KR20060115588A - 초합금 수리 방법 및 삽입체 - Google Patents

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KR20060115588A
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refractory metal
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blocking element
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에드워드 알. 스젤라
노만 피에트루스카
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유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

내부 공간을 갖도록 구성요소를 형성하거나 재제작하는 방법이다. 내화 금속 차단 요소는 내부 공간 내에 적어도 일부가 위치된 상태로 정 위치에 형성된다. 물질은 용접, 레이저 클래딩 및 확산 브레이징 중 적어도 하나에 의해 추가되고, 차단 요소는 내부 공간으로의 물질의 유입을 적어도 부분적으로 차단한다. 차단 요소가 제거된다.
내화 금속계 차단 요소, 내부 공간, 확산 브레이징, 레이저 클래딩

Description

초합금 수리 방법 및 삽입체 {SUPERALLOY REPAIR METHODS AND INSERTS}
도1은 가스 터빈 엔진의 터빈 블레이드의 도면.
도2는 수리 중의 도1의 블레이드의 에어포일 일부의 확대도.
도3은 선 3-3을 따라 취한 도2의 에어포일의 단면도.
도4는 다른 수리 중의 도1의 에어포일의 유사한 단면도.
도5는 다른 수리의 중간 단계 중의 도1의 블레이드의 에어포일 일부의 확대도.
도6은 도5의 에어포일의 단면도.
도7은 가스 터빈 엔진의 터빈 베인의 도면.
도8은 선 8-8을 따라 취한 수리의 중간 단계 중의 도7의 베인의 에어포일의 단면도.
도9는 선 9-9를 따라 취한 수리의 중간 단계 중의 도7의 베인의 에어포일의 부분 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
22 : 블레이드
24, 202 : 에어포일
28 : 플랫폼
36 : 압력 측
38 : 흡입 측
50 : 공동
52 : 삽입체
70 : 중심 웨브
80 : 간극
82 : 내화 금속 페이스트 비드
200 : 베인
208 : 선단 에지
210 : 후단 에지
212 : 선단 에지 냉각 구멍
214 : 후단 에지 슬롯
본 발명은 니켈계 또는 코발트계 초합금 부분의 제작, 재제작 및 복구에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 터빈 및 압축기 블레이드와 베인, 블레이드 외부 공기 시일 및 트랜지션 덕트부를 포함하는, 결함이 있고 마모 및/또는 손상된 가스 터빈 엔진 구성요소의 복구 및/또는 재제작에 관한 것이다.
가스 터빈 엔진의 구성요소는 마모되고 손상되기 마련이다. 임의의 구성요 소의 적당한 손상 및 마모도 엔진의 최적 작동을 방해할 수 있다. 특정한 관심 영역은 다양한 블레이드와 베인의 에어포일 및 시일과 같은 가스 통로와 상호 작용하는 부분을 포함한다. 마모 및 손상은 상기 부분의 공기역학적 효율을 저하시켜, 동적 힘 불균형을 발생시키고, 더 심한 경우에는 마모된 부분/손상된 부분을 구조적으로 손상시킬 수도 있다.
가스 터빈 엔진의 마모된 부분 또는 손상된 부분을 더 광범위하게 복구하기 위해 다양한 기술이 제안되었다. 미국 특허 제4,822,248호에는 니켈계 또는 코발트계 초합금 물질을 적층하도록 플라즈마 토치를 사용하는 방법이 개시되어 있다. 미국 특허 제5,732,467호에는 이러한 터빈 요소의 균열을 수리하기 위한 고속 산소 연료(high velocity oxy-fuel; HVOF) 및 저압 플라즈마 분무(low pressure plasma spray; LPPS)의 사용 방법이 개시되어 있다. 또한, 미국 특허 제5,783,318호에는 LPPS 기술 이외에도 레이저 용접 및 플라즈마 전사 아크 용접(plasma transferred arc welding)이 개시되어 있다. 미국 특허 제6,049,978호에는 HVOF 기술의 다른 사용 방법이 개시되어 있다. 이러한 기술은 원형이거나 원형에 가까운 단면을 복구하도록 대체 물질을 축적하는 제한된 기능을 제공하였다. 그러나, 대체 물질의 구조적 특성은 기초 물질의 구조적 특성에 비해 상당히 제한적일 수 있다. 미국 특허 제4,008,844호 및 제6,503,349호에는 천이 액상 확산 브레이징 수리(trasient liquid phase diffusion brazing repair)를 위한 방법 및 수리 물질이 개시되어 있다. 터보픽스(TURBOFIX) 제품의 수리 물질이 이용가능하다.
