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【発明の名称】 ハードウェアの欠陥の確認及び補修の方法
【発明者】 【氏名】ケン・ナム・チェン

【氏名】ゲンファ・フー

【要約】 【課題】タービン部品62の表面に通じた欠陥、例えば、タービンエンジン運転中に発生し得る亀裂又は他の細かな裂け目を確認するとともに補修する方法の提供。

【解決手段】本発明の方法では、欠陥の存在を覆い隠すおそれのある残渣、塵その他の異物を部品から除去する。次いで、蛍光浸透剤66を部品62の表面に塗布する。浸透剤66を除去することなく、普通照明の下で物品62を視覚検査し、必要に応じて要補修領域に補修合金76を施工する。次に、物品62を紫外線72の下で検査し、紫外線によらなければ肉眼では検出できない非常に細かな欠陥を要補修領域として確認し、これらの領域に補修合金76を自動及び/又は手動施工する。次いで、浸透剤66を除去することなく、補修合金76の少なくとも一部が液化するのに十分な高温に物品62を加熱して、補修を達成する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 物品の表面に通じた欠陥を補修する方法であって、物品の表面を洗浄する段階、物品の表面に蛍光浸透剤を塗布する段階、要補修領域を検出するための所定の光量の白色光の標準照明状態で物品の表面を視覚検査して、段階、次いで、物品の視覚検査で確認された所定の要補修領域に補修合金を施工する段階、次いで、蛍光浸透剤では検出できるが視覚検査では容易に検出できない要補修領域を検出するための所定の光量の紫外線下で物品の表面を検査する段階、次いで、紫外線下での蛍光浸透剤検査及び白色光下での視覚検査で確認された物品の所定の要補修領域に補修合金を施工する段階、及び補修合金の少なくとも一部を液化するのに十分な高温環境に物品を置いて補修合金を要補修領域に流入せしめる段階を含んでなる方法。
【請求項2】 前記物品がタービンエンジン部品である、請求項1記載の方法。
【請求項3】 前記物品がタービン動翼、タービン静翼、タービンバケット、ノズル及び燃焼器からなる群から選択されるエンジン部品である、請求項2記載の方法。
【請求項4】 視覚検査後に部品の表面に合金を手動施工によって施工する、請求項2記載の方法。
【請求項5】 視覚検査後に部品の表面に合金を自動施工によって施工する、請求項2記載の方法。
【請求項6】 蛍光検査後に部品の表面に補修合金を手動施工によって施工する、請求項2記載の方法。
【請求項7】 蛍光検査後に部品の表面に補修合金を自動施工によって施工する、請求項2記載の方法。
【請求項8】 紫外線下での蛍光浸透剤検査の段階が、紫外線照射下において浸透剤で発光する補修の必要な明領域を検出し補修の不要な暗領域から識別するようにプログラムされたCCDカメラを利用することを含んでなる、請求項1記載の方法。
【請求項9】 物品の所定の要補修領域に補修合金を施工する段階が、CCDカメラで発生した信号に応じて所定の要補修領域の上方に補修合金を収容した装置を自動的に位置付けするとともに、CCDカメラで発生した信号に応じて所定の要補修領域に補修合金を自動的に施工することを含んでなる、請求項8記載の方法。
【請求項10】 高温環境に物品を置く段階が、物品を約1800゜F以上の温度に加熱することを含んでなる、請求項1記載の方法。
【請求項11】 物品表面に通じた欠陥を検出して物品(62)を補修する装置であって、物品を洗浄する手段、蛍光浸透剤(66)を物品に塗布する手段、過剰の蛍光浸透剤を物品の表面から除去する手段、視覚検査によって要補修領域を検出するために白色光を利用して物品表面を照明する手段、蛍光浸透剤で識別される要補修領域を検出するために紫外線を利用して物品の表面を照明する手段(72)、視覚検査及び蛍光浸透剤検査で確認された物品の表面の所定の領域における欠陥を検出しかつ位置決めする手段(82、84、86)、上記検査で確認された所定の要補修領域に補修合金(76)を施工する手段(90)、物品の表面の欠陥を検出しかつ位置決めする手段に対応して補修合金施工手段を自動的に動かす手段(78、80、74)、及び施工された補修合金を少なくとも部分的に液化するために物品を高温に加熱する手段を含んでなる装置。
