースを高圧下で熱処理する加圧熱処理工程と、加圧熱処理された前記トランジションピースの外表面から突出したろう付け補修材を削り取る表面仕上げ工程と、表面仕上げされた前記トランジションピースを、非加圧下で、溶体化熱処理および時効熱処理する非加圧熱処理工程とを備える。

本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法が適用されるトランジションピースを備えるガスタービンの構成を一部断面で示す図である。本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法が適用されるトランジションピースの、燃焼ガスの流れ方向に沿う断面を示す図である。本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法が適用されるトランジションピースの内筒の斜視図である。本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法が適用されるトランジションピースの内筒の断面の一部を示す図である。本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための流れ図である。本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第１の実施の形態の、他の損傷構成を有するトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第１の実施の形態の、他の損傷構成を有するトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第１の実施の形態の、他の損傷構成を有するトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための流れ図である。本発明に係る第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第２の実施の形態の、他の損傷構成を有するトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。本発明に係る第２の実施の形態の、他の損傷構成を有するトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピースの内筒の断面の一部を示している。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法が適用されるトランジションピース１０を備えるガスタービン１００の構成を一部断面で示す図である。

図１に示すように、ガスタービン１００は、外気を圧縮する圧縮機１１０と、圧縮機１１０で加圧された空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器ライナ１２０と、燃焼器ライナ１２０で生成した燃焼ガスをタービン部１３０に導くトランジションピース１０と、トランジションピース１０によって導入された燃焼ガスにより回転駆動するタービン部１３０とを備えている。

圧縮機１１０は、圧縮機ケーシング１１１内に、動翼１１２が植設された圧縮機ロータ１１３を備えている。動翼１１２は、周方向に複数植設され、軸方向に複数段の動翼翼列を構成している。また、圧縮機ケーシング１１１の内周には、静翼１１４が複数配置され、静翼翼列を構成している。そして、静翼翼列と動翼翼列とが軸方向に交互に構成されている。動翼１１２が回転することで、外部の空気が圧縮されつつガスタービン１００内に導かれる。

燃焼器ライナ１２０は、例えば、カン型の燃焼器からなり、圧縮機１１０の周囲に均等に複数備えられている。燃焼器ライナ１２０では、圧縮機で加圧された空気と燃料とを混合して燃焼させて、燃焼ガス生成する。

トランジションピース１０は、詳細に後述するが、燃焼器ライナ１２０の出口側端部に接続され、燃焼器ライナ１２０からの燃焼ガスを整流しつつタービン部１３０に導く。

タービン部１３０は、タービンケーシング１３１内に、動翼１３２が植設されたタービンロータ１３３を備えている。動翼１３２は、周方向に複数植設され、軸方向に複数段の動翼翼列を構成している。また、タービンケーシング１３１の内周には、静翼１３４が複数配置され、静翼翼列を構成している。そして、静翼翼列と動翼翼列とが軸方向に交互に構成されている。タービン部１３０に導入された燃焼ガスは、静翼１３４を経て動翼１３２に噴射され、これにより動翼１３２およびタービンロータ１３３が回転する。そして、タービンロータ１３３に連結された発電機（図示しない）において、回転エネルギが電気エネルギに変換される。

次に、トランジションピース１０について説明する。

図２は、本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法が適用されるトランジションピース１０の、燃焼ガスの流れ方向に沿う断面を示す図である。

図２に示すように、トランジションピース１０は、燃焼器ライナ１２０からの燃焼ガスを内部に流通してタービン部１３０に導く内筒２０と、内筒２０の外周を間隙空間を介して覆うように設けられた外筒３０とを備える、二重管構造によって構成されている。

外筒３０には、圧縮機１１０からの空気の一部を内筒２０の出口側の外表面に向けて噴出するための複数の噴出孔３１が形成されている。なお、上記した圧縮機１１０からの空気の一部は、冷却空気ＣＡとして機能する。

内筒２０の上流側端部（図２では内筒２０の左側端部）は、円形に開口している。この開口端部には、円筒状の燃焼器ライナ１２０の出口側端部（図２では燃焼器ライナ１２０の右側端部）が嵌合している。一方、内筒２０の下流側端部（図２では内筒２０の右側端部）は、矩形または扇形に開口している。このように、内筒２０における、燃焼ガスが流れる方向に垂直な断面の形状は、円形から扇形に変形している。また、燃焼ガスに曝される内筒２０の内表面２０ａには、コーティング層５０が形成されている。

