KR102430688B1

KR102430688B1 - 부하 지탱 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법

Info

Publication number: KR102430688B1
Application number: KR1020180021251A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 레슬리 헨더슨; 얀 퀴; 다니엘 제임스 도리에티; 게리 찰스 슈베르트; 폴 알버트 쿡
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2022-08-08
Also published as: EP3366415A1; US11039507B2; KR20180097466A; US20180242405A1; PL3366415T3; EP3366415B1

Abstract

부하 지탱 구성요소의 처리 영역을 브레이징하는 방법은 구성요소의 처리 영역에 걸쳐 수리 재료를 적용하는 단계; 처리 영역 및 수리 재료에 걸쳐 처리 영역에 대응하는 기하학적 형상을 갖는 유도 브레이징 코일을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 수리 재료의 적어도 부분적인 용융을 유발시키기에 충분한 온도까지 유도 브레이징 코일을 이용하여 수리 재료를 가열하여, 처리 영역과 수리 재료 사이의 브레이징된 연결부를 형성하는 단계를 더 포함한다.

Description

부하 지탱 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법{A METHOD OF BRAZING A TREATMENT AREA OF A LOAD-BEARING COMPONENT}

본 발명은 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 부하 지탱 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법에 관한 것이다.

특정한 부하 지탱 구성요소, 예컨대 가스 터빈 구성요소는 높은 온도에서 그리고 가혹한 조건 하에서 작동하며, 이에 따라 시간의 경과에 따라 유지보수를 필요로 한다. 통상적으로, 심지어 비교적 간단한 수리에서도 노(furnace) 내에 전체 가스 터빈 구성요소를 배치해야 할 필요가 있으며, 이는 고비용이고 시간 소모적이다.

예시적인 실시예에 있어서, 부하 지탱 구성요소의 처리 영역을 브레이징하는 방법은 구성요소의 처리 영역에 걸쳐 수리 재료를 적용하는 단계; 처리 영역 및 수리 재료에 걸쳐 처리 영역에 대응하는 기하학적 형상을 갖는 유도 브레이징 코일을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 수리 재료의 적어도 부분적인 용융을 유발시키기에 충분한 온도까지 유도 브레이징 코일을 이용하여 수리 재료를 가열함으로써, 처리 영역과 수리 재료 사이의 브레이징된 연결부를 형성하는 단계를 더 포함한다.

다른 예시적인 실시예에 있어서, 부하 지탱 터빈 구성요소의 처리 영역을 브레이징하는 방법은 구성요소의 처리 영역에 걸쳐 수리 재료를 적용하는 단계; 처리 영역 및 수리 재료에 걸쳐 처리 영역에 대응하는 기하학적 형상을 갖는 유도 브레이징 코일을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 수리 재료의 적어도 부분적인 용융을 유발시키기에 충분한 온도까지 유도 브레이징 코일을 이용하여 수리 재료를 가열함으로써, 처리 영역과 수리 재료 사이의 브레이징된 연결부를 형성하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은, 예로서 본 발명의 원리를 예시하는 첨부 도면과 함께 바람직한 실시예에 관한 이하의 보다 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 예시적인 터빈의 일부에 대한 사시도이다.
도 2는 예시적인 터빈의 일부에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2의 라인 3-3을 따라 취한 터빈 블레이드의 단부도로서, 터빈 블레이드의 수리를 행하기 위한 예시적인 유도 코일을 함께 나타낸 단부도이다.
도 4는 노즐의 사시도로서, 노즐의 다양한 부분의 수리를 행하기 위한 예시적인 유도 코일을 함께 나타낸 사시도이다.
도 5는 구성요소의 수리를 행하기 위한 예시적인 유도 코일의 입면도이다.
가능하다면 어느 도면에서든, 도면 전반에 걸쳐 동일한 부분을 나타내기 위해 동일한 도면 부호가 사용될 것이다.

구성요소의 수리를 행하기 위해 부하 지탱 구성요소, 예컨대 터빈 구성요소의 처리 영역을 브레이징하는 방법이 제시된다. 상기 방법은, 휴대 가능할 수 있는 유도 브레이징 코일을 이용하는 단계를 포함하는데, 상기 유도 브레이징 코일은 처리 영역과 이 처리 영역에 걸쳐 및/또는 처리 영역 내로 적용되는 수리 재료를 덮어, 처리 영역과 수리 재료 사이의 브레이징된 연결부를 형성함으로써 브레이징 노(brazing furnace)에 대한 필요성을 없애며, 비용 및 시간을 절감시킨다.

