高温部品の欠陥補修方法、高温部品及び補修材装填装置
【課題】補修による変形を生じさせることなく、且つ補修部分を補修不要箇所または材料と同等の高温強度に確保できること。
【解決手段】高温状態で運転されるガスタービンの静翼１１に生じた欠陥としてのき裂２１を補修する高温部品の欠陥補修方法において、欠陥２１内にろう付け補修材２０を装填する装填工程（図２（Ｃ））と、ろう付け補修材２０を用いた拡散熱処理によってき裂２１をろう付け加工するろう付け工程（図２（Ｄ））とを有し、前記装填工程では、欠陥２１内にろう付け補修材２０を装填する際に静翼１１を振動させ、欠陥２１内にろう付け補修材２０を装填するものである。
【解決手段】高温状態で運転されるガスタービンの静翼１１に生じた欠陥としてのき裂２１を補修する高温部品の欠陥補修方法において、欠陥２１内にろう付け補修材２０を装填する装填工程（図２（Ｃ））と、ろう付け補修材２０を用いた拡散熱処理によってき裂２１をろう付け加工するろう付け工程（図２（Ｄ））とを有し、前記装填工程では、欠陥２１内にろう付け補修材２０を装填する際に静翼１１を振動させ、欠陥２１内にろう付け補修材２０を装填するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの静翼のような高温部品に生じたき裂などの欠陥を補修する高温部品の欠陥補修方法、欠陥が補修された高温部品、及び前記欠陥補修方法において使用される補修材装填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタ−ビン発電プラントは、ガスタ−ビンと同軸に設けられた圧縮機の駆動によって圧縮された圧縮空気を燃焼器ライナに案内し、この燃焼器ライナの燃焼室内で燃料とともに燃焼させ、燃焼により発生した高温の燃焼ガスを、トランジションピ−ス及び静翼を経て動翼へ導き、この動翼を回転駆動させてガスタ−ビンに仕事をさせるようになっている。
【０００３】
この種のガスタ−ビンの高温部品である燃焼器ライナ、トランジションピ−ス、静翼及び動翼には、Ｎｉ基、Ｃｏ基、またはＮｉ−Ｆｅ基の耐熱超合金が用いられるが、ガスタ−ビンの運転とともに種々の損傷が発生する。まず、これらの高温部品は、高温の燃焼ガス雰囲気に晒されるため材質劣化が生じるとともに、動翼については、高速回転により生ずる遠心応力の作用でクリ−プ損傷が蓄積する。また、ガスタ−ビンの高温部品は、起動時には比較的低温環境域から高温環境域に、停止時には逆に高温環境域から低温環境域にそれぞれ推移する段階で熱疲労が生じ、疲労損傷が蓄積する。これらの損傷（材質劣化、クリ−プ損傷、疲労損傷）は重畳して蓄積する。
【０００４】
ところで、ガスタ−ビンの高温部品の保守管理は、機器の設計段階で決まるクリ−プあるいは疲労寿命と、実機の運転、立地上の環境により設定される設計寿命とを基に、同一機種あるいは同一運転形態をとるガスタ−ビンを分類し、分類された各グル−プの先行機の実績を用いて設計寿命を補正し、後続機の保守管理を行っている。近年では、特許文献１に記載のように、ガスタ−ビンの高温部品の劣化、損傷診断を効率的に精度良く予測する保守管理方法が実施されつつある。いずれの保守管理方法においても、ガスタ−ビンの高温部品は、必要に応じて定検毎に補修が繰り返えされ、管理寿命に到達した後に一律に廃却となり、非常に高価な新品と交換される。
【０００５】
ガスタ−ビン静翼の定検毎の補修においては、使用によりき裂が発生した場合、き裂周辺を除去し、溶接補修することで再使用が可能となる。また、溶接補修の他に、ろう付けによってき裂を補修する方法もある。このような溶接補修またはろう付け補修の例を、下記の特許文献２〜５に示す。
【０００６】
特許文献２には、発電用ガスタービン静翼の精密鋳造時に生じた欠陥あるいは使用中に生じたき裂の補修方法として、クリープ特性、耐熱疲労特性及び耐腐食性に優れたＣｏ基合金の材料を用いた溶接方法が提案されている。
【０００７】
また、特許文献３には、高温金属（合金）部品に発生した、高温腐食生成物で充満したき裂の補修方法として、水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウム水溶液に高温金属部品を浸漬して、高温腐食生成物を除去した後に、Ｎｉろう材又はＣｏろう材によりき裂を補修する方法が提案されている。
【０００８】
更に、特許文献４には、き裂が生じたジェットエンジンの静翼を水素雰囲気中に曝露し、酸化物を還元し、アクリルレジンとろう材を補修材としてき裂に塗布し、高温、真空中でろう付けしてき裂を補修する方法が提案されている。
【０００９】
特許文献５には、ガスタービン静翼でき裂が発生している表面部位の酸化層を、き裂が一部残存する形で削り、この削り部内に補修材を充填し、不活性ガスによる加圧下での熱処理により、ろう材を溶融させてき裂を補修する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−２９３０４９号公報
【特許文献２】特開平１１−１１７７０５号公報
【特許文献３】特開平６−２３４０６６号公報
【特許文献４】特開平６−３４４１２９号公報
【特許文献５】特開２００６−４６１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上述の特許文献において、特許文献２に記載のき裂の溶接補修では、溶接後に溶接変形が生じて、ガスタービン静翼を再使用できない場合がある。また、特許文献３〜５に記載のろう付け補修においては、ろう付け補修後に、補修部内にある程度のボイドが生じて、補修部の高温強度が低下する恐れがある。
【００１１】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、補修による変形を生じさせることなく、且つ補修部分を補修不要箇所または材料と同等の高温強度に確保できる高温部品の欠陥補修方法、及びこの方法により欠陥が補修された高温部品を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、高温部品の欠陥内へのろう付け補修材の装填と高温部品の振動とを同時に実施できる補修材装填装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る高温部品の欠陥補修方法は、高温状態で運転されるエネルギー機関の高温部品に生じた欠陥を補修する高温部品の欠陥補修方法において、前記欠陥内にろう付け補修材を装填する装填工程と、前記ろう付け補修材を用いた拡散熱処理によって前記欠陥をろう付け加工するろう付け工程とを有し、前記装填工程では、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填する際に前記高温部品を振動させ、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る高温部品は、高温状態で運転されるエネルギー機関の高温部品であって、上述の高温部品の欠陥補修方法により欠陥が補修されて構成されたことを特徴とするものである。
【００１５】
