KR20230117376A - 돌출된 섹션을 갖는 부품을 형성 또는 보수하는 방법, 및 관련 터보기계 부품 - Google Patents

Abstract

돌출된 섹션을 갖는 부품을 형성 또는 보수하는 방법. 본 방법은 일부분을 제거하는 단계, 및 부품에 섹션을 추가하는 단계를 포함할 수 있다. 섹션은 돌출된(overhung) 섹션을 포함한다. 추가하는 단계는 부품 상에 적어도 한 세트의 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단계를 포함하고, 적어도 한 세트의 복수 개의 재료 층은 돌출된 섹션을 포함하는 섹션의 치수에 근사화한다. 순차적 적층화는 예를 들어, 레이저 용접을 포함할 수 있고, 돌출된 섹션 내에서 다양한 층을 생성하는 다수의 방식으로 수행될 수 있다. 본 방법은 적어도 한 세트의 복수 개의 재료 층을 기계가공하여 돌출된 섹션을 포함하는 섹션을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

돌출된 섹션을 갖는 부품을 형성 또는 보수하는 방법, 및 관련 터보기계 부품

본 개시내용은 대체적으로 부품 제조 및 보수에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 돌출된 섹션(overhung section)을 갖는, 터보기계 블레이드와 같은 터보기계 부품을 형성 또는 보수하는 방법에 관한 것이다.

산업용 부품은 부품의 다른 섹션을 돌출시키는 부분을 포함할 수 있다. 돌출된 섹션은 형성 동안 추가되거나 사용 기간 후에 보수될 필요가 있을 수 있다. 하나의 예시적인 응용예는 미국 뉴욕주 스키넥터디 소재의 General Electric Co.로부터 입수가능한 것과 같은 터보기계 블레이드의 확개형 팁(flared tip)을 포함한다. 확개형 팁 터보기계 블레이드는 선단 에지 및 후단 에지를 따라 결합된 압력 면 및 흡입 면을 갖는 에어포일을 포함한다. 확개형 팁은 에어포일의 반경방향 외부 단부에 결합되고, 에어포일의 압력 면 및/또는 흡입 면을 넘어서, 즉 터보기계의 축을 기준으로서 사용하여 원주방향으로 연장될 수 있다. 전통적인 비-확개형 터보기계 블레이드는, 예를 들어 주조 또는 적층 제조를 사용하여 수직 또는 반경 방향으로 재료의 2차원 구축(build-up)을 필요로 한다. 확개형 팁 터보기계 블레이드의 제조를 위해, 재료는 원주 방향 및 반경 방향 둘 모두에서 추가된다. 확개형 팁 터보기계 블레이드의 보수는 현재 가능하지 않으며, 따라서 이는 교체된다. 돌출된 섹션을 갖는, 다른 터보기계 고온 가스 경로 구성요소, 및 다른 산업용 부품에서 유사한 상황이 존재한다.

본 개시내용의 일 양태는 터보기계 부품으로서, 터보기계 부품은, 제1 면, 제2 면 및 종방향 축을 갖는 몸체; 및 몸체의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나로부터 돌출된 방식으로 연장되는 돌출된 섹션을 포함하고, 돌출된 섹션의 적어도 일부분은 복수 개의 재료 층을 포함하고, 각각의 재료 층은 몸체의 종방향 축에 대해 예각으로 연장되는, 터보기계 부품을 제공한다.

본 개시 내용의 다른 양태는 방법으로서, 부품에 섹션을 추가하는 단계 - 상기 섹션은 돌출된 섹션을 포함하고, 상기 추가하는 단계는 부품의 표면 상에 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화(layering)하는 단계를 포함하고, 복수 개의 재료 층은 돌출된 섹션을 포함하는 섹션의 치수들에 근사화함 -; 및 복수 개의 재료 층을 기계가공하여 돌출된 섹션을 포함하는 섹션을 형성하는 단계를 포함하는, 방법을 제공한다.

본 개시내용의 일 양태는 부품 상에 돌출된 섹션을 형성하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 부품 상에 표면을 형성하는 단계 - 상기 표면은 돌출된 섹션의 타깃 외부 평면 표면에 수직하지 않고 평행하지 않은 일정 각도로 있음 -; 부품 상에 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단계 - 상기 복수 개의 재료 층은 돌출된 섹션의 치수들에 근사화함 -; 및 복수 개의 재료 층을 기계가공하여 돌출된 섹션 및 타깃 외부 평면 표면을 형성하는 단계 - 상기 타깃 외부 평면 표면은 복수 개의 재료 층에 대해 상기 각도로 있음 - 를 포함한다.

본 개시내용의 일 양태는 터보기계 부품으로서, 터보기계 부품은, 제1 면, 제2 면 및 종방향 축을 갖는 몸체; 및 몸체의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나로부터 돌출된 방식으로 연장되는 돌출된 섹션을 포함하고, 돌출된 섹션의 적어도 일부분은 복수 개의 재료 층을 포함하고, 각각의 재료 층은 몸체의 종방향 축에 대해 직각으로 연장되는, 터보기계 부품을 제공한다.

본 개시내용의 다른 양태는 터보기계 부품으로서, 터보기계 부품은, 제1 면 및 제2 면을 갖는 몸체; 및 몸체의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나로부터 돌출된 방식으로 연장되는 돌출된 섹션을 포함하고, 돌출된 섹션의 적어도 일부분은 제1 방향으로 연장되는 제1 복수 개의 재료 층 및 제1 복수 개의 재료 층의 제1 방향에 대해 비-동일평면(non-coplanar) 방향으로 제2 방향으로 연장되는 제2 복수 개의 재료 층을 포함하는, 터보기계 부품을 제공한다.

본 개시내용의 일 양태는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, 부품에 섹션을 추가하는 단계 - 상기 섹션은 돌출된 섹션을 포함하고, 상기 추가하는 단계는, 제1 방향으로 연장되는 부품 상에 제1 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단계; 및 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 연장되는 부품 상에 제2 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단계를 포함하며, 제2 복수 개의 재료 층은 제1 복수 개의 재료 층과 만나고, 제1 복수 개의 재료 층 및 제2 복수 개의 재료 층은 돌출된 섹션을 포함하는 섹션의 치수들에 집합적으로 근사화하고 서로에 대해 비-동일평면에 있음 -; 및 제1 복수 개의 재료 층 및 제2 복수 개의 재료 층을 기계가공하여 돌출된 섹션을 포함하는 섹션을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 예시적인 양태는 본원에 설명되는 문제 및/또는 논의되지 않은 다른 문제를 해결하기 위해 설계된다.

본 발명의 이들 및 다른 특징은 본 발명의 다양한 실시예를 도시하는 첨부 도면과 함께 취해진 본 발명의 다양한 양태에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른, 확개형 팁 레일과 같은 돌출된 섹션을 갖는 터보기계 부품을 포함하는 가스 터빈의 형태의 예시적인 산업용 응용예의 개략도이다.
도 2는 도 1의 가스 터빈의 압축기 섹션의 단면도이다.
도 3은 도 1의 가스 터빈의 터빈 섹션의 단면도이다.
도 4는 확개형 팁 레일을 갖는 터빈 회전자 블레이드의 형태의 예시적인 터보기계 부품의 사시도이다.
도 5는 제거될 일부분 및 의도된 제거 라인을 포함하는 확개형 팁 레일의 형태의 예시적인 돌출된 섹션의 단면도를 도시한다.
도 6은 도 5의 일부분을 제거한 후의 부품으로서, 새로운 돌출된 섹션을 구축할 표면이 생성된 부품의 단면도를 도시한다.
도 7은 부품의 표면 상에 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단면도를 도시한다.
도 8은 일련의 용접 비드로 각각 제조된 복수 개의 재료 층의 확대 단면도를 도시한다.
도 9는 상이한 방향으로 연장되는 2개의 재료 층의 일련의 용접 비드의 개략 평면도를 도시한다.
도 10은 새로운 돌출된 섹션을 형성하기 위해 도 7의 부품을 기계가공하는 단면도를 도시한다.
도 11은 제거될 일부분 및 의도된 제거 라인을 포함하는 확개형 팁 레일의 형태의 돌출된 섹션의 단면도를 도시한다.
도 12는 도 11의 일부분을 제거하고 부품을 회전시킨 후의 부품으로서, 새로운 돌출된 섹션을 구축할 표면이 생성된 부품의 단면도를 도시한다.
도 13a는 실질적으로 수평 위치에 있는 도 12의 부품의 표면 상에 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단면도를 도시한다.
도 13b는 도 13a와는 상이한 회전된 각도에서 표면 상에 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단면도를 도시한다.
도 14는 새로운 돌출된 섹션을 형성하기 위해 도 13a 및 도 13b의 부품을 기계가공하는 단면도를 도시한다.
도 15는 제1 방향으로 도 6의 부품의 제1 표면 상에 제1 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단면도를 도시한다.
도 16은 도 6의 일부분을 제거한 후의 부품으로서, 선택적으로 새로운 돌출된 섹션을 구축할 2개의 표면이 생성된 부품의 단면도를 도시한다.
도 17은 부품을 회전시키고 제1 복수 개의 재료 층을 적층화한 후의 부품의 단면도를 도시한다.
도 18a는 제2 방향으로 부품의 제2 표면 상에 제2 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단면도를 도시한다.
도 18b는 제2 방향으로 부품의 제2 표면 상에 제2 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단면도를 도시한다.
도 18c는 부품의 회전들 사이에서 부품 상에 제1 및 제2 복수 개의 재료 층들을 순차적으로 적층화하는 것을 반복한 후의 부품의 단면도를 도시한다.
도 18d는 부품 상에 직각이 아닌 각도로 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단면도를 도시한다.
도 18e는 부품 상에 직각이 아닌 각도로 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단면도를 도시한다.
도 19는 제1 방향으로 부품의 제1 표면 상에 제1 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하여, 단차형성된 연장부를 생성하는 단면도를 도시한다.
도 20은 부품을 회전시킨 후의 도 19의 부품의 단면도를 도시한다.
도 21은 제2 방향으로 도 20의 부품의 제2 표면 상에 제2 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단면도를 도시한다.
도 22는 새로운 돌출된 섹션을 형성하기 위해 도 21의 부품을 기계가공하는 단면도를 도시한다.
도 23은 제거될 부분들 및 의도된 제거 라인들을 포함하는 이중 확개형 팁 레일의 형태의 예시적인 부품의 한 쌍의 돌출된 섹션의 단면도를 도시한다.
도 24는 내향으로 연장되는 이중 확개형 팁 레일의 형태의 예시적인 돌출된 섹션의 단면도를 도시한다.
도 25는 경사진 구축 표면을 형성하기 위해 미리결정된 각도만큼 회전된 부품 및 제거된 일부분을 갖는 확개형 팁 레일의 형태의 예시적인 돌출된 섹션의 단면도를 도시한다.
도 26은 부품의 경사진 표면 상에 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단면도를 도시한다.
본 발명의 도면이 반드시 축척에 따른 것은 아니라는 것에 유의한다. 도면은 본 발명의 통상적인 양태만을 도시하기 위한 것이므로 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 도면 내에서, 유사한 도면부호는 도면 사이에서 유사한 요소를 나타낸다.

