JP5777296B2 - ろう付補修方法及びガスタービン高温部品 - Google Patents

Description

本発明は、金属部材の損傷部にろう材を付けて、金属部材を補修するろう付補修方法、及びこの方法により補修されたガスタービン高温部品に関する。

ガスタービンの動翼、静翼、燃焼器等は、高温ガスと直接接触して、過酷な熱サイクル、エロージョンやコロージョンを受けて、比較的短期間で損傷する。このため、これらの部分を形成する金属部材は、比較的に頻繁に補修される。

このような金属部材の補修技術として、例えば、以下の特許文献１に開示されている技術がある。

この技術では、真空加熱炉内に、対象とする金属部材を配置し、この金属部材の損傷部にろう材を置き、ろう材と共に金属部材を加熱して、ろう材を溶融し、金属部材の損傷部にろう材を付ける方法が採用されている。

特開２００５−１４６９２０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、軽微な損傷でも、金属部材を真空加熱炉に入れる必要があるため、補修コストが嵩む上に、補修工期が長くなってしまうという問題点がある。さらに、金属部材全体を高温に加熱するため、金属部材全体が劣化してしまうことがあるという問題点もある。

本発明は、このような従来技術に着目し、軽微な損傷に対する補修コストの低減、補修工期の短縮化を図ることができると共に、金属部材の劣化を抑えることができるろう付補修及びこの方法により補修されたガスタービン高温部品を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための発明に係るろう付け補修方法は、
金属部材の損傷部にろう材を付けて、該金属部材を補修するろう付補修方法において、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas)トーチによるＴＩＧアークでろう材を溶融して、前記損傷部にろう材を付けるろう付工程と、固化したろう材を目的の形状に整形する整形工程と、を実行し、
前記ろう付工程では、前記ＴＩＧトーチに、正極性電流を継続的に又は断続的に供給して、前記ＴＩＧトーチによるＴＩＧアークにより、前記ろう材を溶融すると共に、前記ＴＩＧトーチへの供給電流の条件を調整することで、前記損傷部を前記金属部材の結晶構造が急激に変化する変質温度未満に加熱する、ことを特徴とする。

当該補修方法では、軽微な損傷部に対して、ＴＩＧトーチを用いてろう付を行うので、ろう付工程での必要設備の簡易化、さらに同工程での作業の簡易化を図ることできる。よって、当該補修方法によれば、補修コストの低減、補修工期の短縮化を図ることができる。

また、当該補修方法では、ＴＩＧトーチによるＴＩＧアークで局部的に加熱して、ろう付を行うので、金属部材中で熱影響を受ける範囲を狭くすることができる。しかも、当該補修方法では、損傷部を金属部材の結晶構造が急激に変化する変質温度未満にまでしか加熱しないので、加熱された部分の熱影響を最小限に抑えることができる。よって、当該補修方法によれば、金属部材の劣化を抑えることができる。

当該補修方法では、ＴＩＧトーチに負極性電流を流さない、又は負極性電流を流す時間が少ないため、ＴＩＧトーチに負極性電流を流した場合のように、ＴＩＧトーチからの電子が金属対象物に衝突して、金属部材の深い位置まで加熱されることがなく、すなわち、加熱深度が浅く、当該金属部材な熱影響を受ける領域を狭くすることができる。

また、前記ろう付補修方法において、前記ろう付工程前に、該ろう付工程で前記ＴＩＧトーチに供給する電流の最大値よりも最大電流値が低い正極性電流を、該ＴＩＧトーチに継続的又は断続的に供給し、該ＴＩＧトーチによるＴＩＧアークで、前記損傷部の表面粒子（例えば、酸化皮膜を形成する粒子）を飛散させるクリーニング工程を実行してもよい。

当該補修方法では、クリーニング工程の実行により、損傷部の酸化皮膜を除去した後に、ろう付を行うことになるので、ろう材と母材のぬれ不足などによる、ろう付不良の可能性を小さくすることができる。しかも、ろう付工程と同じＴＩＧトーチを用いてクリーニング処理を行うので、修理コストの低減化、修理期間の短縮化をより図ることができる。

