JP7270428B2 - 一方向凝固物、タービン動翼及び一方向凝固物の補修方法 - Google Patents
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Description
しかし、このような一方向凝固物を使用したタービン翼等であっても、タービン翼等の使用によって亀裂が生じることがある。そのため、亀裂が生じたタービン翼等を補修する必要がある。
例えば特許文献1には、結晶構造が一方向や単結晶に制御された耐熱合金部材の補修方法が開示されている(特許文献1参照)。
そのため、上述したような比較的深い亀裂の補修方法が望まれている。
複数の結晶粒界が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材と、
前記母材の開先部に設けられ、前記母材と共金であり、該母材との溶接に用いる金属により形成される溶接部と、を備え、
前記溶接部は、前記複数の結晶粒界のうち一の結晶粒界にのみ重なっている。
その点、上記(1)の構成によれば、溶接部が上記他の結晶粒界には重なっていないので、上記他の結晶粒界が溶接部の形成による影響を受けることを抑制できる。
また、例えば、溶接性をよくするために母材とは異なる合金材料を用いて溶接部を形成した場合、溶接部における強度が母材の強度よりも大幅に低下するおそれがある。
その点、上記(1)の構成によれば、溶接部が母材と共金であるので、一方向凝固物の強度を確保できる。
前記溶接部は、第1層と、前記第1層に対して前記開先部の深さ方向において隣接する第2層とを含み、
前記第1層及び前記第2層を形成するビードの数は、それぞれ1である。
その点、上記(2)の構成によれば、第1層及び第2層はそれぞれビード数が1であるので、開先部の周囲に与える溶接時の熱の影響を抑制できる。
ここで、ビードの幅に対するビードの高さの比率が大きくなるほど、ビードの底面の面積に対してビードの側面の面積が大きくなる。そのため、ビードの幅に対するビードの高さの比率が大きくなるほど、ビードが有する熱エネルギーは、底面よりも両側面から周囲に伝達され易くなる。
ビードが固化する過程では、温度が低下し易い領域から先に固化し始め、温度が低下し難い領域が後から固化することとなる。そのため、ビードの幅に対するビードの高さの比率が大きくなるほど、ビードが両側面から幅方向の中央に向かって固化が進み易くなる。逆に、ビードの幅に対するビードの高さの比率が小さくなるほど、ビードが底面から上面に向かって固化が進み易くなる。
ビードの両側面から幅方向の中央に向かってビードの固化が進む場合、ビードの固化に伴ってビードが収縮しようとして熱応力が生じると幅方向中央近傍の液相部が開口してしまい、凝固割れが生じるおそれがある。このような凝固割れを防ぐためには、ビードの幅に対するビードの高さの比率を小さくして、ビードが底面から上面に向かって固化が進み易くなるようにすることが望ましい。
発明者らが鋭意検討した結果、上記(2)の構成のように、各層におけるビード数が1である場合、ビードの幅に対するビードの高さの比率が0.8以下であると、上述したような凝固割れを抑制できることが判明した。
したがって、上記(3)の構成によれば、上述したような凝固割れを抑制できる。
また、上記(6)の構成によれば、溶接部が母材と共金であるので、タービン動翼の強度を確保できる。
複数の結晶粒界が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材に対して、前記複数の結晶粒界のうち一の結晶粒界にのみ重なる開先部を形成するステップと、
前記開先部に前記母材と共金であり、該母材との溶接に用いる金属により形成される溶接部を形成するステップと、
を備える。
その点、上記(7)の方法によれば、溶接部が上記他の結晶粒界には重ならないので、上記他の結晶粒界が溶接部の形成による影響を受けることを抑制できる。
また、上述したように、例えば、溶接性をよくするために母材とは異なる合金材料を用いて溶接部を形成した場合、溶接部における強度が母材の強度よりも大幅に低下するおそれがある。
その点、上記(7)の方法によれば、溶接部が母材と共金であるので、補修後の一方向凝固物の強度を確保できる。
その点、上記(8)の方法によれば、第1層及び第2層はそれぞれビード数が1であるので、開先部の周囲に与える溶接時の熱の影響を抑制できる。
したがって、上記(9)の方法によれば、上述したような凝固割れを抑制できる。
前記開先部を形成するステップは、前記母材における柱状晶の成長方向に沿って延在するように前記開先部を形成し、