外筒３０は、内筒２０の形状に対応した形状を有し、外筒３０の上流側端部（図２では外筒３０の左側端部）は、円形に開口し、外筒３０の下流側端部（図２では外筒３０の右側端部）は、矩形または扇形に開口している。また、外筒３０の上流側端部（図２では外筒３０の左側端部）には、燃焼器ライナ１２０の外周を間隙空間を介して覆うように設けられた、円筒状の燃焼器外筒１２１の出口側端部（図２では燃焼器外筒１２１の右側端部）が嵌合している。

トランジションピース１０の内筒２０と外筒３０との間の下流側端部（図２では内筒２０および外筒３０の右側端部）には、内筒２０と外筒３０との間の一端を封止し、タービン部１３０側への冷却空気ＣＡの流出を防止するフランジ状のピクチャーフレーム４０が設けられている。

図３は、本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法が適用されるトランジションピース１０の内筒２０の斜視図である。図４は、本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法が適用されるトランジションピース１０の内筒２０の断面の一部を示す図である。

図２および図４に示すトランジションピース１０の内筒２０は、発電プラントのガスタービンに長期間に亘って使用されたものである。内筒２０の外表面２０ｂには、損傷であるき裂６０が発生している。また、内筒２０には、図４に示すように、クリープ損傷によりクリープボイド６１が発生している。このクリープボイド６１は、内筒２０を構成する基材の結晶粒界に発生する。また、このクリープボイド６１が連結してき裂６０に成長する。なお、損傷には、上記したき裂６０、クリープボイド６１以外にも、例えば、酸化またはエロージョンによる減肉なども含む。

前述したように、内筒２０の内表面２０ａには、コーティング層５０が形成されている。コーティング層５０は、図４に示すように、内筒２０の内表面２０ａに形成された金属材料からなる金属層５１、およびこの金属層５１の表面に積層して形成されたセラミックス材料からなるセラミックス層５２を備える。

トランジションピース１０の内筒２０は、例えば、Ｎｉｍｏｎｉｃ２６３やハステロイＸなどのＮｉ基耐熱合金で構成されている。コーティング層５０の金属層５１は、例えば、ＮｉＣｏＣｒＡｌＹなどの金属で構成されている。コーティング層５０のセラミックス層５２は、例えば、８％のＹ_２Ｏ_３を含有して安定化されたＺｒＯ_２などのセラミックスで構成されている。また、金属層５１は、例えば、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）などによって形成され、セラミックス層５２は、例えば、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）などによって形成される。

ここでは、図４に示す、外表面２０ｂにき裂６０を有し、肉厚内にクリープボイド６１を有するトランジションピース１０の内筒２０における損傷の補修方法を例示して説明する。

図５は、本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための流れ図である。図６〜図９は、本発明に係る第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピース１０の内筒２０の断面の一部を示している。

まず、補修を施すトランジションピース１０の内筒２０を目視によって観察し、き裂６０の有無、き裂６０の発生箇所などを確認する。また、浸透探傷検査によって、き裂６０やクリープボイド６１の有無、き裂６０やクリープボイド６１の発生箇所などを検査する（ステップＳ７０）。なお、損傷を確認および検査する前に、後述する洗浄処理（ステップＳ７２）と同様の処理を施してもよい。

続いて、内筒２０の外表面２０ｂに形成された酸化被膜を除去する（酸化被膜除去工程（ステップＳ７１））。酸化被膜は、例えば、アルミナなどからなる研磨剤の粒子を高速で吹き付けるブラスト処理などによって除去される。また、き裂６０の内部の酸化被膜は、例えば、フッ化水素雰囲気中で熱処理（例えば、温度が１０００℃下）して還元されることで除去される。

続いて、酸化被膜が除去された内筒２０の外表面２０ｂ（き裂６０を含む）を洗浄する（ステップＳ７２）。洗浄工程では、例えば、炭化水素などの有機溶剤が浸み込んだウエスなどを用いて、内筒２０の外表面２０ｂの汚れや油分などが拭き取られる。