また、前記ろう付補修方法において、前記ろう付工程前に、前記金属部材の少なくとも前記損傷部を予め定めた温度まで加熱する予熱工程を実行してもよい。

当該予熱工程を実行することにより、ろう付後に損傷部が急激に冷却されることを防ぐことができ、結果としてろう割れの可能性を低減させることができる。

また、前記ろう付補修方法において、前記クリーニング工程前に、前記金属部材の少なくとも前記損傷部を予め定めた温度まで加熱する予熱工程を実行してもよい。

当該ろう付方法でも、ろう付後に損傷部が急激に冷却されることを防ぐことができ、結果としてろう割れの可能性を低減させることができる。さらに、当該ろう付方法では、予熱により新たに形成される酸化皮膜をクリーニング工程で除去することができるので、ろう付不良の可能性をより低減させることができる。

また、前記ろう付補修方法において、前記ろう付工程後で前記整形工程前に、該ろう付工程で加熱された前記金属部材を、自然冷却よりもゆっくり冷却する徐冷工程を実行してもよい。

当該補修方法でも、ろう付後に損傷部が急激に冷却されることを防ぐことができ、結果としてろう割れの可能性を低減させることができる。
なお、前記金属部品としてのガスタービン高温部品は、上記補修方法で補修することが好ましい。

また、前記目的を達成するためのろう付補修装置は、
金属部材の損傷部にろう材を付けて、該金属部材を補修するろう付補修装置において、
タングステン電極を有するＴＩＧトーチと、前記タングステン電極に、正極性電流を継続的に又は断続的に供給する電源装置と、前記ＴＩＧトーチによって形成されるＴＩＧアーク内にろう材を供給するろう供給装置と、不活性ガスを電極及び溶接部に供給する装置と、を備え、
前記電源装置は、前記ＴＩＧトーチに前記電流を供給する電源回路と、該ＴＩＧトーチによるＴＩＧアークにより、前記ろう材を溶融でき、且つ前記損傷部を前記金属部材の結晶構造が急激に変化する変質温度未満に加熱できる電力を前記電源回路から供給させる制御回路と、を有する、ことを特徴とする。

当該ろう付補修装置では、軽微な損傷部に対して、ＴＩＧトーチを用いてろう付を行うので、ろう付工程での必要設備の簡易化、さらに同工程での作業の簡易化を図ることできる。よって、当該補修装置によれば、補修コストの低減、補修工期の短縮化を図ることができる。また、当該補修装置では、ＴＩＧトーチによるＴＩＧアークで局部的に加熱して、ろう付を行うので、金属部材中で熱影響を受ける範囲を狭くすることができる。しかも、当該補修装置では、損傷部を金属部材の結晶構造が急激に変化する変質温度未満にまでしか加熱しないので、加熱された部分の熱影響を最小限に抑えることができる。よって、当該補修方法によれば、金属部材の劣化を抑えることができる。

本発明では、軽微な損傷部に対して、ＴＩＧトーチを用いてろう付を行うので、ろう付工程での必要設備の簡易化、さらに同工程での作業の簡易化を図ることできる。よって、本発明によれば、補修コストの低減、補修工期の短縮化を図ることができる。

また、本発明では、ＴＩＧトーチによるＴＩＧアークで局部的に加熱して、ろう付を行うので、金属部材中で熱影響を受ける範囲を狭くすることができる。しかも、本発明法では、損傷部を金属部材の結晶構造が急激に変化する変質温度未満にまでしか加熱しないので、加熱された部分の熱影響を最小限に抑えることができる。よって、本発明によれば、金属部材の劣化を抑えることができる。