更に、本発明に係る補修材装填装置は、高温部品の欠陥内へろう付け補修材を装填する補修材装填装置であって、前記ろう付け補修材を収容し、先端側に注入口が設けられた収容部を備え、前記注入口の反対側に設けられた押圧部材により、前記収容部内のろう付け補修材を押圧して、前記注入口から前記欠陥内へ装填する装填機構部と、振動子を備え、駆動源の回転動作により前記振動子を進退動作させて、前記高温部品に振動を付与する振動機構部と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る高温部品の欠陥補修方法及び高温部品によれば、高温部品に生じた欠陥内にろう付け補修材を装填する際に高温部品を振動させて、欠陥内にろう付け補修材を装填するので、次に実施するろう付け工程において、溶融したろう付け補修材中にボイドが発生することを防止でき、この結果、補修部分を補修不要箇所または材料と同等の高温強度に確保できる。また、ろう付け補修材を用い、ろう付け加工により欠陥を補修するので、高温部品に補修による変形を生じさせることがない。
【００１７】
また、本発明に係る補修材装填装置によれば、高温部品の欠陥内にろう付け補修材を装填する装填機構部と、振動子の進退動作により前記高温部品に振動を付与する振動機構部とを有することから、高温部品の欠陥内にろう付け補修材を装填しながら、この高温部品を振動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。
【００１９】
［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図９）
図１は、本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第１の実施の形態であるガスタービン静翼の欠陥補修方法が適用されるガスタービンの一部を示す部分断面図である。図２（Ａ）〜（Ｅ）は、図１の静翼におけるき裂の補修手順を示す工程図である。
【００２０】
図１に示すガスタービン１０は、高温状態で運転されるエネルギー機関の一例であり、図示しない圧縮機からの圧縮空気と燃料とが図示しないに燃料器ライナの燃焼室内で混合され燃焼して燃焼ガスとなり、この燃焼ガスがトランジションピース（不図示）及び静翼１１に案内されて動翼１２へ導入され、この動翼１２が植設されたタービンロータ１３を回転させる。このタービンロータ１３の回転により、発電機などが回転駆動される。
【００２１】
タービンロータ１３は、複数のロータディスク１４が軸方向に結合されて構成され、各ロータディスク１４の周囲に動翼１２が複数枚植設される。また、静翼１１は、タービンケーシング１５にシュラウドセグメント１６やリテイニングリング１７、サポートリング１８を介して支持される。これらの静翼１１は、各ロータディスク１４の動翼１２の前方に配置されて、動翼１２と共にタービン段落を構成する。このタービン段落は、燃焼ガスの流れ方向（矢印Ａ）の上流側から下流側へ向かって第１段落、第２段落、第３段落と称される。
【００２２】
上述のガスタービン１０における静翼１１は高温部品である。また、この静翼１１はＮｉ基、Ｃｏ基、またはＮｉ−Ｆｅ基などの耐熱超合金により構成されるが、高温の燃焼ガス雰囲気に晒されるなどの原因で損傷を受けやすく、き裂２１（図２）等の欠陥が生じやすい。しかし、この静翼１１は、高価な耐熱超合金にて構成されているため、損傷が致命的である場合を除いて、き裂２１等の欠陥を補修して再使用に供される。
【００２３】
本実施の形態においては、静翼１１に発生したき裂２１に対し、図２に示す補修手順を実施して補修する。この補修手順は、き裂２１の表面に生じた酸化層２２を洗浄により除去する洗浄工程（図２（Ａ）及び（Ｂ））と、洗浄されたき裂２１内にろう付け補修材２０を装填する装填工程（図２（Ｃ））と、ろう付け補修材２０を用いた拡散熱処理によってき裂２１をろう付け加工するろう付け工程（図２（Ｄ））と、静翼１１の表面を仕上げ加工する表面仕上げ工程（図２（Ｅ））とを順次実施するものである。
【００２４】
この補修手順の前提となる補修手順の実験例について、図３〜図５を用いて説明する。この実験例では、静翼１１と同じ材料で、実験室的にき裂２１を模擬した試験材２３を用いて実験を行った。ここで用いた試験材２３の材料は、表１に示す組成のＣｏ基超合金である。また、き裂２１を模擬するために、ワイヤカット加工によってスリット２４を作製している。
【表１】
【００２５】
本実験例においては、酸化層２２を除去する洗浄工程と表面仕上げ工程は実施せず、まず、スリット２４を含めた試験材２３全体の脱脂洗浄を、例えばアセトン等を用いて実施する。
【００２６】
次に、装填工程を実施し、図３に示すように、試験材２３のスリット２４内にろう付け補修材２０を装填し、このろう付け補修材２０を試験材２３の表面に盛り上げる。ここで、ろう付け補修材２０は、図２（Ｃ）にも示すように、Ｎｉ基溶融合金粉末２８と、Ｃｏ基非溶融合金粉末２９とを配合したものである。Ｎｉ基溶融合金粉末２８は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系であり、ろう付け加工により溶融する。また、Ｃｏ基非溶融合金粉末はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系であり、ろう付け加工によって溶融せず、補修部の強度確保のために配合される。
【００２７】
この装填工程においては、次に、振動装置２５のベース２６上に試験材２３を載置し、ベース２６に設けられたクランプ２７を用いて試験材２３をベース２６に固定保持する。そして、振動装置２５を稼働させて試験材２３に振動を付与し加振する。試験材２３のスリット２４に装填されたろう付け補修材２０は、Ｎｉ基溶融合金粉末２８及びＣｏ基非溶融合金粉末２９が共に粉末であることから、振動が付与された後にはこれらの粉末２８と２９間の隙間が無くなりまたは少なくなって、盛り上げられたろう付け補修材２０の高さが低くなる。そのため、振動付与（加振）後に、ろう付け補修材２０が再度装填される。このようにして、この装填工程において、試験材２３のスリット２４内にろう付け補修材２０が隙間なく装填される。
【００２８】
その後、ろう付け補修材２０を用いてスリット２４をろう付け加工するろう付け工程を実施する。このろう付け工程では、スリット２４内にろう付け補修材２０が装填され、且つこのろう付け補修材２０が表面に盛り付けられた試験材２３を真空熱処理炉に投入し、１２００℃の条件で拡散熱処理を実施する。つまり、ろう付け補修材２０を溶融させ、この溶融状態のろう付け補修材２０をスリット２４内で、試験材２３の材料に拡散反応により固着させる。この拡散熱処理によって試験材２３のスリット２４がろう付け加工されて補修され、補修部３１（図４（Ａ））が形成される。
【００２９】
上述の実験終了後、試験材２３のスリット２４が補修された補修部３１について、断面観察を行った。その結果、図４（Ｂ）に示すように、この補修部３１では、Ｎｉ基溶融合金粉末２８が溶融したＮｉ基溶融合金３２とＣｏ基非溶融合金粉末２９とが後述のボイド３４（図５（Ｂ））の存在なく緊密に充填されていることが確認された。
【００３０】
これに対し、装填工程において、スリット２４内にろう付け補修材２０が装填されたが、振動装置２５による振動が付与されず、その後ろう付け工程が実施された試験材２３の補修部３３（図５（Ａ））では、Ｎｉ基溶融合金粉末２８が溶融したＮｉ基溶融合金３２とＣｏ基非溶融合金粉末２９との間にボイド３４が認められた。
【００３１】
従って、装填工程において、試験材２３のスリット２４内にろう付け補修材２０が装填された後、この試験材２３が加振された場合には、スリット２４の補修部３１におけるろう付け補修材２０中にボイド３４が存在せず、スリット２４内にろう付け補修材２０が緊密に充填されるため、この補修部３１の高温強度は、補修が不要な箇所または材料と同等の値を示すものと推定される。
【００３２】