본 출원의 양태 및 이점이 후속하는 설명에서 아래에 기재되거나, 그 설명으로부터 명백할 수 있거나, 본 개시내용의 실시를 통해 학습될 수 있다. 이제, 본 발명의 실시예를 상세히 참조할 것이며, 실시예의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 상세한 설명은 도면 내의 특징부를 지칭하기 위해 숫자 표시를 사용한다. 이해되는 바와 같이, 각각의 예는 본 개시내용의 제한이 아닌 본 개시내용의 설명으로서 제공된다. 실제로, 수정 및 변경이 본 개시내용에서 그의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징부는 다른 실시예에 대해 사용되어 또 다른 실시예를 산출할 수 있다. 본 개시내용은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 범주 내에 속하게 되는 그러한 수정 및 변경을 포괄하는 것으로 의도된다. 본 개시내용 및 그의 구성요소 서브시스템 및 부품을 설명하기 위해 소정 용어가 선택되었다. 가능한 정도까지, 이들 용어는 기술 분야에 공통인 용어에 기초하여 선택되었다. 여전히 이러한 용어는 종종 상이한 해석을 받는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 본 명세서에서 단일 구성요소로 지칭될 수 있는 것은 다른 곳에서 다수의 구성요소로 이루어진 것으로 언급될 수 있거나, 다수의 구성요소를 포함하는 것으로 본 명세서에서 언급될 수 있는 것은 다른 곳에서 단일 구성요소인 것으로 지칭될 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 범주를 이해하는 데 있어서, 사용되는 특정 용어에 주목해야 할뿐만 아니라, 첨부된 설명 및 문맥, 그리고 이 용어가 여러 도면에 관련되는 방식뿐만 아니라 첨부된 청구범위에서의 용어의 정확한 사용을 포함하여 참조 및 설명되는 구성요소의 구조, 구성, 기능, 및/또는 사용에도 주목해야 한다. 또한, 하기의 예들이 가스 터빈 시스템의 압축기 또는 터빈에서 사용가능한 터보기계 블레이드의 예시적인 응용과 관련하여 제시되지만, 본 출원의 기술은 또한, 관련 기술 분야의 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 제한 없이, 터보기계의 다른 카테고리들 및 다양한 다른 산업용 부품에 적용가능할 수 있다.

가스 터빈이 작동하는 방법의 속성을 고려하면, 몇몇 용어는 그의 기능의 소정 양태를 설명하는 데 특히 유용한 것으로 판명되며, 개시된 방법을 설명하는 데 유리할 수 있다. 이해되는 바와 같이, 이들 용어는 가스 터빈 또는 그의 서브시스템들 중 하나, 예컨대, 압축기, 연소기, 또는 터빈을 설명하는 것뿐만 아니라, 그 내부에서 사용하기 위한 구성요소 또는 하위 구성요소를 설명하거나 청구하기 위해 사용될 수 있다. 후자의 경우에, 용어는 그것이 가스 터빈 엔진 또는 일차 서브시스템 내에서 적절한 설치 및/또는 기능 시에 있을 때 그러한 구성요소를 설명하는 것으로 이해되어야 한다. 이들 용어 및 그의 정의는, 특별히 달리 언급되지 않는 한, 다음과 같다.

용어 "전방" 및 "후방"은 가스 터빈의 배향에 대한 방향, 더 구체적으로는 엔진의 압축기 및 터빈 섹션의 상대 위치설정을 지칭한다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "전방"은 압축기 단부를 지칭하는 반면, "후방"은 터빈 단부를 지칭한다. 이들 용어들 각각은 엔진의 중심축을 따른 이동 또는 상대 위치의 방향을 나타내는 데 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 전술한 바와 같이, 이들 용어는 가스 터빈 또는 그의 일차 서브시스템들 중 하나의 속성뿐만 아니라 그 내부에 위치된 구성요소 또는 하위 구성요소에 대한 속성을 설명하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 터보기계 블레이드와 같은 구성요소가 "전방 면"을 갖는 것으로 설명되거나 청구되는 경우, 그것은 가스 터빈의 배향에 의해 정의된 바와 같이 전방 방향을 향하는 면을 지칭하는 것으로 이해될 수 있다(즉, 압축기는 전방 단부로서 지정되고, 터빈은 후방 단부로서 지정됨). 터빈과 같은 주요 서브시스템을 다른 예로서 취하기 위해(그리고 도 1에 도시된 것과 같은 전형적인 가스 터빈 배열을 가정하여), 전방 및 후방 방향들은, 작동 유체가 터빈으로 진입하는 터빈의 전방 단부, 및 작동 유체가 터빈을 빠져나가는 터빈의 후방 단부와 관련하여 정의될 수 있다.

용어 "하류" 및 "상류"는 본 명세서에서 특정 도관 또는 유로를 통해 이동하는 유동의 방향(이하, "유동 방향")에 대한 특정 도관 또는 유로 내의 위치를 나타내기 위해 사용된다. 따라서, 용어 "하류"는 유체가 특정 도관을 통과하여 유동하는 방향을 지칭하는 반면, "상류"는 그 반대의 방향을 지칭한다. 이들 용어는 정상 또는 예상된 작동을 고려하여 도관을 통한 유동 방향을 지칭하는 것으로 해석될 수 있다. 가스 터빈의 구성, 특히 공통 샤프트 또는 회전자에 대한 압축기 및 터빈 섹션의 배열뿐만 아니라 많은 연소기 유형에 공통인 원통형 구성이 주어지면, 축에 대한 위치를 설명하는 용어가 본 명세서에서 규칙적으로 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 용어 "반경방향"은 축에 수직인 이동 또는 위치를 지칭하는 것으로 이해될 것이다. 이와 관련하여, 중심축으로부터의 상대 거리를 설명하는 것이 필요할 수 있다. 그러한 경우에, 예를 들어, 제1 구성요소가 제2 구성요소보다 중심축에 더 가깝게 존재하는 경우, 제1 구성요소는 제2 구성요소의 "반경방향 내향" 또는 "인보드(inboard)"인 것으로 기술될 것이다. 반면에, 제1 구성요소가 중심축으로부터 더 멀리 존재하는 경우, 제1 구성요소는 제2 구성요소의 "반경방향 외향" 또는 "아웃보드(outboard)"인 것으로서 기술될 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "축방향"은 축에 평행한 이동 또는 위치를 지칭하는 반면, 용어 "원주방향"은 축 주위의 이동 또는 위치를 지칭한다. 달리 언급되거나 분명하게 문맥적으로 명백하지 않는 한, 이들 용어는, 비록 그 용어가 내부에서 기능하는 - 회전자 또는 고정자 블레이드와 같은 - 비일체형 구성요소의 속성을 기술하거나 청구하고 있는 경우에도, 각각을 통해 연장되는 회전자에 의해 한정된 바와 같은 가스 터빈의 압축기 및/또는 터빈 섹션의 중심축에 관련한 것으로 해석되어야 한다.

용어 "터보기계 블레이드" 또는 "블레이드"는 추가의 특정함이 없이, 압축기 또는 터빈 중 어느 것의 회전 블레이드에 대한 언급이며, 따라서 압축기 회전자 블레이드 및 터빈 회전자 블레이드 둘 모두를 포함할 수 있고, 또한 압축기 또는 터빈 중 어느 것의 고정 블레이드에 대한 언급일 수 있고, 따라서 압축기 고정자 블레이드 및 터빈 고정자 블레이드 둘 모두를 포함할 수 있다. 용어 "블레이드"는 대체적으로 어느 한 유형의 블레이드를 지칭하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 추가의 특정함이 없이, 용어 "터보기계 블레이드" 또는 "블레이드"는 압축기 회전자 블레이드, 압축기 고정자 블레이드, 터빈 회전자 블레이드, 터빈 고정자 블레이드 등을 포함하는 모든 유형의 터빈 엔진 블레이드를 포함한다.

또한, 여러 가지 기술적인 용어가 후술되는 바와 같이, 본원에서 규칙적으로 사용될 수 있다. 용어 "제1", "제2", 및 "제3"은 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 상호교환 가능하게 사용될 수 있고, 개별 구성요소의 위치 또는 중요성을 나타내기 위한 것은 아니다.

본원에 사용된 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥상 명백하게 달리 나타내지 않는 한, 복수의 형태도 포함하기 위한 것이다. 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 본 명세서에 사용될 때에는 언급된 특징부, 정수(integer), 단계, 작동, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 명시하지만 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성요소, 및/또는 이의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다. "선택적(optional)" 또는 "선택적으로(optionally)"는 후속적으로 기술되는 사건 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생하지 않을 수 있다는 것, 또는 후속적으로 기술되는 구성요소 또는 요소가 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있다는 것, 그리고 설명이 사건이 발생하거나 구성요소가 존재하는 경우와 사건이 발생하지 않거나 구성요소가 존재하지 않는 경우를 포함한다는 것을 의미한다.

일 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에", "에 맞물린", "에 연결된" 또는 "에 결합된" 것으로 언급되는 경우, 이는 다른 요소 또는 층 바로 위에 있거나, 이에 맞물리거나, 이에 연결되거나, 이에 결합될 수 있거나, 개재된 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 반면에, 한 요소가 다른 요소 또는 층 "바로 위에", "에 직접적으로 맞물리고", "에 직접적으로 연결되고", 또는 "에 직접적으로 결합되고"라고 언급되는 경우에는, 개재된 요소 또는 층이 존재하지 않을 수 있다. 요소 사이의 관계를 기술하기 위해 사용된 그 밖의 단어는 유사한 방식으로(예를 들어, "사이에" 대 "사이에 직접적으로", "인접한" 대 "직접적으로 인접한", 등) 해석되어야 한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 열거 항목 중 하나 이상의 항목의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함한다.

배경기술에 의해, 이제 특정함을 가지고 도면을 참조하면, 도 1 내지 도 3은 본 개시내용에 따른 예시적인 가스 터빈 또는 본 발명의 터보기계 부품이 내부에 사용될 수 있는 예시적인 가스 터빈을 예시한다. 도 1은 가스 터빈 시스템(10)의 개략도이다. 대체적으로, 가스 터빈은 압축 공기의 스트림에서 연료의 연소에 의해 생성된 고온 가스의 가압 유동으로부터 에너지를 추출함으로써 작동한다. 도 1에 예시된 바와 같이, 가스 터빈(10)은 공통 샤프트 또는 회전자에 의해 하류 터빈 섹션 또는 터빈(14)에 기계적으로 결합되는 축방향 압축기(12), 및 압축기(12)와 터빈(14) 사이에 위치된 연소기(16)로 구성될 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 가스 터빈(10)은 공통 중심축(18) 주위에 형성될 수 있다.

