ターボ機械の一体型のブレード付きディスクのブレードを補修する方法、および該方法を実行するための試験片
【課題】漸進的に変動する形状および可変の厚さを有する一体型のロータのブレードを補修する方法を提案する。
【解決手段】ブレード２を補修するために、パッチが、電子ビームによって溶接される。この方法は、画定された輪郭を有する補修されるべきゾーン１０を得るように、損傷を受けたゾーンを機械加工することによって始まる。すなわち、工程の初めの試験片を得るために、この画定された輪郭を有するブレード２に対応する第１の試験片要素に、パッチに対応する第２の試験片要素が溶接され、この試験片の品質が検証され、その品質が補修受け入れ基準に対応する場合、その作動パラメータを変えずに同じ電子ビーム溶接機械を使用して、補修されるべきゾーン１０にパッチが溶接され、機械加工することによって補修されたゾーンが再加工される。
【解決手段】ブレード２を補修するために、パッチが、電子ビームによって溶接される。この方法は、画定された輪郭を有する補修されるべきゾーン１０を得るように、損傷を受けたゾーンを機械加工することによって始まる。すなわち、工程の初めの試験片を得るために、この画定された輪郭を有するブレード２に対応する第１の試験片要素に、パッチに対応する第２の試験片要素が溶接され、この試験片の品質が検証され、その品質が補修受け入れ基準に対応する場合、その作動パラメータを変えずに同じ電子ビーム溶接機械を使用して、補修されるべきゾーン１０にパッチが溶接され、機械加工することによって補修されたゾーンが再加工される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械の一体型のロータブレードを補修する方法に関し、この方法を実行するための工程の初め（ｓｔａｒｔ−ｏｆ−ｒｕｎ）、工程の終わり（ｅｎｄ−ｏｆ−ｒｕｎ）、または展開（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）試験片要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボジェットは、いくつかのロータを備え、それらロータは、その軸を中心として回転する。これらのロータは、ディスクを含んでもよく、ディスクに沿ったリムにブレードが嵌合される。従来、ブレードは、この目的のために設けられる根元部によってハウジングで保持される。増大したエンジンの性能要件を満たすため、現在、これらのロータが、一体型のブレード付きディスクと称される、「ブリスク」と呼ばれる一体型のロータであってもよい。ブリスクにおいて、ブレードおよびディスクは、単一部分のみを形成する。この目的のために、鍛造されたブランクが、ディスクを形成するように機械加工され、ブレードがその周縁部の周囲で径方向に延びるが、まだ一体の構成部品である。特定の部品を溶接することもまた可能であり、結果として生じるブリスクが一体型の構成部品となる。特に質量に関して、一体型のロータの多くの利点がある。
【０００３】
エンジンに異物が吸い込まれるため、またはガス流の流れによって混入する煤塵または粒子によって引き起こされる腐食により、ブレードは、摩耗されたまたは裂かれた部分の形態の損傷領域を有する場合があり、損傷領域は、ターボジェットの効率を損う。関係する領域は、一般に、先端部と、前縁側または後縁側の角と、前縁または後縁とである。ブリスクのブレードを補修することが容易でないのは、補修するためにブレードを取り外すことが不可能であるためである。
【０００４】
補修されることができない場合、摩耗または損傷によって、欠陥部分が交換されることとなる。ここで、ブリスクの場合には、ブレードの交換は、全ブリスクを交換することを意味する。
【０００５】
米国特許第６，２３８，１８７号明細書において、ブレードを補修する方法が教示されている。この方法では、損傷領域の周囲のブレードの一部が、切断され、当該部分の範囲内にある限り、損傷領域の形状および寸法がいかなるものであっても、この方法を再現可能にするように、この部分が標準化されている。一般にパッチと呼ばれる交換部品は、次いでブレードに溶接される。このパッチは、除去されたブレードの部分の寸法よりも大きな寸法を有し、次いで、ブレードの初期形状に戻すように機械加工される。
【０００６】
米国特許第６，５６８，０７７号明細書において、上述の方法でパッチを溶接するステップのために電子ビーム溶接方法の使用が教示され、電子ビーム溶接方法は、高い溶接レートの利点、および大きな厚さを溶接することが可能である能力の利点を有する。
【０００７】
しかしながら、Ｔｉ１７と呼ばれるチタン合金から作られるロータの場合、問題が生じる。この合金は、たとえば、ブレード等のこの材料から作られる製品に関する本出願人の特許出願である欧州特許出願公開第１３４０８３２号明細書において述べられており、この材料が溶けると、溶接する間にガスの発生を生じ、熱影響部（ＨＡＺ）にミクロ細孔またはブローホールを発生させ、結果として溶接部の機械的性質が低下するため、この材料は、溶接するのが困難である。この低下は、機械的強度の場合には最大８０％である可能性がある。このような低下は、航空利用において許容されることはできず、電子ビーム溶接の場合に生ずるものである。そのうえ、Ｔｉ１７のロータの場合、航空産業において従来使用されかつ一般的に実施されているＴＩＧまたはマイクロプラズマ技術では、満足のいく結果を提供することができない。
【０００８】
さらに、最近のブレードは、壁の厚さが可変である複雑な三次元形状を有し、パラメータの極めて正確な規定を必要とする電子ビーム溶接方法を使用することを困難にする。これらのパラメータは、問題の各状況に対して規定されなければならず、あらゆる標準化を達成するのは困難である。
【特許文献１】米国特許第６２３８１８７号明細書
【特許文献２】米国特許第６５６８０７７号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１３４０８３２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、漸進的に変動する形状および可変の厚さを有する一体型のロータのブレードを補修する方法を提案することであり、この方法は、電子ビーム溶接ステップを含む。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電子ビーム溶接機械を使ってパッチを電子ビーム溶接することによって、少なくとも１つの損傷領域を含むターボ機械の一体型のブレード付きディスクのブレードを補修する方法に関し、損傷領域を準備するステップと、パッチを電子ビーム溶接するステップと、補修領域を機械加工によって再加工するステップとを含み、以下を特徴とする。すなわち、
・ 準備するステップが、画定された輪郭の補修されるべき領域を得るように、損傷領域を機械加工することを含み、
・ いわゆる「工程の初め」の試験片を得るために、その作動パラメータが予め設定される溶接機によって、前記画定された輪郭を有するブレードに対応する第１の試験片要素に、パッチに対応しかつパッチの特徴を有する第２の試験片要素の溶接が実行され、
・ 溶接後の工程の初めの試験片の品質が検査され、工程の初めの試験片の品質が補修受け入れ基準に対応する場合、その作動パラメータを変えずに同じ電子ビーム溶接機械によって、補修されるべき領域にパッチが溶接され、
・ 補修領域が、機械加工することによって再加工される。
【００１１】
本発明は、電子ビーム溶接機械を制御する性能に基づくことによって、工業規模での一体型のブレード付きディスクを補修するという利点を有する。一旦機械が確認されパラメータが設定されると、パッチに対応する第２の試験片要素を、ブレードの輪郭を有する第１の試験片要素に先に溶接することによって、パラメータが正しくかつ変動していないことを検査することのみが必要となる。驚くべきことに、この方法によって、ブリスクと同じくらい複雑な構成部品を補修するときに、高信頼性を得ることが可能となることが判明した。同じディスクにある多くのブレードが補修されることを認めるのに、先の検査は十分である。
【００１２】
別の特徴によると、補完的な方法によって操作が正しく行なわれることを保証するために、この方法は、パッチがブレードに溶接された後、またはパッチが補修されるべきブレードに連続して溶接された後で、いわゆる「工程の終わり」の試験片を得るために、その作動パラメータを変えることなく同じ電子ビーム溶接機械によって、ブレードに対応しブレードの画定された輪郭を有する第１の試験片要素に、パッチに対応しパッチの特徴を有する第２の試験片要素を溶接するステップと、工程の終わりの試験片の品質を検査するステップとを含む。
【００１３】
このステップは、装置のパラメータがわずかに変動する可能性があるとき、工程終了後に溶接方法の実行状態を提供するという利点がある。工程の終わりの試験片が合格品質である場合、このことから、工程の初めの試験片の溶接と工程の終わりの試験片の溶接との間でなされた補修が、全て正しく実行されたことが結論づけられる。このことにより、補修方法を簡単にすることができるようになる一方で、ブリスクの空間制約のため、実行するのが容易でないかまたは不可能でさえある、ブリスクへの直接的な品質検査を行うことが省略可能となる。
【００１４】
この方法は、ディスクの構成材料がチタン合金、特にＴｉ１７であるときに特に適しているが、本出願人は、その権利の範囲をこの利用だけに制限することを意図していない。