さて、図２に補修手順を示す本実施の形態において補修の対象となる静翼１１は、実プラントで設計寿命半ばの静翼であり、ガスタービン１０の第１段落を構成する静翼である。この静翼１１も、表１に示す材料と同等のＣｏ基超合金から構成されている。この静翼１１におけるき裂２１の補修は、前述の洗浄工程（図２（Ａ）及び（Ｂ））、装填工程（図２（Ｃ））、ろう付け工程（図２（Ｄ））、及び表面仕上げ工程（図２（Ｅ））を順次実施するものであるが、このうちの装填工程とろう付け工程は前述の実験例と同様である。
【００３３】
まず、洗浄工程（図２（Ａ）及び（Ｂ））は、静翼１１を水素雰囲気中で熱処理することで、静翼１１におけるき裂２１の表面に生じた酸化層２２を除去する。この水素雰囲気中での熱処理を水素洗浄と称する。
【００３４】
次に、実験例と同様にして装填工程（図２（Ｃ））を実施し、静翼１１のき裂２１内にろう付け補修材２０を装填し、この装填の際に静翼１１を振動させて、き裂２１内にろう付け補修材２０を隙間なく装填する。
【００３５】
具体的には、図２（Ｃ）に示すように、まず、静翼１１の欠陥２１内にろう付け補修材２０を装填し、このろう付け補修材２０を静翼１１の表面に盛り上げる。次に、図６に示すように、ろう付け補修材２０が装填された静翼１１を、振動装置２５よりも大型の振動装置３５のベース３６に載置し、このベース３６に設けられたクランプ３７を用いて静翼１１をベース３６に固定保持する。この状態で振動装置３５を稼働させ、静翼１１に振動を付与して加振する。静翼１１の加振により、ろう付け補修材２０を構成するＮｉ基溶融合金粉末２８とＣｏ基非溶融合金粉末２９との間に隙間が無くなりまたは少なくなって、静翼１１の表面に盛り付けられたろう付け補修材２０の高さが低くなる。このため、静翼１１の加振後にろう付け補修材２０を再度装填して、ろう付け補修材２０を所定の高さとする。
【００３６】
次のろう付け工程（図２（Ｅ））でも、実験例と同様に、き裂２１内にろう付け補修材２０が装填され、且つ表面にろう付け補修材２０が盛り付けられた静翼１１を、真空熱処理炉に投入し、１２００℃の条件で拡散熱処理を実施してき裂２１をろう付け加工し、補修部３８を形成する。このろう付け加工後に表面仕上げ工程（図２（Ｅ）を実施して、静翼１１の表面を仕上げ加工し、補修済みの静翼１１を得る。
【００３７】
補修済みの静翼１１の補修部３８について断面観察を行った結果、図２（Ｅ）及び図７に示すように、Ｎｉ基溶融合金粉末２８が溶融したＮｉ基溶融合金３２とＣｏ基非溶融合金粉末２９とが、ボイド３４（図８）の存在なく、き裂２１内に緊密に充填されていることが確認された。これに対し、装填工程においてき裂２１内にろう付け補修材２０が装填されたが、振動装置３５による加振がなされず、その後ろう付け加工が実施されて表面仕上げされた静翼１１の補修部３９（図８）では、Ｎｉ基溶融合金粉末２８が溶融したＮｉ基溶融合金３２とＣｏ基非溶融合金粉末２９との間にボイド３４が認められた。
【００３８】
次に、装填工程で加振を施してき裂２１を補修した静翼１１の補修部３８を含めた試験片（加振試験片）について、クリープ破断時間を検出して補修部３８の高温強度を確認した。このときには、装填工程で加振を施さずにき裂２１を補修した静翼１１の補修部３９を含めた試験片（非加振試験片）と、補修が不必要な静翼１１の材料からなる試験片（補修不要試験片）についても、同様にクリープ破断時間を検出した。
【００３９】
図９に示すように、非加振試験片はクリープ破断時間が短く、高温強度が低いことが確認された。一方、加振試験片は、補修不要試験片と同等のクリープ破断時間であり、高温強度が高いことが確認された。
【００４０】
従って、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
【００４１】
（１）静翼１１に生じたき裂２１内にろう付け補修材２０を装填する際に静翼１１を振動させて、き裂２１内にろう付け補修材２０を隙間なく装填するので、次に実施するろう付け工程において、溶融したろう付け補修材２０中にボイド３４の発生を防止できる。この結果、静翼１１の補修部３８を補修不要箇所または補修不要材料と同等の高温強度に確保できる。
【００４２】
（２）ろう付け補修材２０を用い、ろう付け加工により静翼１１の欠陥２１を補修するので、静翼１１に補修による変形を生じさせることがなく、この補修済みの静翼１１を再使用することが可能となる。
【００４３】
（３）静翼１１の欠陥２１の表面に生じた酸化層２２が水素洗浄により除去されるので、酸化層２２を切削加工して除去する場合に比べ、コスト低減できる。
【００４４】
［Ｂ］第２の実施の形態（図１０、図１１）
図１０は、本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第２の実施の形態であるガスタービン静翼の欠陥補修方法の装填工程を、そのとき使用する補修材充填装置と共に示す断面模式図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４５】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる点は、装填工程において、静翼１１のき裂２１内にろう付け補修材２０を装填開始してから終了するまでの間、静翼１１を振動させて、き裂２１内にろう付け補修材２０を隙間なく装填させた点であり、この装填工程において、図１０の補修材装填装置４０が使用される。
【００４６】
この補修材装填装置４０は、前記実施の形態と同様な洗浄工程終了後に、静翼１１のき裂２１内へろう付け補修材２０を装填するものであるが、装填機構部４１の他に振動機構部４２を有する。
【００４７】
装填機構部４１は、ケーシング４３に設けられてろう付け補修材２０を収容し、先端側に注入口４５が形成された収容部４４と、ケーシング４３内において注入口４５と反対側に摺動自在に配設された押圧部材としてのピストン４６と、を有してなる。ピストン４６は、収容部４４の一壁面を構成し、例えば圧縮空気により収容部４４内のろう付け補修材２０を押圧することで、このろう付け補修材２０を注入口４５から静翼１１のき裂２１内へ注入し装填する。
【００４８】
振動機構部４２は、図１１にも示すように、振動子４７と、ケーシング４３内に設置された駆動源としての駆動モータ４８と、この駆動モータ４８のモータ軸に回転一体に取り付けられたカム４９と、振動子４７に植設されたピン５０とケーシング４３との間で振動子４７の基端をカム４９に圧接するスプリング５１と、を有して構成される。駆動モータ４８のモータ軸の回転動作により、カム４９を介して振動子４７がケーシング４３に対して進退運動し、この振動子４７の先端が静翼１１に振動を付与して、この静翼１１を加振する。
【００４９】
上述のように構成された補修材装填装置４０を用いることで、装填機構部４１により静翼１１のき裂２１内にろう付け補修材２０を装填させながら、同時に、振動機構部４２によって静翼１１を振動させることができるので、静翼１１のき裂２１内へのろう付け補修材２０の装填の開始から終了まで、静翼１１を振動させることが可能となる。
【００５０】
上述のような装填工程を実施した後、前記実施形態と同様にしてろう付け工程及び表面仕上げ工程を実施し、き裂２１が補修されて補修部が形成された補修済みの静翼１１を得る。この補修済みの静翼１１の補修部においても、き裂２１内に、溶融したろう付け補修材２０が緊密に充填されてボイド３４が存在せず、上記補修部を含む静翼１１の試験片のクリープ破断時間は、補修不要な静翼１１の材料と同程度の値となった。
