JPS6238099B2 - - Google Patents
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Description
この発明は、異つた冶金的性質の構成部分を有
するハイブリツド（複合）タービンローター組立
体に関するものであり、更には、このようなハイ
ブリツドタービンローターの組立方法に関するも
のである。 小型のガスタービンエンジンに用いられるガス
タービンローターは、第１の冶金組成のブレード
を第２の冶金組成のデイスクと機械的に接続する
ことを困難とするような寸法形状の複数個のデイ
スクとエアフオイル（翼）とからできている。更
に詳しく述べると、タービン車のエアフオイル部
材は高温状態での作動に服するため、耐熱性スー
パーアロイ材料でできていることが好ましい。一
方、デイスク材はそのリム部分に発生する高い応
力に耐えるため実質的な延在を有していなければ
ならない。 このようなハイブリツドタービンローターの一
例は、アメリカ合衆国特許第2479039号明細書に
述べられている。このローターは、多段遠心鋳造
方法によつて製造され、大型のタービンローター
に適用されている。従来の継手や結合部材によつ
て小型ガスタービンのタービンデイスクをブレー
ドアレイに機械的に結合することは困難である。
そこで、アメリカ合衆国特許第3940268号明細書
では、粉末状金属材料のデイスクと放射状に外方
向に配列した複数個のエアフオイル部材とを型の
中に配置し、該デイスクまたはハブ部材の熱間等
静圧成形工程中で両者間に冶金的結合を生じさせ
ることによつて接続を行なつている。ブレード
は、上述のアメリカ特許第3940268号明細書で述
べられている方法により、別異の材料でできてい
るデイスクに結着させることができるが、このよ
うな方法で形成した複合タービンローターの構造
体は隣接するエアフオイル部材間の精密さと寸法
制御の面で劣つている。このような寸法制御は該
デイスクに接続された相隣接するエアフオイル部
材間に所望のガス流路を維持する上で必要とされ
る。このような寸法精度の欠如は、小型の高速ガ
スタービンローターの場合には特に望ましくない
ものである。 タービン構造体中の別個のエアフオイル部材間
で正確な寸法関係を得るための一方法としては、
該エアフオイル部材を正確な寸法形状に加工し、
ついで、個々のエアフオイル部材をローターデイ
スク中に精密に加工形成したスロツト（溝穴）に
挿入組立てるようにするものである。 このタービン組立方法はアメリカ合衆国特許第
3590454号明細書に記載されている。この特許に
よれば予備加工した部材片を嵌め合せた後、これ
を可動プラツトホームにより、ブレードとホイー
ルデイスク間に形成した各種の継手に衝突する強
力な陰極線銃に対して前進させ、露出した継手全
体に亘つて側面溶接を行なうと共に溶接時間およ
び陰極線の強度に応じた適宜な深さの溶接浸透を
行うようにするものである。この方法は、接合す
る部分から可成りな量の材料を除去する必要があ
るだけでなく、更に、高エネルギー電子ビーム溶
接装置および予めプログラムされた可動設備装置
の使用を必要とする。更に、このやり方は、対象
となる合金の溶接特性によつて制限を受ける。現
在使用されているタービン材料は、一般的にその
溶接性が悪いので、この技術の適用には向いてい
ない。 以上のような訳で、この発明による第１の冶金
組成を有するデイスクと第２の冶金組成を有する
エアフオイル部材の外側アレイを含むハイブリツ
ト域は複合タービンローター組立体を構成する方
法は、内側リングとエアフオイルとを有する外側
エアフオイルアレイを精密な寸法制御で予備成形
して所望の空気力学的流路を維持するようにし；
次いで、精密な加工を施した外径寸法を有するほ
ぼ完成形状のタービンデイスクを予備成形し；該
内側リングの内径部を、それがタービンローター
デイスクにプレス嵌めされる際に表われるそれら
の間の結合線がほぼ単一線となるように精密に加
工し；その後、該デイスクと該エアフオイルアレ
イ間の境界面の外表面に形成された外表面接合線
をシールすると共に、該エアフオイルアレイとデ
イスクの両者を昇温状態ならびに直接加圧状態に
置き、該デイスクとエアフオイルリングとの間に
拡散結合を生じさせる諸工程を含むものである。 拡散結合は、接合したエアフオイルブレードア
レイとデイスクの外表面全体を高温、高圧状態に
維持することによつて生じ、該エアフオイルアレ
イの高合金材料と該デイスクの高強度粉末金属材
料との間に拡散結合が発生するまで、該エアフオ
イルリングの内周面を該デイスクの外周面と緊密
に接触するよう押圧する。 この発明の好ましい態様において、ハイブリツ
ドタービンローターを製作するための方法は、精
密に配置された空気力学的表面を有する高合金材
料の固体エアフオイルリングと、内径を有し、連
続する固体の内側リングとを鋳造し；その後、前
記内径を精密に加工して寸法を制御し；高強度の
粉末状金属材料でできており、かつ、連続的に形
成された外側リムを有するほぼ網状のタービンデ
イスクを予備成形し；該タービンデイスクの外側
リムを加工して外径寸法を制御し；該予備加工し
た部分を真空排気して該エアフオイルの内周面と
タービンデイスクの外周面を清浄にして両者の結
合を準備し；該エアフオイルリングを該デイスク
