JPH05192785A - 高強力ニッケル基超合金類の溶接 - Google Patents
高強力ニッケル基超合金類の溶接Info
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- JPH05192785A JPH05192785A JP3271781A JP27178191A JPH05192785A JP H05192785 A JPH05192785 A JP H05192785A JP 3271781 A JP3271781 A JP 3271781A JP 27178191 A JP27178191 A JP 27178191A JP H05192785 A JPH05192785 A JP H05192785A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 ガンマプライム析出強化ニッケル基超合金の
溶接方法であって該方法が：全溶接部分および溶接部分
に近接する領域を時効温度に加熱し；全溶接部分および
溶接部分に近接する領域を時効温度に維持しながら溶接
し；かつ該溶接物，溶接部分および溶接部分に近接する
領域を全溶接部が凝固するまで該延性温度に保持する；
ことから成る方法。該延性温度は時効温度以上で，超合
金金の初期の溶融温度以下である。 【効果】 本発明の方法は，高強度超合金を利用するガ
スタービンエンジンの構成部分，特にタービン羽根，タ
ービンブレードおよびタービン回転子の溶接に好適であ
る。
溶接方法であって該方法が：全溶接部分および溶接部分
に近接する領域を時効温度に加熱し；全溶接部分および
溶接部分に近接する領域を時効温度に維持しながら溶接
し；かつ該溶接物，溶接部分および溶接部分に近接する
領域を全溶接部が凝固するまで該延性温度に保持する；
ことから成る方法。該延性温度は時効温度以上で，超合
金金の初期の溶融温度以下である。 【効果】 本発明の方法は，高強度超合金を利用するガ
スタービンエンジンの構成部分，特にタービン羽根，タ
ービンブレードおよびタービン回転子の溶接に好適であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，ガンマプライム析出強
化ニッケル基超合金の溶接方法に関するものである。
化ニッケル基超合金の溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および課題】現在の航空機に使用されるよ
うな燃料効率が良く堅牢で高いパワーの推進力を有する
ガスタービンエンジンの開発は，タービンの高温側構成
部分の製作に使用する高強力ニッケル基超合金の出現に
負うところが多い。このような超合金は，多結晶，異方
性凝固結晶または単結晶のいずれであっても従来のニッ
ケル基合金類に較べてクリープ，応力破壊および引張り
強さにおいて，より優れた物性を示す。しかしながら，
これらの超合金類は延性に乏しく，またエンジン構成部
分を鋳造したり製作するのが一般に困難である。
うな燃料効率が良く堅牢で高いパワーの推進力を有する
ガスタービンエンジンの開発は，タービンの高温側構成
部分の製作に使用する高強力ニッケル基超合金の出現に
負うところが多い。このような超合金は，多結晶，異方
性凝固結晶または単結晶のいずれであっても従来のニッ
ケル基合金類に較べてクリープ，応力破壊および引張り
強さにおいて，より優れた物性を示す。しかしながら，
これらの超合金類は延性に乏しく，またエンジン構成部
分を鋳造したり製作するのが一般に困難である。
【０００３】この新世代の超合金からタービンエンジン
の高温側構成部分を製作する場合の特徴は，鋳造／製作
工程における低収率および総体的な非効率性であり，こ
のために部品の価格が高く，常に供給不足を招いてい
る。従来タービンオペレータが装置の操業および維持に
際してこのようなジレンマに直面した場合には，オペレ
