KR20200008165A

KR20200008165A - 터보머신 엔진 구성요소의 브레이즈 수리

Info

Publication number: KR20200008165A
Application number: KR1020197038133A
Authority: KR
Inventors: 카짐 오즈베이살
Original assignee: 지멘스 에너지, 인코포레이티드
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2020-01-23
Also published as: RU2740673C1; EP3630402A1; US20190337073A1; CN110662619A; EP3630402B1; KR102295676B1; JP7008729B2; ES2927745T3; US10625357B2; CN110662619B; JP2020521638A; WO2018217213A1; SA519410596B1

Abstract

고 감마 프라임 니켈기 가스 터빈 구성요소들(1)의 구조적 브레이즈 수리를 위한 시스템(10) 및 방법들(1000)이 제공된다. 시스템은 가열 시스템(100), 예컨대 진공 노(vacuum furnace)에 동작가능하게 연결된 제어기(200)를 포함할 수 있고, 이 제어기(200)는 특정된 또는 미리 결정된 시간 기간 동안 노의 열 온도들을 제어하기 위한 것이다. 손상된 구성요소가 노에 배치되고, 제1 온도까지 가열되며, 이러한 제1 온도는, 약 실온까지 냉각되기 전에, 특정된 시간 기간 동안 유지된다. 그런 다음, 구성요소는 제1 온도보다 더 높은 제2 온도까지 가열되며, 이러한 제2 온도는, 약 실온까지 다시 냉각되기 전에, 제2 시간 기간 동안 유지된다. 냉각 후에, 구성요소는 제3 시간 기간 동안 이전의 온도들 이상의 제3 온도에서 브레이즈 수리될 수 있다.

Description

터보머신 엔진 구성요소의 브레이즈 수리

[0001] 본 개시내용은 일반적으로 재료 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업 구성요소들, 예컨대 터보머신 엔진(turbomachine engine), 예컨대 가스 터빈(gas turbine) 엔진의 구성요소들에 대한 브레이즈(braze) 수리 시스템(system)들 및 방법들에 관한 것이다.

[0002] 터보머신, 이를테면 가스 터빈 엔진에서는, 공기가 압축기 섹션(section)에서 가압되고, 그런 다음, 연소 섹션에서 연료와 혼합되고 연소되어, 뜨거운 연소 가스들이 생성된다. 고온 연소 가스들은 엔진의 터빈 섹션 내에서 팽창되고, 이 터빈 섹션에서, 전기를 생산하는 출력 전력을 제공하도록 에너지(energy)가 추출된다. 고온 연소 가스들은 터빈 섹션을 통과할 때 일련의 스테이지(stage)들을 통해 이동한다. 스테이지는 일렬의 고정식 에어포일(airfoil)들, 즉 날개들, 그 뒤에 일렬의 회전식 에어포일들, 즉 블레이드(blade)들을 포함할 수 있고, 여기서, 블레이드들은 출력 전력을 제공하기 위해 고온 연소 가스들로부터 에너지를 추출한다. 연소 및 터빈 섹션 내의 구성요소들이 고온 연소 가스들에 직접적으로 노출되기 때문에, 이들 구성요소들은 손상되고 수리를 필요로 할 수 있다.

[0003] 이들 구성요소들의 구조적 브레이즈 수리는 브레이즈 재료들의 높은 점성에 기인하여 어렵다. 더 낮은 점성에 대해 브레이즈 온도를 증가시키는 것은 구성요소의 결정립계 용융을 야기한다. 결정립계 용융은 바람직하지 않으며, 구성요소가 덜 유용하게 만든다.

[0004] 일 실시예에서, 터보머신 엔진의 하나 이상의 구성요소들을 브레이즈 수리하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 예컨대 저속 가열 레이트(slow heat rate)로, 손상된 구성요소를 제1 온도까지 가열하고 제1 시간 기간 동안 제1 온도를 유지하는 단계를 포함한다. 제1 시간 기간은 미리 결정된 또는 특정된 시간량일 수 있다. 제1 시간 기간의 만료 시에, 구성요소가 제2 시간 기간 동안 유지되는 제2 온도까지 다시 가열되기 전에, 구성요소는 예컨대 실온 또는 거의 실온까지 냉각될 수 있게 된다. 제2 온도는 제1 온도 이상일 수 있다. 제2 시간 기간은 제1 시간 기간과 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 제2 시간 기간의 만료 시에, 구성요소는 다시 냉각된다. 그 후에, 구성요소는 예컨대 비-파괴 시험을 통해 검사될 수 있으며, 그리고 남아 있는 결정립계 공정(grain boundary eutectic)의 양(amount)에 따라, 구성요소는 제1 열 처리 또는 제2 열 처리 중 임의의 열 처리와 유사한 제3 열 처리를 경험할 수 있거나, 또는 예컨대 고속 가열 레이트로, 손상된 구성요소의 브레이징(brazing) 동작이 시작될 수 있다.

