BRPI0700931B1

BRPI0700931B1 - Reparo paro invólucros estacionários de turbinas de alta pressão com pré-formas sinterizadas

Info

Publication number: BRPI0700931B1
Application number: BRPI0700931-3A
Authority: BR
Inventors: Paul A. Dasilva; David E. Budinger; Jeffrey J. Reverman
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2020-03-31
Also published as: CN101053897B; CA2581908A1; EP1837104A2; BRPI0700931A; JP2007255415A; JP4949092B2; US20070220748A1; CN101053897A; EP1837104B1; US7653994B2; EP1837104A3; CA2581908C

Abstract

reparo para camisas hpt com preformas sinterizadas. um método para o reparo de uma camisa estacionaria do caminho do fluxo dos gases da turbina. o método compreende fornecer uma camisa estacionaria do caminho do fluxo dos gases da turbina que tenha estado previamente em uso. o método ainda compreende preparar um revestimento de restauração para aplicação na superfície de caminho de fluxo da camisa por meio das etapas de fornecer uma mistura precursora compreendendo um componente de liga de ponto de fusão mais alto, um componente de liga de ponto de fusão mais baixo e um ligante passageiro. a preforma é preparada a partir dos componentes e é pré sinterizada em uma forma levemente curvada. a preforma parcialmente adensada é aplicada na superfície de caminho de fluxo e é termicamente unida na superfície do caminho de fluxo, formando um revestimento de restauração.

Description

“REPARO PARO INVÓLUCROS ESTACIONÁRIOS DE TURBINAS DE ALTA PRESSÃO COM PRÉ-FORMAS SINTERIZADAS”

Campo da invenção [001] A invenção se refere a artigos fabricados em ligas de tipo “superalloy”, tais como os utilizados nos motores de aeronave de tipo turbina a gás e, mais em particular, a um tal artigo o qual apresenta um revestimento desgastado e adensado por calor aplicado sobre este.

Antecedentes da Invenção [002] Em um motor de aeronave do tipo a turbina a gás (jato), o ar é aspirado pela frente do motor, comprimido pelo compressor montado no eixo, e misturado com o combustível. A mistura é queimada, e os gases quentes de exaustão passam através de uma turbina montada no mesmo eixo. A turbina inclui um disco de turbina rotatório com as pás de hélice da turbina sendo suportadas em sua periferia, e um invólucro estacionária (isto é, que não gira) para o fluxo de gás da turbina, o qual confina os gases da combustão para que estes fluam através da coroa circular existente entre o disco da turbina e o invólucro ou envoltório, e então contra as pás de hélice da turbina. O fluxo restringido de gases quentes da combustão faz girar a turbina por meio do contato com uma parte em aerofólio da pá de hélice da turbina, a qual gira o eixo e fornece energia para o compressor. As pás de hélice rotatórias da turbina e o invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina é aquecido a altas temperaturas pelos gases quentes da combustão. Para auxiliá-los de modo a suportar as altas temperaturas externas, tipicamente estes são resfriados por meio de fluxos de ar frio comprimido, os quais são conduzidos através de seus interiores e saem através de orifícios de refrigeração dispostos nas suas superfícies. Os gases quentes da exaustão fluem pela pare posterior da turbina, impulsionando-a e à aeronave, para frente.

[003] Durante a operação, o disco da turbina, as pás de hélice da

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 11/35

2/21 turbina e o invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina são todos corroídos, erodidos e oxidados pelos gases quentes da combustão, e algum material também é perdido por atrito. Uma parte do material das pás de hélice da turbina e do invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina é queimado, reduzindo as dimensões dos componentes para valores abaixo daqueles que são aceitáveis para uma operação economicamente viável do motor a turbina. As movimentações do rotor, as quais são devidas a picos de potência ou a duras aterrissagens, produzem atrito entre as pás de hélice da turbina e o invólucro, as quais raspam o envoltório. Por consequência, e com o aumento dos períodos de operação, é aumentado o vão existente entre as pás de hélice da turbina e o invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina. Eventualmente, a eficiência da turbina é comprometida uma vez que os gases quentes da exaustão passam através do vão formado entre as ponteiras das pás de hélice da turbina e do invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina e assim não realizam trabalhos relativo ao giro das pás de hélice da turbina.

[004] Quando o motor a turbina é submetido a uma revisão, é uma prática convencional a de se restaurar as dimensões dos componentes até as suas tolerâncias originais de manufatura, assim retomando a eficiência da turbina a gás. No caso do invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina, são conhecidas técnicas para se realizar o reparo através de revestimentos termicamente adensados, tal como por exemplo na patente US 5.561.827, cuja descrição é aqui incorporada, na sua totalidade, como referência. Nesta solução, é preparada uma pré-forma a qual é colada ou unida da superfície do caminho de fluxo do invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina, e os orifícios de refrigeração são novamente perfurados. Esta solução tem se mostrado eficiente no tocante a

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 12/35

3/21 restauração das dimensões do invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina, e em conjunto com as técnicas de restauração das pás de hélice da turbina, no tocante ao retorno da turbina a gás às suas dimensões especificadas e desta forma à sua eficiência original.

[005] Contudo, e em alguns casos relativos ao uso de revestimentos termicamente adensados, tem sido observada uma estabilidade dimensional insuficiente para os revestimentos termicamente adensados durante o processamento. Desta forma, existe a necessidade para um procedimento de reparo para os invólucros estacionarias que formam o caminho para o fluxo de gases da turbina o qual seja satisfatório em relação em relação à restauração de suas dimensões, ao mesmo tempo em que mantém a estabilidade dimensional durante o processamento. A presente invenção satisfaz estas necessidades e ainda fornece outras vantagens relacionadas.