続いて、図６に示すように、内筒２０の外表面２０ｂのき裂６０全体を覆うように、ろう付け補修材８０を配置する（補修材配置工程（ステップＳ７３））。

ろう付け補修材８０は、後述する拡散熱処理によって溶融するＮｉ基溶融合金粉末と、このＮｉ基溶融合金粉末よりも融点が高く、拡散熱処理によって溶融しないＮｉ基非溶融合金粉末とを配合して構成された配合粉末を備えている。Ｎｉ基溶融合金粉末は、例えば、ＪＩＳＺ３２６５で規定されている、ＢＮｉ−１、ＢＮｉ−１Ａ、ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−３、ＢＮｉ−４、ＢＮｉ−５、ＢＮｉ−６、ＢＮｉ−７のＮｉ基合金や、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系のＮｉ基合金などで構成される。Ｎｉ基非溶融合金粉末は、内筒２０を構成する材料と同じ、Ｎｉｍｏｎｉｃ２６３やハステロイＸなどのＮｉ基耐熱合金、その他、ＭａｒＭ２４７、ＧＴＤ１１１、ＩＮ７３８ＬＣなどで構成される。

ろう付け補修材８０におけるＮｉ基溶融合金粉末の含有率は、３０〜９０質量％に設定されることが好ましい。この範囲が好ましいのは、Ｎｉ基溶融合金粉末の含有率が３０質量％未満では、ろう付け補修材８０のぬれ性が低下し、９０質量％を超えると、補修部の強度が低くなるからである。

ろう付け補修材８０として、上記したＮｉ基合金で構成される、Ｎｉ基溶融合金粉末とＮｉ基非溶融合金粉末とを配合して構成された配合粉末そのものを使用してもよい。また、ろう付け補修材８０は、この配合粉末に、ろう付け用のバインダ材料を添加してペースト状に構成されてもよい。ろう付け補修材８０は、例えば、刷毛による塗布やスプレー噴射による吹き付けなどによって、内筒２０の外表面２０ｂのき裂６０全体を覆うように配置される。なお、き裂６０の幅が大きな部分には、この配置段階でろう付け補修材８０がき裂６０の内部にも配置されることもある。

ろう付け補修材８０の流れ落ちを防止するため、ろう付け補修材８０を配置後、例えば、ジルコニアおよびシリカからなる固定材でろう付け補修材８０を覆ってもよい。この固定材は、後述する拡散ろう付け工程（ステップＳ７４）後に、手で剥離またはハンマー等で軽く振動を与えて取り外すことができる。

続いて、ろう付け補修材８０が配置された内筒２０を真空熱処理炉内に設置し、拡散熱処理を施す（拡散ろう付け工程（ステップＳ７４））。この拡散熱処理では、１０００〜１２００℃の温度で、１０分〜２時間保持される。この拡散熱処理によって、ろう付け補修材８０のうち、Ｎｉ基溶融合金粉末が溶融し、図７に示すように、き裂６０の内部に、溶融したＮｉ基溶融合金粉末とともにＮｉ基非溶融合金粉末が導入される。

拡散熱処理を真空雰囲気中で施すことで、熱処理時におけるろう付け補修材８０の酸化を防止することができる。また、拡散熱処理の温度を１０００〜１２００℃とすることで、Ｎｉ基溶融合金粉末を十分に溶融することができ、内筒２０を構成する基材への拡散が得られる。

続いて、外表面２０ｂのき裂６０が補修された内筒２０に、加圧熱処理を施す（加圧熱処理工程（ステップＳ７５））。加圧熱処理では、所定の容器内に配置された内筒２０を、温度が１０００〜１２００℃、圧力が１００〜２００ＭＰａの条件で加熱および加圧する。また、内筒２０の酸化を防止するために、アルゴンガスなどを使用して、加圧雰囲気を構成している。

この温度範囲とすることで、内筒２０を構成する基材の劣化が回復される。また、この圧力範囲とすることで、図８に示すように、内筒２０の肉厚内に形成されたクリープボイド６１を消滅させることができる。さらに、例えば、拡散ろう付け工程（ステップＳ７４）において、ろう付け補修材８０がき裂６０の先端まで達せずに、先端に空洞が存在する場合でも、加圧熱処理を施すことで、ろう付け補修材８０がき裂６０の先端まで導かれ、空洞を消滅させることができる。

