部品の補修方法および補修された部品
【課題】ガスタービン部品の損傷部に係るろう付部の品質向上と、ろう付による補修作業の効率向上とを図ることができる部品の補修方法、および補修された部品を提供すること。
【解決手段】ガスタービン部品１は、ガスタービン部品１の本体１１における稜線１３を含む部分が減肉することにより本体１１に形成された開口部１２と、開口部１２において稜線１３を境界とする面のうち１つの面（ＸＹ面）を除いた他の面（ＹＺ面）に沿って設けられた側壁部１５と、開口部１２内に設けられて本体１１と側壁部１５とを接合しているろう材１６と、を備える。
【解決手段】ガスタービン部品１は、ガスタービン部品１の本体１１における稜線１３を含む部分が減肉することにより本体１１に形成された開口部１２と、開口部１２において稜線１３を境界とする面のうち１つの面（ＸＹ面）を除いた他の面（ＹＺ面）に沿って設けられた側壁部１５と、開口部１２内に設けられて本体１１と側壁部１５とを接合しているろう材１６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品の補修方法および補修された部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンを構成する動翼、静翼、および分割環などのガスタービン部品は、高温の燃焼ガスに晒されるため、酸化等による表面減肉（エグレ）や、亀裂などの損傷が生じる。これらのガスタービン部品には高価な耐熱合金が用いられているため、溶接によって損傷部を補修してから再使用している。
しかしながら、溶接により補修する場合、溶接時の高温加熱の影響で部品が変形し易いため、表面減肉による減肉量が多い場合などには変形量が許容値を超えてしまう。このように変形量が大きいと想定される場合には、部品を廃却し、新しい部品に交換することが多いが、廃却せずに補修する場合には、変形防止のために部品の形状を保持する治具を使用したり、多くの工数を掛けて補修後の歪みを修正したりしている。
【０００３】
そのため、溶接よりも加熱温度が低いろう付によってガスタービン部品を補修することが提案されているが（特許文献１，２）、例えば長さ１０ｃｍ以上の範囲に亘って形成された大面積の損傷部をろう付すると、加熱時の収縮によりろう材に大きなひび割れが生じ、このひび割れはろう材の溶融、固化後もろう付部に凹凸として残る。大面積である分、この凹凸を埋めるためのろう付にも時間が掛かる。
【０００４】
そこで、特許文献１では、ガスタービン翼の損傷部である凹部に配置されたシート状の補修材（ろう材粉末を含む）の上方に、補修材を覆う板状の治具を設置している。この治具は、凹部の上端部に配置されたスペーサー上に設置され、所定の隙間をあけて補修材に対向している。特許文献１の記載によれば、このような治具により、補修材の飛散を防止でき、かつ補修材表面に凹凸が生じることを抑制できる。
【０００５】
また、特許文献２では、ガスタービン静翼の中子の損傷部である凹部にシールブロックを嵌め込んだ上で、凹部から露出したシールブロックの側面にろう材組成物を塗布し、ろう材を加熱溶融して凹部とシールブロックとの間のギャップに流入させている。このようにシールブロックを用いれば損傷部が大面積であってもろう材の使用量を最小限とできるので、ろう材のひび割れが起こらないようにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９８１３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１０３０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような治具やシールブロックを用いることにより、ろう付部の品質を向上させることができるが、これらはいずれも能率的な方法であるとは言えない。例えば治具を用いる場合、補修後の治具の取り外しに手間が掛かる。特に、大面積の板状の治具などを用いる場合には、その設置および除去が大掛かりとなり大変である。
一方、シールブロックを用いる場合には、様々な形状の損傷部に対応し難い。つまり、損傷部の形状に合わせてシールブロックを作製しなくてはならない。また、ろう材塗布のため凹部から突出したシールブロックの部分を除去する手間が掛かる。
【０００８】
以上から、損傷部一般を対象としたろう付による補修について、ろう付部の品質向上とろう付作業の効率向上とを両立することが望まれているが、特に、部品の稜線を含む部分である角部に生じた損傷部の補修については、その損傷部の形状に起因してろう材が流れ易いことで、部品の平坦部に生じた損傷部にはない品質上の課題がある。
【０００９】
すなわち、動翼や静翼、分割環などのガスタービン部品は、多くの凹凸、段差を含んだ形状をしており、このような部品の稜線を含む部分がえぐれて開口する場合がある。このような部分に生じた開口部は、稜線の両側において開口するため、補修する際にろう材が流れてろう付不良が生じ易い。また、ろう材が流れて、稜線を含む角部がなだらかとなるため、所望の形状を得るのが難しい。ろう材の加熱溶融および固化を繰り返し行えば角部を成形できるが、多くの手間と時間が掛かる。このように難易度が高い角部の補修は、上述の特許文献１，２のいずれにおいても示唆されていない。このような角部の周辺に、特許文献１のような治具を設置することは難しい。また、特許文献２のようなシールブロックを角部に生じた開口部に使用した場合には、シールブロックの側面に塗布されたろう材が加熱時に凹部の外側に流出する可能性がある。
【００１０】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、ガスタービン部品をはじめとする部品の損傷部に係るろう付部の品質向上と、ろう付による補修作業の効率向上とを図ることができる部品の補修方法、および補修された部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的のもと、本発明の部品は、その本体における稜線を含む部分が減肉することにより本体に形成された開口部と、開口部において稜線を境界とする面のうち１つの面を除いた他の面に沿って設けられた壁部と、開口部内に設けられて本体と壁部とを接合しているろう材と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ろう材の加熱時に、溶融したろう材が壁部でせき止められるので、開口部の外側にろう材が流出することを防止できるとともに、固化したろう材と壁部とによって稜線を含む角部を復元できる。すなわち、ろう材が流れるため、ろう材が固化したろう付部の形状がなだらかな形状となりがちな角部のろう付において、所望の角部形状を実現することによって、ろう付部の品質を向上させることができる。
また、ろう付作業時に治具の設置や除去が不要であり、開口部の端縁近傍に板状部材等を壁部として配置するか、または溶接等によって開口部の端縁近傍に壁部を設けてからろう付を行うだけでよいので、補修作業が繁雑とならずに効率良く行える。
【００１３】
その上、本発明においてろう付を補助するために用いられる壁部には、板状部材等や、共材を用いた溶接によって形成された肉盛部を用いるこができ、壁部以外に、例えば、開口部の形状と同じ形状のブロック等のろう付補助部材を必要としないので、不定形な形状の開口部に対応できる。すなわち、様々な形状の開口部の補修が効率良く行える。
さらに、ろう材が壁部によって補強されるので、ろう材と壁部とが一体となったろう付部の強度を向上させることができる。
以上により、部品の損傷部に係るろう付部の品質向上と、ろう付による補修作業の効率向上とを両立できる。
【００１４】
本発明の部品においては、開口部内を２以上の区画に分ける隔壁部を備え、ろう材が、区画のそれぞれに設けられていることが好ましい。
【００１５】
このように開口部が隔壁部で仕切られることにより、加熱時のろう材の収縮が各区画に按分されるので、ろう材の収縮によるひび割れを抑制できる。また、ろう材が開口部内においても隔壁部によって補強されるため、開口部が大面積であってもろう付部の強度を確保できる。
【００１６】
また、本発明におけるろう材は、加熱により、本体と、壁部および隔壁部の少なくとも一方とに拡散される成分を含むものであることが好ましい。
【００１７】
ろう材粉体成分の拡散により、ろう付部の強度及び延性を確保できるとともに、ろう付前のろう材の融点よりも、ろう付後のろう材の融点を高くできる。これによって他の箇所の補修時などにろう材が再溶融することを防止できる。
【００１８】