前記溶接部を形成するステップは、前記開先部において前記成長方向に沿って溶接することで前記溶接部を形成する。
前記溶接部を形成するステップに先立って、前記母材における前記溶接部を形成する領域の前記母材における柱状晶の成長方向の両端における両側に一対のタブを形成するステップをさらに備え、
前記開先部を形成するステップは、前記領域及び前記領域を超えて前記一対のタブに前記開先部を形成し、
前記溶接部を形成するステップは、前記一対のタブの一方から前記領域を通過して前記一対のタブの他方まで溶接することで前記開先部に前記溶接部を形成する。
その点、上記(11)の方法によれば、上記一対のタブの一方から上記領域を通過して上記一対のタブの他方まで溶接するので、上記一対のタブにビードの両端が位置し、母材における溶接部を形成する領域には、ビードの両端部以外の部分が位置することになる。したがって、上記領域における溶接部の強度を確保できる。
その点、上記(12)の方法によれば、溶接による熱エネルギーが母材へ十分に伝達可能となるので、タブの過剰な温度上昇を抑制できる。
しかし、走査速度を速くすると、形成後のビードからレーザビームが短時間で離れてしまうため、形成後のビードの冷却速度が速くなり、ビードにおける熱応力が高くなる傾向にある。そのため、走査速度は遅くすることが望ましい。また、上述したように、入熱量の観点から、走査速度を遅くするのであれば、ビードの位置におけるレーザビームの走査方向のパターンの大きさを抑制することが望ましい。
したがって、レーザビームの走査方向が上記成長方向と同じ方向であれば、ビームパターンの形状を上記(15)の方法による形状とすることで、ビードの熱応力を抑制しつつ、形成するビードの下の母材や下層のビードが必要以上に溶融してしまうことを抑制でき、補修後の一方向凝固物の強度を確保できる。
前記溶接部を形成するステップは、
ビードの数が1である第1層と、前記第1層に対して前記開先部の深さ方向において隣接し前記ビードの数が1である第2層とを含む前記溶接部を形成するとともに、
矩形形状であって、前記母材における柱状晶の成長方向と直交する方向に沿った大きさが前記母材の表面における前記開先部の幅よりも小さいビームパターンを有するレーザビームを照射することで前記第1層を形成する。
発明者らが鋭意検討した結果、20mm/分以下の走査速度でレーザビームを走査して上記溶接部を形成するとよいことが判明した。
したがって、上記(18)の方法によれば、ビードの熱応力を抑制でき、補修後の一方向凝固物の強度を確保できる。
前記開先部を含む前記母材の少なくとも一部の被加熱領域を加熱するステップ
をさらに備え、
前記溶接部を形成するステップは、前記加熱するステップで前記被加熱領域を加熱しながら前記溶接部を形成する。
また、上記(21)の構成によれば、溶接部が母材と共金であるので、タービン動翼の強度を確保できる。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1に示したタービン動翼1Aでは、図示上下方向である翼長方向に延在する複数の柱状晶6を有する。すなわち、図1に示したタービン動翼1Aでは、複数の結晶粒界8が一方向に並んでいる。
なお、タービン動翼1Aがガスタービン動翼の場合、該動翼の大きさ(図1における上下方向の全体長さ)は、一般的には150~500mm程度である。また、結晶粒界8同士の間隔は、一般的には10mm程度である。
タブ形成ステップS10は、後述する溶接ステップS100に先立って、図4に示すように、補修対象の母材13における溶接部を形成する領域(溶接領域)55の柱状晶6の成長方向の両端における両側に一対のタブ21、22を形成するステップである。図1に示したタービン動翼1Aでは、タブ形成ステップS10において、図4に示すように、プラットフォーム3の亀裂の延在方向の両側からプラットフォーム3を挟むように、すなわち、翼長方向の両端からプラットフォーム3を挟むように、一対のタブ21、22を形成する。なお、図4は、一対のタブ21、22について説明するための図であり、図1のA矢視図に相当する図、該図のBIV矢視図及びCIV-CIV矢視図を併記した図である。
また、タブ形成ステップS10では、母材13であるプラットフォーム3との間で熱伝導経路が形成されるように一対のタブ21、22を形成する。
このようなタブ21、22を形成する理由については、後で説明する。
タブ21、22の形状を有する部材を溶接によってタービン動翼1Aに取り付けるのであれば、大掛かりな設備が不要であり、費用や施工に要する時間の面で有利である。