の外周面に焼ばめして両者間に境界面を設け；該
接合デイスクとエアフオイルリングの両側上の接
合線にろう付用合金粉末を塗布し、昇温させた真
空ろう付温度状態に維持することにより、該デイ
スクとエアフオイルリング間の境界面の外縁部の
該接合線部分の真空ろう付シールを行ない；且
つ、この接合したエアフオイルリングとデイスク
に対して昇温ならびに直接加圧を行なつて該デイ
スクおよびエアフオイルリングの界面を押圧し両
者が拡散結合するよう密接に接触させる諸工程を
含むものである。 この発明の好ましい態様において、使用するろ
う付用合金粉末は下記組成を有する硼素−硅素ろ
う付用合金である。 Ｃ…0.17％ Ｗ…10.8％ Hf…1.4％ Zr…0.06％ Cr…10.0％ Ｂ…1.1％ Mo…0.6％ Ta…3.1％ Al…5.5〃 Si…2.5〃 Ti…1.6〃 Ni…残余 Co…9.7〃 また、真空ろう付工程は、1218℃（2225〓）の
温度で30分間行ない、続いて温度を1093℃（2000
〓）まで下げて10分間行ない、該デイスクとエア
フオイルリング間の接合線に塗布したろう付用合
金粉末を固化させ、その後、真空ろう付温度を
1149℃（2100〓）に上げて１時間処理し、該ろう
付用合金材料中の硼素ならびに硅素成分がエアフ
オイルリングとデイスクの基体金属中に拡散して
該シールの再溶融温度特性を上昇させ；その後、
シール区域にヘリウムガス漏えい検査を施し；か
つ、該接合部分を温度1218℃（2225〓）、圧力
15000p.s.i.（1055Kg／cm2）下で３時間保持し、そ
の後該接合部分を温度1121℃（2050〓）で２時間
焼き戻し、該焼き戻しは、871℃（1600〓）での
24時間の焼き戻しへと続けられることにより行な
うものである。 以下、添附の図面を参照してこの発明を詳細に
説明する。 この発明を実施するに当つての最初の工程は、
エアフオイルアレイを固体のリングとして予備成
形するか、あるいは、最初区分したエアフオイル
ブレードリング片を形成するための複数個の構成
部材からエアフオイルアレイを作るかのいずれか
の工程を含む。 区分されたブレードあるいはエアフオイル部材
を使用すると、精密に寸法制御された表面を有す
る方向性をもつて固化し、空冷されたエアフオイ
ルをこの発明の方法によつて作つたハイブリツド
タービン車の組立体に利用することが可能とな
る。このような方向性をもつて固化し、かつ、空
冷されたエアフオイルの一例として、アメリカ合
衆国特許第3732031号明細書がある。 この発明においては突合せ接合（buti joint）
を採用しているので、上述のアメリカ特許第
3732031号明細書に記載されている形のエアフオ
イルはそのベース部分に連続する表面をもたせる
ことにより改変されており、それによつて接合す
るデイスクの外周面とプレス嵌合関係にある加工
された内周面を有するように加工されたリングを
画定する。 この改善された空冷ブレード１０は第１図に示
されており、該ブレード１０と一体に鋳造成形さ
れた基部（ベース）１２を含み、この基部が以下
に説明するエアフオイルアレイの内側リング部分
を構成する。 個々のブレード、好ましくは、空冷されたブレ
ード部材を有するハイブリツドタービンローター
を形成する方法の第２の工程は、第１図に示した
形式の個々のブレードをリング状にする工程を含
む。 この工程は、個別に鋳造したブレード（域はエ
アフオイル）１０を仮着け溶接装置内に配置し、
くさびを入れ、個々のブレード間に0.0762ないし
1.270mm（0.003ないし0.005インチ）に制御された
間隙１４を形成することによつて達成される。
個々のブレードの配置ならびにくさび入れに続い
て、仮着け溶接１６により個々のブレードを隣接
するブレードに接合し、第２図に示すようなブレ
ード付きリングの予備組立体（サブアセンブリ
ー）１８を形成する。 第２図のサブアセンブリーは各々のブレード１
０の基部の前表面および後表面を仮着け溶接され
ている。この仮着け溶接された組立体は、つい
で、1204℃（2200〓）で１時間真空ガス抜き処理
を施される。 ついで、この接合されたリング区分片の間隙部
分１４に、第３図の符号２０で示すように、真空
ろう付用粉末を塗布し、各々の基部１２の外側
部、内側部、および、端部において該間隙１４を
完全に閉塞し、それにより、各々の仮着け溶接さ
れたブレード１０間の間隙１４に露出した接合区
域を真空ろう付によつてシールする。好ましく
は、ろう付用粉末は硼素−硅素変性ろう付用粉末
合金である。第３図に示すようなリング状区分片
の真空ろう付は、まず、1227℃（2240〓）の温度
で30分間真空中で行い、つづいて、1177℃（2150
〓）の温度で１時間固化ならびに拡散を行つてろ
う付部分の再溶融温度を上昇させる。或は、真空
ろう付シールは、1218℃（2275〓）の温度で30分
間行い、つづいて、1093℃（2000〓）迄温度を下
げて10分間行い、その後1149℃（2100〓）まで温
度を上げて１時間行なうこともできる。 間隙１４をろう付シールした後、接合した個々
のブレード１０を互に等静圧下で熱間加圧し各々
のろう付接合区域における境界面に亘つて拡散結
合を達成する。 その後、該サブアセンブリー１８の内周面２２
を適宜な切削工具２４によつて加工し、該サブア
センブリー１８内に制御された径の開口部を作