また、ろう材成分の拡散は、ろう材と母材（部品の本体、壁部、および隔壁部）との間に生じるだけでなく、ろう材中の拡散成分と固体粒子との間においても生じることが好ましい。
そのため、ろう材が、加熱により本体と壁部および隔壁部の少なくとも一方とに拡散される成分を含むろう材粉体と、ろう材粉体よりも融点が高い高融点粉体とを含有し、ろう材粉体の成分が、加熱により高融点粉体にも拡散されることが好ましい。
【００１９】
ここで、ろう材粉体としては、高温時の強度や耐食性を持たせた合金に、例えばＢ、Ｓｉなどの融点を降下させる元素を添加したものなどを用いることができる。
また、高融点粉体としては、ろう材粉体よりも融点の高い単体金属、合金、および金属組成物を用いることができるが、特に、強度、耐食性、および耐熱性に優れたＮｉ基合金、Ｃｏ基合金を好適に用いることができる。
【００２０】
上記のように、ろう材がろう材粉体と高融点粉体との両方を含有することにより、加熱時にろう材粉体のみが溶融し高融点粉体が溶融しない状態、すなわち半流動の状態にできる。このようにろう材が半流動の状態では部品の姿勢の自由度が高いことにより、ろう付の作業性が向上する。
また、加熱時に溶融したろう材粉体が高融点粉体間に充填された状態となるので、ろう付部の強度が向上する。
さらに、ろう材粉体の成分が、本体と、壁部および隔壁部の少なくとも一方とに加え、高融点成分にも拡散されることで、ろう付後のろう材の融点をより高くできる。
【００２１】
本発明における本体と、壁部および隔壁部の少なくとも一方とは、含まれる元素のうち重量比が最大である主成分が同一であることが好ましい。
【００２２】
このように、部品の本体の材質に近似する材料、あるいは同一の材料が壁部および隔壁部の少なくとも一方に用いられることにより、損傷前と同等の部品強度が得られる。
【００２３】
以上述べた本発明の部品は、タービン装置をそれぞれ構成する静翼や分割環、動翼に好適に使用できる。これら静翼や分割環、動翼は、多くの凹凸や段差を含んだ形状をしており、稜線を含む部分が減肉し易いので、本発明により、稜線を含む角部を容易にかつ高品質に成形できることの意義が大きい。
【００２４】
本発明の部品の補修方法は、部品の本体における稜線を含む部分が減肉することにより本体に形成された開口部において、稜線を境界とする面のうち１つの面を除いた他の面に沿って壁部を設け、１つの面である開口面から開口部内に、本体と壁部とを接合するろう材を設け、加熱により、ろう材を開口部内で溶融させて固化させることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、上述の部品の発明と同様に、加熱時にろう材が壁部でせき止められて開口部の外側に流出しないので、稜線を含む角部を復元できる。その上、ろう付作業時に治具の設置や除去が不要であり、開口部に壁部を設けてからろう付を行うだけでよいので、補修作業が繁雑とならずに効率良く行える。さらに、壁部以外に、例えば、開口部の形状と同じ形状のブロック等を必要としないので、不定形な形状の開口部の補修が効率良く行える。
すなわち、部品の損傷部に係るろう付部の品質向上と、ろう付による補修作業の効率向上とを両立できる。
【００２６】
ここで、壁部は、本体における開口部の端縁の外側の部分に貼り付けるように設置されていてもよいし、開口部の端縁の内側に収まるように設置されていてもよいし、その中間の位置、すなわち壁部の一部が開口部内に収まり、残りの部分が開口部の外側に突出するように設置されていてもよい。開口部の外側に位置する壁部の一部または全部は、ろう付後に研磨などによって除去されてよい。また、開口部の内側に収まるように壁部が設置された場合には、壁部を除去せず残存させてよい。壁部が除去される場合および壁部が残存する場合のいずれの場合であっても、角部形状を復元できる。壁部が残存する場合には、ろう材が壁部によって補強されるので、ろう付部の強度を向上させることができる。
なお、ろう付後、必要に応じて、角部の形状精度を得るため研磨等を行う成形処理を行ってもよい。
【００２７】
本発明の部品の補修方法においては、開口部内を隔壁部によって２以上の区画に仕切り、区画のそれぞれに、ろう材を設けることが好ましい。
【００２８】
本発明によれば、加熱時のろう材の収縮が各区画に按分されるので、ろう材の収縮によるひび割れを抑制できる。また、仕切りの壁部により、ろう付部の強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、部品の損傷部に係るろう付部の品質向上と、ろう付による補修作業の効率向上とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る補修部を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態における補修工程を示す図である。
【図３】第１実施形態におけるろう付を説明するための図である。
【図４】第１実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態に係る補修部を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図７】第３実施形態に係る補修部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るガスタービン部品１の補修された部分を示す。ガスタービン部品１は、例えば航空機用や発電プラント用のガスタービンを構成する動翼、静翼、分割環、および燃焼器などであり、高温下の過酷な環境で使用されるため、本体１１に亀裂が生じたり、本体１１の表面部分がえぐり取られて減肉する場合がある。
【００３２】
補修されたガスタービン部品１は、本体１１と、本体１１の稜線１３を含む部分が減肉することにより形成された開口部１２と、開口部１２の端縁近傍に設けられた壁部としての側壁部１５と、開口部１２内に設けられて本体１１と側壁部１５とを接合しているろう材１６とを備えている。
【００３３】
本体１１は、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金などの耐熱合金により形成されている。Ｎｉ基合金は、含まれる元素のうちＮｉの含有量が最も高い合金であり、Ｃｏ基合金は、含まれる元素のうちＣｏの含有量が最も高い合金である。これらのＮｉ基合金、Ｃｏ基合金は、高温下での強度、および耐食性が高い。特に、Ｎｉ基合金により、より高温下の使用にも耐える強度を実現できる。
【００３４】
Ｎｉ基合金としては、例えば、クロムを１８．５〜１９．５ｗｔ％、コバルトを１８．５〜１９．５ｗｔ％、チタンを３．５〜３．８ｗｔ％、アルミニウムを１．７〜２．０ｗｔ％、タングステンを５．８〜６．２ｗｔ％、およびタンタルを１．２〜１．５ｗｔ％を含有し、残部がニッケルの組成のものを用いることができる。このようなＮｉ基合金の製品としては、三菱重工業株式会社の「ＭＧＡ−２４００」（登録商標）が挙げられる。
【００３５】
開口部１２は、本体１１の稜線１３を含む部分に形成されている。本体１１の稜線１３の近傍にはガス圧や熱の負荷が掛かり易いので、本体１１の表面減肉による減肉化は、稜線１３を含む部分に生じることが多く、また、この稜線１３を起点に進行し易い。
したがって、開口部１２は、例えばＹ方向長さが１０ｃｍ以上に及ぶ大面積で、かつ深い形状（少なくとも数ｍｍ以上）になりがちである。このような大面積の減肉は、静翼や分割環において生じ易い。この開口部１２は、Ｙ方向に沿った稜線にそれぞれ交差するＸ方向およびＺ方向の二方向に向いている。
【００３６】
開口部１２の形状に関しては、ろう付作業の前に開口部１２の周囲をグラインダーなどで研磨することで、ある程度形をならすことが行われる。このような処理により、塵埃、油等の付着した損傷部を清浄にできるとともに、所望の形状、表面粗さが得られる。
なお、図３以降の各図においては、実際は不定形な開口部１２の形状を簡略化して直線的に示している。開口部１２の形状は様々であって、図示のように直線的な形状に研磨されるとは限らない。
【００３７】
側壁部１５は、板状の例えば母材、焼結体であり、開口部１２の端縁近傍にＹＺ面に沿って、本体１１の側面１１Ａとほぼ面一に設けられている。この側壁部１５は、稜線１３を境界とするＸＹ面およびＹＺ面の２つの面のうち、一方のＹＺ面に沿って設けられている。また、側壁部１５の高さは、開口部１２のＺ方向の深さとほぼ同じ寸法となっている。
【００３８】