Descrição da Invenção [006] Uma forma de realização da presente invenção é um método para o reparo de um invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina. O método compreende fornecer um invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina feita em uma liga de tipo superliga e que tenha estado previamente em uso, no qual a superliga é selecionada do grupo que consiste de superliga a base de níquel e superliga a base de cobalto, o invólucro compreendendo uma superfície que forma um caminho ou guia de fluxo. O método ainda compreende preparar um revestimento de restauração para ser aplicado na superfície do caminho de fluxo do invólucro através das etapas de fornecer uma mistura percursora compreendendo um componente de liga de ponto de fusão mais alto, um componente de liga de ponto de fusão mais baixo e um ligante temporário, formar uma pré-forma de restauração levemente curvada a partir da mistura

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 13/35

4/21 percursora, e sinterizar a pré-forma de restauração a uma temperatura preestabelecida suficientemente alta de modo a fundir o componente de liga de ponto de fusão mais baixo, por um período de tempo preestabelecido e suficiente para adensar parcialmente a pré-forma de restauração e eliminar por calor o ligante, sendo que a sinterização acontece na placa levemente curvada. O método ainda compreende aplicar um revestimento de restauração na superfície do caminho de fluxo através das etapas de dispor a pré-forma parcialmente densificada e levemente curva na superfície do caminho de fluxo, e ligar através de calor a pré-forma parcialmente densificada e levemente curva na superfície do caminho de fluxo através do aquecimento do componente com a pré-forma parcialmente densificada, por um período de tempo preestabelecido e a uma temperatura preestabelecida suficiente de modo a formar uma ligação por difusão metalúrgica entre a pré-forma parcialmente densificada e a superfície do caminho de fluxo formando um revestimento de restauração.

[007] Outra forma de realização da presente invenção também é um método para o reparo de um invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina. O método compreende fornecer um invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina feita em uma liga de tipo superliga e que tenha estado previamente em uso, no qual a superliga é selecionada do grupo que consiste de superliga a base de níquel e superliga a base de cobalto, o invólucro compreendendo uma superfície que forma um caminho ou guia de fluxo. O método ainda compreende preparar um revestimento de restauração para ser aplicado na superfície do caminho de fluxo do invólucro através das etapas de fornecer uma mistura percursora compreendendo um componente de liga de ponto de fusão mais alto, um componente de liga de ponto de fusão mais baixo e um ligante temporário, e formar uma pré-forma de restauração levemente curvada a partir da mistura

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 14/35

5/21 percursora, sinterizando a pré-forma de restauração a uma temperatura preestabelecida suficientemente alta de modo a fundir o componente de liga de ponto de fusão mais baixo, por um período de tempo preestabelecido e suficiente para adensar parcialmente a pré-forma de restauração e eliminar por calor o ligante, sendo que a sinterização acontece na placa plana, e formar uma pré-forma densificada e levemente curva a partir da pré-forma densificada e parcialmente plana. O método ainda compreende aplicar um revestimento de restauração na superfície do caminho de fluxo através das etapas de dispor a pré-forma parcialmente densificada e levemente curva na superfície do caminho de fluxo, e ligar através de calor a pré-forma parcialmente densificada e levemente curva na superfície do caminho de fluxo através do aquecimento do componente com a pré-forma parcialmente densificada, por um período de tempo preestabelecido e a uma temperatura preestabelecida suficiente de modo a formar uma ligação por difusão metalúrgica entre a pré-forma parcialmente densificada e a superfície do caminho de fluxo formando um revestimento de restauração.

[008] Uma vantagem da presente invenção está em que o uso de uma pré-forma parcialmente densificada para o revestimento de restauração resulta em uma estabilidade dimensional das costas do invólucro durante a manufatura.

[009] Outra vantagem da presente invenção está em que o reparo do invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina não resulta em um umedecimento excessivo e em uma migração excessiva do material da pré-forma em relação características do invólucro.

[0010] Outras características e vantagens da presente invenção se tornarão aparentes a partir da seguinte descrição mais detalhada de uma forma preferida de realização, feita em conjunto com os desenhos de performance melhorada e de baixo custo que acompanham, os quais ilustram,

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 15/35

6/21 a título de exemplo, os princípios da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos [0011] A figura 1 é um diagrama de fluxo em blocos de uma solução preferida para a realização na prática de uma forma de realização da invenção;

[0012] A figura 2 é uma vista em elevação frontal esquemática e fragmentada de uma parte de uma turbina a gás;

[0013] A figura 3 é uma vista em secção transversal, feita ao longo da linha 3-3 da figura 2, de um invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina e de sua relação com a pá de hélice da turbina;

[0014] A figura 4 é uma vista em perspectiva de um seguimento do invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina;

[0015] A figura 5 é uma vista inferior do invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina;

[0016] A figura 6 é uma vista frontal do invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina; e [0017] A figura 7 é uma vista em elevação lateral esquemática e ampliada do invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina durante o processo de restauração.

Descrição de Realizações da Invenção [0018] A figura 1 ilustra um diagrama de blocos de formas de realização do método para o reparo de um invólucro para o caminho do fluxo de uma turbina feita a partir de uma superliga a base de níquel ou a base de cobalto. Na prática do método, é fornecida o invólucro para o caminho do fluxo de uma turbina feita a partir de uma superliga a base de níquel ou a base de cobalto que tenha previamente estado em uso, etapa 100. As figuras 2-7

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 16/35

7/21 ilustram o uso do método em relação a um invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina.