コールドスプレー法や高速フレーム溶射法によってタブ21、22を形成するのであれば、タブ21、22を構成する材料が母材であるタービン動翼1Aにおいて希釈されることを抑制できるとともに、施工によるタービン動翼1Aの割れを抑制できる。
また、コールドスプレー法によってタブ21、22を形成するのであれば、タブ21、22の形成時にタービン動翼1Aに熱影響部が生じることがないので、タービン動翼1Aの強度に対する影響がない。
開先部形成ステップS30は、複数の結晶粒界8が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材13に対して、複数の結晶粒界8のうち一の結晶粒界にのみ重なる開先部31を形成するステップである。
図5は、図4に示したタービン動翼1Aに対して、複数の結晶粒界8のうち、亀裂11が生じた一の結晶粒界8aにのみ重なる開先部31a(図2参照)を形成した後のタービン動翼1Aを示す図である。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、溶接部50が該他の結晶粒界8bには重ならないので、該他の結晶粒界8bが溶接部50の形成による影響を受けることを抑制できる。
例えば図1、2に示したように、タービン動翼1Aに上記一の結晶粒界8aに沿った亀裂11が生じていた場合には、開先部31の延在方向が柱状晶6の成長方向に沿った方向であれば、開先部31及び後述する溶接部50の延在方向は該亀裂11の延在方向と同じ方向となる。したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、該亀裂11の補修に適した補修方法となる。
予熱ステップS50は、図6に示すように、開先部31を含む母材13の少なくとも一部の被加熱領域40を加熱するステップである。
図6は、図1におけるA矢視図に相当する図であり、被加熱領域40の一例を示す図である。
被加熱領域40を加熱することで被加熱領域40の強度を一時的に低下させることができる。したがって、被加熱領域40を加熱しながら後述する溶接部50を形成することで、溶接部50に生じる応力を低減できる。
予熱ステップS50では、被加熱領域40の温度が900℃以上1000℃以下で維持されるように被加熱領域40を加熱する。
なお、予熱ステップS50では、例えば被加熱領域40をその周囲から囲むような形状に巻かれた高周波誘導加熱用のコイル(不図示)を用いることで、被加熱領域40を効率的に加熱できる。また、例えば被加熱領域40の周囲を取り囲むような形状に巻かれた高周波誘導加熱用のコイルを用いることで、巻かれているコイルの間をレーザビームが通過でき、溶接部50の形成時にレーザビームとコイルとの干渉を防止できる。
溶接ステップS100は、図7~図9に示すように、開先部31に母材13と共金であり、該母材13との溶接に用いる金属により形成される溶接部50を形成するステップである。
なお、図7は、開先部31に後述する第1層51を形成した後の状態を示す図である。図8は、開先部31に後述する第2層52を形成した後の状態を示す図である。図9は、開先部31に後述する第3層53を形成した後の状態を示す図である。
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、上述したように、溶接部50が上述した他の結晶粒界8bには重ならないので、該他の結晶粒界8bが溶接部50の形成による影響を受けることを抑制できる。
また、例えば、溶接性をよくするために母材13とは異なる合金材料を用いて溶接部50を形成した場合、溶接部50における強度が母材13の強度よりも大幅に低下するおそれがある。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、溶接部50が母材13と共金であるので、補修後の一方向凝固物1であるタービン動翼1Aの強度を確保できる。
なお、溶接部50が母材13と共金であるということは、溶接部50の材種と母材13の材種が同じであることの他に、溶接部50の形成に用いられる材料において、例えば溶接時の揮発を考慮したことによって成分の比率が母材における成分の比率と異なっている場合も含むものとする。
成分組成の一例を挙げて説明すると、溶接部50が母材13と共金であるということは、溶接部50及び母材13の何れもが、成分組成として、質量%で、Co:5~12%、Cr:5~12%、Mo:0.5~3.0%、W:3.0~6.0%、Al:5.5~7.2%、Ti:1.0~3.0%、Ta:1.5~6.0%、Re:0~2.0%、C:0.01~0.20%を含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなる場合を含んでいる。なお、溶接部50又は母材13の少なくとも何れか一方は、上記の各成分のほか、必要に応じて、B:0.005~0.030%、Hf:0.01~0.15%、Zr:0.001~0.02%のうちの1種又は2種以上を含有していてもよい。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、第1層51、第2層52及び第3層53はそれぞれビード数が1であるので、開先部31の周囲に与える溶接時の熱の影響を抑制できる。