側壁部１５の材料としては、本体１１と近似する材料あるいは同じ材料で形成された耐熱合金を用いることができる。例えば、クロムを２０．３〜２３．３ｗｔ％、鉄を１７．０〜２０ｗｔ％、モリブデンを８．０〜１０．０ｗｔ％、コバルトを０．５〜２．５ｗｔ％、タングステンを０．２〜１．０ｗｔ％、および炭素を０．０５〜０．１５ｗｔ％含有し、残部がニッケルであるニッケル基耐熱合金（ハイネス・ステライト社の「ハステロイ−Ｘ」（登録商標））や、前述の「ＭＧＡ−２４００」などが側壁部１５に用いられていてもよい。側壁部１５の材料は、含まれる元素のうち重量比が最大である主成分がニッケルという点で、本体１１の材料と近似している。このように、補修部に本体１１と近似または同一の材料が用いられることで、損傷前と同等の部品強度が得られる。
【００３９】
なお、側壁部１５は、上記の材料と同様の材料のバルク（いわゆる共材）を用いて、開口部１２の端縁近傍に肉盛り状に溶接することによって形成されていてもよい。このように開口部１２の一部に対して溶接しても、溶接時の高温により本体１１を熱変形させるまでには至らない。仮に熱変形が生じてもその変形量は、部品使用上無視しうる程度に小さい。
【００４０】
ろう材１６は、混合粉末と、樹脂等のバインダーとが混練されたものであり、固化前はペースト状である。混合粉末は、加熱により成分が母材に拡散されるろう材粉体と、ろう材粉体よりも融点が高い高融点粉体とが混合されたものである。
【００４１】
ろう材粉体の材料は、各種の合金、金属化合物等であってよいが、本実施形態のろう材粉体は、Ｎｉ基合金により形成されている。例えば、クロムを２０ｗｔ％、タンタルを３ｗｔ％、ボロンを２．８ｗｔ％、およびイットリウムを０．０４ｗｔ％を含有し、残部がニッケルである組成のＮｉ基合金をろう材粉体に用いることができる。このＮｉ基合金の製品としては、スルーザメテコ社の「ＤＦ６Ａ」（登録商標）が挙げられる。このようなＮｉ基合金は、ボロンによって低融点化が図られており（但し、一般的な硬ろう材の融点よりは融点が高い）、溶接時と比較して低温で溶融し、ろう材として機能する。上記組成のＮｉ基合金の融点は１２００℃以下である。
なお、ろう材粉体の融点を下げる元素としては、ボロンの他、シリコン、リン等が挙げられる。但し、ろう付部の耐熱強度、耐食性等に悪影響を与えない観点から、ボロンが用いられることが好ましい。
【００４２】
高融点粉体の材料としては、ろう材粉体の融点よりも高い融点を有するものであれば、各種の単体金属、合金、および金属化合物を採用しうるが、本実施形態の高融点粉体は、Ｎｉ基合金により形成されている。例えば、クロムを１５．７〜１６．３ｗｔ％、コバルトを８．０〜９．０ｗｔ％、チタンを３．２〜３．７ｗｔ％、アルミニウムを３．２〜３．７ｗｔ％、タングステンを２．４〜２．８ｗｔ％、モリブデンを１．５〜２．０ｗｔ％、およびタンタルを１．５〜２．０ｗｔ％含有し、残部がニッケルであるＮｉ基合金を高融点粉体に用いることができる。このＮｉ基合金の製品としては、インコ社の「ＩＮ−７３８ＬＣ」（登録商標)が挙げられる。
【００４３】
本実施形態では、本体１１、側壁部１５、およびろう材１６の材料がＮｉを主成分としているという点で互いに近似している。このため、側壁部１５およびろう材１６を含む補修部が形成されると、この補修部を含めて部品全体が均質化されるので、損傷前と同等の部品強度がより一層得られ易くなる。また、補修部の強度が本体１１と同等に高いため、補修部と同じ部分や補修部近傍に減肉が生じた場合に、ガスタービン部品１を再度補修することが可能となる。
【００４４】
図２は、本実施形態の補修工程を示す図である。本実施形態の補修工程は、開口部１２を清浄にするとともに形を整える開口部加工工程Ｓ１と、開口部１２に側壁部１５を設置する工程Ｓ２と、開口部１２内にろう材１６を塗布する工程Ｓ３と、真空炉を用いて所定の条件で加熱処理を行う工程Ｓ４と、ろう付部及び母材を所定の温度で溶体化、安定化させたり、時効処理を行う後熱処理工程Ｓ５と、補修部を成形する成形処理工程Ｓ６とを有している。なお、必要に応じて、開口部加工工程Ｓ１の前に、亀裂などを肉盛り溶接によって補修する溶接補修工程を実施してもよい。
【００４５】
図３は、本実施形態のろう付補修方法について説明するための模式図である。図３（Ａ）は、工程Ｓ１でグラインダーや機械加工手段による研磨処理を行った後の開口部１２の断面図である。開口部１２は、所望の表面粗さに研磨される。なお、図３（Ａ）に示した一点鎖線は、減肉する前の本体１１の角部を示す。
【００４６】
研磨処理後、本体１１における開口部１２の端縁近傍部１２Ａに、図３（Ｂ）のように側壁部１５を設置する（工程Ｓ２）。この側壁部１５に対しても、本体１１と同様に研磨処理等を実施してもよい。次いで、図３（Ｃ）に示すように、側壁部１５によって塞がれていない開口面であるＸＹ面から開口部１２内にペースト状のろう材１６を塗布し（工程Ｓ３）、さらに、ろう材１６を加熱して溶融させる（工程Ｓ４）。このとき、ろう材１６が側壁部１５によってせき止められるので、開口部１２の外側にろう材１６が流出しない。なお、ろう材１６が高融点粉体を含むことで、加熱時のろう材１６の流動性が弱められているので、ろう付作業時における部品の姿勢の自由度が高く、斜面に対してもろう付できる。
【００４７】
ろう材１６の溶融時、ろう材１６に含まれるボロンが、母材である側壁部１５および本体１１にそれぞれ拡散する。このとき、ボロンはろう材中の高融点粉体にも拡散する。このように、融点降下元素であるボロンが母材等に拡散されることにより、ろう付部の強度及び延性を確保できるとともに、ろう材１６の融点が上昇して１２００℃以上となる。これにより、高温下での部品強度を確保できるとともに、他の箇所の補修時に、固化したろう材１６が再溶融することを防止できる。
また、ろう材１６の溶融時、溶融したろう材粉体が毛細管現象によって高融点粉体間に充填された状態となるので、固化したろう材１６の強度が向上する。これにより、高温下での部品強度をより一層向上させることができる。
【００４８】
溶融したろう材１６を固化させ、ろう材の１６の焼結等の必要な後熱処理を行うことにより（工程Ｓ５）、図３（Ｄ）に示すように、ろう材１６を介して側壁部１５と本体１１とが接合される。その後、側壁部１５とろう材１６とを含む補修部をグラインダー等で研磨する成形処理を行うことにより（工程Ｓ６）、角部（図３（Ａ）の一点鎖線）が復元される。なお、側壁部１５とろう材１６とによって角部が形成されるので、グラインダー等を用いた成形処理は、所定の形状精度を得るために必要な範囲で行われればよい。
以上により、図１に示したガスタービン部品１が完成する。
【００４９】
本実施形態のガスタービン部品および本実施形態のガスタービン部品の補修方法によれば、側壁部１５とろう材１６とを含んで形成される補修部において、稜線１３が明確であるシャープな角部形状を実現できる。また、ろう付作業時に治具の設置や除去が不要であり、ろう付後に側壁部１５を除去することも不要であるため、補修作業が繁雑とならずに効率良く行える。さらに、不定形な形状の開口部１２に対応できるため、様々な形状の開口部１２の補修が効率良く行える。
加えて、ろう材１６が側壁部１５によって補強されることで、ろう材１６と側壁部１５とが一体となったろう付部の強度が向上し、高温下の部品強度の確保に寄与することができる。
【００５０】
図４は、第１実施形態の変形例であるガスタービン部品の補修部を示す。図４に示すように、側壁部１８が開口部１２の端縁の外側に設けられていてもよい。この側壁部１８は、バルクの配置や、溶接による肉盛りなどによって形成されている。
このような側壁部１８は、ろう付後の成形処理工程Ｓ６において、切削、研磨などによって除去される。図４のような側壁部１８が用いられる場合であっても、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。
【００５１】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以降の説明において、既に説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化もしくは省略する。
図５は、本発明の第２実施形態に係るガスタービン部品２の補修部を示す。ガスタービン部品２には、３つの稜線１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを含む部分が減肉することにより形成された開口部２２が形成されている。開口部２２は、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の３つの方向に向いている。
