KR20040078577A - 팬 및 압축기 블레이드 도브테일 복원 공정 - Google Patents

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blade
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킨슬러모니카디.
러츠데이빗에이.
멤멘로버트엘.
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유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

블레이드 도브테일을 원래 형상으로 복원하는 방법은 블레이드 도브테일의 손상 부위에서 손상된 재료를 제거하는 단계와, 제거된 손상된 재료를 대체하기에 충분한 양의 금속을 손상 부위에 물리 증착시키는 단계와, 블레이드 도브테일을 원래 형상으로 가공하는 단계를 포함한다.

Description

팬 및 압축기 블레이드 도브테일 복원 공정{FAN AND COMPRESSOR BLADE DOVETAIL RESTORATION PROCESS}
본 발명은 압축기 블레이드 도브테일을 복원하기 위한 방법에 관한 것이다.특히, 블레이드를 작동 상태로 복원하기 위해 부식되고 마모된 블레이드 도브테일에 모재(parent metal)를 물리 증착시키는 방법에 관한 것이다.
도1을 참조하면, 당해 기술 분야에서 공지된 압축기 디스크 및 압축기 블레이드가 도시되어 있다. 압축기 디스크(11)는 복수의 압축기 블레이드(13)가 삽입되는 복수의 압축기 디스크 도브테일 슬롯(15)을 포함한다. 상기 조립체는 팬 디스크 및 팬 블레이드와도 함께 사용된다. 도2를 참조하면, 압축기 블레이드(13)와 압축기 디스크(11)의 정합면이 보다 상세히 도시되어 있다. 팬 및 압축기 블레이드(13)의 도브테일 접촉면(19)은 통상적으로 팬 및 압축기 디스크 도브테일 슬롯(15)의 정합면(17)과의 접촉으로 인해 사용 중에 부식, 마모 및 마멸을 받는다. 이러한 손상은 종종 블레이드(13)를 더 이상 사용하기에 부적합하도록 한다.
이러한 손상을 방지하기 위해, 윤활용 마모 방지 재료(21)가 종종 도브테일 접촉면(19)에 적용된다. 이러한 마모 방지 재료(21)는 알루미늄-동 또는 구리-니켈 또는 구리-니켈-인듐 재료를 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다. 그러나, 마모 방지 재료(21)는 종종 장기간 사용 후에 마멸되어 블레이드(13)의 금속 구조에 손상이 있게 된다. 이러한 경우에 마모 방지 재료(21)를 다시 적용하는 것이 통상적인 관례지만, 블레이드(13)의 금속 구조의 손상을 교체 또는 수선할 수는 없다. 블레이드(13)의 금속 구조에 과도한 손상이 있었다면, 사용 중에 시스템이 고장나는 것을 방지하기 위해 폐기되어야만 한다.
따라서, 필요한 것은 부식 및 마모로 인해 손상된 블레이드(13)를 원래 상태로 복원하는 방법이다.
따라서, 본 발명의 목적은 부식 또는 마모된 블레이드 도브테일에 모재를 물리 증착하여, 블레이드를 작동 상태로 복원시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 원래 형상으로 블레이드 도브테일을 복원시키는 방법은 블레이드 도브테일의 손상 부위에서 손상된 재료를 제거하는 단계와, 제거된 손상된 재료를 대체하기에 충분한 양의 모재를 손상 부위에 물리 증착시키는 단계와, 블레이드 도브테일을 원래 형상으로 기계 가공하는 단계를 포함한다.
도1은 본 발명의 압축기 디스크, 블레이드 및 블레이드 도브테일을 도시하는 도면.
