JPS6130123B2 - - Google Patents

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JPS6130123B2
JPS6130123B2 JP55075700A JP7570080A JPS6130123B2 JP S6130123 B2 JPS6130123 B2 JP S6130123B2 JP 55075700 A JP55075700 A JP 55075700A JP 7570080 A JP7570080 A JP 7570080A JP S6130123 B2 JPS6130123 B2 JP S6130123B2
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JP
Japan
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ring
consumable
circumferential surface
airfoil
hub disk
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Ee Yuuingu Buruusu
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Motors Liquidation Co
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Publication of JPS6130123B2 publication Critical patent/JPS6130123B2/ja
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
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    • B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/006—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
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    • F01D5/3061—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers by welding, brazing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は異種冶金組成の部品を持つた複合ター
ビンロータ組立体に関する。一層詳しく言えば、
熱間等静圧圧縮成形技術を用いて異種部品の対応
面を拡散接合することによつてこのような複合タ
ービンロータを組立てる方法に関する。 エーロフオイル要素が高温作動条件に耐えるよ
うにエーロフオイル・リングをタービンロータの
ホイールデイスクに接合するための提案は種々示
唆されてきた。デイスクは高い強度能力を持つて
いて、ガスタービンエンジン作動中、ホイールの
リムのところに生じる応力に耐えねばならない。
リムが高温にさらされているのに、デイスクの中
心では低温にさらされているからである。このよ
うな複合タービンロータの一例が米国特許第
4096615号（Cross）に記載されている。 この配置では、二冶金組成ロータが取付具によ
つて相互に連結されたデイスクとブレードのリン
グとを有する。この取付具はロータの一部となつ
て完全な複合製品を構成する。 本発明の目的は、低コストの消耗取付具を用い
てエーロフオイル構成要素を正確に位置決めし、
正確な寸法の外径を持つた機械加工リムを有する
精密公差成形の金属タービンデイスクに装着した
エーロフオイル列を通して所望の正確な空力流路
を維持させ、しかもエーロフオイルをデイスクに
留めるのに外部の取付具を必要としない改良した
複合ロータ製造方法を得ることにある。 以下、本発明を、その好ましい実施例を示す添
付図面を参照しながら説明する。 第１図を参照して、多数の予成形した空冷式鋳
造エーロフオイル１０が示してあり、各エーロフ
オイルはベース１２を有し、また、その前縁１４
がそれぞれ背、腹１５，１６によつて後縁１８に
つながつている。この空冷式エーロフオイルは米
国特許第3732031号（Bowling et al）に記載され
ている形式のものである。 第１図のエーロフオイルは軟鋼で作つた消耗取
付具リング２０に取付ける前の状態で示してあ
る。このリング２０の周方向に隔たつたところに
はスロツト２２が設けてあり、各スロツトはそれ
ぞれのエーロフオイル１０のベース１２を受ける
ような形状となつている。 最初の作業段階で、第２図に示すようにリング