【００５２】
ガスタービン部品２は、上記の開口部２２と、開口部２２に設けられた２つの側壁部１５，１７と、側壁部１５，１７により囲まれた開口部２２内に設けられたろう材１６とを備えている。
側壁部１７は、上述の側壁部１５と同様に、板状の焼結体またはバルクであるか、あるいは溶接による肉盛部である。側壁部１７の材料は、側壁部１５の材料と同様のものを用いることができる。本実施形態の側壁部１７は、側壁部１５とは別体であるが、これら側壁部１５，１７が一体に設けられていてもよい。これら側壁部１５，１７は、稜線１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを境界とするＸＹ面、ＹＺ面、およびＺＸ面のうち１つの面であるＸＹ面以外の２つの面であるＹＺ面およびＺＸ面にそれぞれ沿って設けられている。
【００５３】
本実施形態のガスタービン部品２をろう付補修する際には、開口部２２に側壁部１５，１７を設置する。次いで、開口面であるＸＹ面から開口部２２内にろう材１６を設け、加熱して溶融させた後、固化させる。ろう付処理の事前工程および事後工程は、第１実施形態と同様にして行うことができる。
【００５４】
本実施形態においても、加熱により溶融したろう材１６が側壁部１５，１７によってせき止められて開口部２２から流出せず、固化したろう材１６と側壁部１５，１７とによって尖った角部を復元できるので、ろう付部の品質向上を図ることができる。その他、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
図６は、第２実施形態の変形例であるガスタービン部品の補修部を示す。図６に示すように、側壁部１８，１９が開口部２２の端縁の外側に設けられていてもよい。これらの側壁部１８，１９は、ろう付後、切削、研磨などによって除去されてよい。図６のような側壁部１８，１９が用いられる場合であっても、第２実施形態と同様の作用および効果を奏する。
【００５６】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図７は、本実施形態のガスタービン部品３の補修部を示す。本実施形態のガスタービン部品３には、上述の開口部１２，２２よりも大面積の開口部２３が形成されている。
ガスタービン部品３は、本体１１の稜線１３を含む部分に形成された開口部２３と、開口部２３の端縁近傍に設けられた側壁部１５と、開口部２３内を仕切る複数の隔壁部２５とを備えている。
【００５７】
本実施形態の開口部２３はＹ方向の寸法が長い形状であるため、隔壁部２５により、Ｙ方向において複数の区画ｄ１〜ｄ４に仕切られている。ここで、隔壁部２５は所定間隔で配置されており、これにより、各区画ｄ１〜ｄ４の幅Ｗはいずれも４０ｍｍ以下となっている。
【００５８】
本実施形態においては、区画ｄ１〜ｄ４のそれぞれにろう材１６が設けられて加熱される。このようにろう材１６が各区画に分けられることにより、加熱時のろう材１６の収縮が各区画ｄ１〜ｄ４に按分されるので、ろう材１６の収縮によるひび割れを抑制できる。特に、区画ｄ１〜ｄ４の寸法が４０ｍｍ以下とされていることにより、ろう材が収縮しても、ろう材１６に含まれる固体粒子間の結合力が維持されるので、ろう材１６のひび割れをより確実に抑制できる。
また、本実施形態の隔壁部２５は、ろう付補修後も除去されずに補修部に残るため、部品強度を向上させることができる。
【００５９】
なお、上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、ガスタービン部品の本体の形状は様々であって、例えば、稜線の両側の面がＸＹＺ軸に交差する傾斜面である場合もある。この場合には、この傾斜面に沿って壁部を設ければよい。また、稜線の近傍部分である角部が直角に形成される場合に限らず、面取りされた形状である場合にも、本発明を適用できる。この場合には、面取りされた部分の例えば中央部分に稜線があるとみなすことができる。さらに、稜線は、直線に限らず、曲線の場合もある。この場合には、開口部の端縁近傍に曲面状の壁部を設けてもよい。
【００６０】
また、開口部内が隔壁部によって仕切られる態様は、開口部の寸法や形状に応じて適宜変更できる。上述の例では、隔壁部２５により開口部２３が１つの方向（Ｙ方向）において仕切られていたが、これに限らず、例えば、Ｘ方向において開口部内が複数の区画に仕切られた後、各区画がＹ方向においてさらに小さい区画に仕切られていてもよい。
【００６１】
上述したガスタービン部品の本体、壁部、およびろう材の材料は、あくまで一例であり、これに限定されない。これらの材料は、部品の使用環境における温度、必要とされる強度、補修作業の容易さ等を考慮して適宜決められてよい。
ろう材は、ろう材粉体および高融点粉体を含むものに限定されないが、ろう材がろう材粉体および高融点粉体を含む場合に、ろう材粉体の融点があまりに低いとろう付部の再溶融が防止されにくくなるので、ろう材粉体の融点と、ろう付温度との差が０℃以上１００℃以下、特には１０℃以上５０℃以下であることが好ましい。また、ろう付温度及びその後の熱処理温度の微妙な制御が必要ないとの観点から、ろう材粉体の融点と高融点粉体の融点との差は５０℃以上、特には１００℃以上であることが好ましい。
【００６２】
また、ろう材粉体における融点降下元素（好適にはボロン）の含有量は、１ｗｔ％以上４ｗｔ％以下が好ましく、２ｗｔ％以上３ｗｔ％以下が特に好ましい。含有量が上記範囲未満となると、ろう材粉体の融点が十分には降下しないことがある。逆に、含有量が上記範囲を超えると、ろう材粉体に過剰の融点降下元素が残存し、ろう付後の熱処理等において再溶融を起こしてしまうことがある。
【００６３】
さらに、ろう材粉体の重量をＡ、高融点粉体の重量をＢとすると、それらの重量比（Ａ／Ｂ）は、２０／８０以上８０／２０以下が好ましく、４０／６０以上６０／４０以下が特に好ましい。重量比が上記範囲未満であると、本体と壁部との接合が不確実となってしまうことがある。逆に、重量比が上記範囲を超えると、ろう付部の融点が低くなり、その後の熱処理等での再溶融が生じやすくなってしまうことがある。
【００６４】
なお、本発明の部品は、ガスタービン部品に限らず、例えば、航空機や発電プラント等に用いられる各種部品であってよい。すなわち本発明は、減肉が生じた各種部品の補修に適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１〜３ ガスタービン部品（部品）
１１ 本体
１１Ａ 側面
１２，２２，２３ 開口部
１２Ａ 端部
１３ 稜線
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 稜線
１５，１７，１８，１９ 側壁部（壁部）
１６ ろう材
２５ 隔壁部
ｄ１〜ｄ４ 区画
Ｗ 区画の幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品の補修方法および補修された部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンを構成する動翼、静翼、および分割環などのガスタービン部品は、高温の燃焼ガスに晒されるため、酸化等による表面減肉（エグレ）や、亀裂などの損傷が生じる。これらのガスタービン部品には高価な耐熱合金が用いられているため、溶接によって損傷部を補修してから再使用している。
しかしながら、溶接により補修する場合、溶接時の高温加熱の影響で部品が変形し易いため、表面減肉による減肉量が多い場合などには変形量が許容値を超えてしまう。このように変形量が大きいと想定される場合には、部品を廃却し、新しい部品に交換することが多いが、廃却せずに補修する場合には、変形防止のために部品の形状を保持する治具を使用したり、多くの工数を掛けて補修後の歪みを修正したりしている。
【０００３】
そのため、溶接よりも加熱温度が低いろう付によってガスタービン部品を補修することが提案されているが（特許文献１，２）、例えば長さ１０ｃｍ以上の範囲に亘って形成された大面積の損傷部をろう付すると、加熱時の収縮によりろう材に大きなひび割れが生じ、このひび割れはろう材の溶融、固化後もろう付部に凹凸として残る。大面積である分、この凹凸を埋めるためのろう付にも時間が掛かる。
【０００４】
そこで、特許文献１では、ガスタービン翼の損傷部である凹部に配置されたシート状の補修材（ろう材粉末を含む）の上方に、補修材を覆う板状の治具を設置している。この治具は、凹部の上端部に配置されたスペーサー上に設置され、所定の隙間をあけて補修材に対向している。特許文献１の記載によれば、このような治具により、補修材の飛散を防止でき、かつ補修材表面に凹凸が生じることを抑制できる。
