ES2291837T3 - Mascara de proteccion para el tratamiento de superficie de alabes de turbomaquinas. - Google Patents

Abstract

Una máscara de protección para tratamiento de superficie de un álabe (10) de turbomáquina que comprende un pie con superficies (18) a tratar, estando dispuesta dicha máscara sobre el pie alrededor de dichas superficies (18) y constituida de un material resistente a los efectos del tratamiento de superficie constituyendo al mismo tiempo un utillaje desmontable y reutilizable compuesto por al menos una pieza (100, 100'', 100'''', 239) que readapta a la forma del pie y de espesor determinado, caracterizada por el hecho de que esta pieza comprende ventanas que dejan aparecer las superficies (18) a tratar y de forma adaptada a dichas superficies a tratar con paredes perpendiculares a éstas, de manera que aseguren el depósito sobre la máscara de las partículas que no están en el eje de las ventanas, sin que éstas sean reflejadas sobre dichas superficies a tratar.

Description

Máscara de protección para el tratamiento de superficie de álabes de turbomáquinas.

El invento se refiere a la protección de superficies de álabes de turbomáquinas previamente a un tratamiento de superficie parcial que presenta un carácter abrasivo o simplemente inapropiado a las superficies que no se han de tratar. Se refiere también a la aplicación de una protección de superficie para cualquier pieza mecánica que deba ser sometida a un tratamiento de superficie similar.

Con referencia a la fig. 1, un álabe 10 de turbomáquina, aquí de compresor o de soplante de turborreactor, se compone de una pala 11 que lleva una cara intradós y una cara extradós 19, de una parte inferior 12 y de un pié 13 que se encaja en un alvéolo axial previsto en el eje del disco central de la máquina que lo soporta (no representada). Una plataforma 14 separa la pala 11 de la parte inferior 12.

El disco central lleva así un cierto número de álabes cuyas palas son todas mantenidas equidistantes unas de otras en particular por aletas 15 situadas sobre una parte media de cada cara de las palas, y de las que, para dos aletas adyacentes de dos palas contiguas, las extremidades están en contacto.

El tratamiento de superficie del álabe 10, generalmente de titanio o de aleación de titanio, comprende un primer tratamiento E1 de la superficie por arenado para aumentar su rugosidad, en preparación de una segunda etapa E2 llamada de metalización con depósito por proyección térmica. Es el caso en particular de la proyección por medio de un soplete de plasma, bien de una aleación de cobre, por ejemplo Cu-Ni-In (cobre-níquel-indio), cuya ductilidad permite amortiguar las vibraciones del motor en funcionamiento al nivel de los contactos de los álabes con el disco central, bien de carburo de tungsteno, por ejemplo WC-Co (carburo de tungsteno-cobalto) cuya dureza permite evitar el desgaste ocasionado por los rozamientos entre las aletas adyacentes.

El soplete de plasma proyecta el revestimiento de aleación a gran velocidad y a una temperatura elevada (por encima de 2.500ºK) sobre la superficie a tratar para obtener su adherencia.

Las etapas E1 son muy abrasivas y las etapas E2 son indeseables fuera de las superficies a tratar. Necesitan en el caso del tratamiento de las aletas, interponer una proyección entre los útiles de arenado y/o los sopletes de plasma y las caras 19 de los álabes 10 de forma que sustraiga estos últimos a sus efectos. Más precisamente, sólo las superficies 17 de las extremidades de aletas 15 destinadas a ser puestas en contacto con las superficies 17 de las otras aletas de los álabes contiguos, son sometidas, durante la fabricación, a los tratamientos de superficie anteriores. Además las dos caras 19 de la pala 11 presentan superficies en hélice, de geometría muy precisa, que es necesario proteger.

En el caso del tratamiento del pie, las únicas superficies 18 de contacto, situadas a uno y otro lado 13 del pie del álabe 10 son a revestir. Las otras zonas 12 y 13 del pie deben ser protegidas al menos durante el tratamiento E2.

Actualmente, para ello, el operador aplica manualmente cintas adhesivas que tienen una resistencia mecánica y térmica suficiente alrededor de las superficies a tratar.

Estas operaciones manuales son largas y fastidiosas a causa de la complejidad de las formas de los álabes, de la precisión requerida y de la poca accesibilidad de las superficies a proteger. No aseguran una calidad de nivel constante ya que no son perfectamente repetitivas y que una mala adhesión de las cintas adhesivas presenta un riesgo de enmascaramiento o sea de despegue del revestimiento depositado. Además durante la metalización, se comprueba que partículas alcanzan la capa en formación después de haber rebotado sobre la superficie de protección. La calidad de la adherencia o de la homogeneidad de estas partículas no es entonces suficiente, y las zonas correspondientes son menos resistentes a las solicitaciones aplicadas sobre turbomáquinas.

Existe por lo tanto una necesidad de mejorar la productividad y la calidad de estas operaciones.