[0019] A figura 2 apresenta uma ilustração simplificada das partes mais relevantes de uma turbina a gás 40, ilustrando somente os componentes de interesse. A turbina a gás 40 inclui um disco de turbina 42 o qual é fixado no e gira comum eixo central 44. Uma pluralidade de pá de hélice de turbina 46 se estende para fora na direção radial a partir da periferia 48 do disco da turbina 42. Um invólucro 50 estacionaria que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina forma uma estrutura em forma de túnel dentro da qual o disco de turbina 42, o eixo 44 e as pás de hélice de turbina 46 giram. O invólucro 50 estacionaria que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina é qualificado como “estacionária” e não gira conforme o disco 42, o eixo 44 e as pás de hélice 46 giram. O invólucro 50 estacionaria que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina deve ser distinguido dos invólucros giratórios que são encontradas próximas às ponteiras de alguns tipos de pás de hélice de turbina. O invólucro 50 estacionaria que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina é formado por uma série de segmentos 52 curvos do invólucro estacionário os quais, em conjunto, definem o invólucro 50 estacionaria que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina. Um fluxo do gás de combustão 54 que flui do combusto 54 (não mostrado) do motor a turbina é perpendicular ao plano do desenho da figura 2.

[0020] A figura 3 ilustra o invólucro 50 estacionaria que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina e um dos segmentos 52 do invólucro estacionário com maiores detalhes. Cada um dos segmentos 52 do invólucro estacionário é suportado em uma estrutura 56 de estribo do invólucro. O invólucro 50 estacionaria que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina e o segmento 52 do invólucro estacionário apresentam uma superfície 58 do caminho do fluxo o qual está de frente para, mas está distanciado, da ponteira

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 17/35

8/21 da pá de hélice 46. Durante a operação da turbina a gás 40, é importante que a separação entre a superfície 58 do caminho do fluxo e a ponteira 60, nominalmente o vão CG, esteja entre dos limites de tolerância especificados. Durante o serviço, tanto a superfície 58 do caminho de fluxo quanto a ponteira 60 são erodidos, corroídos e oxidados pelos gases quentes da combustão 54, e ocasionalmente atritam entre eles com a consequente perda de material. O valor de CG, portanto, aumenta com o passar do tempo, até que este se torne tão grande que uma quantidade não aceitável para o fluxo 54 dos gases quentes da combustão passem entre a superfície 58 de caminho do fluxo e o invólucro 50 estacionaria que forma o caminho para o fluxo de gases da turbina e a ponteira 60, de tal forma que os gases da combustão não entrem em contato com a pá de hélice 46 da turbina e não transfiram energia para esta. O resultado é a perda de eficiência da turbina a gás.

[0021] A figura 4 ilustra o lado oposto à superfície 58 de caminho do fluxo. As figuras 5 e 6 ilustram vistas em elevação do fundo (figura 5) e frontal (figura 6). O artigo, tal como o invólucro 50 estacionaria do caminho do fluxo dos gases da turbina é preferencialmente feito de uma superliga a base de níquel ou de uma superliga a base de cobalto. Como ora empregado, “a base de níquel” significa que a composição tem presente mais níquel do que qualquer outro elemento. As super-ligas a base de níquel são, em geral, uma composição que é enrijecida ou reforçada através da precipitação de uma fase primária gama, ou de uma fase relacionada. Em uma forma preferida de realização, o artigo é feito a partir da liga Rene N5, a liga apresentando uma composição nominal, em percentual em peso, de cerca de 7,5 por cento de cobalto, cerca de 7 por cento de cromo, cerca de 1,5 por cento de molibdênio, cerca de 5 por cento de tungstênio, cerca de 3 por cento de rênio, cerca de 6,5 por cento de tântalo, cerca de 6,2 por cento de alumínio, cerca de 0,15 por cento de háfnio, cerca de 0,05 por cento de carbono, cerca de 0,004 por cento

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 18/35

9/21 de boro, cerca de 0,01 por cento de ítrio, o balanço de níquel. Como ora empregado, “a base de cobalto” significa que a composição tem presente mais cobalto do que qualquer outro elemento. Em outra forma preferida de realização, o artigo o artigo é feito a partir de uma liga MAR-M-509, a liga apresentando uma composição nominal, em peso percentual, de cromo dentro de uma faixa de cerca de 23 por cento a cerca de 24,25 por cento, níquel dentro de uma faixa de cerca de 9 por cento a cerca de 11 por cento, tungstênio dentro de uma faixa de cerca de 6,5 por cento a cerca de 7,5 por cento, tântalo dentro de uma faixa de cerca de 3 por cento a cerca de 4 por cento, carbono dentro de uma faixa de cerca de 0,55 por cento a cerca de 0,65 por cento, zircônio dentro de uma faixa de cerca de 0,3 por cento a cerca de 0,5 por cento, até cerca de 2 por cento em peso de ferro, até cerca de 0,3 por cento de silício, até cerca de 0,1 por cento de cobre, até cerca de 0,1 por cento de manganês, até cerca de 0,015 por cento de fósforo, até cerca de 0,015 por cento de enxofre, até cerca de 0,01 por cento de boro, com o balanço de cobalto e impurezas incidentais.

[0022] O segmento 52 do invólucro que previamente esteve em uso é limpo para remover as sujeiras, os produtos da oxidação e da corrosão, e outros materiais estranhos resultantes do uso anterior, etapa 105. A limpeza é conseguida, de preferência, com um composto de limpeza a base de íons fluoreto, conforme descrito na atente americana de número US 4.098.450, concedida em 4 de Julho de 1978, e com título “método de reparo e de limpeza de um artigo feito em uma superliga”, e cedido ao cessionário da presente invenção, cuja descrição é aqui incorporada como referência em sua totalidade.