[0005] 다른 실시예에서, 브레이즈 수리를 위해 구성요소를 준비하거나 또는 구성요소를 브레이즈 수리하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 가열 시스템 및 선택적으로 냉각 시스템에 동작가능하게 연결된 제어기를 포함할 수 있다. 가열 시스템은 구성요소의 용융 온도 또는 예컨대 결정립계 공정 용융 온도까지 또는 그 초과의 열 온도를 생성하도록 동작가능하게 구성될 수 있다. 냉각 시스템은, 예컨대, 추가적인 열 처리들이 요구될 수 있는지 여부를 결정하기 위한 구성요소의 검사를 위해, 약 실온까지 구성요소를 냉각시키거나 또는 구성요소의 냉각을 가능하게 하도록 동작가능하게 구성될 수 있다. 동작 중에, 손상된 구성요소는 가열 시스템에 의해 보유될(carried) 수 있고, 제어기는 가열 시스템으로 하여금 제1 온도까지 열을 생성하게 할 수 있으며, 이러한 제1 온도는 일단 도달되면 제1 시간 기간 동안 유지된다. 그런 다음, 구성요소는 냉각 시스템을 통해 그리고/또는 가열 시스템에 의해 생성된 열을 감소시킴으로써 자연적으로 냉각될 수 있다. 예컨대 실온까지 또는 냉각 페이즈(phase) 동안 구성요소를 냉각시키자마자, 구성요소는 예컨대 저속 가열 레이트를 통해 제2 열 처리 ―이러한 제2 열 처리에서, 구성요소는 제2 온도까지 가열됨― 를 경험하고, 일단 제2 온도에 도달하면, 제2 온도는 제2 시간 기간 동안 유지된다. 구성요소는 다시 냉각되며, 그리고 브레이즈 수리 동작을 시작할지, 또는 구성요소가 브레이징되기(brazed) 전에 결정립계 공정을 추가로 용해시키기 위한 후속적인 열 처리들을 수행할지를 결정하기 위해 검사될 수 있다.

[0006] 도 1은 브레이즈 수리 전의, 그리고 결정립계 용융을 야기하는 통상적인 브레이즈 수리 방법들 후의, 터보머신 엔진에서 사용하기 위한 손상된 구성요소의 개략적인 예시를 예시하고;
[0007] 도 2는 본원에서 제공된 개시내용에 따른, 그리고 구조적 브레이즈 수리를 위한 시스템의 실시예의 블록 다이어그램(block diagram)을 예시하고;
[0008] 도 3은 본원에서 제공된 개시내용에 따른, 그리고 도 2의 시스템에서 활용될 수 있는 제어기의 예시적인 실시예를 예시하고;
[0009] 도 4는 본원에서 제공된 개시내용에 따른, 그리고 결정립계 공정이 부분적으로 용해 및 수축되는, 서비싱(servicing) 동작의 단계가 구현된 후의, 도 1의 손상된 구성요소의 개략적인 예시를 예시하고;
[0010] 도 5는 본원에서 제공된 개시내용에 따른, 그리고 결정립계 공정이 추가로 용해 및 수축되는, 서비싱 동작에서의 다른 단계를 경험하는, 도 1의 손상된 구성요소의 개략적인 예시를 예시하고;
[0011] 도 6은 본원에서 제공된 개시내용에 따른, 그리고 서비싱 동작을 경험한 후에 결정립계 공정이 심지어 추가로 용해되어 상당히 더 작아지는, 서비싱 동작에서의 또 다른 단계를 경험하는, 도 1의 손상된 구성요소의 개략적인 예시를 예시하며; 그리고
[0012] 도 7은 본원에서 제공된 개시내용에 따른, 그리고 구성요소를 위한 브레이즈 수리 방법의 블록 다이어그램을 예시한다.

[0013] 이제, 제시(showing)들이 단지 본원의 발명의 요지의 실시예들을 예시하는 목적들을 위한 것이고 이들을 제한하기 위한 것은 아닌 도면들을 참조하면, 도 1은 터보머신 엔진 구성요소, 예컨대 가스 터빈 엔진 구성요소의 개략적인 예시이고, 이때, 공통 결정립계 저 용융점 공정은 통상적인 브레이즈 수리 방법들 전후에 자신의 야금 구조로 있으며, 이는 결정립계 공정의 용융을 야기한다.

[0014] 통상적인 브레이즈 수리 방법들 하에서, 구성요소의 결정립계 용융 온도보다 더 높은 온도들에서 브레이즈 동작이 수행될 때, 바람직하지 않은 결정립계 공정 용융이 생긴다는 것이 인식되어야 한다.

[0015] 이에 따라, 통상적인 방법들 하에서, 브레이즈 동작 동안 적용되는, 브레이즈 온도 및 브레이즈 온도까지의 가열 레이트(heating rate)는, 결정립계 공정의 존재에 기인하여 제한된다.

[0016] 본 발명자는 위의 제한들을 인식했고, 통상적인 방법들에서의 약점들을 식별했다. 본 발명자는 이제, 결정립계 공정 부분들을 갖는 손상된 구성요소들의 브레이즈 또는 용접 수리, 예컨대 구조적 수리를 위한 새로운 기법을 교시한다.

