JP2010163889A - Method for repairing low-pressure turbine component made of titanium-aluminum intermetallic compound, and low-pressure turbine part repaired thereby - Google Patents
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Description
本発明は、チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる低圧タービン部品の修復方法および修復された低圧タービン部品に関する。 The present invention relates to a method for repairing a low-pressure turbine component made of a titanium-aluminum intermetallic compound and a repaired low-pressure turbine component.
ガスタービンエンジンは、通常、外気を導入するためのファンアセンブリと、導入された外気を利用して燃料を燃焼する燃焼器と、燃焼により発生した高温ガス流からエネルギを抜き出すためのタービンとを備える。タービンはしばしば高圧タービンと低圧タービンとに区分される。 A gas turbine engine typically includes a fan assembly for introducing outside air, a combustor that burns fuel using the introduced outside air, and a turbine for extracting energy from a hot gas stream generated by the combustion. . Turbines are often divided into high pressure turbines and low pressure turbines.
低圧タービンは、通常、それぞれシュラウドを備えたケーシング内に交互に並んだタービンブレードやタービンノズルなどの部品を有する。ガス流から効率よくエネルギを抜き出すため、タービンブレードはシュラウドと接した状態で回転し、また低圧タービンの部品同士は振動によって互いに激しい摩擦を生ずる。回転や摩擦のためにタービン部品は損傷を受けるため、定期的ないし非定期的に修復を要する。修復は、例えば、肉盛溶接などにより損傷部に肉盛りを施すなどの方法により為される。 Low pressure turbines typically have components such as turbine blades and turbine nozzles that are alternately arranged in a casing, each with a shroud. In order to efficiently extract energy from the gas flow, the turbine blades rotate in contact with the shroud, and the components of the low-pressure turbine generate intense friction with each other due to vibration. Turbine components are damaged due to rotation and friction, and must be repaired regularly or irregularly. For example, the repair is performed by a method of depositing the damaged portion by overlay welding or the like.
ガスタービンエンジンは、その寿命の間、複数回、このような修復に供される。適切な修復は、次回に修復を要するまでの期間を延長し、ひいてはガスタービンエンジンの寿命を延長する。 Gas turbine engines are subjected to such repairs multiple times during their lifetime. Proper repair extends the period until the next repair is required, and in turn extends the life of the gas turbine engine.
ガスタービンエンジン用の素材として、チタニウム−アルミニウム(TiAl)金属間化合物が注目されつつある。TiAl金属間化合物は軽量であるだけでなく、高い高温強度を有しており、ガスタービンエンジンの、特にタービンブレードに適用する素材として魅力的な材料である。その一方、TiAl金属間化合物は、常温付近ではほとんど延性を持たないので、肉盛溶接を実施しようとすると、その熱衝撃により容易に割れが生じてしまう。割れのごとき欠陥を生ぜしめることなく、TiAl金属間化合物よりなる低圧タービン部品を修復する方法が求められている。 As a material for gas turbine engines, titanium-aluminum (TiAl) intermetallic compounds are attracting attention. TiAl intermetallic compounds are not only lightweight, but also have high high-temperature strength, and are attractive materials for gas turbine engines, particularly for turbine blades. On the other hand, the TiAl intermetallic compound has almost no ductility near room temperature, and therefore, when performing overlay welding, cracks are easily generated due to the thermal shock. There is a need for a method of repairing low pressure turbine parts made of TiAl intermetallic compounds without causing defects such as cracks.
特許文献1および2は、関連する技術を開示する。 Patent documents 1 and 2 disclose related technology.
低圧タービン部品の修復は、割れのごとき欠陥を避けるだけでなく、修復された低圧タービン部品と相手方部品との間の相互作用をも考慮する必要がある。即ち、修復した部位の耐摩耗性が高すぎれば、相手方部品を損耗する原因となり、結果として次回に修復を要するまでの期間が短縮されてしまう。相手方部品が修復に適さない場合には、相手方部品の交換が必要になってしまう。 The repair of low pressure turbine parts not only avoids defects such as cracks, but also considers the interaction between the repaired low pressure turbine part and the counterpart part. In other words, if the wear resistance of the repaired part is too high, it will cause the counterpart part to be worn, and as a result, the period until the next repair will be shortened. If the counterpart component is not suitable for repair, the counterpart component must be replaced.
本発明は、上述の課題に鑑みて為されたものであって、割れのごとき欠陥の発生を避け、さらに自身と相手方部品との双方の損傷を抑制しうるチタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる低圧タービン部品の修復方法および修復された低圧タービン部品を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a low pressure made of a titanium-aluminum intermetallic compound capable of avoiding the occurrence of defects such as cracks and further suppressing damage to both itself and the counterpart component. It is an object to provide a method for repairing a turbine component and a repaired low-pressure turbine component.