なお、溶接部50における層数は、上述した3層に限定されず、開先部31の深さ、すなわち亀裂11の深さに応じで1層又は2層であってもよく、4層以上であってもよい。
これにより、母材13が難溶接性の材料であっても、開先部31に母材13と共金である溶接部50を設けることができる。
また、溶接の熱源にレーザビームや電子ビーム等を用いることで、例えばTIG溶接等と比べて、溶接時において溶接部50への入熱が安定するので、溶接部50の強度等の性能のばらつきを抑制できる。
したがって、第1層51から第3層53に生じる応力を低減できる。
なお、第3層53の形成後、予熱ステップS50による予熱を終了する。
上述したように、溶接部50形成前の一方向凝固物1であるタービン動翼1Aに上記一の結晶粒界8aに沿った亀裂11が生じていた場合には、開先部31の延在方向が柱状晶6の成長方向に沿った方向であれば、開先部31及び溶接部50の延在方向は該亀裂11の延在方向と同じ方向となる。したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、該亀裂の補修に適した補修方法となる。
溶接の1つのパスにおける溶接開始位置及び溶接終了位置、すなわちビード61~63の両端部61a、62a、63aでは、溶接を開始する又は終了することにより、両端部61a、62a、63a以外の部分とは溶接時における入熱の状態が異なる。また、両端部61a、62a、63aでは、ビード61~63の延在方向における両端部61a、62a、63aの外側にはビード61~63が存在しないため、両端部61a、62a、63a以外の部分とは冷却時の熱エネルギーの逃げ方が異なる。そのため、両端部61a、62a、63a近傍では、割れが生じ易かったり、強度が確保し難くなる等のおそれがある。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、一対のタブ21、22の一方から溶接領域55を通過して一対のタブ21、22の他方まで溶接するので、一対のタブ21、22にビード61~63の両端が位置し、母材13における溶接部50を形成する領域(溶接領域55)には、ビード61~63の両端部61a、62a、63a以外の部分が位置することになる。したがって、溶接領域55における溶接部50の強度を確保できる。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、溶接領域55の両端位置にタブ21、22を形成したので、上述したように、一対のタブ21、22の一方から溶接領域55を通過して一対のタブ21、22の他方まで溶接することができ、上述した段差に起因する肉盛りの困難性を解消できる。
タブ21、22と母材13との間の熱伝導経路の形成が不十分であると、タブ21、22に溶接部50を形成しているときに、溶接による熱エネルギーの母材13への伝達が不十分となって、タブ21、22の温度が過剰に上昇してしまうおそれがあり、溶接条件によっては、タブ21、22が溶け落ちてしまうおそれがある。
その点、上幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、溶接による熱エネルギーが母材13へ十分に伝達可能となるので、タブ21、22の過剰な温度上昇を抑制できる。
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップS100において、ビード61、62の幅wに対するビード61、62の高さhの比率(h/w)が0.8以下である第1層51及び第2層52を形成する(図7参照)。なお、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップS100において、ビード63の幅wに対するビード63の高さhの比率(h/w)が0.8以下である第3層53を形成する。
ここで、上記比率(h/w)が大きくなるほど、ビード61、62、63の底面の面積に対してビード61、62、63の側面の面積が大きくなる。そのため、上記比率(h/w)が大きくなるほど、ビード61、62、63が有する熱エネルギーは、底面よりも両側面から周囲に伝達され易くなる。