도 2는 도 1의 가스 터빈(10) 내에 사용될 수 있는 예시적인 다단계(multi-staged) 축방향 압축기(12)의 도면을 예시한다. 도시된 바와 같이, 압축기(12)는 복수 개의 스테이지를 가질 수 있으며, 이들 각각은 압축기 회전자 블레이드(20)의 행(row) 및 압축기 고정자 블레이드(22)의 행을 포함한다. 따라서, 제1 스테이지는 중심 샤프트를 중심으로 회전하는 압축기 회전자 블레이드(20)의 행, 이어서 작동 동안 고정된 상태로 유지되는 압축기 고정자 블레이드(22)의 행을 포함할 수 있다. 도 3은 도 1의 가스 터빈(10) 내에 사용될 수 있는 예시적인 터빈 섹션 또는 터빈(14)의 부분도를 예시한다. 터빈(14)은 또한 복수 개의 스테이지를 포함할 수 있다. 3개의 예시적인 스테이지가 도시되어 있지만, 더 많거나 더 적게 존재할 수 있다. 각각의 스테이지는 작동 동안 고정된 상태로 유지되는 복수 개의 터빈 노즐 또는 고정자 블레이드(24), 이어서 작동 동안 샤프트를 중심으로 회전하는 복수 개의 터빈 버킷 또는 회전자 블레이드(26)를 포함할 수 있다. 터빈 고정자 블레이드들(24)은 대체적으로 하나가 다른 하나로부터 원주 방향으로 이격되고, 회전축을 중심으로 외부 케이싱에 고정된다. 터빈 회전자 블레이드(26)는 중심축을 중심으로 회전하기 위해 터빈 휠 또는 회전자 디스크(도시되지 않음) 상에 장착될 수 있다. 터빈 고정자 블레이드(24) 및 터빈 회전자 블레이드(26)는 터빈(14)을 통과하는 고온 가스 경로 또는 작동 유체 유로 내에 놓이는 것이 이해될 것이다. 연소 가스 또는 작동 유체 유로 내의 작동 유체의 유동 방향은 화살표로 표시된다.

가스 터빈(10)에 대한 작동의 일례에서, 축방향 압축기(12) 내의 압축기 회전자 블레이드(20)의 회전은 공기의 유동을 압축할 수 있다. 연소기(16)에서, 압축 공기가 연료와 혼합되고 점화될 때 에너지가 방출될 수 있다. 이어서, 연소기(16)로부터의 고온 가스 또는 작동 유체의 생성된 유동은 터빈 회전자 블레이드(26) 위로 지향되고, 이는 샤프트를 중심으로 하는 터빈 회전자 블레이드(26)의 회전을 유도한다. 이러한 방식으로, 작동 유체의 유동 에너지는 회전 블레이드의 기계적 에너지로 변환되고, 회전자 블레이드와 샤프트 사이가 연결되어 있으면 회전 샤프트의 기계적 에너지로 변환된다. 이어서, 샤프트의 기계적 에너지는 압축 공기의 필요한 공급이 생성되도록 압축기 회전자 블레이드(20)의 회전을 구동하고/하거나, 예를 들어 전기를 생성하기 위한 발전기를 구동하는 데 사용될 수 있다.

배경기술 목적을 위해, 도 4는 돌출된 섹션(30)을 갖는 예시적인 부품(28)의 사시도를 제공한다. 설명의 목적을 위해, 부품(28)은 확개형 팁 터보기계 블레이드(25), 더 구체적으로는, 터빈 회전자 블레이드(26)로서 예시된다. 본 개시내용의 교시는 또한, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 터보기계 블레이드(25) 외의 돌출된 섹션(30)을 갖는 임의의 부품(28), 예컨대 가스 터빈(10)의 임의의 다른 고온 가스 경로(hot gas path, HGP) 부품에 적용가능하다는 점에 유의한다. 본 개시내용의 교시는 또한, 돌출된 섹션을 갖는 다른 산업용 부품에 적용가능하다.

터보기계 블레이드(25)는 회전자 디스크에 부착되도록 구성된 루트(root)(31)를 포함할 수 있다. 루트(31)는, 예를 들어, 회전자 디스크의 주변부 내의 대응하는 도브테일 슬롯(dovetail slot)에 장착하도록 구성된 도브테일(32)을 포함할 수 있다. 루트(31)는 도브테일(32)과 플랫폼(36) 사이에서 연장되는 섕크(34)를 추가로 포함할 수 있다. 플랫폼(36)은, 도시된 바와 같이, 대체적으로 루트(31)와 에어포일(40) 사이의 접합부를 형성하며, 이때 에어포일은 터빈(14)을 통한 작동 유체의 유동을 차단하고 원하는 회전을 유도하는 터빈 회전자 블레이드(26)의 활성 구성요소이다. 플랫폼(36)은 에어포일(40)의 인보드 단부를 한정할 수 있다. 플랫폼(36)은 또한, 터빈(14)을 통한 작동 유체 유로의 인보드 경계의 섹션을 한정할 수 있다.

터보기계 블레이드의 에어포일(40)은 전형적으로, 오목한 압력 면(42) 및 원주방향으로 또는 측방향으로 반대편의 볼록한 흡입 면(44)을 포함한다. 압력 면(42) 및 흡입 면(44)은, 서로 반대편의 선단 에지(46)와 후단 에지(48) 사이에서 각각 축방향으로, 그리고 플랫폼(36)과의 접합부에서 한정될 수 있는 인보드 단부와 확개형 팁 레일을 포함할 수 있는 아웃보드 팁 사이에서 반경 방향으로 연장될 수 있다. 에어포일(40)은 원하는 공기역학적 성능을 촉진하도록 설계된 만곡된 또는 윤곽형성된 형상을 포함할 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 터보기계 블레이드(25) 및 그의 구성요소는 터빈(14)의 배향 특성에 따라 설명될 수 있다. 그러한 경우에, 터보기계 블레이드(25)는 터빈(14) 내에 적절하게 설치되는 것으로 가정된다는 것을 이해하여야 한다. 그러한 배향 특성은 터빈(14)의 중심축(18)(도 1)에 대해 정의된 반경방향, 축방향, 및 원주 방향을 포함할 수 있다. 전방 및 후방 방향들은, 작동 유체가 연소기(16)로부터 터빈(14)으로 진입하는 터빈(14)의 전방 단부, 및 작동 유체가 터빈(14)을 빠져나가는 터빈(14)의 후방 단부에 대해 정의될 수 있다. 회전 방향은 작동 동안 터빈(14)의 중심축(18)(도 1)을 중심으로 하는 터보기계 블레이드(25)의 예상 회전 방향에 대해 정의될 수 있다.

상기에 나타낸 바와 같이, 본 개시내용은 돌출된 섹션(30), 예컨대 터보기계 블레이드(25)의 확개형 팁을 갖는 부품(28)을 형성 또는 보수하는 방법을 제공한다. 보수 목적을 위해, 본 방법은 일부분을 제거하는 단계, 및 부품에 섹션을 추가하는 단계를 포함할 수 있다. 부품(28)을 초기에 형성하기 위해, 본 방법은 이미 형성된 부품(28)의 일부분에 섹션을 추가할 수 있다. 어떤 경우에도, 추가되거나 형성되는 섹션은 돌출된 섹션을 포함한다. 추가하는 단계는 부품 상에 한 세트 이상의 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단계를 포함한다. 완료되었을 때, 복수 개의 재료 층은 돌출된 섹션을 포함하는 섹션의 치수에 근사화한다. 순차적 적층화는 예를 들어, 레이저 용접, 냉각 금속 전사(cold metal transfer, CMT), 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접, 레이저 소결, 직접 금속 레이저 용융(DMLM), 네트 쉐이프 방법(net shape method), 니어 네트 쉐이프 방법(near net shape method) 등을 포함할 수 있고, 섹션 내에서 다양한 층을 생성하는 다수의 방식으로 수행될 수 있다. 본 방법 및 그에 의해 형성된 최종 부품은 사후 구축 가공 또는 마무리를 최소화하거나 제거하는 네트 쉐이프 방법에 의해 형성될 수 있다. 본 방법은 적어도 한 세트 이상의 복수 개의 재료 층을 기계가공하여 돌출된 섹션을 포함하는 섹션을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른, 제1 면(62) 및 반대편의 제2 면(64)을 갖는 몸체(60)를 갖는 사용된 부품(28)의 확대 단면도를 도시한다. 몸체(60)는 또한 종방향 축(75)을 가질 수 있다. 종방향 축은, 예컨대 몸체의 길이를 통과하는 몸체(60)의 임의의 기준축일 수 있다. 에어포일(40)의 관점에서, 종방향 축은 에어포일이 가스 터빈(10)(도 1)에 위치됨에 따라 반경방향 축일 수 있다. 돌출된 섹션(30)은, 예를 들어 몸체(60)의 제1 면(62)으로부터 돌출된 방식으로 연장된다. 돌출된 섹션(30)은 그의 일부분에 수직 구조적 지지부가 결여되어 있다. 일 실시예에서, 돌출된 섹션(30)은 몸체(60)의 제2 면(64) 상의 대향 부재(66)의 반대편에 있고, 대향 부재(66)보다 더 큰 질량을 갖는다. 도시된 예에서, 부품(28)은, 예를 들어 제1 면(62) 상의 블레이드의 흡입 면(44)을 돌출시키는 확개형 팁 레일(70)을 포함하는 터보기계 블레이드(25)를 포함한다. 따라서, 확개형 팁 레일(70)은 부품(28)의 돌출된 섹션(30)(도 4)의 일례이다. 몸체(60)는 에어포일(40)을 포함하고, 확개형 팁 레일(70)은 에어포일(40)의 단부로부터 연장되는 반경방향 연장 팁 레일(134)의 형태의 대향 부재(66)의 반대편에 있다. 확개형 팁 레일(70)은 가스 터빈(10)의 축(18)(도 1)에 대해 원주방향으로 연장된다. 다른 실시예에서, 돌출된 섹션(30)은 상이한 질량을 갖거나 갖지 않을 수 있는, 다른 돌출된 섹션, 예컨대 확개형 팁 레일(70)의 반대편에 있을 수 있고, 에어포일(40)의 주변부 주위로 연장될 수 있다 - 예를 들어, 도 23 및 도 24 참조.