균열은 어느 정도 좁은 (예컨대, 0.25mm 이하) 경향이 있지만, 엔진 노출 및 산화에 따라 더 넓어질 수 있다. 얇은 균열에 대해서는, 확산 접합 균열 수리부 (즉, 균열을 확장하도록 균열을 기계 가공하는 단계가 없음)를 형성하는 것이 유리할 수 있다. 또한, 이는 금속 기재의 균열 "힐링(healing)"으로서 나타낼 수 있다. 힐링의 장점은 균열을 가로지르는 작은 횡방향 거리로 인하여 실질적 확산이 가능하여, 융점 저하제(melting point depressant)가 균열 내의 물질로부터 확산되고 기초 금속 조성에 매우 가깝게 되는 것이다. 전형적인 니켈계 초합금에 대해, 이로 인하여 기계적 특성이 기초 금속의 기계적 특성과 가까운 등온 응고 구조(isothermally solidified structure)가 형성된다.
더 큰 결함(예컨대, 깨끗한 기초 금속 표면을 제공하도록 제거될 필요가 있는 큰 칩, 마모된 영역 또는 오염된 균열)에 대해, "축적" 수리(예컨대, 수리 물질의 일부가 기재의 가장 가까운 기초 금속으로부터 대략 1mm 이상 축적됨)가 필요하다. 많은 경우에, 특별히 설계된 "기형성부(preform)"(즉, 보철물)가 순환 축적 수리를 위해 개발될 수 있지만, 통상의 합금 혼합물이 균열 및 축적 수리를 위해 사용될 수 있다. 축적 수리에 대해, 통상적으로 부분 등온 구조만이 소정의 확산 거리에 대한 확산 시간의 제한으로 인해 달성된다. 이와 같이, 균열 수리는 형성된 입자 구조를 갖춘 기초 합금에 더 비슷한 경향이 있지만, 축적 수리는 거칠고 더 전체적인 마이크로구조 형태를 갖는다.
냉각 통로를 갖는 부분에 대해, 통로가 손상된 장소 또는 마모된 장소를 가로지는 경우 상기 통로를 보호하기 위한 다양한 기술이 제안되었다. 미국 특허 제6,742,698호에는 에어포일의 후단 에지 영역을 따라 용접 수리와 함께 사용된 내화 금속 삽입체가 개시되어있다. 미국 특허 제5,935,718호에는 브레이징 및 납땜 수리에 사용된 삽입체가 개시되어있다.
따라서, 본 발명의 일 태양은 내부 공간을 갖도록 구성요소를 형성하거나 재제작하는 방법을 포함한다. 내화 금속 차단 요소는 적어도 일부가 내부 공간 내에 위치된 상태로 정 위치에 형성된다. 물질은 용접(예컨대, 가스 텅스텐 아크 용접), 레이저 클래딩(laser cladding) 및 확산 브레이징(diffusion brazing) 중 적어도 하나에 의해 추가되고, 차단 요소는 내부 공간으로의 물질의 유입을 적어도 부분적으로 차단한다. 차단 요소가 제거된다.