[0023] É preparado um revestimento de restauração, etapa 110, para aplicação, etapa 145, na superfície 74 de caminho do fluxo pré-preparada, do segmento 52 do invólucro estacionário. A etapa 110 inicialmente inclui fornecer uma mistura percursora, etapa 115. A mistura percursora compreende

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 19/35

10/21 uma mistura entre um componente de liga de ponto de fusão mais alto, um componente de liga de ponto de fusão mais baixo e um ligante temporário. De preferência, o tamanho do pó tanto do componente de liga de ponto de fusão mais alto quanto do componente de liga de ponto de fusão mais baixo é de cerca de -140/+325 mesh, apesar de que podem ser usados outros tamanhos de pó para aplicações particulares. Os dois componentes de liga são preparados em separado, e então misturados junto com o ligante temporário, uma vez que o ligante temporário é conhecido da arte, para produzir uma mistura percursora. Os dois componentes em pós da liga são misturados, dentro de uma proporção preestabelecida, para formar a mistura da liga. O ligante temporário é então adicionado à mistura de pós da liga para formar a mistura percursora fornecida na etapa 115. O ligante é, de preferência, um material orgânico o qual mantém os pós de liga unidos com uma forma selecionada para o manuseio inicial, mas que mais tarde é eliminado mediante o aquecimento durante a densificação parcial, etapa 135.

[0024] Em uma forma de realização, na qual o invólucro 50 é feita de uma superliga a base de níquel, as duas ligas na mistura percursora são descritas em detalhes no pedido de patente americano de número de série 10/703.010, depositado em 6 de Novembro de 2003, e com título “método para o reparo de um artigo feito em superliga a base de níquel utilizando um revestimento adensado por calor”, o qual é aqui incorporado como referência em sua totalidade, e o qual foi cedido ao cessionário da presente invenção. Um componente de liga de ponto de fusão mais alto preferido para uso com a forma de realização do invólucro 50, feita de uma superliga a base de níquel, apresenta uma composição nominal, em percentual em peso, com cerca de 3,1 por cento de cobalto, cerca de 7,6 por cento de cromo, até cerca de 0,1 por cento de molibdênio, cerca de 3,85 por cento de tungstênio, até cerca de 0,02 por cento de titânio, cerca de 1,65 por cento de rênio, cerca de 0,55 por cento

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 20/35

11/21 de silício, cerca de 5,45 por cento de tântalo, cerca de 7,8 por cento de alumínio, cerca de 0,15 por cento de háfnio, cerca de 0,02 por cento de carbono, o balanço de níquel e impurezas incidentais. Em outra forma preferida de realização do componente de liga de ponto de fusão mais alto para uso com a forma de realização do invólucro 50 feita em uma superliga a base de níquel, compreende, em percentual em peso, cerca de 0,01 por cento a cerca de 0,03 por cento de carbono, até cerca de 0,1 por cento de manganês, de cerca de 0,5 por cento a cerca de 0,6 por cento de silício, até cerca de 0,01 por cento de fósforo, até cerca de 0,004 por cento de enxofre, de cerca de 7,4 por cento a cerca de 7,8 por cento de cromo, de cerca de 2,9 por cento a cerca de 3,3 por cento de cobalto, até cerca de 0,1 por cento de molibdênio, de cerca de 3,7 por cento a cerca de 4,0 por cento de tungstênio, de cerca de 5,3 por cento a cerca de 5,6 por cento de tântalo, até cerca de 0,02 por cento de titânio, de cerca de

7,6 por cento a cerca de 8,0 por cento de alumínio, de cerca de 1,5 por cento a cerca de 1,8 por cento de rênio, até cerca de 0,005 por cento de selênio, até cerca de 0,3 por cento de platina, de cerca de 0,01 por cento a cerca de 0,02 por cento de boro, até cerca de 0,03 por cento de zircônio, de cerca de 0,12 por cento a cerca de 0,18 por cento de háfnio, até cerca de 0,1 por cento de nióbio, até cerca de 0,1 por cento de vanádio, até cerca de 0,1 por cento de cobre, até cerca de 0,2 por cento de ferro, até cerca de 0,0035 por cento de magnésio, até cerca de 0,01 por cento de oxigênio, até cerca de 0,01 por cento de nitrogênio, o balanço de níquel e impurezas incidentais. Em uma forma preferida de realização, o componente de liga de ponto de fusão mais baixo para uso com a forma de realização do invólucro 50 feita em uma superliga a base de níquel, compreende, em percentual em peso, de cerca de 14,0 por cento a cerca de 16,0 por cento de cobalto, de cerca de 19,0 por cento a cerca de 21,0 por cento de cromo, de cerca de 4,5 por cento a cerca de 5,5 por cento de alumínio, até cerca de 0,05 por cento de carbono, de cerca de 7,7 por cento

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 21/35

12/21 a cerca de 8,1 por cento de silício, até cerca de 0,5 por cento de ferro, até cerca de 0,1 por cento de magnésio, o balanço de níquel e de impurezas incidentais. Em uma forma preferida, os componentes de liga da mistura percursora para uso na forma de realização do invólucro 50 feita uma superliga a base de níquel compreende, em percentual em peso, cerca de 79 por cento do componente de liga de ponto de fusão mais alto e o balanço do componente de liga de ponto de fusão mais baixo.

