図面 (/)

技術 超合金用溶接フィラー

出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
発明者 シリカンス・チャンドゥルドゥ・コッティリンガムヤン・ツイデチャオ・リンデイヴィッド・エドワード・シックブライアン・リー・トリソン
出願日 2015年12月10日 (5年6ヶ月経過) 出願番号 2015-240683
公開日 2016年6月30日 (4年11ヶ月経過) 公開番号 2016-117099
状態 特許登録済
技術分野 金属の他の加工と複合作業 アーク溶接一般 突合せ溶接及び特定物品の溶接 鋳ぐるみ鋳造 溶接材料およびその製造 ガスタービン、高圧・高速燃焼室 電子ビームによる溶接、切断 タービンロータ・ノズル・シール 処理全般、補助装置、継手、開先形状 タービンの細部・装置
主要キーワード 先端レール 溶接フィラー 材料含有率 フィラー金属 ワイヤ形状 ガスタングステンアーク溶接 低融点材料 プラズマアーク溶接
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年6月30日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

超合金溶接フィラー金属を提供する。

解決手段

溶接用超合金のための溶接フィラー金属が開示される。溶接フィラー金属は、約2300〜2500°Fの融点を有する第1の材料と、約1800〜2200°Fの融点を有する第2の材料とを含む予備成形品を含み、第1の材料と第2の材料との比は可変である。関連する工程及び物品も開示される。

概要

背景

超合金、特に、高いγ’体積%、例えば、30%超のγ’体積%を有するニッケル基超合金は、通常、溶接性が悪い。結果として、そのような超合金の融接は、しばしば超合金の熔出及びひずみ経年亀裂が生じる。

超合金製のガスタービン部品は、通常、インベストメント鋳造工程を用いて鋳造される。気孔率異物混入などの欠陥は、通常、鋳造物に見られる。鋳造物は、廃棄することもできるし、あるいは接合方法を用いて欠陥を修復することができる。部品の廃棄は、鋳造物の価格の全体的な上昇をもたらす。したがって、これらの鋳造品救出することが肝要である。通常、このような欠陥は、ガスタングステンアーク溶接GTAW)工程を用いて、融接によって修復される。より低い強度の金属フィラーは、通常、溶接部及びベース金属熱影響部HAZ)における亀裂を最小にするために使用される。

概要

超合金用溶接フィラー金属を提供する。溶接用超合金のための溶接フィラー金属が開示される。溶接フィラー金属は、約2300〜2500°Fの融点を有する第1の材料と、約1800〜2200°Fの融点を有する第2の材料とを含む予備成形品を含み、第1の材料と第2の材料との比は可変である。関連する工程及び物品も開示される。

目的

本開示の実施形態はまた、DC負溶接技術を利用することができ、DCにより溶接を行いながら、ACが表面清浄化を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

溶接用超合金のための溶接フィラー金属であって、当該溶接フィラー金属が、約2300〜2500°Fの融点を有する第1の材料と、約1800〜2200°Fの融点を有する第2の材料とを含む予備成形品を含んでおり、第1の材料と第2の材料との比が可変である、溶接フィラー金属。

請求項2

第1及び第2の材料の少なくとも一方は、コバルト基ステム及びニッケル基システムの少なくとも一方を含む、請求項1に記載の溶接フィラー金属。

請求項3

第1の材料及び第2の材料の比は、超合金の材料含有率及び溶接される超合金の融点の少なくとも一方に基づいて選択される、請求項1に記載の溶接フィラー金属。

請求項4

第1の材料は、表1の材料のリストを含む群から選択される材料を含む、請求項3に記載の溶接フィラー金属。

請求項5

第2の材料は、表2の材料のリストを含む群から選択される材料を含む、請求項3に記載の溶接フィラー金属。

請求項6

予備成形品の形状は、ワイヤ形状を含む、請求項1に記載の溶接フィラー金属。

請求項7

予備成形品の形状は、溶接される超合金の領域と合致する形状を含む、請求項1に記載の溶接フィラー金属。

請求項8

超合金を溶接する方法であって、予備成形品であって、約2300〜2500°Fの融点を有する第1の材料と、約1800〜2200°Fの融点を有する第2の材料とを含み、第1の材料及び第2の材料の比が可変である予備成形品を、超合金の領域に適用するステップと、予備成形品及び超合金を溶接するステップとを含む方法。