【請求項12】 表面に通じた欠陥を検出してタービン部品(62)を補修する装置であって、タービン部品を洗浄してその表面から異物を除去する手段、ある量の液状蛍光浸透剤(66)を収容した貯漕(64)、タービン部品の表面から異物を除去した後に液状蛍光浸透剤(66)を貯漕から部品表面に塗布する手段、過剰の液状蛍光浸透剤を部品の表面から除去する手段、視覚検査のために部品を照らす照明(72)、過剰浸透剤(66)の除去後に蛍光検査のために部品を照らす紫外線照明(72)、補修合金(76)のスラリーを収容した容器(74)であって、合金を分配するための第1の信号に応答して閉状態から開状態へと作動可能な開口を有するノズル(90)を含んでいる容器(74)、その位置を示す第2の信号を発するとともにそれを適当に位置付ける第3信号に応答する位置決め装置(78,80)であって、さらに上記容器を保持している位置決め装置(78,80)、紫外線での浸透剤の発光によって強調される部品の表面欠陥を検出するとともに部品(62)表面の補修を要する欠陥の位置を示す第4の信号を発するCCDカメラ(82)を含んでいる映像システム(84,86)、表面欠陥の位置を示す映像システムからの第4の信号に応答して位置決め装置(78,80)を位置付ける第3信号を送るとともに、位置決め装置(78,80)が補修を要する表面欠陥の上方に適切に位置するときに補修合金(76)を容器(74)から分配するための第1の信号をノズル(90)に送るコントローラ、及び補修合金の施工後に部品を約1800゜F以上の温度に加熱する炉を含んでなる補修装置。
【発明の詳細な説明】本発明は、概括的には、物品表面の微小亀裂を検出するとともに検出した亀裂を自動及び/又は手動補修するための改良方法に関するものであり、具体的には、蛍光浸透剤によってタービンエンジンハードウェアの表面の亀裂を検出するとともに亀裂を自動及び/又は手動補修することに関する。
【0001】
【従来の技術】エンジン運転中、タービンエンジンハードウェアはエンジン運転の結果として小さな損傷を被るのが通例である。損傷は僅かなへこみや微小亀裂等の多様な形態を取り、例えば異物粒子の吸込、摩耗、エロージョン、疲労等の多種多様な状態のいずれか一つでも起こると生じ得る。多くの場合、損傷は軽度の性質のもので、補修作業後のハードウェアは再使用に適する。
【0002】現在、欠陥もしくは傷を視覚的に検出することができるように、補修すべき物品を洗浄後適当な白色光の下で視覚検査することが行われている。極めて微細な亀裂を確認するため拡大鏡での視覚検査が行われる。作業者によって亀裂が確認されると、スラリー状の適当な合金が作業者によって施工される。亀裂確認手順及び合金施工は、ADH(activated diffusion healing)、PACH(partitioned alloy component healing)及びろう付等の周知の補修方法における第1段階である。合金の施工後、物品をADH、PACH又はろう付等の方法で加熱するが、それによって合金が欠陥に流れ込み欠陥を「治癒」する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この補修手順を終えた後、物品を周知の手順に従って蛍光浸透剤検査する。これらの手順には、部品の洗浄、紫外線下での部品の検査、欠陥が残っていないかの確認、部品の洗浄、及び後で確認された欠陥の再補修のためのスラリーの再施工を要する。もちろん、この手順での問題は、後段の蛍光浸透剤検査において、拡大鏡の使用の有無を問わず視覚検査技術では見いだせなかった或いは見いだし得なかった欠陥が見つかることが多々あることである。