【０００５】
また、特許文献２では、ガスタービン静翼の中子の損傷部である凹部にシールブロックを嵌め込んだ上で、凹部から露出したシールブロックの側面にろう材組成物を塗布し、ろう材を加熱溶融して凹部とシールブロックとの間のギャップに流入させている。このようにシールブロックを用いれば損傷部が大面積であってもろう材の使用量を最小限とできるので、ろう材のひび割れが起こらないようにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９８１３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１０３０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような治具やシールブロックを用いることにより、ろう付部の品質を向上させることができるが、これらはいずれも能率的な方法であるとは言えない。例えば治具を用いる場合、補修後の治具の取り外しに手間が掛かる。特に、大面積の板状の治具などを用いる場合には、その設置および除去が大掛かりとなり大変である。
一方、シールブロックを用いる場合には、様々な形状の損傷部に対応し難い。つまり、損傷部の形状に合わせてシールブロックを作製しなくてはならない。また、ろう材塗布のため凹部から突出したシールブロックの部分を除去する手間が掛かる。
【０００８】
以上から、損傷部一般を対象としたろう付による補修について、ろう付部の品質向上とろう付作業の効率向上とを両立することが望まれているが、特に、部品の稜線を含む部分である角部に生じた損傷部の補修については、その損傷部の形状に起因してろう材が流れ易いことで、部品の平坦部に生じた損傷部にはない品質上の課題がある。
【０００９】
すなわち、動翼や静翼、分割環などのガスタービン部品は、多くの凹凸、段差を含んだ形状をしており、このような部品の稜線を含む部分がえぐれて開口する場合がある。このような部分に生じた開口部は、稜線の両側において開口するため、補修する際にろう材が流れてろう付不良が生じ易い。また、ろう材が流れて、稜線を含む角部がなだらかとなるため、所望の形状を得るのが難しい。ろう材の加熱溶融および固化を繰り返し行えば角部を成形できるが、多くの手間と時間が掛かる。このように難易度が高い角部の補修は、上述の特許文献１，２のいずれにおいても示唆されていない。このような角部の周辺に、特許文献１のような治具を設置することは難しい。また、特許文献２のようなシールブロックを角部に生じた開口部に使用した場合には、シールブロックの側面に塗布されたろう材が加熱時に凹部の外側に流出する可能性がある。
【００１０】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、ガスタービン部品をはじめとする部品の損傷部に係るろう付部の品質向上と、ろう付による補修作業の効率向上とを図ることができる部品の補修方法、および補修された部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的のもと、本発明の部品は、その本体における稜線を含む部分が減肉することにより本体に形成された開口部と、開口部において稜線を境界とする面のうち１つの面を除いた他の面に沿って設けられた壁部と、開口部内に設けられて本体と壁部とを接合しているろう材と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ろう材の加熱時に、溶融したろう材が壁部でせき止められるので、開口部の外側にろう材が流出することを防止できるとともに、固化したろう材と壁部とによって稜線を含む角部を復元できる。すなわち、ろう材が流れるため、ろう材が固化したろう付部の形状がなだらかな形状となりがちな角部のろう付において、所望の角部形状を実現することによって、ろう付部の品質を向上させることができる。
また、ろう付作業時に治具の設置や除去が不要であり、開口部の端縁近傍に板状部材等を壁部として配置するか、または溶接等によって開口部の端縁近傍に壁部を設けてからろう付を行うだけでよいので、補修作業が繁雑とならずに効率良く行える。
【００１３】
その上、本発明においてろう付を補助するために用いられる壁部には、板状部材等や、共材を用いた溶接によって形成された肉盛部を用いるこができ、壁部以外に、例えば、開口部の形状と同じ形状のブロック等のろう付補助部材を必要としないので、不定形な形状の開口部に対応できる。すなわち、様々な形状の開口部の補修が効率良く行える。
さらに、ろう材が壁部によって補強されるので、ろう材と壁部とが一体となったろう付部の強度を向上させることができる。
以上により、部品の損傷部に係るろう付部の品質向上と、ろう付による補修作業の効率向上とを両立できる。
【００１４】
本発明の部品においては、開口部内を２以上の区画に分ける隔壁部を備え、ろう材が、区画のそれぞれに設けられていることが好ましい。
【００１５】
このように開口部が隔壁部で仕切られることにより、加熱時のろう材の収縮が各区画に按分されるので、ろう材の収縮によるひび割れを抑制できる。また、ろう材が開口部内においても隔壁部によって補強されるため、開口部が大面積であってもろう付部の強度を確保できる。
【００１６】
また、本発明におけるろう材は、加熱により、本体と、壁部および隔壁部の少なくとも一方とに拡散される成分を含むものであることが好ましい。
【００１７】
ろう材粉体成分の拡散により、ろう付部の強度及び延性を確保できるとともに、ろう付前のろう材の融点よりも、ろう付後のろう材の融点を高くできる。これによって他の箇所の補修時などにろう材が再溶融することを防止できる。
【００１８】
また、ろう材成分の拡散は、ろう材と母材（部品の本体、壁部、および隔壁部）との間に生じるだけでなく、ろう材中の拡散成分と固体粒子との間においても生じることが好ましい。
そのため、ろう材が、加熱により本体と壁部および隔壁部の少なくとも一方とに拡散される成分を含むろう材粉体と、ろう材粉体よりも融点が高い高融点粉体とを含有し、ろう材粉体の成分が、加熱により高融点粉体にも拡散されることが好ましい。
【００１９】
ここで、ろう材粉体としては、高温時の強度や耐食性を持たせた合金に、例えばＢ、Ｓｉなどの融点を降下させる元素を添加したものなどを用いることができる。
また、高融点粉体としては、ろう材粉体よりも融点の高い単体金属、合金、および金属組成物を用いることができるが、特に、強度、耐食性、および耐熱性に優れたＮｉ基合金、Ｃｏ基合金を好適に用いることができる。
【００２０】
上記のように、ろう材がろう材粉体と高融点粉体との両方を含有することにより、加熱時にろう材粉体のみが溶融し高融点粉体が溶融しない状態、すなわち半流動の状態にできる。このようにろう材が半流動の状態では部品の姿勢の自由度が高いことにより、ろう付の作業性が向上する。
また、加熱時に溶融したろう材粉体が高融点粉体間に充填された状態となるので、ろう付部の強度が向上する。
さらに、ろう材粉体の成分が、本体と、壁部および隔壁部の少なくとも一方とに加え、高融点成分にも拡散されることで、ろう付後のろう材の融点をより高くできる。
【００２１】
本発明における本体と、壁部および隔壁部の少なくとも一方とは、含まれる元素のうち重量比が最大である主成分が同一であることが好ましい。
【００２２】
このように、部品の本体の材質に近似する材料、あるいは同一の材料が壁部および隔壁部の少なくとも一方に用いられることにより、損傷前と同等の部品強度が得られる。
【００２３】
以上述べた本発明の部品は、タービン装置をそれぞれ構成する静翼や分割環、動翼に好適に使用できる。これら静翼や分割環、動翼は、多くの凹凸や段差を含んだ形状をしており、稜線を含む部分が減肉し易いので、本発明により、稜線を含む角部を容易にかつ高品質に成形できることの意義が大きい。
【００２４】
本発明の部品の補修方法は、部品の本体における稜線を含む部分が減肉することにより本体に形成された開口部において、稜線を境界とする面のうち１つの面を除いた他の面に沿って壁部を設け、１つの面である開口面から開口部内に、本体と壁部とを接合するろう材を設け、加熱により、ろう材を開口部内で溶融させて固化させることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、上述の部品の発明と同様に、加熱時にろう材が壁部でせき止められて開口部の外側に流出しないので、稜線を含む角部を復元できる。その上、ろう付作業時に治具の設置や除去が不要であり、開口部に壁部を設けてからろう付を行うだけでよいので、補修作業が繁雑とならずに効率良く行える。さらに、壁部以外に、例えば、開口部の形状と同じ形状のブロック等を必要としないので、不定形な形状の開口部の補修が効率良く行える。
