高温部品の欠陥補修方法及び高温部品
【課題】高温部品における冷却孔の周囲に生じた欠陥の補修を、冷却孔を閉塞することなく、且つ補修による変形を生じさせることなく、低コストで実現できること。
【解決手段】高温状態で運転されるガスタービンの静翼１１における冷却孔２０の周囲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、き裂２１の表面に生じた酸化層２３を洗浄により除去する洗浄工程と、冷却孔２０に挿入材２２を挿入して当該冷却孔２０を閉塞する挿入工程と、ろう付け補修材２４を用い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と、挿入材２２を取り出し、静翼１１の表面を仕上げ加工する後処理工程と、を有するものである。
【解決手段】高温状態で運転されるガスタービンの静翼１１における冷却孔２０の周囲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、き裂２１の表面に生じた酸化層２３を洗浄により除去する洗浄工程と、冷却孔２０に挿入材２２を挿入して当該冷却孔２０を閉塞する挿入工程と、ろう付け補修材２４を用い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と、挿入材２２を取り出し、静翼１１の表面を仕上げ加工する後処理工程と、を有するものである。
【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の冷却孔周囲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、及び欠陥が補修された高温部品に関する。
【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に案内して、燃焼器ライナの燃焼室内で燃料とともに燃焼する。燃焼により発生した高温の燃焼ガスは、トランジションピ−ス及び静翼を経て動翼へ案内され、この動翼を回転駆動させて、ガスタ−ビンの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、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、必要に応じて定期点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−ビン静翼の定期点検毎の補修において、使用によりき裂が発生していた場合には、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。この静翼では、各部に多数の冷却孔（直径が約１〜３ｍｍ）が設けられることにより冷却（空冷）されるが、冷却孔近傍ではき裂が発生しやすく補修量が多くなっている。このようなき裂を前述の溶接によって補修すると、溶接時の変形が生じて問題となる場合もある。
【０００６】
このような変形を防止して補修する手法としては、特許文献１に記載されたろう付けによる補修方法が提案されている。この特許文献１に記載のろう付けによる欠陥の補修方法は、高温部品の補修を行う際に、補修部分を開先加工し、次に、ダミーピン（挿入材）を冷却孔に挿入し、補修材を押し固めて成形し、ダミーピンの引き抜き前または後に、補修材を加熱焼結して欠陥を補修している。
【特許文献１】特開２００３−２０６７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に記載のろう付けによる欠陥補修方法では、ろう付け加工前に補修部分を開先加工して酸化物を除去しているので、加工コストが上昇してしまう。また、ダミーピンの引き抜き前に加熱処理を実施した場合には、その後、溶融した補修材によってダミーピンの引き抜きが困難になる恐れがある。
【０００８】
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、高温部品における冷却孔の周囲に生じた欠陥の補修を、冷却孔を閉塞させることなく、且つ補修による変形を生じさせることなく、低コストで実現できる高温部品の欠陥補修方法、及びこの補修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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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おける冷却孔の周囲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、前記欠陥の表面に生じた酸化層を洗浄により除去する洗浄工程と、前記冷却孔に挿入材を挿入して冷却孔を閉塞する挿入工程と、ろう付け補修材を用い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、前記挿入材を取り出し、前記高温部品の表面を仕上げ加工する後処理工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
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、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の欠陥補修方法により冷却孔周囲の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。
【発明の効果】
【００１１】
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、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。また、冷却孔に挿入材が挿入されて、ろう付け加工により欠陥が補修されるので、補修後に冷却孔が閉塞されることがない。更に、欠陥の表面に生じた酸化層を洗浄により除去するので、開先加工に比べてコストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図７）
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は、図１のガスタービンの静翼を示し、（Ａ）が斜視図、（Ｂ）が図２（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、図２における静翼の冷却孔周囲に発生したき裂を模擬的に示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）がき裂に沿って切断した断面図である。図５は、図３の静翼におけるき裂の補修手順を示す工程図である。
【００１４】
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。
【００１５】
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、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。
【００１６】