本発明に係る一実施形態におけるろう付補修方法の手順を示すフローチャートである。 損傷部を有する対象金属部材を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における機械研磨工程後の損傷部を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における補修装置の構成、及び、クリーニング工程での補修装置と損傷部と位置関係等を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における補修装置の構成、及び、ろう付での補修装置と損傷部と位置関係等を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態におけるろう付工程後の損傷部を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態における整形工程後の損傷部を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態におけるクリーニング工程での酸化膜除去の原理を示す説明図で、同図（ａ）は対象金属部材の表面に形成された酸化皮膜を示し、同図（ｂ）は酸化皮膜除去中のタングステンワイヤ電極まわりの状態を示し、同図（ｃ）は酸化皮膜除去後の対象金属部材を示す。 本発明に係る一実施形態におけるろう付工程でのろう付原理を示す説明図で、同図（ａ）はタングステンワイヤ電極を正極にした場合のろう付原理を示し、同図（ｂ）はタングステンワイヤ電極を負極にした場合のろう付原理を示す。 本発明に係る一実施形態におけるクリーニング工程及びろう付工程でのタングステンワイヤ電極に供給する電流の波形を示す説明図で、同図（ａ）はクリーニング工程及びろう付工程でのタングステンワイヤ電極に供給する正極性の電流の波形を示し、同図（ｂ）はクリーニング工程及びろう付工程でのタングステンワイヤ電極に供給する交流電流の波形を示す。 本発明に係る一実施形態における、対象金属部材及びろう材の各種特性温度とろう付温度との関係を示す説明図である。 動翼の斜視図である。

以下、本発明に係るろう付補修方法の一実施形態について、図面を用いて説明する。

まず、本実施形態での補修対象について説明する。
本実施形態での補修対象は、図１２に示すように、ガスタービンの動翼１である。この動翼１は、タービンケーシング内の燃焼ガス流路内に配される翼本体２と、この翼本体２の基端に設けられたプラットホーム３と、このプラットホーム３から翼本体２と反対側へ突出した翼根４と、翼本体２の先端に設けられたシュラウド５と、を有している。この動翼１は、Ｎｉ基合金やＣｏ基合金等で形成された一方向凝固材である。具体的に、Ｎｉ基合金としては、以下の成分のものが用いられる。Ｃｒ：１２．０〜１４．３質量％、Ｃｏ：８．５〜１１．０質量％、Ｍｏ：１．０〜３．５質量％、Ｗ：３．５〜６．２質量％、Ｔａ：３．０〜５．５質量％、Ａｌ：３．５〜４．５質量％、Ｔｉ：２．０〜３．２質量％、Ｃ：０．０４〜０．１２質量％、Ｂ：０．００５〜０．０５質量％、Ｚｒ：０．００１〜５ｐｐｍ、残部：Ｎｉおよび不可避不純物

この動翼１は、高温ガスと直接接触して、過酷な熱サイクル、エロージョンやコロージョンを受けて、比較的短期間で損傷する。損傷形態としては、欠損、亀裂、ろう切れ、減肉等がある。

ここで、仮に、図１２及び図２に示すように、動翼１の前縁部６に深さｄが壁厚（板厚）の１／５程度未満の軽微な損傷部７が形成されたとする。深さｄが壁厚（板厚）の１／５程度未満の軽微な損傷の場合、ガスタービンの強度及び運用面のみを考慮した場合、損傷部７を機械研磨するだけで十分の補修であると言えるが、外観や、空力性能等を考慮した場合には、新品と比べて十分な補修とは言い難い。

そこで、以下では、このような軽微な損傷部に対する補修方法として、簡易で外観的、空力性能的にも優れた補修方法について説明する。

まず、軽微な損傷部を補修するための補修装置について、図４及び図５を用いて説明する。

本実施形態の補修装置は、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas)アークを発生するＴＩＧ（Tungsten Inert Gas)トーチ１０と、ＴＩＧトーチ１０にアーク用の電力を供給する電源装置２０と、ＴＩＧトーチ１０にシールドガスを供給するシールドガス発生装置３０と、ＴＩＧトーチ１０を三次元空間内で移動させるトーチ移動装置４０と、ＴＩＧアーク中にろう材５９（図５に示す）を供給するろう供給装置５０と、これらを制御する制御装置６０と、を備えている。

ＴＩＧトーチ１０は、トーチボディ１５と、このトーチボディ１５に固定されているトーチヘッド１１とを有している。トーチヘッド１１は、シールドガス発生装置３０からのシールドガスを噴射するガスノズル１２と、ガスノズル１２内に配置されたタングステンワイヤ電極１３と、ガスノズル１２内に配置され、タングステンワイヤ電極１３を保持するコンタクトノズル１４と、を有している。すなわち、このＴＩＧトーチ１０は、ＴＩＧ溶接に用いられるＴＩＧ溶接トーチと同じものである。