本発明の第1の局面によれば、チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなり損傷部を有する低圧タービン部品を、少なくとも前記損傷部を対象としてろう付けに適する面を与えるべく機械加工し、前記面に、ニッケルと銅とを含むチタニウム合金よりなるろう材を置き、前記ろう材に、前記低圧タービン部品と実質的に同素材よりなるブロックを置き、前記機械加工された低圧タービン部品を前記ろう材と前記ブロックと共に非酸化性雰囲気において加熱し、原形状を回復するべく機械加工する、ことにより、チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる低圧タービン部品が修復される。 According to the first aspect of the present invention, a low-pressure turbine component made of a titanium-aluminum intermetallic compound and having a damaged portion is machined to provide a surface suitable for brazing at least on the damaged portion, Placing a brazing material made of a titanium alloy containing nickel and copper, placing a block made of substantially the same material as the low-pressure turbine component on the brazing material, and connecting the machined low-pressure turbine component to the brazing material Heating in the non-oxidizing atmosphere together with the block and machining to restore the original shape repairs the low pressure turbine component made of titanium-aluminum intermetallic compound.
好ましくは、前記ろう材は、20ないし30重量%のニッケルと10ないし20重量%の銅とを含むチタニウム合金よりなる。 Preferably, the brazing material is made of a titanium alloy containing 20 to 30% by weight of nickel and 10 to 20% by weight of copper.
また好ましくは、前記チタニウム−アルミニウム金属間化合物は、30ないし35重量%のアルミニウムを含む。 Preferably, the titanium-aluminum intermetallic compound contains 30 to 35% by weight of aluminum.
好ましくは、前記低圧タービン部品はタービンブレードであって、前記損傷部は前記タービンブレードのチップシュラウドに含まれる。 Preferably, the low-pressure turbine component is a turbine blade, and the damaged part is included in a tip shroud of the turbine blade.
好ましくは、前記非酸化雰囲気は、真空炉により得られる。 Preferably, the non-oxidizing atmosphere is obtained by a vacuum furnace.
好ましくは、加熱する段階の温度は800℃ないし1200℃である。 Preferably, the temperature of the heating step is 800 ° C to 1200 ° C.
本発明の第2の局面によれば、修復された低圧タービン部品は、チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなり、前記損傷部を有する低圧タービン部品よりろう付けに適する面を有するべく機械加工された基体と、前記低圧タービン部品と実質的に同素材よりなり、ニッケルと銅とを含むチタニウム合金よりなるろう材を介して非酸化性雰囲気における加熱により前記基体と結合され、原形状を回復するべく機械加工されたブロックと、を備える。 According to a second aspect of the present invention, the repaired low-pressure turbine component is made of a titanium-aluminum intermetallic compound and machined to have a surface that is more suitable for brazing than the low-pressure turbine component having the damaged portion. And a machine for recovering the original shape by being bonded to the base body by heating in a non-oxidizing atmosphere through a brazing material made of a titanium alloy containing nickel and copper, which is made of substantially the same material as the low-pressure turbine component. A processed block.
好ましくは、前記チタニウム−アルミニウム金属間化合物は、30ないし35重量%のアルミニウムを含む。 Preferably, the titanium-aluminum intermetallic compound contains 30 to 35 wt% aluminum.
修復された低圧タービン部品は、割れのごとき欠陥の発生を免れ、自身と相手方部品との双方の損傷を抑制し、以って次回に修復を要するまでの期間を延長し、ひいてはガスタービンエンジンの寿命の延長に寄与する。 The repaired low-pressure turbine parts are free from defects such as cracks, which suppresses damage to both itself and the counterpart parts, thereby extending the period until the next repair is required. Contributes to extended life.
本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に説明する。本明細書および添付の請求項を通じて、特段の説明の無い限り、前方および後方は、図1に示す低圧タービン1において高温ガスの流れの方向により定義し、内方および外方は低圧タービン1の軸に対するものとして定義する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Throughout this specification and the appended claims, unless specified otherwise, the front and rear are defined by the direction of hot gas flow in the low pressure turbine 1 shown in FIG. Define as for the axis.