すなわち、部品の損傷部に係るろう付部の品質向上と、ろう付による補修作業の効率向上とを両立できる。
【００２６】
ここで、壁部は、本体における開口部の端縁の外側の部分に貼り付けるように設置されていてもよいし、開口部の端縁の内側に収まるように設置されていてもよいし、その中間の位置、すなわち壁部の一部が開口部内に収まり、残りの部分が開口部の外側に突出するように設置されていてもよい。開口部の外側に位置する壁部の一部または全部は、ろう付後に研磨などによって除去されてよい。また、開口部の内側に収まるように壁部が設置された場合には、壁部を除去せず残存させてよい。壁部が除去される場合および壁部が残存する場合のいずれの場合であっても、角部形状を復元できる。壁部が残存する場合には、ろう材が壁部によって補強されるので、ろう付部の強度を向上させることができる。
なお、ろう付後、必要に応じて、角部の形状精度を得るため研磨等を行う成形処理を行ってもよい。
【００２７】
本発明の部品の補修方法においては、開口部内を隔壁部によって２以上の区画に仕切り、区画のそれぞれに、ろう材を設けることが好ましい。
【００２８】
本発明によれば、加熱時のろう材の収縮が各区画に按分されるので、ろう材の収縮によるひび割れを抑制できる。また、仕切りの壁部により、ろう付部の強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、部品の損傷部に係るろう付部の品質向上と、ろう付による補修作業の効率向上とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る補修部を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態における補修工程を示す図である。
【図３】第１実施形態におけるろう付を説明するための図である。
【図４】第１実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態に係る補修部を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図７】第３実施形態に係る補修部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るガスタービン部品１の補修された部分を示す。ガスタービン部品１は、例えば航空機用や発電プラント用のガスタービンを構成する動翼、静翼、分割環、および燃焼器などであり、高温下の過酷な環境で使用されるため、本体１１に亀裂が生じたり、本体１１の表面部分がえぐり取られて減肉する場合がある。
【００３２】
補修されたガスタービン部品１は、本体１１と、本体１１の稜線１３を含む部分が減肉することにより形成された開口部１２と、開口部１２の端縁近傍に設けられた壁部としての側壁部１５と、開口部１２内に設けられて本体１１と側壁部１５とを接合しているろう材１６とを備えている。
【００３３】
本体１１は、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金などの耐熱合金により形成されている。Ｎｉ基合金は、含まれる元素のうちＮｉの含有量が最も高い合金であり、Ｃｏ基合金は、含まれる元素のうちＣｏの含有量が最も高い合金である。これらのＮｉ基合金、Ｃｏ基合金は、高温下での強度、および耐食性が高い。特に、Ｎｉ基合金により、より高温下の使用にも耐える強度を実現できる。
【００３４】
Ｎｉ基合金としては、例えば、クロムを１８．５〜１９．５ｗｔ％、コバルトを１８．５〜１９．５ｗｔ％、チタンを３．５〜３．８ｗｔ％、アルミニウムを１．７〜２．０ｗｔ％、タングステンを５．８〜６．２ｗｔ％、およびタンタルを１．２〜１．５ｗｔ％を含有し、残部がニッケルの組成のものを用いることができる。このようなＮｉ基合金の製品としては、三菱重工業株式会社の「ＭＧＡ−２４００」（登録商標）が挙げられる。
【００３５】
開口部１２は、本体１１の稜線１３を含む部分に形成されている。本体１１の稜線１３の近傍にはガス圧や熱の負荷が掛かり易いので、本体１１の表面減肉による減肉化は、稜線１３を含む部分に生じることが多く、また、この稜線１３を起点に進行し易い。
したがって、開口部１２は、例えばＹ方向長さが１０ｃｍ以上に及ぶ大面積で、かつ深い形状（少なくとも数ｍｍ以上）になりがちである。このような大面積の減肉は、静翼や分割環において生じ易い。この開口部１２は、Ｙ方向に沿った稜線にそれぞれ交差するＸ方向およびＺ方向の二方向に向いている。
【００３６】
開口部１２の形状に関しては、ろう付作業の前に開口部１２の周囲をグラインダーなどで研磨することで、ある程度形をならすことが行われる。このような処理により、塵埃、油等の付着した損傷部を清浄にできるとともに、所望の形状、表面粗さが得られる。
なお、図３以降の各図においては、実際は不定形な開口部１２の形状を簡略化して直線的に示している。開口部１２の形状は様々であって、図示のように直線的な形状に研磨されるとは限らない。
【００３７】
側壁部１５は、板状の例えば母材、焼結体であり、開口部１２の端縁近傍にＹＺ面に沿って、本体１１の側面１１Ａとほぼ面一に設けられている。この側壁部１５は、稜線１３を境界とするＸＹ面およびＹＺ面の２つの面のうち、一方のＹＺ面に沿って設けられている。また、側壁部１５の高さは、開口部１２のＺ方向の深さとほぼ同じ寸法となっている。
【００３８】
側壁部１５の材料としては、本体１１と近似する材料あるいは同じ材料で形成された耐熱合金を用いることができる。例えば、クロムを２０．３〜２３．３ｗｔ％、鉄を１７．０〜２０ｗｔ％、モリブデンを８．０〜１０．０ｗｔ％、コバルトを０．５〜２．５ｗｔ％、タングステンを０．２〜１．０ｗｔ％、および炭素を０．０５〜０．１５ｗｔ％含有し、残部がニッケルであるニッケル基耐熱合金（ハイネス・ステライト社の「ハステロイ−Ｘ」（登録商標））や、前述の「ＭＧＡ−２４００」などが側壁部１５に用いられていてもよい。側壁部１５の材料は、含まれる元素のうち重量比が最大である主成分がニッケルという点で、本体１１の材料と近似している。このように、補修部に本体１１と近似または同一の材料が用いられることで、損傷前と同等の部品強度が得られる。
【００３９】
なお、側壁部１５は、上記の材料と同様の材料のバルク（いわゆる共材）を用いて、開口部１２の端縁近傍に肉盛り状に溶接することによって形成されていてもよい。このように開口部１２の一部に対して溶接しても、溶接時の高温により本体１１を熱変形させるまでには至らない。仮に熱変形が生じてもその変形量は、部品使用上無視しうる程度に小さい。
【００４０】
ろう材１６は、混合粉末と、樹脂等のバインダーとが混練されたものであり、固化前はペースト状である。混合粉末は、加熱により成分が母材に拡散されるろう材粉体と、ろう材粉体よりも融点が高い高融点粉体とが混合されたものである。
【００４１】
ろう材粉体の材料は、各種の合金、金属化合物等であってよいが、本実施形態のろう材粉体は、Ｎｉ基合金により形成されている。例えば、クロムを２０ｗｔ％、タンタルを３ｗｔ％、ボロンを２．８ｗｔ％、およびイットリウムを０．０４ｗｔ％を含有し、残部がニッケルである組成のＮｉ基合金をろう材粉体に用いることができる。このＮｉ基合金の製品としては、スルーザメテコ社の「ＤＦ６Ａ」（登録商標）が挙げられる。このようなＮｉ基合金は、ボロンによって低融点化が図られており（但し、一般的な硬ろう材の融点よりは融点が高い）、溶接時と比較して低温で溶融し、ろう材として機能する。上記組成のＮｉ基合金の融点は１２００℃以下である。
なお、ろう材粉体の融点を下げる元素としては、ボロンの他、シリコン、リン等が挙げられる。但し、ろう付部の耐熱強度、耐食性等に悪影響を与えない観点から、ボロンが用いられることが好ましい。
【００４２】
高融点粉体の材料としては、ろう材粉体の融点よりも高い融点を有するものであれば、各種の単体金属、合金、および金属化合物を採用しうるが、本実施形態の高融点粉体は、Ｎｉ基合金により形成されている。例えば、クロムを１５．７〜１６．３ｗｔ％、コバルトを８．０〜９．０ｗｔ％、チタンを３．２〜３．７ｗｔ％、アルミニウムを３．２〜３．７ｗｔ％、タングステンを２．４〜２．８ｗｔ％、モリブデンを１．５〜２．０ｗｔ％、およびタンタルを１．５〜２．０ｗｔ％含有し、残部がニッケルであるＮｉ基合金を高融点粉体に用いることができる。このＮｉ基合金の製品としては、インコ社の「ＩＮ−７３８ＬＣ」（登録商標)が挙げられる。