용어 “부하 지탱”은, 구성요소 또는 물품에 인가되는 구조적 부하를 지지하도록 구성되는 구성요소 또는 물품을 가리키도록 의도된다.

용어 “전기적 구성요소” 또는 “전기적 장비” 등은, 전기적 설비와 함께 또는 전기적 설비의 일부로서 사용되는 장치, 기구, 디바이스, 배선, 비품, 용구, 및 재료를 가리키도록 의도된다. 전기적 구성요소 또는 전기적 장비 등은 부하 지탱 구성요소가 아니다.

도 1은 예시적인 터빈 섹션(10)의 사시도이다. 터빈 섹션(10)은 부하 지탱 구성요소 또는 부하 지탱 물품(12)을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 물품(12)은 터빈 슈라우드이다(도 1). 도 1에 추가로 도시되어 있는 바와 같이, 터빈 섹션(10)은 블레이드(14), 예컨대 허브(16)에 결합된 터빈 슈라우드형 블레이드를 또한 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 물품(12)은 일 단부의 대향 허브(16)에서 리세스 형성부(18)를 갖는 블레이드(14)를 포함하는데, 상기 리세스 형성부는 일반적으로 스퀄러 팁(sqealer's tip)이라 불린다. 블레이드(14)는, 대응하는 에어포일(20) 및 이 에어포일(20)에 고정되게 결합되는 대응 물품(12)을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 가스 터빈에서 사용하기 위한 초합금 고온 가스 경로 구성요소를 비롯한, 구성요소 또는 물품(12)은 니켈 기반의 합금 및 코발트 기반의 합금뿐만 아니라 스테인레스 강으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 구성요소는, FSX-414, MarM509, GTD111, Rene 108, GTD222, Inconel 718, Inconel 738, Hastelloy X, 308, 308L, 310, 304, 17-4PH, 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

본원에서 사용될 때, “FSX 414”는 중량에 따라 대략 29%의 크롬, 대략 7%의 텅스텐, 대략 10%의 니켈, 대략 0.6%의 탄소, 및 잔부(balance)인 코발트의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “GTD 111”은 중량에 따라 대략 14%의 크롬, 대략 9.5%의 코발트, 대략 3.8%의 텅스텐, 대략 4.9%의 티타늄, 대략 3%의 알루미늄, 대략 0.1%의 철, 대략 2.8%의 탄탈, 대략 1.6%의 몰리브덴, 대략 0.1%의 탄소, 및 잔부인 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “GTD 222”는 중량에 따라 대략 23.5%의 크롬, 대략 19%의 코발트, 대략 2%의 텅스텐, 대략 0.8%의 니오븀, 대략 2.3%의 티타늄, 대략 1.2%의 알루미늄, 대략 1%의 탄탈, 대략 0.25%의 실리콘, 대략 0.1%의 망간, 및 잔부인 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “Hastelloy X”는 중량에 따라 대략 22%의 크롬, 대략 18%의 철, 대략 9%의 몰리브덴, 대략 1.5%의 코발트, 대략 0.1%의 탄소, 대략 0.6%의 텅스텐, 및 잔부인 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “Inconel 718”은 중량에 따라 대략 17%의 크롬, 대략 0.35%의 알루미늄, 대략 2.80%의 몰리브덴, 대략 0.65%의 티타늄, 대략 4.75%의 니오븀 + 탄탈, 그리고 잔부인 니켈 + 코발트 (코발트는 최대 1%)의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “Inconel 738”은 중량에 따라 대략 0.17%의 탄소, 대략 16%의 크롬, 대략 8.5%의 코발트, 대략 1.75%의 몰리브덴, 대략 2.6%의 텅스텐, 대략 3.4%의 티타늄, 대략 3.4%의 알루미늄, 대략 0.1%의 지르코늄, 대략 2%의 니오븀, 및 잔부인 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “MarM509”는 중량에 따라 대략 24%의 크롬, 대략 10%의 니켈, 대략 7%의 텅스텐, 대략 3.5%의 탄탈, 대략 0.5%의 지르코늄, 대략 0.6%의 탄소, 및 잔부인 코발트의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “Rene 108”은 중량에 따라 대략 8.4%의 크롬, 대략 9.5%의 코발트, 대략 5.5%의 알루미늄, 대략 0.7%의 티타늄, 대략 9.5%의 텅스텐, 대략 0.5%의 몰리브덴, 대략 3%의 탄탈, 대략 1.5%의 하프늄, 및 잔부인 니켈의 조성을 포함하는 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “304”는 중량에 따라 대략 19%의 크롬, 10%의 니켈, 2%의 망간, 0.75%의 실리콘, 0.045%의 인, 0.3%의 황, 0.1%의 질소, 0.08%의 탄소 및 잔부인 철의 조성을 포함하는 스테인레스 강 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “308”은 중량에 따라 대략 20%의 크롬, 11%의 니켈, 2%의 망간, 1%의 실리콘, 적어도 0.08%의 탄소, 적어도 0.045%의 인, 0.03%의 황, 및 잔부인 철의 조성을 포함하는 스테인레스 강 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “308L”은 중량에 따라 대략 20%의 크롬, 11%의 니켈, 2%의 망간, 1%의 실리콘, 적어도 0.03%의 탄소, 적어도 0.045%의 인, 0.03%의 황, 및 잔부인 철의 조성을 포함하는 스테인레스 강 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “310”은 중량에 따라 대략 25%의 크롬, 20%의 니켈, 2%의 망간, 1.5%의 실리콘, 0.45%의 인, 0.3%의 황, 및 잔부인 철의 조성을 포함하는 스테인레스 강 합금을 가리킨다.