なお、拡散熱処理された内筒２０を一旦常温まで冷却してから加圧熱処理を施してもよいし、拡散熱処理された内筒２０を冷却せずに、拡散熱処理に続けて加圧熱処理を施してもよい。また、拡散熱処理は真空雰囲気で、加圧熱処理は高圧雰囲気で行われるが、圧力場を真空から高圧まで制御可能な熱処理装置を用いることで、拡散熱処理と加圧熱処理とを継続して行うことが可能となる。

続いて、加圧熱処理が施された内筒２０の外表面２０ｂにおいて、ろう付け補修材８０が突出した部分を削り取り、図９に示すように、外表面２０ｂを当初の表面形状とする、表面仕上げを施す（表面仕上げ工程（ステップＳ７６））。表面仕上げは、例えば、グラインダなどを使用して行う。

続いて、表面仕上げされた内筒２０を、非加圧下で、溶体化熱処理および時効熱処理する（非加圧熱処理工程（ステップＳ７７））。溶体化処理と時効熱処理は、内筒２０を構成する材料や内筒２０の形状などに応じて、標準的な条件（温度や時間など）で行われる。

なお、非加圧熱処理工程は、表面仕上げ工程の前に行ってもよい。すなわち、表面仕上げ工程を最後に行ってもよい。

以上の工程を経て損傷の補修が完了する。

上記した第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法では、図４に示すように、トランジションピース１０の内筒２０の外表面２０ｂに形成されたき裂６０が、内筒２０の内表面２０ａに形成されたコーティング層５０に至っていない場合を例示して説明した。

次に、トランジションピース１０の内筒２０の外表面２０ｂに形成されたき裂６０が、内筒２０の内表面２０ａに形成されたコーティング層５０に至っている場合について説明する。ここでは、上記した補修工程とは異なる工程部分について主に説明する。

図１０〜図１２は、本発明に係る第１の実施の形態の、他の損傷構成を有するトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピース１０の内筒２０の断面の一部を示している。

図１０に示すように、トランジションピース１０の内筒２０の外表面２０ｂに形成されたき裂６０が、内筒２０の内表面２０ａに形成されたコーティング層５０に至っている場合には、内筒２０の内表面２０ａ側の補修工程が加わる。

まず、損傷の確認および検査（ステップＳ７０）の後で酸化被膜除去工程（ステップＳ７１）の前に、図１１に示すように、き裂６０が至った部分のコーティング層５０を除去する（コーティング層除去工程）。ここでは、少なくともき裂６０が至った部分のコーティング層５０が除去されていればよいが、き裂６０が至った部分およびその周囲のコーティング層５０も除去することが好ましい。

なお、コーティング層除去工程は、酸化被膜除去工程（ステップＳ７１）の後で洗浄工程（ステップＳ７２）の前に行われてもよい。

コーティング層５０を除去する工程において、まず、内筒２０の内表面２０ａの最も外側に形成されたセラミックス層５２を除去する。セラミックス層５２は、例えば、アルミナなどからなる粒子を高速で吹き付けるブラスト処理などによって除去される。そして、セラミックス層５２を除去した後、金属層５１を除去する。金属層５１は、セラミックス層５２と同様に、アルミナなどからなる研磨剤粒子を高速で吹き付けるブラスト処理などによって除去される。なお、金属層５１は、例えば、金属層５１を除去する、塩酸、リン酸などの薬剤を使用する化学処理などで除去されてもよい。

続いて、コーティング層５０が除去された内筒２０の内表面２０ａは、前述した洗浄工程（ステップＳ７２）において、酸化被膜が除去された内筒２０の外表面２０ｂと同様に、洗浄される。

そして、前述した図５に示すステップＳ７３〜ステップＳ７６の工程における処理が施される。

続いて、表面仕上げ工程（ステップＳ７６）の後で非加圧熱処理工程（ステップＳ７７）の前に、コーティング層除去工程においてコーティング層５０が除去された部分に、図１２に示すように、コーティング層５０を形成する（コーティング層形成工程）。

コーティング層５０を形成する工程において、まず、コーティング層除去工程においてコーティング層５０が除去された、内筒２０の内表面２０ａに、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）などにより金属粉末を溶射することによって、金属層５１を形成する。続いて、金属層５１の表面に、例えば、大気プラズマ溶射（ＡＰＳ）などによってセラミックス層５２を形成する。