다양한 실시예에서, 형성 단계는 미리 형성된 차단 요소의 제1 부분을 삽입하고 차단 요소의 제2 부분을 정 위치에 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 부분의 형성 단계는 시트 스톡(sheet stock)의 절단, 스탬핑 가공 및 주조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 부분은 내화 금속 분말 및 접합제 조합물로 형성될 수 있다. 제2 부분은 본질적으로 상기 내화 금속 및 상기 접합제를 포함할 수 있다. 내화 금속 분말은 내화 금속의 혼합물을 포함할 수 있다.
형성 단계는 내화 금속 분말과 접합제를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 혼합된 내화 금속 분말 및 접합제는 구성요소에 적용될 수 있다. 적용된 내화 금속 분말 및 접합제는 성형될 수 있다.
상기 일부는 이미 존재하는 내부 공간의 부분 내에 삽입된 제1 부분 및 제2 부분을 포함한다. 구성요소는 본래 상기 내부 공간이 없을 수 있다. 추가 단계는 제1 및 제2 성분 분말의 혼합물을 포함하는 분말식 물질을 사용하는 확산 브레이징을 포함할 수 있고, 제2 분말은 중량에 있어서 분말식 물질의 대부분이고 제1 분말은 제1 분말의 용융시 제2 분말을 침투시키는 작용을 할 수 있다. 제1 분말 성분은 조성에 있어서 제2 분말의 융점 저하제의 양을 대체로 초과하는 양의 융점 저하제를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 성분 분말은 1:10 내지 1:2의 질량비로 존재할 수 있다. 제1 성분 분말은 적어도 2.5%의 붕소를 가질 수 있고 제2 성분 분말은 0.5% 미만의 붕소를 가질 수 있다. 제1 성분 분말은 저어도 2%의 붕소를 가질 수 있고 제2 성분 분말은 1% 미만의 붕소를 가질 수 있다. 제1 및 제2 성분 분말은 니켈계일 수 있다. 내부 공간은 구성요소가 제1 물질을 소실하는 손상 장소로 연장될 수 있다. 방법은 기초 표면을 형성하도록 손상 장소로부터 적어도 부분적으로 추가 물질을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 물질을 추가하는 단계는 제1 물질 및 추가 물질 대신에 적어도 부분적으로 기초 표면 위에 물질을 추가할 수 있다. 물질은 상기 제1 물질을 대부분 대체할 수 있다. 차단 요소는 내부 공간의 경계를 정하는 구성요소의 내부면 부분을 재형성하는데 효과적인 형상을 갖는 제1 표면부를 가질 수 있다. 배치 단계는 제1 표면부가 구성요소의 원상태인 부분으로부터 적어도 부분적으로 돌출되게 할 수 있다. 물질을 추가하는 단계는 제1 표면부 위에 물질을 추가하는 단계를 포함할 수 있다. 구성요소는 내부적으로 냉각되는 가스 터빈 엔진 터빈 섹션 요소일 수 있다. 물질은 니켈계 또는 코발트계 초합금을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 구성요소는 니켈계 또는 코발트계 초합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기재 물질을 포함할 수 있다. 구성요소는 에어포일을 갖는 블레이드일 수 있고 물질은 에어포일의 첨단을 따라 추가될 수 있다. 구성요소는 에어포일을 갖는 베인 또는 블레이드일 수 있고 물질은 에어포일의 후단 에지를 따라 추가될 수 있다. 물질은 적어도 2.0 mm의 깊이로 추가될 수 있다. 방법은 에어포일의 외형을 복구하도록 물질을 기계 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 차단 요소의 배치 단계는 미리 형성된 삽입체를 트리밍하는 단계를 포함할 수 있다. 제거 단계는 화학적 제거 및 기계적 제거 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제거 단계는 풀링을 포함할 수 있다. 방법은 재설계 및 재제작 공정의 일부이며, 구성요소는 상기 내부 공간 없이 사용되고 상기 공간은 열-기계적 피로에 대한 저항을 향상시키는 기능을 할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세한 설명이 첨부한 도면 및 이하의 설명으로 기재되어 있다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 효과는 상세한 설명, 도면 및 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.