る。この場合、該サブアセンブリーは外側エアフ
オイルアレイ、即ち、隣接するブレード１０間に
所望の空気力学的流路２１を維持するため該ブレ
ード上の空気力学的表面間に正確な寸法制御を施
した翼付きリング（bladed ring）となる。或
は、該サブアセンブリー１８は、第４図に符号２
３で示すような、研磨した内周面２５を有する単
一の連続した構造体に予備成形することもでき
る。 本発明による方法は、また、該サブアセンブリ
ー１８の内周面２２内に挿入するためのデイスク
２６の予備成形をも含む。該デイスク２６は、好
ましくは、粉末状金属組成物から予備成形される
ものである。 該組成物は等静圧下で熱間加圧され、該サブア
センブリー１８の内周面２２に近似した外周面を
有する固化したデイスク２６に成形される。 デイスク２６は幾分大寸法に成形してあるの
で、切削工具３０により精密な寸法の外周面リム
２８に加圧し、該デイスクの外側寸法がリム２８
とブレード１０の接合ベース区分片１２の内周面
１２との間にほぼプレス嵌合されるようにする。 更に詳しく述べると、該内周面２２と該リム２
８の外周面とは、第６図に示すように、デイスク
２６をサブアセンブリー１８内に嵌合した場合
0.01270cm（0.005インチ）の締めしろができるよ
うな寸法に仕上げてある。 該部材は、第６図に示すように、1218℃ないし
1232℃（2225〓ないし2250〓）の温度範囲で１時
間真空ガス抜き処理を行つてから接合する。該部
材の焼ばめは、該サブアセンブリー１８を約204
℃（400〓）に加熱してから、周囲温度に保持さ
れているリム２８に滑り込ませて行なう。該組立
体を冷却すると、内周面２２はデイスクのリム２
８上をきつくしめつけ、本発明による真空ろう付
シール工程の準備ができ上る。このプレス嵌合関
係は、第７図に強調して図示してあるが、ここで
は基部１２の内径２２が僅かばかりリム２８の外
側表面に対して間隙をおいている。 次の工程は、第８図に示すように、組立てをデ
イスク２６とベースリング１２の一方側に連続し
てその周りに形成された接合線３２を真空ろう付
シールを行なうこと、および、第６図に示した組
立部材の反対側に連続してその周りに形成された
第２の接合線３４を第９図に示すように漏止め材
料の層（シーラント）３６，３８で覆つてから真
空ろう付シールを施すことである。 一実施態様で使用した材料の組成は次の通りで
ある。
するハイブリツド（複合）タービンローター組立
体に関するものであり、更には、このようなハイ
ブリツドタービンローターの組立方法に関するも
のである。 小型のガスタービンエンジンに用いられるガス
タービンローターは、第１の冶金組成のブレード
を第２の冶金組成のデイスクと機械的に接続する
ことを困難とするような寸法形状の複数個のデイ
スクとエアフオイル（翼）とからできている。更
に詳しく述べると、タービン車のエアフオイル部
材は高温状態での作動に服するため、耐熱性スー
パーアロイ材料でできていることが好ましい。一
方、デイスク材はそのリム部分に発生する高い応
力に耐えるため実質的な延在を有していなければ
ならない。 このようなハイブリツドタービンローターの一
例は、アメリカ合衆国特許第2479039号明細書に
述べられている。このローターは、多段遠心鋳造
方法によつて製造され、大型のタービンローター
に適用されている。従来の継手や結合部材によつ
て小型ガスタービンのタービンデイスクをブレー
ドアレイに機械的に結合することは困難である。
そこで、アメリカ合衆国特許第3940268号明細書
では、粉末状金属材料のデイスクと放射状に外方
向に配列した複数個のエアフオイル部材とを型の
中に配置し、該デイスクまたはハブ部材の熱間等
静圧成形工程中で両者間に冶金的結合を生じさせ
ることによつて接続を行なつている。ブレード
は、上述のアメリカ特許第3940268号明細書で述
べられている方法により、別異の材料でできてい
るデイスクに結着させることができるが、このよ
うな方法で形成した複合タービンローターの構造
体は隣接するエアフオイル部材間の精密さと寸法
制御の面で劣つている。このような寸法制御は該
デイスクに接続された相隣接するエアフオイル部
材間に所望のガス流路を維持する上で必要とされ
る。このような寸法精度の欠如は、小型の高速ガ
スタービンローターの場合には特に望ましくない
ものである。 タービン構造体中の別個のエアフオイル部材間
で正確な寸法関係を得るための一方法としては、
該エアフオイル部材を正確な寸法形状に加工し、
ついで、個々のエアフオイル部材をローターデイ
スク中に精密に加工形成したスロツト（溝穴）に
挿入組立てるようにするものである。 このタービン組立方法はアメリカ合衆国特許第
3590454号明細書に記載されている。この特許に
よれば予備加工した部材片を嵌め合せた後、これ
を可動プラツトホームにより、ブレードとホイー
ルデイスク間に形成した各種の継手に衝突する強
力な陰極線銃に対して前進させ、露出した継手全
体に亘つて側面溶接を行なうと共に溶接時間およ
び陰極線の強度に応じた適宜な深さの溶接浸透を
行うようにするものである。この方法は、接合す
る部分から可成りな量の材料を除去する必要があ
るだけでなく、更に、高エネルギー電子ビーム溶
接装置および予めプログラムされた可動設備装置
の使用を必要とする。更に、このやり方は、対象