２０のスロツト２２にエーロフオイルを１０位置
決めし、適当な手段によつて、たとえば、エーロ
フオイル１０の露出面と取付具リング２０の外周
面２４とをタツク溶接２３することによつて一時
的に固定する。 図示方法では、リング２０にそれを貫通しない
だけの深さのスロツト２２が予め形成してあり、
背１５および腹１６によつて代表されるエーロフ
オイル面の寸法的に正確な位置が決めてある。 この正確な位置決めに続いて、取付具リング２
０の内周面２６を機械加工してベース１２を露出
させかつ精密公差で成形してロータ・ハブ・デイ
スク３０の正確に形成した外側リム２８の湾曲に
一致する湾曲面１２ａを形成する。このデイスク
３０は、タービンハブとしての用途に適した、通
常はエーロフオイル１０の冶金組成とは異なる冶
金組成を持つているとよい。こうして、ハブ・デ
イスク３０は粉末冶金によつて形成された圧縮金
属で作り、高い耐応力特性を有するとよい。外側
リム２８は正確な周長に予め機械加工してある。
この周長は、第３図に示すようにエーロフオイ
ル・ベースの曲面１２ａを形成すべく機械加工し
たときの取付具リング２０の内周面２６の周長よ
りもやや大きい。 次に、取付具リング２０をエーロフオイル１０
を付けたままデイスク３０のリム２８にプレスば
めする。或る配置では、このプレスばめは、デイ
スク３０を周囲温度に維持し、取付具リング２０
およびエーロフオイル１０を204℃（400〓）の温
度まで加熱して取付具リングをリム２８上にすべ
り込ませるに充分なほど膨張させることによつて
行なわれる。その後、取付具リングおよびエーロ
フオイル１０の温度を下げ、ハブ・デイスク３０
のリム２８上にリングを収縮させ、各エーロフオ
イル１０のベース１２ａを第５図に示すようにハ
ブ・リム２８の表面金属と密着した状態に置く。 次に、第４図に示すように各エーロフオイル１
０と取付具リング２０の外周面２４との接合部ま
わりの外部接合線３２および第５図に示す境界線
３４の、取付具リング２０の前、後縁３６，３８
およびハブ・デイスク３０の前、後面４０，４２
まで延びる延長線の両端のところの前、後接合線
を含む、組立体の外部に露出した結合部をすべて
シールする。エーロフオイル・リング接合線３２
および取付具リング２０の縁３６，３８とハブ・
デイスク３０の前、後面４０，４２との接合線を
真空ブレイズ溶接によつてブレイズ・シールす
る。このとき、各部品は１時間ほど1093℃（2000
〓）以上の高温で真空状態の下に置かれる。その
後、適当なブレイズ材料の１つである珪素硼素改
質ブレイズ材料の層で上記の外部接合線を覆い、
第５図に示すようにベース１２ａ、ハブ・リム２
８の結合部を汚染することなくこれらの接合線の
外側シールを行う。 代表的な例として、結合しようとしている部品
に用いた材料を次表に示す。
【表】 適当なブレイズ材料を用いて前記の外部接合線
のところで各部品を相互にシールした後、これら
の部品を真空下で30分間1121℃（2050〓）の温度
に維持する。その後、1093℃（2000〓）まで冷や
し、10分程度の限られた時間その温度を保つて第
５図に部分的に示す各接合線に沿つたシーラント
層４４を固化させる。 ブレイズ温度およびブレイズ合金組成はエーロ
フオイル１０を形成している高強度ニツケル・ク
ロム・コバルト合金材料に対する固溶化熱処理要
件と両立するように選定する。 接合線をシールした後、組立体を目で見て接合
性を点検し、その後、高圧ヘリウムガスで満たし
た室内に置いて再点検する。高圧ヘリウムガスに
適当にさらした後、接合線３２および境界面３４
の延長部のところの接合線を覆つているブレイズ
シーラント層４４のピンホールまたは顕徴鏡的傷
を通してのヘリウム侵入を分光計で点検する。こ
の点検では、第５図に示すような境界面３４が汚
染物の再侵入に対して有効に真空パージされかつ
シールされたかどうかがわかる。結合済の各部品
はオートクレーブ内に置き、以下に述べる工程に
よつて熱間等静圧圧縮成形を行う。 103421.4KPa（15000p.s.i.）の圧力を加えなが
ら高い熱間等静圧圧縮温度にすることによつて、
露出ベース１２ａとリム２８の周面とが確実に密
着し、その結果、部品が拡散接合によつて相互に
結合し、高品質の冶金接合を得ることができる。 本発明で用いる代表的な手順は次の通りであ
る。 103421.4KPaでの熱間等静圧圧縮（HIP）接合 1218℃（2225〓）（３時間）………HIPサイク
ル 最終熱処理 1121℃（2050〓）（２時間）………類似コーテ
イング拡散サイクル＋871℃（1600〓）（24時
間）………老化サイクル 各部品を熱間等静圧圧縮接合によつて相互に結
合させて第６図に参照数字４６で示すような冶金
学的に形成した結合部を得たならば、93℃（200
〓）の温度に保つた適当な酸洗い液、たとえば硝
酸水溶液に浸漬する。この酸洗い液は、エーロフ