【００４３】
本実施形態では、本体１１、側壁部１５、およびろう材１６の材料がＮｉを主成分としているという点で互いに近似している。このため、側壁部１５およびろう材１６を含む補修部が形成されると、この補修部を含めて部品全体が均質化されるので、損傷前と同等の部品強度がより一層得られ易くなる。また、補修部の強度が本体１１と同等に高いため、補修部と同じ部分や補修部近傍に減肉が生じた場合に、ガスタービン部品１を再度補修することが可能となる。
【００４４】
図２は、本実施形態の補修工程を示す図である。本実施形態の補修工程は、開口部１２を清浄にするとともに形を整える開口部加工工程Ｓ１と、開口部１２に側壁部１５を設置する工程Ｓ２と、開口部１２内にろう材１６を塗布する工程Ｓ３と、真空炉を用いて所定の条件で加熱処理を行う工程Ｓ４と、ろう付部及び母材を所定の温度で溶体化、安定化させたり、時効処理を行う後熱処理工程Ｓ５と、補修部を成形する成形処理工程Ｓ６とを有している。なお、必要に応じて、開口部加工工程Ｓ１の前に、亀裂などを肉盛り溶接によって補修する溶接補修工程を実施してもよい。
【００４５】
図３は、本実施形態のろう付補修方法について説明するための模式図である。図３（Ａ）は、工程Ｓ１でグラインダーや機械加工手段による研磨処理を行った後の開口部１２の断面図である。開口部１２は、所望の表面粗さに研磨される。なお、図３（Ａ）に示した一点鎖線は、減肉する前の本体１１の角部を示す。
【００４６】
研磨処理後、本体１１における開口部１２の端縁近傍部１２Ａに、図３（Ｂ）のように側壁部１５を設置する（工程Ｓ２）。この側壁部１５に対しても、本体１１と同様に研磨処理等を実施してもよい。次いで、図３（Ｃ）に示すように、側壁部１５によって塞がれていない開口面であるＸＹ面から開口部１２内にペースト状のろう材１６を塗布し（工程Ｓ３）、さらに、ろう材１６を加熱して溶融させる（工程Ｓ４）。このとき、ろう材１６が側壁部１５によってせき止められるので、開口部１２の外側にろう材１６が流出しない。なお、ろう材１６が高融点粉体を含むことで、加熱時のろう材１６の流動性が弱められているので、ろう付作業時における部品の姿勢の自由度が高く、斜面に対してもろう付できる。
【００４７】
ろう材１６の溶融時、ろう材１６に含まれるボロンが、母材である側壁部１５および本体１１にそれぞれ拡散する。このとき、ボロンはろう材中の高融点粉体にも拡散する。このように、融点降下元素であるボロンが母材等に拡散されることにより、ろう付部の強度及び延性を確保できるとともに、ろう材１６の融点が上昇して１２００℃以上となる。これにより、高温下での部品強度を確保できるとともに、他の箇所の補修時に、固化したろう材１６が再溶融することを防止できる。
また、ろう材１６の溶融時、溶融したろう材粉体が毛細管現象によって高融点粉体間に充填された状態となるので、固化したろう材１６の強度が向上する。これにより、高温下での部品強度をより一層向上させることができる。
【００４８】
溶融したろう材１６を固化させ、ろう材の１６の焼結等の必要な後熱処理を行うことにより（工程Ｓ５）、図３（Ｄ）に示すように、ろう材１６を介して側壁部１５と本体１１とが接合される。その後、側壁部１５とろう材１６とを含む補修部をグラインダー等で研磨する成形処理を行うことにより（工程Ｓ６）、角部（図３（Ａ）の一点鎖線）が復元される。なお、側壁部１５とろう材１６とによって角部が形成されるので、グラインダー等を用いた成形処理は、所定の形状精度を得るために必要な範囲で行われればよい。
以上により、図１に示したガスタービン部品１が完成する。
【００４９】
本実施形態のガスタービン部品および本実施形態のガスタービン部品の補修方法によれば、側壁部１５とろう材１６とを含んで形成される補修部において、稜線１３が明確であるシャープな角部形状を実現できる。また、ろう付作業時に治具の設置や除去が不要であり、ろう付後に側壁部１５を除去することも不要であるため、補修作業が繁雑とならずに効率良く行える。さらに、不定形な形状の開口部１２に対応できるため、様々な形状の開口部１２の補修が効率良く行える。
加えて、ろう材１６が側壁部１５によって補強されることで、ろう材１６と側壁部１５とが一体となったろう付部の強度が向上し、高温下の部品強度の確保に寄与することができる。
【００５０】
図４は、第１実施形態の変形例であるガスタービン部品の補修部を示す。図４に示すように、側壁部１８が開口部１２の端縁の外側に設けられていてもよい。この側壁部１８は、バルクの配置や、溶接による肉盛りなどによって形成されている。
このような側壁部１８は、ろう付後の成形処理工程Ｓ６において、切削、研磨などによって除去される。図４のような側壁部１８が用いられる場合であっても、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。
【００５１】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以降の説明において、既に説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を簡略化もしくは省略する。
図５は、本発明の第２実施形態に係るガスタービン部品２の補修部を示す。ガスタービン部品２には、３つの稜線１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを含む部分が減肉することにより形成された開口部２２が形成されている。開口部２２は、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の３つの方向に向いている。
【００５２】
ガスタービン部品２は、上記の開口部２２と、開口部２２に設けられた２つの側壁部１５，１７と、側壁部１５，１７により囲まれた開口部２２内に設けられたろう材１６とを備えている。
側壁部１７は、上述の側壁部１５と同様に、板状の焼結体またはバルクであるか、あるいは溶接による肉盛部である。側壁部１７の材料は、側壁部１５の材料と同様のものを用いることができる。本実施形態の側壁部１７は、側壁部１５とは別体であるが、これら側壁部１５，１７が一体に設けられていてもよい。これら側壁部１５，１７は、稜線１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを境界とするＸＹ面、ＹＺ面、およびＺＸ面のうち１つの面であるＸＹ面以外の２つの面であるＹＺ面およびＺＸ面にそれぞれ沿って設けられている。
【００５３】
本実施形態のガスタービン部品２をろう付補修する際には、開口部２２に側壁部１５，１７を設置する。次いで、開口面であるＸＹ面から開口部２２内にろう材１６を設け、加熱して溶融させた後、固化させる。ろう付処理の事前工程および事後工程は、第１実施形態と同様にして行うことができる。
【００５４】
本実施形態においても、加熱により溶融したろう材１６が側壁部１５，１７によってせき止められて開口部２２から流出せず、固化したろう材１６と側壁部１５，１７とによって尖った角部を復元できるので、ろう付部の品質向上を図ることができる。その他、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
図６は、第２実施形態の変形例であるガスタービン部品の補修部を示す。図６に示すように、側壁部１８，１９が開口部２２の端縁の外側に設けられていてもよい。これらの側壁部１８，１９は、ろう付後、切削、研磨などによって除去されてよい。図６のような側壁部１８，１９が用いられる場合であっても、第２実施形態と同様の作用および効果を奏する。
【００５６】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図７は、本実施形態のガスタービン部品３の補修部を示す。本実施形態のガスタービン部品３には、上述の開口部１２，２２よりも大面積の開口部２３が形成されている。
ガスタービン部品３は、本体１１の稜線１３を含む部分に形成された開口部２３と、開口部２３の端縁近傍に設けられた側壁部１５と、開口部２３内を仕切る複数の隔壁部２５とを備えている。
【００５７】
本実施形態の開口部２３はＹ方向の寸法が長い形状であるため、隔壁部２５により、Ｙ方向において複数の区画ｄ１〜ｄ４に仕切られている。ここで、隔壁部２５は所定間隔で配置されており、これにより、各区画ｄ１〜ｄ４の幅Ｗはいずれも４０ｍｍ以下となっている。