다양한 도면에서 동일한 도면 번호 및 기호는 동일한 요소를 나타낸다.
도1은 터빈 요소(예컨대, 가스 터빈 엔진 터빈 블레이드(22))를 도시한다. 예시적인 블레이드(22)는 플랫폼(28)에서 뿌리(26)로부터 첨단(30)까지 연장된 에어포일(24)을 포함한다. 에어포일은 압력 측(36)과 흡입 측(38)을 분리하는 선단 에지(32) 및 후단 에지(34)를 갖는다. 플랫폼(28)은 터빈 엔진을 통한 코어 유동로의 내부 경계부/벽을 형성하기 위한 외부 부분(40)을 갖는다. 장착부 또는 블레이드 뿌리(42)는 터빈 엔진의 디스크에 블레이드를 고정하기 위해 플랫폼(28)의 하 부면으로부터 중앙에 현수된다. 선택적으로, 모든 부분 또는 몇몇 부분(예컨대, 플랫폼(28) 및 에어포일(24))은 피복될 수 있다. 냉각 통로 네트워크(도1에 도시 안됨)는 뿌리의 하나 이상의 입구에서 복수의 출구까지 블레이드 측, 에지, 첨단 및/또는 뿌리를 따라 블레이드를 통해 연장할 수 있다. 예시적인 블레이드는 니켈계 또는 코발트계 초합금으로 제조될 수 있다.
블레이드 또는 다른 구성요소의 다양한 부분은 다양한 종류의 손상을 입을 수 있다. 따라서, 블레이드의 수리 또는 재제작은 손실된 물질을 대체하도록 물질을 추가하는 것이 필요할 수 있다. 또한, 물질의 추가는 초기 제작, 증강 및 재구성 등을 포함하는 다양한 손상되지 않은 상태에 적절할 수 있다. 다양한 상태에서, 추가 물질은 통로 네트워크의 부분과 같은 내부 공간에 인접하게 추가되어야 한다. 추가 물질이 지지/차단 요소 위에 축적될 때 지지 스캐폴드(backing scaffold)로서 기능하고 추가 물질의 유입으로부터 내부 공간을 차단하도록 희생 지지/차단 요소(sacrificial backing/blocking element)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 지지/차단 요소에 대한 몇몇 사용예는 구성요소의 표면에 대한 출구의 보존을 포함한다. 다른 상태는 개구를 폐쇄하도록 추가 물질을 이송하는 것을 포함한다. 예컨대, 개구는, 손상된 표면을 세척하거나 손상된 표면을 또한 정비하도록 기계 가공에 의해 형성되거나 손상에 의해 형성된 내부 공동에 대한 파열구(breach)일 수 있다.
도2는 첨단(30)에서 첨단 부분(48)이 제거되어, 냉각 통로/공동(50)이 노출된 예시적인 상태를 도시한다. 공동(50)을 차단하고 추가 물질을 위해 부분 기부 를 제공하도록, 내화 삽입체가 지지/차단 요소의 일부로서 공동(50)에 설치되고 공동으로부터 소정의 거리로 돌출할 수 있다. 도3은 에어포일(24)의 압력 측벽 부분(60)과 흡입 측벽 부분(62) 사이에 배치된 삽입체(52)를 도시한다. 예시적인 삽입체(52)는 스탬핑 가공되거나 다르게는 시트 금속을 절단하여 형성할 수 있다. 예시적인 삽입체(52)는 공동(50)에 대응하도록 대체로 형성된 중심 웨브(70)를 포함한다. 예시적인 삽입체(52)는 공동(52)으로 연장된 압력 및 흡입 측부(72, 74)를 갖는 벽 구조체를 포함한다.