ビード61、62、63が固化する過程では、温度が低下し易い領域から先に固化し始め、温度が低下し難い領域が後から固化することとなる。そのため、上記比率(h/w)が大きくなるほど、ビード61、62、63が両側面から幅方向の中央に向かって固化が進み易くなる。逆に、上記比率(h/w)が小さくなるほど、ビード61、62、63が底面から上面に向かって固化が進み易くなる。
ビード61、62、63の両側面から幅方向の中央に向かってビード61、62、63の固化が進む場合、ビード61、62、63の固化に伴ってビード61、62、63が収縮しようとして熱応力が生じると幅方向中央近傍の液相部が開口してしまい、凝固割れが生じるおそれがある。このような凝固割れを防ぐためには、上記比率(h/w)を小さくして、ビード61、62、63が底面から上面に向かって固化が進み易くなるようにすることが望ましい。
発明者らが鋭意検討した結果、上述したように各層51、52、53におけるビード数が1である場合、上記比率(h/w)が0.8以下であると、上述したような凝固割れを抑制できることが判明した。
したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、上述したような凝固割れを抑制できる。
上述したように、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、レーザメタルデポジション法により溶接部50を形成する。以下、各層51、52、53の形成時におけるビームパターンについて、図7から図9を参照して説明する。
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップS100において、矩形形状であって、柱状晶6の成長方向、すなわち翼長方向に沿った大きさよりも翼長方向と直交する方向に沿った大きさの方が大きいビームパターン70を有するレーザビームを照射することで溶接部50を形成する。
しかし、走査速度を速くすると、形成後のビード61、62、63からレーザビームが短時間で離れてしまうため、形成後のビード61、62、63の冷却速度が速くなり、ビード61、62、63における熱応力が高くなる傾向にある。そのため、走査速度は遅くすることが望ましい。また、上述したように、入熱量の観点から、走査速度を遅くするのであれば、ビード61、62、63の位置におけるレーザビームの走査方向のパターンの大きさを抑制することが望ましい。
したがって、レーザビームの走査方向が翼長方向と同じ方向であれば、ビームパターン70の形状を、矩形形状であって、翼長方向に沿った大きさよりも翼長方向と直交する方向に沿った大きさの方が大きくなるようにすることで、ビード61、62、63の熱応力を抑制しつつ、形成するビードの下の母材や下層のビードが必要以上に溶融してしまうことを抑制でき、補修後の一方向凝固物1の強度を確保できる。
これにより、第1層51及び第2層52の形成時にレーザビームを照射する必要のない母材13の表面における開先部31の外側の領域をレーザビームで照射してしまうことを防止できる。
なお、このようなビームパターン70を形成するため、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、ビームホモジナイザを用いてもよい。
幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法では、溶接ステップS100において、図7~9における矢印Fで示すように、柱状晶6の成長方向、すなわち翼長方向に沿ってレーザビームを走査して溶接部50を形成する。
一方向凝固物1に上記一の結晶粒界8aに沿った亀裂11が生じていた場合には、レーザビームの走査方向が柱状晶6の成長方向に沿った方向であれば、レーザビームの走査方向、すなわちビード61、62、63の延在方向は該亀裂11の延在方向と同じ方向となる。したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、レーザビームの走査方向は、該亀裂11の補修に適した方向となる。
上述したように、ビード61、62、63における熱応力抑制の観点から、レーザビームの走査速度は遅くすることが望ましい。
発明者らが鋭意検討した結果、20mm/分以下、より望ましくは10mm/分以下の走査速度でレーザビームを走査して溶接部50を形成するとよいことが判明した。
したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によれば、ビード61、62、63の熱応力を抑制でき、補修後の一方向凝固物1の強度を確保できる。