[0017] 이제, 도 2를 참조하면, 예컨대 고 감마 프라임 니켈기(gamma prime nickel base) 가스 터빈 구성요소들(1)을 위한 브레이즈 수리 시스템(10)의 예시적인 실시예의 블록 다이어그램이 제공된다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 공정 결정립계의 용융 온도, 예컨대 0 내지 3000 ℃의 온도들까지 또는 그 초과의 열을 생성하도록 동작가능한 가열 시스템(100)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가열 시스템(100)은 노(furnace)일 수 있다. 노(100)는 예컨대 부분 압력을 갖는 진공 노, 또는 흡열형 가스 열 처리 노일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 열 시스템(100)은, 공정 결정립계들의 용융 온도들까지 또는 그 초과의 열을 생성하도록 동작가능한, 그리고 타당한(sound) 판단에 따라 선정된 유도 가열 시스템 또는 다른 가열 시스템일 수 있다.

[0018] 물품(article)들 및/또는 이 물품들 안의 재료들의 용융 온도들에 따라, 그리고 타당한 판단에 따라 선정될 때, 위에서 언급된 용융 온도들보다 더 낮거나 또는 더 높은 온도들을 생성할 수 있는 노들이 또한 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.

[0019] 시스템(10)은 하나 이상의 제어기들(200)을 더 포함할 수 있고, 이러한 하나 이상의 제어기들(200)은 예컨대 유선 또는 무선 연결(15)을 통해 노(100)에 동작가능하게 연결되고, 특정된 또는 미리 결정된 시간 기간 동안 노의 열 온도들을 제어하도록 구성된다. 도 3의 예시적인 실시예에서, 제어기(200)는 메모리(memory)(204)에 동작가능하게 연결된 프로세서(processor)(202)를 포함할 수 있고, 이 프로세서(202)는 메모리(204), 또는 프로세서(202)에 동작가능하게 연결된 다른 데이터(data) 저장 시스템(206), 예컨대 하드 디스크 드라이브(hard disk drive), 고체 상태 드라이브 등에 의해 보유된 제어 애플리케이션(application)(300)의 하나 이상의 명령들 또는 커맨드(command)들을 실행하기 위한 것이다. 제어기는 사용자 인터페이스(interface)(미도시)를 더 포함할 수 있고, 이 사용자 인터페이스는, 사용자 입력을 수신하고 디스플레이(display)(미도시) 상에 디스플레이가능한(displayable) 출력을 생성하기 위한 임의의 일반적인 인터페이스일 수 있다. 제어기(200)는 또한, 제어기(200)와 시스템(10)의 다른 디바이스(device)들 사이의 통신을 가능하게 하기 위한, 예컨대, 노(100) 및/또는 다른 냉각 디바이스들에 관련된 동작 또는 생성 정보를 수신 및 송신하기 위한 네트워크 어댑터(network adapter)/트랜시버(transceiver)(208)를 포함할 수 있다. 제어기(200)가 노(100), 즉, 이 제어기(200)에 연결된 노(100)에 의해 보유될 수 있거나 또는 제어기(200)가 노(100)로부터 원격일 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 제어 애플리케이션(300)에 대한 일련의 명령들은, 노로 하여금 특정된 시간 기간 동안 특정 온도로 동작하게 하기 위한 명령들을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제어 애플리케이션(300)은 구성요소(1)를 예컨대 실온까지 냉각시키기 위해 하나 이상의 디바이스들을 동작시키기 위한 명령들, 및 구성요소(1)를 둘러싸는 온도(들)를 식별하기 위해, 예컨대 노(100)에 의해 동작가능하게 보유된 하나 이상의 센서 어셈블리(sensor assembly)들로부터의 온도 또는 온도 관련 정보를 프로세싱(processing)하기 위한 명령들을 포함할 수 있다.

[0020] 시스템은 또한, 구성요소(1)를 냉각시키기 위한, 예컨대 노(100) 및/또는 제어기(200)에 동작가능하게 연결된 냉각 시스템, 장치 또는 디바이스(130)를 포함할 수 있다. 냉각 디바이스(130)는 노(100) 또는 노의 시스템과는 별개의 유닛(unit)일 수 있고, 이러한 냉각 디바이스(130)는 이러한 노(100) 또는 노의 시스템 안의 임의의 구성요소들을 특정된 온도 또는 상태(condition), 예컨대 실온까지 냉각시키도록 동작가능하다.

[0021] 도면들, 그리고 이제 도 4-도 7을 계속 참조하면, 구성요소, 예컨대 결정립계 공정을 갖는 손상된 구성요소의 브레이즈 수리를 위한 방법(1000)이 제공된다. 예컨대 터보머신 엔진으로부터, 손상된 구성요소(1)의 제거 후에, 방법(1000)은, 예컨대 구성요소(1)로부터 임의의 코팅(coating)들, 예컨대 금속성 및/또는 세라믹(ceramic) 코팅들을 기계적으로 또는 화학적으로 제거함으로써, 수리를 위해 구성요소(1)를 준비하기 위한 단계들(1005)로 시작될 수 있다.

[0022] 이 예시적인 단계에서, 그리고 터보머신 엔진 구성요소들이 통상적으로, 동작 동안 구성요소 및/또는 하부의(underlying) 기재를 보호하는 하나 이상의 코팅들을 갖기 때문에, 손상된 구성요소를 수리하기 위해 그러한 코팅들의 제거가 요구될 수 있다. 기계적 제거 프로세스(process)들의 유형들의 예들은 그릿 블라스팅(grit blasting), 샌딩(sanding) 및/또는 숏 피닝(shot peening)을 통한 제거를 포함할 수 있다. 화학적 제거 프로세스는 예컨대 화학적 스트립핑(stripping) 및/또는 에칭(etching)을 통한 제거를 포함할 수 있다.