請求項9

第1及び第2の材料の少なくとも一方は、コバルト基システム及びニッケル基システムの少なくとも一方を含む、請求項8に記載の方法。

請求項10

超合金の材料含有率及び溶接される超合金の融点の少なくとも一方に基づいて、比を選択するステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。

請求項11

第1の材料は、表1の材料のリストを含む群から選択される材料を含む、請求項10に記載の方法。

請求項12

第2の材料は、表2の材料のリストを含む群から選択される材料を含む、請求項10に記載の方法。

請求項13

予備成形品の形状は、ワイヤ形状を含む、請求項8に記載の方法。

請求項14

予備成形品の形状は、溶接される超合金の領域と合致する形状を含む、請求項8に記載の方法。

請求項15

溶接するステップは、機械加工における欠陥から材料を堆積させるステップと、機械加工における欠陥から材料を再加工するステップと、空孔又は開口を閉鎖するステップと、新規部品を追加するステップとを含む群のうちの少なくとも1つを含む、請求項8に記載の方法。

請求項16

溶接するステップは、ガスタングステンアーク溶接プラズマアーク溶接レーザ溶接、及び電子ビーム溶接を含む群のうちの少なくとも1つを含む、請求項8に記載の方法。

請求項17

溶接の第2層に第2のフィラー金属を追加するステップと、第2のフィラー金属を溶接するステップとをさらに含む、請求項8に記載の方法。

請求項18

第2のフィラー金属は、従来のフィラー金属を含む、請求項17に記載の方法。

技術分野

0001

本開示は、一般に、超合金溶接フィラー金属に関する。

背景技術

0002

超合金、特に、高いγ’体積%、例えば、30%超のγ’体積%を有するニッケル基超合金は、通常、溶接性が悪い。結果として、そのような超合金の融接は、しばしば超合金の熔出及びひずみ経年亀裂が生じる。

0003

超合金製のガスタービン部品は、通常、インベストメント鋳造工程を用いて鋳造される。気孔率異物混入などの欠陥は、通常、鋳造物に見られる。鋳造物は、廃棄することもできるし、あるいは接合方法を用いて欠陥を修復することができる。部品の廃棄は、鋳造物の価格の全体的な上昇をもたらす。したがって、これらの鋳造品救出することが肝要である。通常、このような欠陥は、ガスタングステンアーク溶接GTAW)工程を用いて、融接によって修復される。より低い強度の金属フィラーは、通常、溶接部及びベース金属熱影響部HAZ)における亀裂を最小にするために使用される。

先行技術

0004

米国特許第8298480号明細書

0005

本明細書に開示する本発明の実施形態は、溶接用超合金のための溶接フィラー金属を含むことができ、溶接フィラー金属は予備成形品を含み、予備成形品は、約2300〜2500°Fの融点を有する第1の材料と、約1800〜2200°Fの融点を有する第2の材料とを含み、第1の材料及び第2の材料の比は可変である。

0006

本発明の実施形態はまた、超合金を溶接する方法を含むことができ、本方法は、予備成形品であって、約2300〜2500°Fの融点を有する第1の材料と、約1800〜2200°Fの融点を有する第2の材料とを含み、第1の材料及び第2の材料の比が可変である予備成形品を、超合金の領域に適用するステップと、予備成形品及び超合金を溶接するステップとを含む。

0007

本開示のこれらの及び他の特徴は、本発明の様々な態様を示す添付の図面と併せて、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。

図面の簡単な説明

0008

本明細書で開示する本発明の実施形態を含むことができる溶接用超合金のための溶接フィラー金属の一例の概略図である。
本明細書で開示する本発明の実施形態を含むことができる溶接工程のブロック図である。

実施例

0009

図面は一定の比率でない場合があることに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面においては、図面間で類似する符号は類似する要素を示す。詳細な説明では、例として図面を参照しながら、本発明の実施形態を利点及び特徴と共に説明する。