제작 또는 다른 제한으로 인해, 삽입체(52)와 블레이드의 인접한 원상태인 부분 사이에 하나 이상의 간극(80)이 존재할 수 있다. 상기 간극(80)을 폐쇄하고 삽입체(52)의 고정을 선택적으로 돕도록, 내화 금속 페이스트 비드(82)가 블레이드와 삽입체(52) 사이에 적용될 수 있다. 예시적인 페이스트(82)는 내화 금속 분말 및 접합제로 형성될 수 있다. 삽입체(52) 및 비드(82)는 함께 차단/지지 요소를 형성할 수 있다. 삽입 후, 비드(82)는 (예컨대, 추가 물질을 따라 공동에 대한 소정의 최종 형상을 형성하도록 삽입체(52)와 함께 부드럽고 연속적인 형상을 형성하는) 스컬프팅(sculpting)과 같은 한번 이상의 추가 성형 단계를 거칠 수 있다. 그 후, 추가 물질(90)이 적용될 수 있다.
도4는 삽입체(52)가 내화 금속 페이스트 본체(100)에 미리 매립된 다른 실시예를 도시한다. 그 후, 조합체는 공동(52)에 삽입된다. 삽입 중에, 본체(100)는 블레이드를 수용하도록 변형될 수 있다. 처음 삽입 후, 다른 성형/형성 단계가 있을 수 있다. 이러한 단계는 삽입 중에 내화 금속 페이스트 본체(100)로부터 변경 된 임의의 과도한 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
도5 및 도6은 분리된 미리 형성된 삽입체 또는 다른 부분이 없는 경우 내화 금속 페이스트(120)가 지지 요소를 형성하도록 사용되는 다른 실시예를 도시한다. 페이스트(120)는 다양한 기술 중 임의의 하나에 의해 정 위치에 성형되거나 스컬프팅된다.
도7은 내부 플랫폼(204)과 외부 보호판(206) 사이에 연장된 에어포일(202)을 갖는 베인(200)을 도시한다. 에어포일은 선단 에지(208) 및 후단 에지(210)를 각각 갖는다. 베인 냉각 통로 네트워크는 선단 에지 냉각 구멍(212) 및 후단 에지 슬롯(214)의 형태인 출구를 포함한다. 블레이드 에어포일과 같이, 에어포일의 선단 에지 구역은 외부 이물 손상의 영향을 특히 받기 쉽고 후단 에지 영역은 열-기계적 피로의 영향을 특히 받기 쉽다. 따라서, 선단 에지는 칩(220)을 가질 수 있고 슬롯(214)으로부터 연장된 (예컨대, 압력 측을 따르는) 크랙(222)이 존재할 수 있다. 도8 및 도9는 차단/지지 요소를 정 위치에 형성하도록 냉각 구멍(212) 및 출구 슬롯(214)으로 주입된 내화 금속 물질(230)을 도시한다. 페이스트(230)은 냉각 구멍(212) 및 슬롯(214)에 인접한 베인 상에 축적된 추가 물질(232)의 침투를 방지한다.
추가 물질(90, 232)은 복수의 공정에 의해 적용될 수 있다. 예시적인 공정은 레이저 클래딩 및 확산 브레이징과 같은 고에너지 공정이다. 양호한 확산 브레이징은 본 명세서에서 참조되는 미국 특허 제4,008,844호에 개시된 바와 같은 천이 액상(TLP) 형성 공정의 사용을 포함한다. 이러한 공정에서, 복수의 합금의 분말이 적용 장치에 의해 혼합되거나 미리 혼합되어 제공된다. 성분 분말은 작업편 특성을 고려하여 선택될 수 있다. 예시적인 분말 물질은 TLP-형성 분말 및 주 분말을 포함한다. 예시적인 주 분말은 소정의 적층물(및 기재 물질)과 유사한 조성을 가질 수 있다. TLP 분말은 달리 대체로 유사한 조성을 가질 수 있지만 붕소 및/또는 규소와 같은 적어도 하나의 융점 저하제를 포함한다. 주 분말보다 TLP-형성 분말에서 이러한 저하제의 농도가 대체로 더 높아, TLP-형성 분말에 대해 비교적 낮은 융점을 가능케하여 용융된 TLP-형성 분말이 주 분말 및 기재로 침투하는 것을 용이하게 한다. 주 분말의 이러한 저하제는 본질적으로 소모되고 수리부의 전체 저하제에 부가될 수 있다(그 결과, 재용융 온도를 절충한다).