[0023] 임의의 코팅들의 제거 후에, 구성요소(1)를 준비하기 위한 방법은, 구성요소(1)에서의 균열들로부터 예컨대 임의의 산화물들을 제거하기 위해, 예컨대 플루오라이드 이온 세정(FIC; fluoride ion cleaning)을 통한 세정 프로세스 또는 유사한 프로세스를 더 포함할 수 있다. 빽빽한(tight) 균열들, 예컨대 극도로 빽빽한 균열들의 존재 시, 세정 프로세스를 경험하기 전에 빽빽한 균열들을 개방하기 위해 탄화물 버 툴(burr tool) 또는 드레멜 커팅 휠(Dremel cutting wheel)이 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.

[0024] 세정 프로세스가 완료되자마자, 또는 대안적으로, 어떤 세정도 요구되지 않았다면, 방법(1000)은 열 처리를 경험하도록 가열 시스템(100), 예컨대 노에 구성요소를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 구성요소가 가열 시스템(100)에 의해 보유됨에 따라, 구성요소(1)의 제1 열 처리가 적용/시작될 수 있으며, 특정된 또는 미리 결정된 시간 기간 동안 구성요소(1)를 제1 온도까지 가열하는 것(1010)을 포함한다. 제1 온도는 결정립계 공정 용융을 방지하기 위해 결정립계 용융 온도 미만의 온도일 수 있다. 예컨대, 결정립계 용융이 예컨대 1265 ℃에서 그렇지 않으면 발생할 실시예에서, 제1 온도는 용융 온도인 1265 ℃의 대략 98% 내지 98.5%, 예컨대 1245 ℃일 수 있다. 제1 온도는, 결정립계 공정 용융을 야기하지 않으면서 공정의 적어도 일부를 감소시키거나 또는 용해시키기에 충분할 만큼 높아야 한다. 제1 온도는 또한, 바람직하지 않은 결정립계 공정 용융을 그렇지 않으면 유발할 온도들 미만이면서 제1 온도보다 더 높은 온도들에서의 후속적인 열 처리들을 가능하게 하기에 충분할 만큼 낮을 수 있다.

[0025] 부가적으로 또는 대안적으로, 제1 온도는 예컨대 열 처리를 경험하는 구성요소의 뉴 메이크(new make)(주조된) 부분 용액 처리 온도를 초과하는 온도일 수 있다. 예컨대, 구성요소가 CM 247을 포함하는 실시예에서, 용액 처리 온도(STT; solution treatment temperature)는 주조된 구성요소로서 뉴 메이크에 대해 1232 ℃일 수 있다. 1232 ℃의 STT에 대해, 제1 온도는 1242 ℃에서 수행될 수 있으며, 이는 뉴 메이크 STT보다 약 10 ℃ 증가를 표현한다. 10 ℃ 증가는 존재하는 초합금 재료(들)의 유형에 따라 좌우될 수 있으며, 바람직하지 않은 결정립계 공정 용융이 생기지 않는 한, 손상된 구성요소의 열 처리 동안, STT보다 10-30 ℃ 사이의 온도 증가들이 가능하다는 것이 인식되어야 한다. 다시, 제1(또는 후속적인 열 처리) 온도들은, 어떤 결정립계 용융도 야기하지 않으면서 결정립계 공정의 적어도 일부 부분들을 용해시키기에 충분할 만큼 높아야 한다.

[0026] 도면들 및 방법(1000)을 계속 참조하면, 제1 온도까지의 구성요소의 가열은 통상적인 브레이징(brazing) 동작들 동안 적용되는 고속 가열과 비교할 때 점진적일 수 있는데, 즉 저속일 수 있다. 즉, 저속 가열이 공정의 용해를 위한 시간을 허용하면서 결정립계 공정 화합물의 용융을 방지하는 것을 보조하기 때문에, 구성요소는 열 처리 동안 제1 온도까지 저속으로 가열(저속 가열)될 수 있다. 저속 가열의 예들은 2-5 ℃/분의 레이트(저속 가열 레이트)로 제1 온도까지의 구성요소의 가열을 포함할 수 있다.

[0027] 부가적으로 또는 대안적으로, 그리고 초기 온도, 예컨대 실온으로부터 제1 온도까지의 저속 가열이 과도한 시간량들을 요구할 수 있기 때문에, 제1 온도, 또는 열 처리 동안 임의의 후속적인 온도들에 도달하기 위해, 가열 기법들(속도들), 예컨대 저속 가열과 가속된(예컨대, 고속) 가열의 결합이 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 즉, 저속 가열이 가속된 가열과 결합될 수 있는 경우, 구성요소는 초기에, 예컨대 1100 ℃까지 고속 가열을 통해 가열될 수 있고, 그런 다음, 제1 온도까지 예컨대 부가적인 145 ℃에 대해 저속 가열될 수 있다. 예컨대 제1 온도까지의 고속 가열이 결정립계 공정 용융을 야기할 수 있기 때문에, 제1 온도에 도달하기 위해서는 고속 가열 후에 저속 가열이 이용되어야 한다. 본원에서 설명된 바와 같이 임의의 임계치들을 초과하는 온도의 빠른 증가들이 결정립계 공정 용융을 야기할 수 있기 때문에, 열 처리 동안 제1 온도까지의 고속 가열은 회피되어야 한다. 그러므로, 열 처리 페이즈 동안의 고속 가열은 바람직하게는 저속 가열 전에 활용되며, 제1 온도보다 약 100 ℃ 아래까지 온도들을 증가시키기 위해 사용되어야 한다. 예컨대, 제1 온도가 1245 ℃인 실시예에서, 고속 가열은 제1 온도보다 100 ℃ 아래인 약 1145 ℃까지 계속되어야 한다. 또한, 추가적인 실시예들에서, 고속 가열 페이즈 동안 어떤 결정립계 공정도 생기지 않는 한, 초합금 재료 및/또는 다른 고려사항들에 따라, 고속 가열이 100 ℃ 임계치를 초과하여 활용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.

