JPH10169597A - タービンエンジンの中空羽根の製造方法 - Google Patents

タービンエンジンの中空羽根の製造方法

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JPH10169597A JP9284091A JP28409197A JPH10169597A JP H10169597 A JPH10169597 A JP H10169597A JP 9284091 A JP9284091 A JP 9284091A JP 28409197 A JP28409197 A JP 28409197A JP H10169597 A JPH10169597 A JP H10169597A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 拡散防止剤が被覆されていない領域への拡散
防止剤の粒子の移動を防止でき、部品の取り扱いが容易
なタービンエンジンの中空羽根の製造方法を提供する。 【解決手段】 一次部品の組み立ておよび炉内への設
置、拡散防止剤の結合剤の予備焼成処理および除去後、
引き続いて、部品を移動することなく、羽根のアセンブ
リの内部を真空にし、同時に、部品の永久塑性変形を得
るために速度Ｖで所与の温度Ｔまで徐々に加熱し、この
温度Ｔにおいて、前記羽根のアセンブリの内部を真空に
維持しながら、静定圧力を前記羽根のアセンブリの外部
に加え、拡散防止剤の圧縮および拡散バリヤが塗布され
ていない領域の予備溶接を行うためにこれらの条件を維
持する、拡散溶接により組み立てられ、ガス圧により超
塑性的に成形されるタービンエンジンの中空羽根の製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、拡散溶接により組
み立てられ、ガス圧および超塑性成形により形成される
タービンエンジンの中空羽根の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】とくに複流ターボジェットエンジンのフ
ァンロータの羽根の場合に、タービンエンジンに翼弦の
長い羽根を使用することによって長所を生じる。これら
の羽根は、過酷な使用条件を満たすとともに、とくに対
振動特性および異物の衝撃に対する強度をともなう十分
な機械特性を有するものでなければならない。また、羽
根の終端で十分な速度を実現するという目的から、質量
の低減が求められるようになった。この目的はとくに中
空羽根を使用することにより達成される。
【０００３】ＥＰ−Ａ−０７００７３８は、タービンエ
ンジンの中空羽根、とくに翼弦の長いファンロータの羽
根の製造方法について記述している。前記製造方法は、
一般に以下の作業ステップを含む。
【０００４】ａ）ＣＡＤＣＡＭ（コンピュータ支援設計
および製造）、ならびに数値シミュレーションにより羽
根を構成する部品を定義するステップと、 ｂ）羽根を構成する一次部品を型入れ鍛造によりプレス
で鍛造するステップと、 ｃ）一次部品を機械加工するステップと、 ｄ）あらかじめ定義したパターンに従って拡散バリヤを
付着させるステップと、 ｅ）一次部品を組み立て、次に熱間静定圧拡散溶接を行
うステップと、 ｆ）ガス圧により膨張および超塑性成形を行うステップ
と、 ｇ）最終機械加工を行うステップ。
【０００５】フランス国特許出願 ＦＲ９６０７３２９
では、中立ファイバの両側に分布するファイバを引き伸
ばす前作業により、前記中立ファイバに沿った座屈型の
波形を引き起こす危険性なく、前述の製造方法の途中
に、ねじりによる成形という優れた作業を行うことがで
きる。
【０００６】フランス国特許 ＦＲ２７３９０４５およ
びフランス国特許出願 ＦＲ９６１０１９４では、拡散
防止剤の圧縮状態を考慮し、ステップ（ｆ）の膨張の前
に、ステップ（ｆ）を実施するのに必要な一次部品の剥
離を実施するようになっている。前記剥離の効果は、部
品が空洞間連絡路を有する領域において供給管を熱間成
形することによって得られる。その結果、ステップ
（ｆ）の膨張サイクル開始直後から変形速度を制御しな
がら、空洞は一様にかつ同時に供給され、したがって、
補強材の均一性および形状が保証される。したがって、
一般に以下の作業ステップを含む方法となる。
【０００７】ａ）ＣＡＤＣＡＭならびに数値シミュレー
ションにより羽根を構成する部品を定義するステップ
と、 ｂ）羽根を構成する一次部品をプレスで鍛造するステッ
プと、 ｃ）一次部品を機械加工するステップと、 ｄ）あらかじめ定義したパターンにしたがい拡散バリヤ
を付着させるステップと、 ｅ）一次部品を組み立て、次に熱間静定圧拡散溶接を行
うステップと、 ｆ）ファイバの寸法により、溶接アセンブリを熱間成形
するステップと、 ｇ）供給管を熱間成形し、次に拡散防止剤で被覆された
領域を剥離するステップと、 ｈ）ガス圧により膨張および超塑性成形を行うステップ
と、 ｉ）最終機械加工を行うステップ。
【０００８】上記ステップ（ｄ）で、とくにシルクスク
リーン印刷方法により拡散防止剤の付着を行うことも知
られている。実施例はフランス特許出願 ＦＲ９５１１
３００号に詳細に記述されている。図１に示すように、
タービンエンジンのファンの中空羽根は、図示例中のこ