補修に悪影響を与えずに補修サイクル前に物品に存在する欠陥を適切に識別することができる方法で仮にすべての補修がワンサイクルで終えることができるものがあれば、時間、人手、労力及びエネルギー資源を節約することができる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によって物品の表面の欠陥を確認し補修する改良方法を以下に開示する。再使用に付すべく検査する物品は、まず洗浄して、欠陥を覆い隠すおそれのある残渣、油、塵その他の異物を除去する。次いで、蛍光浸透剤を物品に塗布する。浸透剤を塗布したら、紫外線を当てずに普通の「白色」光の下で物品を視覚検査する。この検査では非常に大きな欠陥もしくは傷が検出され、そこにスラリー状の補修合金を施工する。補修合金の手動施工後、紫外線を当てて物品を検査する。白色光条件下での視覚検査の結果補修合金が充填されなかった微小亀裂があれば蛍光浸透剤がそこに入り込んで紫外線で検出される。次いで、スラリー状の追加補修合金を、新たに検出された亀裂に施工して埋める。次に、補修合金が流動化するに十分な高温に物品を暴露して、ADH、PACH又はろう付による補修工程に施す。
【0005】本発明の利点は、白色光の下での検査と紫外線の下での検査とを組合せることで部品の表面に通じるあらゆる欠陥を補修前に確認できるので、補修を一回の補修サイクルで完了できることである。これによって検査プロセスにおいて亀裂等の欠陥を見逃す危険性が大幅に低減するが、このような見逃しは二段階の検査・補修プロセスではたまに起こっていたことである。
【0006】本発明の他の利点は、補修の完全性に悪影響を与えることなく、蛍光浸透剤を除去しないでろう付合金を含んだスラリーを亀裂等の欠陥に施工できることである。
【0007】本発明のその他の特徴及び利点は、好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を本発明の原理を例示した添付図面と併せて参照することで明らかとなろう。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明は、物品の表面に通じた亀裂等の欠陥を検出するとともに、検出された物品の亀裂を、補修合金を欠陥に施工してから物品を加熱して補修合金を流動化させて欠陥を封じる(つまり「治癒」する)ことによって補修する改良方法に関する。このように検査・補修される物品の典型例には、航空機エンジンで実用に供された後取り外されたタービン部品がある。タービン部品の例には、タービン動翼、タービン静翼、タービンバケット、ノズル、燃焼器等がある。航空機エンジン及び発電装置用のタービン部品又は翼形部に多用される基材には、例えば、ニッケル基、コバルト基又は鉄基超合金がある。かかる合金は鋳造超合金でもよいし、鍛造超合金でもよい。かかる基材の具体例には、GTD−111、GTD−222、Rene 80、Rene 41、Rene 125、Rene 77、Rene 95、Rene N5、Rene N6、Inconel 706、Inconel 718、Inconel 625、コバルト基HS−188、コバルト基L−605及びステンレス鋼等がある。物品は高価な材料であるばかりでなく、複雑な部品であるので、付加価値が高くなる。現実的な限りはこれらの物品を補修して物品をその当初の状態にできるだけ近い状態に回復させるのが経済的に有利であるので、数多くの補修方法が開発されてきた。しかし、こうした補修では、物品が当初の状態に回復できるように物品の欠陥を検出することが重要である。
【0009】図1に示したような従来技術のタービン部品補修法は、複数の検査・補修サイクルを要するものとして開発されている。かかる補修法には、ADH、PACH及びろう付が含まれる。これらの各補修法では、補修の必要性が確認されたタービン部品の領域に補修合金を手動で施工し(16)、次いで補修合金を少なくとも部分的に液化するのに十分な高温環境にタービン部品を置く(18)ことを要する。