[0028] 도면들을 계속 참조하면, 일단 제1 온도에 도달했다면, 제1 온도는 유지되어야 하는데, 예컨대, 제1 열 처리 동안 대략 1 시간 내지 2 시간 동안 계속해서 일정하게 있어야 한다. 특정된 시간 기간 동안 제1 온도 또는 임의의 온도가 유지되는 동안, 온도의 차이들이 공칭(nominal)이며, 제1 온도를 결정하기 위한 임의의 기준들과 일치하면, 온도의 약간의 변화들이 결정립계에 부정적으로 영향을 미치지 않을 수 있다는 것이 인식되어야 한다.

[0029] 제1 열 처리 동안 제1 온도를 유지하기 위한 특정된 또는 미리 결정된 시간 기간은 공정 화합물 크기, 기재 재료들 또는 다른 인자들 중 하나 이상에 따라 예컨대 30 분 내지 4 시간일 수 있다. 즉, 더 많거나 또는 더 적은 시간이 요구될 수 있다. 제1 온도가 약 1245 ℃인 실시예에서, 이 시간 기간은 바람직하게는 45 분 내지 3 시간, 또는 더욱 바람직하게는 1 시간 내지 2 시간일 수 있다.

[0030] 제1 온도까지의 저속 가열 및 미리 결정된 시간 기간 동안 그 온도에서 유지하는 것은, 결정립계 공정이 용융 없이 용해될 수 있게 한다. 이 결정립계 공정 감소의 예가 도 4의 실시예에서 예시되며, 이러한 도 4는 예컨대 약 2 시간 동안 약 1245 ℃에서의 제1 열 처리 후의 손상된 구성요소(1)를 도시하고, 이러한 제1 열 처리는 결정립계 공정이 부분적으로 용해 및 수축되게 했다.

[0031] 구성요소(1)의 열 처리 후에, 구성요소(1)는 예컨대 실온까지 냉각될 수 있게 된다(1015). 구성요소는 자연적으로, 즉, 임의의 냉각 시스템 또는 다른 디바이스로부터의 보조 없이 냉각될 수 있게 될 수 있거나, 또는 구성요소의 냉각은 냉각 시스템(130)을 통해, 또는 노에 의해 보유된 구성요소들을 냉각시키기 위한, 기술분야에서 알려진 임의의 수단을 통해 이루어질 수 있다. 실온까지의 자연 냉각은, 예컨대 가열 시스템(100)의 온도 또는 가열 시스템(100) 내의 온도를 실온까지 감소시킴으로써 또는 구성요소(1) 온도를 실온까지 감소시킴으로써 이루어질 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 구성요소의 또는 노 내의 현재 온도들을 결정하기 위해, 하나 이상의 센서 어셈블리들, 레이저(laser) 판독 시스템들 또는 온도 게이지(gauge)들이 현재 온도들을 결정하도록 노에 동작가능하게 연결되거나 또는 노 내에서 이용될 수 있다.

[0032] 도면들을 계속 참조하면, 실온까지 냉각시키자마자, 방법(1000)은, 제2 시간 기간 동안 구성요소(1)을 제2 온도까지 가열함으로써, 제2 열 처리(1020)를 더 포함할 수 있다. 제1 열 처리 후에 일단 구성요소(1)가 실온까지 냉각되었다면, 또는 타당한 판단에 따라 선정될 때 냉각 프로세스 동안 언제라도, 제2 온도까지의 구성요소의 가열이 시작될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 추가로, 제2 온도까지의 가열은 또한, 저속 가열에 의해 이루어질 수 있거나, 또는 제1 열 처리에 대해 설명된 바와 같이 가열 기법들의 임의의 결합에 의해, 예컨대, 온도가 결정립계 공정의 추가적인 용해를 위해 제2 온도에 접근함에 따라 고속 가열에서 저속 가열로 이루어질 수 있다는 것이 인식되어야 한다.