【００１５】
この方法は、翼端、前縁または後縁の角、および前縁または後縁の中から、補修されるべき少なくとも１つの領域に適用する。
【００１６】
別の特徴によると、一体型のブレード付きディスクを補修する方法は、電子ビーム溶接機械を展開するステップを含み、このステップの間に、展開試験片の非破壊および／または破壊検査が続く、いわゆる「展開試験片」を得るために、パッチの特徴を有するパッチに対応する第２の試験片要素を、ブレードの画定された輪郭を有するブレードに対応する第１の試験片要素に溶接することによって、パラメータが予め設定される。
【００１７】
工程の初めの試験片と、工程の終わりの試験片と、展開試験片との、第１の要素および第２の要素が、同一であることが好ましい。
【００１８】
別の特徴によると、補修方法はまた、材料／機械の対を検証するステップを含み、このステップの間に、機械的完全性を確認するための試験片を得るために、少なくともブレードの画定された輪郭の最大厚さと同じ厚さを有するブレードの材料の２つのプレートが溶接され、少なくとも周期的な疲労試験が、機械的完全性を確認するために試験片に対して実行される。
【００１９】
本発明はまた、この方法を実行するための工程の初め、工程の終わり、または展開試験片に関する。
【００２０】
本発明は、添付の図面を参照して、本発明の方法を実行する好ましい形態の以下の説明から、より明確に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１を参照すると、本発明の方法は、一体型のブレード付きディスク１（ブリスク１）のリム３の周縁に径方向に延び、ここではＴｉ１７チタンから作られる、ブレード２の補修に関する。衝撃または摩耗のために、このブレードは損傷領域を有する。損害を受けやすい領域とは、ブレードの前縁４、後縁５、前縁角６、後縁角７、および先端部８の線部であり、ここでは知られている方法によってシールリップを形成するより薄い部分を備える。
【００２２】
補修されることのできる損傷領域が位置する標準化された部分は、ブレードにあらかじめ画定されていて、これらの部分は、交換されるために切断されるブレード部に対応している。この方法の第１のステップは、ブレードの損傷領域がこのような部分に位置するかどうか、検査することにある。図２は、ブレード２と、灰色で示されるこのような標準化された部分９を示す。図２におけるこの部分９は、ブレード２の前縁の角を含む。
【００２３】
このような場合、標準化された部分が、機械によって切断される。この機械加工操作のためのパラメータが、予め設定され、任意の１つのタイプのブレードに対して同一である。標準化された部分９の切断線１０は、一方では、切断および後続の溶接がより簡単になるように、極端に急激な湾曲点または角がないようできる限りゆっくりと変動するように、かつ他方では、作用応力が最小であるか、少なくとも最大でないブレードの領域に延びるように、画定されるので、溶接されるゾーンが、溶接線に沿って極端に高い応力を後で受けることはない。切断部分の最大寸法は、エンジンの使用に応じて、およびブレード２によって受けられる空力的負荷を考慮に入れて画定される。形状または性質がどうであれ、このような部分９に含まれるブレード２の欠陥は、この部分９を切断し、図３に示され後述される標準化されたパッチ１１と交換することによって、補修されることができる。所望の溶接性に適合した表面処理を保証するように、切断作業もまた行われる。
【００２４】
このようにブレード２に得られるのは、画定された輪郭を有する切断線である。
【００２５】
一旦、この切断が、機械加工することによって行われると、ブレード２、および特に切断線１０は、溶接ステップのためにそれを準備をするために洗浄される。
【００２６】
切断されたブレードにパッチ１１を溶接する前に、工程の初めの試験片が溶接され、その試験片の第１の要素および第２の要素は、図４および図５に示され、後で詳しく説明される。
【００２７】
パッチ１１は、次いで、ブレード２の切断線１０と接触される。この接触操作は、ブレード２およびパッチ１１を適所に保持するための装置によって行われる。本明細書で記載されないこの装置は、互いに対してこれらの要素を極めて正確な位置決めできるように構成されなければならず、各ブレード２に適合される。好ましくは、同一の装置が、その標準化された部分９が切断される間に、適所にブレード２を保持するためにされる。このことにより、同じパラメータを保ち、切断面と同一の溶接面を有すること可能となる。
【００２８】
ブレードと同じ材料、ここではＴｉ１７チタンから作られるパッチ１１は、切断線１２に沿って、ブレード２の切断線の画定された輪郭を正確に再現する輪郭を有し、ブレードの厚さに対して過大寸法の厚み、ここでは約１ｍｍであって、その厚さが、０．５ｍｍから６ｍｍ、好ましくは０．７ｍｍから３．４５ｍｍの間を変動するブレードのために、ブレードの一方の側で０．５ｍｍ、他方の側で０．５ｍｍに分割される。パッチ１１の厚さは、したがって、切断線１２に沿って、さらにその全範囲にわたって輪郭の変動およびブレードの可変厚さにしたがい、切断線１０に沿って、および取り除かれた部分に対応する範囲にわたり、過大寸法の厚みを有する。換言すれば、パッチ１１の表面形状は、全体として切断されたブレード２の部分９の表面に対応し、その寸法はわずかに大きい。
【００２９】
切断線１２の各端部の延長部において、パッチ１１は、ヒール１３および１４を有し、ヒールは、切断線１２の表面から突出し、一旦パッチ１１がブレードと接触されると、ブレード２を妨げることのないように延びる。より正確には、各ヒール１３および１４は、切断線１０から延びるブレード２の縁部１５および１６の形状に合致し、この場合、これらの縁部は、ブレード２の前縁角を形成する先端線１５および前縁１６に対応する。これらのヒール１３および１４は、後述するように、溶接を開始および終了するため使用される。ヒール１３および１４は、パッチ１１を有する単一部分から形成されることができ、またはパッチに取り付けられることができる。ヒールがパッチを有する１つの部分として作られる場合、ヒールによって、操作者はパッチ１１をつかみ動かすこともできる。ヒールはまた、ブレード２に取り付けられることもできる。
【００３０】
したがって、パッチ１１の切断線１２は、ブレード２の切断線１０と接触することになり、この接触操作は、パッチ１１の輪郭が正確にブレード２の輪郭にしたがうように、上述した保持装置によって極めて正確に実行されなければならず、パッチが、実質的にブレードの最大厚さよりも大きな一定の厚さである従来技術の場合には、しばしば、パッチ１１の輪郭が正確にブレード２の輪郭にしたがわなかった。パッチ１１のこの可変厚さのおかげで、ブレード２とパッチ１１との間における極端に大きな差異および厚みの変動が回避され、それによって後続の電子ビーム溶接処理を簡単にし、かつそのより良好な品質を保証し、この処理は、当然ながら、極めて正確に実行されることを必要とする。このことによって、溶接の欠陥の原因を制限することが可能となる。したがって、ブレード２と、パッチ１１と、場合によってはヒール１３および１４を適所に保持する保持装置は、これらがパッチ１１と一体でない場合、３次元において位置決めされることが可能でなければならない。
【００３１】
次いで、電子ビーム溶接機械によって、電子ビーム溶接が行われる。この目的のために、ブレード２およびパッチ１１のアセンブリが、不活性雰囲気、通常は真空に設置され、機械の電子銃が、ブレード２およびパッチ１１の切断線１０および１２の間の接合面に位置する溶接ビードに、電子ビームを発射し、電子の運動エネルギーが加工物を加熱し、加工物を互いに溶接することが可能である。この溶接ステップの様々なパラメータ、特にビーム出力（通常は５０ｋＷおよび２００ｋＷの間）と、加速電圧によって設定される電子速度と、電子密度と、焦点の深さを調整可能にする集束電流と、振幅と、軸まわりの電子ビームの振動の形状および周波数と、ビームの移動速度とを、後述される工程の初めの試験片に類似した展開試験片に試みることによって、あらかじめ規定される。
【００３２】
電子ビーム溶接を使用する利点は、特に、溶接速度、および比較的幅が狭い溶接ビードに沿って得られる溶接の品質である。
【００３３】
電子ビーム溶接において、溶接が始まると、加工物における欠陥部および孔もまた発生するため、ヒール１３で溶接が始動される。これらの欠点は、ヒール１３に制限される限りブレード２に影響を及ぼさない。さらに、ヒール１３で溶接を始動することによって、電子ビームがブレード２とパッチ１１との間の接合面に達すると、電子銃が全出力することが可能となり、その出力は、ブレード２の切断線１０の端部まで保持される。したがって、ブレード２にパッチ１１を溶接する全操作は、ブレード２の切断線１０に関しては、電子銃の「定常状態」において実行される。問題の特定の場合において、溶接ビードは、制限のないタイプであることに留意されたい。溶接が続き、反対側のヒール１４で終わるので、この段階においてもまた発生する欠陥部および孔が、このヒール１４に制限される。
【００３４】