そして、前述した図５に示すステップＳ７７の工程における処理が施される。

なお、拡散ろう付け工程（ステップＳ７４）において、ろう付け補修材８０がき裂６０の先端から流れ落ちを防止するため、コーティング層５０が除去されたき裂６０の先端部に、前述した固定材を備えてもよい。

以上の工程を経て損傷の補修が完了する。

上記したように、第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法によれば、拡散ろう付けによって、トランジションピース１０の内筒２０を変形させることなく、損傷であるき裂６０を補修することができる。また、ろう付け補修材８０に、内筒２０を構成する材料、またはその材料の化学組成に近いＮｉ基非溶融合金粉末を含むことで、拡散熱処理後において、補修部は、内筒２０を構成する基材と同等レベルの機械的強度を有することができる。

さらに、外表面２０ｂのき裂６０が補修された内筒２０に、加圧熱処理を施すことで、内筒２０の肉厚内に形成された、損傷であるクリープボイド６１を消滅させることができる。これによって、内筒２０を構成する基材の劣化が回復するため、補修後の内筒２０の機械的強度は、使用される前の新品の内筒２０の機械的強度と同程度となる。

なお、第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法では、損傷として、き裂６０およびクリープボイド６１を有する場合について説明したが、損傷として、酸化またはエロージョンによって減肉を生じた部分にも前述した損傷補修方法を適用することができる。その場合においても、前述した損傷補修方法における作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法は、第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法に、損傷を除去する工程が付加されたものである。なお、損傷を除去する際に、酸化被膜も除去されるため、第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法における酸化被膜除去工程は備えていない。ここでは、第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法とは異なる工程部分について、主に説明する。

図１３は、本発明に係る第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための流れ図である。図１４〜図１７は、本発明に係る第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピース１０の内筒２０の断面の一部を示している。なお、第１の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法において説明した構成と同一の構成部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。

ここでは、前述した第１の実施の形態と同様に、外表面２０ｂにき裂６０を有し、肉厚内にクリープボイド６１を有するトランジションピース１０の内筒２０における損傷の補修方法を例示して説明する。

まず、補修を施すトランジションピース１０の内筒２０を目視によって観察し、き裂６０の有無、き裂６０の発生箇所などを確認する。また、浸透探傷検査によって、き裂６０やクリープボイド６１の有無、き裂６０やクリープボイド６１の発生箇所などを検査する（ステップＳ８０）。なお、損傷を確認および検査する前に、後述する洗浄処理（ステップＳ８２）と同様の処理を施してもよい。

続いて、図４に示すような内筒２０の外表面２０ｂのき裂６０を、砥石等を用いて研削、またははつりによって除去する（損傷除去工程（ステップＳ８１））。き裂６０が除去された部分は、例えば、図１４に示すように、内筒２０の外表面２０ｂ側に溝断面積が広くなるテーパー状の開先溝９０となる。

続いて、第１の実施の形態と同様に、内筒２０の外表面２０ｂ（開先溝９０を含む）を洗浄する（ステップＳ８２）。

続いて、図１５に示すように、開先溝９０全体を覆うように、ろう付け補修材８０を配置する（補修材配置工程（ステップＳ８３））。この際、開先溝９０の内部にもろう付け補修材８０が配置される。なお、ろう付け補修材８０は、第１の実施の形態と同様の材料で構成される。

続いて、ろう付け補修材８０が配置された内筒２０を真空熱処理炉内に設置し、拡散熱処理を施す（拡散ろう付け工程（ステップＳ８４））。この拡散熱処理では、１０００〜１２００℃の温度で、１０分〜２時間保持される。

この拡散熱処理によって、ろう付け補修材８０のうち、Ｎｉ基溶融合金粉末が溶融し、図１６に示すように、開先溝９０の内部に、溶融したＮｉ基溶融合金粉末とともにＮｉ基非溶融合金粉末が広がる。

続いて、第１の実施の形態と同様に、加圧熱処理を施す（加圧熱処理工程（ステップＳ８５））。

続いて、第１の実施の形態と同様に、図１７に示すように、外表面２０ｂを当初の表面形状とする、表面仕上げを施す（表面仕上げ工程（ステップＳ８６））。

続いて、第１の実施の形態と同様に、表面仕上げされた内筒２０を、非加圧下で、溶体化熱処理および時効熱処理する（非加圧熱処理工程（ステップＳ８７））。

以上の工程を経て損傷の補修が完了する。

上記した第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法では、図４に示すように、トランジションピース１０の内筒２０の外表面２０ｂに形成されたき裂６０が、内筒２０の内表面２０ａに形成されたコーティング層５０に至っていない場合を例示して説明した。