[0033] 도 5에서 예시된 바와 같이, 도 4의 결정립계 공정은 추가로, 제2 열 처리 후에 용해 및 수축된다. 제2 온도를 결정하기 위한 수단은 제1 온도를 결정하기 위한 위의 수단과 유사할 수 있다. 예컨대, 결정립계 공정 용융이 예컨대 1265 ℃에서 그렇지 않으면 발생할 경우, 제2 온도는 용융 온도인 1265 ℃의 대략 99% 내지 99.5%, 예컨대 1255 ℃일 수 있다. 제2 온도는, 어떤 용융도 야기하지 않으면서 결정립계 공정 크기를 감소시키거나 또는 추가로 용해시키기에 충분할 만큼 높아야 한다는 것이 인식되어야 한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제2 온도는 제1 온도를 초과할 수 있는데, 예컨대 약 0.8% 내지 0.85% 초과할 수 있으며, 이는 여전히, 바람직하지 않은 결정립계 용융을 그렇지 않으면 야기할 온도들 미만으로 계속해서 있다. 또한, 가열 레이트, 예컨대 저속 가열 레이트가 제1 열 처리의 가열 레이트, 예컨대, 약 2-5 ℃/분의 온도의 증가와 유사할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.

[0034] 제1 시간 기간과 유사하게, 제2 온도에 대한 제2 시간 기간은 예컨대 30 분 내지 4 시간일 수 있고, 남아 있는 공정 화합물에 따라 좌우될 수 있다. 제2 열 처리 후에, 즉, 제2 시간 기간, 예컨대 1 시간 내지 2 시간 동안 제2 온도를 유지한 후에, 구성요소(1)는 냉각 시스템(130) 또는 기술분야에서 알려진 다른 냉각 수단을 통해 예컨대 실온까지 냉각될 수 있게 된다(1015).

[0035] 제2 열 처리 후에 구성요소(1)를 실온까지 냉각시키자마자, 구성요소(1)는 브레이즈 수리 동작, 즉 브레이즈 수리를 위해 준비될 수 있다. 제3 시간 기간 동안, 브레이즈 수리는, 결정립계 공정을 용해시킨 이전의 온도 중 임의의 온도, 예컨대 제1 온도 또는 제2 온도, 예컨대 1255 ℃에서 수행될 수 있거나, 또는 결정립계 용융 온도일 수 있는 제3 온도, 예컨대 1265 ℃, 또는 제1 열 처리 및 제2 열 처리의 이전의 온도들보다 더 높은 온도에서 수행될 수 있다(1030). 본 실시예에서, 브레이즈 수리 동안의 가열 레이트는, 부식을 방지하기 위해, 즉, 브레이즈 재료가 모재(base metal) 구성요소를 용해시키는 것을 방지하기 위해, 브레이즈 수리 가열 레이트가 가능한 한 고속이라는 점에서, 열 처리 동안의 가열 레이트와는 상이하다. 이러한 고속 가열 레이트의 예는 약 10-30 ℃/분의 증가일 수 있다.

[0036] 일단 원하는 유지 온도, 즉, 브레이즈 수리를 위한 원하는/도달되는 온도, 예컨대 제3 온도에 도달하면, 브레이즈 수리를 위한 시간 기간은, 제1 시간 기간 및 제2 시간 기간 둘 모두보다 더 짧을 수 있거나, 또는 구성요소(1)를 동작 상태, 즉, 구성요소가 터보머신 엔진에 복귀하기 위한 구조적 무결성을 갖는 상태가 되게 하는 데 요구되는 브레이즈 수리의 정도에 따라, 이전의 시간 기간들 중 임의의 시간 기간을 초과하여 연장될 수 있다. 예컨대, 제3 시간 기간은 0.1 시간 내지 12 시간, 또는 바람직하게는 30 분 내지 12 시간일 수 있다. 제3 온도가 결정립계 공정 용융 온도, 예컨대 1265 ℃일 수 있기 때문에, 브레이즈 수리를 완료하는 데 더 적은 시간이 요구될 수 있다. 브레이즈 온도까지의 고속 가열이 구성요소(1)와 브레이즈 재료 사이의 최소 화학 상호작용을 보장하고, 이에 따라 부식량을 낮춘다는 것이 인식되어야 한다. 추가로, 모재 결정립계 공정이 이 온도에 대해 용해되었기 때문에, 브레이즈 동작의 고속 가열 레이트가 모재의 결정립계 용융을 야기하지 않는다는 것이 인식되어야 한다.

[0037] 부가적으로 또는 대안적으로, 브레이즈 수리 동작(1030) 전에, 방법(1000)은, 브레이즈 수리 전에 결정립계 공정을 추가로 용해시키기 위해 단계(1010 또는 1020)를 특정된 시간 기간 동안 반복하는 것을 통해, 제3 열 처리를 더 포함할 수 있다. 온도가 적용 시에 결정립계 용융을 야기하지 않으면, 그리고 제1 온도 및 제2 온도 중 임의의 온도보다 더 높은 온도에서 제3 열 처리가 수행될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 제1 열 처리 및 제2 열 처리와 유사하게, 제3 온도에 도달하는 것은, 제3 온도까지의 저속 가열을 통해 이루어질 수 있거나, 또는 제1 열 처리 및 제2 열 처리 중 임의의 열 처리에서 설명된 바와 같이 저속 가열보다 고속의 가열의 결합을 통해, 즉, 제3 온도 미만의 원하는 온도까지는 고속 가열, 그리고 그런 다음, 예컨대 약 2-5 ℃/분으로 저속 가열, 그런 다음, 실온까지 냉각시키기 전에 약 1 시간 내지 2 시간 동안 제3 온도를 유지하는 것을 통해 이루어질 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 제3 열 처리 후의 결정립계 공정에 따라, 브레이즈 동작 전에, 이전의 열 처리들 중 임의의 열 처리와 유사한 후속적인 열 처리들이 요구될 수 있으며, 이러한 후속적인 열 처리들은 이전의 열 처리들의 온도들 중 임의의 온도에서 또는 더 높은 브레이즈 온도에서 수행될 수 있다.