電源装置２０は、ＴＩＧトーチ１０に電力を供給する電源回路２１と、この電源回路２１を制御して、電源回路２１からＴＩＧトーチ１０に供給される電力の特性を制御する制御回路２２と、を有している。

シールドガス発生装置３０は、シールドガスが蓄えられているガス容器３１と、このガス容器３１からＴＩＧトーチ１０へ供給するシールドガスの流量を調節する流量調節弁３２と、を有している。シールドガスとしては、イナートガスであるＡｒガス、Ｈｅガス、又はこれらのガスの混合ガスが用いられる。

トーチ移動装置４０は、ＴＩＧトーチ１０のトーチボディ１５を保持し、このＴＩＧトーチ１０を三次元空間内で移動させるロボットである。

ろう供給装置５０は、棒状のろう材５９が装着されるろう材ノズル５１と、このろう材ノズル５１内に配置され、棒状のろう材５９をろう材ノズル５１から送り出すろう供給機構５２と、を有している。ろう材ノズル５１は、トーチボディ１５に、回転可能に取り付けられている。

次に、図１に示すフローチャートに従って、本実施形態における補修方法について説明する。

まず、図３に示すように、対象金属部材６の損傷部７の表面を、グラインダー等で機械研磨し、損傷部７の表面を滑らかに加工し、研磨された損傷部８を含む部分を含む領域をアルコール等を用いて洗浄する（Ｓ１）。

次に、研磨された損傷部８を含む部分を、バーナーや高周波コイル等を用いて加熱する。言い換えると、後述のろう付工程（Ｓ４）の前に、損傷部８を含む部分を予熱する（Ｓ２）。この予熱工程では、損傷部８を含む部分が、例えば、６００℃〜４００℃になるまで加熱する。

この予熱工程は、ろう付前に対象金属部材６をある程度加熱しておくことで、ろう付後に、ろう材の付いた対象金属部材６が急激に冷えることにより、ろう割れが発生するのを防止するために実行される。すなわち、この予熱工程は、ろう付後の徐冷を目的に実行される。

次に、損傷部８を含む部分に対して、先に説明した補修装置を用いて、クリーニング処理を施す（Ｓ３）。

このクリーニング工程（Ｓ３）において、図３に示すように、まず、補修装置のトーチ移動装置４０が、制御装置６０からの指示を受けて、ＴＩＧトーチヘッド１１を損傷部８又はその周縁部に対向させる。この際、トーチ移動装置４０は、タングステンワイヤ電極１３の先端と損傷部８又はその周縁部との間の距離Ｄｃを、例えば、１０〜２０ｍｍ程度にする。次に、シールドガス発生装置３０の流量調節弁３２が、制御装置６０からの指示を受けて、ガス容器３１内のシールドガスをＴＩＧトーチヘッド１１に供給する。このシールドガスは、ＴＩＧトーチヘッド１１のガスノズル１２から損傷部８に向けて噴射される。さらに、この際、電源装置２０は、制御装置６０からの指示を受けて、ＴＩＧトーチヘッド１１のタングステンワイヤ電極１３に正極性の直流電流、又は交流電流を供給する。この結果、タングステンワイヤ電極１３と損傷部８又はその周縁部との間にＴＩＧアークＡｃが形成される。トーチ移動装置４０は、損傷部８の全体及びその周縁部でＴＩＧアークＡｃが形成されるよう、ＴＩＧトーチヘッド１１を移動させる。

ここで、図８（ａ）に示すように、対象金属部材６の表面に酸化皮膜Ｍが形成されているとする。この場合、同図（ｂ）に示すように、タングステンワイヤ電極１３を正極にし、対象金属部材６を負極すると、タングステンワイヤ電極１３の回りのシールドガスがイオン化する。具体的には、ガス分子は対象金属部材６から飛び出した電子と衝突して、プラスイオンになる。そして、このプラスイオンが酸化皮膜Ｍを形成している粒子ｍに衝突して、この粒子ｍを飛散させる。この結果、同図（ｃ）に示すように、対象金属部材６の表面の酸化皮膜Ｍは除去される。また、対象金属部材６の表面上に油分や錆等がある場合でも、同様の原理で、油分や錆等は除去される。すなわち、このクリーニング工程（Ｓ３）では、損傷部及びその周縁部の酸化皮膜、油分、錆等の除去が行われる。