[0025] Em uma forma de realização, na qual o invólucro 50 é feita de uma superliga a base de níquel, os componentes da liga na mistura percursora, combinados, compreendem não mais que cerca de 15 por cento em peso de cromo, de preferência não mais que cerca de 12 por cento em peso de cromo, e mais preferencialmente cerca de 10 por cento em peso de cromo. Em uma tal forma de realização, os componentes da liga na mistura percursora, combinados, compreendem não mais que cerca de 0,01 por cento de ítrio, e de preferência substancialmente sem ítrio (isto é, não mais que 0,001 por cento). Em outra forma preferida de realização, os componentes da liga na mistura percursora para uso com o invólucro 50 na forma de realização feita à base de uma superliga a base de níquel, combinados, apresentam uma composição nominal, em percentual em peso, com cerca de 12 por cento de cromo, cerca de 5,6 por cento de cobalto, cerca de 7,2 por cento de alumínio, cerca de 4,3 por cento de tântalo, cerca de 1,3 por cento de rênio, cerca de 3,1 por cento de tungstênio, cerca de 0,1 por cento de háfnio, cerca de 2,1 por cento de silício, substancialmente sem ítrio, o balanço de níquel e impurezas incidentais.

[0026] Em uma forma alternativa, na qual o invólucro 50 é feita de uma superliga a base de níquel, as duas ligas na mistura percursora são descritas em detalhes na patente americana de número US 5.561.827, concedida em 1 de Outubro de 1996, e com título “Superliga a base de níquel

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 22/35

13/21 revestida e pó e método útil para a sua preparação”, a qual é aqui incorporada como referência em sua totalidade, e a qual foi cedida ao cessionário da presente invenção. Um componente de liga de ponto de fusão mais alto para uso com o invólucro 50 na forma de realização feita de uma superliga a base de níquel, apresenta uma composição compreendendo, em percentual em peso, com cerca de 10 por cento a cerca de 20 por cento de cobalto, cerca de 14 por cento a cerca de 25 por cento de cromo, cerca de 2 por cento a cerca de 12 por cento de alumínio, de 0 a cerca de 0,2 por cento de ítrio, o balanço de níquel e de impurezas incidentais. Um componente de liga de ponto de fusão mais alto alternativo e mais preferido para uso com o invólucro 50 na forma de realização a base de uma superliga a base de níquel tem uma composição compreendendo, em percentual em peso, de cerca de 14 por cento a cerca de 16 por cento de cobalto, de cerca de 19 por cento a cerca de 21 por cento de cromo, de cerca de 8,5 por cento a cerca de 9,5 por cento de alumínio, de cerca de 0,05 por cento a cerca de 0,15 por cento de ítrio, até cerca de 0,02 por cento de boro, até cerca de 0,05 por cento de carbono, até cerca de 0,500 por cento de ferro, até cerca de 0,0075 por cento de selênio, até cerca de 0,1 por cento de silício, até cerca de 0,010 por cento de fósforo, até cerca de 0,010 por cento de cobre, até cerca de 0,10 por cento de magnésio, e o balanço de níquel. Um componente de liga de ponto de fusão mais baixo alternativo e mais preferido para uso com o invólucro 50 na forma de realização a base de uma superliga a base de níquel tem uma composição compreendendo, em percentual em peso, de cerca de 10 a cerca de 20 por cento de cobalto, de cerca de 14 por cento a cerca de 25 por cento de cromo, de cerca de 2 por cento a cerca de 12 por cento de alumínio, de cerca de 0,001 por cento a cerca de 2 por cento de boro, de cerca de 2 por cento a cerca de 12 por cento de silício, o balanço de níquel e impurezas incidentais. Um componente de liga de ponto de fusão mais baixo alternativo e ainda mais preferido para uso com o

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 23/35

14/21 invólucro 50 na forma de realização a base de uma superliga a base de níquel tem uma composição compreendendo, em percentual em peso, de cerca de 14 a cerca de 16 por cento de cobalto, de cerca de 19 por cento a cerca de 21 por cento de cromo, de cerca de 4,5 por cento a cerca de 5,5 por cento de alumínio, cerca de 8 por cento de silício, até cerca de 0,05 por cento de boro, até cerca de 0,05 por cento de carbono, até cerca de 0,500 por cento de ferro, cerca de 0,0075 por cento de selênio, até cerca de 0,010 por cento de fósforo, até cerca de 0,010 por cento de cobre, até cerca de 0,410 por cento de magnésio, o balanço de níquel. Em uma forma alternativa de realização preferida, os componentes da liga da mistura percursora, para uso com o invólucro 50 na forma de realização feita em uma superliga a base de níquel, compreendem combinados, em percentual em peso, de cerca de 60 por cento a cerca de 75 por cento em peso do componente de liga de ponto de fusão mais alto e o balanço do componente de liga de ponto de fusão mais baixo. Em uma forma de realização mais preferida, a mistura de ligas para uso no invólucro 50 na forma de realização feita em uma superliga a base de níquel compreende, em percentual em peso, cerca de 68,5 por cento em peso do componente de liga de ponto de fusão mais alto e o balanço do componente de liga de ponto de fusão mais baixo.

[0027] Em uma forma de realização, na qual o invólucro 50 é feita de uma superliga a base de níquel, os componentes da liga na mistura percursora, combinados, compreendem, em percentual em peso, de cerca de 10 por cento a cerca de 20 por cento de cobalto, de cerca de 14 por cento a cerca de 25 por cento de cromo, de cerca de 2 por cento a cerca de 12 por cento de alumínio, de 0 a cerca de 0,2 por cento de ítrio, de cerca de 0,001 por cento a cerca de 3 por cento de boro, de cerca de 1 por cento a cerca 10 por cento de silício, o balanço de níquel e de impurezas incidentais.