손상된 돌출된 부분은 돌출된 확개형 팁 레일(70), 즉 구조적 지지부가 결여된 돌출된 확개형 팁 레일을 포함할 수 있다. 부분(72)은 제거되기를 원하는 임의의 구조체를 포함할 수 있고, 손상이 없는 일부분 또는 마모된 표면, 균열, 개구, 거칠기 등과 같은 그러나 이로 제한되지 않는 다양한 손상을 갖는 일부분을 포함할 수 있다. 이러한 상황에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 부분(72)은 부품 상에, 예컨대 터보기계 블레이드(25) 상에 표면(74)을 생성하기 위해 부품(28)으로부터 제거될 수 있다. 부분(72)은 또한 표면/라인(74a)에 의해 한정될 수 있으며, 여기서 제거된 부분은 더 깊고 흡입 면(44)의 비-확개형 섹션으로 연장된다. 부분(72)은 전기 방전 기계가공(EDM), 기계적 절단/연삭, 레이저 절단 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의의 현재 알려진 또는 나중의 개발된 기법을 사용하여 제거될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 확개형 팁 레일(70)의 일부 잔류물이 유지되거나 유지되지 않을 수 있지만, 부분(72)은 제거된 섹션이 재형성될 수 있는 표면(74)을 형성하도록 제거된다. 표면(74)은 평탄하거나, 만곡될 수 있고, 또는 3차원 형상 또는 프로파일을 가질 수 있다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 표면(74)의 각도는 실질적으로 수평인 평면일 수 있는데, 즉, 몸체가 수직 위치에 있다 - 종방향 축(75)이 수직이다. 본 명세서에 기술되는 바와 같이, 표면(74)은 또한 비-수평 각도로 형성될 수 있고, 부품은 새로운 층의 형성을 허용하기 위해 필요에 따라 회전될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 확개형 팁 레일(70)의 최대한 절반은 예컨대, 제거되는 부분(72)의 최대한 절반에 기초하여 제거된다. 하나의 비제한적인 예에서, 확개형 팁 레일(70)의 절반 초과는 예컨대, 제거되는 부분(72)의 절반 초과에 기초하여 제거된다.

본 개시내용의 실시예는 또한, 확개형 팁 레일(70)의 초기 제조를 포함할 수 있다. 이 경우에, 도 6에 도시된 바와 같이, 출발 구조체는 구축되는 재료 및 구조에 대한 임의의 적절한 기법을 사용하여 제조될 수 있다. 비제한적인 예는 주조 및 적층 제조를 포함할 수 있다. 어떠한 경우에도, 돌출된 섹션이 구축되어야 하는 표면(74)이 생성된다.

도 7은 섹션(76)을 부품(28)에 추가하는 단면도를 도시하며, 여기서 섹션(76)은 새로운 돌출된 섹션(78)을 포함한다. 추가하는 단계는 부품(28) 상에, 즉 표면(74) 상에 복수 개(80)의 재료 층(82)을 순차적으로 적층화하는 단계를 포함한다. 종합적으로, 완료되었을 때, 복수 개의 재료 층(82)은 새로운 돌출된 섹션(78)을 포함하는 섹션의 치수에 근사화한다. 즉, 추가된 섹션은 추가되는 원하는 새로운 돌출된 섹션(78), 또는 교체되는 부분(72)의 치수에 근사화한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "치수에 근사화"는, 대체적으로 새로운 돌출된 섹션(78)이 기계가공에 의한 재료 제거에 의해 형성될 수 있고 추가적인 재료를 거의 또는 전혀 추가되지 않을 수 있는 것을 나타낸다. 재료 층(82)의 추가는 다수의 방식으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 재료 층(82)은 레이저 용접, 레이저 클래딩, 냉각 금속 전사(CMT), 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접, 적층 제조, 금속 소결, 직접 금속 레이저 용융(DMLM) 등을 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 도 8의 재료 층(82)의 확대 단면도에 도시된 바와 같이, 부품(28) 상에 복수 개(80)의 재료 층(82)을 순차적으로 적층화하는 것은 각각의 층(82)을 형성하기 위해 일련의 용접 비드들(84)을 형성하는 것을 포함한다. 임의의 수의 용접 비드(84)가 단일 층을 형성하는 데 사용될 수 있다. 층들은 임의의 패턴으로 용접을 사용하여 형성될 수 있는데, 예컨대, 중심 또는 주변부에서 시작하여 그들을 연속 나선형 용접 비드에서 형성하거나, 표면(74)의 측부로부터 측부로 연장되는 개별 선형 용접 비드들을 나란히 형성하거나, 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 표면(74)은 재료의 균일한 적층화를 조성하기 위해 순차적 적층화 동안 실질적으로 수평 위치(예컨대, 수평으로부터 +/- 3° 이하)로 위치될 수 있고, 이어서 부분(72)은 표면(74) 상에 적어도 한 세트의 복수 개(80)의 재료 층(82)을 순차적으로 적층화함으로써 교체될 수 있다.

도 7에서, 단일 세트의 복수 개(80)의 재료 층(82)만이 사용된다. 여기서, 복수 개의 재료 층(82)의 제2 단부(90)는 (형성될) 돌출된 섹션의 치수에 근사화하도록 계단식-단차형성된다. 일례에서, 단일 세트의 복수 개(80)의 재료 층(82)의 제1 단부(86)는 부품(28)의 표면(88)과 대체적으로 정렬된 것으로 예시되고, 단일 재료 층(82)의 제2 단부(90)는 (형성될) 돌출된 섹션의 치수에 근사화하기 위해 계단식-단차형성된다. 여기서, 제2 단부들(90)은 돌출된 방식으로 터보기계 블레이드(25)의 흡입 면(44) 위에 더 큰 정도로 점진적으로 연장되어, 예시된 바와 같이 상향으로 이동한다. 여기서, 각각의 층(82)은 반경방향으로 또는 수직으로 정렬된 그의 제1 단부들(86)을 가질 수 있다. 단일 세트의 복수 개의 재료 층(82)의 제1 단부들(86)은 예시된 바와 같이 정밀하게 정렬되지 않을 수 있고, 부품(28)의 표면(88)에 대해 불균일한 에지들을 가질 수 있다는 것에 유의한다. 이러한 불균일한 에지들은 부품(28)의 표면(88)과 정렬되도록 나중에 기계가공될 수 있다.

도 9는 층들(82)의 용접 비드들(84)의 개략 평면도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 상이한 층들(82A)의 용접 비드들(84)은 다른 층들(82B)의 용접 비드들(84)에 대해 경사질 수 있다. 예를 들어, 복수 개(80)의 재료 층(82)의 적어도 하나의 제1 재료 층(82A)에 대한 일련의 용접 비드들(84)은 동일한 복수 개(80)의 층의 적어도 하나의 제2 재료 층(82B)에 대한 일련의 용접 비드들(84)에 대해 비-평행 각도로 형성될 수 있다. 새로운 섹션(76)(도 10)에서 강도를 조성하기 위해 임의의 각도가 사용될 수 있다. 용접 비드의 방향에 더하여, 열 균열을 방지하기 위해 구조체의 국소 온도를 제어하는 방식으로 순차적 적층화가 수행될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 하나의 영역에서 냉각을 허용하면서 다른 영역에서 작동시키기 위해, 그리고 새로운 용접 비드의 적용 전에 냉각된 위치에 새로운 용접 비드가 적용되는 것을 보장하기 위해 구축 표면(74) 상에서 이곳저곳으로 점프할 수 있다.

도 10은 복수 개(80)의 재료 층(82)을 기계가공하여 새로운 돌출된 섹션(78)을 포함하는 새로운 섹션(76)을 형성한 후의 부품(28)을 도시한다. 공정이 부분(72)(도 5)을 교체하고 있는 경우, 돌출된 섹션(78)은 부분(72)(도 5)의 형상 및 치수와 매칭될 수 있다. 대안적으로, 그것은 개선된 성능 및/또는 수명을 제공하기 위해 상이한 형상 및 치수를 가질 수 있다. 기계가공은 표면들의 블렌딩을 허용하여 새로운 섹션(76)에 대한 원하는 형상 및 치수를 생성하는 재료 제거의 임의의 방식을 포함할 수 있다. 기계가공의 비제한적이고 비포괄적인 예는 밀링, 연삭, 절단, 폴리싱 등을 포함할 수 있다. 언급된 바와 같이, 몸체(60)는 터보기계 블레이드(25)의 에어포일(40)을 포함할 수 있다. 이 경우에, 돌출된 섹션(78)은 에어포일(40)의 제1 면(62)(도시됨) 및 제2 면(64) 중 하나로부터 연장되는 확개형 팁 레일(70)을 포함한다. 도 10에서, 터보기계 블레이드(25)는 에어포일(40)로부터 연장되는 확개형 팁 레일(70)을 포함하며, 이때 돌출된 섹션(78)의 반경방향-대면 외부 표면(138)은 터보기계의 축(18)에 평행하다.

도 7에서, 표면(74)은, 예를 들어 아마도 가스 터빈(10)(도 1)의 축(18)(도 1)에 대해 평행하게 연장되는, 새로운 섹션(76)의 반경방향-대면 외부 표면(92)에 평행하도록 형성된다. 다시 말하면, 표면(74)은 부품의 종방향 축(75), 또는 터보기계 블레이드의 관점에서, 에어포일(40)의 몸체(60)의 반경방향 축(75)에 수직으로 연장된다. 결과적으로, 부품(28)은 복수 개(80)의 재료 층(82)을 포함하는 돌출된 섹션(78)의 적어도 일부분을 포함하며, 여기서 각각의 재료 층(82)은 몸체(60)의 종방향 축(75)에 대해 직각으로 연장된다. 돌출된 섹션(78)의 일부분은 바닥 표면(136)으로부터 돌출된 섹션(78)의 (블레이드 장착되었을 때의) 반경방향-대면 외부 표면까지 연장되는 돌출된 섹션(78)의 최대한 절반, 또는 돌출된 섹션(78)의 절반 초과를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 도 25에 도시된 바와 같이, 부품(28)은 표면(74)이 수평으로부터 경사지도록 회전될 수 있다. 예를 들어, 회전 각도(θ1)는 부품(28)의 종방향 축(75)이 수직으로부터 회전 각도(θ1)에 있도록 약 15° 내지 약 60°일 수 있다. 도 26은 새로운 섹션(76)을 부품(28)에 추가하는 단면도를 도시하며, 여기서 새로운 섹션(76)은 새로운 돌출된 섹션(78)을 포함한다. 추가하는 단계는 부품(28) 상에, 즉 경사진 표면(74) 상에 복수 개(80)의 경사진 재료 층(82)을 순차적으로 적층화하는 단계를 포함한다. 종합적으로, 완료되었을 때, 복수 개(80)의 재료 층(82)은 도 7에 도시된 바와 같이 구축된 수평 표면으로 획득가능한 것보다 더 큰 돌출 각도를 갖는 돌출된 섹션(78)을 포함하는 새로운 섹션(76)의 치수에 근사화한다. 즉, 추가된 섹션(76)은 추가되는 원하는 새로운 돌출된 섹션(78), 또는 교체되는 손상된 섹션(72)(도 5)의 치수에, 또는 원하는 경우, 더 큰 돌출 각도로 근사화한다. 예를 들어, 돌출 각도(θ2)는 약 50° 내지 약 65°, 또는 약 55^o 내지 약 60^o일 수 있다 . 돌출 각도(θ2)는, 도 26에 도시된 바와 같이, 부품의 종방향 축(75)과 돌출 재료 층(82)의 하부 코너(또는 에지)를 가로지르는 라인 사이에서 측정된다. 경사진 구축은 각각의 층의 인지된 돌출부를 감소시켜, 더 많은 양의 돌출이 성공적으로 획득될 수 있도록 한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 대안적인 실시예에서, 부품(28)의 부분(72)을 제거하는 단계는 몸체(60)의 종방향 축(75), 즉 에어포일(40)의 몸체(60)의 반경방향 축(75)에 수직하지 않은 표면(94)을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 오히려, 표면(94)은 몸체(60)의 종방향 축(75), 즉 에어포일(40)의 반경방향 축(75)에 대해 예각(δ)으로 있을 수 있다. 명확하게 하기 위해, 예각은 0° 내지 90°이다. 표면(94)은 또한, 가스 터빈(10)의 축(18)(도 11에 가상선으로 추가됨)에 대해 예각(α)으로 있을 수 있다. 추가적으로, 표면(94)은 최종 제품, 즉 새로운 확개형 팁 레일의 새로운 돌출된 섹션(78)의 타깃 반경방향-대면 외부 평면 표면(96)(도 14)에 수직하지 않고 평행하지도 않은 각도로 있을 것이다.