Por otra parte los operadores sobre estas operaciones están sometidos a tensiones nerviosas debidas en particular a la atención mantenida necesaria para su ejecución; están también expuestos a riesgos de trastornos músculo-esqueléticos (TMS) como consecuencia de la realización de acciones repetitivas.

Una máscara de protección según el preámbulo de la reivindicación 1ª está descrita en el documento US-5.792.267.

Para remediar todos los inconvenientes, la solicitante propone una máscara de protección para el tratamiento de superficie de superficies de un álabe de turbomáquina según la reivindicación 1ª.

El tratamiento de superficie comprende una etapa de arenado y/o una etapa de metalización.

Por utillaje, se designa una pieza o un conjunto de piezas al menos en parte rígidas cuya forma y los materiales están adaptados al enmascaramiento de las partes de superficies a proteger. Los materiales del utillaje son también capaces de resistir al entorno operatorio de las operaciones E1 y E2. Gracias al utillaje del invento, se suprime toda operación de aplicación manual de cinta adhesiva, y el enmascaramiento es perfectamente repetitivo.

De preferencia, al entrañar la etapa E2 una elevación de temperatura, la máscara de protección está dispuesta para resistir a los efectos térmicos del tratamiento de superficie, aquí un depósito plasma.

De preferencia aún, al necesitar la etapa E2 un tratamiento mecánico previo, la máscara de protección de la etapa E1 es de un material resistente a la acción abrasiva de un arenado.

Ventajosamente, la máscara de protección es de acero inoxidable o de material de silicona o de material de polímero.

Eventualmente, la máscara puede servir a la vez para el arenado y para el depósito de plasma, y puede ser reutilizada para una serie de álabes de turbomáquinas.

El invento será mejor comprendido con la ayuda de la descripción siguiente de una máscara de protección para una aplicación del invento y del dibujo adjunto en el que:

La fig. 1 representa una vista en perspectiva de un álabe de compresor;

La fig. 2 representa una vista de lado de una primera aplicación del invento consistente en una máscara conformada para permitir el tratamiento del pie de un álabe;

La fig. 3 representa un montaje que permite el tratamiento simultáneo de varios álabes;

Las figs. 4A y 4B representan vistas perspectivas de otra aplicación del invento, consistente en máscaras para la pro-
tección de las superficies de un álabe contra el arenado y el depósito de plasma sobre las superficies a tratar de su pie.

La fig. 2 representa la parte inferior de un álabe de compresor del que se ve la pala 11, la plataforma 14 y el pie 13. Está aquí en forma de cola de milano y rectilínea (caso no exhaustivo, citado a título de ejemplo). Con el fin de asegurar una amortiguación de las vibraciones del álabe en su alvéolo durante el funcionamiento del motor, se aplica un revestimiento 13R localizado en las zonas que están en contacto con los flancos del alveolo. Para poder aplicar este revestimiento por un soplete de plasma, se dispone conforme al invento, una máscara 100 que se adapta a la forma del pie del álabe en parte, y puede ser colocada por simple encaje. Las máscara 100, ventajosamente realizada de acero inoxidable, presenta un espesor determinado. Una ventana 100R está prevista en esta máscara, a cada lado del pie. La forma y las dimensiones de las ventanas dependen de las del revestimiento 13R que se trata de aplicar por el soplete de plasma. Este revestimiento 13R está localizado sobre las dos superficies del pie que estarán en contacto con el disco sobre la turbomáquina.

El soplete de plasma T es colocado preferentemente de forma perpendicular a la superficie a tratar. Las paredes de la ventana son perpendiculares a esta superficie. La ventana permite el paso de las partículas de metal en fusión durante la operación de metalización con el soplete de plasma. Esta disposición presenta la ventaja de que las partículas de metal en fusión salidas del soplete de plasma que no son dirigidas en el eje de la ventana se depositan sobre la máscara en la zona que bordea la ventana 100R sin ser reflejadas hacia el interior. Estas partículas no vienen por tanto a perturbar la capa en formación por rebote. Después de aplicación de una capa de espesor deseado, se retira la máscara. El revestimiento 13R tiene exactamente la forma definida por la de la ventana; no es necesario proceder a una operación de retoque.

Se vuelve a poner en servicio la máscara para el tratamiento de otros álabes si la zona metalizada al borde de la ventana no es demasiado gruesa. La máscara puede así ser utilizada varias veces antes de necesitar una nueva puesta en forma por "desmetalización" de la zona que bordea la ventana. Tal operación de restauración de la máscara es efectuada ventajosamente por mecanización química según las técnicas conocidas del experto en la técnica.

Si una operación previa de preparación de la superficie es necesaria, se utiliza la misma máscara para proteger las superficies que no deben recibir el arenado.

Tal máscara presenta también la ventaja de permitir el tratamiento de varios álabes al mismo tiempo. Con este propósito se ha previsto una ranura 110 en la pared de fondo de la máscara para permitir aplicar a continuación una barra de alineación 43.