[0028] Em uma outra forma alternativa de realização, na qual o

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 24/35

15/21 invólucro 50 é feita de uma superliga a base de cobalto, as duas ligas na mistura percursora são descritas em detalhes na patente americana de número US 4.842.953, concedida em 27 de Junho de 1989, e com título “Artigo abrasível e pó e método de fabricação”, a qual é aqui incorporada como referência em sua totalidade, e a qual foi cedida ao cessionário da presente invenção, e descrita em detalhes na patente americana de número US 4.937.042, concedida em 26 de Junho de 1990, com título “método para a fabricação de um artigo abrasível”, a qual é aqui incorporada como referência em sua totalidade, e a qual foi cedida ao cessionário da presente invenção. Outra forma alternativa para o componente de liga de ponto de fusão mais alto para uso no invólucro 50 em uma forma de realização na qual este é feito de uma superliga a base de cobalto compreende, em percentual em peso, de cerca de 16,8 por cento a cerca de 32,7 por cento de níquel, de cerca de 21,5 por cento a cerca de 24,9 por cento de cromo, de cerca de 8 por cento a cerca de 9,9 por cento de alumínio, de cerca de 0,045 por cento a cerca de 0,13 por cento de ítrio, o balanço de cobalto e impurezas incidentais, e ainda caracterizado por não apresentar nenhum silício. Um outro componente de liga de ponto de fusão mais alto alternativo e mais preferido para uso em uma forma de realização do invólucro 50 feita em uma superliga a base de cobalto, apresenta uma composição compreendendo, em percentual em peso, de cerca de 30,5 por cento a cerca de 32,5 por cento de níquel, de cerca de 21,5 por cento a cerca de 22,5 por cento de cromo, de cerca de 8 por cento a cerca de 9 por cento de alumínio, de cerca de 0,045 por cento a cerca de 0,095 por cento de ítrio, até cerca de 0,5 por cento de ferro, até cerca de 0,011 por cento de carbono, até cerca de 0,005 por cento de enxofre, até cerca de 0,010 por cento de fósforo, até cerca de 0,0175 por cento de oxigênio, até cerca de 0,015 por cento de nitrogênio, o balanço de cobalto e impurezas incidentais, e ainda caracterizado por não apresentar nenhum silício. Um outro componente de liga

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 25/35

16/21 de ponto de fusão mais baixo alternativo e mais preferido para uso em uma forma de realização do invólucro 50 feita em uma superliga a base de cobalto, apresenta uma composição compreendendo, em percentual em peso, de cerca de 38 por cento a cerca de 53,1 por cento de níquel, de cerca de 10 por cento a cerca de 30 por cento de cromo, de cerca de 8 por cento a cerca de 12 por cento de silício, de cerca de 1,5 por cento a cerca de 4 por cento de alumínio, o balanço de cobalto e impurezas incidentais, e ainda caracterizado por não apresentar substancialmente nenhum ítrio. Um outro componente de liga de ponto de fusão mais baixo alternativo e ainda mais preferido para uso em uma forma de realização do invólucro 50 feita em uma superliga a base de cobalto, apresenta uma composição compreendendo, em percentual em peso, de cerca de 38 por cento a cerca de 40 por cento de níquel, de cerca de 21,5 por cento a cerca de 22,5 por cento de cromo, de cerca de 3,4 por cento a cerca de 4,4 por cento de alumínio, de cerca de 9,8 por cento a cerca de 10,2 por cento de silício, até cerca de 0,50 por cento de ferro, até cerca de 0,011 por cento de carbono, até cerca de 0,005 por cento de enxofre, até cerca de 0,010 por cento de fósforo, até cerca de 0,0175 por cento de oxigênio, até cerca de 0,015 por cento de nitrogênio, o balanço de cobalto e de impureza incidentais, e ainda caracterizado por não apresentar substancialmente nenhum ítrio. Em uma forma alternativa de realização preferida, os componentes da liga na mistura percursora, combinados, para uso na forma de realização do invólucro 50, feita a base de uma superliga a base de cobalto, compreende, em percentual em peso, de cerca de 70 por cento do componente de liga de ponto de fusão mais alto e o balanço do componente de liga de ponto de fusão mais baixo.

[0029] Em outra forma alternativa de realização dos componentes da liga da mistura percursora, combinados, para uso na forma de realização do invólucro 50 feita a partir de uma superliga a base de cobalto compreende, em percentual em peso, de cerca de 10 por cento a cerca de 35 por cento de

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 26/35

17/21 cromo, de cerca de 4 por cento a cerca de 10 por cento de alumínio, até cerca de 0,09 por cento de ítrio, de cerca de 2 por cento a cerca de 6 por cento de silício, o balanço de cobalto e impurezas incidentais, o revestimento sendo ainda caracterizado pela substancial ausência de boro.