【００５１】
従って、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）及び（５）を奏する。
【００５２】
（４）補修材装填装置４０によれば、静翼１１の欠陥２１内にろう付け補修材２０を装填する装填機構部４１と、振動子４７の進退動作により静翼１１に振動を付与する振動機構部４２とを有することから、静翼１１のき裂２１内にろう付け補修材２０を装填しながら、この静翼１１を振動させることができる。
【００５３】
（５）装填工程において補修材装填装置４０を用い、静翼１１のき裂２１内へのろう付け補修材２０の装填開始から終了まで静翼１１を振動させることから、大型の振動装置３５を用いる必要がなく、しかも装填工程を短時間で実施できる。
【００５４】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５５】
例えば、上記両実施の形態では、装填工程における静翼１１のき裂２１へのろう付け補修材２０の装填と静翼１１への加振とが大気中で実施されるものを述べたが、これらの装填と加振の少なくとも一方、好ましくは両者を真空中（例えば真空熱処理炉内）で実施してもよい。この場合には、き裂２１内に装填されるろう付け補修材２０中に空気の混入が防止されるので、次のろう付け工程で、き裂２１内に充填される溶融したろう付け補修材２０中にボイド３４の存在を積極的に排除でき、補修部の高温強度をより一層向上させることができる。
【００５６】
また、上記両実施の形態では、ろう付け工程後に表面仕上げ工程を実施するものを述べたが、これらの両工程間に、き裂２１がろう付け加工された静翼１１を熱間等方圧加圧処理する加圧工程を実施してもよい。この場合には、ろう付け加工後のき裂２１内の溶融したろう付け補修材２０中にボイド３４が例え存在する場合にも、上記加圧処理によりボイド３４を消滅させることができるので、補修部の高温強度をより一層向上させることができる。
【００５７】
更に、本発明はガスタービン１０の静翼１１に限らず、同じく高温部品である動翼１２、燃焼器ライナ、トランジションピースなどに対しても適用できる。また、本発明は、蒸気タービンやジェットエンジンなどのように、高温状態で運転されるエネルギー機関に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第１の実施の形態であるガスタービン静翼の欠陥補修方法が適用されるガスタービンの一部を示す部分断面図。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１の静翼におけるき裂の補修手順を示す工程図。
【図３】図２の補修手順の前提となる実験例において、装填工程における試験材への加振状況を示す模式図。
【図４】（Ａ）は、装填工程において試験材を加振した場合におけるき裂補修後の試験材を示す断面模式図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶＢ部拡大断面図。
【図５】（Ａ）は、装填工程において試験材を加振しなかった場合におけるき裂補修後の試験材を示す断面模式図、（Ｂ）は、図５（Ａ）のＶＢ部拡大断面図。
【図６】図２（Ｃ）の装填工程における静翼への加振状況を示す模式図。
【図７】装填工程において静翼を加振した場合におけるき裂補修後の静翼の補修部を示す断面模式図。
【図８】装填工程において静翼を加振しなかった場合におけるき裂補修後の静翼の補修部を示す断面模式図。
【図９】き裂補修部に対して実施したクリープ破断試験の結果を示すグラフ。
【図１０】本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第２の実施の形態であるガスタービン静翼の欠陥補修方法の装填工程を、そのとき使用する補修材充填装置と共に示す断面模式図。
【図１１】図１０の補修材装填装置の一部を拡大して示す模式図。
【符号の説明】
【００５９】
１０ ガスタービン（エネルギー機関）
１１ 静翼（高温部品）
２０ ろう付け補修材
２１ き裂（欠陥）
２２ 酸化層
２８ Ｎｉ基溶融合金粉末
２９ Ｃｏ基非溶融合金粉末
３２ Ｎｉ基溶融合金
３４ ボイド
３５ 振動装置
３８ 補修部
４０ 補修材装填装置
４１ 装填機構部
４２ 振動機構部
４４ 収容部
４５ 注入口
４６ ピストン（押圧部材）
４７ 振動子
４８ 駆動モータ（駆動源）
４９ カム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの静翼のような高温部品に生じたき裂などの欠陥を補修する高温部品の欠陥補修方法、欠陥が補修された高温部品、及び前記欠陥補修方法において使用される補修材装填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタ−ビン発電プラントは、ガスタ−ビンと同軸に設けられた圧縮機の駆動によって圧縮された圧縮空気を燃焼器ライナに案内し、この燃焼器ライナの燃焼室内で燃料とともに燃焼させ、燃焼により発生した高温の燃焼ガスを、トランジションピ−ス及び静翼を経て動翼へ導き、この動翼を回転駆動させてガスタ−ビンに仕事をさせるようになっている。
【０００３】
この種のガスタ−ビンの高温部品である燃焼器ライナ、トランジションピ−ス、静翼及び動翼には、Ｎｉ基、Ｃｏ基、またはＮｉ−Ｆｅ基の耐熱超合金が用いられるが、ガスタ−ビンの運転とともに種々の損傷が発生する。まず、これらの高温部品は、高温の燃焼ガス雰囲気に晒されるため材質劣化が生じるとともに、動翼については、高速回転により生ずる遠心応力の作用でクリ−プ損傷が蓄積する。また、ガスタ−ビンの高温部品は、起動時には比較的低温環境域から高温環境域に、停止時には逆に高温環境域から低温環境域にそれぞれ推移する段階で熱疲労が生じ、疲労損傷が蓄積する。これらの損傷（材質劣化、クリ−プ損傷、疲労損傷）は重畳して蓄積する。
【０００４】
ところで、ガスタ−ビンの高温部品の保守管理は、機器の設計段階で決まるクリ−プあるいは疲労寿命と、実機の運転、立地上の環境により設定される設計寿命とを基に、同一機種あるいは同一運転形態をとるガスタ−ビンを分類し、分類された各グル−プの先行機の実績を用いて設計寿命を補正し、後続機の保守管理を行っている。近年では、特許文献１に記載のように、ガスタ−ビンの高温部品の劣化、損傷診断を効率的に精度良く予測する保守管理方法が実施されつつある。いずれの保守管理方法においても、ガスタ−ビンの高温部品は、必要に応じて定検毎に補修が繰り返えされ、管理寿命に到達した後に一律に廃却となり、非常に高価な新品と交換される。
【０００５】
ガスタ−ビン静翼の定検毎の補修においては、使用によりき裂が発生した場合、き裂周辺を除去し、溶接補修することで再使用が可能となる。また、溶接補修の他に、ろう付けによってき裂を補修する方法もある。このような溶接補修またはろう付け補修の例を、下記の特許文献２〜５に示す。
【０００６】
特許文献２には、発電用ガスタービン静翼の精密鋳造時に生じた欠陥あるいは使用中に生じたき裂の補修方法として、クリープ特性、耐熱疲労特性及び耐腐食性に優れたＣｏ基合金の材料を用いた溶接方法が提案されている。
【０００７】
また、特許文献３には、高温金属（合金）部品に発生した、高温腐食生成物で充満したき裂の補修方法として、水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウム水溶液に高温金属部品を浸漬して、高温腐食生成物を除去した後に、Ｎｉろう材又はＣｏろう材によりき裂を補修する方法が提案されている。