[0038] 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 열 처리 및 제2 열 처리와 유사하게, 제3 열 처리 후에, 결정립계 공정 부분은 추가로 용해되었으며, 상당히 더 작아진다.

[0039] 도면들을 계속 참조하면, 부가적으로 또는 대안적으로, 방법(1000)은, 구성요소(1)를 동작에 복귀시키기 전에, 그리고 열 처리 동안 구성요소(1)의 무결성이 손상되었는지 여부를 결정하기 위해, 예컨대 비-파괴 시험 또는 기술분야에서 알려진 임의의 다른 시험 수단을 통해 구성요소(1)를 시험하는 단계를 더 포함할 수 있다. 시험은 구성요소(1)의 냉각 동안 수행될 수 있거나, 또는 결정립계 공정을 용해시키기 위해 구성요소(1)를 제2 온도, 제3 온도 또는 후속적인 온도까지 가열하기 전의 임의의 시간에 수행될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 그리고 수리된 구성요소(1)를 동작에 복귀시키기 전에, 방법(1000)은 하나 이상의 코팅들을 구성요소(1)에 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 코팅들은, 코팅들을 구성요소(1)에 적용하기 위해 기술분야에서 알려진 수단을 통해, 예컨대, 분무, 기상 증착 등을 통해 적용될 수 있다.

[0040] 특정 실시예들이 상세히 설명되었지만, 당업자들은, 본 개시내용의 전체 교시들을 고려하여, 그러한 세부사항들에 대한 다양한 수정들 및 대안이 개발될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예컨대, 상이한 실시예들과 연관하여 설명된 엘리먼트(element)들은 결합될 수 있다. 그에 따라서, 개시된 특정 어레인지먼트(arrangement)들은 단지 예시적인 것으로 여겨지며, 청구항들 또는 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 이러한 청구항들 또는 본 개시내용의 범위는 첨부된 청구항들 및 이러한 청구항들의 임의의 그리고 모든 등가물들의 최대 폭인 것으로 주어져야 한다. "포함하는"이란 용어가 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 단수형의 사용이 복수형을 배제하지 않는다는 것이 주목되어야 한다.