도 13a에 도시된 바와 같이, 표면(94)은 그 상에 복수 개(80)의 재료 층(82)을 순차적으로 적층화하기 전에 실질적으로 수평(+/- 3°)이 되도록 회전될 수 있다. 대안적으로, 도 13b에 도시된 바와 같이, 부품(28)은 복수 개(80)의 재료 층(82)을 순차적으로 적층화하기 전에 수평 및 수직 이외의 각도(β)로 표면(94)을 위치시키도록 회전될 수 있다. 부품(28)은 대안적으로, 소정 수의 재료 층들(82)이 순차적으로 적층화된 후에 도 13b의 위치로 회전될 수 있다. 각도(β)는 복수 개(80)의 재료 층(82)의 원하는 단차형성을 허용하는, 즉 본 명세서에 한정된 바와 같이 실질적으로 수평이 아닌 임의의 각도일 수 있다. 예를 들어, 각도(β)는, 층들(82)의 단부들(98)이 단부들의 나중의 기계가공이 표면(88)과 정렬되게 하는 방식으로 외향으로 단차형성되도록, 그리고 층들(82)의 단부들(100)이 부품(28)의 새로운 돌출된 섹션(78)을 형성하는 방식으로 외향으로 단차형성되도록 하는 것일 수 있다. 각도(β)는 표면(94)이 수평이었다면 생성될 수 없었을 정도로 돌출된 섹션(78)의 형성을 허용할 수 있다. 예를 들어, 새로운 돌출된 섹션(78)의 외향 길이(L2)(도 14)는 원래의 돌출된 섹션(30)의 초기 외향 길이(L1)(도 11)보다 더 클 수 있거나, 몸체(60)의 반경방향 축(75)에 대한 새로운 돌출된 섹션(78)의 각도(ε2)는 몸체(60)의 반경방향 축(75)에 대한 원래의 돌출된 섹션(30)의 초기 각도(ε1)(도 11)보다 더 클 수 있다. 각도(β)는, 예컨대 적하(dripping), 슬럼핑(slumping) 또는 파괴(breaking)의 형태로 층들의 원하지 않는 형성을 허용하지 않으면서 순차적 적층화를 허용하는 임의의 각도일 수 있다.

도 13a 및 도 13b는 또한, 표면(94) 상에 복수 개(80)의 층(82)을 순차적으로 적층화하는 것을 도시한다. 이 경우에, 층들(82)의 각각의 단부(98, 100)는 계단식-단차형성될 수 있다. 즉, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 복수 개(80)의 재료 층(82)의 순차적 적층화는 표면(94)의 제1 면으로부터 계단식-단차형성된 방식으로 복수 개의 재료 층의 제1 단부(98)를, 그리고 표면(94)의 제2 면으로부터 계단식-단차형성된 방식으로 복수 개(80)의 재료 층(82)의 제2 단부(100)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 단부 및 제2 단부(도시된 바와 같이 100) 중 하나는 본 명세서에 기술된 바와 같이, 돌출된 섹션(78)을 포함하는 섹션(76)의 치수에 근사화한다. 단부(98)는 마무리되었을 때, 부품(28)의 표면(88)과 정렬되도록 계단식-단차형성될 수 있고, 언급된 바와 같이, 단부(100)는 부품(28)의 새로운 돌출된 섹션(78), 예컨대 터보기계 블레이드(25)를 위한 새로운 확개형 팁 레일을 형성하도록 계단식-단차형성될 수 있다. 여기서, 도 14에 가상선으로 도시된 바와 같이, 기계가공 후, 마무리된 제품의 새로운 돌출된 섹션(78) 내의 층(82)은 가스 터빈(10)(도 1)의 축(18)(가상선으로 개략적으로 도시됨)에 대해 예각(α)으로, 타깃 외부 표면(96)(도 14)에 대해 예각(α)으로, 그리고 몸체(60) 또는 부품(28)의 종방향 축(75)(즉, 에어포일(40)의 반경방향 축(75))에 대해 예각(δ)으로 연장된다. 또한, 타깃 외부 표면(96)은, 완료되었을 때, 복수 개(80)의 재료 층(82) 및 층들이 구축되는 표면(94)에 대해 각도(α)로 있다. 타깃 표면(96)이 평면으로 도시되어 있지만, 이는 또한 평면 표면이 아닐 수 있으며:예를 들어, 표면(96)은 만곡될 수 있거나 3차원 프로파일을 가질 수 있음을 이해하여야 한다.

도 14는 복수 개(80)의 재료 층(82)을 기계가공하여 돌출된 섹션(78) 및 타깃 외부 평면 표면(138)을 형성하는 것을 도시한다. 타깃 외부 (평면) 표면(96)은 복수 개(80)의 재료 층(82)에 대해 각도(α)로 있다. 도 14에 도시된 터보기계 부품(28)은 제1 면(62), 제1 면(62)의 반대편에 있을 수 있는 제2 면(64), 및 종방향 축(75)을 갖는 몸체(60)를 포함한다. 돌출된 섹션(76)은 몸체(60)의 제1 면(62)(도시됨) 및 제2 면(64) 중 적어도 하나로부터 돌출된 방식으로 연장된다. 도 23은 양측으로부터 연장되는 돌출된 섹션을 도시한다. 도 14에 언급된 바와 같이, 돌출된 섹션(78)의 적어도 일부분은 복수 개(80)의 재료 층(82)을 포함하며, 여기서 각각의 재료 층(82)은 몸체(60)의 종방향 축(75)에 대해 예각(δ)으로 연장된다. 일 실시예에서, 반경방향으로 연장되는 팁 레일(134)은 에어포일(40)로부터(몸체(60)의 다른 면으로부터) 연장될 수 있고, 돌출된 섹션(78)의 반경방향-대면 외부 표면(138)은 작동 위치에 있을 때 터보기계의 축(18)에 평행할 수 있다.

도 15 내지 도 22를 참조하면, 본 개시내용의 다른 실시예에서, 한 세트 초과의 복수 개의 재료 층(82)은 새로운 돌출된 섹션(78)을 포함하는 새로운 섹션(76)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 여기서, 한 세트 초과의 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화함으로써 돌출된 섹션(78)을 포함하는 섹션(76)이 부품(28)에 추가될 수 있다. 본 방법은 부품 상에 제1 방향으로 연장되는 제1 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단계, 및 부품 상에 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 연장되는 제2 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 단계를 포함할 수 있는데, 예컨대, 2세트의 복수 개의 층이 부품 상에 형성된 수직 표면 상에 구축될 수 있다. 제2 복수 개의 재료 층은 대체적으로 제1 복수 개의 재료 층과 만나며, 즉 새로운 섹션(76)을 형성한다. 각각의 복수 개의 층의 상이한 층들은 재료가 다를 수 있으며, 예를 들어 재료 층들은 주어진 복수 개의 층 내에서 재료를 교번할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 각각의 복수 개의 층 내의 재료는 동일할 수 있지만, 2세트의 복수 개의 층은 상이한 재료를 사용할 수 있다. 복수 개의 재료 층들(82) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 몸체(60)와 동일하거나 상이한 재료를 사용할 수 있다.

도 6 및 도 15에 도시된 바와 같이, 사용된 부품에 적용되는 경우, 부품(28)의 임의의 부분(72)이 제거되어 표면(74)을 생성할 수 있다. 그렇지 않으면, 새로운 섹션(76)의 형성은, 도 6에 도시된 바와 같이, 초기에 형성된 부품으로부터 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 돌출된 섹션(78)을 포함하는 부품(28)에 섹션(76)을 추가하는 단계는 제1 방향으로, 예컨대 도시된 바와 같이 대체적으로 수평이지만, 아마도 수평으로부터 벗어나는 일부 각도로 연장되는 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)을 부품(28) 상에 순차적으로 적층화하는 단계를 포함할 수 있다. 이 예에서, 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)은 확개형 팁 레일(70)의 부분(112)(도 6)을 소비하는 방식으로 부품(28) 상에 수평으로 순차적으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 순차적 적층화 전에, 확개형 팁 레일(70)(도 6)의 부분(112)(가상선으로 도시됨)과 같은 원하는 임의의 재료가 제거되어 다른 표면(114)을 형성할 수 있다. 즉, 부품(28)의 다른 부분(112)이 제거되어 다른 표면(114)을 생성한다. 이 경우에, 임의의 필요한 회전 후에, 층들(82)은 표면(114) 상에서 부품(28) 상에, 즉 임의의 다른 재료를 소비하지 않고, 수평으로 순차적으로 형성될 수 있다. 이러한 설정에서, 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)의 순차적 적층화는 표면(114) 상에서 이루어지고 표면(114)의 연장부(116)를 형성한다. 층들(82)의 단부들(118)은 형성되었을 때 표면(74)과 이상적으로 정렬되지만, 그들이 정렬되지 않는 경우, 그들은 표면(74)과 정렬되도록 기계가공될 수 있다. 도 15에서, 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)의 순차적 적층화는 표면(74)의 연장부(116)를 생성한다. 본 명세서에 기술되는 바와 같이, 대안적인 실시예는 계단식-단차형성된 단부를 갖는 연장부를 형성할 수 있다 - 예컨대, 도 18c 및 도 19 참조.