작업편(예컨대, 예시적인 블레이드(22) 및 베인(200))은 니켈계 또는 코발트계 초합금 기재(예컨대, 이러한 기재는 보호 피복을 가질 수 있다)로 이루어지거나 이를 포함할 수 있다. 방법은 (예컨대, 손상과, 세척 및 준비로 인해) 기재로부터 손실된 물질을 대체하기 위한 적층물을 형성하거나 (예컨대, 제작 결함부를 채우고, 상이한 물질로 피복하고 또는 다른 방법으로) 증강하도록 사용될 수 있다.
물질 적용 전에, 상기 장소는 오염물이 세척될 수 있다. 보호 피복은 국부적으로 또는 전체적으로 제거되거나 적소에 남겨질 수 있다. 피복 제거는 (예컨대, 세라믹 장벽 피복에 대한) 그릿 분사(grit blast) 또는 액체 산(예컨대, 금속 피복의 제거를 위한 염화수소/질소 산 용액)에 대한 노출에 의해 이루어질 수 있다. 진공 세척 또는 플루오르화물 이온 세척(fluoride ion cleaning)과 같은 추가 단계가 엔진 작동 중에 형성된 접착 산화물을 제거하도록 사용될 수 있다. 산화 생성물이 깊은 균열로 퍼진 경우, 플루오르화물 세척이 가장 적절하다. 또한, 부식물은 화학적 수단 또는 그릿 분사에 의해 제거될 수 있다.
사용되는 경우, 삽입체(52)는 (예컨대, 니오브, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐 및 이들의 합금/조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된) 내화 금속으로 미리 형성될 수 있다. 예시적인 형성 단계는 시트 스톡으로 이루어질 수 있고 절단 및 성형(예컨대, 절첩/절곡 또는 스탬핑 가공)를 포함할 수 있다. 페이스트(82, 100, 120, 230)는 하나 이상의 이러한 내화 금속의 분말과 하나 이상의 접합제를 혼합함으로써 형성될 수 있다. 예시적인 접합제는 월 콜모니사(Wall Colmonoy Corporation, Madison Heights, Michigan)의 니크로브라즈 에스(NICROBRAZ S) 접합제이다. 특히, 페이스트의 확산 특성(예컨대, 페이스트가 적용된 물질(90, 232)로부터 융점 저하제를 추출하는 싱크로서 작용하는 정도)을 최적화하도록 상이한 내화 금속의 혼합물을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 저하제 추출은 적용된 물질 및 인접한 기재 물질에 달리 잔류할 수 있는 일부의 저하제를 제거한다. 이는 최종 구성요소 성능을 향상시키도록 적용된 물질 및 인접한 기재 물질의 재용융 온도를 상승시킨다. 마찬가지로, 페이스트 혼합물은 비내화 성분을 포함할 수 있다. 상기 비내화 성분은 수리 물질 및/또는 기재와 소정 상호 작용을 하도록 대체될 수 있다 (예컨대, 수리 물질로 확산되는 성분, 싱크로서 작용하는 성분 또는 달리 화학적으로 반응하는 성분을 제공함).
예시적인 TLP 수리에서, 지지/차단 요소 형성 후, 수리 물질의 페이스트 패치는 구성요소의 상기 장소에 적용된다. 예시적인 점성 수리 물질 페이스트는 오 염을 방지하도록 용제로 처리된 적절한 휘발성 접합제와 합금 분말을 조합함으로써 형성된다. 접합제는 페이스트가 가열될 때 바람직하지 않은 찌꺼기를 남기지 않고 연소될 수 있다. 유리하게는, 접합제는 TLP 물질의 용융이 개시되기 전에 적절히 연소된다 (예컨대, 1000℉ 이하에서 연소된다). 예시적인 접합제는 월 콜모니사의 니크로브라즈 에스 접합제이다.