0010

本明細書で説明するように、超合金、特にニッケル基合金は溶接性が非常に悪い。これらの超合金の欠陥を融接しようとすると、しばしば、亀裂及び他の欠陥が生じる。いくつかの実施形態では、超合金は、IN738、Rene80、IN939、GTD111、GTD444、及びR108などの合金を含むことができる。これらの超合金から製造された物品は、鋳造の際に気孔率及び異物があることを示している。本開示の実施形態による溶接フィラー金属は、鋳造された超合金物品の欠陥の溶接を可能にし、スクラップを低減させることができる。

0011

図1は、溶接用の超合金100の概略図である。超合金は、物品を含んでもよいし、あるいはどのような形状であってもよい。例えば、本開示に関連する物品は、いくつかの実施形態ではタービン用部品のために鋳造された超合金を含むことができる。本開示に記載する溶接フィラー金属及び方法は、タービン固定部品及び回転部品の両方に適用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、溶接フィラー金属は、タービンのノズルシュラウド、及びバケットを含む超合金部品100に適用することができる。これらの部品は、当該技術分野において周知であり、超合金100は、任意の形状又はサイズの物品を含むことができ、タービンのこれらの及び他の部品を含むことができることを理解されたい。

0012

開示される溶接フィラー材料の予備成形品110は、超合金100の領域120内に溶接するのに使用することができる。予備成形品110は、第1の材料を含むことができ、第1の材料は高い融点を有する。高い融点は、いくつかの実施形態では、約2300°F〜2500°F±50°Fの範囲の融点を含むことができる。第1の材料は、例えば、MM247、IN738、R80、IN939、R142、及びR195を含む群から選択することができる。超合金がコバルト基である実施形態では、第1の材料は、H188、H25、及びFSX414から選択することができる。これらの材料は、以下の表1にさらに概説されている。値は重量%で与えられ、公称値は重量%の範囲を含むものと理解するべきである。

0013

予備成形品110はまた、第2の材料を含むことができ、第2の材料は低い融点を有する。低い融点は、いくつかの実施形態では、約1800°F〜2200°F±50°Fの範囲の融点を含むことができる。第2の材料は、例えば、DF4B、BRB、DF6A、D15、AMS4777、及びBNi−9を含む群から選択することができる。超合金がコバルト基である実施形態では、第2の材料は、BCo−1、MarM509Bから選択することができる。これらの材料は、以下の表2にさらに概説されている。値は重量%で与えられ、公称値は重量%の範囲を含むものと理解するべきである。

0014

予備成形品の特性は、複数の方法で制御することができる。例えば、第1の材料の材料化学的性質及び第2の材料の材料化学的性質を選択することにより、予備成形品110の正確な材料化学的性質及び融点を制御することができる。第1の材料と第2の材料とを組合せることにより、2つの材料の比を可変にしておくことができる。例えば、2つの材料の比は、予備成形品110が適用され溶接される超合金100の材料含有率、超合金100の融点、又はこれら両方に基づいて決定することができる。すなわち、予備成形品110のフィラー溶接金属材料特性は、融点を変更するために第1の材料と第2の材料との比を選択することによって、超合金100に対して最適化することができる。高融点材料低融点材料とを組合せることで、予備成形品110の特性の幅広い範囲が可能になる。

0015

いくつかの実施形態では、予備成形品110は、コバルト基システムニッケル基システム、又はこれらのいくつかの組合せを含むことができる。すなわち、予備成形品110の溶接フィラー金属の材料化学的性質は、実質的にニッケル、実質的にコバルト、又はこれらの組合せを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、予備成形品110は、H188、H25、FSX414、又はMarM509Bを含むことができる。いくつかの実施形態では、予備成形品110は、ワイヤ形状の物品を含むことができる。しかし、他の実施形態では、図1に示すように、予備成形品110は、修復を必要とする超合金100の領域120に合致した形状を含むことができる。これらの実施形態では、予備成形品110を領域120に合致させることができるが、これについては以下に説明する方法に関連してさらに詳細に説明する。