ータにはこの構成部分の補修を通じて経済性および部品
の供給性について判断する自由があった。新しい超合金
が出現するまでは，かかる解決へのアプローチは成功を
収めてきたが，新世代の超合金類は本質的に高強度で延
性に劣るため，従来の補修および復旧計画が混乱を来し
ている。これらの新合金の鋳造品またはエンジン回転部
品を溶接する場合，応力の下で急速に伝播するクラック
が発生する。これらの超合金は制御された熱処理により
主として強化されてガンマプライムとして知られるＮｉ
3 ＡｌまたはＮｉ3 Ｔｉ固相を生成する。この析出硬化
現象および時効に際して起こる容積変化がクラッキング
を発生させ，これらの合金の溶接を困難にさせる。
の高温側構成部分を製作する場合の特徴は，鋳造／製作
工程における低収率および総体的な非効率性であり，こ
のために部品の価格が高く，常に供給不足を招いてい
る。従来タービンオペレータが装置の操業および維持に
際してこのようなジレンマに直面した場合には，オペレ
ータにはこの構成部分の補修を通じて経済性および部品
の供給性について判断する自由があった。新しい超合金
が出現するまでは，かかる解決へのアプローチは成功を
収めてきたが，新世代の超合金類は本質的に高強度で延
性に劣るため，従来の補修および復旧計画が混乱を来し
ている。これらの新合金の鋳造品またはエンジン回転部
品を溶接する場合，応力の下で急速に伝播するクラック
が発生する。これらの超合金は制御された熱処理により
主として強化されてガンマプライムとして知られるＮｉ
3 ＡｌまたはＮｉ3 Ｔｉ固相を生成する。この析出硬化
現象および時効に際して起こる容積変化がクラッキング
を発生させ，これらの合金の溶接を困難にさせる。
【０００４】溶接に際して，熱で影響される帯域の一部
は析出硬化温度範囲にまで加熱され，容積減少を起こす
結果として凝固に際し溶接物中に残留応力を発生させ，
これが原因で延性の劣化が起きる。急速に加熱したり溶
接温度から急速に冷却したりすると複雑な膨張と収縮が
起こり，さらに残留応力が増加する。これらの熱応力が
時効反応により生じた前記の応力と重複するとクラッキ
ングを起こす。このクラッキングまたは割れの発生は加
熱影響帯域中に位置することが多い。この加熱影響帯域
はまた，粒子の成長または局部的溶融を起こす結果，こ
の溶接帯域が一層クラッキングを受け易くなる。溶接後
の固溶化焼なましおよび／または時効加熱処理はクラッ
キングを一層発生し易くする。
は析出硬化温度範囲にまで加熱され，容積減少を起こす
結果として凝固に際し溶接物中に残留応力を発生させ，
これが原因で延性の劣化が起きる。急速に加熱したり溶
接温度から急速に冷却したりすると複雑な膨張と収縮が
起こり，さらに残留応力が増加する。これらの熱応力が
時効反応により生じた前記の応力と重複するとクラッキ
ングを起こす。このクラッキングまたは割れの発生は加
熱影響帯域中に位置することが多い。この加熱影響帯域
はまた，粒子の成長または局部的溶融を起こす結果，こ
の溶接帯域が一層クラッキングを受け易くなる。溶接後
の固溶化焼なましおよび／または時効加熱処理はクラッ
キングを一層発生し易くする。
【０００５】ろう付け技術は実質的に進歩したが，高度
の応力を内蔵する構造的細部またはシール面中のクラッ
クを溶接により補修するための代替技術は未だ発見され
ていない。
の応力を内蔵する構造的細部またはシール面中のクラッ
クを溶接により補修するための代替技術は未だ発見され
ていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は，ガンマプラ
イム析出強化ニッケル基超合金から成る物品の，クラッ
クの無い溶接方法を提供するもので：物品の全溶接部分
および溶接部分に近接する領域を，時効温度以上であっ
て該超合金の初期の溶融温度以下の延性温度に加熱し；
全溶接部分および溶接部分に近接する領域を該延性温度
に維持しながら全溶接部分を溶接し；溶接物，全溶接部