上述のガスタービン１０における静翼１１は高温部品であり、図２に示すように、各翼部１９は中空形状に形成されると共に、この翼部１９の片側の面に冷却孔２０が多数形成されている。この冷却孔２０を通して冷却空気が翼部１９内へ流入し、この翼部１９を空冷する。
【００１７】
また、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ているが、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い。特に、図３に示すように、静翼１１の翼部１９における冷却孔２０の周囲にき裂２１等の欠陥が生じやすい。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。
【００１８】
本実施の形態においては、図３に示すような静翼１１の冷却孔２０の周囲に発生したき裂２１を、図６に示す挿入材２２を用いて、図５に示す補修手順を実施し、図４に示すように補修する。図５に示す補修手順は、冷却孔２０の表面に生じた酸化層２３を洗浄により除去する洗浄工程（図５（Ａ）、（Ｂ））と、冷却孔２０に挿入材２２を挿入して、この冷却孔２０を閉塞する挿入工程（図５（Ｃ））と、ろう付け補修材２４を用い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５（Ｄ））と、挿入材２２を取り出し静翼１１の翼部１９の表面を仕上げ加工する後処理工程（図５（Ｅ））とを順次実施するものである。
【００１９】
この図５に示す補修手順の前提となる補修手順の実験例について、図７を用いて説明する。
【００２０】
この実験例では、静翼１１と同じ材料で、実験室的に冷却孔２０を模擬した基材２５を用いて実験を行った。ここで用いた基材２５の材料は、Ｃｏ基耐熱超合金ＦＳＸ４１４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２１Ａを作製している。
【００２１】
本実験例では、酸化層２３を除去する洗浄工程と、挿入材２２を取り出し表面仕上げを行う後処理工程は実施せず、まず、スリット２１Ａを含めた基材２５の全体の脱脂洗浄を、例えばアセトンなどを用いて実施する（図７（Ａ））。次に、基材２５において冷却孔２０を模擬した貫通孔２０Ａに挿入材２２を挿入する挿入工程を実施する（図７（Ｂ））。その後、ろう付け補修材２４を用いてスリット２１Ａをろう付け加工するろう付け工程を実施する（図７（Ｃ））。
【００２２】
ろう付け補修材２４は、Ｎｉ基溶融合金粉末とＣｏ基非溶融合金粉末とを配合したものを用いた。Ｎｉ基溶融合金粉末はＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系であり、Ｃｏ基非溶融合金粉末はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系である。また、挿入材２２としては、図６（Ａ）に示すように、円柱形状の炭素棒２６の表面に、高純度のアルミナペースト２７を塗布して形成された挿入材を用いた。
【００２３】
更に、ろう付け工程では、ろう付け補修材２４が盛り付けられた基材２５を熱処理炉に投入し、１２００℃の条件で拡散熱処理を実施した。つまり、ろう付け補修材２４を溶融させ、この溶融状態のろう付け補修材をスリット２１Ａ内へ流入させて、この溶融状態のろう付け補修材と基材２５とを拡散反応により固着させた。
【００２４】
上述の実験終了後、挿入材２２を含めて断面観察を行ったところ、スリット２１Ａがろう付け補修材２４によって充填されており、貫通孔２０Ａを閉塞することなく、また、基材２５に変形を生じさせることなく、実験室規模でスリット２１Ａの補修を確認できた。また、基材２５と挿入材２２との反応もなかったことから、スリット２１Ａのろう付け補修材２４によるろう付け補修後に、挿入材２２を容易に取り出しできるものと推定される。
【００２５】
図３〜図５に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って、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は、Ｃｏ基などの耐熱超合金製であり、図３に示すように、冷却孔２０の周囲にき裂２１が発生している。
【００２６】
このき裂２１の補修は、前述の洗浄工程（図５（Ａ）、（Ｂ））、挿入工程（図５（Ｃ））、ろう付け工程（図５（Ｄ））、及び後処理工程（図５（Ｅ））を順次実施するものであるが、このうちの挿入工程とろう付け工程は前述の実験例と同様である。
【００２７】
まず、洗浄工程（図５（Ａ）、（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２３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。
【００２８】
次に、実験例と同様にして挿入工程（図５（Ｃ））を実施し、静翼１１の冷却孔２０に挿入材２２を挿入して当該冷却孔２０を閉塞する。この挿入工程で用いる挿入材２２は、図６に示すように、実験例と同様な、炭素棒２６の表面にアルミナペースト２７を塗布して形成されたものでもよいが、高純度のアルミナからなる中実棒形状の挿入材２８、または高純度のアルミナからなる中空棒形状の挿入材２９であってもよい。
【００２９】
また、いずれの挿入材２２、２８及び２９も、静翼１１を構成する耐熱超合金と反応せず非反応に構成される。更に、挿入材２２、２８及び２９は、外径が冷却孔２０の径よりも小さく、且つこの冷却孔２０との隙間ｔ（図６（Ａ））が設計的に満足できる寸法に設定される。つまり、この隙間ｔは、溶融状態のろう付け補修材２４が隙間ｔ内へ侵入しない程度の寸法に設定される。
【００３０】
次のろう付け工程（図５（Ｄ））でも、実験例と同様に、まず、静翼１１の翼部１９におけるき裂２１に対応する表面にろう付け補修材２４を盛り付け、この状態で静翼１１を熱処理炉に投入し、１２００℃の条件でろう付け補修材２４を溶融させ、拡散熱処理によってき裂２１をろう付け加工する。このろう付け工程で用いられるろう付け補修材２４は、実験例と同様な組成であり、Ｎｉ基溶融合金粉末とＣｏ基非溶融合金粉末とを配合したものである。
【００３１】
ろう付け工程後の後処理工程（図５（Ｅ）及び図４）では、静翼１１の翼部１９から挿入材２２、２８または２９を取り出し、この翼部１９の表面を仕上げ加工して、補修済みの静翼１１を得る。挿入材２２を用いた場合には、熱処理炉において挿入材２２の炭素棒２６の膨張が抑制されるので、挿入材２２の取り出しが、他の挿入材２８及び２９の場合よりも容易になる。
【００３２】
従って、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
（１）静翼１１における翼部１９の冷却孔２０周囲のき裂２１が、ろう付け補修材２４を用いてろう付け加工により補修されるので、溶接による補修の場合に比べ、静翼１１における補修による変形の発生を防止できる。
（２）静翼１１の冷却孔２０の周囲のき裂２１をろう付け加工により補修する際に、冷却孔２０に挿入材２２、２８または２９が挿入されるので、補修後に冷却孔２０が閉塞されることを防止できる。
（３）静翼１１の翼部１９におけるき裂２１の表面に生じた酸化層２３が水素洗浄により除去されるので、酸化層２３を開先加工により除去する場合に比べ、コストを低減させることができる。
【００３３】
［Ｂ］第２の実施の形態（図８〜図１０）