본원에서 사용될 때, “17-4PH”는 중량에 따라 대략 16%의 크롬, 4%의 니켈, 4%의 구리, 1%의 망간, 1%의 실리콘, 0.04%의 인, 0.3%의 황, 0.7%의 탄소, 0.3%의 콜롬븀 + 탄탈, 및 잔부인 철의 조성을 포함하는 스테인레스 강 합금을 가리킨다.

도 3은 도 2의 라인 3-3을 따라 취한 터빈 블레이드(14)의 스퀄러 팁의 단부도로서, 수리를 행하기 위해 사용되는 유도 코일(26)을 함께 나타낸 단부도이다. 도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 상기 스퀄러 팁은 처리 영역(22)을 포함하며, 이 처리 영역에 걸쳐 수리 재료(24)가 적용된다. 처리 영역(22) 내에 또는 처리 영역 상에 수리 재료(24)를 적용하는 것은, 처리 영역(22)에 걸쳐 재료를 적용하는 것의 범위 내에 속하도록 의도된다. 수리 재료(24)는, 세그먼트형 인서트(insert), 1부품 인서트, 플러그, 오버레이 PSP(overlay pre-sintered preform), PSP 치클릿, 가요성 예비 성형 폼, PSP 포일, 다른 적절한 PSP 구조, 혼합된 브레이즈 분말로 제조되는 가요성 테이프, 혼합된 브레이즈 분말로 제조되는 페이스트, 혼합된 브레이즈 분말의 건조한 혼합물, 또는 이들의 조합으로 이루어진다. 일단 수리 재료(24)가 적용되면, 유도 코일(26)이 수리 재료(24) 및 처리 영역(22)에 걸쳐 배치된다. 일 실시예에 있어서, 유도 코일(26)은 처리 영역(22)의 표면적보다 10% 내지 50% 더 큰 표면적을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 유도 코일(26)은 처리 영역(22)의 표면적보다 10% 미만으로 더 큰 표면적을 가질 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 유도 코일은 처리 영역(22)의 표면적보다 50% 초과로 더 큰 표면적을 가질 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 유도 코일(26)은 10 kW의 전원(28)을 이용한다. 일 실시예에 있어서, 유도 코일(26)은 10 kW가 아닌 전원을 이용한다. 일 실시예에 있어서, 상기 전원은, 수리 재료(24)의 적어도 부분적인 용융을 유발하기에 충분하게 온도를 높여, 처리 영역(22)과 수리 재료(24) 사이에 브레이징된 연결부를 형성하기 위해 사전에 정해진 시간 동안 최대 파워의 40% 내지 80%로 작동된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 전원은, 수리되는 구성요소에 따라, 처리 영역(22)과 수리 재료(24) 사이에 브레이징된 연결부를 형성하기 위해, 전원의 최대 파워에 대해 상이한 백분율로 작동할 수 있으며, 즉 최대 출력의 40% 미만 및/또는 80% 초과로 작동될 수도 있다.