分および溶接部分に近接する領域を，溶接部が固化する
まで保持し；次いでこの溶接済み物品を冷却する；こと
から成る溶接方法を提供する。
イム析出強化ニッケル基超合金から成る物品の，クラッ
クの無い溶接方法を提供するもので：物品の全溶接部分
および溶接部分に近接する領域を，時効温度以上であっ
て該超合金の初期の溶融温度以下の延性温度に加熱し；
全溶接部分および溶接部分に近接する領域を該延性温度
に維持しながら全溶接部分を溶接し；溶接物，全溶接部
分および溶接部分に近接する領域を，溶接部が固化する
まで保持し；次いでこの溶接済み物品を冷却する；こと
から成る溶接方法を提供する。
【０００７】ガンマプライム析出強化ニッケル基超合金
類は，溶接に際して応力時効クラックを発生し易い。溶
接の困難性はアルミニウムとチタン含有量が増加するに
つれて一般に一層増大する。本発明は，チタンおよびア
ルミニウムを合計で少なくとも約５％，好ましくは６乃
至１２％，クロムを約２０％以下，好ましくは７乃至１
７％含有するガンマプライム析出強化ニッケル基超合金
類の溶接方法を提供するものである。これらの超合金類
はまた，タングステン，モリブデン，コバルトおよびタ
ンタルのような金属類を含有していてもよく，また炭
素，ホウ素，ジルコニウムおよびハフニウムのような他
の元素を含有していてもよい。本発明は特に高強度超合
金の溶接方法を提供するものである。次に示すＡＩＳＩ
合金名称もしくはブランド名称は新世代の高強度析出強
化ニッケル基超合金類の典型例である：Ｍａｒ−Ｍ２４
７，ＩＮ１００，ＩＮ７３８，ＩＮ７９２，Ｍａｒ−Ｍ
２００，ＢＩ９００，ＲＥＮＥ ８０，Ａｌｌｏｙ ７
１３，およびこれらの誘導体。これらの合金類は鋳造お
よび機械加工が困難で，かつ溶体化処理条件および時効
条件下の溶接の際しても容易にクラックを発生する。
類は，溶接に際して応力時効クラックを発生し易い。溶
接の困難性はアルミニウムとチタン含有量が増加するに
つれて一般に一層増大する。本発明は，チタンおよびア
ルミニウムを合計で少なくとも約５％，好ましくは６乃
至１２％，クロムを約２０％以下，好ましくは７乃至１
７％含有するガンマプライム析出強化ニッケル基超合金
類の溶接方法を提供するものである。これらの超合金類
はまた，タングステン，モリブデン，コバルトおよびタ
ンタルのような金属類を含有していてもよく，また炭
素，ホウ素，ジルコニウムおよびハフニウムのような他
の元素を含有していてもよい。本発明は特に高強度超合
金の溶接方法を提供するものである。次に示すＡＩＳＩ
合金名称もしくはブランド名称は新世代の高強度析出強
化ニッケル基超合金類の典型例である：Ｍａｒ−Ｍ２４
７，ＩＮ１００，ＩＮ７３８，ＩＮ７９２，Ｍａｒ−Ｍ
２００，ＢＩ９００，ＲＥＮＥ ８０，Ａｌｌｏｙ ７
１３，およびこれらの誘導体。これらの合金類は鋳造お
よび機械加工が困難で，かつ溶体化処理条件および時効
条件下の溶接の際しても容易にクラックを発生する。
【０００８】これらの高強度析出強化ニッケル基超合金
類および埋め金である「Ｗａｓｐａｌｏｙ」（商品名）
の化学的組成および物性の若干を表１に示す。
類および埋め金である「Ｗａｓｐａｌｏｙ」（商品名）
の化学的組成および物性の若干を表１に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】この高強度析出強化ニッケル基超合金類は
一般に８７０℃以上の高温でも高い強度を示すと記載さ
れている。一般的に，これらの超合金類は最終引張り強
度が６４９℃において少なくとも１２５ｋｓｉおよび８
７１℃において少なくも１００ｋｓｉであり，０．２％
オフセットにおける６４９℃での降伏強さが少なくとも
１００ｋｓｉおよび８７１℃での降伏強さが少なくとも
７０ｋｓｉであり，破壊強度（１０００−ｈｒ）が８７
１℃において少なくとも２５ｋｓｉである（Ｓｉｍｓら
著 ”ＳＵＰＥＲＡＬＬＯＹＳ ＩＩ”，１９８７，５