溶接ビードの周囲に、「アンダーカット」、すなわち溶接ビードに向かう材料の損失のために、最初の厚さに対して厚さが減少するゾーンが発生する可能性があるため、電子ビームは、正確に接合面に向けられず、パッチ１１の側にわずかにずれている。パッチ１１が、ブレード２よりも大きな厚さを有するため、材料は、ブレード２の側にあるアンダーカットを充填するように、溶接ビードを越える傾向がある。パッチ１１の側で形成されることがあるアンダーカットが、後続の機械加工ステップで消える可能性がある。したがって、パッチ１１の側にビームをずらすことによって、補修されたブレード２においてアンダーカットが形成されるのを防ぐ。
【００３５】
電子ビーム溶接機械のパラメータは、この切断線１０に沿って実時間で漸進するように、これらのパラメータを溶接ビードの幾何形状、およびそれゆえにブレード２の切断線１０の幾何形状に従動させるための手段によって、好ましくは改良される。したがって、得られる溶接ビードは、より良好な品質を持つ。
【００３６】
ヒール１３および１４を使用する別の利点に留意されたい。ブレード２は、その先端線１５に沿って、パッチ１１上のリップ１７に対応するシールリップを含む。極めて厚さが小さいために、溶接する間にこのゾーンが崩壊するため、このリップは、直接電子ビーム溶接されることができない。したがって、従来の技術において、しばしばリップを溶接せずに、たとえばレーザーを使用して後続のビルドアップ法によってリップを形成しており、このことによりかなりコストが増加する。ヒール１３は、輪郭の継続部がより幅広であるブレード２の側およびパッチ１１の側にあるリップ１０の下に置かれ、リップで過大寸法の厚みを形成する。したがって、リップ部分がともに溶接される領域は、それほど薄くはなく、これらの部分は、一旦補修したブレード２のリップの連続性を保証するように、電子ビーム溶接によって溶接されることができる。
【００３７】
一旦電子ビーム溶接操作が行われると、溶接されたパッチ１１を有するブレード２は、溶接する間に発生する引張応力を減少させるように、熱処理を受ける。超音波ピーニング操作もまた、行われることができる。溶接の品質を保証するように、特定の検査が実行される。工程の初めの試験片を溶接することによってもたらされる保証のために、これらの検査は、溶接が適切に行われ、おおむね、認められるほどの不完全性を引き起こさなかったことを確かめるための目視検査になり得る。この目的のために、閉じ込めガスによる不十分な遮蔽のためであり得る酸化の痕跡、接合の欠如、き裂（双眼顕微鏡のもとで）、および溶解していない材料を、視覚的に検査することが目的であってもよい。
【００３８】
この、またはこれらの概略的な検査によって、結果が満足のいくようなものである場合、パッチ１１は、次いで、実際に完全なブレード２の形状に対応するほぼ最終的な形状を回復するために、余剰の材料を取り除くように機械加工される。寸法が最終的な寸法、すなわち最初のブレードに対応する寸法よりもわずかに大きいブレードが得られるまで、毎回材料はほとんど取り除かれずに、機械加工ツールがいくつか通過する。これらは、切断され、パッチ１１によって交換されるのは部分９の寸法であり、最初のブレード２の残部と同一のままでなければならないため、ブレード２の残部は機械加工されない。
【００３９】
最初のブレード２と同一のブレード２を得るように、ブレード２の補修は、手動研磨加工によって精錬され、完了される。
【００４０】
本発明の方法は、特に、パッチがブレード２に溶接される前に、工程の初めの試験片が溶接されるという事実によって特徴づけられる。この目的のために、２つの試験片要素、すなわち、図４に示されブレード２に対応する第１の要素１８、および図５に示されパッチ１１に対応する第２の要素１９が、互いに溶接される。ブレード２に対応する第１の試験片要素１８は、用語「第１の要素１８」によって示され、パッチ１１に対応する第２の試験片要素１９は、用語「第２の要素１９」によって示される。用語「試験片」は、一旦溶接された試験片、すなわち、互いに溶接された２つの要素１８および１９に対応する。
【００４１】
第１の要素１８は、切断線２０を有し、その輪郭は、ブレード２の切断線１０の画定された輪郭と同一である。この要素は、同一材料、ここではＴｉ１７チタンから作られ、その溶錬から正に運転中における使用まで、ブレード２と同じ処理過程を受け、同じ表面特性および同じ金属学的性質を有し、同じ方法で機械加工されている。好ましくは、それは、鍛造されるブリスクプリフォームから生じる部分であってもよく、このことにより、確実に特徴が類似する。この要素は、たとえ示されていない場合であっても、ヒール１３および１４に対応する部分を含む。
【００４２】
同様に、第２の要素１９は、その輪郭がパッチ１１の切断線１２の輪郭と同一である切断線２１を有し、前述と同様に類似の特徴を有する。第２の要素は、パッチ１１の過大寸法の厚さと、ヒール１３および１４に対応する部分２２および２３とを含む。
【００４３】
第１の要素１８および第２の要素１９は、この溶接のために予め設定されるパラメータを有する、ブレード２にパッチ１１を溶接するため使用される機械によってともに溶接される。下記に記載する方法によって、パラメータを予め設定することができる。同じ保持装置が使用される。したがって、パッチ１１がブレード２に溶接される前に、工程の初めの試験片を得るために、２つの要素１８および１９をともに溶接する、極めて類似した処理が行われる。
【００４４】
さらにより代表的には、パッチ１１の溶接部をブレード２に溶接するように、ブレード２の質量および体積の環境のシミュレートする手段を提供することが、さらに可能である。その理由は、ブレード２を取り囲む質量、特に、ブレード２の近傍にブレード２を保持するためのリム３を支持しているハブの存在によって、溶接する間に熱ポンピング効果が生じるためである。溶接ビードである局部的なスポットに噴射される溶接熱は、バルクへと拡散する傾向があり、バルクによってこの拡散は変動する。工程の初めの試験片を溶接するときに、ブレード２の環境が考慮され、たとえば、必要以上に大きな質量を有する保持装置のツールを使用して、シミュレートされることができる。
【００４５】
一旦、工程の初めの試験片の２つの要素１８および１９が、ともに溶接されると、その結果、実際の工程の初めの試験片が得られる。次いで、工程の初めの試験片の溶接の品質が、検査される。要件に応じて、目視検査だけまたは双眼顕微鏡による検査だけを行うことが可能であり、または、金属試験を行うために、接合面に対して断面を横断方向および縦方向にすることが可能である。
【００４６】
この、またはこれらの検査によって、不十分な溶接が認められると、良好であると見なされる工程の初めの試験片が得られるまで、パラメータが適応され、さらなる工程の初めの試験片が、任意に溶接される。この場合、補修受け入れ基準に対応するとみなされるように、機械のパラメータが検証される。
【００４７】
一旦機械のパラメータが検証されると、同じパラメータを使用して、ブレードを補修するために、パッチ１１がブレード２に溶接されることができる。工程の初めの試験片の事前検査は、同じ１つのブリスク、さらにいくつかの同一のブリスクの、複数の同一のブレード２の補修を許可するのに十分である。
【００４８】
電子ビーム溶接機械のパラメータが予め設定されることに留意されたい。しかしながら、これらのパラメータが、たとえ良好に溶接できるように設定されたとしても、機械の精度に影響を及ぼす摩擦や熱等は、排除されることができないため、工程の初めの試験片によって、これらのパラメータが常に正確であることを保証することができる。
【００４９】
本発明の方法の１つの特徴によると、ブリスクの１つまたは複数のブレード２が補修された後に、工程の終わりの試験片が溶接される。このような試験片は、上述の工程の初めの試験片と同一であり、同じ２つの要素１８および１９を有する。ブレード２を補修するために使用される工程の初めの試験片を検査することによって検証されるパラメータによって、溶接が、完全に同一の方法で行われる。同様に、１つ以上の検査が、工程の終わりの試験片になされ、このことにより、ブリスクの１つまたは複数のブレード２の補修を検証すること、またはしないことが可能となる。好ましくは、工程の終わりの試験片は、金属によって出されるガスによって形成される空洞であるブローホールを探すために、たとえば金属試験によって正確に検査される。Ｔｉ１７チタンの場合、これらのブローホールは、５μｍから１００μｍであるほど小さく、簡単なＸ線撮影によって検出されることができない。金属検査の間に認められるミクロ細孔の密度は、補修を認めるための主要因である。このように、工程の初めの試験片および工程の終わりの試験片を溶接することによって、およびこれらを検査することによって、全稼動期間、すなわち１つまたは複数のブリスクの補修を検証することが可能であり、その理由は、工程の始まりおよび終わりが正確である場合、全補修が、検証されると考えられるからである。
【００５０】
好ましくは、ブレード２が一旦溶接されると、ブレード２に実行される作業（熱処理、超音波ピーニング等）が行われ、このことは、溶接した後、および工程の終わりの試験片が検査された後に可能である。
【００５１】
本発明の方法の１つの特徴によると、機械パラメータは、工程の初めおよび工程の終わりの試験片に対して同一である、いわゆる展開試験片に予め設定される。これらの展開試験片のおかげで、溶接機のパラメータは、画定された輪郭を有する特定のタイプのブレード２を補修するために実験的に決定される。このようなパラメータの展開は、機械の受容に応じて修理者によって、あるいは、あらかじめブリスクの製造業者によって実行されることができ、ブリスク製造業者は、ブレード２に適用されるパラメータをブリスク修理者に提供する。工程の初めの試験片の利点によって、パラメータが同じ機械に実行されないので、この場合にはさらに、わずかな変動を受けることがあるパラメータを適応させることが可能となる。