図８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が適用されるガスタービンの静翼におけるき裂発生状況を模擬的に示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）がき裂に沿って切断した断面図である。図９は、図８のき裂を補修した後の静翼を示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が図８（Ｂ）に対応する断面図である。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は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００３４】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる点は、補修の対象となる静翼１１と、挿入工程で用いる挿入材３０である。
【００３５】
つまり、補修の対象となる静翼１１は、ガスタービン１０の第１段落を構成する静翼であって、実プラントで設計寿命を全うして廃却となった静翼である。この静翼１１もＣｏ基などの耐熱超合金製であるが、図８に示すように、き裂２１のほとんどは翼部１９の表面から裏面へ貫通して発生している。
【００３６】
また、挿入材３０は、図１０に示すように、高純度のアルミナ繊維３１が複数本平行に配列され、これらのアルミナ繊維が樹脂、例えばエポキシ樹脂３２によってモールド成形されたものである。この挿入材３０も、静翼１１を構成する耐熱超合金と反応せず非反応に構成される。更に、この挿入材３０も、外径が冷却孔２０の径よりも小さく、当該冷却孔２０との隙間ｔが設計的に満足できる寸法に設定される。
【００３７】
この静翼１１に生じたき裂２１に対しても、第１実施の形態と同様に、図５に示す手順で補修が実施される。但し、挿入工程においては、挿入材２２、２８、２９に替えて挿入材３０が用いられる。
【００３８】
従って、本実施の形態によれば、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。
（４）静翼１１の翼部１９における冷却孔２０が挿入材３０の挿入により閉塞される。この挿入材３０は、ろう付け工程の熱処理時にエポキシ樹脂３２がポーラス状になる。このため、ろう付け完了後に、挿入材３０を冷却孔２０から極めて容易に取り出すことができる。
（５）本実施の形態の静翼１１は、冷却孔２０の周囲のき裂２１が、第１の実施の形態の場合に比べて多くなるので、これらを溶接により補修すると、静翼１１は変形が甚だしくなり、再使用が不可能になる。これに対し、き裂２１をろう付け加工によって補修することで、き裂２１が多い場合であっても、補修による静翼１１の変形を確実に防止でき、静翼１１の再使用を実現できる。
【００３９】
［Ｃ］第３の実施の形態（図１１）
図１１は、本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第３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静翼における冷却孔に挿入材を挿入した状態を模擬的に示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）がき裂に沿って切断した場合の断面図である。この第３の実施の形態において、前記第１及び第２の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００４０】
本実施の形態が前記第１及び第２の実施の形態と異なる点は、挿入工程で用いる挿入材３３である。
【００４１】
尚、補修の対象となる静翼１１は、図８に示すように、第２の実施の形態と同様に、ガスタービンの第１段落を構成する静翼であって、実プラントで設計寿命を全うして廃却となった静翼である。この静翼１１はＣｏ基などの耐熱超合金製であるが、き裂２１のほとんどが翼部１９の表面から裏面へ貫通している。
【００４２】
挿入材３３は、図１１に示すように、高純度のアルミナ粉末をペースト（例えばアルミナペースト）で混合させたものである。この挿入材３３は、静翼１１を構成する耐熱超合金と反応せず非反応に構成される。更に、この挿入材３３も、外径が冷却孔２０の径よりも小さく、当該冷却孔２０との隙間ｔが設計的に満足できる寸法に設定される。
【００４３】
この静翼１１に生じたき裂２１に対しても、第２実施の形態と同様に、図５に示す手順で補修が実施される。但し、挿入工程においては、挿入材２２、２８、２９、３０に替えて挿入材３３が用いられる。
【００４４】
従って、本実施の形態によれば、前記第１及び第２の実施の形態の効果（１）〜（３）及び（５）と同様な効果を奏するほか、次の効果（６）を奏する。
（６）静翼１１の翼部１９における冷却孔２０が挿入材３３の挿入により閉塞される。この挿入材３３は、ろう付け工程の熱処理時に、静翼１１を構成する耐熱超合金と反応せず、且つ熱処理時にアルミナ粉末が溶融されずに粉末状態を維持する。この結果、ろう付け完了後に挿入材３３を型崩れさせ易いので、冷却孔２０から極めて容易に取り出すことができる。
【００４５】
［Ｄ］第４の実施の形態（図１２）
図１２は、本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第４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静翼における冷却孔に挿入材を挿入した状態を模擬的に示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）がき裂に沿って切断した場合の断面図である。この第４の実施の形態において、前記第１及び第２の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００４６】
本実施の形態が前記第１〜第３の実施の形態と異なる点は、挿入工程で用いる挿入材３４である。
【００４７】
尚、補修の対象となる静翼１１は、図８に示すように、第２及び第３の実施の形態と同様に、実プラントで設計寿命を全うして廃却となった静翼である。この静翼１１はＣｏ基などの耐熱超合金製であるが、き裂２１のほとんどが翼部１９の表面から裏面へ貫通している。
【００４８】
挿入材３４は、図１２に示すように、管状のステンレス鋼である。この挿入材３４は、静翼１１を構成する耐熱超合金及びろう材と反応するが、ろう付け完了後の後工程で機械加工、例えばドリル等で削り落されて除去される。更に、この挿入材３４も、外径が冷却孔２０の径よりも小さく、当該冷却孔２０との隙間ｔが設計的に満足できる寸法に設定される。
【００４９】
この静翼１１に生じたき裂２１に対しても、第３実施の形態と同様に、図５に示す手順で補修が実施される。但し、挿入工程においては、挿入材２２、２８、２９、３０、３３に替えて挿入材３４が用いられる。
【００５０】
従って、本実施の形態においても、前記第１及び第２の実施の形態の効果（１）〜（３）及び（５）と同様な効果を奏するほか、次の効果（７）を奏する。
（７）静翼１１の翼部１９における冷却孔２０が挿入材３４の挿入により閉塞される。この挿入材３４は、ろう付け工程の熱処理時に、静翼１１を構成する耐熱超合金やろう材と反応するが、ろう付け完了後にドリル等の機械加工で除去される。この結果、ろう付け完了後に挿入材３４を冷却孔２０から極めて容易に取り除くことができる。