【０００８】
更に、特許文献４には、き裂が生じたジェットエンジンの静翼を水素雰囲気中に曝露し、酸化物を還元し、アクリルレジンとろう材を補修材としてき裂に塗布し、高温、真空中でろう付けしてき裂を補修する方法が提案されている。
【０００９】
特許文献５には、ガスタービン静翼でき裂が発生している表面部位の酸化層を、き裂が一部残存する形で削り、この削り部内に補修材を充填し、不活性ガスによる加圧下での熱処理により、ろう材を溶融させてき裂を補修する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−２９３０４９号公報
【特許文献２】特開平１１−１１７７０５号公報
【特許文献３】特開平６−２３４０６６号公報
【特許文献４】特開平６−３４４１２９号公報
【特許文献５】特開２００６−４６１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上述の特許文献において、特許文献２に記載のき裂の溶接補修では、溶接後に溶接変形が生じて、ガスタービン静翼を再使用できない場合がある。また、特許文献３〜５に記載のろう付け補修においては、ろう付け補修後に、補修部内にある程度のボイドが生じて、補修部の高温強度が低下する恐れがある。
【００１１】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、補修による変形を生じさせることなく、且つ補修部分を補修不要箇所または材料と同等の高温強度に確保できる高温部品の欠陥補修方法、及びこの方法により欠陥が補修された高温部品を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、高温部品の欠陥内へのろう付け補修材の装填と高温部品の振動とを同時に実施できる補修材装填装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る高温部品の欠陥補修方法は、高温状態で運転されるエネルギー機関の高温部品に生じた欠陥を補修する高温部品の欠陥補修方法において、前記欠陥内にろう付け補修材を装填する装填工程と、前記ろう付け補修材を用いた拡散熱処理によって前記欠陥をろう付け加工するろう付け工程とを有し、前記装填工程では、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填する際に前記高温部品を振動させ、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る高温部品は、高温状態で運転されるエネルギー機関の高温部品であって、上述の高温部品の欠陥補修方法により欠陥が補修されて構成されたことを特徴とするものである。
【００１５】
更に、本発明に係る補修材装填装置は、高温部品の欠陥内へろう付け補修材を装填する補修材装填装置であって、前記ろう付け補修材を収容し、先端側に注入口が設けられた収容部を備え、前記注入口の反対側に設けられた押圧部材により、前記収容部内のろう付け補修材を押圧して、前記注入口から前記欠陥内へ装填する装填機構部と、振動子を備え、駆動源の回転動作により前記振動子を進退動作させて、前記高温部品に振動を付与する振動機構部と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る高温部品の欠陥補修方法及び高温部品によれば、高温部品に生じた欠陥内にろう付け補修材を装填する際に高温部品を振動させて、欠陥内にろう付け補修材を装填するので、次に実施するろう付け工程において、溶融したろう付け補修材中にボイドが発生することを防止でき、この結果、補修部分を補修不要箇所または材料と同等の高温強度に確保できる。また、ろう付け補修材を用い、ろう付け加工により欠陥を補修するので、高温部品に補修による変形を生じさせることがない。
【００１７】
また、本発明に係る補修材装填装置によれば、高温部品の欠陥内にろう付け補修材を装填する装填機構部と、振動子の進退動作により前記高温部品に振動を付与する振動機構部とを有することから、高温部品の欠陥内にろう付け補修材を装填しながら、この高温部品を振動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。
【００１９】
［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図９）
図１は、本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第１の実施の形態であるガスタービン静翼の欠陥補修方法が適用されるガスタービンの一部を示す部分断面図である。図２（Ａ）〜（Ｅ）は、図１の静翼におけるき裂の補修手順を示す工程図である。
【００２０】
図１に示すガスタービン１０は、高温状態で運転されるエネルギー機関の一例であり、図示しない圧縮機からの圧縮空気と燃料とが図示しないに燃料器ライナの燃焼室内で混合され燃焼して燃焼ガスとなり、この燃焼ガスがトランジションピース（不図示）及び静翼１１に案内されて動翼１２へ導入され、この動翼１２が植設されたタービンロータ１３を回転させる。このタービンロータ１３の回転により、発電機などが回転駆動される。
【００２１】
タービンロータ１３は、複数のロータディスク１４が軸方向に結合されて構成され、各ロータディスク１４の周囲に動翼１２が複数枚植設される。また、静翼１１は、タービンケーシング１５にシュラウドセグメント１６やリテイニングリング１７、サポートリング１８を介して支持される。これらの静翼１１は、各ロータディスク１４の動翼１２の前方に配置されて、動翼１２と共にタービン段落を構成する。このタービン段落は、燃焼ガスの流れ方向（矢印Ａ）の上流側から下流側へ向かって第１段落、第２段落、第３段落と称される。
【００２２】
上述のガスタービン１０における静翼１１は高温部品である。また、この静翼１１はＮｉ基、Ｃｏ基、またはＮｉ−Ｆｅ基などの耐熱超合金により構成されるが、高温の燃焼ガス雰囲気に晒されるなどの原因で損傷を受けやすく、き裂２１（図２）等の欠陥が生じやすい。しかし、この静翼１１は、高価な耐熱超合金にて構成されているため、損傷が致命的である場合を除いて、き裂２１等の欠陥を補修して再使用に供される。
【００２３】
本実施の形態においては、静翼１１に発生したき裂２１に対し、図２に示す補修手順を実施して補修する。この補修手順は、き裂２１の表面に生じた酸化層２２を洗浄により除去する洗浄工程（図２（Ａ）及び（Ｂ））と、洗浄されたき裂２１内にろう付け補修材２０を装填する装填工程（図２（Ｃ））と、ろう付け補修材２０を用いた拡散熱処理によってき裂２１をろう付け加工するろう付け工程（図２（Ｄ））と、静翼１１の表面を仕上げ加工する表面仕上げ工程（図２（Ｅ））とを順次実施するものである。
【００２４】
この補修手順の前提となる補修手順の実験例について、図３〜図５を用いて説明する。この実験例では、静翼１１と同じ材料で、実験室的にき裂２１を模擬した試験材２３を用いて実験を行った。ここで用いた試験材２３の材料は、表１に示す組成のＣｏ基超合金である。また、き裂２１を模擬するために、ワイヤカット加工によってスリット２４を作製している。
【表１】
【００２５】
本実験例においては、酸化層２２を除去する洗浄工程と表面仕上げ工程は実施せず、まず、スリット２４を含めた試験材２３全体の脱脂洗浄を、例えばアセトン等を用いて実施する。
【００２６】
