JP7822693B2

JP7822693B2 - 超合金部品および処理方法

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Publication number: JP7822693B2
Application number: JP2020207933A
Authority: JP
Inventors: ヤン・ツイ; マイケル・ダグラス・アーネット; マシュー・ジョセフ・レイロック; ブライアン・リー・トリソン; ジェフリー・マイケル・ブレズナック
Original assignee: Ge Vernova Technology GmbH
Current assignee: Ge Vernova Technology GmbH
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2026-03-03
Anticipated expiration: 2040-12-15
Also published as: US11559847B2; JP2021109240A; CN113090336A; EP3848142A1; EP3848142B1; US20210205910A1

Description

本開示は、一般に、工業用機械部品の修理または製造に関し、より具体的には、外面に円形の断面開口部を有する超合金部品に関する。

ニッケル基超合金および特定のアルミニウム－チタン合金などの難溶接（ＨＴＷ）合金は、そのガンマプライムおよび様々な幾何学的制約のために、ガンマプライム相が約３０％を超える体積分率で存在する場合に接合が困難であり、これは、アルミニウムまたはチタンの含有量が約３％を超えると発生する可能性がある。本明細書で使用する場合、「ＨＴＷ合金」は、溶離、高温、およびひずみ時効割れを示す合金であり、したがって溶接することが実際的ではない。

非溶接（ＮＷ）合金は、典型的には、工業的環境および工業規模で実際に溶接することができない析出硬化性または固溶強化合金であり、極端に厳しい条件下でのみ溶接可能であり、したがって、溶接可能でないと一般に考えられる。本明細書で使用する場合、「ＮＷ合金」は、約４．５以上のチタン－アルミニウム当量（または重量で、組成の合計パーセンテージ）を有する合金を指す。ＮＷ合金は、一次硬化機構が析出のプロセスを経るニッケル基合金、固溶強化されたコバルト合金、ならびに溶接直前および溶接中に少なくとも摂氏約１，０００度（℃）の加熱を必要とする合金を含んでもよい。

これらのＨＴＷおよびＮＷ合金は、翼形部、ブレード（バケット）、ノズル（ベーン）、シュラウド、燃焼部品、トランジションピース、および他の高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素など、ガスタービンエンジンの構成要素に組み込まれることがある。ＨＴＷおよびＮＷ合金の組み込みは、しばしばその優れた動作性質により、特に最も極端な条件および応力を受ける特定の構成要素については、望ましい場合がある。しかし、ＨＴＷおよびＮＷ合金に固有の溶接性が低いため、これらの合金を組み込んだ構成要素の保守および修理が複雑になる。

翼形部、ブレード（バケット）、ノズル（ベーン）、シュラウド、燃焼部品、トランジションピース、および他の高温ガス経路構成要素などの工業用機械部品は、流体流路を提供する数百または数千の冷却穴を有し得る。タービンブレードおよびノズルなどのターボ機械におけるＨＧＰ構成要素は、極端な応力および環境に曝される。場合によっては、機械部品に冷却穴が多すぎるか、冷却穴が間違った場所にあるか、または冷却穴が大きすぎる場合がある。これらの機械部品は、不適切に機械加工された穴を排除するために保守される必要がある。しかし、ターボ機械技術の進歩は、高ガンマプライム超合金のような超合金など、従来の技法を使用して修理することができないより高度な材料の使用につながっている。

構成要素における不適切に機械加工された穴の修理には、典型的には、穴に合うように適切な直径のプラグを位置決めすることを伴う。このプロセスには、多くの課題がある。まず、プラグは、不適切に機械加工された穴の直径と一致している必要がある。したがって、プラグは、不適切に機械加工された穴の直径を測定した後、穴のサイズと一致するように機械加工する必要がある。さらに、適切なろう付けを確実にするために、構成要素とプラグとの間に隙間がなければならない。加えて、プラグを縦に挿入すると、プラグが抜ける場合がある。あるいは、プラグを水平に挿入すると、プラグと構成要素との間に隙間がなくなる。１回のろう付けサイクルで不適切に機械加工された穴を修正することができるという保証は、存在しない。プラグはろう付けプロセス中に移動することがあり、ボイド、ろう付け不足、オーバーフローなどのために再加工が必要になる場合がある。この状況では、許容できないほど長い修理サイクルが発生してしまう。