【００５１】
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。例えば、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の冷却孔に対しても適用できる。更に、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】
【００５２】
【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】図１のガスタービンの静翼を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。
【図３】図２における静翼の冷却孔周囲に発生したき裂を模擬的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はき裂に沿って切断した断面図。
【図４】図３のき裂を補修した後の静翼を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図３（Ｂ）に対応する断面図。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、図３の静翼におけるき裂の補修手順をそれぞれ示す工程図。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図１の補修手順において用いられる挿入材をそれぞれ示す断面図。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図５の補修手順の前提となる補修手順の実験例をそれぞれ示す工程図。
【図８】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が適用されるガスタービンの静翼におけるき裂発生状況を模擬的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はき裂に沿って切断した断面図。
【図９】図８のき裂を補修した後の静翼を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図８（Ｂ）に対応する断面図。
【図１０】図８及び図９の静翼に適用されたガスタービン静翼の欠陥補修方法において用いられる挿入材を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図。
【図１１】本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第３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静翼における冷却孔に挿入材を挿入した状態を模擬的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はき裂に沿って切断した断面図。
【図１２】本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第４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静翼における冷却孔に挿入材を挿入した状態を模擬的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はき裂に沿って切断した断面図。
【符号の説明】
【００５３】
１０ ガスタービン（エネルギー機関）
１１ 静翼（高温部品）
２０ 冷却孔
２１ き裂（欠陥）
２２ 挿入材
２３ 酸化層
２４ ろう付け補修材
２６ 炭素棒
２７ アルミナペースト
２８、２９、３０、３３、３４ 挿入材
３１ アルミナ繊維
３２ エポキシ樹脂
ｔ 隙間
【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の冷却孔周囲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、及び欠陥が補修された高温部品に関する。
【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に案内して、燃焼器ライナの燃焼室内で燃料とともに燃焼する。燃焼により発生した高温の燃焼ガスは、トランジションピ−ス及び静翼を経て動翼へ案内され、この動翼を回転駆動させて、ガスタ−ビンの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、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、必要に応じて定期点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−ビン静翼の定期点検毎の補修において、使用によりき裂が発生していた場合には、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。この静翼では、各部に多数の冷却孔（直径が約１〜３ｍｍ）が設けられることにより冷却（空冷）されるが、冷却孔近傍ではき裂が発生しやすく補修量が多くなっている。このようなき裂を前述の溶接によって補修すると、溶接時の変形が生じて問題となる場合もある。
【０００６】
このような変形を防止して補修する手法としては、特許文献１に記載されたろう付けによる補修方法が提案されている。この特許文献１に記載のろう付けによる欠陥の補修方法は、高温部品の補修を行う際に、補修部分を開先加工し、次に、ダミーピン（挿入材）を冷却孔に挿入し、補修材を押し固めて成形し、ダミーピンの引き抜き前または後に、補修材を加熱焼結して欠陥を補修している。
【特許文献１】特開２００３−２０６７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に記載のろう付けによる欠陥補修方法では、ろう付け加工前に補修部分を開先加工して酸化物を除去しているので、加工コストが上昇してしまう。また、ダミーピンの引き抜き前に加熱処理を実施した場合には、その後、溶融した補修材によってダミーピンの引き抜きが困難になる恐れがある。
【０００８】
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、高温部品における冷却孔の周囲に生じた欠陥の補修を、冷却孔を閉塞させることなく、且つ補修による変形を生じさせることなく、低コストで実現できる高温部品の欠陥補修方法、及びこの補修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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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おける冷却孔の周囲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、前記欠陥の表面に生じた酸化層を洗浄により除去する洗浄工程と、前記冷却孔に挿入材を挿入して冷却孔を閉塞する挿入工程と、ろう付け補修材を用い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、前記挿入材を取り出し、前記高温部品の表面を仕上げ加工する後処理工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