도2는 블레이드 도브테일 계면의 상세한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 압축기 디스크
13 : 블레이드
15 : 슬롯
17 : 정합면
19 : 접촉면
21 : 마모 방지 재료
23 : 도브테일
근모재(near parent material)의 화학적 성질과 근모재의 특성을 갖는 재료를 손상된 팬 및/또는 압축기 블레이드(13)의 도브테일(23)에 적용하여 블레이드(13)를 작동 상태로 복원하는 방법을 채택하는 것이 본 발명의 주요한 특징이다. 본 명세서에서 사용된, "모재 조성물"은 도브테일(23)이 구성되는 재료와 사실상 유사한, 도브테일(23)에 첨가되는 재료를 말한다. "근모재"는 블레이드의 구조적 조건을 충분히 만족시키기 위한 도브테일 구성 재료에 대한 금속 처리의 유사성을 말한다.
본 발명의 손상된 접촉면(19)을 치수적으로 복원하는 방법은 아래와 같다. 먼저, 손상된 도브테일 접촉면(19)이 점검되고, (존재할 경우) 손상된 재료는 기계 가공 또는 연마에 의해 제거된다. 기계 가공은 표면 결함을 완전히 제거하도록 충분한 깊이로 진행된다. 일반적으로, 이러한 제거를 달성하기 위해 필요한 깊이는 약 0.127 내지 0.254 mm(5 내지 10 mil)이다. 바람직하게는, 기계 가공은 손상된재료가 완전히 제거된 다음 약 0.05 mm(2 mil) 까지 계속된다.
다음으로, 캐소드 아크 증기 증착 또는 전자 비임 물리 증기 증착법(EBPVD)을 사용하여, 블레이드 재료와 유사한 합금 함량을 갖는 재료가 손상 부위의 손상된 도브테일 접촉면(19)에 적용된다. 바람직한 실시예에서, 증기 입자를 가속시키고 코팅의 결합 강도를 증가시키기 위해 이온이 강화된, 변형된 EBPVD가 사용된다. 바람직한 실시예에서, 팬 블레이드를 복원할 때 사용되는 합금은 Ti-6Al-4V 합금(즉, Ti6-4) 또는 알루미늄 함량이 더 낮은 다른 합금이다. 압축기 블레이드를 복원하기 위해 주로 사용되는 것으로서 몰리브덴 또는 다른 내화 성분을 포함하는 합금의 경우, 제3의 공정, 즉 전자 비임 플래쉬 증기 증착법이 사용될 수 있다. 이러한 예에서, 바람직하게는 Ti-8Al-1V-1Mo 합금이 사용된다. 바람직한 실시예에서, 사용되는 합금은 도브테일이 형성되는 재료와 동일하다. 다른 바람직한 실시예에서, Ti6-4는 다른 티타늄 합금의 기판에 증착될 수 있다.
바람직하게는, 증기 증착은 13.59 ×10-3내지 13.59 ×10-6㎏f/㎡(10-3내지 10-6torr)의 공정 압력에서 수행된다. 더 바람직하게는, 공정 압력은 약 13.59 ×10-4㎏f/㎡(10-4torr)이다. 바람직하게는, 증착 속도는 분당 10 내지 50 ㎛이다. 가장 바람직하게는, 증착 속도는 분당 약 20 ㎛이다.
증착이 수행된 후, 접촉면(19)이 기계 가공되거나 원래 형상으로 연삭된다. 본 설비 제조자가 요구하는 임의의 코팅이 블레이드 도브테일(23)에 도포된다. 양호하게는, 상기 개시된 바와 같은 마모 방지 재료가 블레이드 도브테일에 도포된다.
물리 증기 증착 공정이 수행된 후, 도브테일(23)은 숏 피닝(shot peening)될 수도 있다. 숏 피닝은 금속 비드, 일반적으로 강철 비드가 목표 대상의 표면과 충돌하도록 고속으로 숏되는 방법이다. 이렇게 반복적으로 충돌함으로써, 압축된 표면층은 구조적 파손을 일으키는 표면 크랙(crack)에 저항하는 도브테일(23)의 내성을 증가시킨다.