도 17은 부품(28)을 회전시켜 표면(74)이 상이한 각도로, 예컨대 실질적으로 수평에 있게 하는 것을 도시하고, 도 18a는 상이한 제2 방향으로, 예컨대 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)에 수직하게 연장되는 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)을 부품(28) 상에 순차적으로 적층화하는 것을 도시한다. 이 실시예에서, 언급된 바와 같이, 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)의 순차적 적층화는 표면(74)의 연장부(116)를 생성하고, 도 18a에 도시된 바와 같이, 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)의 순차적 적층화는 제1 표면(74) 및 제1 표면(74)의 연장부(116) 상에서 이루어진다. 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)은 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)과 만나며, 즉, 대체적으로 이들은 합쳐지고 서로 정합하거나 대체적으로 서로 정합한다.

도 18a 내지 도 18e는, 제1 복수 개(110)의 재료 층(82) 및 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)이 집합적으로, 새로운 돌출된 섹션(78)을 포함하고 서로에 대해 비-동일평면 상에 있는 새로운 섹션(76)의 치수들에 근사화하게 초래하는 다양한 실시예들을 도시한다. 설명되는 바와 같이, 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)은 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)의 제1 방향에 대해 다양한 비-동일평면 방향들(즉, 동일 평면에 있지 않음)로 연장될 수 있다. 도 17 및 도 18a는, 최종적인 수평의 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)이 수직의 제1 복수 개(110)의 재료 층(82) 위에 연장되는 실시예, 즉 표면들(74, 114) 사이의 각도(γ)가 실질적으로 직각(90°+/-2°)인 실시예를 도시한다. 도 18b는 복수 개(110, 120)의 재료 층들이 위치가 반전되어 있는 대안적인 실시예를 도시한다. 즉, 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)이 표면(74) 상에 먼저 형성되고 연장부(116)를 제공한다. 이어서, 부품(28)이 회전되어 표면(114) 및 연장부(116)가 그 상에 구축되는 데 이용가능할 수 있게 되고, 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)이 형성된다. 제1 복수 개(110)의 재료 층(182)은, 연장부(116)를 형성하는 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)의 인접 단부에서 연장되는 것이 끝난다.

도 18c는 각각의 복수 개를 순차적으로 적층화하는 것을 반복한 후의 부품의 다른 대안적인 실시예를 도시한다. 다시 말하면, 제1 및 제2 복수 개들(110, 120)의 모든 재료 층들(82)보다 적은 재료 층(82)이 부품의 회전들 사이에서 부품 상에 형성된다. 여기서, 제1 또는 제2 복수 개들(110, 120)의 모든 재료 층들(82)보다 적은 몇 개의 층들, 예컨대 1개 내지 4개의 층이 하나의 표면(74, 114) 상에 구축되고; 이어서, 부품이 회전되고, 다른 복수 개들(110, 120)의 모든 재료 층들(82)보다 적은 다른 수의 층들, 예컨대 1개 내지 4개의 층이 반대편 표면(74, 114) 상에 구축된다. 이러한 접근법은 복수 개(110, 120) 각각 내의 층들(82)의 그룹들의 계단식-단차형성된 정합 또는 대체적으로 계단식-단차형성된 정합을 생성한다. 이러한 공정은 열 응력을 감소시키고 다른 기계적 문제를 해결하는 데 유리할 수 있다.

도 18d 및 도 18e는 표면들(74, 114)이 비-동일평면 방향으로 형성되고 직각(90°)이 아닌 각도(γ)를 갖는 부품의 다른 대안적인 실시예들을 도시한다. 여기서, 각각의 복수 개들(110, 120)의 재료 층들(82)의 적층화 동안의 표면들(74 또는 114)의 위치설정은 층들의 원하는 결합을 보장하고 하드웨어 용접 제약을 수용하는 데 필요한 임의의 위치에 있을 수 있다. 도 18d는 둔각(γ)(90°<γ<180°)의 표면(74, 114)을 도시하고, 도 18e는 180°보다 큰 각도(γ)의 표면(74, 114)을 도시한다.

도 19 내지 도 21은, 제1 및 제2 복수 개(110, 120)의 재료 층(82) 각각의 순차적 적층화가 서로 대체적으로 만나는 계단식-단차형성된 단부를 생성하는 것을 제외하고, 도 15 내지 도 18e에 대해 기술된 것과 실질적으로 유사한 대안적인 실시예를 도시한다. 도 15 및 도 16에서와 같이, 제1 순차적 적층화는 부품의 부분(112)을 소비할 수 있거나, 또는 다른 표면(114)이 부품의 부분(112)을 제거함으로써 생성될 수 있고 적층화가 표면 상에 완료될 수 있다. 어떠한 경우에도, 적층화 전에, 사용된 부품의 응용을 위해, 부품(28)의 임의의 부분(72)이 제거되어 표면(74, 114)을 생성할 수 있다.

도 19는 표면(114)의 계단식-단차형성된 연장부(122)를 생성하기 위한 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)의 순차적 적층화를 도시한다. 도 20은 부품의 임의의 필요한 회전을 도시하고, 도 21은 표면(74) 상의 제2 복수 개(120)의 재료 층(82) 및 표면(74)의 계단식-단차형성된 연장부(122)(도 20)의 순차적 적층화를 도시한다. 더 구체적으로, 표면(74) 상의 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)의 순차적 적층화는 그의 재료 층(82)을 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)에 의해 형성된 표면(74)의 계단식-단차형성된 연장부(122)와 대체적으로 정합시켜, 인터로킹된 접합부를 생성하도록 수행된다. 여기서, 도 21에 도시된 바와 같이, 2세트의 복수 개(110, 120)의 재료 층들(82)은 정합하는 계단식-단차형성된 단부들을 가질 수 있거나, 일부 위치들에서 그들 사이에 아마도 일부 공극들(83)을 갖는 대체적으로 정합하는 계단식-단차형성된 단부들을 가질 수 있다. 즉, 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)의 단부는, 아마도 일부 공극(83)이 내부에 있는 상태로, 계단식-단차형성된 방식으로 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)의 단부와 만난다. 표면들(74, 114)이 도 19 내지 도 22에서 서로 수직한 것으로 도시되어 있지만, 도 18a 내지 도 18e에 대해 기술된 각도들(γ) 중 임의의 것이 계단식-단차형성된 층들과 함께 채용될 수 있다.

도 22는 복수 개(110, 120)의 재료 층(82)을 기계가공하여 새로운 돌출된 섹션(78)을 포함하는 섹션(76)을 형성한 후의 부품(28)을 도시한다. 이러한 공정은 한 세트 초과의 복수 개의 재료 층을 순차적으로 적층화하는 기술된 공정들 중 임의의 것을 따를 수 있다. 이러한 기계가공 공정은 도 10에 대해 설명된 바와 같을 수 있다. 기계가공이 도 21의 실시예로부터 수행되는 것으로 나타나 있지만, 유사한 기계가공이 도 18a 내지 도 18e의 실시예에 대해 수행될 수 있음이 인식될 것이다.

도 22는 제1 면(62) 및 제2 면(64)을 갖는 몸체(60)를 포함하는 터보기계 부품(28)을 예시한다. 돌출된 섹션(78)은 몸체(60)의 제1 면(62) 및 제2 면(64)(도시됨) 중 적어도 하나로부터 돌출된 방식으로 연장된다. 돌출된 섹션(78)의 적어도 일부분은 제1 방향으로 연장되는 제1 복수 개(110)의 재료 층(82), 및 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)의 제1 방향에 대해 비-동일평면 방향(각도(γ) 참조)으로 제2 방향으로 연장되는 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)을 포함한다 - 도 18a 내지 도 18e 참조.

도 23은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 제1 면(62) 및 반대편의 제2 면(64)을 갖는 몸체(60)를 갖는 부품(28)의 확대 단면도를 도시한다. 여기서, 돌출된 섹션들(30, 230)은 각각 몸체(60)의 제1 면(62)으로부터 그리고 몸체의 제2 면(64)으로부터 돌출된 방식으로 연장된다. 돌출된 섹션들(30, 230) 둘 모두는 그들의 일부분에 수직 구조적 지지부가 결여되어 있다. 이러한 실시예에서, 돌출된 섹션들(30, 230)은 동일한 질량을 가질 수 있고 동일한 정도로 연장될 수 있거나, 하나 또는 다른 하나는 더 큰 질량을 가질 수 있고 상이한 정도로 연장될 수 있다. 도시된 예에서, 부품(28)은, 예를 들어 블레이드의 흡입 면(44) 및 압력 면(42)을 돌출시키는 확개형 팁 레일(70, 270)을 포함하는 터보기계 블레이드(25)를 포함한다. 그러나, 확개형 팁 레일(70)은 에어포일(40)의 팁의 전체 주변부 주위로 연장될 수 있다는 것에 유의한다. 따라서, 확개형 팁 레일(70)은 부품(28)의 돌출된 섹션(30, 230)의 일례이다. 몸체(60)는 에어포일(40), 및 확개형 팁 레일(70)을 포함한다. 확개형 팁 레일(70)은 가스 터빈(10)의 축(18)(도 1)에 대해 원주방향으로 연장된다. 도 5 내지 도 22는 에어포일(40)의 일 면 상에서 확개형 팁 레일(70)을 보수하기 위한 공정을 도시하지만, 본 개시내용의 교시는 필요에 따라, 여러 번 그리고 많은 구축 표면들(74, 94, 114, 116)로 반복될 수 있다는 것이 쉽게 인식될 것이다. 임의의 개수의 부분들(72)(손상된 돌출된 부분)이 보수 또는 추가될 수 있다.

도 24는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 제1 면(62) 및 반대편의 제2 면(64)을 갖는 몸체(60)를 갖는 부품(28)의 확대 단면도를 도시한다. 도 5 내지 도 23에서, 돌출된 섹션(들)(30, 230)은 에어포일(40)의 몸체(60)에 대해 외향으로 연장된다. 도 24에서, 돌출된 섹션들(330, 430)은 각각 몸체(60)의 제1 면(62)으로부터 그리고 몸체의 제2 면(64)으로부터 내향으로 돌출된 방식으로 연장된다. 돌출된 섹션들(330, 430) 둘 모두는 그들의 일부분에 수직 구조적 지지부가 결여되어 있다. 이러한 실시예에서, 돌출된 섹션들(330, 430)은 동일한 질량을 가질 수 있고 동일한 정도로 내향으로 연장될 수 있거나, 하나 또는 다른 섹션은 더 큰 질량을 가질 수 있고 상이한 정도로 연장될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 내향 연장 돌출된 섹션들(330, 430) 중 하나는 도 5에서와 같은 반경방향 연장 팁 레일(134)로 대체될 수 있음이 인식될 것이다. 돌출된 섹션(330, 430)은 본 명세서에 기술된 실시예들 중 임의의 실시예에 따라 보수 또는 추가될 수 있다. 돌출된 섹션이 압력 면(42), 흡입 면(44) 및 바닥 표면(136), 또는 이들 표면/면의 모두 또는 이들의 조합에 걸쳐 연장될 수 있음을 이해하여야 한다.