【0010】本発明の補修方法を図2に示す。図2は本発明に従って物品を補修する段階の概略を示したフローチャートである。本発明は、、翼形部を高温環境54に暴露する前に実施される初期検査46、50において表面に通じる欠陥がすべて確認されるという点で、従来技術の方法よりも改善されている。本発明の方法では、白色光つまり慣用照明下で実施される第1視覚検査46と紫外線下で行われる第2検査50の2つの検査において関連欠陥をすべて識別する。第1視覚検査46では、紫外線の下では余り目立たないおそれもある表面に通じた幅広い欠陥を識別するのに対し、第2検査50では、通常の浸透剤法を用いて、白色光条件下では高倍率に拡大しても観察できないおそれのある非常に微小な亀裂を識別する。
【0011】本発明の方法は、要補修領域に補修合金を施工する前に欠陥から蛍光浸透剤を除去しないという点で通常の慣行とは異なる。補修の必要性が確認された領域への補修合金の施工は、前もって欠陥から浸透剤を除去することなく、蛍光浸透剤の上から直接欠陥に合金を施工することによって行われる。この技法は、浸透剤を利用するときの慣用の技法とは異なる。慣用の技法では、浸透剤が残っていると不適当な補修を生じるおそれがあったので、補修を行うに先だって洗浄作業を要するのが常であった。しかし、本発明の方法では、補修合金を部分的に液化することで補修を達成すべく部品を高温に加熱する段階54の前に、浸透剤を除去するための洗浄段階を必要としない。本発明の補修方法では、不適当な補修を生じるような残留蛍光浸透剤が残ることはない。本発明の方法で行われた補修はすべて満足のいくものであって、補修後の部品はそれ以上の補修サイクルを何ら必要とすることなく再使用できた。
【0012】部品の真空洗浄42では、補修を行う部品の表面から汚染物質を除去する。かかる汚染物質には、有機不純物及び塵、例えば砂、火山灰、フライアッシュ、セメント、滑走路のほこり、基材不純物、燃料及び空気源、エンジン部品からの酸化生成物等がある。これは重要な段階である。表面に通じる亀裂等の欠陥はすべて補修すべきであるが、表面に通じる経路がこうした汚染物質によってふさがれてしまうおそれがあるからである。次いで、蛍光浸透剤を浸漬又はスプレー塗り等の慣用法によって部品の表面に塗布し(44)、毛細管作用で浸透剤が細かな開口に浸透するまで短時間(例えば3〜15分間)放置しておく。拭い取ったり或いはスプレー噴霧等の当業者に周知の手法によって、部品の表面から過剰の浸透剤を除去する。次いで、部品(典型的には翼形部)を白色光条件下で検査する(46)が、通例は輝度計で照合し得る所定の光量で行う。この検査は、紫外線下では発見できるか否かわからない広くて浅い欠陥を明らかにする。典型的な補修手順では、存在しているかもしれない蛍光浸透剤を何ら除去することなく、白色光検査段階46で確認された翼形部の領域に補修合金を手動で施工する(48)。次いで、翼形部を紫外線の下で検査するが(50)、この検査で紫外線検査によらなければ肉眼では容易に観察できない微小亀裂等の細かな欠陥が明らかになる。識別されたら、細かな欠陥から蛍光浸透剤を除去することなく、補修合金を自動又は手動施工する(52)。次いで、物品を高温(典型的には約1800゜F以上)に加熱し、補修合金の少なくとも一部を液化せしめて補修を達成する。しかし、蛍光浸透剤が欠陥内に閉じこめられて不適当な補修を生じるようなことはない。
【0013】図3は、本発明の好ましい実施方法に用いられる装置を示したものである。この図を参照すると、ある量の蛍光浸透剤66を収容した貯漕64の近くに翼形部62を配置する。翼形部は固定具(図示せず)に設置すればよく、固定具は複数の翼形部を保持し得るものでもよい。貯漕64には、循環ポンプ68、及び浸透剤66から不純物を除去するフィルタ70が取付けられている。翼形部への浸透剤の塗布は浸漬又はスプレー塗りのいずれで行ってもよく(これらは均等な方法である)、過剰の浸透剤は貯漕64内に滴下させてもよい。過剰の浸透剤の除去は、翼形部から拭い取ることで行ってもよいし、或いは処理速度を高めるために物品を別の位置に移動して物品に軽くスプレーするか又は細かな亀裂状欠陥に浸透しない溶液の中にすばやく浸漬することによって行ってもよい。通例、水スプレーが利用される。