[0030] Em uma forma de realização, na etapa 120 seguinte, após fornecer a mistura percursora 115, prevê a conformação da mistura percursora em uma pré-forma levemente curvada e fina, a qual se conforma com o formato da superfície 74 de caminho de fluxo pré reparada e levemente curvada, e apresenta uma espessura dentro de uma faixa de cerca de 0,080 pol a cerca de 0,120 pol [de cerca de 0,203 cm a cerca de 0,305 cm]. A pré-forma levemente curvada pode ser formada por meio de fusão cônica, prensagem, moldagem por injeção ou através de qualquer outro método operacional. Uma descrição dos ligantes usados para o processo de prensagem e o processo de prensagem podem ser encontrados na patente americana de número US 5.705.281, de título “Artigo em superliga a base de níquel revestido e pó e método útil para a sua preparação”, o qual é aqui incorporado como referência em sua totalidade. Não é necessário que a pré-forma apresente uma baixa porosidade uma vez que esta será posteriormente densificada por meio de brasagem, reduzindo a sua porosidade. Para o método de injeção são usados ligantes plásticos. Após a pré-forma levemente curva ser formada na etapa 120, a etapa 125 seguinte é a de adensar parcialmente a pré-forma, através do aquecimento da pré-forma em um forno a vácuo a uma temperatura acima do ponto de fusão do componente de liga de ponto de fusão mais baixo por um tempo suficiente para formar a pré-forma parcialmente densificada. A etapa de aquecimento 125 tem lugar quando a pré-forma se encontra em uma placa levemente curva, de tal forma que a pré-forma mantenha o seu formato levemente curvo. A placa levemente curva compreende, de preferência, um material selecionado do grupo que consiste de alumina, zircônia e feltro

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 27/35

18/21 cerâmico, apesar de que pode ser usado qualquer material funcional, tal como os conhecidos na arte. A densificação parcial ocorre, de preferência, a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do componente de liga de ponto de fusão mais alto. A densificação parcial acontece, de preferência, a uma temperatura dentro de uma faixa de cerca de 1177 °C (2150° F) a cerca de 1246 °C (2275° F), por um período de tempo dentro da faixa de cerca de 0,25 horas a cerca de 4 horas. A densificação parcial acontece, de preferência, a uma temperatura dentro da faixa de cerca de 1232 °C (2250° F) a cerca de 1243 °C (2270° F), por um período de tempo de cerca de 2 horas.

[0031] Em uma forma alternativa de realização, a etapa 130 seguinte, após a etapa de fornecer a mistura percursora 115, é a de formar uma pré-forma plana fina. A pré-forma plana pode ser formada através de fusão cônica, prensagem, moldagem por injeção, ou através de qualquer outro método operacional. Não é necessário que a pré-forma tenha uma pequena porosidade, uma vez que esta será parcialmente densificada, por meio de brasagem, a seguir.

[0032] Nesta forma alternativa de realização, e após a pré-forma plana ser formada na etapa 130, a etapa seguinte é a densificação parcial da pré-forma, através do aquecimento da pré-forma em um forno a vácuo, sobre uma placa plana, a uma temperatura acima do ponto de fusão do componente de liga de ponto de fusão mais baixo por um tempo suficiente para formar a pré-forma parcialmente densificada. A placa plana compreende, de preferência, um material selecionado do grupo que consiste de alumina, zircônia e feltro cerâmico, apesar de que pode ser usado qualquer material funcional, tal como os conhecidos na arte. A densificação parcial ocorre, de preferência, a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do componente de liga de ponto de fusão mais alto. A densificação parcial acontece, de preferência, a uma temperatura dentro de uma faixa de cerca de 1177 °C (2150° F) a cerca de

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 28/35

19/21

1246 °C (2275° F), por um período de tempo dentro da faixa de cerca de 0,25 horas a cerca de 4 horas. A densificação parcial acontece, de preferência, a uma temperatura dentro da faixa de cerca de 1232 °C (2250° F) a cerca de 1243 °C (2270° F), por um período de tempo de cerca de 2 horas.

[0033] A etapa 140 seguinte, nesta forma alternativa de realização, é a de formar uma pré-forma densificada e levemente curva, a partir da pré-forma plana densificada formada na etapa 135. Isto pode ser conseguido através de quaisquer meios conhecidos na arte, tal como através de um trabalho mecânico sobre a pré-forma plana parcialmente densificada.

[0034] Em ambos os casos, uma vez que é formada a pré-forma parcialmente densificada e levemente curva, a etapa 145 seguinte é a aplicação da restauração. A primeira etapa 150 da aplicação da restauração é a de fixação da pré-forma parcialmente densificada e levemente curva sobre a superfície 74 do caminho de fluxo pré reparada do invólucro 50. A pré-forma pode ser fixada através de qualquer meio conhecido na arte, tal como através da soldagem da pré-forma, através do uso de um adesivo, através da soldagem por pontos da pré-forma sobre a superfície 74 de caminho de fluxo pré reparada.

[0035] A etapa 155 seguinte é a de unir a pré-forma parcialmente densificada no invólucro 50 através do aquecimento da pré-forma e do invólucro 50 em um forno a vácuo, a uma temperatura dentro de uma faixa de cerca de 1232 °C (2250° F) a cerca de 1288 °C (2350° F), por um período de tempo dentro de uma faixa de cerca de 20 minutos a cerca de 2 horas. A etapa 155 de união acontece, de preferência, a uma temperatura de cerca de 1249 °C (2280° F) a cerca de 1274 °C (2325° F) por cerca de 2 horas.

[0036] Como mostrado na figura 7, a superfície exposta do revestimento 72 é a nova superfície de caminho de fluxo 58 reparada. O revestimento de restauração 72 pode ser aplicado com qualquer espessura

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 29/35

20/21 operacional tc de modo a fazer retornar a dimensão do invólucro 50 ao seu valor desejado, mas este é aplicado, de preferência, com uma espessura de cerca de 0,080 a cerca de 0,120 polegadas [de cerca de 0,203 cm a cerca de 0,305 cm]. O revestimento de restauração, pode ser aplicado com uma espessura maior ou menor, por exemplo de cerca de 0,04 pol a cerca de 0,160 pol [de cerca de 0,10 cm a cerca de 0,406 cm]. A porosidade do revestimento está dentro da faixa de cerca de 0,3% a cerca de 3,0%.