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、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の欠陥補修方法により冷却孔周囲の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。
【発明の効果】
【００１１】
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、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。また、冷却孔に挿入材が挿入されて、ろう付け加工により欠陥が補修されるので、補修後に冷却孔が閉塞されることがない。更に、欠陥の表面に生じた酸化層を洗浄により除去するので、開先加工に比べてコストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図７）
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は、図１のガスタービンの静翼を示し、（Ａ）が斜視図、（Ｂ）が図２（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、図２における静翼の冷却孔周囲に発生したき裂を模擬的に示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）がき裂に沿って切断した断面図である。図５は、図３の静翼におけるき裂の補修手順を示す工程図である。
【００１４】
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。
【００１５】
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、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。
【００１６】
上述のガスタービン１０における静翼１１は高温部品であり、図２に示すように、各翼部１９は中空形状に形成されると共に、この翼部１９の片側の面に冷却孔２０が多数形成されている。この冷却孔２０を通して冷却空気が翼部１９内へ流入し、この翼部１９を空冷する。
【００１７】
また、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ているが、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い。特に、図３に示すように、静翼１１の翼部１９における冷却孔２０の周囲にき裂２１等の欠陥が生じやすい。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。
【００１８】
本実施の形態においては、図３に示すような静翼１１の冷却孔２０の周囲に発生したき裂２１を、図６に示す挿入材２２を用いて、図５に示す補修手順を実施し、図４に示すように補修する。図５に示す補修手順は、冷却孔２０の表面に生じた酸化層２３を洗浄により除去する洗浄工程（図５（Ａ）、（Ｂ））と、冷却孔２０に挿入材２２を挿入して、この冷却孔２０を閉塞する挿入工程（図５（Ｃ））と、ろう付け補修材２４を用い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５（Ｄ））と、挿入材２２を取り出し静翼１１の翼部１９の表面を仕上げ加工する後処理工程（図５（Ｅ））とを順次実施するものである。
【００１９】
この図５に示す補修手順の前提となる補修手順の実験例について、図７を用いて説明する。
【００２０】
この実験例では、静翼１１と同じ材料で、実験室的に冷却孔２０を模擬した基材２５を用いて実験を行った。ここで用いた基材２５の材料は、Ｃｏ基耐熱超合金ＦＳＸ４１４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２１Ａを作製している。
【００２１】
本実験例では、酸化層２３を除去する洗浄工程と、挿入材２２を取り出し表面仕上げを行う後処理工程は実施せず、まず、スリット２１Ａを含めた基材２５の全体の脱脂洗浄を、例えばアセトンなどを用いて実施する（図７（Ａ））。次に、基材２５において冷却孔２０を模擬した貫通孔２０Ａに挿入材２２を挿入する挿入工程を実施する（図７（Ｂ））。その後、ろう付け補修材２４を用いてスリット２１Ａをろう付け加工するろう付け工程を実施する（図７（Ｃ））。
【００２２】
ろう付け補修材２４は、Ｎｉ基溶融合金粉末とＣｏ基非溶融合金粉末とを配合したものを用いた。Ｎｉ基溶融合金粉末はＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系であり、Ｃｏ基非溶融合金粉末はＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系である。また、挿入材２２としては、図６（Ａ）に示すように、円柱形状の炭素棒２６の表面に、高純度のアルミナペースト２７を塗布して形成された挿入材を用いた。
【００２３】
更に、ろう付け工程では、ろう付け補修材２４が盛り付けられた基材２５を熱処理炉に投入し、１２００℃の条件で拡散熱処理を実施した。つまり、ろう付け補修材２４を溶融させ、この溶融状態のろう付け補修材をスリット２１Ａ内へ流入させて、この溶融状態のろう付け補修材と基材２５とを拡散反応により固着させた。
【００２４】
上述の実験終了後、挿入材２２を含めて断面観察を行ったところ、スリット２１Ａがろう付け補修材２４によって充填されており、貫通孔２０Ａを閉塞することなく、また、基材２５に変形を生じさせることなく、実験室規模でスリット２１Ａの補修を確認できた。また、基材２５と挿入材２２との反応もなかったことから、スリット２１Ａのろう付け補修材２４によるろう付け補修後に、挿入材２２を容易に取り出しできるものと推定される。
【００２５】
図３〜図５に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って、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は、Ｃｏ基などの耐熱超合金製であり、図３に示すように、冷却孔２０の周囲にき裂２１が発生している。
【００２６】
このき裂２１の補修は、前述の洗浄工程（図５（Ａ）、（Ｂ））、挿入工程（図５（Ｃ））、ろう付け工程（図５（Ｄ））、及び後処理工程（図５（Ｅ））を順次実施するものであるが、このうちの挿入工程とろう付け工程は前述の実験例と同様である。
【００２７】
まず、洗浄工程（図５（Ａ）、（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２３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。
【００２８】
