JP5535495B2

JP5535495B2 - 積層耐熱合金板の製造方法

Info

Publication number: JP5535495B2
Application number: JP2009042244A
Authority: JP
Inventors: 仁志森本; 敏生藤井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP2010194578A

Description

本発明は、積層耐熱合金板の製造方法に関する。

ガスタービン、ジェットエンジン等の燃焼器には、積層耐熱合金板からなる冷却構造が配されている。この積層耐熱合金板は、例えば、細溝と冷却孔とが配された細溝板の溝側の面と、冷却孔のみが設けられた上板とがニッケルろう付された構造となっている（例えば、特許文献１参照。）。

このような積層耐熱合金板は、耐熱合金からなる細溝板及び上板がろう部材を介して接合されて製造される。この際に使用されるろう部材は、ろう粉末に結合剤としてアクリル樹脂を混合し、シート状に固められて形成されている。

特公平６−６７５５１号公報

しかしながら、上記従来の積層耐熱合金板の製造方法では、ろう部材が細溝板の表面全体を覆っているので、細溝を下方に向けてろう付けしても、溶けたろうが細溝内にまわり込んで細溝が埋められてしまう場合がある。また、ろうが流れて厚さが不均一になりやすく、細溝表面にろう材成分であるボロンの拡散による脆い箇所が形成されてしまう場合もある。これらの場合には、細溝に付着したろうや、細溝表面の脆くなってしまった箇所を取り除くなどの追加工を行う必要が生じて加工時間及びコストが増大する問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、加工時間の短縮及び加工時の歩留まりを向上することができる積層耐熱合金板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る積層耐熱合金板の製造方法は、複数の細溝が表面に配された耐熱合金からなる細溝板の前記表面に、シート状に形成されたろう部材を載置して、前記細溝の位置及び大きさに合わせて前記ろう部材に貫通孔を設け、前記細溝の位置に対応する部分のろうを取り除く孔形成工程と、前記細溝板の前記細溝と前記貫通孔との位置が合致している前記ろう部材に耐熱合金からなる上板を積層する積層工程と、前記積層工程で積層された前記細溝板と前記上板とをろう付けするろう付け工程と、を備えていることを特徴とする。

この発明は、細溝の位置及び大きさに合致したろう部材の貫通孔が得られるので、細溝板と上板との接合面のみにろう部材を挟むことができ、ろう部材の量を必要最小限に抑えることができる。また、ろう部材の溶融時に細溝内への回り込みを好適に抑えることができる。このため、細溝内に埋まったろうを取り除く手間を省き、また、細溝表面が脆くなってしまうことを防止することができる。

また、本発明に係る積層耐熱合金板の製造方法は、前記積層耐熱合金板の製造方法であって、前記細溝板に前記ろう部材を載置した状態で、前記ろう部材の一部を切り取って前記貫通孔を設けることを特徴とする。

この発明は、細溝板の実際の細溝形状に合致した貫通孔をろう部材に設けることができ、ろう部材の量を好適に抑えることができる。

また、本発明に係る積層耐熱合金板の製造方法は、複数の細溝が表面に配された耐熱合金からなる細溝板の前記細溝の位置及び大きさに対応した凸部が設けられた押圧型を用いて、シート状に形成されたろう部材に貫通孔を設け、前記細溝の位置に対応する部分のろうを取り除く孔形成工程と、前記細溝板の前記細溝と前記貫通孔との位置が合致している前記ろう部材に耐熱合金からなる上板を積層する積層工程と、前記積層工程で積層された前記細溝板と前記上板とをろう付けするろう付け工程と、を備えていることを特徴とする。

この発明においても、細溝の位置及び大きさに合致したろう部材の貫通孔が得られるので、細溝板と上板との接合面のみにろう部材を挟むことができ、ろう部材の量を必要最小限に抑えることができる。また、ろう部材の溶融時に細溝内への回り込みを好適に抑えることができる。このため、細溝内に埋まったろうを取り除く手間を省き、また、ろう材成分であるボロンが細溝底部で拡散し細溝表面が脆くなってしまうことを防止することができる。

また、本発明に係る積層耐熱合金板の製造方法は、前記積層耐熱合金板の製造方法であって、粉状のろう及び樹脂が混合されて前記ろう部材がシート状に形成されていることを特徴とする。この発明は、細溝板及び細溝の大きさ及び位置に応じてろう部材を容易かつ正確に形成することができる。