８１乃至５８６頁，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎ
ｓ社発行）。
一般に８７０℃以上の高温でも高い強度を示すと記載さ
れている。一般的に，これらの超合金類は最終引張り強
度が６４９℃において少なくとも１２５ｋｓｉおよび８
７１℃において少なくも１００ｋｓｉであり，０．２％
オフセットにおける６４９℃での降伏強さが少なくとも
１００ｋｓｉおよび８７１℃での降伏強さが少なくとも
７０ｋｓｉであり，破壊強度（１０００−ｈｒ）が８７
１℃において少なくとも２５ｋｓｉである（Ｓｉｍｓら
著 ”ＳＵＰＥＲＡＬＬＯＹＳ ＩＩ”，１９８７，５
８１乃至５８６頁，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎ
ｓ社発行）。
【００１１】誘導加熱，レーザもしくは抵抗加熱のよう
な適切な加熱源を利用する熱間恒温溶接によればガンマ
プライム析出強化ニッケル基超合金類の溶接における困
難性が回避され，クラックの無い溶接物が得られる。こ
れらの超合金類をクラック無しに溶接するには，物品の
全溶接部分および溶接部分に近接する領域を，時効温度
以上であって該超合金の初期の溶融温度以下の延性温度
に加熱し；全溶接部分および溶接部分に近接する領域を
該延性温度に維持しながら全溶接部分を溶接し；溶接
物，全溶接部分および溶接部分に近接する領域を，溶接
部が固化するまで保持し；次いでこの溶接済み合金を冷
却，さらに加熱処理する；ことにより達成する。
な適切な加熱源を利用する熱間恒温溶接によればガンマ
プライム析出強化ニッケル基超合金類の溶接における困
難性が回避され，クラックの無い溶接物が得られる。こ
れらの超合金類をクラック無しに溶接するには，物品の
全溶接部分および溶接部分に近接する領域を，時効温度
以上であって該超合金の初期の溶融温度以下の延性温度
に加熱し；全溶接部分および溶接部分に近接する領域を
該延性温度に維持しながら全溶接部分を溶接し；溶接
物，全溶接部分および溶接部分に近接する領域を，溶接
部が固化するまで保持し；次いでこの溶接済み合金を冷
却，さらに加熱処理する；ことにより達成する。
【００１１】物品の溶接部分を加熱する延性温度は時効
温度もしくは析出硬化温度以上であって，溶接する超合
金物品の初期の溶融温度以下である。物品を加熱すべき
該延性温度は一般に９２７乃至１０９３℃，好ましくは
９２７乃至９８２℃である。この方法で必須なことは，
溶接の前，中および後段で熱平衡を維持させることで，
これにより溶接金属／近接ベース金属に亘る激しい熱勾
配が緩和される結果，残留応力およびクラッキングが低
減する。熱勾配の減少は熱影響帯域上への溶接からの熱
の衝撃を和らげ，即ち熱影響帯域を融解ラインから遠の
ける。
温度もしくは析出硬化温度以上であって，溶接する超合
金物品の初期の溶融温度以下である。物品を加熱すべき
該延性温度は一般に９２７乃至１０９３℃，好ましくは
９２７乃至９８２℃である。この方法で必須なことは，
溶接の前，中および後段で熱平衡を維持させることで，
これにより溶接金属／近接ベース金属に亘る激しい熱勾
配が緩和される結果，残留応力およびクラッキングが低
減する。熱勾配の減少は熱影響帯域上への溶接からの熱
の衝撃を和らげ，即ち熱影響帯域を融解ラインから遠の
ける。
【００１２】全溶接部分および溶接部分に近接する領域
を，例えば誘導加熱により延性温度にまで加熱する。溶
接部分に近接して加熱される領域は，少なくとも充分に
大きくとり，該加熱影響帯域を取り囲む程度以上にす
る。この加熱影響帯域とは，溶解していないベース金属
の部分であって機械的物性または微細構造は溶接熱によ
り変化しているようなベース金属部分として定義される
（”Ｍｅｔａｌ Ｈａｎｄｂｏｏｋ”，第６巻，第９
版，ＡＳＭ，１９８３）。一般に，加熱されるべき該近