本開示の第１の態様は、構成要素の内面によって画定された空洞内に、内側ろう付け要素が結合されたプラグを位置決めすることを含む方法を提供する。空洞は、構成要素の外面に円形断面を有する。プラグは、円形断面を完全に満たし、内側ろう付け要素は、空洞内にある。方法は、外面においてプラグの周りに少なくとも部分的にろう付けペーストを位置決めすることを含む。方法は、内側ろう付け要素がプラグ上にあるように構成要素を位置決めすることを含む。構成要素は、熱サイクルに供されてプラグの周りの内側ろう付け要素を溶融し、プラグおよび構成要素の内面との冶金学的結合を形成することによって空洞を完全に密閉する。

本開示の第２の態様は、第１の材料を含む本体を含む構成要素を提供し、本体は、外面を含む。構成要素は、外面上の円形断面を完全に覆う、外面上の第２の材料を含む。構成要素は、本体内の空洞を画定する内面上で第１の材料および第２の材料と結合されたろう付け材料を含む。

本開示の第３の態様は、超合金構成要素の内面によって画定された空洞内に、予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）が結合されたプラグを位置決めすることを含む方法を提供する。空洞は、超合金構成要素の外面に円形断面を有する。プラグは、円形断面を完全に満たし、ＰＳＰは、空洞内にある。方法は、超合金構成要素の外面においてプラグの周りに少なくとも部分的にろう付けペーストを位置決めすることを含む。方法は、ＰＳＰがプラグ上にあるように超合金構成要素を位置決めすることを含む。超合金構成要素は、熱サイクルに供されてプラグの周りのＰＳＰを溶融し、プラグおよび超合金構成要素の内面との冶金学的結合を形成することによって空洞を完全に密閉する。

本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または検討されていない他の問題を解決するように設計されている。

本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を図示する添付の図面と併せて、本開示の様々な態様に関する以下の詳細な説明から、さらに容易に理解されるであろう。

ターボ機械の形態の例示的な工業用機械の断面図である。図１のターボ機械の拡大断面積を示す図である。タービンブレードの形態の例示的な工業用部品の斜視図である。タービンノズルの形態の例示的な工業用部品の斜視図である。ターボ機械の構成要素の断面図である。内側ろう付け要素が取り付けられた様々なプラグの側面図である。内側ろう付け要素が取り付けられた様々なプラグの側面図である。内側ろう付け要素が取り付けられた様々なプラグの側面図である。内側ろう付け要素が取り付けられた様々なプラグの側面図である。内側ろう付け要素が取り付けられた様々なプラグの側面図である。内側ろう付け要素が取り付けられた様々なプラグの側面図である。空洞を有するターボ機械の構成要素上に、内側ろう付け要素が取り付けられたプラグを位置決めすることを示す断面図である。空洞を有するターボ機械の構成要素上でプラグの周りにろう付けペーストを位置決めすることを示す断面図である。内側ろう付け要素がプラグ上にあるように構成要素を位置決めすることを示す断面図である。熱サイクルを実施して内側ろう付け要素を溶融した後の構成要素の断面図である。仕上げ作業後の構成要素の断面図である。

本開示の図面は、原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを図示することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面では、類似する符号は、図面間で類似する要素を表す。

最初の問題として、現在の開示を明確に説明するために、ガスタービン内の関連する機械構成要素を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になる。これを行う場合、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。

図１は、例示的な工業用機械の概略図を示し、その一部は、本開示の教示に従って修理することができる。この例では、機械は、燃焼システムまたはガスタービンシステムの形態のターボ機械１００を含む。ターボ機械１００は、圧縮機１０２と、燃焼器１０４とを含む。燃焼器１０４は、燃焼領域１０６と、燃料ノズルアセンブリ１０８とを含む。ターボ機械１００はまた、タービン１１０と、共通の圧縮機／タービンシャフト１１２（ロータ１１２と呼ばれることもある）とを含む。本開示は、１つの特定の工業用機械に限定されず、また特定の燃焼タービンシステムにも限定されず、多種多様な他の工業用機械に関連して適用され得る。さらに、本開示は、特定のターボ機械に限定されず、例えば、蒸気タービン、ジェットエンジン、圧縮機、ターボファンなどに適用可能とすることができる。