次に、装填工程を実施し、図３に示すように、試験材２３のスリット２４内にろう付け補修材２０を装填し、このろう付け補修材２０を試験材２３の表面に盛り上げる。ここで、ろう付け補修材２０は、図２（Ｃ）にも示すように、Ｎｉ基溶融合金粉末２８と、Ｃｏ基非溶融合金粉末２９とを配合したものである。Ｎｉ基溶融合金粉末２８は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系であり、ろう付け加工により溶融する。また、Ｃｏ基非溶融合金粉末はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系であり、ろう付け加工によって溶融せず、補修部の強度確保のために配合される。
【００２７】
この装填工程においては、次に、振動装置２５のベース２６上に試験材２３を載置し、ベース２６に設けられたクランプ２７を用いて試験材２３をベース２６に固定保持する。そして、振動装置２５を稼働させて試験材２３に振動を付与し加振する。試験材２３のスリット２４に装填されたろう付け補修材２０は、Ｎｉ基溶融合金粉末２８及びＣｏ基非溶融合金粉末２９が共に粉末であることから、振動が付与された後にはこれらの粉末２８と２９間の隙間が無くなりまたは少なくなって、盛り上げられたろう付け補修材２０の高さが低くなる。そのため、振動付与（加振）後に、ろう付け補修材２０が再度装填される。このようにして、この装填工程において、試験材２３のスリット２４内にろう付け補修材２０が隙間なく装填される。
【００２８】
その後、ろう付け補修材２０を用いてスリット２４をろう付け加工するろう付け工程を実施する。このろう付け工程では、スリット２４内にろう付け補修材２０が装填され、且つこのろう付け補修材２０が表面に盛り付けられた試験材２３を真空熱処理炉に投入し、１２００℃の条件で拡散熱処理を実施する。つまり、ろう付け補修材２０を溶融させ、この溶融状態のろう付け補修材２０をスリット２４内で、試験材２３の材料に拡散反応により固着させる。この拡散熱処理によって試験材２３のスリット２４がろう付け加工されて補修され、補修部３１（図４（Ａ））が形成される。
【００２９】
上述の実験終了後、試験材２３のスリット２４が補修された補修部３１について、断面観察を行った。その結果、図４（Ｂ）に示すように、この補修部３１では、Ｎｉ基溶融合金粉末２８が溶融したＮｉ基溶融合金３２とＣｏ基非溶融合金粉末２９とが後述のボイド３４（図５（Ｂ））の存在なく緊密に充填されていることが確認された。
【００３０】
これに対し、装填工程において、スリット２４内にろう付け補修材２０が装填されたが、振動装置２５による振動が付与されず、その後ろう付け工程が実施された試験材２３の補修部３３（図５（Ａ））では、Ｎｉ基溶融合金粉末２８が溶融したＮｉ基溶融合金３２とＣｏ基非溶融合金粉末２９との間にボイド３４が認められた。
【００３１】
従って、装填工程において、試験材２３のスリット２４内にろう付け補修材２０が装填された後、この試験材２３が加振された場合には、スリット２４の補修部３１におけるろう付け補修材２０中にボイド３４が存在せず、スリット２４内にろう付け補修材２０が緊密に充填されるため、この補修部３１の高温強度は、補修が不要な箇所または材料と同等の値を示すものと推定される。
【００３２】
さて、図２に補修手順を示す本実施の形態において補修の対象となる静翼１１は、実プラントで設計寿命半ばの静翼であり、ガスタービン１０の第１段落を構成する静翼である。この静翼１１も、表１に示す材料と同等のＣｏ基超合金から構成されている。この静翼１１におけるき裂２１の補修は、前述の洗浄工程（図２（Ａ）及び（Ｂ））、装填工程（図２（Ｃ））、ろう付け工程（図２（Ｄ））、及び表面仕上げ工程（図２（Ｅ））を順次実施するものであるが、このうちの装填工程とろう付け工程は前述の実験例と同様である。
【００３３】
まず、洗浄工程（図２（Ａ）及び（Ｂ））は、静翼１１を水素雰囲気中で熱処理することで、静翼１１におけるき裂２１の表面に生じた酸化層２２を除去する。この水素雰囲気中での熱処理を水素洗浄と称する。
【００３４】
次に、実験例と同様にして装填工程（図２（Ｃ））を実施し、静翼１１のき裂２１内にろう付け補修材２０を装填し、この装填の際に静翼１１を振動させて、き裂２１内にろう付け補修材２０を隙間なく装填する。
【００３５】
具体的には、図２（Ｃ）に示すように、まず、静翼１１の欠陥２１内にろう付け補修材２０を装填し、このろう付け補修材２０を静翼１１の表面に盛り上げる。次に、図６に示すように、ろう付け補修材２０が装填された静翼１１を、振動装置２５よりも大型の振動装置３５のベース３６に載置し、このベース３６に設けられたクランプ３７を用いて静翼１１をベース３６に固定保持する。この状態で振動装置３５を稼働させ、静翼１１に振動を付与して加振する。静翼１１の加振により、ろう付け補修材２０を構成するＮｉ基溶融合金粉末２８とＣｏ基非溶融合金粉末２９との間に隙間が無くなりまたは少なくなって、静翼１１の表面に盛り付けられたろう付け補修材２０の高さが低くなる。このため、静翼１１の加振後にろう付け補修材２０を再度装填して、ろう付け補修材２０を所定の高さとする。
【００３６】
次のろう付け工程（図２（Ｅ））でも、実験例と同様に、き裂２１内にろう付け補修材２０が装填され、且つ表面にろう付け補修材２０が盛り付けられた静翼１１を、真空熱処理炉に投入し、１２００℃の条件で拡散熱処理を実施してき裂２１をろう付け加工し、補修部３８を形成する。このろう付け加工後に表面仕上げ工程（図２（Ｅ）を実施して、静翼１１の表面を仕上げ加工し、補修済みの静翼１１を得る。
【００３７】
補修済みの静翼１１の補修部３８について断面観察を行った結果、図２（Ｅ）及び図７に示すように、Ｎｉ基溶融合金粉末２８が溶融したＮｉ基溶融合金３２とＣｏ基非溶融合金粉末２９とが、ボイド３４（図８）の存在なく、き裂２１内に緊密に充填されていることが確認された。これに対し、装填工程においてき裂２１内にろう付け補修材２０が装填されたが、振動装置３５による加振がなされず、その後ろう付け加工が実施されて表面仕上げされた静翼１１の補修部３９（図８）では、Ｎｉ基溶融合金粉末２８が溶融したＮｉ基溶融合金３２とＣｏ基非溶融合金粉末２９との間にボイド３４が認められた。
【００３８】
次に、装填工程で加振を施してき裂２１を補修した静翼１１の補修部３８を含めた試験片（加振試験片）について、クリープ破断時間を検出して補修部３８の高温強度を確認した。このときには、装填工程で加振を施さずにき裂２１を補修した静翼１１の補修部３９を含めた試験片（非加振試験片）と、補修が不必要な静翼１１の材料からなる試験片（補修不要試験片）についても、同様にクリープ破断時間を検出した。
【００３９】
図９に示すように、非加振試験片はクリープ破断時間が短く、高温強度が低いことが確認された。一方、加振試験片は、補修不要試験片と同等のクリープ破断時間であり、高温強度が高いことが確認された。
【００４０】
従って、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
【００４１】
（１）静翼１１に生じたき裂２１内にろう付け補修材２０を装填する際に静翼１１を振動させて、き裂２１内にろう付け補修材２０を隙間なく装填するので、次に実施するろう付け工程において、溶融したろう付け補修材２０中にボイド３４の発生を防止できる。この結果、静翼１１の補修部３８を補修不要箇所または補修不要材料と同等の高温強度に確保できる。
【００４２】
（２）ろう付け補修材２０を用い、ろう付け加工により静翼１１の欠陥２１を補修するので、静翼１１に補修による変形を生じさせることがなく、この補修済みの静翼１１を再使用することが可能となる。