接領域は溶接部から少なくとも０．２５インチ（０．６
３ｃｍ），好ましくは０．５乃至１インチ（１．２７乃
至２．５４ｃｍ）である。
を，例えば誘導加熱により延性温度にまで加熱する。溶
接部分に近接して加熱される領域は，少なくとも充分に
大きくとり，該加熱影響帯域を取り囲む程度以上にす
る。この加熱影響帯域とは，溶解していないベース金属
の部分であって機械的物性または微細構造は溶接熱によ
り変化しているようなベース金属部分として定義される
（”Ｍｅｔａｌ Ｈａｎｄｂｏｏｋ”，第６巻，第９
版，ＡＳＭ，１９８３）。一般に，加熱されるべき該近
接領域は溶接部から少なくとも０．２５インチ（０．６
３ｃｍ），好ましくは０．５乃至１インチ（１．２７乃
至２．５４ｃｍ）である。
【００１４】好ましい一実施態様では，溶接部分および
溶接部分に近接する領域を予め決められた温度に３乃至
５分間保持して熱平衡に到達させる。均一に予備加熱す
ると，溶接トーチ，プラズマ・ニードルアーク・ガンも
しくはレーザによる局部加熱の適用から生ずる局部的熱
応力勾配の形成が最小限に抑制できる。溶接熱は埋め金
および隣接ベース金属の両方を融解するが，溶接物の加
熱影響帯域は既に誘導予備加熱により溶接に先立ち時効
温度以上に達している。全溶接部分および溶接部分に近
接する領域は析出硬化温度以上に予熱されるので，この
結果として均一な熱分布が起こり，通常では一層弱い熱
影響帯域に局部的に集中する残留応力およびその原因で
ある収縮を妨害する。全溶接部分および溶接部分に近接
する領域は時効反応の結果として残留応力を伴った熱収
縮を受けるが，この反応に起因する応力は溶接場所の局
所に集中するばかりでなく，もっと大きな領域に亙って
分散される。
溶接部分に近接する領域を予め決められた温度に３乃至
５分間保持して熱平衡に到達させる。均一に予備加熱す
ると，溶接トーチ，プラズマ・ニードルアーク・ガンも
しくはレーザによる局部加熱の適用から生ずる局部的熱
応力勾配の形成が最小限に抑制できる。溶接熱は埋め金
および隣接ベース金属の両方を融解するが，溶接物の加
熱影響帯域は既に誘導予備加熱により溶接に先立ち時効
温度以上に達している。全溶接部分および溶接部分に近
接する領域は析出硬化温度以上に予熱されるので，この
結果として均一な熱分布が起こり，通常では一層弱い熱
影響帯域に局部的に集中する残留応力およびその原因で
ある収縮を妨害する。全溶接部分および溶接部分に近接
する領域は時効反応の結果として残留応力を伴った熱収
縮を受けるが，この反応に起因する応力は溶接場所の局
所に集中するばかりでなく，もっと大きな領域に亙って
分散される。
【００１５】溶接部または溶接ジョイントに沿って溶接
熱が移動するにつれて，凝固した埋め金は誘導加熱によ
り創造された溶接部分における延性温度まで冷却される
だけに過ぎない。このことは，埋め金および周辺のベー
ス金属が緩慢に冷却して周辺残部と熱平衡に到達するこ
とを意味する。かくして，溶接部は熱応力の蓄積が最小
の状態で加熱隣接ベース材料との熱平衡に到達する。溶
接を完了したら，このジョイントおよび周辺のベース金
属を，溶接部が凝固するまで延性温度に，通常は少なく
とも３０秒，好ましくは１乃至１０分間，保持すること
により再び平衡に到達させる。次いで誘導コイルを切
り，凝固した全溶接物を同温度から冷却して，れいきゃ
くしない場合に発生するする有害な熱応力をさらに分散
させる。熱応力を最小にするための好ましい冷却速度は
４．５℃／分以下である。溶接物品が冷却したら，次い
で該超合金に対する最適手法に従って熱処理する。
熱が移動するにつれて，凝固した埋め金は誘導加熱によ
り創造された溶接部分における延性温度まで冷却される
だけに過ぎない。このことは，埋め金および周辺のベー
ス金属が緩慢に冷却して周辺残部と熱平衡に到達するこ
とを意味する。かくして，溶接部は熱応力の蓄積が最小
の状態で加熱隣接ベース材料との熱平衡に到達する。溶