본 발명에 따르면, 여기에서 상술된 목적들, 수단, 및 장점들을 완전히 충족시키는 작동 상태로 블레이드를 복원시키도록 결함 블레이드 도브테일 상에 금속을 물리 증착시키는 방법이 제공되었다는 것이 명백하다. 본 발명이 특정 실시예의 범주에서 설명되었지만, 다른 대안, 변형, 및 변화가 상기 설명을 읽는 당해 기술 분야의 숙련자들에게 명백해질 것이다. 예를 들면, 임의의 손상된 가공 부품, 특히 티타늄 합금으로 가공된 부품 상에 금속을 물리 증착시키는 것을 포함하는 본 발명의 교시의 확장이 본 발명에 포함된다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 넓은 범위 내에 있는 이러한 대안, 변형, 및 변화를 포함한다.
본 발명에 따르면, 부식 또는 마모된 블레이드 도브테일에 모재를 물리 증착하여, 블레이드를 작동 상태로 복원시키는 방법을 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 블레이드 도브테일을 원래 형상으로 복원하기 위한 방법이며,
    블레이드 도브테일의 손상 부위에서 손상된 재료를 제거하는 단계와,
    상기 제거된 손상 재료를 대체하기에 충분한 양의 금속을 상기 손상 부위에 물리 증착시키는 단계와,
    상기 도브테일을 상기 원래 형상으로 기계 가공하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기계 가공된 도브테일의 표면에 마모 방지 재료를 도포하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마모 방지 재료를 도포하는 단계는 알루미늄-청동, 구리-니켈 및 구리-니켈-인듐을 포함하는 그룹으로부터 선택된 마모 방지 재료를 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 블레이드 도브테일을 숏 피닝하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 블레이드 도브테일에서 상기 손상된 재료를 제거하는 단계는 압축기 블레이드 도브테일과 팬 블레이드 도브테일을 포함하는 그룹으로부터 선택된 블레이드 도브테일에서 재료를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속을 물리 증착시키는 단계는 증기 증착, 전자 비임 물리 증기 증착 및 전자 비임 플래쉬 증기 증착을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방식으로 물리 증착을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속을 물리 증착시키는 단계는 Ti-6Al-4V와 Ti-8Al-1V-1Mo를 포함하는 그룹으로부터 선택된 금속을 물리 증착시키는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 손상된 재료를 제거하는 단계는 대략 0.127 내지 0.254 ㎜(5 mil 내지 15 mil) 사이의 깊이로 상기 도브테일을 기계 가공하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금속을 물리 증착시키는 단계는 상기 손상된 재료가 Ti-6Al-4V와 다른 티타늄 합금을 포함할 때 Ti-6Al-4V를 물리 증착시키는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 물리 증착을 수행하는 단계는 13.59 ×10-3kgf/㎡ 내지 13.59 ×10-6kgf/㎡(10-3torr 내지 10-6torr) 사이의 압력에서 수행되는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 물리 증착을 수행하는 단계는 약 13.59 ×10-4kgf/㎡ (10-4torr)의 압력에서 수행되는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 금속을 물리 증착시키는 단계는 분당 10 ㎛ 내지 분당 50 ㎛ 사이의 속도에서 수행되는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 금속을 물리 증착시키는 단계는 분당 약 20 ㎛의 속도로 수행되는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 금속을 물리 증착시키는 단계는 모재 조성물을 증착시키는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 금속을 물리 증착시키는 단계는 근모재를 증착시키는 단계를 포함하는 방법.
  16. 기계 가공된 부분들을 원래 형상으로 복원시키기 위한 방법이며,
    손상 부위에서 상기 기계 가공된 부분으로부터 손상된 재료를 제거하는 단계와,
    상기 제거된 손상 재료를 대체하기에 충분한 양의 금속을 상기 손상 부위에 물리 증착시키는 단계와,
    상기 기계 가공된 부분을 원래 형상으로 기계 가공하는 단계를 포함하는 방법.
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