次に、トランジションピース１０の内筒２０の外表面２０ｂに形成されたき裂６０が、内筒２０の内表面２０ａに形成されたコーティング層５０に至っている場合について説明する。なお、ここでは、上記した補修工程とは異なる工程部分について主に説明する。

図１８〜図１９は、本発明に係る第２の実施の形態の、他の損傷構成を有するトランジションピースの損傷補修方法の工程を説明するための図であり、各工程におけるトランジションピース１０の内筒２０の断面の一部を示している。

まず、損傷の確認および検査（ステップＳ８０）の後で損傷除去工程（ステップＳ８１）の前に、図１１に示すように、き裂６０が至った部分のコーティング層５０を除去する（コーティング層除去工程）。ここでは、少なくともき裂６０が至った部分のコーティング層５０が除去されていればよいが、き裂６０が至った部分およびその周囲のコーティング層５０も除去することが好ましい。

なお、コーティング層除去工程は、損傷除去工程（ステップＳ８１）の後で洗浄工程（ステップＳ８２）の前に行われてもよい。

続いて、内筒２０の外表面２０ｂから内表面２０ａに亘るき裂６０を、砥石等を用いて研削、またははつりによって除去する（損傷除去工程（ステップＳ８１））。き裂６０が除去された部分は、例えば、図１８に示すように、内筒２０の外表面２０ｂ側に溝断面積が広くなるテーパー状の開先溝９０となる。

続いて、コーティング層５０が除去された内筒２０の内表面２０ａは、前述した洗浄工程（ステップＳ８２）において、内筒２０の外表面２０ｂ（開先溝９０を含む）と同様に、洗浄される。

そして、前述した図１３に示すステップＳ８３〜ステップＳ８６の工程における処理が施される。

続いて、表面仕上げ工程（ステップＳ８６）の後で非加圧熱処理工程（ステップＳ８７）の前に、コーティング層除去工程においてコーティング層５０が除去された部分に、図１９に示すように、コーティング層５０を形成する（コーティング層形成工程）。

そして、前述した図１３に示すステップＳ８７の工程における処理が施される。

なお、拡散ろう付け工程（ステップＳ８４）において、ろう付け補修材８０が開先溝９０の先端（下部開口部）から流れ落ちを防止するため、コーティング層５０が除去された開先溝９０の先端に、前述した固定材を備えてもよい。

以上の工程を経て損傷の補修が完了する。

上記したように、第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法によれば、拡散ろう付けによって、トランジションピース１０の内筒２０を変形させることなく、損傷であるき裂６０を補修することができる。また、ろう付け補修材８０に、内筒２０を構成する材料、またはその材料の化学組成に近いＮｉ基非溶融合金粉末を含むことで、拡散熱処理後において、補修部は、内筒２０を構成する基材と同等レベルの機械的強度を有することができる。

なお、第２の実施の形態のトランジションピースの損傷補修方法では、損傷として、き裂６０およびクリープボイド６１を有する場合について説明したが、損傷として、酸化またはエロージョンによって減肉を生じた部分にも前述した損傷補修方法を適用することができる。その場合においても、前述した損傷補修方法における作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

以上説明した実施形態によれば、トランジションピースの構成部材の変形を伴わずに、損傷が広範囲に発生したときでも容易に補修することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

１０…トランジションピース、２０…内筒、２０ａ…内表面、２０ｂ…外表面、３０…外筒、３１…噴出孔、４０…ピクチャーフレーム、５０…コーティング層、５１…金属層、５２…セラミックス層、６０…き裂、６１…クリープボイド、８０…ろう付け補修材、９０…開先溝、１００…ガスタービン、１１０…圧縮機、１１１…圧縮機ケーシング、１１２、１３２…動翼、１１３…圧縮機ロータ、１１４、１３４…静翼、１２０…燃焼器ライナ、１２１…燃焼器外筒、１３０…タービン部、１３１…タービンケーシング、１３３…タービンロータ、ＣＡ…冷却空気。