【００５８】
本実施形態においては、区画ｄ１〜ｄ４のそれぞれにろう材１６が設けられて加熱される。このようにろう材１６が各区画に分けられることにより、加熱時のろう材１６の収縮が各区画ｄ１〜ｄ４に按分されるので、ろう材１６の収縮によるひび割れを抑制できる。特に、区画ｄ１〜ｄ４の寸法が４０ｍｍ以下とされていることにより、ろう材が収縮しても、ろう材１６に含まれる固体粒子間の結合力が維持されるので、ろう材１６のひび割れをより確実に抑制できる。
また、本実施形態の隔壁部２５は、ろう付補修後も除去されずに補修部に残るため、部品強度を向上させることができる。
【００５９】
なお、上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、ガスタービン部品の本体の形状は様々であって、例えば、稜線の両側の面がＸＹＺ軸に交差する傾斜面である場合もある。この場合には、この傾斜面に沿って壁部を設ければよい。また、稜線の近傍部分である角部が直角に形成される場合に限らず、面取りされた形状である場合にも、本発明を適用できる。この場合には、面取りされた部分の例えば中央部分に稜線があるとみなすことができる。さらに、稜線は、直線に限らず、曲線の場合もある。この場合には、開口部の端縁近傍に曲面状の壁部を設けてもよい。
【００６０】
また、開口部内が隔壁部によって仕切られる態様は、開口部の寸法や形状に応じて適宜変更できる。上述の例では、隔壁部２５により開口部２３が１つの方向（Ｙ方向）において仕切られていたが、これに限らず、例えば、Ｘ方向において開口部内が複数の区画に仕切られた後、各区画がＹ方向においてさらに小さい区画に仕切られていてもよい。
【００６１】
上述したガスタービン部品の本体、壁部、およびろう材の材料は、あくまで一例であり、これに限定されない。これらの材料は、部品の使用環境における温度、必要とされる強度、補修作業の容易さ等を考慮して適宜決められてよい。
ろう材は、ろう材粉体および高融点粉体を含むものに限定されないが、ろう材がろう材粉体および高融点粉体を含む場合に、ろう材粉体の融点があまりに低いとろう付部の再溶融が防止されにくくなるので、ろう材粉体の融点と、ろう付温度との差が０℃以上１００℃以下、特には１０℃以上５０℃以下であることが好ましい。また、ろう付温度及びその後の熱処理温度の微妙な制御が必要ないとの観点から、ろう材粉体の融点と高融点粉体の融点との差は５０℃以上、特には１００℃以上であることが好ましい。
【００６２】
また、ろう材粉体における融点降下元素（好適にはボロン）の含有量は、１ｗｔ％以上４ｗｔ％以下が好ましく、２ｗｔ％以上３ｗｔ％以下が特に好ましい。含有量が上記範囲未満となると、ろう材粉体の融点が十分には降下しないことがある。逆に、含有量が上記範囲を超えると、ろう材粉体に過剰の融点降下元素が残存し、ろう付後の熱処理等において再溶融を起こしてしまうことがある。
【００６３】
さらに、ろう材粉体の重量をＡ、高融点粉体の重量をＢとすると、それらの重量比（Ａ／Ｂ）は、２０／８０以上８０／２０以下が好ましく、４０／６０以上６０／４０以下が特に好ましい。重量比が上記範囲未満であると、本体と壁部との接合が不確実となってしまうことがある。逆に、重量比が上記範囲を超えると、ろう付部の融点が低くなり、その後の熱処理等での再溶融が生じやすくなってしまうことがある。
【００６４】
なお、本発明の部品は、ガスタービン部品に限らず、例えば、航空機や発電プラント等に用いられる各種部品であってよい。すなわち本発明は、減肉が生じた各種部品の補修に適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１〜３ ガスタービン部品（部品）
１１ 本体
１１Ａ 側面
１２，２２，２３ 開口部
１２Ａ 端部
１３ 稜線
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 稜線
１５，１７，１８，１９ 側壁部（壁部）
１６ ろう材
２５ 隔壁部
ｄ１〜ｄ４ 区画
Ｗ 区画の幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品の本体における稜線を含む部分が減肉することにより前記本体に形成された開口部と、
前記開口部において前記稜線を境界とする面のうち１つの面を除いた他の面に沿って設けられた壁部と、
前記開口部内に設けられて前記本体と前記壁部とを接合しているろう材と、を備えたことを特徴とする部品。
【請求項２】
前記開口部内を２以上の区画に分ける隔壁部を備え、
前記ろう材が、前記区画のそれぞれに設けられている、請求項１に記載の部品。
【請求項３】
前記ろう材の成分が、加熱により、前記本体と、前記側壁部および前記隔壁部の少なくとも一方とに拡散される、請求項１または２に記載の部品。
【請求項４】
前記ろう材が、加熱により前記本体と前記壁部および前記隔壁部の少なくとも一方とに拡散される成分を含むろう材粉体と、前記ろう材粉体よりも融点が高い高融点粉体とを含有し、
前記ろう材粉体の成分が、加熱により前記高融点粉体にも拡散される、請求項３に記載の部品。
【請求項５】
前記本体と前記壁部および前記隔壁部の少なくとも一方とは、含まれる元素のうち重量比が最大である主成分が同一である、請求項１から４のいずれか１項に記載の部品。
【請求項６】
前記部品は、タービン装置を構成し、静翼、分割環、および動翼のいずれかである、請求項１から５のいずれか１項に記載の部品。
【請求項７】
部品の本体における稜線を含む部分が減肉することにより前記本体に形成された開口部において、前記稜線を境界とする面のうち１つの面を除いた他の面に沿って壁部を設け、
前記１つの面である開口面から前記開口部内に、前記本体と前記壁部とを接合するろう材を設け、
加熱により、前記ろう材を前記開口部内で溶融させて固化させることを特徴とする部品の補修方法。
【請求項８】
前記開口部内を隔壁部によって２以上の区画に仕切り、
前記区画のそれぞれに、ろう材を設ける、請求項７に記載の部品の補修方法。
【請求項１】
部品の本体における稜線を含む部分が減肉することにより前記本体に形成された開口部と、
前記開口部において前記稜線を境界とする面のうち１つの面を除いた他の面に沿って設けられた壁部と、
前記開口部内に設けられて前記本体と前記壁部とを接合しているろう材と、を備えたことを特徴とする部品。
【請求項２】
前記開口部内を２以上の区画に分ける隔壁部を備え、
前記ろう材が、前記区画のそれぞれに設けられている、請求項１に記載の部品。
【請求項３】
前記ろう材の成分が、加熱により、前記本体と、前記側壁部および前記隔壁部の少なくとも一方とに拡散される、請求項１または２に記載の部品。
【請求項４】
前記ろう材が、加熱により前記本体と前記壁部および前記隔壁部の少なくとも一方とに拡散される成分を含むろう材粉体と、前記ろう材粉体よりも融点が高い高融点粉体とを含有し、
前記ろう材粉体の成分が、加熱により前記高融点粉体にも拡散される、請求項３に記載の部品。
【請求項５】
前記本体と前記壁部および前記隔壁部の少なくとも一方とは、含まれる元素のうち重量比が最大である主成分が同一である、請求項１から４のいずれか１項に記載の部品。
【請求項６】
前記部品は、タービン装置を構成し、静翼、分割環、および動翼のいずれかである、請求項１から５のいずれか１項に記載の部品。
【請求項７】
部品の本体における稜線を含む部分が減肉することにより前記本体に形成された開口部において、前記稜線を境界とする面のうち１つの面を除いた他の面に沿って壁部を設け、
前記１つの面である開口面から前記開口部内に、前記本体と前記壁部とを接合するろう材を設け、
加熱により、前記ろう材を前記開口部内で溶融させて固化させることを特徴とする部品の補修方法。
【請求項８】
前記開口部内を隔壁部によって２以上の区画に仕切り、
前記区画のそれぞれに、ろう材を設ける、請求項７に記載の部品の補修方法。
【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２０１２−２００７６１（Ｐ２０１２−２００７６１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７５２４（Ｐ２０１１−６７５２４）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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