本発明によれば、加工時間の短縮及び加工時の歩留まりを向上することができる。

本発明の第１の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法により製造される積層耐熱合金板を示す一部破断概要図である。本発明の第１の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法により製造される積層耐熱合金板を示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法により製造される積層耐熱合金板が使用されるガスタービンを示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法を示すフロー図である。本発明の第１の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法の孔形成工程における細溝板を示す（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。本発明の第１の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法における細溝板にろう部材を載置した状態を示す（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。本発明の第１の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法におけるろう部材に貫通孔を形成する状態を示す（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。本発明の第１の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法におけるろう部材に貫通孔を形成した状態を示す（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本発明の第１の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法における積層工程について示す説明図である。本発明の第１の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法における積層工程について示す説明図である。本発明の第２の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法を示すフロー図である。本発明の第２の実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法におけるろう部材に貫通孔を形成する状態を示す説明図である。

（第１実施形態）
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図１０を参照して説明する。
本実施形態に係る積層耐熱合金板の製造方法によって製造される積層耐熱合金板１は、図１及び図２に示すように、複数の細溝２Ａと第一冷却孔２Ｂとが配された細溝板２と、第二冷却孔３Ａが配され、細溝板２の細溝２Ａ側の面とニッケルろう付けされた上板３と、を備えている。

細溝板２は、板厚が５．０〜１０．０ｍｍ程度とされている。細溝板２の表面には細溝２Ａが略平行に複数配されており、この表面が冷却フィンとして機能している。第一冷却孔２Ｂと第二冷却孔３Ａとは、上板３と細溝板２とがろう付けされた際に互いに偏心するようにそれぞれ配されている。細溝板２及び上板３は、トミロイ（登録商標）、ハステロイ（登録商標）といったニッケル基の耐熱合金で構成されている。

この積層耐熱合金板１は、例えば、図３に示す産業用ガスタービン５が具備する燃焼器６の内筒６Ａ、外筒６Ｂ、尾筒６Ｃ等、高温の流体に曝されての冷却が必要な箇所に使用される部材に適用される。
なお、図１及び図２に示す積層耐熱合金板１の形状は一例であり、本発明の積層耐熱合金板の製造方法は、少なくとも細溝を有する細溝板と上板とをろう付けにより接合したものならば同様に適用でき、その用途に応じて様々な形状の積層合金板に適用することができる。

次に、本実施形態に係る積層耐熱合金板１の製造方法について説明する。
この製造方法は、図４に示すように、孔形成工程（Ｓ１１）と、積層工程（Ｓ０２）と、細溝板２と上板３とをろう付けするろう付け工程（Ｓ０３）と、を備えている。

ろう部材８は、例えば、ＪＩＳ規格Ｚ３２６５によるニツケルろうＢＮｉ−２等の粉末に、結合剤としてアクリル樹脂を重量比で概ね１０：１で混合しシート状に固めたものである。細溝板２及び上板３の接合面は、溶けたろうが均一に配されるように所定の表面粗さに調節されている。

孔形成工程（Ｓ１１）では、図５に示すように、表面に細溝２Ａが配された細溝板２に、図６に示すように、シート状のろう部材８を載置する。そして、図７に示すように、細溝板２にろう部材８を載置した状態で、細溝板２の細溝２Ａの位置及び大きさに合わせてろう部材８の一部を細溝２Ａの壁をガイドとしてカッターＸ等により切り取り、図８に示すように貫通孔８Ａを設ける。

積層工程（Ｓ０２）では、図９及び図１０に示すように、上側押圧部Ｐ１及び下側押圧部Ｐ２が配された真空チャンバＣ内にて、略水平に載置された上板３の上面に、ろう部材８を敷き、さらにその上に細溝２Ａ側を下側にした状態で細溝板２を積層する。この際、細溝板２の細溝２Ａとろう部材８の貫通孔８とが合致するように細溝板２を積層する。このとき、上板３、ろう部材８及び細溝板２を組み合わせたものをさらに複数層積層してもよい。ここで、下側押圧部Ｐ２と上板３、細溝板２と上板３、及び細溝板２と上側押圧部Ｐ１とが直接接触しないように、シート部材９を挿入しながら積層する。

ろう付け工程（Ｓ０３）では、上側押圧部Ｐ１及び下側押圧部Ｐ２により、細溝板２及び上板３に対して０．０１〜０．４ＭＰａの均一な負荷荷重を所定の負荷面積の小ブロックに分割して加える。次に、真空チャンバＣ内を不活性雰囲気または真空とし、１０００〜１２００℃の温度で所定時間加熱する。この際、ろう部材８が溶融して細溝板２と上板３とが接合面にてろう付けされる。加熱処理後、真空チャンバＣからろう付けされた積層耐熱合金板１及びシート部材９を取り出す。なお、ろう部材８の結合剤としてのアクリル樹脂は、真空チャンバＣ内温度が上昇するのに伴い、ガス化され、当該ガスは真空化に伴って真空チャンバＣ外に排出される。また、アクリル樹脂は、ジシクロベンテニルアクリレートで代表されるように、Ｃ_１３Ｈ_１６Ｏ_２で構成されてＮを含まないので、有害ガスをも発生しない利点がある。