【００５２】
このように実行すると、本発明の方法によって、従来の技術で不可能であったＴｉｌ７チタンのブリスクを補修することだけでなく、このような補修を標準化することもまた可能となる。したがって、製造業者は、ブレード２を補修するために実行されるべきパラメータを修理者に提供して、これらのパラメータを検証し、概略的な検査によって、または検査さえせずに、１つ以上のブレードを補修し、次いで工程の終わりの試験片を溶接し検査することによってこの補修を検証するために、溶接を行い１つ以上の工程の初めの試験片を検査する。
【００５３】
本発明の別の特徴によると、溶接機は、図６に示される機械的完全性確認の試験片と呼ばれる試験片２４によって事前検証される。この目的のために、ブレード２の少なくとも最大厚さに対応する厚さを有する２つのプレートが、事前に設定されたパラメータによって電子ビーム溶接されるのは、それが、ブレードを溶接する間に、そのブレードは、ほとんどの欠陥が、結果として生じる溶接線２５を有する機械的完全性確認の試験片２４を得るように発生されやすいためである。
【００５４】
次いで、スライス２６が、機械的完全性確認の試験片２４から溶接線２５を横切って切断され、バー２７を横切って延びる溶接線２５を含むその中央部にバー２７を形成するように、機械加工される。周期的な疲労試験が行われる装置のあご部によって握持されるように、バー２７の両端部でより幅の広い領域２８および２９を残すように機械加工される。このような試験によって、様々な温度、たとえば室温およびブレード２の運転温度での、連続した引張力および圧縮力が使用される。試験片２４は、上述のような様々な検査を行うために使用されることもまた可能であり、たとえば、金属組織試験のために、横断方向および長手方向に切断されることが可能である。
【００５５】
このように、機械的完全性確認の試験片２４によって、機械／材料の対を検証することが可能になり、その結果、材料の典型的な補修の衝撃、およびその機械的性質の低下を規定することが可能となる。
【００５６】
有利なことには、補修方法を実施する前、および工程の初めの試験片を溶接する前に、このような機械的完全性確認が、各機械に対して行われる。それゆえに、材料に関してではなく、材料と関連した各機械に対して確認が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の方法を使用して１つのブレードが補修されることができる、一体型のブレード付きディスクの部分斜視図である。
【図２】本発明の方法の準備段階の間に取り除かれるブレード部分を灰色で示す、図１のディスクの１つのブレードを示す概略斜視図である。
【図３】本発明の方法を実行するためのヒールを有する、パッチの概略斜視図である。
【図４】ブレードに対応する、本発明の方法を実行するための、工程の初め、工程の終わり、または展開試験片の、第１の試験片要素の概略斜視図である。
【図５】パッチに対応する、本発明の方法を実行するための、工程の初め、工程の終わり、または展開試験片の、第２の試験片要素の概略斜視図である。
【図６】本発明の方法を実行するための、機械／材料の対を検証するために使用される、溶接部の機械的完全性を確認するための試験片の概略斜視図である。
【図７】周期的な疲労試験のために切断された図６の試験片の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ブリスク
２ ブレード
３ リム
４、１６ 前縁
５ 後縁
６ 前縁角
７ 後縁角
８ 先端部
９ 共通部分
１０、１２、２０、２１ 切断線
１１ パッチ
１３、１４ ヒール
１５ 先端線
１７ シールリップ
１８ 第１の要素
１９ 第２の要素
２２、２３ ヒール対応部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械の一体型のロータブレードを補修する方法に関し、この方法を実行するための工程の初め（ｓｔａｒｔ−ｏｆ−ｒｕｎ）、工程の終わり（ｅｎｄ−ｏｆ−ｒｕｎ）、または展開（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）試験片要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボジェットは、いくつかのロータを備え、それらロータは、その軸を中心として回転する。これらのロータは、ディスクを含んでもよく、ディスクに沿ったリムにブレードが嵌合される。従来、ブレードは、この目的のために設けられる根元部によってハウジングで保持される。増大したエンジンの性能要件を満たすため、現在、これらのロータが、一体型のブレード付きディスクと称される、「ブリスク」と呼ばれる一体型のロータであってもよい。ブリスクにおいて、ブレードおよびディスクは、単一部分のみを形成する。この目的のために、鍛造されたブランクが、ディスクを形成するように機械加工され、ブレードがその周縁部の周囲で径方向に延びるが、まだ一体の構成部品である。特定の部品を溶接することもまた可能であり、結果として生じるブリスクが一体型の構成部品となる。特に質量に関して、一体型のロータの多くの利点がある。
【０００３】
エンジンに異物が吸い込まれるため、またはガス流の流れによって混入する煤塵または粒子によって引き起こされる腐食により、ブレードは、摩耗されたまたは裂かれた部分の形態の損傷領域を有する場合があり、損傷領域は、ターボジェットの効率を損う。関係する領域は、一般に、先端部と、前縁側または後縁側の角と、前縁または後縁とである。ブリスクのブレードを補修することが容易でないのは、補修するためにブレードを取り外すことが不可能であるためである。
【０００４】
補修されることができない場合、摩耗または損傷によって、欠陥部分が交換されることとなる。ここで、ブリスクの場合には、ブレードの交換は、全ブリスクを交換することを意味する。
【０００５】
米国特許第６，２３８，１８７号明細書において、ブレードを補修する方法が教示されている。この方法では、損傷領域の周囲のブレードの一部が、切断され、当該部分の範囲内にある限り、損傷領域の形状および寸法がいかなるものであっても、この方法を再現可能にするように、この部分が標準化されている。一般にパッチと呼ばれる交換部品は、次いでブレードに溶接される。このパッチは、除去されたブレードの部分の寸法よりも大きな寸法を有し、次いで、ブレードの初期形状に戻すように機械加工される。
【０００６】
米国特許第６，５６８，０７７号明細書において、上述の方法でパッチを溶接するステップのために電子ビーム溶接方法の使用が教示され、電子ビーム溶接方法は、高い溶接レートの利点、および大きな厚さを溶接することが可能である能力の利点を有する。
【０００７】
しかしながら、Ｔｉ１７と呼ばれるチタン合金から作られるロータの場合、問題が生じる。この合金は、たとえば、ブレード等のこの材料から作られる製品に関する本出願人の特許出願である欧州特許出願公開第１３４０８３２号明細書において述べられており、この材料が溶けると、溶接する間にガスの発生を生じ、熱影響部（ＨＡＺ）にミクロ細孔またはブローホールを発生させ、結果として溶接部の機械的性質が低下するため、この材料は、溶接するのが困難である。この低下は、機械的強度の場合には最大８０％である可能性がある。このような低下は、航空利用において許容されることはできず、電子ビーム溶接の場合に生ずるものである。そのうえ、Ｔｉ１７のロータの場合、航空産業において従来使用されかつ一般的に実施されているＴＩＧまたはマイクロプラズマ技術では、満足のいく結果を提供することができない。
【０００８】
さらに、最近のブレードは、壁の厚さが可変である複雑な三次元形状を有し、パラメータの極めて正確な規定を必要とする電子ビーム溶接方法を使用することを困難にする。これらのパラメータは、問題の各状況に対して規定されなければならず、あらゆる標準化を達成するのは困難である。
【特許文献１】米国特許第６２３８１８７号明細書
【特許文献２】米国特許第６５６８０７７号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１３４０８３２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、漸進的に変動する形状および可変の厚さを有する一体型のロータのブレードを補修する方法を提案することであり、この方法は、電子ビーム溶接ステップを含む。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電子ビーム溶接機械を使ってパッチを電子ビーム溶接することによって、少なくとも１つの損傷領域を含むターボ機械の一体型のブレード付きディスクのブレードを補修する方法に関し、損傷領域を準備するステップと、パッチを電子ビーム溶接するステップと、補修領域を機械加工によって再加工するステップとを含み、以下を特徴とする。すなわち、
・ 準備するステップが、画定された輪郭の補修されるべき領域を得るように、損傷領域を機械加工することを含み、