물품(12), 수리 재료(24), 및/또는 수리 재료(24)를 형성하는 층은 이하에 개시된 실시예로부터 선택되는 조성들의 임의의 조합을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는, 중량에 따라, 대략 12% 내지 대략 20%의 Pd, 대략 0.1% 내지 대략 5%의 B/Si, 대략 2% 내지 대략 16%의 Al, 대략 7% 내지 대략 15%의 Cr, 잔부인 Ni, 그리고 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는, 중량에 따라, 대략 12% 내지 대략 20%의 Pd, 대략 0.1% 내지 대략 5%의 B/Si, 대략 2% 내지 대략 16%의 Al, 대략 7% 내지 대략 15%의 Cr, 대략 3% 내지 대략 10%의 Ti, 잔부인 Ni, 그리고 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는, 중량에 따라, 대략 12% 내지 대략 20%의 Pd, 대략 0.1% 내지 대략 5%의 B/Si, 대략 2% 내지 대략 16%의 Al, 대략 7% 내지 대략 15%의 Cr, 대략 3% 내지 대략 10%의 Ti, 대략 1% 내지 대략 3%의 Ta, 대략 0.5% 내지 대략 3%의 Zr, 잔부인 Ni, 그리고 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는, 중량에 따라, 대략 12% 내지 대략 20%의 Pd, 대략 0.1% 내지 대략 5%의 B/Si, 대략 2% 내지 대략 16%의 Al, 대략 7% 내지 대략 15%의 Cr, 대략 3% 내지 대략 10%의 Ti, 대략 1% 내지 대략 15%의 Co, 및 잔부인 Ni의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는, 중량에 따라, 대략 12% 내지 대략 20%의 Pd, 대략 0.1% 내지 대략 2%의 B, 대략 2% 내지 대략 16%의 Al, 대략 7% 내지 대략 15%의 Cr, 대략 3% 내지 대략 10%의 Ti, 대략 1% 내지 대략 3%의 Ta, 대략 0.5% 내지 대략 3%의 Zr, 잔부인 Ni, 그리고 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는, 중량에 따라, 대략 12% 내지 대략 20%의 Pd, 대략 2% 내지 대략 5%의 Si, 대략 2% 내지 대략 16%의 Al, 대략 7% 내지 대략 15%의 Cr, 대략 3% 내지 대략 10%의 Ti, 대략 1% 내지 대략 3%의 Ta, 대략 0.5% 내지 대략 3%의 Zr, 잔부인 Ni, 그리고 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는, 중량에 따라, 대략 10% 내지 대략 15%의 Pd, 대략 3% 내지 대략 5%의 Si, 대략 15% 내지 대략 28%의 Ti, 대략 10% 내지 대략 18%의 Zr, 잔부인 Ni, 그리고 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는, 중량에 따라, 대략 12% 내지 대략 20%의 Pd, 대략 0.1% 내지 대략 5%의 B/Si, 대략 2% 내지 대략 16%의 Al, 대략 7% 내지 대략 15%의 Cr, 대략 0.5% 내지 대략 2.5%의 Ta, 잔부인 Ni, 그리고 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는, 중량에 따라, 대략 6.4%의 Al, 대략 9.3%의 Co, 대략 15.6%의 Cr, 대략 0.9%의 Mo, 대략 1.0%의 Ta, 대략 6%의 Ti, 대략 1.3%의 W, 대략 0.5%의 C, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는, 중량에 따라, 대략 0.15% 내지 대략 0.19%의 C, 대략 13.7% 내지 대략 14.3%의 Cr, 대략 9.0% 내지 대략 10.0%의 Co, 대략 4.8% 내지 대략 5.2%의 Ti, 대략 2.8% 내지 대략 3.2%의 Al, 대략 3.7% 내지 대략 4.3%의 W, 대략 3.7% 내지 대략 4.3%의 Mo(대략 최소 7.7%의 W 및 Mo의 조합 