となる合金の溶接特性によつて制限を受ける。現
在使用されているタービン材料は、一般的にその
溶接性が悪いので、この技術の適用には向いてい
ない。 以上のような訳で、この発明による第１の冶金
組成を有するデイスクと第２の冶金組成を有する
エアフオイル部材の外側アレイを含むハイブリツ
ト域は複合タービンローター組立体を構成する方
法は、内側リングとエアフオイルとを有する外側
エアフオイルアレイを精密な寸法制御で予備成形
して所望の空気力学的流路を維持するようにし；
次いで、精密な加工を施した外径寸法を有するほ
ぼ完成形状のタービンデイスクを予備成形し；該
内側リングの内径部を、それがタービンローター
デイスクにプレス嵌めされる際に表われるそれら
の間の結合線がほぼ単一線となるように精密に加
工し；その後、該デイスクと該エアフオイルアレ
イ間の境界面の外表面に形成された外表面接合線
をシールすると共に、該エアフオイルアレイとデ
イスクの両者を昇温状態ならびに直接加圧状態に
置き、該デイスクとエアフオイルリングとの間に
拡散結合を生じさせる諸工程を含むものである。 拡散結合は、接合したエアフオイルブレードア
レイとデイスクの外表面全体を高温、高圧状態に
維持することによつて生じ、該エアフオイルアレ
イの高合金材料と該デイスクの高強度粉末金属材
料との間に拡散結合が発生するまで、該エアフオ
イルリングの内周面を該デイスクの外周面と緊密
に接触するよう押圧する。 この発明の好ましい態様において、ハイブリツ
ドタービンローターを製作するための方法は、精
密に配置された空気力学的表面を有する高合金材
料の固体エアフオイルリングと、内径を有し、連
続する固体の内側リングとを鋳造し；その後、前
記内径を精密に加工して寸法を制御し；高強度の
粉末状金属材料でできており、かつ、連続的に形
成された外側リムを有するほぼ網状のタービンデ
イスクを予備成形し；該タービンデイスクの外側
リムを加工して外径寸法を制御し；該予備加工し
た部分を真空排気して該エアフオイルの内周面と
タービンデイスクの外周面を清浄にして両者の結
合を準備し；該エアフオイルリングを該デイスク
の外周面に焼ばめして両者間に境界面を設け；該
接合デイスクとエアフオイルリングの両側上の接
合線にろう付用合金粉末を塗布し、昇温させた真
空ろう付温度状態に維持することにより、該デイ
スクとエアフオイルリング間の境界面の外縁部の
該接合線部分の真空ろう付シールを行ない；且
つ、この接合したエアフオイルリングとデイスク
に対して昇温ならびに直接加圧を行なつて該デイ
スクおよびエアフオイルリングの界面を押圧し両
者が拡散結合するよう密接に接触させる諸工程を
含むものである。 この発明の好ましい態様において、使用するろ
う付用合金粉末は下記組成を有する硼素−硅素ろ
う付用合金である。 Ｃ…0.17％ Ｗ…10.8％ Hf…1.4％ Zr…0.06％ Cr…10.0％ Ｂ…1.1％ Mo…0.6％ Ta…3.1％ Al…5.5〃 Si…2.5〃 Ti…1.6〃 Ni…残余 Co…9.7〃 また、真空ろう付工程は、1218℃（2225〓）の
温度で30分間行ない、続いて温度を1093℃（2000
〓）まで下げて10分間行ない、該デイスクとエア
フオイルリング間の接合線に塗布したろう付用合
金粉末を固化させ、その後、真空ろう付温度を
1149℃（2100〓）に上げて１時間処理し、該ろう
付用合金材料中の硼素ならびに硅素成分がエアフ
オイルリングとデイスクの基体金属中に拡散して
該シールの再溶融温度特性を上昇させ；その後、
シール区域にヘリウムガス漏えい検査を施し；か
つ、該接合部分を温度1218℃（2225〓）、圧力
15000p.s.i.（1055Kg／cm2）下で３時間保持し、そ
の後該接合部分を温度1121℃（2050〓）で２時間
焼き戻し、該焼き戻しは、871℃（1600〓）での
24時間の焼き戻しへと続けられることにより行な
うものである。 以下、添附の図面を参照してこの発明を詳細に
説明する。 この発明を実施するに当つての最初の工程は、
エアフオイルアレイを固体のリングとして予備成
形するか、あるいは、最初区分したエアフオイル
ブレードリング片を形成するための複数個の構成
部材からエアフオイルアレイを作るかのいずれか
の工程を含む。 区分されたブレードあるいはエアフオイル部材
を使用すると、精密に寸法制御された表面を有す
る方向性をもつて固化し、空冷されたエアフオイ
ルをこの発明の方法によつて作つたハイブリツド
タービン車の組立体に利用することが可能とな
る。このような方向性をもつて固化し、かつ、空
冷されたエアフオイルの一例として、アメリカ合
衆国特許第3732031号明細書がある。 この発明においては突合せ接合（buti joint）
を採用しているので、上述のアメリカ特許第
3732031号明細書に記載されている形のエアフオ
イルはそのベース部分に連続する表面をもたせる
ことにより改変されており、それによつて接合す
るデイスクの外周面とプレス嵌合関係にある加工
された内周面を有するように加工されたリングを
画定する。 この改善された空冷ブレード１０は第１図に示
されており、該ブレード１０と一体に鋳造成形さ
れた基部（ベース）１２を含み、この基部が以下
に説明するエアフオイルアレイの内側リング部分
を構成する。 個々のブレード、好ましくは、空冷されたブレ