次に、実験例と同様にして挿入工程（図５（Ｃ））を実施し、静翼１１の冷却孔２０に挿入材２２を挿入して当該冷却孔２０を閉塞する。この挿入工程で用いる挿入材２２は、図６に示すように、実験例と同様な、炭素棒２６の表面にアルミナペースト２７を塗布して形成されたものでもよいが、高純度のアルミナからなる中実棒形状の挿入材２８、または高純度のアルミナからなる中空棒形状の挿入材２９であってもよい。
【００２９】
また、いずれの挿入材２２、２８及び２９も、静翼１１を構成する耐熱超合金と反応せず非反応に構成される。更に、挿入材２２、２８及び２９は、外径が冷却孔２０の径よりも小さく、且つこの冷却孔２０との隙間ｔ（図６（Ａ））が設計的に満足できる寸法に設定される。つまり、この隙間ｔは、溶融状態のろう付け補修材２４が隙間ｔ内へ侵入しない程度の寸法に設定される。
【００３０】
次のろう付け工程（図５（Ｄ））でも、実験例と同様に、まず、静翼１１の翼部１９におけるき裂２１に対応する表面にろう付け補修材２４を盛り付け、この状態で静翼１１を熱処理炉に投入し、１２００℃の条件でろう付け補修材２４を溶融させ、拡散熱処理によってき裂２１をろう付け加工する。このろう付け工程で用いられるろう付け補修材２４は、実験例と同様な組成であり、Ｎｉ基溶融合金粉末とＣｏ基非溶融合金粉末とを配合したものである。
【００３１】
ろう付け工程後の後処理工程（図５（Ｅ）及び図４）では、静翼１１の翼部１９から挿入材２２、２８または２９を取り出し、この翼部１９の表面を仕上げ加工して、補修済みの静翼１１を得る。挿入材２２を用いた場合には、熱処理炉において挿入材２２の炭素棒２６の膨張が抑制されるので、挿入材２２の取り出しが、他の挿入材２８及び２９の場合よりも容易になる。
【００３２】
従って、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
（１）静翼１１における翼部１９の冷却孔２０周囲のき裂２１が、ろう付け補修材２４を用いてろう付け加工により補修されるので、溶接による補修の場合に比べ、静翼１１における補修による変形の発生を防止できる。
（２）静翼１１の冷却孔２０の周囲のき裂２１をろう付け加工により補修する際に、冷却孔２０に挿入材２２、２８または２９が挿入されるので、補修後に冷却孔２０が閉塞されることを防止できる。
（３）静翼１１の翼部１９におけるき裂２１の表面に生じた酸化層２３が水素洗浄により除去されるので、酸化層２３を開先加工により除去する場合に比べ、コストを低減させることができる。
【００３３】
［Ｂ］第２の実施の形態（図８〜図１０）
図８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が適用されるガスタービンの静翼におけるき裂発生状況を模擬的に示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）がき裂に沿って切断した断面図である。図９は、図８のき裂を補修した後の静翼を示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が図８（Ｂ）に対応する断面図である。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は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００３４】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる点は、補修の対象となる静翼１１と、挿入工程で用いる挿入材３０である。
【００３５】
つまり、補修の対象となる静翼１１は、ガスタービン１０の第１段落を構成する静翼であって、実プラントで設計寿命を全うして廃却となった静翼である。この静翼１１もＣｏ基などの耐熱超合金製であるが、図８に示すように、き裂２１のほとんどは翼部１９の表面から裏面へ貫通して発生している。
【００３６】
また、挿入材３０は、図１０に示すように、高純度のアルミナ繊維３１が複数本平行に配列され、これらのアルミナ繊維が樹脂、例えばエポキシ樹脂３２によってモールド成形されたものである。この挿入材３０も、静翼１１を構成する耐熱超合金と反応せず非反応に構成される。更に、この挿入材３０も、外径が冷却孔２０の径よりも小さく、当該冷却孔２０との隙間ｔが設計的に満足できる寸法に設定される。
【００３７】
この静翼１１に生じたき裂２１に対しても、第１実施の形態と同様に、図５に示す手順で補修が実施される。但し、挿入工程においては、挿入材２２、２８、２９に替えて挿入材３０が用いられる。
【００３８】
従って、本実施の形態によれば、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。
（４）静翼１１の翼部１９における冷却孔２０が挿入材３０の挿入により閉塞される。この挿入材３０は、ろう付け工程の熱処理時にエポキシ樹脂３２がポーラス状になる。このため、ろう付け完了後に、挿入材３０を冷却孔２０から極めて容易に取り出すことができる。
（５）本実施の形態の静翼１１は、冷却孔２０の周囲のき裂２１が、第１の実施の形態の場合に比べて多くなるので、これらを溶接により補修すると、静翼１１は変形が甚だしくなり、再使用が不可能になる。これに対し、き裂２１をろう付け加工によって補修することで、き裂２１が多い場合であっても、補修による静翼１１の変形を確実に防止でき、静翼１１の再使用を実現できる。
【００３９】
［Ｃ］第３の実施の形態（図１１）
図１１は、本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第３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静翼における冷却孔に挿入材を挿入した状態を模擬的に示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）がき裂に沿って切断した場合の断面図である。この第３の実施の形態において、前記第１及び第２の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００４０】
本実施の形態が前記第１及び第２の実施の形態と異なる点は、挿入工程で用いる挿入材３３である。
【００４１】
尚、補修の対象となる静翼１１は、図８に示すように、第２の実施の形態と同様に、ガスタービンの第１段落を構成する静翼であって、実プラントで設計寿命を全うして廃却となった静翼である。この静翼１１はＣｏ基などの耐熱超合金製であるが、き裂２１のほとんどが翼部１９の表面から裏面へ貫通している。
【００４２】
挿入材３３は、図１１に示すように、高純度のアルミナ粉末をペースト（例えばアルミナペースト）で混合させたものである。この挿入材３３は、静翼１１を構成する耐熱超合金と反応せず非反応に構成される。更に、この挿入材３３も、外径が冷却孔２０の径よりも小さく、当該冷却孔２０との隙間ｔが設計的に満足できる寸法に設定される。
【００４３】
この静翼１１に生じたき裂２１に対しても、第２実施の形態と同様に、図５に示す手順で補修が実施される。但し、挿入工程においては、挿入材２２、２８、２９、３０に替えて挿入材３３が用いられる。
【００４４】
従って、本実施の形態によれば、前記第１及び第２の実施の形態の効果（１）〜（３）及び（５）と同様な効果を奏するほか、次の効果（６）を奏する。