【００４３】
（３）静翼１１の欠陥２１の表面に生じた酸化層２２が水素洗浄により除去されるので、酸化層２２を切削加工して除去する場合に比べ、コスト低減できる。
【００４４】
［Ｂ］第２の実施の形態（図１０、図１１）
図１０は、本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第２の実施の形態であるガスタービン静翼の欠陥補修方法の装填工程を、そのとき使用する補修材充填装置と共に示す断面模式図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４５】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる点は、装填工程において、静翼１１のき裂２１内にろう付け補修材２０を装填開始してから終了するまでの間、静翼１１を振動させて、き裂２１内にろう付け補修材２０を隙間なく装填させた点であり、この装填工程において、図１０の補修材装填装置４０が使用される。
【００４６】
この補修材装填装置４０は、前記実施の形態と同様な洗浄工程終了後に、静翼１１のき裂２１内へろう付け補修材２０を装填するものであるが、装填機構部４１の他に振動機構部４２を有する。
【００４７】
装填機構部４１は、ケーシング４３に設けられてろう付け補修材２０を収容し、先端側に注入口４５が形成された収容部４４と、ケーシング４３内において注入口４５と反対側に摺動自在に配設された押圧部材としてのピストン４６と、を有してなる。ピストン４６は、収容部４４の一壁面を構成し、例えば圧縮空気により収容部４４内のろう付け補修材２０を押圧することで、このろう付け補修材２０を注入口４５から静翼１１のき裂２１内へ注入し装填する。
【００４８】
振動機構部４２は、図１１にも示すように、振動子４７と、ケーシング４３内に設置された駆動源としての駆動モータ４８と、この駆動モータ４８のモータ軸に回転一体に取り付けられたカム４９と、振動子４７に植設されたピン５０とケーシング４３との間で振動子４７の基端をカム４９に圧接するスプリング５１と、を有して構成される。駆動モータ４８のモータ軸の回転動作により、カム４９を介して振動子４７がケーシング４３に対して進退運動し、この振動子４７の先端が静翼１１に振動を付与して、この静翼１１を加振する。
【００４９】
上述のように構成された補修材装填装置４０を用いることで、装填機構部４１により静翼１１のき裂２１内にろう付け補修材２０を装填させながら、同時に、振動機構部４２によって静翼１１を振動させることができるので、静翼１１のき裂２１内へのろう付け補修材２０の装填の開始から終了まで、静翼１１を振動させることが可能となる。
【００５０】
上述のような装填工程を実施した後、前記実施形態と同様にしてろう付け工程及び表面仕上げ工程を実施し、き裂２１が補修されて補修部が形成された補修済みの静翼１１を得る。この補修済みの静翼１１の補修部においても、き裂２１内に、溶融したろう付け補修材２０が緊密に充填されてボイド３４が存在せず、上記補修部を含む静翼１１の試験片のクリープ破断時間は、補修不要な静翼１１の材料と同程度の値となった。
【００５１】
従って、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）及び（５）を奏する。
【００５２】
（４）補修材装填装置４０によれば、静翼１１の欠陥２１内にろう付け補修材２０を装填する装填機構部４１と、振動子４７の進退動作により静翼１１に振動を付与する振動機構部４２とを有することから、静翼１１のき裂２１内にろう付け補修材２０を装填しながら、この静翼１１を振動させることができる。
【００５３】
（５）装填工程において補修材装填装置４０を用い、静翼１１のき裂２１内へのろう付け補修材２０の装填開始から終了まで静翼１１を振動させることから、大型の振動装置３５を用いる必要がなく、しかも装填工程を短時間で実施できる。
【００５４】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５５】
例えば、上記両実施の形態では、装填工程における静翼１１のき裂２１へのろう付け補修材２０の装填と静翼１１への加振とが大気中で実施されるものを述べたが、これらの装填と加振の少なくとも一方、好ましくは両者を真空中（例えば真空熱処理炉内）で実施してもよい。この場合には、き裂２１内に装填されるろう付け補修材２０中に空気の混入が防止されるので、次のろう付け工程で、き裂２１内に充填される溶融したろう付け補修材２０中にボイド３４の存在を積極的に排除でき、補修部の高温強度をより一層向上させることができる。
【００５６】
また、上記両実施の形態では、ろう付け工程後に表面仕上げ工程を実施するものを述べたが、これらの両工程間に、き裂２１がろう付け加工された静翼１１を熱間等方圧加圧処理する加圧工程を実施してもよい。この場合には、ろう付け加工後のき裂２１内の溶融したろう付け補修材２０中にボイド３４が例え存在する場合にも、上記加圧処理によりボイド３４を消滅させることができるので、補修部の高温強度をより一層向上させることができる。
【００５７】
更に、本発明はガスタービン１０の静翼１１に限らず、同じく高温部品である動翼１２、燃焼器ライナ、トランジションピースなどに対しても適用できる。また、本発明は、蒸気タービンやジェットエンジンなどのように、高温状態で運転されるエネルギー機関に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第１の実施の形態であるガスタービン静翼の欠陥補修方法が適用されるガスタービンの一部を示す部分断面図。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１の静翼におけるき裂の補修手順を示す工程図。
【図３】図２の補修手順の前提となる実験例において、装填工程における試験材への加振状況を示す模式図。
【図４】（Ａ）は、装填工程において試験材を加振した場合におけるき裂補修後の試験材を示す断面模式図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶＢ部拡大断面図。
【図５】（Ａ）は、装填工程において試験材を加振しなかった場合におけるき裂補修後の試験材を示す断面模式図、（Ｂ）は、図５（Ａ）のＶＢ部拡大断面図。
【図６】図２（Ｃ）の装填工程における静翼への加振状況を示す模式図。
【図７】装填工程において静翼を加振した場合におけるき裂補修後の静翼の補修部を示す断面模式図。
【図８】装填工程において静翼を加振しなかった場合におけるき裂補修後の静翼の補修部を示す断面模式図。
【図９】き裂補修部に対して実施したクリープ破断試験の結果を示すグラフ。
【図１０】本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第２の実施の形態であるガスタービン静翼の欠陥補修方法の装填工程を、そのとき使用する補修材充填装置と共に示す断面模式図。
【図１１】図１０の補修材装填装置の一部を拡大して示す模式図。
【符号の説明】
【００５９】
１０ ガスタービン（エネルギー機関）
１１ 静翼（高温部品）
２０ ろう付け補修材
２１ き裂（欠陥）
２２ 酸化層
２８ Ｎｉ基溶融合金粉末
２９ Ｃｏ基非溶融合金粉末
３２ Ｎｉ基溶融合金
３４ ボイド
３５ 振動装置
３８ 補修部
４０ 補修材装填装置
４１ 装填機構部
４２ 振動機構部