【0014】図示した通り、翼形部62の上方には、少なくとも紫外線灯を内蔵ランプ72が配置される。ランプ72は普通灯を内蔵していてもよいが、これらの照明は別々のランプに配置してもよいし別々の位置に設けてもよい。ランプ72を貯漕64の近接領域に設置して、浸透剤66を塗布した後、過剰の浸透剤の除去を始めとする後段の作業のため、1以上の翼形部62を保持した固定具を上記近接領域に移動してもよい。ある量のスラリー状補修材料76を収容した容器74を、剛性アーム78に取付けたものとして示してあり、アーム78自体は台車80に取付けられている。スラリー状の材料76は、機械装置等で分配手段(図示せず)を作動することによって、或いは均等な手段として、圧縮空気を用いて所定量の材料を管88を通して圧送してノズル90により翼形部62の所定の部分に堆積させることによって、管88を通して翼形部62に施工することができる。台車80及びアーム78は2以上の自由度を有する。簡単のために、図3では、台車80及びアーム78はX−Y面で移動できるものとして示してあり、容器74から材料76を翼形部62に堆積させることができるものとなっている。
【0015】アーム78にはテレビカメラ82も取付けられていて、その焦点は翼形部62に合わせられる。このカメラ82はコントロールルーム84にビジュアルフィードバックを供給し、翼形部62の映像がスクリーン86に表示される。コントロールルーム84から、台車80、アーム78及び容器74内の材料76を遠隔操作して、紫外線照明72で照明したときに蛍光浸透剤で明るく見える翼形部62表面の欠陥に材料76を施工できる。こうした明るく見える領域が、翼形部のなかで、スラリー状の材料76を堆積すべき所定部分である。好ましい実施形態では、カメラ82はCCDカメラであって、コントロールルーム84の映像システム(図示せず)にフィードバックを提供する。この映像システムは、残留浸透剤に紫外線を当てたときに発光する翼形部62表面の補修の必要な明領域を検出できるようにプログラムされる。かかる能力をもつ映像システムは周知である。映像システムはアーム78及び台車80用コントローラにフィードバックを提供することができて、翼形部62の所定部分の上方に台車80及びアーム78を自動的に位置付けることができる。適切な位置決めがなされれば、分配装置をその位置決め能力と関連して作動させて、容器74からスラリー状の材料76をノズル90を通して翼形部62上に分配することができる。
【0016】このように翼形部の補修を要する領域を自動的に検出してスラリーを分配することができる本発明の能力は、従前は実行不可能であった本発明のもう一つの新規な特徴である。蛍光浸透剤を翼形部62から除去しないので、本発明では、補修の必要な領域が浸透剤で明るく見え、そうした要補修領域にスラリー状の材料76を直接堆積することができる。そこで、それ以上の補修サイクルが要らなくなるので補修の遂行が迅速化されるだけでなく、操作を自動的に実施することができるので一段と迅速化されるとともに補修工程から作業ミスや作業者の判断・自由裁量のような変動因子が排除される。
【0017】以上、特定の具体例及び実施形態について本発明を説明してきたが、本発明がその技術的範囲内において他の変更又は修正が可能であることは当業者には自明であろう。従って、上述の具体例及び実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の典型例にすぎない。
【出願人】 【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
【氏名又は名称原語表記】GENERAL ELECTRIC COMPANY
【出願日】 平成12年4月26日(2000.4.26)
【代理人】 【識別番号】100093908
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 研一
【公開番号】 特開2001−3764(P2001−3764A)
【公開日】 平成13年1月9日(2001.1.9)
【出願番号】 特願2000−125024(P2000−125024)