動作中、空気は圧縮機１０２を通って流れ、圧縮空気が燃焼器１０４に供給される。具体的には、圧縮空気は、燃焼器１０４に一体化された燃料ノズルアセンブリ１０８に供給される。燃料ノズルアセンブリ１０８は、燃焼領域１０６と流れ連通している。燃料ノズルアセンブリ１０８はまた、燃料源（図１には示していない）と流体連通しており、燃料および空気を燃焼領域１０６に導く。燃焼器１０４は、燃料を点火して燃焼させる。燃焼器１０４は、ガス流熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換されるタービンアセンブリ１１０と流れ連通している。タービンアセンブリ１１０は、ロータ１１２に回転可能に結合し、ロータ１１２を駆動するタービン１１１を含む。圧縮機１０２はまた、ロータ１１２に回転可能に結合される。例示的な実施形態では、複数の燃焼器１０４および燃料ノズルアセンブリ１０８が存在する。

図２は、図１のガスタービンシステムと共に使用され得るターボ機械１００（図１）の例示的なタービンアセンブリ１１０の拡大断面図を示す。タービンアセンブリ１１０のタービン１１１は、ターボ機械１００の静止ケーシング１２２に結合され、回転ブレード１２４の列に軸方向に隣接するノズルまたはベーン１２０の列を含む。ノズルまたはベーン１２６は、半径方向外側プラットフォーム１２８および半径方向内側プラットフォーム１３０によってタービンアセンブリ１１０に保持され得る。タービンアセンブリ１１０におけるブレード１２４の列は、ロータ１１２に結合され、ロータと共に回転する回転ブレード１３２を含む。回転ブレード１３２は、ロータ１１２に結合された半径方向内側プラットフォーム１３４（ブレードの根元にある）と、半径方向外側先端シュラウド１３６（ブレードの先端にある）とを含むことができる。本明細書で使用する場合、「ブレード」または「高温ガス経路構成要素」という用語は、別途記載のない限り、静止ベーンまたはブレード１２６および回転ブレード１３２を集合的に指すものとする。

図３および図４は、本開示の教示を採用することができるターボ機械の例示的な高温ガス経路構成要素の斜視図を示す。図３は、本開示の実施形態を採用することができるタイプのタービンロータブレード１３２の斜視図を示す。タービンロータブレード１３２は、ロータブレード１３２がロータ１１２（図２）に取り付けられる根元１４０を含む。根元１４０は、ロータ１１２（図２）のロータホイール１４４（図２）の周囲の対応するダブテールスロットに装着するように構成されたダブテール１４２を含むことができる。根元１４０は、ダブテール１４２と、翼形部１５０と根元１４０の接合部に配置され、タービンアセンブリ１１０を通る流路の内方境界の一部を画定するプラットフォーム１４８との間に延びるシャンク１４６をさらに含むことができる。翼形部１５０は、作動流体の流れを遮断してロータホイール１４４（図２）を回転させるロータブレード１３２の能動構成要素であることが理解されよう。ロータブレード１３２の翼形部１５０は、対向する前縁１５６と後縁１５８との間にそれぞれ軸方向に延びる、凹状正圧側（ＰＳ）外側壁１５２と、円周方向または横方向に対向する凸状負圧側（ＳＳ）外側壁１５４とを含むことがわかる。側壁１５２および１５４もまた、プラットフォーム１４８から外方先端１６０に半径方向に延びる。

図４は、本開示の実施形態を採用することができるタイプの静止ベーン１７０の斜視図を示す。静止ベーン１７０は、静止ベーン１７０をターボ機械１００の静止ケーシング１２２（図２）に取り付けるための外側プラットフォーム１７２を含む。外側プラットフォーム１７２は、ケーシング内の対応するマウントに装着するための、任意の現在知られているまたは後に開発されるマウント構成を含むことができる。静止ベーン１７０は、隣接するタービンロータブレード１３２（図３）のプラットフォーム１４８（図３）の間に位置決めするための内側プラットフォーム１７４をさらに含むことができる。プラットフォーム１７２、１７４は、タービンアセンブリ１１０（図２）を通る流路の外方境界および内方境界のそれぞれの部分を画定する。翼形部１７６は、作動流体の流れを遮断してタービンロータブレード１３２（図３）に向けて誘導する静止ベーン１７０の能動構成要素であることが理解されよう。静止ベーン１７０の翼形部１７６は、対向する前縁１８２と後縁１８４との間にそれぞれ軸方向に延びる、凹状正圧側（ＰＳ）外側壁１７８と、円周方向または横方向に対向する凸状負圧側（ＳＳ）外側壁１８０とを含むことがわかる。側壁１７８および１８０もまた、プラットフォーム１７２からプラットフォーム１７４に半径方向に延びる。本明細書に記載の本開示の実施形態は、タービンロータブレード１３２および／または静止ベーン１７０などの任意の形態の工業用機械部品に適用することができる。限定はしないが、内部冷却構造、切欠き部形状、外壁角度／形状などの本明細書に記載されていないブレード１３２またはベーン１７０の他の特徴は、特定の用途、すなわち、ロータブレードまたはベーンに合わせてカスタマイズされてもよいことが理解されよう。