포함), 및 잔부인 Ni의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 최대 대략 0.02% 내지 대략 0.05%의 C (또는 보다 구체적으로는 0%의 C), 대략 8% 내지 대략 23%의 Cr (또는 보다 구체적으로는 대략 14.8% 내지 대략 15.8%의 Cr 혹은 대략 15.3%의 Cr), 대략 4% 내지 대략 18%의 Co (또는 보다 구체적으로는 대략 9.5% 내지 대략 11.0%의 Co 혹은 대략 10.25%의 Co), 대략 1.5% 내지 대략 6.0%의 Ta (또는 보다 구체적으로는, 대략 3.0% 내지 대략 3.8%의 Ta 혹은 대략 3.4%의 Ta), 대략 1.0% 내지 대략 6.0%의 Al (또는 보다 구체적으로는, 대략 3.2% 내지 대략 3.7%의 Al 혹은 3.45%의 Al), 대략 0.3% 내지 1.5%의 B (또는 보다 구체적으로는, 대략 0.8 내지 대략 1.2%의 B 혹은 1.0%의 B), 대략 2.0% 내지 대략 6.0%의 Si (또는 보다 구체적으로는, 대략 3.5% 내지 대략 4.1%의 Si 혹은 대략 3.8%의 Si), 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 11.45% 내지 대략 12.05%의 Co, 대략 6.6% 내지 대략 7.0%의 Cr, 대략 5.94% 내지 대략 6.3%의 Al, 대략 1.3% 내지 대략 1.7%의 Mo, 대략 4.7% 내지 대략 5.0%의 W, 대략 6.2% 내지 대략 6.5%의 Ta, 대략 2.6% 내지 대략 3.0%의 Re, 대략 1.3% 내지 대략 1.7%의 Hf, 대략 0.10% 내지 대략 0.14%의 C, 최대 대략 0.02%의 Ti, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 0.13% 내지 대략 0.19%의 C, 대략 13.7% 내지 대략 14.3%의 Cr, 대략 9.0% 내지 대략 10.0%의 Co, 대략 4.6% 내지 대략 5.2%의 Ti, 대략 2.8% 내지 대략 3.2%의 Al, 대략 0.5% 내지 대략 0.8%의 B, 대략 4.2% 내지 대략 4.8%의 Si, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 최대 대략 0.01%의 C, 대략 18.5% 내지 19.5%의 Cr, 최대 대략 0.03%의 B, 대략 9.8% 내지 대략 10.3%의 Si, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 8% 내지 대략 23%의 Cr, 대략 4% 내지 대략 18%의 Co, 대략 1.5% 내지 대략 6.0%의 Ta, 대략 1.0% 내지 대략 6.0%의 Al, 대략 0.3% 내지 대략 1.5%의 B, 대략 2.0% 내지 대략 6.0%의 Si, 최대 대략 0.2%의 C, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 0.15% 내지 대략 0.19%의 C, 대략 13.7% 내지 대략 14.3%의 Cr, 대략 9.0% 내지 10.0%의 Co, 대략 4.8% 내지 5.2%의 Ti, 대략 2.8% 내지 대략 3.2%의 Al, 대략 3.7% 내지 대략 4.3%의 W, 대략 3.7% 내지 대략 4.3%의 Mo (또는 보다 구체적으로는, 대략 7.7% 초과의 W 및 Mo 조합), 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라, 대략 0.10% 내지 대략 0.14%의 C, 대략 6.6% 내지 대략 7.0%의 Cr, 대략 11.45%의 Co, 최대 대략 0.2%의 Ti, 대략 6.2% 내지 대략 6.5%의 Ta, 대략 5.94% 내지 대략 6.3%의 Al, 대략 4.7% 내지 대략 5.0%의 W, 대략 1.3% 내지 대략 1.7%의 Mo, 대략 1.3% 내지 대략 1.7%의 Hf, 대략 2.6% 내지 대략 3.0%의 Re, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 0.01 내지 대략 0.03%의 C, 대략 7.4% 내지 대략 7.8%의 Cr, 대략 2.9% 내지 대략 3.3%의 Co, 대략 