부품(28)은 금속을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 부품(28)은 금속 또는 금속 합금, 예컨대 주상 결정립 구조를 갖는 초합금과 같은 금속으로 제조된다(예를 들어, 방향성 응고된(directionally solidified, DS) 블레이드). 일 실시예에서, 부품(28)은 제1 금속으로 제조될 수 있고, 이는 순수 금속 또는 합금을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "초합금"은 종래의 합금과 비교하여, Rene N5, Rene N500, Rene 108, CM247, 헤인즈 합금(Haynes alloy), 인코넬(Inconel), MP98T, TMS 합금, CMSX 단결정 합금과 같이, 높은 기계적 강도, 높은 열 크리프 변형 저항과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 수많은 우수한 물리적 특성을 갖는 합금을 지칭한다. 일 실시예에서, 본 개시내용의 교시가 특히 유리할 수 있는 초합금은 높은 감마 프라임(γ') 값을 갖는 그러한 초합금이다. "감마 프라임(γ')"은 니켈계 합금에서의 1차 강화 상(phase)이다. 예시적인 높은 감마 프라임 초합금은 Rene 108, N4, N5, N500, GTD 444, MarM 247 및 IN 738을 포함하지만, 이로 한정되지 않는다. 새로운 섹션(76) 및 복수 개(80, 110, 120)의 재료 층(82)은 제1 금속을 포함하여, 모두 동일한 재료를 갖는 터보기계 블레이드(25)를 생성할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 섹션(76)은 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 특정 복수 개(80, 110, 120)의 층들(82)의 모든 층들(82)은 동일한 재료일 수 있지만, 부품(28)의 나머지와는 상이한 재료일 수 있다. 즉, 부품(28)은 제1 금속을 포함하고, 복수 개(들)(80, 110, 120)의 재료 층(82)은 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함한다. 따라서, 새로운 섹션(76)은 균일한 재료를 가질 수 있다. 대안적으로, 복수 개(80, 110, 120)의 재료 층들(82)의 상이한 층들(82)은 상이할 수 있어서, 그 내에 상이한 재료를 갖는 새로운 섹션(76)을 생성한다. 즉, 복수 개(80, 110, 120)의 재료 층(82)은 제1 금속을 포함하는 적어도 하나의 제1 재료 층, 및 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함하는 적어도 하나의 제2 재료 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예를 들어 표면(74) 또는 표면(114) 근처의 새로운 섹션(76)의 재료 층(82)은 부품(28)의 재료와 매칭될 수 있고, 표면(74) 또는 표면(94)으로부터 멀리 있는 층은 상이한 재료의 것일 수 있으며, 예를 들어 더 많은 마모를 견디기 위해 더 경질일 수 있다. 대안적으로, 상이한 복수 개의 층이 그 내부에 상이한 재료를 가질 수 있다. 즉, 적어도 한 세트의 복수 개(80, 110, 120)의 재료 층(82)은 제1 금속을 포함하는 적어도 하나의 제1 재료 층을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 제2 재료 층은 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함할 수 있다. 도 10, 도 14 및 도 22는 재료 층들을 가상선으로 도시한다.

도 4, 도 10, 도 14 및 도 22를 참조하면, 본 개시내용의 실시예는 또한 가스 터빈(10)(도 1)을 위한 터보기계 부품(130)을 포함한다. 터보기계 부품(130)은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 흡입 면(44) 형태의 제1 면(62), 및 압력 면(42) 형태의 제2 면(64)을 갖는 에어포일(40) 형태의 몸체(60)를 포함하는 터보기계 블레이드(25)를 포함할 수 있다. 터보기계 블레이드(25) 형태의 터보기계 부품(130)은 또한 루트(31)(도 4)를 포함할 수 있다. 도 10, 도 14 및 도 22에 도시된 바와 같이, 터보기계 부품(130)은 또한, 몸체(60)의 제1 면(62) 및 제2 면(64) 중 적어도 하나로부터, 즉, 에어포일(40)의 압력 면(42) 및 흡입 면(44)(후자가 도시됨) 중 적어도 하나로부터 돌출된 방식으로 연장되는 확개형 팁 레일(132) 형태의 새로운 돌출된 섹션(78)을 포함할 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 새로운 확개형 팁 레일(132) 형태의 돌출된 섹션(78)은 반경방향 연장 팁 레일(134) 형태의 몸체(60)의 제2 면(64) 상의 대향 부재(66)의 반대편에 있을 수 있다. 돌출된 섹션(78) 및 대향 부재(66)는 몸체의 바닥 표면(136), 예컨대 에어포일(40)의 외부 반경방향 표면으로부터 연장된다. 돌출된 섹션(30)은 대향 부재(66)보다 더 큰 질량을 가질 수 있다. 도 23에 도시된 바와 같이, 새로운 확개형 팁 레일(232) 형태의 돌출된 섹션(30, 230)이 몸체(60) 상에 형성될 수 있다. 도 23의 각각의 돌출된 섹션(30, 230)은 본 명세서에 기술된 실시예들 중 임의의 것의 형태를 취할 수 있다는 것이 강조된다. 도 24에 도시된 바와 같이, 새로운 내향 연장 확개형 팁 레일(들) 형태의 돌출된 섹션(330, 430)이 또한 몸체(60) 상에 형성될 수 있다. 어떠한 경우에도, 돌출된 섹션은 바닥 표면(136), 즉 에어포일(40)의 외부 반경방향 표면으로부터 연장된다. 돌출된 섹션들(30, 230, 330, 430)은 동일하거나 상이한 질량을 가질 수 있고 동일하거나 상이한 정도로 연장될 수 있다. 어떤 경우에도, 돌출된 섹션(30, 230, 330, 430)은 터보기계의 축(18)(도 1)에 대해 원주방향으로 연장된다. 또한, 돌출된 섹션(30, 230, 330, 430)은 에어포일(40)의 전체 주변부 주위로 연장되는 단일 일체형 돌출된 섹션의 형태를 취할 수 있다는 것에 유의한다.

본 명세서에 기술된 바와 같이, 확개형 팁 레일(132) 형태의 돌출된 섹션(30, 230, 330, 430)은 그 내부에 적어도 한 세트의 복수 개(80)의 재료 층(82)을 포함한다. 일 실시예에서, 복수 개의 층(82)은 바닥 표면(136)으로부터 반경방향-대면 외부 표면(201)까지 연장되는 돌출된 섹션의 최대한 절반에 위치되며, 즉 제거되는 부분(72)의 최대한 절반에 기초한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 각각의 재료 층(82)은 몸체(60)의 반경방향 축(75)에 대해 예각(δ)으로, 그리고 돌출된 섹션(30)의 반경방향-대면 외부 표면(138), 즉 확개형 팁 레일(132)의 반경방향-대면 외부 표면에 대해 예각(α)으로 연장될 수 있다. 이러한 설정에서, 새로운 확개형 팁 레일(132)의 복수 개(80)의 재료 층(82)이 형성된 표면(94)은 또한, 터보기계 내의 작동 위치에서, 터보기계 블레이드(26)를 갖는 가스 터빈(10)의 축(18)(도 1) 및 몸체(60)의 반경방향 축(75)에 대해 예각(α)으로 연장될 수 있다. 도 22에 도시된 다른 실시예에서, 확개형 팁 레일(132)은 제1 방향으로 연장되는 내부의 제1 복수 개(110)의 재료 층(82), 및 제1 복수 개(110)의 재료 층(82)의 제1 방향에 대해 비-동일평면 방향(180° 아님)으로 제2 방향으로 연장되는 제2 복수 개(120)의 재료 층(82)을 포함할 수 있다 . 2세트의 복수 개의 층은 맞대일 수 있고(도 18a 및 도 18b), 정합하는 계단식-단차형성된 단부(도 22)를 갖거나, 일부 위치에서 그 사이에 아마도 일부 공극(83)을 갖는 대체적으로 정합하는 계단식-단차형성된 단부(도 21)를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 2세트의 복수 개(120)의 재료 층들(82) 중 하나는 터보기계의 작동 위치(반경방향 축(75)에 수직)에서 터보기계 부품(130)을 갖는 가스 터빈(10)(도 1)의 축(18)(도 1)에 실질적으로 평행할 수 있다. 또한, 2세트의 복수 개(110)의 재료 층들(82) 중 다른 것은 복수 개(120)의 재료 층들(82)에 대해 비-동일평면 방향으로 연장될 수 있다. 도 18a 내지 도 18c에 예시된 바와 같이, 비-동일평면 방향은 실질적으로 직각일 수 있는데, 즉 90° +/- 2°일 수 있다. 도 18d 및 도 18e는 실질적으로 직각이 아닌, 즉 90° +/- 2°가 아닌 다른 비-동일평면 방향들을 도시한다.

에어포일(40) 형태의 몸체(60)는 제1 금속을 포함할 수 있고, 복수 개의 재료 층(82) 중 적어도 하나는 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 복수 개(80, 110, 120)의 재료 층(82)은 제1 금속을 포함하는 내부의 적어도 하나의 제1 재료 층, 및 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함하는 내부의 적어도 하나의 제2 재료 층을 포함할 수 있다. 즉, 각각의 상이한 재료가 주어진 복수 개의 재료 층 내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 표면(74) 근처의 새로운 섹션(76)의 층(82)은 부품(28)의 재료와 매칭될 수 있고, 표면(74)으로부터 멀리 있는 층은 상이한 재료의 것일 수 있으며, 예를 들어 더 많은 마모를 견디기 위해 더 경질일 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 재료 층(82)은 일련의 용접 비드(84)를 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 복수 개의 재료 층의 적어도 하나의 제1 재료 층(82A)에 대한 일련의 용접 비드(84)는 복수 개의 재료 층의 적어도 하나의 제2 재료 층(82B)에 대한 일련의 용접 비드(84)에 대해 비-평행 각도로 있을 수 있다.

본 개시내용의 실시예는 터빈 회전자 블레이드 상의 확개형 팁 레일과 같은 돌출된 섹션의 재료 추가 및/또는 보수를 위한 재료 층을 생성하기 위한 몇몇 방법을 제공한다. 확개형 팁 레일은 엔진 성능을 유지하기 위해 작동 후 원하는 치수, 형상 등을 갖도록 기계가공될 수 있다.