[0037] Após o processamento, o invólucro 50 compreende um invólucro feita de uma superliga a base de níquel ou de cobalto, a qual tenha já estado previamente em uso, e uma pré-forma parcialmente densificada de restauração aplicada e ligada metalurgicamente por difusão na superfície 74 de caminho de fluxo pré reparada do segmento 52 do invólucro, com a pré-forma parcialmente densificada formando um revestimento de restauração 72. A porosidade do revestimento de restauração 72 está dentro da faixa de cerca de 0,3% a cerca de 3,0%.

[0038] Opcionalmente, pode ser aplicado um revestimento ambiental para proteger partes do invólucro, como conhecido na arte. O revestimento ambiental tipicamente é uma difusão de alumineto aplicado por meio de um processo de aluminização em fase de vapor (VPA), um processo conhecido na arte. Qualquer parte do revestimento ambiental que é depositada sobre a superfície 58 de caminho de fluxo é desbastada antes da operação do motor.

[0039] Apesar da invenção ter sido descrita com referência a uma forma preferida de realização, deve ser compreendido pelos peritos na arte podem ser feitas que várias modificações e que equivalentes podem ser substituídos por elementos deste, sem com isto escapar do escopo da invenção. Em adição, podem ser feitas várias modificações de modo a adaptar os ensinamentos de invenção para uma situação ou para um material em

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 30/35

21/21 particular, sem com isto escapar-se do escopo essencial da invenção. Portanto, deve ser entendido que a invenção não é limitada pelas formas particulares de realização descritas como a melhor forma contemplada de se realizar esta invenção, mas que a invenção irá incluir todas estas formas de realização que recaem dentro do escopo das reivindicações em anexo.

Claims

Reivindicações

1. MÉTODO PARA O REPARO DE UM INVÓLUCRO ESTACIONÁRIO que forma o caminho para o fluxo de gases de uma turbina compreendendo as etapas de:

- fornecer um invólucro estacionário que forma o caminho para o fluxo de gases de uma turbina feita em uma liga de tipo superliga e que tenha estado previamente em uso, no qual a superliga é selecionada do grupo que consiste de superliga a base de níquel e superliga a base de cobalto, o invólucro compreendendo uma superfície que forma um caminho ou guia de fluxo;

- preparar um revestimento de restauração para ser aplicado na superfície do caminho de fluxo do invólucro através das etapas de:

fornecer uma mistura percursora compreendendo: um componente de liga de ponto de fusão mais alto;

um componente de liga de ponto de fusão mais baixo; e um ligante temporário;

caracterizado por formar uma pré-forma de restauração curvada a partir da mistura percursora com espessura dentro da faixa de 2,032 mm a 3,048 mm, sinterizar a pré-forma de restauração a uma temperatura dentro de uma faixa de 1177 °C a 1246 °C de modo a fundir o componente de liga de ponto de fusão mais baixo, por um período de tempo dentro de uma faixa de 0,25 horas a 4 horas para adensar a pré-forma de restauração e eliminar por calor o ligante, sendo que a sinterização acontece na placa curvada; e

- aplicar um revestimento de restauração na superfície do caminho de fluxo através das etapas de:

unir a pré-forma densificada e curva na superfície do

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 32/35
2/3 caminho de fluxo; e ligar através de calor a pré-forma densificada e curva na superfície do caminho de fluxo através do aquecimento do componente com a pré-forma densificada, por um período de tempo dentro de uma faixa de 20 minutos a 2 horas e a uma temperatura dentro de uma faixa de 1232 °C a 1288 °C de modo a formar um revestimento de restauração.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a superliga é uma superliga a base de níquel.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato no qual a superliga é uma superliga a base de cobalto.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato no qual os componentes da liga, em combinação, consistem de até

12 por cento em peso de cromo e até 0,01 por cento em peso de ítrio.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato no qual os componentes da liga, em combinação, consistem de 10,2 por cento em peso de cromo, 5,6 por cento em peso de cobalto, 7,2 por cento em peso de alumínio, 4,3 por cento em peso de tântalo, 1,3 por cento em peso de rênio, 3,1 por cento em peso de tungstênio, 0,1 por cento em peso de háfnio, 2,1 por cento em peso de silício, sem ítrio, o balanço de níquel e impurezas incidentais.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato no qual os componentes da liga, em combinação, consistem de 10 por cento em peso a 20 por cento em peso de cobalto, de 14 por cento em peso a 25 por cento em peso de cromo, de 2 por cento em peso a 12 por cento em peso de alumínio, de 0 a 0,2 por cento em peso de ítrio, de 0,001 por cento em peso a 3 por cento em peso de boro, de 1 por cento em peso a cerca 10 por cento em peso de silício, o balanço de níquel e de impurezas incidentais.
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado

Petição 870190119374, de 18/11/2019, pág. 33/35

3/3 pelo fato no qual os componentes da liga, em combinação, consistem de 10 por cento em peso a 35 por cento em peso de cromo, de 4 por cento em peso a 10 por cento em peso de alumínio, até 0,09 por cento em peso de ítrio, de 2 por cento em peso a 6 por cento em peso de silício, sem boro, o balanço de cobalto e impurezas incidentais.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato no qual a etapa de sinterizar acontece a uma temperatura dentro de uma faixa de 1177 °C a 1246 °C por um período de tempo dentro de uma faixa de 0,25 horas a 4 horas.