Se ha representado en la fig. 3 un montaje para el tratamiento de algunos álabes. Se ensamblan los álabes equipados de su máscara de protección 100 sobre un solo utillaje 40.

El utillaje 40 comprende un bastidor 42 sobre el que se han fijado los álabes, pala abajo, de manera que presenten las máscaras sobre la parte superior. Las ventanas 100R son visibles. Una barra 43 une las máscaras 100 por las ranuras 110. Gracias a esta barra se pueden alinear con precisión las máscaras unas con relación a otras. Unos costados 41 son colocados a lo largo de la fila de máscaras de manera que recubran y protejan las plataformas de los álabes. Una vez el montaje efectuado, se coloca el útil de tratamiento en dirección de la primera ventana y se le desplaza a velocidad determinada paralelamente a las ventanas. Por esta disposición se permite el tratamiento de arenado seguido de metalización o bien de metalización sola de un conjunto N de álabes asegurando una calidad constante de los mismos.

Se ha representado en las figs. 4A y 4B, un dispositivo de enmascaramiento adaptado a los álabes cuyo pie es curvilíneo, tales como álabes de soplante de gran tamaño.

Para una etapa E1 de arenado de las superficies 18 del pie 13 de la pala 11 de un álabe 10, está prevista, en referencia a la fig. 4A, una máscara 100' de protección que comprende, fijado sobre un zócalo 132, un bastidor 125 de material de silicona o material polímero dispuesto para poder ser montado encajando el pie 13 de la pala 11 dejando aparecer, a través de las aberturas 124 las superficies 18 a tratar.

Para ello, el bastidor comprende dos semi-coquillas 121 que abarcan las formas de la superficie anterior, realizadas según los planos mismos que han permitido la realización.

Estas dos semi-coquillas 121 son ensambladas por cerrojos 123 móviles, por ejemplo que se encajan a su vez en las dos semi-coquillas 121, y pueden por tanto ser desmontados para quedar aptos para un nuevo montaje y quedar disponibles para el tratamiento de otro álabe.

Para una etapa E2 de depósito de plasma de las superficies 18 del pie 13 de la pala 11, está prevista, en referencia a la fig. 4B, una máscara 100'' de protección que comprende, fijados sobre el zócalo 132'', cuatro soportes 127 dispuestos para poder soportar dos riostras 126, todas de acero inoxidable, que mantienen la pala 11 y dos máscaras 128, de inoxidable, manteniendo y recubriendo el pie 13 de la pala 11, a una y otra parte del pie, dejando aparecer al mismo tiempo, a través de las aberturas 131 las superficies 18 a tratar.

Aquí, para regular exactamente la extensión de la superficie a tratar, la periferia de las aberturas 131 está guarnecida de patas 129 que limitan esta extensión a voluntad. La posición de las patas 129 es regulable por deslizamiento sobre las máscaras 128 y es mantenida allí por tornillos de aprieto 130.

En el ejemplo de la figura, las patas 129 limitan solamente la longitud de las aberturas 131 pero el mismo dispositivo es posible también en anchura, pudiendo los dos dispositivos ser fácilmente montados simultáneamente.

De preferencia la máscara es de material de silicona. Este material es a la vez resistente al tratamiento mecánico de arenado y al tratamiento térmico de metalización.

El presente invento no está limitado a los modos de realización representados. La extensión de la protección está definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

1. Una máscara de protección para tratamiento de superficie de un álabe (10) de turbomáquina que comprende un pie con superficies (18) a tratar, estando dispuesta dicha máscara sobre el pie alrededor de dichas superficies (18) y constituida de un material resistente a los efectos del tratamiento de superficie constituyendo al mismo tiempo un utillaje desmontable y reutilizable compuesto por al menos una pieza (100, 100', 100'', 239) que readapta a la forma del pie y de espesor determinado, caracterizada por el hecho de que esta pieza comprende ventanas que dejan aparecer las superficies (18) a tratar y de forma adaptada a dichas superficies a tratar con paredes perpendiculares a éstas, de manera que aseguren el depósito sobre la máscara de las partículas que no están en el eje de las ventanas, sin que éstas sean reflejadas sobre dichas superficies a tratar.

2. Una máscara según la reivindicación 1ª, que comprende al menos dos semi-coquillas (121, 233) mantenidas juntas por cerrojos o pinzas (123, 236).

3. Una máscara según una de las reivindicaciones 1ª a 2ª, constituida de un material resistente a los efectos térmicos de un depósito de plasma.

4. Una máscara según una de las reivindicaciones 1ª a 3ª, constituida de un material resistente a los efectos mecánicos de un arenado.

5. Una máscara según una de las reivindicaciones 1ª, 3ª y 4ª, constituida de acero inoxidable.

6. Una máscara según la reivindicación 5ª, que puede ser colocada por simple encaje.

7. Una máscara según una de las reivindicaciones 1ª, a 4ª, constituida de material de silicona o polímero.