5.3% 내지 대략 5.6%의 Ta, 대략 7.6% 내지 대략 8.0%의 Al, 대략 3.7% 내지 대략 4.0%의 W, 대략 0.01% 내지 대략 0.02%의 B, 대략 0.12% 내지 대략 0.18%의 Hf, 대략 1.5% 내지 대략 1.8%의 Re, 대략 0.5% 내지 대략 0.6%의 Si, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 최대 대략 0.05%의 C, 대략 14.8% 내지 대략 15.8%의 Cr, 대략 9.5% 내지 대략 11.0%의 Co, 대략 3.0 내지 대략 3.8%의 Ta, 대략 3.2% 내지 대략 3.7%의 Al, 대략 2.1% 내지 대략 2.5%의 B, 잔부인 Ni, 및 부차적인 조성물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 최대 대략 0.01%의 C, 대략 18.5% 내지 대략 19.5%의 Cr, 최대 대략 0.03%의 B, 대략 9.8% 내지 대략 10.3%의 Si, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 50.25%의 Ni, 대략 42%의 Fe, 대략 4.5%의 Si, 대략 3.25%의 B, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 15.0% 내지 대략 17.0%의 Mo, 대략 14.5% 내지 대략 16.5%의 Cr, 대략 4.0% 내지 대략 7.0%의 Fe, 대략 3.0% 내지 대략 4.5%의 W, 최대 대략 2.5%의 Co, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 9% 내지 대략 11%의 Co, 대략 7% 내지 대략 9%의 Cr, 대략 9 내지 대략 11%의 W, 대략 2.5% 내지 대략 3.5%의 Ta, 대략 5% 내지 대략 6%의 Al, 대략 0.5% 내지 대략 1.5%의 Ti, 대략 0.6% 내지 대략 0.8%의 Mo, 대략 1.3% 내지 대략 1.7%의 Hf, 대략 0.03% 내지 대략 0.08%의 Zr, 대략 0.01% 내지 대략 0.02%의 B, 대략 0.13% 내지 대략 0.17%의 C, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 19% 내지 대략 21%의 Cr, 대략 2.5% 내지 대략 3.5%의 Ta, 대략 2.5% 내지 대략 3.5%의 B, 대략 0.003% 내지 대략 0.005%의 Y, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 0.1%의 C, 대략 22%의 Cr, 대략 9%의 Mo, 대략 0.5%의 W, 대략 1%의 Co, 대략 19%의 Fe, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 0.1%의 C, 대략 22%의 Cr, 대략 2%의 Mo, 대략 14%의 W, 대략 0.3%의 Al, 대략 0.5%의 Mn, 대략 0.4%의 Si, 대략 0.02%의 La, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 10%의 W, 대략 10%의 Co, 대략 8%의 Cr, 대략 5%의 Al, 대략 3%의 Ta, 대략 1%의 Hf, 대략 1%의 Ti, 대략 0.7%의 Mo, 대략 0.2%의 C, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 15.0% 내지 17.0%의 Mo, 대략 14.5% 내지 16.5%의 Cr, 대략 4.0% 내지 대략 7.0%의 Fe, 대략 3.0% 내지 대략 4.5%의 W, 최대 대략 2.5%의 Co, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 16%의 Cr, 대략 16.5%의 Mo, 대략 4%의 W, 대략 5.5%의 Fe, 대략 1%의 Co, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 수리 재료(24)는 중량에 따라 대략 19.7%의 Cr, 대략 3.1%의 Ta, 대략 3.1%의 B, 대략 0.001%의 Y, 잔부인 Ni, 및 부차적인 불순물의 조성을 갖는다.