図３および図４は、静止ベーン１７０またはタービンロータブレード１３２の外面で終端する冷却穴または空洞２０４を円形断面で示す。説明の目的で、空洞２０４は、例えば間違った場所または間違ったサイズに不適切に機械加工されていると見なされるため、満たす必要がある。

図１～図４に示す構成要素は、超合金材料のものであり得る。超合金は多種多様な優れた物理的特性を提供するが、溶接などの従来の修理技法には適していない。より具体的には、これらの超合金材料では、溶接によって部品と同じ価値のある超合金性質を有する構造が得られないため、従来の溶接では不十分である。さらに、溶接は、追加の損傷、例えば、ひび割れにつながる可能性がある。

本開示の実施形態は、上記の欠陥を克服するろう付けプロセスを提供する。方法は、満たす必要のある空洞を有する構成要素から始まる。空洞は、構成要素の外面に円形断面を有する。方法は、内側ろう付け要素が取り付けられたプラグを位置決めすることを含む。プラグは、外面における円形断面を完全に覆う構成要素の空洞上に位置決めされる。内側ろう付け要素は、空洞内にある。ろう付けペーストが、外面においてプラグの周りに適用される。構成要素は、内側ろう付け要素がプラグ上にあるように位置決めされ、構成要素は、熱サイクルに供されてプラグの周りの内側ろう付け要素を溶融し、プラグおよび構成要素の内面との冶金学的結合を形成することによって空洞を完全に密閉する。ろう付けペーストは、熱サイクル中にプラグおよび外面との冶金学的結合を形成する。より詳細な説明を、以下に示す。

図５は、ターボ機械の構成要素４０の断面を示す。構成要素４０は、外部面４２と、空洞４６を画定する内側面４４とを含む。構成要素４０は、例えば、満たす必要のある空洞を有するタービンブレード、タービンシュラウド、ノズル、または燃焼部品であり得る。空洞４６は、例えば、冷却通路であってもよい。構成要素４０は、超合金材料で作製することができる。

本明細書で使用する場合、「超合金」は、従来の合金と比較して、限定はしないが、高い機械的強度、高い熱クリープ変形抵抗、高い耐食性または耐酸化性、および良好な表面安定性などの多数の優れた物理的特性を有する合金を指す。超合金の例には、限定はしないが、Ｒｅｎｅ１０８のようなＲｅｎｅ合金、ＣＭ２４７、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ、Ｗａｓｐａｌｏｙ、Ｈａｙｎｅｓ合金、Ｉｎｃｏｎｅｌ、Ｉｎｃｏｌｏｙ、ＭＰ９８Ｔ、ＴＭＳ合金、ＣＭＳＸ単結晶合金が挙げられる。一実施形態では、本開示の教示が特に有利であり得る超合金は、高いガンマプライム（γ’）値を有する超合金である。「ガンマプライム」（γ’）は、ニッケル基合金の主要な強化相である。高ガンマプライム超合金の例には、限定はしないが、Ｒｅｎｅ１０８、Ｎ５、ＧＴＤ４４４、ＭａｒＭ２４７、およびＩＮ７３８が挙げられる。

図６～図１１は、内側ろう付け要素５２が取り付けられたプラグ５０の様々な構成を示す。内側ろう付け要素５２は、プラグ５０に仮付け溶接するか、または他の方法でプラグ５０に取り付けることができる。プラグ５０は、図６、図８、および図９に示すように、球体であり得る。図７、図１０、および図１１は、側面が先細になっているシリンダとしてのプラグ５０を示す。プラグ５０は、上述のように超合金であり得る。プラグ５０は、修理される構成要素４０（図５）と同じ材料であり得る。あるいは、プラグ５０は、修理される構成要素４０（図５）とは異なる材料であってもよい。