接を完了したら，このジョイントおよび周辺のベース金
属を，溶接部が凝固するまで延性温度に，通常は少なく
とも３０秒，好ましくは１乃至１０分間，保持すること
により再び平衡に到達させる。次いで誘導コイルを切
り，凝固した全溶接物を同温度から冷却して，れいきゃ
くしない場合に発生するする有害な熱応力をさらに分散
させる。熱応力を最小にするための好ましい冷却速度は
４．５℃／分以下である。溶接物品が冷却したら，次い
で該超合金に対する最適手法に従って熱処理する。
【００１５】溶接埋め金は適宜のものが使用できるが，
好ましくはガンマプライム析出硬化ニッケル基合金［例
えば，「Ｗａｓｐａｌｏｙ」（商品名）］，または本発
明の方法でクラツクの無い溶接物を作るための物品の強
度と同じ高い強度を有する超合金からの合金でさえも使
用できる。
好ましくはガンマプライム析出硬化ニッケル基合金［例
えば，「Ｗａｓｐａｌｏｙ」（商品名）］，または本発
明の方法でクラツクの無い溶接物を作るための物品の強
度と同じ高い強度を有する超合金からの合金でさえも使
用できる。
【００１７】本発明の方法を適用することにより，多結
晶，異方性凝固および単結晶形でクラックの無い溶接物
がこれらの合金類から製造できる。意外なことに，この
方法によると，基質合金が異方性凝固する際に溶接部の
少なくとも一部（例えば，少なくとも２５％）に異方性
凝固微細構造が形成されるのが促進され，これにより高
温における溶接部の強度が一層向上する。
晶，異方性凝固および単結晶形でクラックの無い溶接物
がこれらの合金類から製造できる。意外なことに，この
方法によると，基質合金が異方性凝固する際に溶接部の
少なくとも一部（例えば，少なくとも２５％）に異方性
凝固微細構造が形成されるのが促進され，これにより高
温における溶接部の強度が一層向上する。
【００１７】本発明の方法は，高強度超合金を利用する
ガスタービンエンジンの構成部分，特にタービン羽根，
タービンブレードおよびタービン回転子の溶接に好適で
ある。
ガスタービンエンジンの構成部分，特にタービン羽根，
タービンブレードおよびタービン回転子の溶接に好適で
ある。
【００１９】次の実施例において，本発明の方法で物品
を溶接するために投入する熱は手動またはコンピユータ
制御のいずれかを用いた誘導加熱により供給した。誘導
電極は，溶接する物品の輪郭に密接に順応するように製
作した。全ての溶接作業は手動もしくは自動ＴＩＧ（タ
ングステン不活性ガス）溶接のいずれかによりパージ済
みのアルゴン充填雰囲気中で行なった。溶接作業中は光
高温計により試料および溶接物の温度の測定と記録を行
なった。
を溶接するために投入する熱は手動またはコンピユータ
制御のいずれかを用いた誘導加熱により供給した。誘導
電極は，溶接する物品の輪郭に密接に順応するように製
作した。全ての溶接作業は手動もしくは自動ＴＩＧ（タ
ングステン不活性ガス）溶接のいずれかによりパージ済
みのアルゴン充填雰囲気中で行なった。溶接作業中は光
高温計により試料および溶接物の温度の測定と記録を行
なった。
【００２０】
実施例１ 異方性凝固超合金，Ｍａｒ−Ｍ２４７，の試料２８グラ
ムを図１に示す温度において９５５℃で引続いて溶接し
た。溶接中に誘導加熱器への入力を低減させて９５０℃
に維持させた。溶接合金にクラックは見られなかった。
ムを図１に示す温度において９５５℃で引続いて溶接し
た。溶接中に誘導加熱器への入力を低減させて９５０℃
に維持させた。溶接合金にクラックは見られなかった。
【００２１】実施例２ 機械加工後に装置メーカー寸法（ＯＥＭ）（ｅｑｕｉｐ
ｍｅｎｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ ｄｉｍｅｎｓｉ
ｏｎｓ）に復旧する目的で，チップを異方性凝固（Ｍａ
ｒ−Ｍ２４７）タービンブレード上に加熱溶接した。複
数のブレードからニッケルアルミナイド被膜を剥離し，