브레이징 온도는, 수리 재료(24)가 처리 영역에 브레이징되는 온도 또는 그보다 높은 온도인 임의의 적절한 온도이다. 적절한 브레이징 온도는, 한정하는 것은 아니지만, 대략 1800°F 내지 대략 2400°F, 대략 2100°F 내지 대략 2400°F, 대략 2050°F 내지 대략 2300°F, 대략 2100°F 내지 대략 2300°F, 대략 2150°F 내지 대략 2300°F, 대략 2200°F 내지 대략 2400°F, 대략 2200°F 내지 대략 2300°F, 또는 이들의 임의의 조합, 임의의 하위 범위 조합, 범위, 혹은 하위 범위를 포함한다.

국지적인 브레이징 사이클은, 한정하는 것은 아니지만, 대략 1 분 내지 대략 60 분, 대략 5 분 내지 대략 30 분, 대략 15 분 내지 대략 30 분, 대략 20 분 내지 대략 40 분, 대략 10 분, 대략 15 분, 대략 20 분, 대략 30 분, 또는 임의의 적절한 조합, 하위 조합, 범위, 또는 하위 범위를 비롯한 임의의 적절한 유지시간을 갖는다.

가열 사이클은 최단 시간 내에 산출 및/또는 확산을 최적화하도록 구성될 수 있으며, 용례에 따라 특정된다는 것을 이해해야 한다. 즉, 노내 브레이징(furnace brazing)에서 사용되는 바와 같은 유사한 온도 그리고 온도 범위에서 유도 코일이 보통 작동하거나 또는 사용될 때, 유지 시간과 같은 양태는 단축될 수도 있고 동일하게 유지될 수도 있다. 또한, 온도 기울기 비율도 역시 노내 브레이징과 다를 수 있다.

도 4는 노즐(30)의 사시도로서, 앞서 언급된 바와 유사한 방식으로 노즐의 다양한 대응 위치의 브레이징 연결부 수리를 행하기 위한 예시적인 유도 코일(26)이 노즐(30) 상의 다양한 위치에 배치되어 있는 것인 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 다른 구성요소(32), 예컨대 고온 가스 경로 구성요소 및 터빈 구성요소를 비롯한 부하 지탱 구성요소에는 구성요소의 브레이징 수리를 행하기 위한 유도 코일(26)이 이용될 수 있다. 보다 구체적으로, 유도 코일(26)은, 슈라우드 에지, 블레이드 팁, 예컨대 제1단 또는 제2단의 블레이드 스퀄러 팁, 블레이드 시일 레일/커터 치형부, 예컨대 제2단, 제3단, 또는 제4단의 블레이드 시일 레일/커터 치형부, 노즐 부분, 블레이드 에어포일의 일부, 캐스트 팁 플러그(cast tip plug), 블레이드, 베인, 연소 라이너(combustion liner), 전이 부품, 다이어프램, 슈라우드, 연료 노즐, 파일럿 노즐, 가스 디퓨저, 스월러(swirler), 노즐 후크(nozzle hook), 다이어프램 후크, 슈라우드 후크, 및 이들의 조합을 비롯한 전술한 구성요소(32)의 표면의 처리 영역(22)에서 사용될 수 있으며, 상기 처리 영역에 대응하는 기하학적 형상을 가질 수 있다. 이러한 구성요소(32) 중 일부의 표면은 특수하게 구성된 유도 코일의 기하학적 형상을 필요로 할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 유도 코일(26)의 적어도 일부는 가요성이며, 다수의 구성요소의 기하학적 형상을 허용할 수 있다. 선택적으로, 도 5에 더 도시된 바와 같이, 유도 코일(26)은 수리를 행하기 위해 코일 또는 코일 섹션(34, 36)의 쌍을 포함할 수 있다. 즉, 코일 또는 코일 섹션(34)은 구성요소(32)의 처리 영역(22)에 걸쳐 적용되는 수리 재료(34) 위에 배치될 수 있으며, 코일 또는 코일 섹션(36)은 처리 영역(22)에 대향하는 표면에 걸쳐 배치될 수 있다. 대안으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 유도 코일(26)은 처리 영역(22)을 둘러쌀 수 있다.

일 실시예에 있어서, 구성요소(32)는 가스 터빈 구성요소, 예컨대 버킷 팁(bucket tip)을 갖춘 터빈 버킷이다. 예를 들면, 일 실시예에 있어서, 시리즈 9H 제네랄 일렉트릭 가스 터빈(9H S2) 상의 스테이지 2 버킷의 버킷 팁에서의 크랙은 국지적인 가열원(도시되어 있지 않음)에 의해 제공되는 브레이징 온도에서의 브레이징을 통해 수리된다. 9H S2 버킷 팁은, 60%의 니켈 기반의 초합금(예컨대, MarM 247) 및 40%의 니켈 브레이징 합금(예컨대, DF4B)의 혼합물을 이용하여 수리된다. 브레이징 온도는 화씨 2215이며, 수리 재료(24)와 관련되어, 이 온도로 수리 재료(24)를 9H S2 버킷 팁에 브레이징 결합시킨다.

도 5에 또한 도시된 바와 같이, 일 실시예에 있어서, 브레이징 연결부를 형성하기 위해, 처리 영역(22) 및 수리 재료(24)는 불활성 분위기에 배치되어야 할 필요가 있을 수 있는데, 이러한 경우, 고정구 또는 용기가, 대응하는 처리 영역(22) 및 수리 재료(24)를 둘러싸게 된다.