本実施形態による修復方法は、例えば図1に例示的に示すガスタービンエンジンの低圧タービン1の修復に利用できる。低圧タービン1は、交互に並んだ複数のタービンブレード3と複数のタービンノズル5とを備え、その周囲は高温ガス流の流路を規定するべくケーシングが囲んでいる。高温ガスは図中の左方より右方へ向かって流れる。タービンブレード3の外方への高温ガス流の漏れを防ぐため、タービンブレード3の外端と接触するように、それぞれシュラウド7が設けられている。タービンブレード3は高温ガス流に駆動されて軸の周りに回転し、タービンブレード3とシュラウド7とは互いに激しい摩擦を生ずる。
The repair method according to the present embodiment can be used for repairing the low-pressure turbine 1 of the gas turbine engine illustrated in FIG. 1 as an example. The low-pressure turbine 1 includes a plurality of
図2を参照するに、タービンブレード3は、翼9と、その内方の端に一体的に備えられたプラットフォーム11と、外方の端に一体的に備えられたチップシュラウド13とを備える。チップシュラウド13は、隣接するチップシュラウド13’と係合するためのVノッチ部15と、シュラウド7と協働して高温ガス流の漏れを防ぐためのチップシール17を備える。チップシール17が受ける摩擦による損傷は、本実施形態による修復を実施するのに好適である。また、Vノッチ部15は振動によって隣接するVノッチ部15’と激しく摩擦しあうので、Vノッチ部15も本実施形態による修復を実施するのに好適である。
Referring to FIG. 2, the
タービンブレード3は、その全体がチタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる。かかるチタニウム−アルミニウム金属間化合物は、好適には、30ないし35重量%のアルミニウムを含むものである。
The
図3と組み合わせて図4を参照するに、その原形状において、チップシール17はチップシュラウド13の他の部分よりも外方向に突出している。ある程度の使用の後のタービンブレード3Wでは、図5(a)に示すごとくチップシュラウド13Wのチップシール17Wは原形状よりも損耗している。原形状よりも後退したチップシール17Wの外方向の端が損傷部である。少なくともかかる損傷部を対象として機械加工を実施して、図5(b)に示すごとく、ろう付けに適した滑らかな面を有するタービンブレード基体3Mを得る。好ましくは、さらに表面の酸化物等を除く清浄化処理を実施する。
Referring to FIG. 4 in combination with FIG. 3, in its original shape, the
次いで、チップシール基体17Mの前記面にろう材21を置く。ろう材21としては、チタニウム−アルミニウム金属間化合物との接合に適し、かつ、ろう付け後に十分な強度と耐衝撃性が得られるものを選択する必要がある。好適なろう材21としては、20ないし30重量%のニッケルと10ないし20重量%の銅を含むチタニウム合金よりなるものである。
Next, the
ろう材21に、更に、図5(c)に示すように、補修のためのブロック23を置く。ブロック23は、タービンブレード3と実質的に同素材よりなることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 5C, a
適宜の治具などの加圧手段、ないしブロック23の自重によって、ろう材21およびブロック23を、機械加工されたタービンブレード基体3Mに対して押圧する。この状態で、この全体を真空炉25に導入する。真空炉25内を非酸化性雰囲気、好ましくは真空として、加熱する。真空度は特に限定されないが、10−1ないし10−3Pa程度を例示することができる。加熱する温度および時間は、十分な接合が得られるだけでなく、ろう材21がタービンブレード基体3Mおよびブロック23中に十分に拡散して消失するに十分であることが好ましい。一例として、加熱温度は、800℃ないし1200℃であって、加熱時間は数分ないし6時間である。
The
好ましくは炉冷した後、炉から取り出して、原形状を回復するべく機械加工することにより、図7に示す修復されたタービンブレード3Rが得られる。修復されたタービンブレード3Rにおいて、ろう材21はタービンブレード3Rに拡散して消失しており、元ブロックとタービンブレード基体であった部分同士は直接に結合している。
Preferably, after the furnace is cooled, it is removed from the furnace and machined to recover the original shape, thereby obtaining the repaired
本実施形態は、Vノッチ部の補修にも適用することができる。図8(a)を参照するに、使用後のタービンブレード3Wにおいて、Vノッチ部15Wの損傷部は、図中に二点鎖線で表す原形状よりも後退している。少なくともかかる損傷部を対象として機械加工を実施して、ろう付けに適した滑らかな面を得る。
The present embodiment can also be applied to repair of the V notch portion. Referring to FIG. 8A, in the
次いで、前記面にそれぞれろう材25を置く。ろう材25は、前述と同様にチタニウム−アルミニウム金属間化合物との拡散接合に適した素材であって、好ましくは20ないし30重量%のニッケルと10ないし20重量%の銅を含むチタニウム合金よりなるものである。
Next, a
ろう材25に、更にそれぞれ、図8(b)に示すように、補修のためのブロック27を置く。ブロック25は、タービンブレード3と実質的に同素材よりなることが好ましい。次いで、図6と同様にして、加圧された状態において、非酸化性雰囲気、好ましくは真空において、全体を加熱する。加熱する温度および時間は、十分な接合と拡散を促すべく、800℃ないし1200℃であって、数分ないし6時間である。好ましくは炉冷した後、取り出して、原形状を回復するべく機械加工することにより、図9に示す修復されたタービンブレード3Rが得られる。
Further, as shown in FIG. 8B, a
チップシールの補修とVノッチ部の補修は、独立に実施してもよいし、同時に実施してもよい。また他の部位の補修も、これらと独立または同時に実施できる。 The repair of the tip seal and the repair of the V notch may be performed independently or simultaneously. In addition, other parts can be repaired independently or simultaneously.