・ いわゆる「工程の初め」の試験片を得るために、その作動パラメータが予め設定される溶接機によって、前記画定された輪郭を有するブレードに対応する第１の試験片要素に、パッチに対応しかつパッチの特徴を有する第２の試験片要素の溶接が実行され、
・ 溶接後の工程の初めの試験片の品質が検査され、工程の初めの試験片の品質が補修受け入れ基準に対応する場合、その作動パラメータを変えずに同じ電子ビーム溶接機械によって、補修されるべき領域にパッチが溶接され、
・ 補修領域が、機械加工することによって再加工される。
【００１１】
本発明は、電子ビーム溶接機械を制御する性能に基づくことによって、工業規模での一体型のブレード付きディスクを補修するという利点を有する。一旦機械が確認されパラメータが設定されると、パッチに対応する第２の試験片要素を、ブレードの輪郭を有する第１の試験片要素に先に溶接することによって、パラメータが正しくかつ変動していないことを検査することのみが必要となる。驚くべきことに、この方法によって、ブリスクと同じくらい複雑な構成部品を補修するときに、高信頼性を得ることが可能となることが判明した。同じディスクにある多くのブレードが補修されることを認めるのに、先の検査は十分である。
【００１２】
別の特徴によると、補完的な方法によって操作が正しく行なわれることを保証するために、この方法は、パッチがブレードに溶接された後、またはパッチが補修されるべきブレードに連続して溶接された後で、いわゆる「工程の終わり」の試験片を得るために、その作動パラメータを変えることなく同じ電子ビーム溶接機械によって、ブレードに対応しブレードの画定された輪郭を有する第１の試験片要素に、パッチに対応しパッチの特徴を有する第２の試験片要素を溶接するステップと、工程の終わりの試験片の品質を検査するステップとを含む。
【００１３】
このステップは、装置のパラメータがわずかに変動する可能性があるとき、工程終了後に溶接方法の実行状態を提供するという利点がある。工程の終わりの試験片が合格品質である場合、このことから、工程の初めの試験片の溶接と工程の終わりの試験片の溶接との間でなされた補修が、全て正しく実行されたことが結論づけられる。このことにより、補修方法を簡単にすることができるようになる一方で、ブリスクの空間制約のため、実行するのが容易でないかまたは不可能でさえある、ブリスクへの直接的な品質検査を行うことが省略可能となる。
【００１４】
この方法は、ディスクの構成材料がチタン合金、特にＴｉ１７であるときに特に適しているが、本出願人は、その権利の範囲をこの利用だけに制限することを意図していない。
【００１５】
この方法は、翼端、前縁または後縁の角、および前縁または後縁の中から、補修されるべき少なくとも１つの領域に適用する。
【００１６】
別の特徴によると、一体型のブレード付きディスクを補修する方法は、電子ビーム溶接機械を展開するステップを含み、このステップの間に、展開試験片の非破壊および／または破壊検査が続く、いわゆる「展開試験片」を得るために、パッチの特徴を有するパッチに対応する第２の試験片要素を、ブレードの画定された輪郭を有するブレードに対応する第１の試験片要素に溶接することによって、パラメータが予め設定される。
【００１７】
工程の初めの試験片と、工程の終わりの試験片と、展開試験片との、第１の要素および第２の要素が、同一であることが好ましい。
【００１８】
別の特徴によると、補修方法はまた、材料／機械の対を検証するステップを含み、このステップの間に、機械的完全性を確認するための試験片を得るために、少なくともブレードの画定された輪郭の最大厚さと同じ厚さを有するブレードの材料の２つのプレートが溶接され、少なくとも周期的な疲労試験が、機械的完全性を確認するために試験片に対して実行される。
【００１９】
本発明はまた、この方法を実行するための工程の初め、工程の終わり、または展開試験片に関する。
【００２０】
本発明は、添付の図面を参照して、本発明の方法を実行する好ましい形態の以下の説明から、より明確に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１を参照すると、本発明の方法は、一体型のブレード付きディスク１（ブリスク１）のリム３の周縁に径方向に延び、ここではＴｉ１７チタンから作られる、ブレード２の補修に関する。衝撃または摩耗のために、このブレードは損傷領域を有する。損害を受けやすい領域とは、ブレードの前縁４、後縁５、前縁角６、後縁角７、および先端部８の線部であり、ここでは知られている方法によってシールリップを形成するより薄い部分を備える。
【００２２】
補修されることのできる損傷領域が位置する標準化された部分は、ブレードにあらかじめ画定されていて、これらの部分は、交換されるために切断されるブレード部に対応している。この方法の第１のステップは、ブレードの損傷領域がこのような部分に位置するかどうか、検査することにある。図２は、ブレード２と、灰色で示されるこのような標準化された部分９を示す。図２におけるこの部分９は、ブレード２の前縁の角を含む。
【００２３】
このような場合、標準化された部分が、機械によって切断される。この機械加工操作のためのパラメータが、予め設定され、任意の１つのタイプのブレードに対して同一である。標準化された部分９の切断線１０は、一方では、切断および後続の溶接がより簡単になるように、極端に急激な湾曲点または角がないようできる限りゆっくりと変動するように、かつ他方では、作用応力が最小であるか、少なくとも最大でないブレードの領域に延びるように、画定されるので、溶接されるゾーンが、溶接線に沿って極端に高い応力を後で受けることはない。切断部分の最大寸法は、エンジンの使用に応じて、およびブレード２によって受けられる空力的負荷を考慮に入れて画定される。形状または性質がどうであれ、このような部分９に含まれるブレード２の欠陥は、この部分９を切断し、図３に示され後述される標準化されたパッチ１１と交換することによって、補修されることができる。所望の溶接性に適合した表面処理を保証するように、切断作業もまた行われる。
【００２４】
このようにブレード２に得られるのは、画定された輪郭を有する切断線である。
【００２５】
一旦、この切断が、機械加工することによって行われると、ブレード２、および特に切断線１０は、溶接ステップのためにそれを準備をするために洗浄される。
【００２６】
切断されたブレードにパッチ１１を溶接する前に、工程の初めの試験片が溶接され、その試験片の第１の要素および第２の要素は、図４および図５に示され、後で詳しく説明される。
【００２７】
パッチ１１は、次いで、ブレード２の切断線１０と接触される。この接触操作は、ブレード２およびパッチ１１を適所に保持するための装置によって行われる。本明細書で記載されないこの装置は、互いに対してこれらの要素を極めて正確な位置決めできるように構成されなければならず、各ブレード２に適合される。好ましくは、同一の装置が、その標準化された部分９が切断される間に、適所にブレード２を保持するためにされる。このことにより、同じパラメータを保ち、切断面と同一の溶接面を有すること可能となる。
【００２８】
ブレードと同じ材料、ここではＴｉ１７チタンから作られるパッチ１１は、切断線１２に沿って、ブレード２の切断線の画定された輪郭を正確に再現する輪郭を有し、ブレードの厚さに対して過大寸法の厚み、ここでは約１ｍｍであって、その厚さが、０．５ｍｍから６ｍｍ、好ましくは０．７ｍｍから３．４５ｍｍの間を変動するブレードのために、ブレードの一方の側で０．５ｍｍ、他方の側で０．５ｍｍに分割される。パッチ１１の厚さは、したがって、切断線１２に沿って、さらにその全範囲にわたって輪郭の変動およびブレードの可変厚さにしたがい、切断線１０に沿って、および取り除かれた部分に対応する範囲にわたり、過大寸法の厚みを有する。換言すれば、パッチ１１の表面形状は、全体として切断されたブレード２の部分９の表面に対応し、その寸法はわずかに大きい。
【００２９】
切断線１２の各端部の延長部において、パッチ１１は、ヒール１３および１４を有し、ヒールは、切断線１２の表面から突出し、一旦パッチ１１がブレードと接触されると、ブレード２を妨げることのないように延びる。より正確には、各ヒール１３および１４は、切断線１０から延びるブレード２の縁部１５および１６の形状に合致し、この場合、これらの縁部は、ブレード２の前縁角を形成する先端線１５および前縁１６に対応する。これらのヒール１３および１４は、後述するように、溶接を開始および終了するため使用される。ヒール１３および１４は、パッチ１１を有する単一部分から形成されることができ、またはパッチに取り付けられることができる。ヒールがパッチを有する１つの部分として作られる場合、ヒールによって、操作者はパッチ１１をつかみ動かすこともできる。ヒールはまた、ブレード２に取り付けられることもできる。
【００３０】
したがって、パッチ１１の切断線１２は、ブレード２の切断線１０と接触することになり、この接触操作は、パッチ１１の輪郭が正確にブレード２の輪郭にしたがうように、上述した保持装置によって極めて正確に実行されなければならず、パッチが、実質的にブレードの最大厚さよりも大きな一定の厚さである従来技術の場合には、しばしば、パッチ１１の輪郭が正確にブレード２の輪郭にしたがわなかった。パッチ１１のこの可変厚さのおかげで、ブレード２とパッチ１１との間における極端に大きな差異および厚みの変動が回避され、それによって後続の電子ビーム溶接処理を簡単にし、かつそのより良好な品質を保証し、この処理は、当然ながら、極めて正確に実行されることを必要とする。このことによって、溶接の欠陥の原因を制限することが可能となる。したがって、ブレード２と、パッチ１１と、場合によってはヒール１３および１４を適所に保持する保持装置は、これらがパッチ１１と一体でない場合、３次元において位置決めされることが可能でなければならない。