（６）静翼１１の翼部１９における冷却孔２０が挿入材３３の挿入により閉塞される。この挿入材３３は、ろう付け工程の熱処理時に、静翼１１を構成する耐熱超合金と反応せず、且つ熱処理時にアルミナ粉末が溶融されずに粉末状態を維持する。この結果、ろう付け完了後に挿入材３３を型崩れさせ易いので、冷却孔２０から極めて容易に取り出すことができる。
【００４５】
［Ｄ］第４の実施の形態（図１２）
図１２は、本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第４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静翼における冷却孔に挿入材を挿入した状態を模擬的に示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）がき裂に沿って切断した場合の断面図である。この第４の実施の形態において、前記第１及び第２の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００４６】
本実施の形態が前記第１〜第３の実施の形態と異なる点は、挿入工程で用いる挿入材３４である。
【００４７】
尚、補修の対象となる静翼１１は、図８に示すように、第２及び第３の実施の形態と同様に、実プラントで設計寿命を全うして廃却となった静翼である。この静翼１１はＣｏ基などの耐熱超合金製であるが、き裂２１のほとんどが翼部１９の表面から裏面へ貫通している。
【００４８】
挿入材３４は、図１２に示すように、管状のステンレス鋼である。この挿入材３４は、静翼１１を構成する耐熱超合金及びろう材と反応するが、ろう付け完了後の後工程で機械加工、例えばドリル等で削り落されて除去される。更に、この挿入材３４も、外径が冷却孔２０の径よりも小さく、当該冷却孔２０との隙間ｔが設計的に満足できる寸法に設定される。
【００４９】
この静翼１１に生じたき裂２１に対しても、第３実施の形態と同様に、図５に示す手順で補修が実施される。但し、挿入工程においては、挿入材２２、２８、２９、３０、３３に替えて挿入材３４が用いられる。
【００５０】
従って、本実施の形態においても、前記第１及び第２の実施の形態の効果（１）〜（３）及び（５）と同様な効果を奏するほか、次の効果（７）を奏する。
（７）静翼１１の翼部１９における冷却孔２０が挿入材３４の挿入により閉塞される。この挿入材３４は、ろう付け工程の熱処理時に、静翼１１を構成する耐熱超合金やろう材と反応するが、ろう付け完了後にドリル等の機械加工で除去される。この結果、ろう付け完了後に挿入材３４を冷却孔２０から極めて容易に取り除くことができる。
【００５１】
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。例えば、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の冷却孔に対しても適用できる。更に、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】
【００５２】
【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】図１のガスタービンの静翼を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。
【図３】図２における静翼の冷却孔周囲に発生したき裂を模擬的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はき裂に沿って切断した断面図。
【図４】図３のき裂を補修した後の静翼を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図３（Ｂ）に対応する断面図。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、図３の静翼におけるき裂の補修手順をそれぞれ示す工程図。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図１の補修手順において用いられる挿入材をそれぞれ示す断面図。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図５の補修手順の前提となる補修手順の実験例をそれぞれ示す工程図。
【図８】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が適用されるガスタービンの静翼におけるき裂発生状況を模擬的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はき裂に沿って切断した断面図。
【図９】図８のき裂を補修した後の静翼を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図８（Ｂ）に対応する断面図。
【図１０】図８及び図９の静翼に適用されたガスタービン静翼の欠陥補修方法において用いられる挿入材を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図。
【図１１】本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第３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静翼における冷却孔に挿入材を挿入した状態を模擬的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はき裂に沿って切断した断面図。
【図１２】本発明に係る高温部品の欠陥補修方法における第４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静翼における冷却孔に挿入材を挿入した状態を模擬的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はき裂に沿って切断した断面図。
【符号の説明】
【００５３】
１０ ガスタービン（エネルギー機関）
１１ 静翼（高温部品）
２０ 冷却孔
２１ き裂（欠陥）
２２ 挿入材
２３ 酸化層
２４ ろう付け補修材
２６ 炭素棒
２７ アルミナペースト
２８、２９、３０、３３、３４ 挿入材
３１ アルミナ繊維
３２ エポキシ樹脂
ｔ 隙間
【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おける冷却孔の周囲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、前記欠陥の表面に生じた酸化層を洗浄により除去する洗浄工程と、前記冷却孔に挿入材を挿入して冷却孔を閉塞する挿入工程と、ろう付け補修材を用い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、前記挿入材を取り出し、前記高温部品の表面を仕上げ加工する後処理工程と、を有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】
前記洗浄工程は、水素雰囲気中で熱処理する水素洗浄処理によって酸化層を除去する工程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３】