溶接に先立ってブレードチップを研削した。剥離および
研削済みブレードを１２２１℃／２時間，溶体化処理し
て溶接中のクラックの発生を減少させるようにした。全
溶接部分および溶接部分から少なくとも０．１インチ
（０．２５４ｃｍ）近接する領域を９５５℃に予備加熱
し，次いでブレードの一群をＭａｒ−Ｍ２４７溶接ワイ
ヤで，他の一群を「Ｗａｓｐａｌｏｙ」（商品名）溶接
ワイヤで溶接し，機械加工するべき材料を肉盛するため
に研削チップ上に析出させ，溶接完了後全溶接部分およ
び溶接部分に近接する領域を９５５℃において３乃至５
分間維持した。溶接終了後，ブレードチップを冷却（約
４．５℃／分）し，次いでＯＥＭ寸法に復旧するために
研削および電気放電加工（ＥＤＭ）（ｅｌｅｃｔｒｏ−
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎ）を行なった。次い
でブレードをニッケルアルミナイドパック被覆処理し，
時効加熱処理（Ｍａｒ−Ｍ２４７ワイヤの場合は８７１
℃／２０時間，「Ｗａｓｐｌｏｙ」溶接ワイヤの場合に
は８７１℃／２０時間後さらに７６０℃／１６時間）を
行なった。複数のブレードの各種の部分をエッチング
し，１００×および５００×倍において検査したが，溶
接の欠陥（すなわち，クラック，湯境，空隙，融接の欠
如等）は見られなかった。図２にＭａｒ−Ｍ２４７溶接
ワイヤ（頂部に溶接）を用いた溶接物の顕微鏡写真（１
００×）を，図３に「Ｗａｓｐａｌｏｙ」溶接ワイヤ
（頂部に溶接）を用いた場合の溶接物の顕微鏡写真（１
００×）を示す。顕微鏡写真に見られる各々の微細構造
によれば，異方性凝固溶接微細構造が示されている。
ｍｅｎｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ ｄｉｍｅｎｓｉ
ｏｎｓ）に復旧する目的で，チップを異方性凝固（Ｍａ
ｒ−Ｍ２４７）タービンブレード上に加熱溶接した。複
数のブレードからニッケルアルミナイド被膜を剥離し，
溶接に先立ってブレードチップを研削した。剥離および
研削済みブレードを１２２１℃／２時間，溶体化処理し
て溶接中のクラックの発生を減少させるようにした。全
溶接部分および溶接部分から少なくとも０．１インチ
（０．２５４ｃｍ）近接する領域を９５５℃に予備加熱
し，次いでブレードの一群をＭａｒ−Ｍ２４７溶接ワイ
ヤで，他の一群を「Ｗａｓｐａｌｏｙ」（商品名）溶接
ワイヤで溶接し，機械加工するべき材料を肉盛するため
に研削チップ上に析出させ，溶接完了後全溶接部分およ
び溶接部分に近接する領域を９５５℃において３乃至５
分間維持した。溶接終了後，ブレードチップを冷却（約
４．５℃／分）し，次いでＯＥＭ寸法に復旧するために
研削および電気放電加工（ＥＤＭ）（ｅｌｅｃｔｒｏ−
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎ）を行なった。次い
でブレードをニッケルアルミナイドパック被覆処理し，
時効加熱処理（Ｍａｒ−Ｍ２４７ワイヤの場合は８７１
℃／２０時間，「Ｗａｓｐｌｏｙ」溶接ワイヤの場合に
は８７１℃／２０時間後さらに７６０℃／１６時間）を
行なった。複数のブレードの各種の部分をエッチング
し，１００×および５００×倍において検査したが，溶
接の欠陥（すなわち，クラック，湯境，空隙，融接の欠
如等）は見られなかった。図２にＭａｒ−Ｍ２４７溶接
ワイヤ（頂部に溶接）を用いた溶接物の顕微鏡写真（１
００×）を，図３に「Ｗａｓｐａｌｏｙ」溶接ワイヤ
（頂部に溶接）を用いた場合の溶接物の顕微鏡写真（１
００×）を示す。顕微鏡写真に見られる各々の微細構造
によれば，異方性凝固溶接微細構造が示されている。
【００２２】
【発明の効果】本発明の方法は，高強度超合金を利用す
るガスタービンエンジンの構成部分，特にタービン羽
根，タービンブレードおよびタービン回転子の溶接に好
適である。
るガスタービンエンジンの構成部分，特にタービン羽