ここで、本実施形態において、タングステンワイヤ電極１３に正極性の直流電流を供給する場合、その電流値の波形は、図１０（ａ）に示すように、正のピーク電流値と、正のベース電流値とを交互に繰り返すパルス状の波形である。この際の供給電流条件は、以下の通りである。
ピーク電流値：５〜３０Ａ
ベース電流値：１〜５Ａ
周波数：１００〜５００Ｈｚ
Duty比（＝τ/Ｔ×100）：２５〜７５％

また、本実施形態において、タングステンワイヤ電極１３に交流電流を供給する場合、その電流値の波形は、図１０（ｂ）に示すように、正のピーク電流値と、負のベース電流値とを交互に繰り返すパルス状の波形である。この際の供給電流条件は、以下の通りである。
正ピーク電流値：５〜３０Ａ
負ピーク電流値：−５〜−３０Ａ
周波数：１００〜５００Ｈｚ
Duty比（＝τ/Ｔ×100）：２５〜７５％

ところで、前述の予熱工程（Ｓ２）では、損傷部８を含む部分を６００℃〜４００℃程度まで加熱する。一方、酸化皮膜は、金属表面が５００℃以上になると形成される。したがって、予熱工程（Ｓ２）における加熱で、対象金属部材６の表面には酸化皮膜が形成されることになる。そこで、本実施形態では、ろう付前に対象金属部材６の酸化皮膜を予め除去しておき、さらに、ろう付の前に対象金属部材６に対して予熱処理を施しておくために、予熱工程（Ｓ２）後にクリーニング処理を行っている。

次に、損傷部８を含む部分に対して、先に説明した補修装置を用いて、ろう付処理を施す（Ｓ４）。

このろう付工程（Ｓ４）において、図５に示すように、まず、補修装置のトーチ移動装置４０が、制御装置６０からの指示を受けて、ＴＩＧトーチヘッド１１を損傷部８又はその周縁部に対向させる。この際、トーチ移動装置４０は、タングステンワイヤ電極１３の先端と損傷部又はその周縁部との間の距離Ｄｂを、先程のクリーニング工程（Ｓ３）の際よりも短い、例えば、２ｍｍ程度にする。次に、シールドガス発生装置３０の流量調節弁３２が、制御装置６０からの指示を受けて、ガス容器３１内のシールドガスをＴＩＧトーチヘッド１１に供給する。このシールドガスは、ＴＩＧトーチヘッド１１のガスノズル１２から損傷部８に向けて噴射される。また、この際、電源装置２０は、制御装置６０からの指示を受けて、ＴＩＧトーチヘッド１１のタングステンワイヤ電極１３に正の直流電流、又は交流電流を供給する。この結果、クリーニング工程と同様、タングステンワイヤ電極１３と損傷部８又はその周縁部との間にＴＩＧアークＡｂが形成される。さらに、この際、ろう供給装置５０のろう供給機構５２は、制御装置６０からの指示に従って、棒状のろう材５９をろう材ノズル５１から送り出し、その先端部をＴＩＧアークＡｂ内に入る。トーチ移動装置４０は、損傷部８の全体及びその周縁部でＴＩＧアークＡｂが形成されるよう、ＴＩＧトーチヘッド１１を移動させる。

ここで、ろう付原理について、図９を用いて説明する。
まず、図９（ａ）を用いて、前述のクリーニング工程（Ｓ３）と同様、タングステンワイヤ電極１３が正極で、対象金属部材６を負極の場合のろう付原理について説明する。

ＴＩＧアークＡｂ内のろう材５９は、アーク熱により高温になる。この結果、ＴＩＧアークＡｂ内のろう材５９は、溶融して、対象金属部材６上に至る。つまり、対象金属部材６にろう材９が付く。