前記挿入工程に用いる挿入材は、高純度のアルミナにて構成され、高温部品の材料と非反応に構成された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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、高純度のカーボン棒に高純度のアルミナを塗布して構成され、高温部品の材料と非反応に構成された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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、複数本の高純度のアルミナ繊維を樹脂にてモールドした成形品であり、高温部品の材料と非反応に構成された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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、高純度のアルミナからなる中実棒または中空棒にて構成され、高温部品の材料と非反応に構成された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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、高純度のアルミナの粉末とペーストにて構成され、高温部品の材料と非反応に構成された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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、管状のステンレス鋼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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、冷却孔の径よりも小さく、冷却孔との隙間が設計的に満足できる寸法に設定された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１０】
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おける冷却孔の周囲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１１】
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１０のいずれか１項に記載の欠陥補修方法により冷却孔周囲の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１】
高温状態で運転されるエネルギー機関の高温部品における冷却孔の周囲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、前記欠陥の表面に生じた酸化層を洗浄により除去する洗浄工程と、前記冷却孔に挿入材を挿入して冷却孔を閉塞する挿入工程と、ろう付け補修材を用い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、前記挿入材を取り出し、前記高温部品の表面を仕上げ加工する後処理工程と、を有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】
前記洗浄工程は、水素雰囲気中で熱処理する水素洗浄処理によって酸化層を除去する工程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３】
前記挿入工程に用いる挿入材は、高純度のアルミナにて構成され、高温部品の材料と非反応に構成された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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、高純度のカーボン棒に高純度のアルミナを塗布して構成され、高温部品の材料と非反応に構成された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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、複数本の高純度のアルミナ繊維を樹脂にてモールドした成形品であり、高温部品の材料と非反応に構成された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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、高純度のアルミナからなる中実棒または中空棒にて構成され、高温部品の材料と非反応に構成された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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、高純度のアルミナの粉末とペーストにて構成され、高温部品の材料と非反応に構成された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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、管状のステンレス鋼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】
前記挿入工程に用いる挿入材は、冷却孔の径よりも小さく、冷却孔との隙間が設計的に満足できる寸法に設定された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１０】
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おける冷却孔の周囲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１１】
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１０のいずれか１項に記載の欠陥補修方法により冷却孔周囲の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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
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【公開番号】特開２００９−１９１８４０（Ｐ２００９−１９１８４０Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６０４０６（Ｐ２００８−２６０４０６）
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【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８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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