実施形態では、内側ろう付け要素５２は、ろう付けボール（図６および図７）、ろう付けシリンダもしくはろう付けシートもしくはろう付けプレート（図８および図１０）、またはろう付けペースト（図９および図１１）であり得る。内側ろう付け要素５２は、プラグ５０に取り付けられ、空洞４６に挿入され得る任意の形状であってもよい。

内側ろう付け要素５２は、ニッケル基フィラー金属などのろう付け材料を含み得る。そのようなろう付け材料の例には、ＢＮｉ－２、ＢＮｉ－５、ＢＮｉ－９、ＤＦ４Ｂ、Ｄ１５、または高融点／低融点混合物、例えば、５０／５０比のＭａｒＭ２４７／Ｄ１５が挙げられる。

実施形態では、内側ろう付け要素５２は、予備焼結プリフォーム（ＰＳＰ）であり得る。ＰＳＰは、限定はしないが、第１の融点を有する第１の材料と第２の融点を有する第２の材料の混合物であり得、第１の融点は、第２の融点よりも低い。混合物は、所望の性質を提供するための任意の適切な比率である。混合物に適した比率は、限定はしないが、約４０％～約９５％の第１の材料、約５０％～約８０％の第１の材料、約５％～約６０％の第２の材料、約２０％～約５０％の第２の材料、約５０％の第１の材料、約５０％の第２の材料、約２０％の第２の材料、約８０％の第１の材料、またはその中の任意の適切な組み合わせ、サブ組み合わせ、範囲、またはサブ範囲を含んでもよい。

一実施形態では、第１の材料は、高融点材料と見なされ、第１の融点は、約１３００℃を超える。一実施形態では、第２の材料は、低融点材料と見なされ、第２の融点は、例えば、約８７０℃～約１２６０℃である。

ＰＳＰに適した高融点材料は、重量で、約１３．７％～約１４．３％のクロム（Ｃｒ）、約９％～約１０％のコバルト（Ｃｏ）、約２．８％～約３．２％のアルミニウム（Ａｌ）、約４．７％～約５．１％のチタン（Ｔｉ）、約３．５％～約４．１％のタングステン（Ｗ）、約１．４％～約１．７％のモリブデン（Ｍｏ）、約２．４％～約３．１％のタンタル（Ｔａ）、最大約０．１２％の炭素（Ｃ）（例えば、約０．０８％～約０．１２％）、最大約０．０４％のジルコニウム（Ｚｒ）、最大約０．０２％のホウ素（Ｂ）（例えば、約０．００５％～約０．０２０％）、最大約０．３５％の鉄（Ｆｅ）、最大約０．３％のＳｉ、最大約０．１％のマンガン（Ｍｎ）、最大約０．１％の銅（Ｃｕ）、最大約０．０１５％のリン（Ｐ）、最大約０．００５％の硫黄（Ｓ）、最大約０．１５％のニオブ（Ｎｂ）、および残部のニッケルの組成を有する。

ＰＳＰに適した別の高融点材料は、重量で、約８．０％～約８．７％のＣｒ、約９％～約１０％のＣｏ、約５．２５％～約５．７５％のＡｌ、最大約０．９％のＴｉ（例えば、約０．６％～約０．９％）、約９．３％～約９．７％のＷ、最大約０．６％のＭｏ（例えば、約０．４％～約０．６％）、約２．８％～約３．３％のＴａ、約１．３％～約１．７％のハフニウム（Ｈｆ）、最大約０．１％のＣ（例えば、約０．０７％～約０．１％）、最大約０．０２％のＺｒ（例えば、約０．００５％～約０．０２％）、最大約０．０２％のＢ（例えば、約０．０１％～約０．０２％）、最大約０．２％のＦｅ、最大約０．０６％のケイ素（Ｓｉ）、最大約０．１％のＭｎ、最大約０．１％のＣｕ、最大約０．０１％のＰ、最大約０．００４％のＳ、最大約０．１％のＮｂ、および残部のニッケルの組成を有する。

ＰＳＰに適した別の高融点材料は、重量で、約１３．７％～約１４．３％のＣｒ、約９％～約１０％のＣｏ、約２．８％～約３．２％のＡｌ、約４．８％～約５．２％のＴｉ、約３．７％～約４．３％のＷ、約３．７％～約４．３％のＭｏ、最大約０．１％のレニウム（Ｒｅ）（ＲｅおよびＷは約４．３％未満）、最大約０．１％のＴａ、最大約０．１％のＨｆ、最大約０．１９％のＣ（例えば、約０．１５％～約０．１９％）、最大約０．１５％のＰｄ、最大約０．３％のＰｔ、最大約０．０１％のＭｇ、最大約０．１％のＺｒ（例えば、約０．０２％～約０．１％）、最大約０．０２％のＢ（例えば、約０．０１％～約０．０２％）、最大約０．３５％のＦｅ、最大約０．１％のＳｉ、最大約０．１％のＭｎ、最大約０．０１５％のＰ、最大約０．００７５％のＳ、最大約０．１％のＮｂ、および残部のニッケルの組成を有する。

ＰＳＰに適した別の高融点材料は、重量で、約６．６％～約７％のＣｒ、約１１．４５％～約１２．０５％のＣｏ、約５．９４％～約６．３％のＡｌ、最大約０．０２％のＴｉ、約４．７％～約５．１％のＷ、約１．３％～約１．７％のＭｏ、約２．６％～約３％のＲｅ、約６．２％～約６．５％のＴａ、約１．３％～約１．７％のＨｆ、最大約０．１４％のＣ（例えば、約０．１％～約０．１４％）、最大約０．３％のプラチナ（Ｐｔ）、最大約０．００３５％のマグネシウム（Ｍｇ）、最大約０．０３％のＺｒ、最大約０．０２％のＢ（例えば、約０．０１％～約０．０２％）、最大約０．２％のＦｅ、最大約０．０６％のＳｉ、最大約０．１％のＭｎ、最大約０．０１％のＰ、最大約０．００４％のＳ、最大約０．１％のＮｂ、および残部のニッケルの組成を有する。

ＰＳＰに適した別の高融点材料は、重量で、約１６．５％～約１８．５％のＣｒ、約２７％～約３０％のＭｏ、約１．５％のＮｉ、最大約０．０８％のＣ、約１．５％のＦｅ、約３％～約３．８％のＳｉ、最大約０．０３％のＰ、最大約０．０３％のＳ、最大約０．１５％の酸素（Ｏ）、および残部のコバルトの組成を有する。

ＰＳＰに適した低融点材料は、重量で、約２２．５％～約２４．２５％のＣｒ、最大約０．３％のＴｉ（例えば、約０．１５％～約０．３％）、約６．５％～約７．５％のＷ、約９％～約１１％のニッケル（Ｎｉ）、約３％～約４％のＴａ、最大約０．６５％のＣ（例えば、約０．５５％～約０．６５％）、約２％～約３％のＢ、約１．３％のＦｅ、最大約０．４％のＳｉ、最大約０．１％のＭｎ、最大約０．０２％のＳ、および残部のコバルトの組成を有する。

ＰＳＰに適した別の低融点材料は、重量で、約１４％のＣｒ、約１０％のＣｏ、約３．５％のＡｌ、約２．７５％のＢ、約２．５％～約２．７５％のＴａ、最大約０．１％のイットリウム（Ｙ）、および残部のニッケルの組成を有する。

ＰＳＰに適した別の低融点材料は、重量で、約１４％のＣｒ、約９％のＣｏ、約４％のＡｌ、約２．５％のＢ、および残部のニッケルの組成を有する。

ＰＳＰに適した別の低融点材料は、重量で、約１５．３％のＣｒ、約１０．３％のＣｏ、約３．５％のＴａ、約３．５％のＡｌ、約２．３％のＢ、および残部のニッケルの組成を有する。

図１２では、内側ろう付け要素５２を備えたプラグ５０は、内側ろう付け要素が空洞４６内にあるように位置決めされる。すなわち、内側ろう付け要素５２は、完全に空洞４６内にある。プラグ５０は、この実施形態では球体であり、外面４２における空洞の円形断面を完全に覆う。プラグ５０は、仮付け、締まりばめ、または他の方法で構成要素４０に固定することができる。

ろう付けペースト５６は、図１３に示すように、構成要素４０の外部面４２に適用され得る。ろう付けペースト５６は、ケイ素Ｓｉが融点降下剤として添加される単一の成分混合物を含むことができる。実施形態では、融点降下剤としてケイ素（Ｓｉ）のみを含むろう付けペースト５８の組成は、以下のとおりである：（ａ）Ｎｉ－１９Ｃｒ－１０Ｓｉ（典型的にはＢ５０ＴＦ８１と呼ばれる）、（ｂ）Ｎｉ－１５Ｃｒ－８Ｓｉ（典型的にはＢ５０ＴＦ１４３と呼ばれる）、（ｃ）Ｎｉ－１７Ｃｒ－９．２Ｓｉ－０．１Ｂ（典型的にはＧＥではＢ５０ＴＦ１４２と呼ばれる）、および（ｄ）Ｎｉ－１９Ｃｒ－９．５Ｓｉ－９．５Ｍｎ（典型的にはＢ５０ＴＦ９９と呼ばれる）。

一実施形態では、ろう付けペースト５６は、ホウ素（Ｂ）またはケイ素（Ｓｉ）のいずれか（または両方の組み合わせ）を含む金属を含む。実施形態では、ろう付けペースト５８は、フィラーとして超合金粉末を含み得る。

図１４に示すように、次に、構成要素４０は、内側ろう付け要素５２がプラグ５０上にあるように位置決めされる。

図１５は、熱サイクルに供されて内側ろう付け要素５２を溶融し、構成要素の内側面４４およびプラグ５０との冶金学的結合６６を形成する構成要素４０を示す。冶金学的結合５９が、熱サイクル後に外側面４２およびプラグ５０と形成される。

ろう付けプロセスまたは熱サイクルはろう付け温度で発生し、これは、内側ろう付け要素５２の材料が溶融および／または内面４４およびプラグ５０に融着することに基づいている。実施形態では、内側ろう付け要素５２がニッケル基ろう付け合金である場合、ろう付け適用温度は、約８７１℃～１２６０℃である。

図１６に示すように、実施形態では、構成要素は、滑らかな外部面４２を形成するために、任意の様々な現在知られているまたは後に開発される仕上げステップ、例えば、研削、研磨などの処理を受けることができる。

本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。「任意選択の」または「任意選択で」は、後で述べられる事象または状況が、起こる場合も起こらない場合もあることを意味し、この記述は、その事象が起こる事例と、起こらない事例とを含むことを意味する。

本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両方の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値の＋／－１０％を示すことができる。

以下の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を実施するための、一切の構造、材料、または動作を包含することを意図している。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図していない。当業者には、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく多くの修正および変形が明らかであろう。本開示の原理および実際の用途を最良に説明し、想定される特定の使用に適するように様々な修正を伴う様々な実施形態の本開示を他の当業者が理解することができるようにするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。

４０構成要素
４２外面、外部面、外側面
４４内面、内側面
４６空洞
５０プラグ
５２内側ろう付け要素
５６ろう付けペースト
５８ろう付けペースト
５９冶金学的結合
６６冶金学的結合
１００ターボ機械
１０２圧縮機
１０４燃焼器
１０６燃焼領域
１０８燃料ノズルアセンブリ
１１０タービン、タービンアセンブリ
１１１タービン
１１２シャフト、ロータ
１２０ノズル、ベーン
１２２静止ケーシング
１２４回転ブレード
１２６ノズル、ベーン、ブレード
１２８半径方向外側プラットフォーム
１３０半径方向内側プラットフォーム
１３２回転ブレード、タービンロータブレード
１３４半径方向内側プラットフォーム
１３６半径方向外側先端シュラウド
１４０根元
１４２ダブテール
１４４ロータホイール
１４６シャンク
１４８プラットフォーム
１５０翼形部
１５２凹状正圧側（ＰＳ）外側壁
１５４凸状負圧側（ＳＳ）外側壁
１５６前縁
１５８後縁
１６０外方先端
１７０静止ベーン
１７２外側プラットフォーム
１７４内側プラットフォーム
１７６翼形部
１７８凹状正圧側（ＰＳ）外側壁
１８０凸状負圧側（ＳＳ）外側壁
１８２前縁
１８４後縁
２０４空洞

Claims

構成要素（４０）の内面によって画定された空洞（４６、２０４）内に、内側ろう付け要素（５２）が結合されたプラグ（５０）を位置決めすることであって、前記空洞（４６、２０４）は、前記構成要素（４０）の外面（４２）に円形断面を有し、前記プラグ（５０）は、前記円形断面を満たし、前記内側ろう付け要素（５２）は、前記空洞（４６、２０４）内にあることと、
前記外面（４２）において前記プラグ（５０）の周りに少なくとも部分的にろう付けペースト（５６、５８）を位置決めすることと、
前記構成要素（４０）を熱サイクルに供して前記プラグ（５０）の周りの前記内側ろう付け要素（５２）を溶融し、前記プラグ（５０）および前記構成要素（４０）の前記内面との冶金学的結合（５９、６６）を形成することによって前記空洞（４６、２０４）を密閉することと
を含み、
前記プラグ（５０）は、単結晶超合金、等軸超合金、または方向性凝固（ＤＳ）超合金の１つを含む、方法。
構成要素（４０）の内面によって画定された空洞（４６、２０４）内に、内側ろう付け要素（５２）が結合されたプラグ（５０）を位置決めすることであって、前記空洞（４６、２０４）は、前記構成要素（４０）の外面（４２）に円形断面を有し、前記プラグ（５０）は、前記円形断面を満たし、前記内側ろう付け要素（５２）は、前記空洞（４６、２０４）内にあることと、
前記外面（４２）において前記プラグ（５０）の周りに少なくとも部分的にろう付けペースト（５６、５８）を位置決めすることと、
前記構成要素（４０）を熱サイクルに供して前記プラグ（５０）の周りの前記内側ろう付け要素（５２）を溶融し、前記プラグ（５０）および前記構成要素（４０）の前記内面との冶金学的結合（５９、６６）を形成することによって前記空洞（４６、２０４）を密閉することと、
前記外面（４２）を平滑化するために前記構成要素（４０）を研削することと、
を含む、方法。
前記内側ろう付け要素（５２）は、粉末低融点ろう付け材料、粉末高融点材料、および結合剤の混合物を含む、請求項１に記載の方法。
前記ろう付けペースト（５６、５８）は、ろう付けフィラー材料と、ニッケル基金属フィラーのろう付け粉末（ｎｉｃｋｅｌｂａｓｅｄｍｅｔａｌｆｉｌｌｅｒｂｒａｚｉｎｇｐｏｗｄｅｒ）とを含む、請求項１に記載の方法。
前記構成要素（４０）は、ガスタービン（１１０、１１１）ノズル、タービン（１１０、１１１）バケット、シュラウド、および燃焼部品からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
前記構成要素（４０）は、単結晶超合金、等軸超合金、または方向性凝固（ＤＳ）超合金の１つを含む、請求項１に記載の方法。
冶金学的結合（５９、６６）は、前記プラグ（５０）および前記構成要素（４０）の前記外面（４２）と形成される、請求項１に記載の方法。
前記プラグ（５０）は、球体である、請求項１に記載の方法。
前記空洞（４６、２０４）は、前記構成要素（４０）内の流体経路に流体結合される、請求項１に記載の方法。
第１の材料を含む本体であって、前記本体は、外面（４２）を含む本体と、
前記外面（４２）上にあり、前記外面（４２）上の円形断面を覆う第２の材料と、
前記本体内の空洞（４６、２０４）を画定する内面上で前記第１の材料および前記第２の材料と結合されたろう付け材料と
を含み、
前記ろう付け材料は、第１の融点を有する第１の材料と、第２の融点を有する第２の材料とを含み、前記第１の融点は、前記第２の融点よりも低い、構成要素（４０）。
前記構成要素（４０）は、ガスタービン（１１０、１１１）ノズル、タービン（１１０、１１１）バケット、シュラウド、および燃焼部品からなる群から選択される、請求項１０に記載の構成要素（４０）。
前記第１の材料は、単結晶超合金、等軸超合金、または方向性凝固（ＤＳ）超合金の１つを含む、請求項１０に記載の構成要素（４０）。
前記第２の材料は、単結晶超合金、等軸超合金、または方向性凝固（ＤＳ）超合金の１つを含む、請求項１０に記載の構成要素（４０）。
前記ろう付け材料は、ろう付けフィラー材料と、ニッケル基金属フィラーのろう付け粉末とを含む、請求項１０に記載の構成要素（４０）。