0016

図2は、本発明の実施形態による超合金100を溶接する方法を示す。ステップS1では、予備成形品110の第1の材料と第2の材料との比が、超合金100の特性に基づいて選択される。ステップS2では、予備成形品110を超合金100に適用することができる。以前の試みでは、本開示の実施形態による材料を用いない溶接は、適切な溶接ではなく、多くの場合、従来の溶接材料に多量の熱を印加することによって超合金に損傷を与え、熱影響部(HAZ)で超合金に亀裂が生じた。溶接を必要とする領域に適合する形状の金属フィラーを用いる、さらなる試みが行われた。しかし、これらの以前の試みは、ろう付け技術を利用しており、物品の全体をオーブン内に挿入する必要がある。これはより大きな物品には有効でないだけではなく、時には長期間にわたって、物品全体に熱を加える。これは、物品全体の部分溶融及び他の損傷を招くおそれがある。

0017

対照的に、本開示の実施形態は、溶接技術を利用している。すなわち、予備成形品110(図1)は、領域120の形状に適合し、超合金100に適用することができる(ステップS2)。ステップS3(図2)では、予備成形品110は、超合金100に溶接することができる。ステップS1(図2)で選択された比により、予備成形品110を溶融させるのに必要な熱の量は、超合金100のHAZ、すなわち領域120に損傷を与えないように十分に低くすることができる。いくつかの実施形態では、溶接は、ガスタングステンアーク溶接(GTAW)、プラズマアーク溶接レーザ溶接電子ビーム溶接を含むことができる。レーザ溶接は、レーザが予備成形品110の領域120の表面を横切ってラスタ処理する、溶接技術を含むことができる。予備成形品110を適用する前に、超合金100の表面を清浄にするために、アルゴンガスなどのガスを用いることができ、陽イオンが表面を清浄にして、より良好な溶接が可能になる。本開示の実施形態はまた、DC負溶接技術を利用することができ、DCにより溶接を行いながら、ACが表面清浄化を提供することができる。GTAWなどのいくつかの実施形態では、ビーム技術と同様に、電流パルスを用いることができる。

0018

このように、本開示の実施形態は、ステップS3(図2)において、予備成形品110を超合金100(図1)に溶接するステップを含む。実施形態による方法は、機械加工における欠陥から材料を堆積させるために、これらの溶接技術を利用することができる。例えば、物品が鋳造される場合に、加工不良及び他の工程によって、十分な材料が存在しない領域120が生じる。領域120を充填するために、予備成形品110を付加することができる。いくつかの実施形態では、本方法は、機械加工における欠陥の修復材料に適用することができ、超合金100を予備成形品110を用いて修復し、欠陥領域120を整形することができる。実施形態はまた、空孔又は開口、典型的には超合金100の欠陥の閉鎖を含むことができる。さらなる実施形態は、新たな部品の追加を含むことができる。例えば、超合金100を形成することができるが、さらなる特徴が望ましい場合もある。これらの実施形態では、ある形状の予備成形品110を溶接することにより、あるいは溶接後にさらに成形することによって、さらなる特徴を超合金100に追加して、タービン用の物品にスキーラ先端エンジェルウィング先端レール、ノズル、又はシュラウドなどの特徴を追加又は変更することができる。

0019

本開示の実施形態の方法を用いることによって、以前の溶接技術と異なり、溶接により亀裂が入ることがなく、また、ろう付けと異なり、超合金100は部品全体を高温に加熱することを回避できる。さらに、本開示の実施形態による予備成形品110の適用によって、以前の試みによるろう付けよりも材料の緻密な堆積が得られる。

0020

いくつかの実施形態によれば、本開示の方法のさらなる利点は、予備成形品110が適用され、超合金100に溶接されると、追加の材料を組合せたものに溶接できることである。予備成形品110の化学的性質により、従来の金属フィラーを含むことができる第2の材料を第2層に付加して、ステップS4(図2)で溶接することができ、ステップS5で第2のフィラー材料を溶接することができる。第2のフィラー金属は、予備成形品110を参照して上述した実施形態のいずれにおいても用いることができるが、予備成形品110の上に適用することができる。

0021

本発明について限られた数の実施形態にのみ関連して詳述しているが、本発明がこのような開示された実施形態に限定されないことが直ちに理解されるべきである。むしろ、これまでに記載されていない任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を組み込むために、本発明を修正することができ、それらは本発明の趣旨と範囲に相応している。さらに、本発明の様々な実施形態について記載しているが、本発明の態様は記載した実施形態のうちのいくつかのみを含んでもよいことを理解すべきである。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されるとみなされるのではなく、添付した特許請求の範囲によって限定されるだけである。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