바람직한 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자라면, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 행해질 수도 있고 본 발명의 요소에 대해 등가물로의 대체가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 추가적으로, 본 발명의 핵심적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 교시 내용에 대해 구체적인 상황 또는 재료를 맞추기 위한 다수의 변형이 행해질 수 있다. 따라서, 본 발명은, 본 발명을 실시하기 위해 고려되는 최선의 양태로서 개시된 구체적인 양태로 한정되도록 의도되지 않으며, 오히려 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위에 속하는 모든 실시예를 포함한다.

Claims

부하 지탱 가스 터빈 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법으로서, 상기 구성요소는 초합금 고온 가스 경로 구성요소이고, 상이한 기하학적 형상을 갖는 부분들을 포함하는 것이고, 상기 방법은,
상기 구성요소의 상기 부분들 중 하나의 처리 영역에 걸쳐 수리 재료를 적용하는 단계;
수리 재료 및 처리 영역에 걸쳐 처리 영역에 대응하는 기하학적 형상을 갖는 유도 브레이징 코일을 배치하는 단계로서, 상기 유도 브레이징 코일은 적어도 가요성 부분을 가지고 상기 가요성 부분은 상기 구성요소의 다수의 기하학적 형상을 수용할 수 있고, 상기 유도 브레이징 코일은 한 쌍의 코일 또는 코일 섹션을 포함하고, 상기 한 쌍 중 제1 코일 또는 코일 섹션은 처리 영역에 걸쳐 적용되는 수리 재료 위에 배치되고, 상기 한 쌍 중 제2 코일 또는 코일 섹션은 상기 처리 영역에 대향하는 표면에 걸쳐 배치되는 것인, 단계;
수리 재료의 적어도 부분적인 용융을 유발시키기에 충분한 온도까지 유도 브레이징 코일을 이용하여 수리 재료를 가열하여, 처리 영역과 수리 재료 사이의 브레이징된 연결부를 형성하는 단계
를 더 포함하는 부하 지탱 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 초합금 고온 가스 경로 구성요소는 FSX-414, MarM509, GTD111, Rene 108, GTD222, Inconel 718, Inconel 738, Hastelloy X, 308, 308L, 310, 304, 17-4PH, 및 이들의 조합으로 이루어진 재료 군으로 이루어지는 것인 부하 지탱 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법.
제1항에 있어서, 상기 처리 영역은, 슈라우드 에지, 블레이드 팁, 블레이드 시일 레일/커터 치형부, 노즐 부분, 블레이드 에어포일의 일부, 캐스트 팁 플러그(cast tip plug), 블레이드, 베인, 연소 라이너(combustion liner), 전이 부품, 다이어프램, 슈라우드, 연료 노즐, 파일럿 노즐, 가스 디퓨저, 스월러(swirler), 노즐 후크(nozzle hook), 다이어프램 후크, 슈라우드 후크, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구성요소 부분의 표면을 포함하는 것인 부하 지탱 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법.
제1항에 있어서, 상기 수리 재료는, 세그먼트형 인서트(insert), 1부품 인서트, 플러그, 오버레이 PSP(overlay pre-sintered preform), PSP 치클릿, 가요성 예비 성형 폼, PSP 포일, 다른 적절한 PSP 구조, 혼합된 브레이즈 분말로 제조되는 가요성 테이프, 혼합된 브레이즈 분말로 제조되는 페이스트, 혼합된 브레이즈 분말의 건조한 혼합물, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로 이루어지는 것인 부하 지탱 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법.
제1항에 있어서, 수리 재료를 가열하는 상기 단계는, 유도 코일을 위한 10 kW 전원을 이용하는 것을 포함하고, 상기 전원은 최대 파워의 40% 내지 80% 사이에서 작동하는 것인 부하 지탱 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 수리 재료 및 상기 처리 영역에 걸쳐 유도 브레이징 코일을 배치하는 상기 단계는, 처리 영역의 표면적보다 10% 내지 50% 더 큰 표면적을 갖는 유도 브레이징 코일을 배치하는 것을 포함하는 것인 부하 지탱 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법.
제1항에 있어서, 상기 수리 재료 및 상기 처리 영역에 걸쳐 유도 브레이징 코일을 배치하는 상기 단계는, 불활성 분위기에 적어도 상기 수리 재료 및 상기 처리 영역을 배치하는 것을 포함하는 것인 부하 지탱 구성요소의 처리 영역의 브레이징 방법.
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