の製造ステップにおいては、上面の表皮１１、中央板１
２、および下面の表皮１３を構成する三つの一次部品を
含み、少なくとも二つの面に、あらかじめ決められたパ
ターンにしたがい拡散防止剤が塗布される。一次部品１
１、１２、および１３は、図２に示すように、とくに、
二つの中心合せピン１５および１６を使用することによ
り組み立てられてアセンブリ１４が形成され、次に、部
品の表面を汚さないように中性雰囲気の状態で周囲が溶
接される。この周囲の溶接によりアセンブリが完全に閉
じられる前に、拡散防止剤が塗布された内部と連絡する
ように、１７および１８などの単数または複数の管が挿
入される。するとアセンブリは、溶接温度がＴＶ６Ｖま
たはＴＡＤ４Ｅ型のチタン合金製の羽根の場合８８０℃
より高い、拡散による溶接が行える状態になる。
【０００９】拡散溶接の前に、前記に記載のフランス特
許出願 ＦＲ９５１１３００号で推奨されているよう
に、拡散防止剤の予備焼成処理が必要となることも多
い。実際、表面を密接させ、拡散溶接のため温度を５０
０℃より高く上昇させる際に接触表面を汚さないように
するために、塗布表面上の付着層の機械的強度を伝達し
確保するのに必要な拡散防止剤に含まれる有機結合剤を
除去しなければならない。結合剤は２００℃から４００
℃の間の熱劣化により全て除去され、発生するガスは、
たとえばアルゴンなどの中性ガスの循環またはポンプに
よる吸引により除去される。このステップでは、結合剤
による機械的結合がことごとく弱くなるため、拡散防止
剤の粒子は移動度が非常に高くなり、そのため、被覆さ
れていない領域への粒子の移動を防止するために部品の
取り扱いがきわめて慎重になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、溶接
されるようになっている領域内に粒子が移動するおそれ
がなく、拡散防止剤に含まれる結合剤が劣化し完全に除
去された後、１４のような周囲を溶接されたアセンブリ
を取り扱うことができる方法により、先行技術による既
知の方法の前記に記載の欠点を解消することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によるタービンエ
ンジンの中空羽根の製造方法は補足的なサブステップ
（ｅ１）を含み、該補足的なサブステップは、拡散防止
剤に含まれる結合剤の劣化および完全な除去を行う拡散
防止剤の予備焼成処理の後であって、ステップ（ｅ）の
静定圧拡散溶接の作業の前に、羽根のアセンブリの内部
を真空にし、同時に、部品の永久塑性変形を得るために
速度Ｖで所与の温度Ｔまで徐々に加熱することから成
り、前記予備焼成処理の後に部品を移動することなく行
う補足的なサブステップであって、この温度Ｔにおい
て、前記羽根のアセンブリの内部を真空に維持しなが
ら、静定圧力を前記羽根のアセンブリの外部に加え、拡
散防止剤の圧縮および拡散防止剤が塗布されていない領
域の予備溶接を行うためにこれらの条件を維持するサブ
ステップである。
【００１２】羽根のアセンブリの内部が１Ｐａ〜１０-4
Ｐａの真空に維持され、１０5Ｐａ〜５×１０5Ｐａの静
定圧力が前記羽根のアセンブリの外部に加えられ、これ
らの条件が一時間維持されるのが有利である。
【００１３】羽根のアセンブリの内部の真空化時、羽根
のアセンブリが設置される炉内の同時真空化を行うこと
ができることが有利である。
【００１４】本発明の他の特徴および長所は、添付の図
面を参照して行う本発明の実施形態についての以下の説
明を読むことにより、よりよく理解されよう。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１に示す翼弦の長いファンロー
タの羽根の製造方法の中間ステップの例では、上面一次
部品１１、中央板１２、下面一次部品１３が使用され
る。このステップにおいては自明のように、とくに既知
のようにシルクスクリーン印刷方法により、少なくとも
上記一次部品の二つの面に、あらかじめ決められたパタ
ーンにしたがい拡散防止剤が塗布される。
【００１６】次にアセンブリ１４は、図２に示すよう
に、とくに、二つの中心合せピン１５および１６を使用
することにより重ねられ、次に、中性雰囲気条件で周囲
が溶接される。この周囲の溶接によってアセンブリが完
全に閉じる前に、拡散防止剤が塗布された内部と連絡す
るように、１７および１８などの単数または複数の管が
挿入される。するとアセンブリ１４は、溶接温度がＴＶ
６Ｖ型のチタン合金製の羽根の場合、８８０℃より高
い、拡散による溶接が行える状態になる。
【００１７】本発明によればとくに、拡散防止剤の予備
焼成処理後、溶接作業を行う前に、補足的なサブステッ
プｅ１が設けられる。
【００１８】まず、自明のように、以後の高温作業時に
おける接触表面の汚染を一切防止するために、拡散防止
剤に含まれる有機結合剤が除去されなければならない。
この目的のため、羽根のアセンブリ１４の内部におい
て、アルゴンなどの中性ガスを毎分１リットル〜５リッ
トルの流量で循環させながら、２００℃から４００℃の
間の温度で数時間、熱劣化を行うことにより、拡散防止
剤の揮発要素の劣化および除去を行う。劣化が完了し、
拡散防止剤の結合剤によって発生するガスが完全に全量