また、この場合も、クリーニング工程（Ｓ３）と同様、タングステンワイヤ電極１３が正極で、対象金属部材６を負極であるから、タングステンワイヤ電極１３の回りのシールドガスが、対象金属部材６から飛び出した電子と接して、プラスイオンになり、このプラスイオンが対象金属部材６の表面に衝突する。よって、この場合も、対象金属部材６の表面部分のクリーニング処理が実行される。なお、対象金属部材６側で陰極点になるのは、突起部分であるために、プラスイオンは、細かな凹凸がある金属結晶面や不純物等が存在するところに集中するので、滑らかな溶融ろう材にはプラスイオンが集中することがなく、ろう付工程（Ｓ４）中のクリーニング作用により、溶融ろう材が飛散することはほとんどない。

次に、図９（ｂ）を用いて、タングステンワイヤ電極１３が負極で、対象金属部材６が正極の場合のろう付原理について説明する。

ＴＩＧアークＡｂ内のろう材５９は、前述の場合と同様、アーク熱により高温になる。さらに、ＴＩＧアークＡｂ内のろう材５９は、タングステンワイヤ電極１３から飛び出した電子が衝突して加熱される。この結果、ＴＩＧアークＡｂ内のろう材５９は、溶融して、対象金属部材６上に至る。つまり、対象金属部材６にろう材９が付く。

この場合、タングステンワイヤ電極１３から飛び出した電子は、正極に帯電している対象金属部材６に激しく衝突するため、対象金属部材６は、深い所まで加熱される。一方、タングステンワイヤ電極１３が正極で、対象金属部材６が負極の場合には、対象金属部材６から飛び出した電子は、負極に帯電しているタングステンワイヤ電極１３に激しく衝突するため、タングステンワイヤ電極１３が過熱されるものの、対象金属部６は、深い所まで加熱されない。このため、タングステンワイヤ電極１３が負極で、対象金属部材６が正極の場合よりも、タングステンワイヤ電極１３が正極で、対象金属部材６が負極の場合の方が、ろう付に伴う対象金属部材６の熱影響を最小限に抑えることができる。

そこで、本実施形態では、ろう付工程（Ｓ４）では、クリーニング工程（Ｓ３）の際と同様、タングステンワイヤ電極１３に正極性の直流電流、又は交流電流を供給し、対象金属部材６が負極になっている時間を無くし、又は少なくして、ろう付に伴う対象金属部材６の熱影響を最小限に抑えている。

具体的に、本実施形態のろう付工程（Ｓ４）において、タングステンワイヤ電極１３に正極性の直流電流を供給する場合、その電流値の波形は、図１０（ａ）に示すように、正のピーク電流値と、正のベース電流値とを交互に繰り返すパルス状の波形である。この際の供給電流条件は、以下の通りである。
ピーク電流値：３０〜８０Ａ
ベース電流値：１〜１０Ａ
周波数：１００〜５００Ｈｚ
Duty比（＝τ/Ｔ×100）：２５〜７５％

また、本実施形態のろう付工程（Ｓ４）において、タングステンワイヤ電極１３に交流電流を供給する場合、その電流値の波形は、図１０（ｂ）に示すように、正のピーク電流値と、負のベース電流値とを交互に繰り返すパルス状の波形である。この際の供給電流条件は、以下の通りである。
正ピーク電流値：３０〜８０Ａ
負ピーク電流値：−３０〜−８０Ａ
周波数：１００〜５００Ｈｚ
Duty比（＝τ/Ｔ×100）：２５〜７５％

ここで、対象金属部材６の温度特性及びろう材の温度特性について説明する。

対象金属部材６は、前述したように、Ｎｉ基合金で形成された一方向凝固材である。この対象金属部材６の温度特性は、以下の通りである。
液相線温度：１３５０℃
固相線温度：１２５０℃
微細析出物γ’が固溶する固溶温度：１２００〜１２２０℃
微細析出物γ’の析出温度：１０８０〜１１２０℃