根，タービンブレードおよびタービン回転子の溶接に好
適である。
【図１】超合金の初期溶融温度，溶接温度および時効温
度と，時間との関連を示した説明図である。
度と，時間との関連を示した説明図である。
【図２】本発明を適用した超合金の溶接物微細構造を示
した顕微鏡写真である。
した顕微鏡写真である。
【図３】本発明を適用した超合金の溶接物微細構造を示
した顕微鏡写真である。
した顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モッシェン・タダヨン アメリカ合衆国 ニューヨーク州、ワシン トンビル、ニュー・キャッスル・ドライブ 30
Claims (10)
- 【請求項１】 チタンおよびアルミニウムを合計で少な
くとも約５％とクロムを約２０％以下で含有するガンマ
プライム析出強化ニッケル基超合金から成る物品の溶接
方法であって，物品の全溶接部分および溶接部分に近接
する領域を，時効温度以上であって該超合金の初期の溶
融温度以下の延性温度に加熱し；全溶接部分および溶接
部分に近接する領域を該延性温度に維持しながら全溶接
部分を溶接し；溶接物，全溶接部分および溶接部分に近
接する領域を，溶接部が凝固するまで保持し；次いでこ
の溶接済み物品を冷却する；ことから成る溶接方法。 - 【請求項２】 この延性温度が７６０乃至１０９３℃の
範囲以内であることを特徴とする請求項１記載の溶接方
法。 - 【請求項３】 該ニッケル基超合金がタングステン，モ
リブデン，コバルトおよびタンタルから成る群から選択
された金属類をさらに含有して成り；該ニッケル基超合
金の最終引張り強度が６４９℃において少なくとも１２
５ｋｓｉおよび８７１℃において少なくも１００ｋｓｉ
であり，０．２％オフセットにおける６４９℃での降伏
強さが少なくとも１００ｋｓｉおよび８７１℃での降伏
強さが少なくとも７０ｋｓｉであり，破壊強度（１００
０−ｈｒ）が８７１℃において少なくとも２５ｋｓｉで
あり；かつこの物品がガスタ−ビンエンジンの一構成部
分である；ことを特徴とする請求項１記載の溶接方法。 - 【請求項４】 この構成部分がタービンブレード，ター
ビン羽根またはタービン回転子であり；この延性温度が
９２７乃至９８２℃である；ことを特徴とする請求項３
記載の溶接方法。 - 【請求項５】 溶接完了後この溶接部分を，少なくとも
３０秒間該延性温度に保持することを特徴とする請求項
４記載の溶接方法。 - 【請求項６】 この溶接部分に近接する領域が溶接部か
ら少なくとも０．６３５ｃｍ拡大されて成ることを特徴
とする請求項５記載の溶接方法。 - 【請求項７】 該ニッケル基超合金がタングステン，モ
リブデン，コバルトおよびタンタルから成る群から選択
された金属をさらに含有し；かつこの物品が６乃至１２
％のチタンとアルミニウム，および７乃至１７％のクロ
ムを含有する超合金から成る；ことを特徴とする請求項
１記載の溶接方法。 - 【請求項８】 この物品が多結晶，異方性凝固および単
結晶性から成る群から選択された微細構造を有する超合
金から成り；かつこの超合金が異方性凝固微細構造を有
し，かつ溶接済み物品の溶接部の少なくとも一部が異方
性凝固微細構造を有する；ことを特徴とする請求項１記
載の溶接方法。 - 【請求項９】 溶接済みガンマプライム析出強化ニッケ
ル基超合金において，この超合金および溶接物の少なく
とも一部が異方性凝固微細構造を有し；かつこの超合金
が合計量として少なくとも約５％のチタンおよびアルミ
ニウム，および約２０％以下のクロムから成る；溶接済
み超合金。 - 【請求項１０】溶接済みガンマプライム析出強化ニッケ
ル基超合金において，この超合金および溶接物の少なく
とも一部が異方性凝固微細構造を有し；かつこの超合金
がガスタービンエンジンの一構成部分として使用されて
成る；超合金。
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