この積層耐熱合金板１の製造方法によれば、ろう部材８の貫通孔８Ａが細溝２Ａの位置及び大きさに合っているので、積層工程（Ｓ０２）において、細溝板２と上板３との接合面のみにろう部材８を挟むことができ、ろう部材８の量を必要最小限に抑えることができる。また、ろう部材８の溶融時に細溝２Ａ内への回り込みを好適に抑えることができる。したがって、細溝２Ａの穴詰まりに対する処置等の必要がなく、加工時間の短縮及び加工時の歩留まりを向上することができる。

特に、孔形成工程（Ｓ１１）において、細溝板２にろう部材８を載置した状態で、ろう部材８の一部を切り取って貫通孔８Ａを設けるので、細溝板２の実際の細溝２Ａの形状に合致した貫通孔８Ａをろう部材８に設けることができ、ろう部材８の量をより好適に抑えることができる。このため、細溝２Ａ内に埋まったろうを取り除く手間を省き、また、細溝２Ａの表面が脆くなってしまうことを防止することができる。

また、ろう部材８が、シート状に形成されるので、細溝板２及び細溝２Ａの大きさ及び位置に応じてろう部材８を容易かつ正確に形成することができるとともに、ろうの厚さを均一にして安定したろう付けを行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図１１及び図１２を用いて説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態では、孔形成工程（Ｓ２１）において、細溝板２の細溝２Ａの位置及び大きさに対応した凸部１０Ａが設けられた押圧型１０を用いて、ろう部材８に貫通孔８Ａを設けるとした点である。

孔形成工程（Ｓ２１）では、押圧型１０の凸部１０Ａをろう部材８に押圧して貫通孔８Ａをろう部材８に形成する。こうして、第１の実施形態と同様の積層工程（Ｓ０２）及びろう付け工程（Ｓ０３）を経て、積層耐熱合金板が製造される。

この積層耐熱合金板の製造方法によれば、孔形成工程（Ｓ２１）において、ろう部材８の貫通孔８Ａを細溝２Ａの位置及び大きさに合わせて形成するので、積層工程（Ｓ０２）において、第１の実施形態と同様に細溝板２と上板３との接合面のみにろう部材８を挟むことができ、ろう部材８の量を必要最小限に抑えることができる。このため、細溝２Ａ内に埋まったろうを取り除く手間を省き、また、細溝２Ａの表面が脆くなってしまうことを防止することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記第１の実施形態では、ろう部材の一部をカッターで切り取って貫通孔を設けるとしているが、これに限らず、細溝板上で貫通孔を型抜きして形成してもよい。また、ろう部材が樹脂を含んで形成されているものとしているが、これに限らず、シート状のものであれば樹脂を含まなくても構わない。

１積層耐熱合金板
２細溝板
２Ａ細溝
３上板
８ろう部材
８Ａ貫通孔
１０押圧型
１０Ａ凸部

Claims

複数の細溝が表面に配された耐熱合金からなる細溝板の前記表面に、シート状に形成されたろう部材を載置して、前記細溝の位置及び大きさに合わせて前記ろう部材に貫通孔を設け、前記細溝の位置に対応する部分のろうを取り除く孔形成工程と、
前記細溝板の前記細溝と前記貫通孔との位置が合致している前記ろう部材に耐熱合金からなる上板を積層する積層工程と、
前記積層工程で積層された前記細溝板と前記上板とをろう付けするろう付け工程と、
を備えていることを特徴とする積層耐熱合金板の製造方法。
前記細溝板に前記ろう部材を載置した状態で、前記ろう部材の一部を切り取って前記貫通孔を設けることを特徴とする請求項１に記載の積層耐熱合金板の製造方法。
複数の細溝が表面に配された耐熱合金からなる細溝板の前記細溝の位置及び大きさに対応した凸部が設けられた押圧型を用いて、シート状に形成されたろう部材に貫通孔を設け、前記細溝の位置に対応する部分のろうを取り除く孔形成工程と、
前記細溝板の前記細溝と前記貫通孔との位置が合致している前記ろう部材に耐熱合金からなる上板を積層する積層工程と、
前記積層工程で積層された前記細溝板と前記上板とをろう付けするろう付け工程と、
を備えていることを特徴とする積層耐熱合金板の製造方法。
粉状のろう及び樹脂が混合されて前記ろう部材がシート状に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の積層耐熱合金板の製造方法。