また、ろう材は、母材である対象金属部材６と同じ主成分の合金に、当該合金の融点を下げるホウ素やシリコン等を添加した金属で、ここでは、ＢＮｉ-２、ＢＮｉ-４、ＢＮｉ-９等を用いる。これらのろう材の温度特性は、以下の通りである。
ＢＮｉ-２
固相線温度：９７０℃
液相線温度：１０００℃
ＢＮｉ-４
固相線温度：９９０℃
液相線温度：１０５５℃
ＢＮｉ-９
固相線温度：１０５５℃
液相線温度：１０５５℃

一方向凝固材である対象金属部材６は、例えば、Ｎｉ_３Ａｌ等の微小粒子が析出する温度（1080〜1120℃）から、結晶粒が成長し始め、この微小粒子が固溶する固溶温度（変質温度）以上になると、結晶粒が粗大化する。すなわち、この微小粒子が固溶する固溶温度（変質温度）以上になると、結晶構造が急激に変質する。

そこで、本実施形態では、図１１に示すように、ろう付温度を、ろう材５９が確実に溶融する温度であるろう材５９の液相線温度以上で、且つ、対象金属部材６で、一旦、析出した微粒子が固溶する固溶温度、言い換えると、対象金属部材６の結晶構造が急激に変質する変質温度未満にしている。なお、ここでのろう付温度は、ろうが付く対象金属部材６の表面温度である。

本実施形態では、ろう付温度を以上の温度範囲内に収めるため、タングステンワイヤ電極１３への供給電流条件を前述した条件にしている。

ろう付工程（Ｓ４）が終了すると、バーナーや高周波コイル等を用いて軽く加熱するか、ろう材９が付いた対象金属部材６を断熱材で覆って。ろう材９及びこのろう材９が付いた対象金属部材６に対して徐冷処理を施す（Ｓ５）。この徐冷処理では、ろう付部分の温度低下率を５０〜２００℃／ｈｒ程度にする。

このように、徐冷処理を行うことで、急冷によるろう割れを回避することができる。なお、クリーニング工程（Ｓ３）前に行う予熱工程（Ｓ２）も、ろう付後の徐冷を目的とするものであるから、予熱工程（Ｓ２）と徐冷工程（Ｓ５）とのうち、いずれか一方の工程のみを実行するようにしてもよい。

徐冷工程（Ｓ５）が終了し、図６に示すように、ろう材９の付いた対象金属部材６が常温になると、グラインダー等で、固化したろう材９を機械研磨して、図７に示すように、対象金属部材６の表面を目的の形状に仕上げる（Ｓ６）。

以上、本実施形態では、ろう付温度を、ろう材の液相線温度以上にして、ろう材を確実に溶融させて、ろう付を確実に行う一方で、ろう付温度を対象金属部材６の変質温度未満にしているので、対象金属部材６の表面部の結晶構造の変質を抑えることができる。。

また、本実施形態では、ＴＩＧトーチ１０によるＴＩＧアークＡｂでろう付を行っているので、対象金属部材６に対する加熱領域を狭くすることができる。さらに、本実施形態では、ろう付工程において、タングステンワイヤ電極１３に正極性の直流電流、又は交流電流を供給し、対象金属部材６が負極になっている時間を無くし、又は少なくしているので、対象金属部材６の加熱深度を浅くすることができる。

よって、本実施形態によれば、対象金属部材６の加熱領域を極めて狭くできる上に、加熱される領域での結晶構造の変質を抑えることができるので、ろう付による熱影響を抑えることができる。

さらに、本実施形態では、真空加熱炉を用いず、簡易な装置であるＴＩＧトーチ１０でろう付を行っているので、対象金属部材６の修理コストの低減化、修理期間の短縮化を図ることができる。また、本実施形態では、ろう付工程（Ｓ４）前にクリーニング工程（Ｓ３）を行い、さらに、予熱工程（Ｓ２）及び／又は徐冷工程（Ｓ５）を行っているので、ろう割れの可能性を低くすることができる。しかも、このクリーニング工程（Ｓ３）において、ろう付工程（Ｓ４）と同じＴＩＧトーチ１０を用いて、対象金属部材６のクリーニングを行っているので、修理コストの低減化、修理期間の短縮化をより図ることができる。