オイル１０の高強度ニツケル・クロム・コバルト
合金材料およびハブ・デイスク３０の材料を侵す
ることなく組立体から軟鋼の消耗取付具リング２
０を溶解させる。消耗品としての取付具リング２
０のみを除去した結果得た構造が第６，７図に示
してあり、こうして得た正確なエーロフオイル間
通路５０はハブ３０の外周面２８と各エーロフオ
イル１０の外面とでのみ構成されている。 こうして、本発明によれば、異種冶金組成の材
料間に高強度の冶金学的に接合した境界面結合部
を有する高品質の複合タービンロータ組立体を得
ることができ、この組立体では、エーロフオイル
１０が高温に耐えることができ、かつ、リム部分
が高温にさらされている一方駆動軸５４に結合し
た軸結合部分５２が低温状態で作動することによ
つて生じるかなりの応力にホイールデイスク３０
が耐えることができる。 本発明によれば、個々のエーロフオイルを正確
に別体のハブ・デイスク３０に対して位置決めし
た後、消耗取付具リングを組立体から容易に除去
することができ、しかも、最終組立体には取付具
リングがまつたく残らないのである。 こうして、本発明は、個々のエーロフオイル要
素の基部を受けるようになつていてエーロフオイ
ル要素を正確な寸法状態に整合させ、これらの間
に空気流路を構成するように予め形成したブレー
ド支持用スロツトを有する消耗品の取付具リング
を用いて複合タービンロータを製造する方法であ
つて、精密公差成形のタービンホイールデイスク
の周面と精密プレスばめ状態になるように焼ばめ
できる形態に正確な位置のエーロフオイルと消耗
用取付具リングを加工してエーロフオイルのベー
スを露出させ、その後、取付具リングの外面とエ
ーロフオイルの隣接面にある接合線をシールして
結合部品の外面に加圧可能な外面を構成してから
熱間等静圧状態に置き、デイスク、エーロフオイ
ルの対応面を拡散接合状態まで圧縮し、エーロフ
オイル、デイスク間に非常に有効な冶金結合部を
形成し、その後、複合ロータの他の部分を侵すこ
となく消耗用取付具リングの材料を溶解させるこ
とによつてこのリングを除去することを特徴とす
る改良方法を提供する。 本発明の好ましい実施例では、第１の冶金組成
のデイスクと第２冶金組成のエーロフオイル列で
あつて隣接したエーロフオイル間に正確な形態の
エーロフオイル通路を包含するエーロフオイル列
とを有する複合タービンロータ組立体を製造する
方法は、スロツトを設けた軟鋼の消耗用取付具リ
ングを予め成形し、前記第２冶金組成の予め成形
したエーロフオイルを前記軟鋼の取付具リングの
スロツトに挿入してエーロフオイルの正確な位置
決めを行ない、エーロフオイル間に正確な寸法の
空気流路を形成し、その後前記取付具リングの内
径面を削つてエーロフオイルのベース部を露出さ
せると共に前記第１冶金組成の精密公差成形のデ
イスクの周面に一致する形態に成形し、前記取付
具リングおよび露出したエーロフオイルベースを
デイスクの周面に焼ばめし、結合部品のすべての
露出した結合部をシールして熱間等静圧状態に置
ける外側シール圧力面を構成し、その後、結合シ
ール部品を熱間等静圧圧縮サイクルに置いて各エ
ーロフオイルベースとデイスクとの間に拡散接合
による冶金学的な結合部を生じさせ、この方法の
熱間等静圧圧縮作業で生じた構造体から硝酸水溶
液で軟鋼の消耗用取付具リングのみを溶解させる
ことによつて拡散接合した部品から消耗用軟鋼取
付具リングを除去し、結合したエーロフオイル
列、デイスクを通る正確なエーロフオイル空気流
パターンを得ることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の方法で用いる消耗用取付具リ
ングとエーロフオイルとを示す概略断片展開図、
第２図は最初の組立段階で消耗用取付具リングに
対してエーロフオイル要素を位置決めするところ
を示す断片断面図、第３図は消耗取付具リングを
再加工してエーロフオイルのベース部の正確な露
出、整合を行ない、正確な寸法の外径面を有する
タービンロータの精密公差成形したハブ・デイス
クのリムに装着する準備をした段階を示す、第２
図と同様の断片断面図、第４図は消耗取付具リン
グの内周面およびエーロフオイルの露出ベース部
をハブ・デイスクの正確に成形した外側リム上に
設置するプレスばめ段階の前の状態で消耗取付具
リング上のエーロフオイル列を示す斜視図、第５
図は熱間等静圧圧縮段階に先立つて結合部品の外
部結合部にブレイズシールを行うことを含めて、
第４図の段階から進んでプレスばめを行なつた段
階を示す断片断面図、第６図はエーロフオイルお
よびハブ・デイスクを侵すことなく取付具リング
を溶解によつて除去した段階を示す断片断面図、
第７図は本発明の方法によつて作つたハブ・エー
ロフオイル組立体を示す断面図である。 １０……エーロフオイル、１２……ベース、１
４……前縁、１５……背、１６……腹、１８……