접합을 개시하도록, 페이스트가 적용된 에어포일이 가열된다. 예시적인 처리 사이클에서, 구성요소 및 페이스트는 적절한 보호 분위기(예컨대, 불활성 가스, 진공 또는 공정과 불리하게 상호작용하지 않는 다른 가스)에서 가열된다. 니켈계 초합금 시스템에 대한 예시적인 온도는 대략 2200℉(예컨대, 2150℉ 내지 2275℉)이다. 이러한 가열의 예시적인 기간은 5 시간 내지 24 시간(예컨대, 대략 10 시간)이다. 상기 가열은 제2 분말 전체에 걸쳐 저하제의 실질적인 확산을 제공하고 지지/차단 요소에 의해 일부가 취해진 인접한 기재로의 저하제의 실질적인 확산을 제공하기에 충분하다. 이러한 가열 후, 구성요소는 급속히 냉각된다. 코발트계 초합금 시스템에 대한 제2 예시적인 처리 사이클에서, 구성요소 및 페이스트는 적절한 보호 분위기에서 더 짧은 기간 동안 더 높은 온도로 가열된다. 예시적인 온도는 대략 2300℉(예컨대, 2250℉ 내지 2350℉)이다. 이러한 가열의 예시적인 기간은 대략 30분 미만이고, 바람직하게는 15분 이하이며, 급속 냉각이 뒤따른다.
그 후, 지지/차단 요소는 침출에 의해 제거될 수 있다. 구성요소의 외형은 적용된 물질을 기계 가공함으로써 복구될 수 있다. 그 후, 구성요소는 시효 열처리(aging heat treatment)를 받게 된다. 피복은 (기계 가공된 패치 영역 위에 전 체적으로 또는 일부 피복이 원상태인 경우 기계 가공된 패치 영역 위에 국부적으로) 적용될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예가 기술되었다. 그렇지만, 다양한 변형예가 본 발명의 기술 사상 및 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 예컨대, 터빈 블레이드 및 베인에 특히 유용하지만, 본 방법은 다른 블레이드 및 다른 터빈 엔진 부분 및 터빈이 아닌 부분에 적용될 수 있다. 특정한 터빈 엔진 부분 또는 다른 부분과 손상되기 쉬운 특정한 마모부 또는 손상부의 상세는 소정의 복구의 상세에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 다른 실시예는 이하의 특허청구범위의 범주 내에 있다.
본 발명에 따르면, 터빈과 압축기 블레이드 및 베인, 블레이드 외부 공기 시일 및 트랜지션 덕트부를 포함하며, 결함이 있고, 마모되고 그리고/또는 손상된 가스 터빈 엔진 구성요소의 복구 및/또는 재제작 방법을 제공할 수 있다.