【００３１】
次いで、電子ビーム溶接機械によって、電子ビーム溶接が行われる。この目的のために、ブレード２およびパッチ１１のアセンブリが、不活性雰囲気、通常は真空に設置され、機械の電子銃が、ブレード２およびパッチ１１の切断線１０および１２の間の接合面に位置する溶接ビードに、電子ビームを発射し、電子の運動エネルギーが加工物を加熱し、加工物を互いに溶接することが可能である。この溶接ステップの様々なパラメータ、特にビーム出力（通常は５０ｋＷおよび２００ｋＷの間）と、加速電圧によって設定される電子速度と、電子密度と、焦点の深さを調整可能にする集束電流と、振幅と、軸まわりの電子ビームの振動の形状および周波数と、ビームの移動速度とを、後述される工程の初めの試験片に類似した展開試験片に試みることによって、あらかじめ規定される。
【００３２】
電子ビーム溶接を使用する利点は、特に、溶接速度、および比較的幅が狭い溶接ビードに沿って得られる溶接の品質である。
【００３３】
電子ビーム溶接において、溶接が始まると、加工物における欠陥部および孔もまた発生するため、ヒール１３で溶接が始動される。これらの欠点は、ヒール１３に制限される限りブレード２に影響を及ぼさない。さらに、ヒール１３で溶接を始動することによって、電子ビームがブレード２とパッチ１１との間の接合面に達すると、電子銃が全出力することが可能となり、その出力は、ブレード２の切断線１０の端部まで保持される。したがって、ブレード２にパッチ１１を溶接する全操作は、ブレード２の切断線１０に関しては、電子銃の「定常状態」において実行される。問題の特定の場合において、溶接ビードは、制限のないタイプであることに留意されたい。溶接が続き、反対側のヒール１４で終わるので、この段階においてもまた発生する欠陥部および孔が、このヒール１４に制限される。
【００３４】
溶接ビードの周囲に、「アンダーカット」、すなわち溶接ビードに向かう材料の損失のために、最初の厚さに対して厚さが減少するゾーンが発生する可能性があるため、電子ビームは、正確に接合面に向けられず、パッチ１１の側にわずかにずれている。パッチ１１が、ブレード２よりも大きな厚さを有するため、材料は、ブレード２の側にあるアンダーカットを充填するように、溶接ビードを越える傾向がある。パッチ１１の側で形成されることがあるアンダーカットが、後続の機械加工ステップで消える可能性がある。したがって、パッチ１１の側にビームをずらすことによって、補修されたブレード２においてアンダーカットが形成されるのを防ぐ。
【００３５】
電子ビーム溶接機械のパラメータは、この切断線１０に沿って実時間で漸進するように、これらのパラメータを溶接ビードの幾何形状、およびそれゆえにブレード２の切断線１０の幾何形状に従動させるための手段によって、好ましくは改良される。したがって、得られる溶接ビードは、より良好な品質を持つ。
【００３６】
ヒール１３および１４を使用する別の利点に留意されたい。ブレード２は、その先端線１５に沿って、パッチ１１上のリップ１７に対応するシールリップを含む。極めて厚さが小さいために、溶接する間にこのゾーンが崩壊するため、このリップは、直接電子ビーム溶接されることができない。したがって、従来の技術において、しばしばリップを溶接せずに、たとえばレーザーを使用して後続のビルドアップ法によってリップを形成しており、このことによりかなりコストが増加する。ヒール１３は、輪郭の継続部がより幅広であるブレード２の側およびパッチ１１の側にあるリップ１０の下に置かれ、リップで過大寸法の厚みを形成する。したがって、リップ部分がともに溶接される領域は、それほど薄くはなく、これらの部分は、一旦補修したブレード２のリップの連続性を保証するように、電子ビーム溶接によって溶接されることができる。
【００３７】
一旦電子ビーム溶接操作が行われると、溶接されたパッチ１１を有するブレード２は、溶接する間に発生する引張応力を減少させるように、熱処理を受ける。超音波ピーニング操作もまた、行われることができる。溶接の品質を保証するように、特定の検査が実行される。工程の初めの試験片を溶接することによってもたらされる保証のために、これらの検査は、溶接が適切に行われ、おおむね、認められるほどの不完全性を引き起こさなかったことを確かめるための目視検査になり得る。この目的のために、閉じ込めガスによる不十分な遮蔽のためであり得る酸化の痕跡、接合の欠如、き裂（双眼顕微鏡のもとで）、および溶解していない材料を、視覚的に検査することが目的であってもよい。
【００３８】
この、またはこれらの概略的な検査によって、結果が満足のいくようなものである場合、パッチ１１は、次いで、実際に完全なブレード２の形状に対応するほぼ最終的な形状を回復するために、余剰の材料を取り除くように機械加工される。寸法が最終的な寸法、すなわち最初のブレードに対応する寸法よりもわずかに大きいブレードが得られるまで、毎回材料はほとんど取り除かれずに、機械加工ツールがいくつか通過する。これらは、切断され、パッチ１１によって交換されるのは部分９の寸法であり、最初のブレード２の残部と同一のままでなければならないため、ブレード２の残部は機械加工されない。
【００３９】
最初のブレード２と同一のブレード２を得るように、ブレード２の補修は、手動研磨加工によって精錬され、完了される。
【００４０】
本発明の方法は、特に、パッチがブレード２に溶接される前に、工程の初めの試験片が溶接されるという事実によって特徴づけられる。この目的のために、２つの試験片要素、すなわち、図４に示されブレード２に対応する第１の要素１８、および図５に示されパッチ１１に対応する第２の要素１９が、互いに溶接される。ブレード２に対応する第１の試験片要素１８は、用語「第１の要素１８」によって示され、パッチ１１に対応する第２の試験片要素１９は、用語「第２の要素１９」によって示される。用語「試験片」は、一旦溶接された試験片、すなわち、互いに溶接された２つの要素１８および１９に対応する。
【００４１】
第１の要素１８は、切断線２０を有し、その輪郭は、ブレード２の切断線１０の画定された輪郭と同一である。この要素は、同一材料、ここではＴｉ１７チタンから作られ、その溶錬から正に運転中における使用まで、ブレード２と同じ処理過程を受け、同じ表面特性および同じ金属学的性質を有し、同じ方法で機械加工されている。好ましくは、それは、鍛造されるブリスクプリフォームから生じる部分であってもよく、このことにより、確実に特徴が類似する。この要素は、たとえ示されていない場合であっても、ヒール１３および１４に対応する部分を含む。
【００４２】
同様に、第２の要素１９は、その輪郭がパッチ１１の切断線１２の輪郭と同一である切断線２１を有し、前述と同様に類似の特徴を有する。第２の要素は、パッチ１１の過大寸法の厚さと、ヒール１３および１４に対応する部分２２および２３とを含む。
【００４３】
第１の要素１８および第２の要素１９は、この溶接のために予め設定されるパラメータを有する、ブレード２にパッチ１１を溶接するため使用される機械によってともに溶接される。下記に記載する方法によって、パラメータを予め設定することができる。同じ保持装置が使用される。したがって、パッチ１１がブレード２に溶接される前に、工程の初めの試験片を得るために、２つの要素１８および１９をともに溶接する、極めて類似した処理が行われる。
【００４４】
さらにより代表的には、パッチ１１の溶接部をブレード２に溶接するように、ブレード２の質量および体積の環境のシミュレートする手段を提供することが、さらに可能である。その理由は、ブレード２を取り囲む質量、特に、ブレード２の近傍にブレード２を保持するためのリム３を支持しているハブの存在によって、溶接する間に熱ポンピング効果が生じるためである。溶接ビードである局部的なスポットに噴射される溶接熱は、バルクへと拡散する傾向があり、バルクによってこの拡散は変動する。工程の初めの試験片を溶接するときに、ブレード２の環境が考慮され、たとえば、必要以上に大きな質量を有する保持装置のツールを使用して、シミュレートされることができる。
【００４５】
一旦、工程の初めの試験片の２つの要素１８および１９が、ともに溶接されると、その結果、実際の工程の初めの試験片が得られる。次いで、工程の初めの試験片の溶接の品質が、検査される。要件に応じて、目視検査だけまたは双眼顕微鏡による検査だけを行うことが可能であり、または、金属試験を行うために、接合面に対して断面を横断方向および縦方向にすることが可能である。
【００４６】
この、またはこれらの検査によって、不十分な溶接が認められると、良好であると見なされる工程の初めの試験片が得られるまで、パラメータが適応され、さらなる工程の初めの試験片が、任意に溶接される。この場合、補修受け入れ基準に対応するとみなされるように、機械のパラメータが検証される。
【００４７】
一旦機械のパラメータが検証されると、同じパラメータを使用して、ブレードを補修するために、パッチ１１がブレード２に溶接されることができる。工程の初めの試験片の事前検査は、同じ１つのブリスク、さらにいくつかの同一のブリスクの、複数の同一のブレード２の補修を許可するのに十分である。
【００４８】