ード部材を有するハイブリツドタービンローター
を形成する方法の第２の工程は、第１図に示した
形式の個々のブレードをリング状にする工程を含
む。 この工程は、個別に鋳造したブレード（域はエ
アフオイル）１０を仮着け溶接装置内に配置し、
くさびを入れ、個々のブレード間に0.0762ないし
1.270mm（0.003ないし0.005インチ）に制御された
間隙１４を形成することによつて達成される。
個々のブレードの配置ならびにくさび入れに続い
て、仮着け溶接１６により個々のブレードを隣接
するブレードに接合し、第２図に示すようなブレ
ード付きリングの予備組立体（サブアセンブリ
ー）１８を形成する。 第２図のサブアセンブリーは各々のブレード１
０の基部の前表面および後表面を仮着け溶接され
ている。この仮着け溶接された組立体は、つい
で、1204℃（2200〓）で１時間真空ガス抜き処理
を施される。 ついで、この接合されたリング区分片の間隙部
分１４に、第３図の符号２０で示すように、真空
ろう付用粉末を塗布し、各々の基部１２の外側
部、内側部、および、端部において該間隙１４を
完全に閉塞し、それにより、各々の仮着け溶接さ
れたブレード１０間の間隙１４に露出した接合区
域を真空ろう付によつてシールする。好ましく
は、ろう付用粉末は硼素−硅素変性ろう付用粉末
合金である。第３図に示すようなリング状区分片
の真空ろう付は、まず、1227℃（2240〓）の温度
で30分間真空中で行い、つづいて、1177℃（2150
〓）の温度で１時間固化ならびに拡散を行つてろ
う付部分の再溶融温度を上昇させる。或は、真空
ろう付シールは、1218℃（2275〓）の温度で30分
間行い、つづいて、1093℃（2000〓）迄温度を下
げて10分間行い、その後1149℃（2100〓）まで温
度を上げて１時間行なうこともできる。 間隙１４をろう付シールした後、接合した個々
のブレード１０を互に等静圧下で熱間加圧し各々
のろう付接合区域における境界面に亘つて拡散結
合を達成する。 その後、該サブアセンブリー１８の内周面２２
を適宜な切削工具２４によつて加工し、該サブア
センブリー１８内に制御された径の開口部を作
る。この場合、該サブアセンブリーは外側エアフ
オイルアレイ、即ち、隣接するブレード１０間に
所望の空気力学的流路２１を維持するため該ブレ
ード上の空気力学的表面間に正確な寸法制御を施
した翼付きリング（bladed ring）となる。或
は、該サブアセンブリー１８は、第４図に符号２
３で示すような、研磨した内周面２５を有する単
一の連続した構造体に予備成形することもでき
る。 本発明による方法は、また、該サブアセンブリ
ー１８の内周面２２内に挿入するためのデイスク
２６の予備成形をも含む。該デイスク２６は、好
ましくは、粉末状金属組成物から予備成形される
ものである。 該組成物は等静圧下で熱間加圧され、該サブア
センブリー１８の内周面２２に近似した外周面を
有する固化したデイスク２６に成形される。 デイスク２６は幾分大寸法に成形してあるの
で、切削工具３０により精密な寸法の外周面リム
２８に加圧し、該デイスクの外側寸法がリム２８
とブレード１０の接合ベース区分片１２の内周面
１２との間にほぼプレス嵌合されるようにする。 更に詳しく述べると、該内周面２２と該リム２
８の外周面とは、第６図に示すように、デイスク
２６をサブアセンブリー１８内に嵌合した場合
0.01270cm（0.005インチ）の締めしろができるよ
うな寸法に仕上げてある。 該部材は、第６図に示すように、1218℃ないし
1232℃（2225〓ないし2250〓）の温度範囲で１時
間真空ガス抜き処理を行つてから接合する。該部
材の焼ばめは、該サブアセンブリー１８を約204
℃（400〓）に加熱してから、周囲温度に保持さ
れているリム２８に滑り込ませて行なう。該組立
体を冷却すると、内周面２２はデイスクのリム２
８上をきつくしめつけ、本発明による真空ろう付
シール工程の準備ができ上る。このプレス嵌合関
係は、第７図に強調して図示してあるが、ここで
は基部１２の内径２２が僅かばかりリム２８の外
側表面に対して間隙をおいている。 次の工程は、第８図に示すように、組立てをデ
イスク２６とベースリング１２の一方側に連続し
てその周りに形成された接合線３２を真空ろう付
シールを行なうこと、および、第６図に示した組
立部材の反対側に連続してその周りに形成された
第２の接合線３４を第９図に示すように漏止め材
料の層（シーラント）３６，３８で覆つてから真
空ろう付シールを施すことである。 一実施態様で使用した材料の組成は次の通りで
ある。
【表】
その他の適当な高合金材料の例としては
AF95、AF2−IDA、および、ASTROLOYがあ
る。これら高合金材料として例示したものの組成
は下記の通りである。
AF95、AF2−IDA、および、ASTROLOYがあ
る。これら高合金材料として例示したものの組成
は下記の通りである。
【表】
ろう付シールされた部材は、真空下、1218℃な
いし1232℃（2225〓ないし2250〓）の温度範囲で
30分間保持され、その後、1093℃（2000〓）に冷
却され、さらに、同温度で10分間保持されてシー
ラント層３６，３８を固化させる。引き続いて、
１時間かけて温度を1149℃（2100〓）に上げ、硼
素と硅素をベースリング１２およびデイスク２６