タブ取り外しステップS70は、溶接ステップS100の終了後に、タービン動翼1Aから一対のタブ21、22を取り外すステップである。
タブ取り外しステップS70では、例えばグラインダなどを用いて、タブ21、22及びタブ21、22に形成された溶接部50をタービン動翼1Aから除去する。
なお、次に述べる熱処理ステップS90の終了後にタブ取り外しステップS70を実施してもよい。
熱処理ステップS90は、タブ取り外しステップS70又は溶接ステップS100の終了後に、タービン動翼1Aに熱処理を行うステップである。熱処理ステップS90では、例えば安定化熱処理や時効熱処理が実施される。
また、上述した幾つかの実施形態に係る一方向凝固物の補修方法によって補修されたタービン動翼1Aによれば、溶接部50が母材13と共金であるので、タービン動翼1Aの強度を確保できる。
すなわち、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物1は、複数の結晶粒界8が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材13と、母材13の開先部31に設けられ、母材13と共金である溶接部50と、を備える。そして、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物1では、溶接部50は、複数の結晶粒界8のうち一の結晶粒界8aにのみ重なっている。
したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物1によれば、上述した他の結晶粒界8bが溶接部50の形成による影響を受けることを抑制できる。
上述したように、開先部31の深さ方向に複数層にわたって溶接する多層溶接の場合、各層におけるビード数が多くなるほど、開先部31の周囲に溶接時の熱の影響を与える機会が増えてしまう。
その点、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物1によれば、第1層51及び第2層52はそれぞれビード数が1であるので、開先部31の周囲に与える溶接時の熱の影響を抑制できる。
したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物1によれば、上述したような凝固割れを抑制できる。
したがって、幾つかの実施形態に係る一方向凝固物1によれば、ビード61、62、63の延在方向は、上記亀裂11の補修に適した方向となる。
この試験では、試験片に対して、上述した実施形態に係る一方向凝固物の補修方法に沿って、試験片に形成した開先部31に試験片と共金であり、該試験片との溶接に用いる金属により形成される溶接部50を形成した。
図10に結果を示した高温LCF試験は、試験片温度850℃及び全歪1.0%の条件によって高温LCF試験を実施した。その結果は、図10における実施例1及び実施例2として表している。
図10から明らかなように、試験片の溶接部50における高温低サイクル疲労強度は、試験片の母材における高温低サイクル疲労強度と同等であることが確認された。
1A タービン動翼
6 柱状晶
8 結晶粒界
8a 一の結晶粒界
8b 他の結晶粒界
11 亀裂
13 母材
21、22 タブ
31,31a,31b 開先部
40 被加熱領域
50 溶接部
51 第1層
52 第2層
53 第3層
55 溶接領域
61、62、63 ビード
Claims (17)
- 複数の結晶粒界が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材と、
前記母材の開先部に設けられ、前記母材と共金であり、該母材との溶接に用いる金属により形成される溶接部と、を備え、
前記溶接部は、前記複数の結晶粒界のうち一の結晶粒界にのみ重なっていて、
前記溶接部は、第1層と、前記第1層に対して前記開先部の深さ方向において隣接する第2層とを含み、
前記第1層及び前記第2層を形成するビードの数は、それぞれ1であり、
前記ビードの幅に対する前記ビードの高さの比率は、0.8以下である
一方向凝固物。 - 前記ビードの延在方向は、前記母材における柱状晶の成長方向に沿った方向である
請求項1に記載の一方向凝固物。 - 前記母材及び前記溶接部は、ニッケル基の合金、又はコバルト基の合金によって構成されている
請求項1又は2に記載の一方向凝固物。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載の一方向凝固物を備えるタービン動翼。