電子ビーム溶接機械のパラメータが予め設定されることに留意されたい。しかしながら、これらのパラメータが、たとえ良好に溶接できるように設定されたとしても、機械の精度に影響を及ぼす摩擦や熱等は、排除されることができないため、工程の初めの試験片によって、これらのパラメータが常に正確であることを保証することができる。
【００４９】
本発明の方法の１つの特徴によると、ブリスクの１つまたは複数のブレード２が補修された後に、工程の終わりの試験片が溶接される。このような試験片は、上述の工程の初めの試験片と同一であり、同じ２つの要素１８および１９を有する。ブレード２を補修するために使用される工程の初めの試験片を検査することによって検証されるパラメータによって、溶接が、完全に同一の方法で行われる。同様に、１つ以上の検査が、工程の終わりの試験片になされ、このことにより、ブリスクの１つまたは複数のブレード２の補修を検証すること、またはしないことが可能となる。好ましくは、工程の終わりの試験片は、金属によって出されるガスによって形成される空洞であるブローホールを探すために、たとえば金属試験によって正確に検査される。Ｔｉ１７チタンの場合、これらのブローホールは、５μｍから１００μｍであるほど小さく、簡単なＸ線撮影によって検出されることができない。金属検査の間に認められるミクロ細孔の密度は、補修を認めるための主要因である。このように、工程の初めの試験片および工程の終わりの試験片を溶接することによって、およびこれらを検査することによって、全稼動期間、すなわち１つまたは複数のブリスクの補修を検証することが可能であり、その理由は、工程の始まりおよび終わりが正確である場合、全補修が、検証されると考えられるからである。
【００５０】
好ましくは、ブレード２が一旦溶接されると、ブレード２に実行される作業（熱処理、超音波ピーニング等）が行われ、このことは、溶接した後、および工程の終わりの試験片が検査された後に可能である。
【００５１】
本発明の方法の１つの特徴によると、機械パラメータは、工程の初めおよび工程の終わりの試験片に対して同一である、いわゆる展開試験片に予め設定される。これらの展開試験片のおかげで、溶接機のパラメータは、画定された輪郭を有する特定のタイプのブレード２を補修するために実験的に決定される。このようなパラメータの展開は、機械の受容に応じて修理者によって、あるいは、あらかじめブリスクの製造業者によって実行されることができ、ブリスク製造業者は、ブレード２に適用されるパラメータをブリスク修理者に提供する。工程の初めの試験片の利点によって、パラメータが同じ機械に実行されないので、この場合にはさらに、わずかな変動を受けることがあるパラメータを適応させることが可能となる。
【００５２】
このように実行すると、本発明の方法によって、従来の技術で不可能であったＴｉｌ７チタンのブリスクを補修することだけでなく、このような補修を標準化することもまた可能となる。したがって、製造業者は、ブレード２を補修するために実行されるべきパラメータを修理者に提供して、これらのパラメータを検証し、概略的な検査によって、または検査さえせずに、１つ以上のブレードを補修し、次いで工程の終わりの試験片を溶接し検査することによってこの補修を検証するために、溶接を行い１つ以上の工程の初めの試験片を検査する。
【００５３】
本発明の別の特徴によると、溶接機は、図６に示される機械的完全性確認の試験片と呼ばれる試験片２４によって事前検証される。この目的のために、ブレード２の少なくとも最大厚さに対応する厚さを有する２つのプレートが、事前に設定されたパラメータによって電子ビーム溶接されるのは、それが、ブレードを溶接する間に、そのブレードは、ほとんどの欠陥が、結果として生じる溶接線２５を有する機械的完全性確認の試験片２４を得るように発生されやすいためである。
【００５４】
次いで、スライス２６が、機械的完全性確認の試験片２４から溶接線２５を横切って切断され、バー２７を横切って延びる溶接線２５を含むその中央部にバー２７を形成するように、機械加工される。周期的な疲労試験が行われる装置のあご部によって握持されるように、バー２７の両端部でより幅の広い領域２８および２９を残すように機械加工される。このような試験によって、様々な温度、たとえば室温およびブレード２の運転温度での、連続した引張力および圧縮力が使用される。試験片２４は、上述のような様々な検査を行うために使用されることもまた可能であり、たとえば、金属組織試験のために、横断方向および長手方向に切断されることが可能である。
【００５５】
このように、機械的完全性確認の試験片２４によって、機械／材料の対を検証することが可能になり、その結果、材料の典型的な補修の衝撃、およびその機械的性質の低下を規定することが可能となる。
【００５６】
有利なことには、補修方法を実施する前、および工程の初めの試験片を溶接する前に、このような機械的完全性確認が、各機械に対して行われる。それゆえに、材料に関してではなく、材料と関連した各機械に対して確認が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の方法を使用して１つのブレードが補修されることができる、一体型のブレード付きディスクの部分斜視図である。
【図２】本発明の方法の準備段階の間に取り除かれるブレード部分を灰色で示す、図１のディスクの１つのブレードを示す概略斜視図である。
【図３】本発明の方法を実行するためのヒールを有する、パッチの概略斜視図である。
【図４】ブレードに対応する、本発明の方法を実行するための、工程の初め、工程の終わり、または展開試験片の、第１の試験片要素の概略斜視図である。
【図５】パッチに対応する、本発明の方法を実行するための、工程の初め、工程の終わり、または展開試験片の、第２の試験片要素の概略斜視図である。
【図６】本発明の方法を実行するための、機械／材料の対を検証するために使用される、溶接部の機械的完全性を確認するための試験片の概略斜視図である。
【図７】周期的な疲労試験のために切断された図６の試験片の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ブリスク
２ ブレード
３ リム
４、１６ 前縁
５ 後縁
６ 前縁角
７ 後縁角
８ 先端部
９ 共通部分
１０、１２、２０、２１ 切断線
１１ パッチ
１３、１４ ヒール
１５ 先端線
１７ シールリップ
１８ 第１の要素
１９ 第２の要素
２２、２３ ヒール対応部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム溶接機械を使ってパッチ（１１）を電子ビーム溶接することによって、少なくとも１つの損傷領域を含むターボ機械の一体型のブレード付きディスク（１）のブレード（２）を補修する方法であり、
損傷領域を準備するステップと、
パッチ（１１）を電子ビーム溶接するステップと、
補修領域を機械加工によって再加工するステップとを含む方法であって、
・ 準備するステップが、画定された輪郭の補修されるべき領域（１０）を得るように、損傷領域を機械加工することを含み、
・ いわゆる「工程の初め」の試験片を得るために、作動パラメータが予め設定される溶接機によって、前記画定された輪郭（２０）を有するブレード（２）に対応する第１の試験片要素（１８）に、パッチ（１１）に対応しかつパッチ（１１）の特徴を有する第２の試験片要素（１９）の溶接が実行され、
・ 溶接後の工程の初めの試験片の品質が検査され、工程の初めの試験片の品質が補修受け入れ基準に対応する場合、その作動パラメータを変えずに同じ電子ビーム溶接機械によって、補修されるべき領域（１０）にパッチ（１１）が溶接され、
・ 補修領域が、機械加工することによって再加工されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
損傷領域の機械加工が、切断線（１０）に沿って、損傷領域を含む標準化された部分（９）を切断することによって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
パッチ（１１）が、過大寸法の厚みを有し、ブレード（２）の切断線（１０）の画定された輪郭に対応する輪郭を有する切断線（１２）を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
過大寸法の厚みが、０．５ｍｍから６ｍｍの間好ましくは０．７ｍｍから３．４５ｍｍの間で変動する厚みのブレードのために、切断線（１０）の両側で約０．５ｍｍに分割される約１ｍｍの厚みである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
パッチ（１１）が溶接される間、電子ビームが、わずかにパッチ（１１）の側にずれている、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
パッチ（１１）に取り付けられた少なくとも１つのヒール（１３、１４）を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
パッチ（１１）がブレード（２）に溶接された後で、いわゆる「工程の終わり」の試験片を得るために、その作動パラメータを変えることなく同じ電子ビーム溶接機械によって、ブレード（２）に対応しブレード（２）の画定された輪郭を有する第１の試験片要素（１８）に、パッチ（１１）に対応しパッチ（１１）の特徴を有する第２の試験片要素（１９）を溶接するステップと、