Claims (30)

  1. 내부 공간을 갖도록 구성요소를 형성하거나 재제작하는 방법이며,
    내부 공간 내에 적어도 일부가 위치된 상태로 내화 금속계 차단 요소를 정 위치에 형성하는 단계와,
    차단 요소는 내부 공간으로의 물질의 유입을 적어도 부분적으로 차단하며, 용접, 레이저 클래딩 및 확산 브레이징 중 적어도 하나에 의해 구성요소에 물질을 추가하는 단계와,
    차단 요소를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 형성하는 단계는,
    미리 형성된 상기 차단 요소의 제1 부분을 삽입하는 단계와,
    상기 차단 요소의 제2 부분을 정 위치에 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 형성하는 단계는,
    절단과, 스탬핑 가공과 주조 중 하나 이상을 포함하는, 상기 제1 부분을 형성하는 단계와,
    하나 이상의 내화 금속을 포함하는 분말 및 접합제로부터 상기 제2 부분을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 부분은 본질적으로 상기 내화 금속 및 상기 접합제를 포함하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 내화 금속 분말은 내화 금속의 혼합물을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 형성하는 단계는 내화 금속 분말과 접합제를 혼합하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 형성하는 단계는 혼합된 내화 금속 분말 및 접합제를 구성요소에 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 형성하는 단계는 적용된 내화 금속 분말 및 접합제를 성형하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 일부는 미리 존재하는 내부 공간의 부분 내에 삽입된 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 구성요소는 본래 상기 내부 공간이 없는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 추가하는 단계는 제1 및 제2 성분 분말의 혼합물을 포함하는 분말식 물질을 사용하는 확산 브레이징을 포함하며,
    제2 분말은 중량에 있어서 분말식 물질의 대부분이고, 제1 분말은 제1 분말의 용융시 제2 분말을 침투시키는 작용을 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 제1 분말 성분은 조성에 있어서 제2 분말의 융점 저하제의 양을 대체로 초과하는 양의 융점 저하제를 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 제1 및 제2 성분 분말은 1:10 내지 1:2 사이의 질량비로 존재하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 제1 성분 분말은 적어도 2.5 중량%의 붕소를 갖고,
    제2 성분 분말은 0.5 중량% 미만의 붕소를 갖는 방법.
  15. 제11항에 있어서, 제1 성분 분말은 적어도 2 중량%의 붕소를 갖고,
    제2 성분 분말은 1 중량% 미만의 붕소를 갖는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 제1 및 제2 성분 분말은 니켈계인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 내부 공간은 구성요소가 제1 물질을 소실하는 손상 장소로 연장하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 기초 표면을 생성하도록 손상 장소로부터 적어도 부분적으로 추가 물질을 제거하는 단계를 더 포함하며,
    물질을 추가하는 단계는 제1 물질 및 추가 물질 대신 적어도 부분적으로 기초 표면 위에 물질을 추가하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 물질은 상기 제1 물질을 대부분 대체하는 방법.
  20. 제1항에 있어서, 차단 요소는 내부 공간의 경계를 정하는 구성요소의 내부 표면부를 재형성하는데 효과적인 형상을 갖는 제1 표면부를 갖고,
    배치 단계는 제1 표면부가 구성요소의 원상태인 부분으로부터 적어도 부분적으로 돌출하게 하고,
    물질을 추가하는 단계는 제1 표면부 위에 물질을 추가하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제1항에 있어서, 구성요소는 내부적으로 냉각되는 가스 터빈 엔진 터빈 섹션 요소인 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 물질은 니켈계 또는 코발트계 초합금을 포함하는 그룹 으로부터 선택되는 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 구성요소는 니켈계 또는 코발트계 초합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기재 물질을 포함하는 방법.
  24. 제1항에 있어서, 구성요소는 에어포일을 갖는 블레이드이며, 물질은 에어포일의 첨단을 따라 추가되는 방법.
  25. 제1항에 있어서, 구성요소는 에어포일을 갖는 블레이드이며, 물질은 에어포일의 후단 에지를 따라 추가되는 방법.
  26. 제1항에 있어서, 물질은 적어도 2.0 mm의 깊이로 추가되는 방법.
  27. 제1항에 있어서, 에어포일의 외형을 복구하도록 물질을 기계 가공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  28. 제1항에 있어서, 제거하는 단계는 화학적 제거 및 기계적 제거 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  29. 융점 저하제를 사용하여 확산 수리를 수행하는 단계와,
    상기 융점 저하제용 싱크로서 희생 내화 금속계 페이스트를 사용하는 단계를 포함하는 제품 수리 방법.
  30. 제품의 초합금 기재에 추가 초합금 물질을 추가하는 방법이며,
    초합금 기재에 대해 내화 금속계 지지 요소를 배치하는 단계와,
    지지 요소와 기재 사이에 필터를 제공하도록 희생 내화 금속계 페이스트를 사용하는 단계와,
    추가 초합금 물질을 추가하는 단계를 포함하는 방법.
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