の基本金属中に拡散させて、該シールの再溶融温
度を上昇させる。 該接合線３２，３４をシールした後、ろう付け
した組立体が一体構造となつているかどうかを視
覚により検査し、また、第９図の組立体を高圧ヘ
リウムガス室内に設置して漏えい検査を行なう。
適宜な露出期間後、シールを施した接合部分（層
３６，３８）を分光計で検査し、ピンホールを通
してヘリウムガスの背流（bleed back）がない
かどうか、また、該接合線３２，３４をおおつて
いるブレイズシール層３６，３８内に微細な亀裂
がないかどうかをたしかめる。 このヘリウム漏えい検査に続いて、第９図に示
すろう付シールされた組立体に等静圧下で熱間処
理を行ない、内周面２２で構成される表面をリム
２８で構成される表面に拡散結合させる。この処
理は816℃（1500〓）以上の温度、たとえば、
1218℃（2225〓）の温度で行ない、かつ、各部材
に1000p.s.i.（70.3Kg／cm2）以上の流体圧、たと
えば、15000p.s.i.（1055Kg／cm2）のアルゴンガス
圧を直接かけ、この状態を３時間保持する。この
等静圧、熱間加圧に続いて、該組立体に、２時間
にわたつて1121℃（2050〓）の塗膜拡散サイクル
を施し、つづいて24時間にわたつて871℃（1600
〓）の経時熱サイクルを施す。得られた突合せ形
式の接合は第１０図の符号４０で示すとおりであ
り、この図は音波試験装置内で該接合部分が音波
試験順序に従つて検査されたことを示すと共に、
該突合せ接合部分の品質を示している。 該検査手順は、完成したハイブリツドタービン
車４２の拡散結合した突合せ接合部分の全周に亘
つて検査するための２個のトランスジユーサーを
使用する超音波試験法を含み、この検査はタービ
ン車を水浴中に浸漬して行なう。 音波検査順序の初段階は、導線４６に電気的入
力パルスを加えてトランスジユーサー４４が超音
波エネルギーのバースト４８を放出するように
し、該伝播用トランスジユーサー４４をトリガー
する工程を含む。放出されたエネルギーは組立体
を取り囲んでいる水を通つてハイブリツドタービ
ン車組立体まで伝播し、そこで伝播エネルギー４
８の大部分は該表面で反射され、一方その小部分
は一点鎖線で示す通路５２に沿つて該組立体内部
に入る。 該組立体内での超音波エネルギーは、拡散結合
された突合せ接合部４０内の非結合区域が創り出
した反射面５４に達するまで直線通路内を進む。
この発明によつて作られた組立体の場合には、該
反射面は組立体の外表面５６である。したがつ
て、反射した超音波エネルギーは通路５８または
６０に沿つて伝播し、該超音波エネルギーを電気
エネルギーに変換するトランスジユーサー６４に
よつて検知される金属反射部材６２によつて再配
向する点まで、該タービン車を取り囲む水中を通
つて該タービン車組立体の外方に連続的に伝播す
る。トランスジユーサー６４の出力端６６からは
信号が送り出され、通路５８と６０からの信号を
分離するよう電気的処理を行なう。通路５８から
の分離され、反射された音響エネルギー信号は、
タービン車組立体内の非結合区域の記録を作るの
に利用される。 前述の検査により、この発明の方法によつて形
成したタービン車組立体は、第１０図の符号４０
で示す通り、該タービン車組立体のリムならびに
ウエツブ区域の両方における突き合せ接合形状の
優れた冶金的性質を有する接合部分であることが
わかつた。 このような冶金的性質を有する接合部分の機械
的強度および耐性を以下の表にまとめてみる。こ
の表のデータ拡散結合させた突合せ接合部分４０
の区域から加工試料棒として採取した接合部分試
料の試験結果を示すものである。
いし1232℃（2225〓ないし2250〓）の温度範囲で
30分間保持され、その後、1093℃（2000〓）に冷
却され、さらに、同温度で10分間保持されてシー
ラント層３６，３８を固化させる。引き続いて、
１時間かけて温度を1149℃（2100〓）に上げ、硼
素と硅素をベースリング１２およびデイスク２６
の基本金属中に拡散させて、該シールの再溶融温
度を上昇させる。 該接合線３２，３４をシールした後、ろう付け
した組立体が一体構造となつているかどうかを視
覚により検査し、また、第９図の組立体を高圧ヘ
リウムガス室内に設置して漏えい検査を行なう。
適宜な露出期間後、シールを施した接合部分（層
３６，３８）を分光計で検査し、ピンホールを通
してヘリウムガスの背流（bleed back）がない
かどうか、また、該接合線３２，３４をおおつて
いるブレイズシール層３６，３８内に微細な亀裂
がないかどうかをたしかめる。 このヘリウム漏えい検査に続いて、第９図に示
すろう付シールされた組立体に等静圧下で熱間処
理を行ない、内周面２２で構成される表面をリム
２８で構成される表面に拡散結合させる。この処
理は816℃（1500〓）以上の温度、たとえば、
1218℃（2225〓）の温度で行ない、かつ、各部材
に1000p.s.i.（70.3Kg／cm2）以上の流体圧、たと
えば、15000p.s.i.（1055Kg／cm2）のアルゴンガス
圧を直接かけ、この状態を３時間保持する。この
等静圧、熱間加圧に続いて、該組立体に、２時間
にわたつて1121℃（2050〓）の塗膜拡散サイクル
を施し、つづいて24時間にわたつて871℃（1600
〓）の経時熱サイクルを施す。得られた突合せ形