工程の終わりの試験片の品質を検査するステップとを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
電子ビーム溶接機械を展開するステップを含み、該ステップの間に、展開試験片の非破壊および／または破壊検査が続く、いわゆる「展開試験片」を得るために、パッチ（１１）の特徴を有するパッチ（１１）に対応する第２の試験片要素（１９）を、ブレード（２）の画定された輪郭を有するブレード（２）に対応する第１の試験片要素（１８）に溶接することによって、パラメータが予め設定される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
工程の初めの試験片と、工程の終わりの試験片と、展開試験片との、第１の要素（１８）および第２の要素（１９）が同一である、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
試験片の溶接が、熱ポンピングをシミュレートするために、ブレード（２）の質量環境をシミュレートするための手段を使って行われる、請求項７および８、または９に記載の方法。
【請求項１１】
材料／機械の対を検証するステップをさらに含み、該ステップの間に、機械的完全性を確認するための試験片（２４）を得るために、ブレードの画定された輪郭の最大厚さと少なくとも同じ厚さを有するブレード（２）の材料の２つのプレートが溶接され、少なくとも周期的な疲労試験が、機械的完全性を確認するために試験片（２４）に対して実行される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
ブレードの先端部（８）、前縁または後縁の角（６、７）、前縁（４）または後縁（５）の中で、補修されるべき少なくとも１つの領域の補修に適用される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ブレード（２）が、Ｔｉ１７と呼ばれるチタンから作られる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ターボ機械がターボジェットである、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
切断線（２０）を有し、切断線（２０）の輪郭が、ブレード（２）の画定された輪郭と同一であり、同じ材料から作られる、請求項９に記載の方法を実行するための、工程の初め、工程の終わり、または展開試験片要素。
【請求項１６】
パッチ（１１）の特徴を有する、請求項９に記載の方法を実行するための、工程の初め、工程の終わり、または展開試験片要素。
【請求項１】
電子ビーム溶接機械を使ってパッチ（１１）を電子ビーム溶接することによって、少なくとも１つの損傷領域を含むターボ機械の一体型のブレード付きディスク（１）のブレード（２）を補修する方法であり、
損傷領域を準備するステップと、
パッチ（１１）を電子ビーム溶接するステップと、
補修領域を機械加工によって再加工するステップとを含む方法であって、
・ 準備するステップが、画定された輪郭の補修されるべき領域（１０）を得るように、損傷領域を機械加工することを含み、
・ いわゆる「工程の初め」の試験片を得るために、作動パラメータが予め設定される溶接機によって、前記画定された輪郭（２０）を有するブレード（２）に対応する第１の試験片要素（１８）に、パッチ（１１）に対応しかつパッチ（１１）の特徴を有する第２の試験片要素（１９）の溶接が実行され、
・ 溶接後の工程の初めの試験片の品質が検査され、工程の初めの試験片の品質が補修受け入れ基準に対応する場合、その作動パラメータを変えずに同じ電子ビーム溶接機械によって、補修されるべき領域（１０）にパッチ（１１）が溶接され、
・ 補修領域が、機械加工することによって再加工されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
損傷領域の機械加工が、切断線（１０）に沿って、損傷領域を含む標準化された部分（９）を切断することによって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
パッチ（１１）が、過大寸法の厚みを有し、ブレード（２）の切断線（１０）の画定された輪郭に対応する輪郭を有する切断線（１２）を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
過大寸法の厚みが、０．５ｍｍから６ｍｍの間好ましくは０．７ｍｍから３．４５ｍｍの間で変動する厚みのブレードのために、切断線（１０）の両側で約０．５ｍｍに分割される約１ｍｍの厚みである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
パッチ（１１）が溶接される間、電子ビームが、わずかにパッチ（１１）の側にずれている、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
パッチ（１１）に取り付けられた少なくとも１つのヒール（１３、１４）を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
パッチ（１１）がブレード（２）に溶接された後で、いわゆる「工程の終わり」の試験片を得るために、その作動パラメータを変えることなく同じ電子ビーム溶接機械によって、ブレード（２）に対応しブレード（２）の画定された輪郭を有する第１の試験片要素（１８）に、パッチ（１１）に対応しパッチ（１１）の特徴を有する第２の試験片要素（１９）を溶接するステップと、
工程の終わりの試験片の品質を検査するステップとを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
電子ビーム溶接機械を展開するステップを含み、該ステップの間に、展開試験片の非破壊および／または破壊検査が続く、いわゆる「展開試験片」を得るために、パッチ（１１）の特徴を有するパッチ（１１）に対応する第２の試験片要素（１９）を、ブレード（２）の画定された輪郭を有するブレード（２）に対応する第１の試験片要素（１８）に溶接することによって、パラメータが予め設定される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
工程の初めの試験片と、工程の終わりの試験片と、展開試験片との、第１の要素（１８）および第２の要素（１９）が同一である、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
試験片の溶接が、熱ポンピングをシミュレートするために、ブレード（２）の質量環境をシミュレートするための手段を使って行われる、請求項７および８、または９に記載の方法。
【請求項１１】
材料／機械の対を検証するステップをさらに含み、該ステップの間に、機械的完全性を確認するための試験片（２４）を得るために、ブレードの画定された輪郭の最大厚さと少なくとも同じ厚さを有するブレード（２）の材料の２つのプレートが溶接され、少なくとも周期的な疲労試験が、機械的完全性を確認するために試験片（２４）に対して実行される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
ブレードの先端部（８）、前縁または後縁の角（６、７）、前縁（４）または後縁（５）の中で、補修されるべき少なくとも１つの領域の補修に適用される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ブレード（２）が、Ｔｉ１７と呼ばれるチタンから作られる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ターボ機械がターボジェットである、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
切断線（２０）を有し、切断線（２０）の輪郭が、ブレード（２）の画定された輪郭と同一であり、同じ材料から作られる、請求項９に記載の方法を実行するための、工程の初め、工程の終わり、または展開試験片要素。
【請求項１６】
パッチ（１１）の特徴を有する、請求項９に記載の方法を実行するための、工程の初め、工程の終わり、または展開試験片要素。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−７１１９８（Ｐ２００７−７１１９８Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−１９７６５３（Ｐ２００６−１９７６５３）
【出願日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【出願人】（５０５２７７６９１）スネクマ (567)
【出願人】（５９９１０２７８９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９７６５３（Ｐ２００６−１９７６５３）
【出願日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【出願人】（５０５２７７６９１）スネクマ (567)
【出願人】（５９９１０２７８９）
【Ｆターム（参考）】
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