４４ 収容部
４５ 注入口
４６ ピストン（押圧部材）
４７ 振動子
４８ 駆動モータ（駆動源）
４９ カム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温状態で運転されるエネルギー機関の高温部品に生じた欠陥を補修する高温部品の欠陥補修方法において、
前記欠陥内にろう付け補修材を装填する装填工程と、
前記ろう付け補修材を用いた拡散熱処理によって前記欠陥をろう付け加工するろう付け工程とを有し、
前記装填工程では、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填する際に前記高温部品を振動させ、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填することを特徴とする高温部品の欠陥補修方法。
【請求項２】
前記装填工程では、高温部品の欠陥内にろう付け補修材を装填した後に、前記高温部品を振動させて、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填することを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項３】
前記装填工程では、高温部品の欠陥内にろう付け補修材を装填開始してから終了するまでの間、前記高温部品を振動させて、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填することを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項４】
前記ろう付け補修材は、ろう付け加工により溶融する溶融合金粉末と、ろう付け加工により溶融せず強度確保のための非溶融合金粉末とが配合されたものであることを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項５】
前記装填工程では、ろう付け補修材の装填と高温部品の振動との少なくとも一方を真空中で実行することを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項６】
前記ろう付け工程後に、欠陥がろう付け加工された高温部品を熱間等方圧加圧処理する加圧工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項７】
前記装填工程前に、高温部品の欠陥の表面に生じた酸化層を、水素雰囲気中で熱処理する水素洗浄処理によって除去する洗浄工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項８】
前記高温部品の欠陥が、ガスタービンの静翼または動翼に発生したき裂であることを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項９】
高温状態で運転されるエネルギー機関の高温部品であって、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の欠陥補修方法により欠陥が補修されて構成されたことを特徴とする高温部品。
【請求項１０】
高温部品の欠陥内へろう付け補修材を装填する補修材装填装置であって、
前記ろう付け補修材を収容し、先端側に注入口が設けられた収容部を備え、前記注入口の反対側に設けられた押圧部材により、前記収容部内のろう付け補修材を押圧して、前記注入口から前記欠陥内へ装填する装填機構部と、
振動子を備え、駆動源の回転動作により前記振動子を進退動作させて、前記高温部品に振動を付与する振動機構部と、を有することを特徴とする補修材装填装置。
【請求項１】
高温状態で運転されるエネルギー機関の高温部品に生じた欠陥を補修する高温部品の欠陥補修方法において、
前記欠陥内にろう付け補修材を装填する装填工程と、
前記ろう付け補修材を用いた拡散熱処理によって前記欠陥をろう付け加工するろう付け工程とを有し、
前記装填工程では、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填する際に前記高温部品を振動させ、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填することを特徴とする高温部品の欠陥補修方法。
【請求項２】
前記装填工程では、高温部品の欠陥内にろう付け補修材を装填した後に、前記高温部品を振動させて、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填することを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項３】
前記装填工程では、高温部品の欠陥内にろう付け補修材を装填開始してから終了するまでの間、前記高温部品を振動させて、前記欠陥内に前記ろう付け補修材を装填することを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項４】
前記ろう付け補修材は、ろう付け加工により溶融する溶融合金粉末と、ろう付け加工により溶融せず強度確保のための非溶融合金粉末とが配合されたものであることを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項５】
前記装填工程では、ろう付け補修材の装填と高温部品の振動との少なくとも一方を真空中で実行することを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項６】
前記ろう付け工程後に、欠陥がろう付け加工された高温部品を熱間等方圧加圧処理する加圧工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項７】
前記装填工程前に、高温部品の欠陥の表面に生じた酸化層を、水素雰囲気中で熱処理する水素洗浄処理によって除去する洗浄工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項８】
前記高温部品の欠陥が、ガスタービンの静翼または動翼に発生したき裂であることを特徴とする請求項１に記載の高温部品の欠陥補修方法。
【請求項９】
高温状態で運転されるエネルギー機関の高温部品であって、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の欠陥補修方法により欠陥が補修されて構成されたことを特徴とする高温部品。
【請求項１０】
高温部品の欠陥内へろう付け補修材を装填する補修材装填装置であって、
前記ろう付け補修材を収容し、先端側に注入口が設けられた収容部を備え、前記注入口の反対側に設けられた押圧部材により、前記収容部内のろう付け補修材を押圧して、前記注入口から前記欠陥内へ装填する装填機構部と、
振動子を備え、駆動源の回転動作により前記振動子を進退動作させて、前記高温部品に振動を付与する振動機構部と、を有することを特徴とする補修材装填装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２５５１１１（Ｐ２００９−２５５１１１Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０５３９０（Ｐ２００８−１０５３９０）
【出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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