式の接合は第１０図の符号４０で示すとおりであ
り、この図は音波試験装置内で該接合部分が音波
試験順序に従つて検査されたことを示すと共に、
該突合せ接合部分の品質を示している。 該検査手順は、完成したハイブリツドタービン
車４２の拡散結合した突合せ接合部分の全周に亘
つて検査するための２個のトランスジユーサーを
使用する超音波試験法を含み、この検査はタービ
ン車を水浴中に浸漬して行なう。 音波検査順序の初段階は、導線４６に電気的入
力パルスを加えてトランスジユーサー４４が超音
波エネルギーのバースト４８を放出するように
し、該伝播用トランスジユーサー４４をトリガー
する工程を含む。放出されたエネルギーは組立体
を取り囲んでいる水を通つてハイブリツドタービ
ン車組立体まで伝播し、そこで伝播エネルギー４
８の大部分は該表面で反射され、一方その小部分
は一点鎖線で示す通路５２に沿つて該組立体内部
に入る。 該組立体内での超音波エネルギーは、拡散結合
された突合せ接合部４０内の非結合区域が創り出
した反射面５４に達するまで直線通路内を進む。
この発明によつて作られた組立体の場合には、該
反射面は組立体の外表面５６である。したがつ
て、反射した超音波エネルギーは通路５８または
６０に沿つて伝播し、該超音波エネルギーを電気
エネルギーに変換するトランスジユーサー６４に
よつて検知される金属反射部材６２によつて再配
向する点まで、該タービン車を取り囲む水中を通
つて該タービン車組立体の外方に連続的に伝播す
る。トランスジユーサー６４の出力端６６からは
信号が送り出され、通路５８と６０からの信号を
分離するよう電気的処理を行なう。通路５８から
の分離され、反射された音響エネルギー信号は、
タービン車組立体内の非結合区域の記録を作るの
に利用される。 前述の検査により、この発明の方法によつて形
成したタービン車組立体は、第１０図の符号４０
で示す通り、該タービン車組立体のリムならびに
ウエツブ区域の両方における突き合せ接合形状の
優れた冶金的性質を有する接合部分であることが
わかつた。 このような冶金的性質を有する接合部分の機械
的強度および耐性を以下の表にまとめてみる。こ
の表のデータ拡散結合させた突合せ接合部分４０
の区域から加工試料棒として採取した接合部分試
料の試験結果を示すものである。
【表】
【表】
更に、この発明の実施態様は軸方向タービン車
または高温材料のみに限定されるものではなく、
放射状タービンおよびコンプレサーホイール、な
らびに、チタン、鋼、アルミニウムの合金の組合
せも複合化処理の考え方の延長上にあることは明
らかである。更に、エアフオイルとデイスクとを
突合せ方式で接合することは製造工程の単純化の
点で好ましいものであるが、この発明の考え方は
この種の接合形式に限られるものではない。
または高温材料のみに限定されるものではなく、
放射状タービンおよびコンプレサーホイール、な
らびに、チタン、鋼、アルミニウムの合金の組合
せも複合化処理の考え方の延長上にあることは明
らかである。更に、エアフオイルとデイスクとを
突合せ方式で接合することは製造工程の単純化の
点で好ましいものであるが、この発明の考え方は
この種の接合形式に限られるものではない。
第１図は、この発明の実施に当つて使用する多
数のエアフオイルアレイの斜視図。第２図は、第
１図に示した型式のエアフオイル部材のアレイを
仮着け溶接（tack weld）して内径を有するリン
グを形成した状態を示す図。第３図は、第２図の
構成部材で、第１図の個々の部材間の接合部をろ
う付用合金でシールし、かつ、加工して内周面を
有するリングを形成した状態を示す図。第４図
は、連続する固体のエアフオイルリングを有する
エアフオイル部材で、その内周面を研磨した状態
を示す図。第５図は、仕上り形状に近似した所ま
で等静圧下で熱間処理によつて予め固化させたほ
ぼ網状に形成したデイスクで、その外周面をエア
フオイルアレイリングの研磨した内周面と締めし
ろを有するように研磨した状態を示す図。第６図
は、第５図のデイスクで、第３図または第４図の
いずれかに示す形のエアフオイルアレイにプレス
嵌合させた状態を示す図。第７図は、第６図の７
−７線に沿つて見た一部断面、拡大図で、第６図
の接合部分間の境界面の関係を強調して示す図。
第８図は、この発明の接合線シール工程を示す
図。第９図は、第８図のシール工程による接合部
分を示す一部断面図。第１０図は、接合部分間に
拡散結合を造るための等静圧熱間処理を行つた接
合部分間の関係を示し、かつ、該接合部分を、当
該部分間の拡散結合した突合せ接合を検査するた
めの超音波検査装置内に配置した状態を示す図。 〔主要部分の符号の説明〕、１０……ブレー
ド、１２……基部、１６……仮着け部分、１８…
…サブアセンブリー、２６……デイスク、２２…
…内周面、２８……リム、３２，３４……接合
線、３６，３８……シーラント、４４，６４……
トランスジユーサー。
数のエアフオイルアレイの斜視図。第２図は、第
１図に示した型式のエアフオイル部材のアレイを
仮着け溶接（tack weld）して内径を有するリン
グを形成した状態を示す図。第３図は、第２図の
構成部材で、第１図の個々の部材間の接合部をろ
う付用合金でシールし、かつ、加工して内周面を
有するリングを形成した状態を示す図。第４図
は、連続する固体のエアフオイルリングを有する
エアフオイル部材で、その内周面を研磨した状態