Claims

トランジションピースに生じた損傷を補修するトランジションピースの損傷補修方法であって、
き裂を有する前記トランジションピースの外表面において、き裂を除去することなく酸化被膜を除去する酸化被膜除去工程と、
酸化被膜が除去された前記トランジションピースの外表面に、き裂を覆うようにろう付け補修材を配置する補修材配置工程と、
ろう付け補修材が配置された前記トランジションピースを拡散熱処理し、ろう付け補修材を溶融させて外表面に形成されたき裂を補修する拡散ろう付け工程と、
外表面に形成されたき裂が補修された前記トランジションピースを高圧下で熱処理する加圧熱処理工程と、
加圧熱処理された前記トランジションピースの外表面から突出したろう付け補修材を削り取る表面仕上げ工程と、
表面仕上げされた前記トランジションピースを、非加圧下で、溶体化熱処理および時効熱処理する非加圧熱処理工程と
を具備することを特徴とするトランジションピースの損傷補修方法。
前記補修材配置工程と前記拡散ろう付け工程との間に、き裂を覆うように配置されたろう付け補修材をジルコニアまたはシリカからなる固定材で覆う固定材配置工程をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のトランジションピースの損傷補修方法。
トランジションピースに生じた損傷を補修するトランジションピースの損傷補修方法であって、
前記トランジションピースの外表面に形成されたき裂を完全に除去する損傷除去工程と、
き裂が除去された部分を覆うようにろう付け補修材を配置する補修材配置工程と、
ろう付け補修材が配置された前記トランジションピースを拡散熱処理し、ろう付け補修材を溶融させて外表面のき裂が除去された部分を補修する拡散ろう付け工程と、
外表面に形成されたき裂が補修された前記トランジションピースを高圧下で熱処理する加圧熱処理工程と、
加圧熱処理された前記トランジションピースの外表面から突出したろう付け補修材を削り取る表面仕上げ工程と、
表面仕上げされた前記トランジションピースを、非加圧下で、溶体化熱処理および時効熱処理する非加圧熱処理工程と
を具備することを特徴とするトランジションピースの損傷補修方法。
き裂が、前記トランジションピースの内表面に形成されたコーティング層に至る場合には、
前記酸化被膜除去工程の前または直後に、少なくともき裂が至った部分のコーティング層を除去するコーティング層除去工程、および
前記表面仕上げ工程と前記非加圧熱処理工程との間に、前記コーティング層除去工程においてコーティング層が除去された部分にコーティング層を形成するコーティング層形成工程を具備することを特徴とする請求項１または２記載のトランジションピースの損傷補修方法。
き裂が、前記トランジションピースの内表面に形成されたコーティング層に至る場合には、
前記損傷除去工程の前または直後に、少なくともき裂が至った部分のコーティング層を除去するコーティング層除去工程、および
前記表面仕上げ工程と前記非加圧熱処理工程との間に、前記コーティング層除去工程においてコーティング層が除去された部分にコーティング層を形成するコーティング層形成工程を具備することを特徴とする請求項３記載のトランジションピースの損傷補修方法。
前記拡散ろう付け工程の際、前記コーティング層除去工程によってコーティング層が除去されたき裂の先端部をジルコニアまたはシリカからなる固定材で覆うことを特徴とする請求項４または５記載のトランジションピースの損傷補修方法。
前記ろう付け補修材が、前記拡散熱処理によって溶融するＮｉ基溶融合金粉末と、前記Ｎｉ基溶融合金粉末よりも融点が高く、前記拡散熱処理によって溶融しないＮｉ基非溶融合金粉末とを配合して構成された配合粉末を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のトランジションピースの損傷補修方法。
前記ろう付け補修材において、前記Ｎｉ基溶融合金粉末の含有率が３０〜９０質量％であることを特徴とする請求項７記載のトランジションピースの損傷補修方法。
前記拡散ろう付け工程において、前記拡散熱処理が真空下で行われていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載のトランジションピースの損傷補修方法。
前記拡散ろう付け工程において、前記拡散熱処理の温度が１０００〜１２００℃であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載のトランジションピースの損傷補修方法。
前記加圧熱処理工程において、熱処理の温度が１０００〜１２００℃であり、圧力が１００〜２００ＭＰａであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載のトランジションピースの損傷補修方法。
請求項１乃至１１のいずれか１項記載のトランジションピースの損傷補修方法によって、損傷が補修されたことを特徴とするトランジションピース。