앞에서 언급한 도면은 본 발명의 여러 실시예에 따라 연관된 처리 중 일부를 도시한다. 이와 관련하여, 각각의 도면은 설명된 방법의 실시예와 연관된 공정을 나타낸다. 일부 대안적인 구현예에서, 도면에 언급된 동작은 도면에서 언급된 순서와 다르게 발생할 수 있거나, 예를 들어, 관련된 행위에 따라 실제로 실질적으로 동시에 또는 역순으로 실행될 수 있다는 것에 또한 유의하여야 한다. 또한, 당업자는 처리를 설명하는 추가적인 공정이 추가될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

본원에서 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐 사용된 바와 같이, 개략화하는 표현은 임의의 정량적 표현을 수식하되 그에 관련된 기본적인 기능의 변화를 초래함이 없이 허용 가능하게 변할 수 있게 수식하기 위해 적용될 수 있다. 따라서, "약", "대략" 및 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어들로 수식된 값은 명시된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 적어도 일부 경우에서, 개략화하는 표현은 값을 측정하기 위한 기기의 정밀도에 상응할 수 있다. 여기에서 그리고 본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐, 범위 제한은 조합되고/되거나 상호 교환될 수 있고; 그러한 범위는, 문맥 또는 언어가 달리 나타내지 않는 한, 식별되고, 본원에 포함된 모든 하위 범위를 포함한다. 일정 범위의 특정 값에 적용되는 바와 같은 "대략(Approximately)"은 둘 모두의 끝 값에 적용되고, 달리 값을 측정하는 기구의 정밀도에 의존하지 않는 한, 언급된 값(들)의 +/- 10%를 나타낼 수 있다.

이하의 청구범위에서의 모든 수단 또는 단계 플러스 기능 요소의 상응하는 구조, 재료, 동작, 및 등가물은, 구체적으로 청구되는 바와 같은 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료, 또는 동작을 포함하기 위한 것이다. 본 발명의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시된 것이지, 본 발명을 개시된 형태로 총망라하려거나 그에 한정하려는 것이 아니다. 많은 변형 및 수정이 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이다. 실시예는, 본 발명의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해, 그리고 다른 당업자들이 예상되는 특정 용도에 적합하게 되는 것과 같은 다양한 변형을 갖는 다양한 실시예에 대해 본 발명을 이해할 수 있게 하기 위해, 선택되고 설명되었다.

Claims (27)

1. 터보기계 부품으로서,
   제1 면, 제2 면 및 종방향 축을 갖는 몸체; 및
   상기 몸체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 적어도 하나로부터 돌출된(overhung) 방식으로 연장되는 돌출된 섹션을 포함하고,
   상기 돌출된 섹션의 적어도 일부분은 복수 개의 재료 층들을 포함하고, 각각의 재료 층은 상기 몸체의 종방향 축에 대해 직각으로 연장되는, 터보기계 부품.
2. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 제1 금속을 포함하고, 상기 복수 개의 재료 층들은 상기 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함하는, 터보기계 부품.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수 개의 재료 층들은 제1 금속을 포함하는 적어도 하나의 제1 재료 층, 및 상기 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함하는 적어도 하나의 제2 재료 층을 포함하는, 터보기계 부품.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수 개의 재료 층들의 각각의 층은 일련의 용접 비드들을 포함하는, 터보기계 부품.
5. 제4항에 있어서, 상기 복수 개의 재료 층들 중 적어도 하나의 제1 재료 층에 대한 상기 일련의 용접 비드들은 상기 복수 개의 재료 층들 중 적어도 하나의 제2 재료 층에 대한 상기 일련의 용접 비드들에 대해 비-평행 각도로 있는, 터보기계 부품.
6. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 돌출된 섹션은 상기 몸체의 바닥 표면으로부터 연장되고, 상기 복수 개의 재료 층들은 내부 표면으로부터 상기 돌출된 섹션의 반경방향-대면 외부 표면까지 연장되는 상기 돌출된 섹션의 최대한 절반에 위치되는, 터보기계 부품.
7. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 터보기계 블레이드의 에어포일을 포함하고, 상기 돌출된 섹션은 상기 에어포일의 제1 면 및 제2 면 중 하나로부터 연장되는 확개형 팁 레일(flared tip rail)을 포함하고, 상기 에어포일로부터 연장되는 반경방향 연장 팁 레일을 추가로 포함하고, 상기 돌출된 섹션의 반경방향-대면 외부 표면은 상기 터보기계의 축에 평행한, 터보기계 부품.
8. 제1항의 터보기계 부품을 포함하는 가스 터빈.
9. 터보기계 부품으로서,
   제1 면 및 제2 면을 갖는 몸체; 및
   상기 몸체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 적어도 하나로부터 돌출된(overhung) 방식으로 연장되는 돌출된 섹션을 포함하고,
   상기 돌출된 섹션의 적어도 일부분은 제1 방향으로 연장되는 제1 복수 개의 재료 층들, 및 상기 제1 복수 개의 재료 층들의 제1 방향에 대해 비-동일평면(non-coplanar) 방향으로 제2 방향으로 연장되는 제2 복수 개의 재료 층들을 포함하는, 터보기계 부품.
10. 제9항에 있어서, 상기 몸체는 제1 금속을 포함하고, 상기 제1 및 제2 복수 개의 재료 층들 중 적어도 한 세트의 복수 개의 재료 층들은 상기 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함하는, 터보기계 부품.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 복수 개의 재료 층들 각각 내에서, 적어도 하나의 제1 재료 층은 제1 금속을 포함하고, 적어도 하나의 제2 재료 층은 상기 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함하는, 터보기계 부품.
12. 제9항, 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 복수 개의 재료 층들의 각각의 층은 일련의 용접 비드들을 포함하는, 터보기계 부품.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2 복수 개의 재료 층들 중 한 세트의 복수 개의 재료 층들 중 적어도 하나의 제1 재료 층에 대한 상기 일련의 용접 비드들은 상기 제1 및 제2 복수 개의 재료 층들 중 상기 한 세트의 복수 개의 재료 층들 중 적어도 하나의 제2 재료 층에 대한 상기 일련의 용접 비드들에 대해 비-평행 각도로 있는, 터보기계 부품.
14. 제9항에 있어서, 상기 몸체는 터보기계 블레이드의 에어포일을 포함하고, 상기 돌출된 섹션은 상기 에어포일의 단부로부터 연장되는 확개형 팁 레일(flared tip rail)을 포함하고, 상기 에어포일의 상기 단부로부터 연장되는 반경방향 연장 팁 레일을 추가로 포함하는, 터보기계 부품.
15. 제9항에 있어서, 상기 제1 복수 개의 재료 층들의 단부들은 계단식-단차형성된(stair-stepped) 방식으로 상기 제2 복수 개의 재료 층들의 단부들과 만나는, 터보기계 부품.
16. 방법으로서,
    부품에 섹션을 추가하는 단계 - 상기 섹션은 돌출된 섹션을 포함하고, 상기 추가하는 단계는,
    상기 부품 상에 제1 방향으로 연장되는 제1 복수 개의 재료 층들을 순차적으로 적층화하는 단계; 및
    상기 부품 상에 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 연장되는 제2 복수 개의 재료 층들을 순차적으로 적층화하는 단계를 포함하고, 상기 제2 복수 개의 재료 층들은 상기 제1 복수 개의 재료 층들과 만나고;
    상기 제1 복수 개의 재료 층들 및 상기 제2 복수 개의 재료 층들은 상기 돌출된 섹션을 포함하는 상기 섹션의 치수들에 집합적으로 근사화하고 서로에 대해 비-동일평면에 있음 -; 및
    상기 제1 복수 개의 재료 층들 및 상기 제2 복수 개의 재료 층들을 기계가공하여 상기 돌출된 섹션을 포함하는 상기 섹션을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 부품은 제1 금속을 포함하고, 상기 제1 복수 개의 재료 층들 및 상기 제2 복수 개의 재료 층들 중 적어도 한 세트의 복수 개의 재료 층들 중 적어도 하나의 재료 층은 상기 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함하는, 방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제1 복수 개의 재료 층들 및 상기 제2 복수 개의 재료 층들 중 적어도 한 세트의 복수 개의 재료 층들은 제1 금속을 포함하는 적어도 하나의 제1 재료 층, 및 상기 제1 금속과는 상이한 제2 금속을 포함하는 적어도 하나의 제2 재료 층을 포함하는, 방법.
19. 제16항, 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 부품 상에 상기 제1 복수 개의 재료 층들 및 상기 제2 복수 개의 재료 층들을 순차적으로 적층화하는 단계는 각각의 층을 형성하기 위해 일련의 용접 비드들을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 제1 복수 개의 재료 층들 및 상기 제2 복수 개의 재료 층들 중 적어도 한 세트의 복수 개의 재료 층들 중 적어도 하나의 제1 재료 층에 대한 상기 일련의 용접 비드들은 상기 제1 복수 개의 재료 층들 및 상기 제2 복수 개의 재료 층들 중 적어도 한 세트의 복수 개의 재료 층들 중 적어도 하나의 제2 재료 층에 대한 상기 일련의 용접 비드들에 대해 비-평행 각도로 있는, 방법.
21. 제16항에 있어서, 상기 순차적 적층화 전에,
    상기 부품의 부분을 제거하여 상기 제1 표면을 생성하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 제1 복수 개의 재료 층들의 순차적 적층화는 상기 제1 표면의 연장부를 생성하고, 상기 제2 복수 개의 재료 층들의 순차적 적층화는 상기 제1 표면 및 상기 제1 표면의 연장부 상에서 이루어지는, 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 순차적 적층화 전에,
    상기 부품의 다른 부분을 제거하여 제2 표면을 생성하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 제1 복수 개의 재료 층들의 순차적 적층화는 상기 제2 표면 상에서 이루어지는, 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 제1 복수 개의 재료 층들 및 상기 제2 복수 개의 재료 층들의 순차적 적층화는 서로 만나는 이들 각각에 대해 계단식-단차형성된 단부들을 생성하는, 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 순차적 적층화 전에,
    상기 부품의 부분을 제거하여 제1 표면을 생성하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 제1 복수 개의 재료 층들의 순차적 적층화는 상기 제1 표면의 계단식-단차형성된 연장부를 생성하고, 상기 제2 복수 개의 재료 층들의 순차적 적층화는 상기 제1 표면 및 상기 제1 표면의 계단식-단차형성된 연장부 상에서 이루어지는, 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 부품의 다른 부분을 제거하여 제2 표면을 생성하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 제1 복수 개의 재료 층들의 순차적 적층화는 상기 제2 표면 상에서 이루어지는, 방법.
26. 제16항에 있어서, 상기 제1 복수 개의 재료 층들 및 상기 제2 복수 개의 재료 층들을 순차적으로 적층화하는 단계는 상기 제1 복수 개의 재료 층들 및 상기 제2 복수 개의 재료 층들의 순차적 적층화를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
27. 제16항에 있어서, 상기 부품은 터보기계의 터보기계 블레이드를 포함하고, 상기 돌출된 섹션은 상기 터보기계의 축에 대해 원주방향으로 연장되는 확개형 팁 레일을 포함하는, 방법.

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