本実施形態は、加熱を部品全体に均一に施すことを可能にする。肉盛溶接のような局所的な加熱を要せず、部品に熱衝撃を与えないので、割れのごとき欠陥を生ぜしめることがない。また加熱の温度と時間とを自在に選択しうるので、修復された部位中の欠陥を極小化しうる。さらに本実施形態による修復されたタービン部品は、基体の部分と接合されたブロックの部分とが実質的に同素材よりなる。修復された部位は元の素材と同じ性質、特に同じ耐摩耗性を有する。これは、特に互いに摩擦しあうVノッチにおいて、自身が優先的に損耗したり、相手方部品の損耗を助長することを防止する。 This embodiment makes it possible to apply heating uniformly to the entire part. Since local heating like overlay welding is not required and thermal shock is not given to the parts, defects such as cracks do not occur. In addition, since the heating temperature and time can be freely selected, defects in the repaired portion can be minimized. Further, in the repaired turbine component according to the present embodiment, the base portion and the joined block portion are substantially made of the same material. The repaired part has the same properties as the original material, in particular the same wear resistance. This prevents the wearer from preferentially wearing or promoting the wear of the counterpart part, particularly at the V notches that rub against each other.
上述の説明において、タービンブレードの修復を例にとって説明したが、本実施形態がタービンノズルやその他の低圧タービン部品に適用できることは明らかである。また低圧タービン部品以外の種々の部品に適用することもできる。 In the above description, the repair of the turbine blade has been described as an example, but it is apparent that the present embodiment can be applied to a turbine nozzle and other low-pressure turbine components. It can also be applied to various parts other than low-pressure turbine parts.
好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。 Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. Based on the above disclosure, a person having ordinary skill in the art can implement the present invention by modifying or modifying the embodiment.
割れのごとき欠陥の発生を避け、さらに自身と相手方部品との双方の損傷を抑制しうるチタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなる低圧タービン部品の修復方法および修復された低圧タービン部品が提供される。 Provided are a method for repairing a low-pressure turbine component made of a titanium-aluminum intermetallic compound and a repaired low-pressure turbine component, which can avoid the occurrence of defects such as cracks and suppress damage to both itself and the counterpart component.
1 低圧タービン
3 タービンブレード
5 タービンノズル
7 シュラウド
9 翼
11 プラットフォーム
13 チップシュラウド
15 Vノッチ部
17 チップシール
21,25 ろう材
23,27 ブロック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記面に、ニッケルと銅とを含むチタニウム合金よりなるろう材を置き、
前記ろう材に、前記低圧タービン部品と実質的に同素材よりなるブロックを置き、
前記機械加工された低圧タービン部品を前記ろう材と前記ブロックと共に非酸化性雰囲気において加熱し、
原形状を回復するべく機械加工する、
ことよりなる、修復方法。 Machining a low-pressure turbine component made of a titanium-aluminum intermetallic compound and having a damaged portion to provide a surface suitable for brazing at least the damaged portion;
Place a brazing material made of a titanium alloy containing nickel and copper on the surface,
A block made of substantially the same material as the low-pressure turbine component is placed on the brazing material,
Heating the machined low pressure turbine component with the brazing material and the block in a non-oxidizing atmosphere;
Machining to restore the original shape,
This is a repair method.
チタニウム−アルミニウム金属間化合物よりなり、前記損傷部を有する低圧タービン部品よりろう付けに適する面を有するべく機械加工された基体と、
前記低圧タービン部品と実質的に同素材よりなり、ニッケルと銅とを含むチタニウム合金よりなるろう材を介して非酸化性雰囲気における加熱により前記基体と結合され、原形状を回復するべく機械加工されたブロックと、
を備えた修復された低圧タービン部品。 A low pressure turbine part repaired from a low pressure turbine part having a damaged portion,
A substrate made of a titanium-aluminum intermetallic compound and machined to have a surface more suitable for brazing than the low-pressure turbine component having the damaged portion;
It is made of substantially the same material as the low-pressure turbine component, and is bonded to the base body by heating in a non-oxidizing atmosphere through a brazing material made of a titanium alloy containing nickel and copper, and machined to restore the original shape. Block and
Refurbished low pressure turbine parts equipped with.
前記チタニウム−アルミニウム金属間化合物は、30ないし35重量%のアルミニウムを含むことを特徴とする修復された低圧タービン部品。 The repaired low pressure turbine component according to claim 7,
A repaired low pressure turbine component, wherein the titanium-aluminum intermetallic compound comprises 30 to 35 wt% aluminum.
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Effective date: 20130108 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |