JPH09506039A - 超合金製品の高温度におけるインターアクティブレーザー溶接 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 製品の全溶接域と溶接域に隣接した領域をインダクション加熱コイル（１４）で、１４００°Ｆから２１００°Ｆの範囲内の延ばしやすい温度に予備加熱して、該溶接の間および溶接部の凝固の間、前記温度に維持し；そして、パウダーフィーダー（１２）を備えたレーザー（１１）を用い、レーザーパウダーフィーダー（１２）および製品を固定するモーションシステムを制御システムで制御しながら予備加熱された製品を溶接し、該制御システムは、製品（２０）の溶接域をデジタル化して、前記レーザーが辿るパスを与えるヴィジョンシステムを含んでいる、超合金製品（２０）をレーザー溶接するプロセスが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 名称 超合金製品の高温度における インターアクティブレーザー溶接 本発明は、溶接が難しい超合金を溶接するプロセスに関し、そしてさ らに詳しくは、そのような製品をレーザー溶接するプロセスに関する。 ジェットエンジン部品類の開発につれ、該エンジンにおけるこれら部 品類に対する高温度要求により、益々高くなる高温度に耐える能力の改善が絶え ず要求されている。現在の高圧タービンブレードまたは羽根は、極めて不利な高 温状態（例えば、２０００°Ｆ、１０９３°Ｃ以上）にさらされる。これらのジ ェットエンジン部品類は、コンポーネンツ製造中、または、エンジン動作点検後 で溶接処理を必要とすることがあり、摩耗及びクラッキングの結果として補修を 必要とする。 これらの高温度要求の結果として、これらの部品類は、ガンマ- プラ イム（γ’）相および合金のMCrALYファミリーとして広く知られているマテリア ルを含む超合金から製造されることが多い。Ｒ’８０のようなガンマープライム 析出硬化性合金についての一つの特別の問題は、これらの合金を同様な、または 類似の合金で溶接したり、クラッドすると、クラッキングが生じたり、製品不良 が頻発する点である。 付随する溶接温度及びストレスによって、これらの合金は、収縮、ス トレスクラッキングなどを起こす。これら特定の超合金の溶接の困難性により、 ガンマ・プライム析出硬化合金および合金のMCrALYファミリーを、類似の、また は、ペアレント金属合金にクラッキングしないで確実に溶接できるプロセスが要 求されている。米国特許第５，１０６，０１０号は、そのような温度を記載し、 溶接および凝固中の温度をそのような温度に維持している。このプロセスを効率 的に、そして、自動的に実施し、溶接コンポーネンツのスループットを高める一 方、再生産性を最高に、不良品および廃棄物を最低にする要求がある。 発明の概略 簡単にいうと、この発明は、ガンマープライム・フェーズを有するか 、または、合金のMcrALYファミリーからなるものいずれかのニッケルおよび／ま たはコバルトをベースとした超合金製品をレーザー溶接するプロセスおよび装置 を提供するもので、これは、該製品の溶接域全体および製品の溶接域に隣接の領 域を１４００°Ｆ（７６０°Ｃ）から２１００°Ｆ（１１４９°Ｃ）のレンジ内 の延ばしやすくなる温度に、誘導加熱コイルで予備加熱し、溶接部の溶接および 凝固の間、前記温度を維持し；そして、予熱された製品をレーザーを用い、該レ ーザー、粉末供給および該製品を取り付けるモーションシステムをコントロール するコントロール手段を用いて、粉末合金を供給して溶接するもので、該コント ロール手段は、製品の溶接域を計数化して、レーザー溶接がフォローするパスを 与えるヴィジョンシステムを含む。 図面の簡単な記述 本発明の他の特徴と利点は、添付図面と関連して以下の記述を読むこ とで明らかになるもので、図面において： 図１は、コンポーネンツが従事していないレーザー溶接システムを示 し； 図２は、ブレードチップの予備加熱の間のレーザー溶接システムを示 し； 図３は、レーザーと粉末供給が溶接に従事しているレーザー溶接シス テムを示し； 図４は、レーザーと粉末供給が溶接に従事していない冷却の間のレー ザー溶接システムを示す。 発明の詳細な記述 この発明は、超合金製品、特に、ブレード、羽根およびローターを含 むタービンエンジンの部品類を溶接するプロセスを提供する。該超合金は、現在 の技術水準のプロセスでは溶接が困難であるニッケルおよび／またはコバルトを ベースとする超合金である。これらの超合金は、ガンマープライム・フェーズを 有し、ガンマープライム・ニッケルをベースとする析出硬化合金の方向性凝固お よび単結晶合金ならびに合金のＭＣｒＡｌＹファミリー（ここでＭは、少なくと もＮｉＣｏＣｒＡｌＹおよびＮｉＣｒＡｌＹ合金のようなＮｉまたはＣｏからな るグループから選ばれた少なくとも一つの金属を示す）を含む。概略的には、ガ ンマープライム析出−強化合金は、少なくとも約５％のコンバインされた量でチ タンとアルミニウムとを含む。適切な超合金は、Ｒ’８０、ＤＳＲ’８０ｈ、Ｒ ’１０８、Ｒ’１２５、ＤＳＲ’１４２、Ｒ’Ｎ４、Ｒ’Ｎ５ Ｍａｒ−Ｍ−２ ４７ＤＳ、Ｉｎ ７９２Ｈｆ、およびＣＭＸ−２／３を含む。次の表Ｉは、これ らの超合金のいくつかの公称組成を確認するものである。 まず図１を参照すると、符号１０により、まとめてアイデンティファ イされた発明のシステムは、粉末供給部１２をもつレーザー１１、インダクショ ン加熱コイル１４をもつ誘導ヒーター１３および製品２０を据付けるモーション システム１５を備える。製品は、通例のように、クランプを用いて、極めて精確 にステージ１６に装着されて据え付けられる。高温計１７と、不活性ガス供給ラ イン１９をもつ不活性ガスシュラウド（シールド）１８およびガスディフューザ ー２０もまた図示されている。 図２に示すように、製品２０（例えば、羽根またはブレード）がイン ダクション加熱コイル１４により予備加熱される。この段階においては、レーザ ー１１と粉末フィーダー１２は、動作していない。この予熱ステージの間、超合 金の全溶接域と溶接域に隣位した領域は、インダクション加熱コイル１４で１４ ００°Ｆから２１００°Ｆ、好ましくは、１７２５°Ｆから１９７５°Ｆの範囲 にある延ばしやすくなる温度に加熱される。製品の溶接域を加熱する延ばしやす くなる温度は、エージングまたは析出硬化温度より上であるが、特定の超合金サ ブストレートの初期溶融温度以下である。このプロセスにとってクリティカルな 点は、溶接／クラッディングの前、間、後において、熱平衡を維持し、溶接され る、または、近接のベース金属の温度勾配をきつくならないようにして、内部応 力と、その後のクラッキングを減らすことである。温度勾配を和らげることで、 加熱されるゾーンへの溶接熱のインパクトを弱め、即ち、該プロセスは、熱の影 響を受けるゾーンを融接ラインから離すように”再位置”する。全溶接域と隣接 領域は、析出硬化温度より高く予備加熱されることで、温度分布が均一になり、 加熱作用を受け難いゾーンで問題になる収縮と内部応力を排除できる。全溶接域 と隣接領域は、内部応力とのエージング反応の結果として、温度収縮するが、こ の内部応力は、溶接スポットに集中するのみならず、よりずっと広い領域にわた り分布する、エージング反応から生ずる。 全溶接域と溶接部に近接した領域は、誘導加熱により、延ばしやすい 温度まで加熱される。加熱される溶接域に隣接の領域は、少なくとも、熱作用の 影響を受けるゾーンを包囲することができる充分な広さ、好ましくは、それより も広くなっている。熱に影響をされるゾーンは、溶融しないが、その機械的特性 または微細構造が溶接の熱で変えられてしまっているベース金属の部分として定 義される（１９８３年ＡＳＭ、メタルズ・ハンドブック９版６巻参照）。概略的 には、この加熱される近接領域は、溶接部から少なくとも０．２５インチ、好ま しくは、０．５〜１インチである。 製品が所望の温度に予熱されると、レーザー１１と粉末フィーダー１ ２は、図３に示すように、溶接に従事する。レーザー１１からの放射２１がサブ ストレートの小さなモルテンプールを形成し、粉末フィーダー１２からの粉末が 該モルテンプールに分散され、レーザービーム２１により該部分に溶接（クラッ ド）される。凝固プロセスは、レーザービームとインダクションコイルにより発 される加熱エネルギーの放射およびレーザービームと製品との相対運動によって 精確にコントロールされて、温度および発生するストレインと応力をコントロー ルし、凝固プロセスの間と後、クラックがない溶接部を形成する。操作中、製品 溶接域は、供給ライン１９とガスディフューザー２０によって、シュラウド１８ へ供給される不活性ガス（例えば、アルゴンまたはヘリウム）で囲まれ、加熱お よび溶接プロセスにおける酸化と、ベースの超合金およびフィラー金属合金粉末 の酸化物汚染をなくす。 溶接域の温度は、レーザービームから熱が加えられても、プロセスを 通じて、誘導ヒーター１３をコントロールするフィードバック電圧ループ（イン フェロメーター）をもつ光学高温計を用いてコントロールされる。予熱される部 分の温度は、１４００°Ｆから２１００°Ｆの範囲であり、局部的にレーザー加 熱されても、この範囲に留まる。さらに、インフェロメーター（フィイドバック ループ）は、溶接に先立ち、ランプアップ（加熱）レートをコントロールし、溶 接完了すれば、ランプダウン（冷却）レートをコントロールする。この予熱プロ セスによって、溶接からのストレスとクラックを減らし、ベースの超合金製品を 、超合金、即ち、ガンマープライム析出強化超合金またはＭＣｒＡｌＹからなる 粉末合金供給ものでレーザー溶接（クラッド）することができるようになる。有 利な点としては、超合金製品の合金と実質的に同じものである粉末合金を使用す ることができることである。溶接からの応力とクラッキングとを減らすことは、 方向性凝固された超合金をガンマ プライム強化粉末合金で溶接するとき、粒界 にそってクラッキングをうけやすいために、特に必要である。 図４においては、レーザー１１とパウダーフィーダー１２は、冷却サ イクルの間、休止しているが、インダクションコイル１４は、所定の位置に維持 されて、超合金製品のランプダウンをコトロールすることが示されている。概略 的には、冷却をコントロールし、クラッキングを誘発するコントロールされない 冷却により誘発されるストレスを減らすことが好ましい。 製品のレーザー溶接は、レーザー、パウダーフィーダーおよび製品が 固定されるモーションシステムをコントロールするコンピューター数値制御（Ｃ ＮＣ）手段を使用してコントロールされる。金属分析によって確証される広範囲 のプログラミングおよびパラメーター・デヴェロップメントがクラックなしの金 属サウンド・フュージョン・ボンドに要求される。コントロール手段は、ヴィジ ョンシステムを含み、これは、製品形状をデジタル化し、製品を保持するモーシ ョンシステムをフォーカスされたレーザービームと収斂された供給粉末の直下に くるようにする。 該コントロールシステムは、種々の複雑な形状のものを溶接可能にす る溶接プロセスの効率的で、経済的操作の鍵である。使用されるヴィジョンシス テムは、溶接される特定の製品の溶接域に対し分けられているレーザー溶接シス テムのための精確なパスを設定する。これは、製品についてのプログラムを用い るコンピューター数値制御でなされるが、精確なパスは，ヴィジョンシステムに よって設定される。製品が固定位置に確保されると、溶接（クラッディング）の 間必要なビルドアップを確かめるため、高さがチェックされる。ついで溶接域の コントラストを設定した後、ヴィジョンシステムのカメラによって溶接域をビュ ウし（即ち、撮影し）、数値的にコンバートされる複数のポイントをとってその 輪郭をトレースして、その輪郭をデジタル化し、製品の特定の溶接域をレーザー が辿る精確な輪郭パスを付与する。このパスは、精確に設定されているから溶接 に無駄なものが生ずることがなく、余分な溶接物を除去するために後加工が必要 なマシニング（例えば、ミリング、グラインディング）を減らす。特に有利な引 き続いてのマシニングも同じ装置を利用し、レーザー溶接のためにヴィジョンシ ステムによって最初に設定したように、特定製品のためのパラメーターをコント ロールして、精確に制御できる。これによって、プロセスの効率を増進させる引 き続いての計測と制御についての条件が緩和される。 パスがコントロールシステムによって設定されるモーションシステム は、少なくとも３軸、好ましくは、４または５軸のモーションシステムであって 、種々複雑な溶接域面に必要なこまかな動きができるようになっている。３軸方 向の動きは、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向にそったものであり、もっと複雑なフラットな面に 対しての４軸方向の動きは、Ｙ，Ｙ，Ｚ方向と回転とを組み合わせたもの（図１ 参照）であり、輪郭がつけられた面に対する５軸の動きは、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に回 転と傾斜方向とが組み合わせられたものである。 適切なレーザー１１は、ＣＯ₂ レーザーを含む、当業者に知られてい るものを含む。該レーザーのパワー密度は、１０⁵ ワット／平方インチから１０⁷ ワット／平方インチの間であり、ビームスポットサイズは、０．０５０インチ から０．１５０インチの範囲内である。パウダー合金の供給は、約−１２０から ＋４００メッシュの粒径で、毎秒５〜１５グラムのレートで合金粒子を流すよう に供給して行われる。レーザービームとパウダーフィーダーのモーションは、概 ね毎分１０〜３０インチのオーダーであり、これにより、サブストレートの溶融 と、その面における溶接が所望のレートで行われる。 実施例 チップスがＲｅｎｅ方向性凝固タービンブレードにホット溶接（クラ ッド）された。 該ブレードをその固定場所に配置した後、高さを測定して、要求され るチップ立ち上げ（ビルドアップ）の量を決定する。溶接プロセスのコントロー ルシステムが、溶接される当該タービンブレードについての特定のプログラムを もったコンピューター数値制御を使用し、ヴィジョンシステム（Adept O.C.Cont roller Stand Alone Vision System）により溶接の精確なパスがコントロールさ れ、前記システムでブレードチップ溶接域をビュウし、溶接域の周縁をデジタル 化して、溶接またはクラッディングの際にレーザーが辿る特定のパスを定められ た。未だ固定されているブレードは、ついで、モーションシステムへ添えら れ、不活性ガスのシュラウドの下に配置された。該ブレードは、インダクション コイルにより、１９５０°Ｆまで予備加熱されたが、このブレード温度まで上が る時間は、１５０秒であった。この温度は、溶接ならびに溶接ものの凝固の間、 全溶接域と溶接域に隣接の領域（即ち、約１インチ）にわたり維持された。図面 に示された装置とプロセスは、２．６〜２．８キロワット、０．１００インチの スポットサイズで操作されるＣＯ₂レーザーを用い、供給される粉末合金は、ン メッシュサイズが−１７０〜＋３２５メッシュで、流動レートが毎分８〜９グラ ムであった。毎分１８インチで動く４軸モーションシステムが使用され、アルゴ ン不活性ガスは、シュラウドへ２．４ＣＦＭで流入した。溶接完了後、溶接もの 全体は、２５０秒かけて、１９５０°Ｆから１２００°Ｆ以下へ均一に冷却され た。 溶接された製品は、ついで研磨され、内面は、電気放電研磨、外面は 、平研磨で、必要に応じ、後加工でポリッシュされる。プロセスの精確なコント ロールによって、研磨が最低になり、場合によっては、必要なくなり、無駄をな くし、処理時間を短縮できる利点がある。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年９月１５日 【補正内容】 まず図１を参照すると、符号１０により、まとめてアイデンティファ イされた発明のシステムは、粉末供給部１２をもつレーザー１１、インダクショ ン加熱コイル１４をもつ誘導ヒーター１３および製品２０を据付けるモーション システム１５を備える。製品は、通例のように、クランプを用いて、極めて精確 にステージ１６に装着されて据え付けられる。高温計１７と、不活性ガス供給ラ イン１９をもつ不活性ガスシュラウド（シールド）１８およびガスディフューザ ー２０もまた図示されている。 図２に示すように、製品２０（例えば、羽根またはブレード）がイン ダクション加熱コイル１４により予備加熱される。この段階においては、レーザ ー１１と粉末フィーダー１２は、動作していない。この予熱ステージの間、超合 金の全溶接域と溶接域に隣位した領域は、インダクション加熱コイル１４で１４ ００°Ｆから２１００°Ｆ、好ましくは、１７２５°Ｆから１９７５°Ｆの範囲 にある延ばしやすくなる温度に加熱される。製品の溶接域を加熱する延ばしやす くなる温度は、エージングまたは析出硬化温度より上であるが、特定の超合金サ ブストレートの初期溶融温度以下である。このプロセスにとってクリティカルな 点は、溶接／クラッディングの前、間、後において、熱平衡を維持し、溶接され る、または、近接のベース金属の温度勾配をきつくならないようにして、内部応 力と、その後のクラッキングを減らすことである。温度勾配を和らげることで、 加熱されるゾーンへの溶接熱のインパクトを弱め、即ち、該プロセスは、熱の影 響を受けるゾーンを融接ラインから離すように”再位置”する。全溶接域と隣接 領域は、析出硬化温度より高く予備加熱されることで、温度分布が均一になり、 加熱作用を受け難いゾーンで問題になる収縮と内部応力を排除できる。全溶接域 と隣接領域は、内部応力とのエージング反応の結果として、温度収縮するが、こ の内部応力は、溶接スポットに集中するのみならず、よりずっと広い領域にわた り分布する、エージング反応から生ずる。 全溶接域と溶接部に近接した領域は、誘導加熱により、延ばしやすい 温度まで加熱される。加熱される溶接域に隣接の領域は、少なくとも、熱作用の 影響を受けるゾーンを包囲することができる充分な広さ、好ましくは、それより も広くなっている。熱に影響をされるゾーンは、溶融しないが、その機械的特性 または微細構造が溶接の熱で変えられてしまっているベース金属の部分として定 義される（１９８３年ＡＳＭ、メタルズ・ハンドブック９版６巻参照）。概略的 には、この加熱される近接領域は、溶接部から少なくとも０．２５インチ、好ま しくは、０．５〜１インチである。 製品が所望の温度に予熱されると、レーザー１１と粉末フィーダー１ ２は、図３に示すように、溶接に従事する。レーザー１１からの放射２２がサブ ストレートの小さなモルテンプールを形成し、粉末フィーダー１２からの粉末が 該モルテンプールに分散され、レーザービーム２１により該部分に溶接（クラッ ド）される。凝固プロセスは、レーザービームとインダクションコイルにより発 される加熱エネルギーの放射およびレーザービームと製品との相対運動によって 精確にコントロールされて、温度および発生するストレインと応力をコントロー ルし、凝固プロセスの間と後、クラックがない溶接部を形成する。操作中、製品 溶接域は、供給ライン１９とガスディフューザー２０によって、シュラウド１８ へ供給される不活性ガス（例えば、アルゴンまたはヘリウム）で囲まれ、加熱お よび溶接プロセスにおける酸化と、ベースの超合金およびフィラー金属合金粉末 の酸化物汚染をなくす。 溶接域の温度は、レーザービームから熱が加えられても、プロセスを 通じて、請求の範囲 １． チタンとアルミニウムとが少なくとも５％の量で組み合わされたもの と、MCrAlY合金（ここで、Ｍは、ニッケルおよび／またはコバルトである）を含 むガンマープライム析出強化超合金からなるグループから選ばれるニッケルおよ び／またはコバルトをベースとする超合金製品をレーザー溶接するプロセスであ って、以下の工程からなるプロセス： 該製品の全溶接域と該溶接域に隣接の領域を延ばしやすくなる温度、 即ち、前記超合金に対するエージング温度よりも上で、初期溶融温度以下の温度 であって、１４００°Ｆから２１００°Ｆの範囲の温度に、インダクション加熱 コイルにより、予備加熱し、溶接部の溶接ならびに凝固の間、前記温度に維持す る工程；そして 該製品の形状と組成に基づいてプレプログラムされた、レーザー、パ ウダーフィーダーおよび、製品が固定されるモーションシステムをコントロール する制御手段と共に、パウダー合金フィーダーをもつレーザーを用いて該予熱さ れた製品を溶接する工程で、該予熱された製品を溶接する工程で、該制御手段は 、製品の溶接域をデジタル化し、溶接される当該製品の溶接域について個別化さ れてレーザー溶接が辿る精確なパスを示すヴィジョンシステムをさらに含んでい るものである。 ２． コンピューター数値制御を制御手段が含む請求の範囲２のプロセス。 ３． モーションシステムが３軸の動きをもつ請求の範囲２のプロセス。 ４． モーションシステムが４軸の動きをもつ請求の範囲２のプロセス。 ５． モーションシステムが５軸の動きをもつ請求の範囲２のプロセス。 ６． 製品の溶接域の温度を計測し、制御する光学高温計をさらに備える請 求の範囲３のプロセス。 ７． 製品の温度上昇と冷却レートをコントロールして、ストレインとクラ ッキングを抑えることをさらに含む請求の範囲６のプロセス。 ８． 溶接中、不活性ガスシュラウドを提供し、製品の溶接域をシールドす ることをさらに含む請求の範囲７のプロセス。 ９． 粉末合金は、チタンとアルミニウムとが少なくとも５％の量で組み合 わされたもの、または、MCrAlY合金（ここで、Ｍは、ニッケルおよび／またはコ バルトである）を含むガンマープライム析出強化超合金である請求の範囲８のプ ロセス。 １０． 超合金製品と粉末合金とは、実質的に同じ合金である請求の範囲９の プロセス。 １１． 超合金製品は、ガスタービンエンジンの部品である請求の範囲９のプ ロセス。 １２． 該製品は、タービンブレード、タービンの羽根またはタービンロータ ーである請求の範囲１０のプロセス。 １３． 溶接された製品を研磨することを更に含む請求の範囲２のプロセス。 １４． 該製品は、レーザー溶接と研磨に対し同じ据付具に維持され、該研磨 は、レーザー溶接のためのヴィジョンシステムによるものと同じデジタル化イン フォーメーションを利用してコントロールされる請求の範囲１２のプロセス。 １５． 延ばしやすくなる温度は、１７２５°Ｆから１９７５°Ｆの範囲内で ある請求の範囲９のプロセス。 １６． 超合金製品は、方向性凝固されている請求の範囲９のプロセス。 １７． 以下の構成からなる、超合金製品のレーザー溶接装置： 製品の溶接域と隣接する領域を１６００°Ｆから２０００°Ｆへ加熱 し、溶接ものの溶接と凝固の間、該温度に維持するインダクション加熱コイル； 該製品を溶接するパウダーフィードシステムをもったレーザー； 該製品を固定する、少なくとも３軸のモーションを行うモーションシ ステム；および 該製品の形状と組成に基づいてプレプログラムされた、レーザー、パ ウダーフィーダーおよび、モーションシステムをコントロールする制御手段で、 該制御手段は、製品の溶接域をデジタル化し、溶接される当該製品の溶接域につ いて個別化されてレーザー溶接が辿る精確なパスを示すヴィジョンシステムを含 んでいるもの。 １８． 該コントロール手段は、コンピューター数値制御を含む請求の範囲１ ７の装置。 １９． 該製品の温度を測定する光学高温計をさらに備える請求の範囲１７の 装置。 ２０． 該製品の溶接域の温度と、該温度の昇温および冷却をコントロールす る手段をさらに備える請求の範囲１８の装置。 ２１． 溶接中、該製品の溶接域を不活性ガスでシールドするガスシュラウド をさらに備える請求の範囲１９の装置。 ２２． 該モーションシステムは、４軸のモーションである請求の範囲２０の 装置。 ２３． 該モーションシステムは、５軸のモーションである請求の範囲２０の 装置。 【図３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｃ２１Ｄ 9/50 １０１ 9352−4Ｋ Ｃ２１Ｄ 9/50 １０１Ｂ Ｃ２２Ｃ 19/00 8520−4Ｋ Ｃ２２Ｃ 19/00 Ｋ Ｆ０１Ｄ 5/28 6965−3Ｇ Ｆ０１Ｄ 5/28 Ｆ０２Ｃ 7/00 9038−3Ｇ Ｆ０２Ｃ 7/00 Ｄ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ)，ＡＭ，ＡＵ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，Ｆ Ｉ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 カング，デビット アメリカ合衆国 89703 ネヴァダ州 カ ーソン シティー ワゴン ホィール ロ ード 4540 (72)発明者 リー，ホン アメリカ合衆国 89706 ネヴァダ州 カ ーソン シティー マンザニタ テラス 19 (72)発明者 リゾッテ，ジェームス アメリカ合衆国 89509 ネヴァダ州 レ ノ キルボーン アベニュー 300 (72)発明者 ドイル，ブライアン アメリカ合衆国 89410 ネヴァダ州 ガ ードナーヴィレ ビバリー ウェイ 208

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． チタンとアルミニウムとが少なくとも５％の量で組み合わされたもの と、MCrAlY合金（ここで、Ｍは、ニッケルおよび／またはコバルトである）を含 むガンマープライム析出強化超合金からなるグループから選ばれるニッケルおよ び／またはコバルトをベースとする超合金製品をレーザー溶接するプロセスであ って、以下の工程からなるプロセス： 該製品の全溶接域と該溶接域に隣接の領域を延ばしやすくなる温度、 即ち、前記超合金に対するエージング温度よりも上で、初期溶融温度以下の温度 であって、１４００°Ｆから２１００°Ｆの範囲の温度に、インダクション加熱 コイルにより、予備加熱し、該溶接部の溶接ならびに凝固の間、前記温度に維持 する工程；そして パウダー合金が供給されるレーザーと、該レーザー、該パウダーフィ ーダーおよび、製品が固定されるモーションシステムをコントロールする制御手 段を用いて該予熱された製品を溶接する工程で、該制御手段は、製品の溶接域を デジタル化し、レーザー溶接が辿るパスを示すヴィジョンシステムを含んでいる もの。 ２． コンピューター数値制御を制御手段が含む請求の範囲２のプロセス。 ３． モーションシステムが３軸の動きをもつ請求の範囲２のプロセス。 ４． モーションシステムが４軸の動きをもつ請求の範囲２のプロセス。 ５． モーションシステムが５軸の動きをもつ請求の範囲２のプロセス。 ６． 製品の溶接域の温度を計測し、制御する光学高温計をさらに備える請 求の範囲３のプロセス。 ７． 製品の温度上昇と冷却レートをコントロールして、ストレインとクラ ッキングを抑えることをさらに含む請求の範囲６のプロセス。 ８． 溶接中、不活性ガスシュラウドを提供し、製品の溶接域をシールドす ることをさらに含む請求の範囲７のプロセス。 ９． 粉末合金は、チタンとアルミニウムとが少なくとも５％の量で組み合 わされたもの、または、MCrAlY合金（ここで、Ｍは、ニッケルおよび／またはコ バルトである）を含むガンマープライム析出強化超合金である請求の範囲８のプ ロセス。 １０． 超合金製品と粉末合金とは、実質的に同じ合金である請求の範囲９の プロセス。 １１． 超合金製品は、ガスタービンエンジンの部品である請求の範囲９のプ ロセス。 １２． 該製品は、タービンブレード、タービンの羽根またはタービンロータ ーである請求の範囲１０のプロセス。 １３． 溶接された製品を研磨することを更に含む請求の範囲２のプロセス。 １４． 該製品は、レーザー溶接と研磨に対し同じ据付具に維持され、該研磨 は、レーザー溶接のためのヴィジョンシステムによるものと同じデジタル化イン フォーメーションを利用してコントロールされる請求の範囲１２のプロセス。 １５． 延ばしやすくなる温度は、１７２５°Ｆから１９７５°Ｆの範囲内で ある請求の範囲９のプロセス。 １６． 超合金製品は、方向性凝固されている請求の範囲９のプロセス。 １７． 以下の構成からなる、超合金製品のレーザー溶接装置： 製品の溶接域と隣接する領域を１６００°Ｆから２０００°Ｆへ加熱 し、溶接ものの溶接と凝固の間、該温度に維持するインダクション加熱コイル； 該製品を溶接するパウダーフィードシステムをもったレーザー； 該製品を固定する、少なくとも３軸のモーションを行うモーションシ ステム；および 該レーザーと該モーションシステムとをコントロールして、該製品の 所定の面領域に溶接ものを与える手段で、該コントロール手段は、該製品の溶接 域をデジタル化し、レーザー溶接するパスを与える手段。 １８． 該コントロール手段は、コンピューター数値制御を含む請求の範囲１ ６の装置。 １９． 該製品の温度を測定する光学高温計をさらに備える請求の範囲１７の 装置。 ２０． 該製品の溶接域の温度と、該温度の昇温および冷却をコントロールす る手段をさらに備える請求の範囲１８の装置。 ２１． 溶接中、該製品の溶接域を不活性ガスでシールドするガスシュラウド をさらに備える請求の範囲１９の装置。 ２２． 該モーションシステムは、４軸のモーションである請求の範囲２０の 装置。 ２３． 該モーションシステムは、５軸のモーションである請求の範囲２０の 装置。