を示す図。第５図は、仕上り形状に近似した所ま
で等静圧下で熱間処理によつて予め固化させたほ
ぼ網状に形成したデイスクで、その外周面をエア
フオイルアレイリングの研磨した内周面と締めし
ろを有するように研磨した状態を示す図。第６図
は、第５図のデイスクで、第３図または第４図の
いずれかに示す形のエアフオイルアレイにプレス
嵌合させた状態を示す図。第７図は、第６図の７
−７線に沿つて見た一部断面、拡大図で、第６図
の接合部分間の境界面の関係を強調して示す図。
第８図は、この発明の接合線シール工程を示す
図。第９図は、第８図のシール工程による接合部
分を示す一部断面図。第１０図は、接合部分間に
拡散結合を造るための等静圧熱間処理を行つた接
合部分間の関係を示し、かつ、該接合部分を、当
該部分間の拡散結合した突合せ接合を検査するた
めの超音波検査装置内に配置した状態を示す図。 〔主要部分の符号の説明〕、１０……ブレー
ド、１２……基部、１６……仮着け部分、１８…
…サブアセンブリー、２６……デイスク、２２…
…内周面、２８……リム、３２，３４……接合
線、３６，３８……シーラント、４４，６４……
トランスジユーサー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ハイブリツド・タービン・エンジン・ホイー
ル組立体を製造する方法であつて；スーパーアロ
イ素材からブレード付き金属リング２３を形成
し、複数のエアフオイルブレード１０がそれらの
間を精密に寸法制御されて前記リングを通る空気
力学的流路を保持し、前記リングは内径を備え、
前側部及び後側部を備える環状ベースリム２５を
有し；外径を有する高強度金属のデイスク２６を
形成し；前記ブレード付き金属リングを前記デイ
スクの周りにプレスばめして前記リムと前記デイ
スクとの間に突合わせ界面２２，２８を形成し、
接合線が前記リムの前側部及び後側部で前記デイ
スクの外周の周りを連続的に延在し；前記それぞ
れの接合線の全体を高融点温度のシーランス３
６，３８でシールして突合わせ界面の引き続いて
起こる物理的又は化学的汚染を防止し、前記界面
をシールされた圧密の界面とし；その後、前記ホ
イール組立体の全体表面を、前記ベースリム２５
と前記デイスク２６との間に拡散した冶金的結合
４０の形成を確立するに十分な長さの時間に亘つ
て高熱の平衡状態下で直接の流体圧力にさらす、
ハイブリツド・タービン・エンジン・ホイール組
立体を製造する方法において、前記環状ベースリ
ムの内周部を精密公差内径に予備加工して前記前
側及び後側接合線の間において前記ベースリムに
面域を形成し、前記デイスクの外周部を精密公差
外径に形成して該デイスクに面域を形成し、前記
リングが前記デイスクの周囲にプレスばめされる
とそれらの間に近密な線対線界面が画成され、前
記リムの前側から後側まで該リムの面域及び前記
デイスクの面域の全域に亘つて連続する接触部が
形成され、もつて、熱間平衡プレスの間の界面の
つぶれ及びその結果としての寸法制御の損失を防
止することを特徴とする方法。 ２ 特許請求の範囲第１項のハイブリツド・ター
ビン・エンジン・ホイール組立体を製造する方法
において、前記ベースリムを備えたブレード付き
リングを鋳造した耐蝕性及び耐熱性を有するスー
パーアロイ材料から形成し、前記デイスクを固化
した粉末金属から形成されることを特徴とする方
法。 ３ 特許請求の範囲第１項、又は第２項のハイブ
リツド・タービン・エンジン・ホイール組立体を
製造する方法において、前記高融点温度シーラン
スが前記接合線を覆うべく付加される硼素−硅素
変性ろう付け粉末から成り、前記シール工程が、
前記組立体を真空下で保持し、それを1218℃
（2225〓）に加熱して前記粉末を溶融して前記接
合線をシールする工程と、その後ろう付温度を
1149℃（2100〓）に低下させ、前記硼素ならびに
硅素成分が前記デイスクとブレード付リングの母
材内に拡散するのに十分長い時間前記温度を保持
して前記シーラントの再溶融温度を高める工程と
を含むことを特徴とする方法。 ４ 特許請求の範囲第１項のハイブリツド・ター
ビン・エンジン・ホイール組立体を製造する方法
において、第１の合金材料からそれぞれ湾曲した
基部１２を有する複数個のブレードエレメント１
０を予備成形し、該ブレードエレメントの湾曲ベ
ースを共に整列させて前記ブレード付きリングを
形成し、前記ブレードの湾曲基部を該ブレードの
湾曲基部間の界面１４でリング状に仮付け溶接
し、前記ブレードの仮付け溶接基部間の露出接合
区域の各々を真空ろう付シールし、前記ブレード
の各々を互いに等静圧下で加圧して各々の真空ろ
う付処理を施した接合区域の界面に亘つて拡散結
合を達成し、その後、前記ブレード付リング２３
のリムの内周面を加工して所定の内径とし、前記
ブレードリングの前記内径と実質的に同一な所定
の外径を有する粉末状金属のデイスクを予備成形
し、かつ、前記ブレード付リングを前記粉末状金
属デイスクの外径に焼ばめして前記突合せ界面を
形成する諸工程を含むことを特徴とする方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP (1) | JPS543608A (ja) |
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