排気されたら、アルゴンの循環が停止される。したがっ
て補足的なサブステップ（ｅ１）は、羽根アセンブリを
移動することなく、炉内での前の処理に引き続いて、羽
根のアセンブリ１４の内部の真空化を行うことから成
る。次に温度を徐々に上昇させる。ＴＶ６Ｖ型のチタン
合金製部品の例では、到達温度は９２５℃であり、上昇
速度は部品の厚みに応じて異なるが毎分５〜３５℃であ
る。ＴＶ６ＶまたはＴＡＤ４Ｅ型のチタン合金の場合、
到達温度は、部品の形状の定義によって異なるが、９０
０℃から９４０℃の間に位置する。求める温度に到達す
ると、１Ｐａ〜１０-4Ｐａの真空状態が羽根のアセンブ
リ１４の内部で維持され、１０5Ｐａ〜５×１０5Ｐａの
静定圧力が羽根のアセンブリ１４を取り囲む外部室内に
加えられる。これらの温度および圧力条件は一時間維持
される。その結果、サブステップ（ｅ１）の終了後、羽
根のアセンブリ１４の本来の意味での静定圧拡散溶接作
業を行う前に、中央板１２上の表皮１１および１３が固
定され、これにより拡散防止剤の粒子の圧縮ならびに拡
散防止剤が塗布されていない部品の領域の予備溶接また
は予備接合が生じる。
【００１９】羽根のアセンブリ１４の内部の真空化時、
羽根のアセンブリ１４が設置される炉内の同時真空化を
行うことができることが有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造方法における中空羽根の一次
部品の斜視図である。
【図２】拡散溶接ステップの前の図１の中空羽根の斜視
図である。
【符号の説明】
１１ 上面の表皮 １２ 中央板 １３ 下面の表皮 １４ 羽根のアセンブリ １５、１６ 中心合せピン １７、１８ 管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジル・シヤルル・クラン フランス国、95540・メリー・シユール・ オワーズ、アブニユ・バンサン・バン・ゴ ツグ、42

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）得ようとする羽根の定義を基にし
    て、羽根を構成する部品の平面形状を、ＣＡＤＣＡＭ
    （コンピュータ支援設計および製造）手段と数値シミュ
    レーションとを用いて検討するステップと、 ｂ）一次部品を型入れ鍛造によりプレスで鍛造するステ
    ップと、 ｃ）一次部品を機械加工するステップと、 ｄ）あらかじめ定義したパターンに従って拡散バリヤを
    付着させるステップと、 ｅ）一次部品を組み立て、次に、拡散防止剤に含まれる
    結合剤の劣化および完全な除去を行う拡散防止剤の予備
    焼成処理を行い、 ｅ１）次に、サブステップとして引き続いて、前記結合
    剤の劣化後、部品を移動することなく、羽根のアセンブ
    リ（１４）の内部を真空にし、同時に、部品の永久塑性
    変形を得るために速度Ｖで所定の温度Ｔまで徐々に加熱
    し、前記羽根のアセンブリ（１４）の内部を真空に維持
    しながら、静定圧力を前記羽根のアセンブリの外部に加
    え、拡散防止剤の圧縮および拡散バリヤが塗布されてい
    ない領域の予備溶接を行うためにこれらの温度および圧
    力条件を維持し、 次に熱間静定圧拡散溶接を行うステップと、 ｆ）ファイバの寸法により、溶接アセンブリを熱間成形
    するステップと、 ｇ）供給管を熱間成形し、次に拡散防止剤が塗布された
    領域を剥離するステップと、 ｈ）ガス圧により膨張および超塑性成形を行うステップ
    と、 ｉ）最終機械加工を行うステップと を含むタービンエンジンの中空羽根、特に翼弦の長いフ
    ァンロータの羽根の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記サブステップ（ｅ１）の際、羽根の
    アセンブリ（１４）の内部が１Ｐａ〜１０-4Ｐａの真空
    に維持され、１０5Ｐａ〜５×１０5Ｐａの静定圧力が前
    記羽根のアセンブリの外部に加えられ、これらの温度お
    よび圧力条件が一時間維持される請求項１に記載のター
    ビンエンジンの中空羽根の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記サブステップ（ｅ１）の際、羽根の
    アセンブリ（１４）の内部の真空化時、羽根のアセンブ
    リ（１４）が設置される炉内の同時真空化が行われる請
    求項１または２に記載のタービンエンジンの中空羽根の
    製造方法。
  4. 【請求項４】 前記羽根のアセンブリ（１４）がＴＶ６
    ＶまたはＴＡＤ４Ｅ型のチタン合金であり、サブステッ
    プ（ｅ１）において、毎分５〜３５℃の速度で９００℃
    〜９４０℃の温度まで温度が徐々に上昇される請求項１
    から３のいずれか一項に記載のタービンエンジンの中空
    羽根の製造方法。
JP28409197A 1996-10-16 1997-10-16 タービンエンジンの中空羽根の製造方法 Expired - Lifetime JP3714778B2 (ja)

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