なお、以上では、ろう付温度を対象金属部材６の変質温度（固溶温度）未満にしているが、対象金属部材６に対する熱影響をより小さくするという観点からは、ろう付温度を対象金属部材６の微細析出物の析出温度以下にすることが好ましい。また、ここでは、対象金属部材６から微小粒子が析出し、この微小粒子が固溶する固溶温度を、この対象金属部材６の結晶構造が急激に変質する変質温度としているが、結晶構造等によっては、固溶温度が変質温度にならない場合があるので、結晶構造等毎に、結晶構造が急激に変質する温度、つまり、予め変質温度を調べておくことが好ましい。

また、以上では、Ｎｉろう材をろう材５９に用いたが、対象金属部材６の主成分に近い性質の金属を主成分とするＣｏろう材をろう材５９に用いてもよい。但し、用いるろう材５９は、その液相線温度が対象金属部材６の変質温度未満である必要がある。なお、ろう付温度を、前述したように、微細析出物の析出温度以下にする場合には、用いるろう材５９は、その液相線温度がこの析出温度未満である必要があることは言うまでもない

また、以上の実施形態では、トーチ移動装置４０やろう供給装置５０を備えた補修装置でろう付を行っているが、作業者がＴＩＧトーチ１０及びとう材５９を保持し、手作業にてろう付を行うようにしてもよい。また、ここでは、棒状のろう材５９をＴＩＧアーク内に供給しているが、粉末又はシート状のろう材をＴＩＧアーク内に供給するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、ガスタービンの動翼を補修対象にしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、合金であれば、基本的に如何なる補修対象であってもよく、特に、ガスタービンの静翼や燃焼器等、耐熱性の要求される合金製の補修対象に好適である。

１：動翼、6：対象金属部材(動翼の前縁部)、７，８：損傷部、９，５９：ろう材、１０：ＴＩＧトーチ、１１：ＴＩＧトーチヘッド、１２：ガスノズル、１３：タングステンワイヤ電極、１４：コンタクトノズル、１５：トーチボディ、２０：電源装置、２１：電源回路、２２：制御回路、３０：シールドガス発生装置、３１：ガス容器、３２：流量調節弁、４０：トーチ移動装置、５０：ろう供給装置、５１：ろう材ノズル、５２：ろう供給機構、６０：制御装置

Claims (6)

1. 金属部材の損傷部にろう材を付けて、該金属部材を補修するろう付補修方法において、
   ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas)トーチによるＴＩＧアークでろう材を溶融して、前記損傷部にろう材を付けるろう付工程と、
   固化したろう材を目的の形状に整形する整形工程と、
   を実行し、
   前記ろう付工程では、前記ＴＩＧトーチに、正極性電流を継続的に又は断続的に供給して、前記ＴＩＧトーチによるＴＩＧアークにより、前記ろう材を溶融すると共に、前記ＴＩＧトーチへの供給電流の条件を調整することで、前記損傷部を前記金属部材の結晶構造が急激に変化する変質温度未満に加熱する、
   ことを特徴とするろう付補修方法。
2. 請求項１に記載のろう付補修方法において、
   前記ろう付工程前に、該ろう付工程で前記ＴＩＧトーチに供給する電流の最大値よりも最大電流値が低い正極性電流を、該ＴＩＧトーチに継続的又は断続的に供給し、該ＴＩＧトーチによるＴＩＧアークで、前記損傷部の表面粒子を飛散させるクリーニング工程を実行する、
   ことを特徴とするろう付補修方法。
3. 請求項１に記載のろう付補修方法において、
   前記ろう付工程前に、前記金属部材の少なくとも前記損傷部を予め定めた温度まで加熱する予熱工程を実行する、
   ことを特徴とするろう付補修方法。
4. 請求項２に記載のろう付補修方法において、
   前記クリーニング工程前に、前記金属部材の少なくとも前記損傷部を予め定めた温度まで加熱する予熱工程を実行する、
   ことを特徴とするろう付補修方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のろう付補修方法において、
   前記ろう付工程後で前記整形工程前に、該ろう付工程で加熱された前記金属部材を、自然冷却よりもゆっくり冷却する徐冷工程を実行する、
   ことを特徴とするろう付補修方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のろう付補修方法で補修された、
   ことを特徴とするガスタービン高温部品。

Images