後縁、２０……消耗取付具リング、２２……スロ
ツト、３０……ハブ・デイスク。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第１材料のハブ・デイスクと、このハブ・デ
    イスクの周面に熱間等静圧圧縮技術によつて固着
    した第２材料の多数のエーロフオイルとを包含す
    る複合タービンロータを製造する方法において、
    多数の周方向に隔たつたスロツトを設けた、消耗
    材料のハブ・リングを予め成形し、それぞれベー
    スを有する多数のエーロフオイル要素を成形し、
    これらのエーロフオイル要素のベースを前記スロ
    ツトに挿入して前記エーロフオイル要素を前記消
    耗リングの外周面に沿つて位置決めし、これらの
    ベースを前記リングの内周面に露出させ、正確に
    成形した周面を有するハブ・デイスクを予め形成
    し、このハブ・デイスクの前記周面に前記消耗リ
    ングをはめ込んで前記ベースをこの周面に対向さ
    せ、前記エーロフオイル要素の各々と前記消耗リ
    ングの間の外側結合部をシールし、前記リングと
    前記ハブ・デイスクの間の外側結合部をシール
    し、その後、前記エーロフオイル、消耗リングお
    よびハブ・デイスクのすべての露出した外面を熱
    間等静圧状態に置いてハブ・デイスクを高温に維
    持しながら前記エーロフオイル要素の各々に内向
    きに作用する力を生じさせ、前記対向したベース
    と正確に成形した周面との境界面に治金学的な拡
    散を生じさせて前記エーロフオイル要素、ハブ・
    デイスク間で拡散接合を行なわせ、その後、結合
    したエーロフオイル要素、ハブ・デイスクから前
    記消耗材料のリングを溶解させて各エーロフオイ
    ル要素間に正確な形状の流路を形成することから
    成ることを特徴とする方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
    前記消耗材料のリングの内周面を機械加工によつ
    て拡大して前記エーロフオイルのベースを露出さ
    せ、焼ばめによつて前記消耗材料のリングを前記
    正確に成形した周面にはめ込み、前記エーロフオ
    イルおよび前記消耗リングの全露出外面を加圧し
    て前記エーロフオイル要素の各々に内向きに作用
    する力を発生させることを特徴とする方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の方
    法において、前記消耗リングが軟鋼で作つてあ
    り、前記エーロフオイルおよびハブ・デイスクが
    高強度のニツケル・クロム・コバルト合金で作つ
    てあり、前記消耗リングが93℃の温度に保つた硝
    酸水溶液内で組立済の複合タービンロータを酸洗
    いすることによつて除去されることを特徴とする
    方法。
JP7570080A 1979-06-06 1980-06-06 Production of compound turbine rotor Granted JPS55164703A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/046,104 US4270256A (en) 1979-06-06 1979-06-06 Manufacture of composite turbine rotors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS55164703A JPS55164703A (en) 1980-12-22
JPS6130123B2 true JPS6130123B2 (ja) 1986-07-11

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ID=21941642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7570080A Granted JPS55164703A (en) 1979-06-06 1980-06-06 Production of compound turbine rotor

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4270256A (ja)
JP (1) JPS55164703A (ja)
CA (1) CA1132339A (ja)
DE (1) DE3020580A1 (ja)
GB (1) GB2052645B (ja)

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