- 複数の結晶粒界が一方向に並んだ一方向凝固合金により形成される母材に対して、前記複数の結晶粒界のうち一の結晶粒界にのみ重なる開先部を形成するステップと、
前記開先部に前記母材と共金であり、該母材との溶接に用いる金属により形成される溶接部を形成するステップと、
を備え、
前記溶接部を形成するステップは、ビードの数が1である第1層と、前記第1層に対して前記開先部の深さ方向において隣接し前記ビードの数が1である第2層とを含む前記溶接部を形成し、
前記溶接部を形成するステップは、前記ビードの幅に対する前記ビードの高さの比率が0.8以下である前記第1層及び前記第2層を形成する
一方向凝固物の補修方法。 - 前記開先部を形成するステップは、前記母材における柱状晶の成長方向に沿って延在するように前記開先部を形成し、
前記溶接部を形成するステップは、前記開先部において前記成長方向に沿って溶接することで前記溶接部を形成する
請求項5に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 前記溶接部を形成するステップに先立って、前記母材における前記溶接部を形成する領域の前記母材における柱状晶の成長方向の両端における両側に一対のタブを形成するステップをさらに備え、
前記開先部を形成するステップは、前記領域及び前記領域を超えて前記一対のタブに前記開先部を形成し、
前記溶接部を形成するステップは、前記一対のタブの一方から前記領域を通過して前記一対のタブの他方まで溶接することで前記開先部に前記溶接部を形成する
請求項5又は6に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 前記タブを形成するステップは、前記母材との間で熱伝導経路が形成されるように前記一対のタブを形成する
請求項7に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 前記タブを形成するステップは、前記母材の材質とは異なる材質で前記タブを形成する
請求項7又は8に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 前記溶接部を形成するステップは、レーザメタルデポジション法、コールドスプレー法、又は、高速フレーム溶射法の何れかにより前記溶接部を形成する
請求項5乃至9の何れか一項に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 前記溶接部を形成するステップは、矩形形状であって、前記母材における柱状晶の成長方向に沿った大きさよりも前記成長方向と直交する方向に沿った大きさの方が大きいビームパターンを有するレーザビームを照射することで前記溶接部を形成する
請求項10に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 前記溶接部を形成するステップは、矩形形状であって、前記母材における柱状晶の成長方向と直交する方向に沿った大きさが前記母材の表面における前記開先部の幅よりも小さいビームパターンを有するレーザビームを照射することで前記第1層を形成する
請求項10又は11に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 前記溶接部を形成するステップは、前記母材における柱状晶の成長方向に沿ってレーザビームを走査して前記溶接部を形成する
請求項10乃至12の何れか一項に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 前記溶接部を形成するステップは、20mm/分以下の走査速度で前記レーザビームを走査して前記溶接部を形成する
請求項13に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 前記開先部を含む前記母材の少なくとも一部の被加熱領域を加熱するステップ
をさらに備え、
前記溶接部を形成するステップは、前記加熱するステップで前記被加熱領域を加熱しながら前記溶接部を形成する
請求項5乃至14の何れか一項に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 前記溶接部を形成するステップは、ビードの数が1である第1層と、前記第1層に対して前記開先部の深さ方向において隣接し前記ビードの数が1である第2層とを含む前記溶接部を形成する
請求項15に記載の一方向凝固物の補修方法。 - 請求項5乃至16の何れか一項に記載の一方向凝固物の補修方法で補修されたタービン動翼。
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