Claims

결정립계 공정(grain boundary eutectic)을 용해시키기 위해, 손상된 구성요소(1)를 제1 온도까지 가열하고 제1 시간 기간 동안 상기 제1 온도로 유지하는 단계;
상기 구성요소를 냉각시키는 단계;
상기 결정립계 공정을 추가로 용해시키기 위해, 상기 손상된 구성요소를 상기 제1 온도를 초과하는 제2 온도까지 가열하고 제2 시간 기간 동안 상기 제2 온도를 유지하는 단계; 및
상기 구성요소를 냉각시키는 단계
를 포함하는,
방법.
제1 항에 있어서,
상기 손상된 구성요소의 가열은 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도 중 적어도 하나의 온도까지 저속 가열을 통해 이루어지는,
방법.
제2 항에 있어서,
상기 저속 가열은 2-5 ℃/분의 가열 레이트(heating rate)를 통해 이루어지는,
방법.
제1 항에 있어서,
상기 손상된 구성요소의 가열은 상기 제1 온도보다 더 낮은 제1 임계 온도까지는 고속 가열, 그 뒤에 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도 중 적어도 하나의 온도까지는 저속 가열을 통해 이루어지는,
방법.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 손상된 구성요소가 냉각된 후에, 브레이즈(braze) 온도에서 상기 손상된 구성요소를 브레이즈 수리하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제5 항에 있어서,
상기 손상된 구성요소를 브레이즈 수리하는 단계 전에, 상기 결정립계 공정을 용해시키기 위해, 상기 구성요소를 제3 온도까지 가열하고 제3 시간 기간 동안 상기 제3 온도를 유지하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제7 항에 있어서,
상기 제3 시간 기간 후에 그리고 상기 브레이즈 수리하는 단계 전에, 상기 구성요소를 냉각시키는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제5 항에 있어서,
상기 구성요소의 브레이즈 수리는 0.1 시간 내지 12 시간에 이루어지는,
방법.
제6 항에 있어서,
상기 제3 온도는 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도 중 하나의 온도 이상인,
방법.
제5 항에 있어서,
브레이즈 온도는 고속 가열 레이트를 통해 도달되는,
방법.
제10 항에 있어서,
상기 고속 가열 레이트는 약 10-30 ℃/분인,
방법.
제5 항에 있어서,
상기 브레이즈 온도는 결정립계 공정 용융 온도인,
방법.
제5 항에 있어서,
상기 브레이즈 온도는 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도 중 임의의 온도 이상이고, 상기 브레이즈 온도는 고속 가열 레이트를 통해 도달되는,
방법.
제13 항에 있어서,
상기 고속 가열 레이트는 약 10-30 ℃/분인,
방법.
제1 항에 있어서,
상기 손상된 구성요소를 상기 제1 온도까지 가열하기 전에, 수리를 위해, 상기 손상된 구성요소를 준비하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제15 항에 있어서,
상기 손상된 구성요소를 준비하는 단계는 상기 손상된 구성요소로부터 임의의 코팅(coating)들을 제거하는 단계를 포함하는,
방법.
제16 항에 있어서,
상기 코팅들은 화학 또는 기계 프로세스(process)를 통해 제거되는,
방법.
제15 항에 있어서,
상기 손상된 구성요소를 준비하는 단계는 상기 손상된 구성요소의 균열들로부터 산화물들을 세정하는 단계를 포함하는,
방법.
제18 항에 있어서,
상기 산화물들은 플루오라이드 이온(fluoride ion) 세정 프로세스를 통해 세정되는,
방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 온도는 상기 손상된 구성요소의 뉴-메이크(new-make) 구성요소 용액 처리 온도(STT; solution treatment temperature)를 초과하는,
방법.
제20 항에 있어서,
상기 제1 온도는 상기 STT를 약 10 ℃ 초과하는,
방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 시간 기간 및 상기 제2 시간 기간 중 적어도 하나의 시간 기간은 1 시간 내지 2 시간인,
방법.
제1 항에 있어서,
상기 구성요소가 실온까지 냉각되기 전에, 상기 제2 온도까지 가열하는 것이 시작되는,
방법.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구성요소를 서비스(service)에 복귀시키기 전에, 비-파괴 시험을 통해 상기 구성요소를 시험하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구성요소를 서비스에 복귀시키기 전에, 상기 구성요소의 표면에 적어도 하나의 코팅을 적용하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
시스템(system)(10)으로서,
구성요소 결정립계 공정 용융 온도까지 또는 그 초과의 열 온도들을 생성하도록 동작가능하게 구성된 가열 시스템(100); 및
특정된 시간 기간 동안 노(furnace) 열 온도들을 제어하기 위한, 노에 동작가능하게 연결된 제어기(200)
를 포함하고,
상기 가열 시스템이 손상된 구성요소를 보유(carrying)하자마자, 상기 제어기는, 상기 노로 하여금, 제1 가열 레이트(heat rate)로 제1 온도까지 가열하게 하고 도달된 제1 온도를 제1 시간 기간 동안 유지하게 하도록 동작가능하게 되고;
상기 제1 시간 기간의 종료 시에, 상기 제1 온도는 더 이상 유지되지 않고, 상기 구성요소는 냉각될 수 있게 되며; 그리고
상기 제1 시간 기간 후에 상기 구성요소를 냉각시키자마자, 상기 제어기는, 상기 가열 시스템으로 하여금, 상기 구성요소를 제2 가열 레이트로 제2 온도까지 가열하게 하고, 도달된 제2 온도는 제2 시간 기간 동안 유지되며, 그리고 상기 구성요소는 상기 제2 시간 기간 후에 냉각되는,
시스템(10).
제26 항에 있어서,
상기 제2 온도는 상기 제1 온도를 초과하는,
시스템(10).
제26 항에 있어서,
상기 구성요소의 냉각은 상기 노 그리고 선택적으로 상기 제어기에 동작가능하게 연결된 냉각 시스템을 통해 이루어지는,
시스템(10).
제26 항에 있어서,
상기 제2 시간 기간 후에 상기 구성요소를 냉각시키자마자, 상기 제어기는, 상기 노로 하여금, 상기 제1 온도 또는 상기 제2 온도 중 임의의 온도 이상의 제3 온도까지 가열하게 하고, 상기 제3 온도는 저속 가열을 통해 도달되며, 그리고 상기 도달된 제3 온도는 제3 시간 기간 동안 유지되는,
시스템(10).
제29 항에 있어서,
상기 제3 시간 기간 후에 상기 구성요소를 냉각시키는 단계
를 더 포함하는,
시스템(10).
제26 항 내지 제30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 온도는 상기 손상된 구성요소의 뉴 메이크(new make) 구성요소 용액 처리 온도(STT; solution treatment temperature)를 초과하는,
시스템(10).
제26 항에 있어서,
상기 제1 온도 및 상기 제2 온도는 저속 가열을 통해 도달되는,
시스템(10).
제32 항에 있어서,
상기 저속 가열은 약 2-5 ℃/분의 저속 가열 레이트를 통해 이루어지는,
시스템(10).
제26 항에 있어서,
상기 제1 온도 및 상기 제2 온도는 고속 가열 그 뒤에 저속 가열을 통해 도달되는,
시스템(10).
제34 항에 있어서,
고속 가열은 상기 제1 온도 미만의 임계 온도까지 이루어지는,
시스템(10).
제35 항에 있어서,
상기 임계 온도까지의 상기 고속 가열은 약 10-30 ℃/분의 고속 가열 레이트를 통해 이루어지고, 상기 제1 온도 또는 상기 제2 온도까지의 상기 저속 가열은 약 2-5 ℃/분의 저속 가열 레이트를 통해 이루어지는,
시스템(10).
제26 항에 있어서,
상기 가열 시스템은 진공 노, 부분 압력을 갖는 진공 노, 흡열형 가스(gas) 열 처리 노 또는 유도 가열 시스템으로 구성된 그룹(group)으로부터 선택되는,
시스템(10).