ES2305170T3 - Procedimiento para reacondicionar piezas de titanio desgastadas o mal dimensionadas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para reacondicionar piezas (10) desgastadas o mal dimensionadas de titanio, en particular piezas (10) que están configuradas en una o en varias zonas parciales (12) para alojar en arrastre de forma y encajando con exactitud otras piezas, con las siguientes etapas de procedimiento: - mecanización a medida de las zonas afectadas (12) de la o de las piezas (10) desgastadas o mal dimensionadas hasta alcanzar una dimensión predeterminada, - fabricación de una o varias piezas de repuesto (16) que se corresponden con las zonas (12) correspondientemente mecanizadas de la o de las piezas (10), de igual geometría menos el intersticio de soldadura predeterminado, de un material similar al material del que está fabricada la pieza (10) con iguales o mejores propiedades de material, - aplicación de un material de aporte (18) de predeterminado espesor entre las zonas (12) mecanizadas de la o de las piezas (10) y de la o de las piezas de repuesto (16) fabricadas, - realización de un proceso de soldadura para la unión de la pieza de repuesto (16) y de la pieza (10) y - dado el caso mecanización subsiguiente a la medida exacta de las zonas (12) afectadas de la pieza (10), realizándose el proceso de soldadura a una temperatura de aprox. 980ºC y tal que al mismo le sigue un enfriamiento lento con un máximo de 5ºC por minuto hasta alcanzar una temperatura de aprox. 700ºC, así como el subsiguiente endurecimiento de la pieza (10) a aprox. 590ºC durante 8 horas.
Description
Procedimiento para reacondicionar piezas de
titanio desgastadas o mal dimensionadas.
La invención se refiere a un procedimiento para
reacondicionar piezas de titanio desgastadas o mal dimensionadas,
en particular piezas que están configuradas en una o varias zonas
parciales para alojar otras piezas en arrastre de forma, encajando
con exactitud (véase la reivindicación 1).
Se conoce la eliminación de las faltas de piezas
dañadas localmente o afectadas por defectos superficiales
practicando una cavidad que vacía el la falta mediante una
herramienta y soldando en esta cavidad un cuerpo de relleno que se
corresponda con la misma y a continuación igualando la superficie
del cuerpo de relleno con la superficie de esta pieza de forma fiel
al contorno; véase el documento DE4411680C1.
Un cuerpo de relleno especialmente adecuado para
ello se describe y representa en el documento DE0019622 584C1.
El documento
US-A-5890274, que se considera el
estado de la técnica más próximo, se refiere a un procedimiento
para reacondicionar piezas de superaleaciones, en el que una pieza
de repuesto recubierta y geométricamente adaptada se suelda sobre
la pieza. La pieza sólo se limpia químicamente antes del proceso de
soldadura, no previéndose un mecanizado con arranque de viruta.
Como ejemplo de aplicación, se citan en particular bordes de
desgaste en las bandas de recubrimiento de álabes así como puntas de
álabes.
El documento WO97/21516A se refiere a un
procedimiento para eliminar grietas en piezas metálicas, en
particular en álabes de turbinas. Las grietas se eliminan mediante
remoción de material en forma de ranuras de geometría sencilla,
introduciendo y fijando en las ranuras cuerpos de relleno que se
adapten, ventajosamente mediante soldadura.
El documento DE19642980C1 protege un
procedimiento para el reacondicionamiento de puntas de álabes de
compresor y turbina desgastados. Las puntas se eliminan hasta una
altura estándar y se sustituyen por una pieza de reparación fijada
por soldadura, con o sin material de aporte.
El documento US-A4725509 se
refiere a un material de soldadura que es adecuado en especial para
unir piezas de titanio. El material, por ejemplo en forma de
alambre o láminas, presenta un núcleo a base de titanio, al menos
una capa de cobre sobre el núcleo y al menos una capa de níquel
sobre la capa de cobre.
El documento GB-A1141247 protege
una aleación de soldadura base titanio con aprox. el 15% en peso de
cobre, aprox. el 15% en peso de níquel y aprox. el 70% en peso de
titanio, preferentemente para unir piezas de titanio.
Mediante las medidas ya conocidas, se evita la
costosa sustitución de piezas dañadas localmente en su superficie
por nuevas piezas.
Es objetivo de la invención, partiendo de los
procedimientos de reparación conocidos, indicar un procedimiento
que pueda utilizarse en especial para el reacondicionamiento de
piezas de titanio desgastadas o mal dimensionadas, en particular de
piezas que estén configuradas en una o varias zonas parciales para
alojar otras piezas en arrastre de forma, encajando con
exactitud.
Este objetivo se alcanza según la invención
mediante las características y etapas definidas en la reivindicación
1.
Según la invención, se realiza el proceso de
soldadura a una temperatura de aprox. 980ºC, a continuación sigue
un enfriamiento lento a como máximo 5ºC por minuto, hasta alcanzar
una temperatura de aprox. 700ºC. Este proceder posibilita una unión
óptima entre la pieza y la pieza de repuesto con una deformación
mínima, es decir, con la máxima precisión de adaptación. A
continuación tiene lugar un endurecimiento de la pieza a aprox.
590ºC durante 8 horas para restablecer sus propiedades de
resistencia.
La aplicación del material de aporte puede
realizarse mediante su inserción separada entre la pieza y la pieza
de repuesto o mediante aportación previa sobre la pieza de
repuesto.
Cuando se utiliza una pieza de repuesto con
contorno exterior ya mecanizado, se suprime la mecanización que va
a continuación.
Es ventajoso según otra característica de la
invención que el proceso de soldadura se realice en un horno de
soldadura al vacío.
El calentamiento puede no obstante realizarse
también por inducción o mediante irradiación con láser o con
irradiación con láser y bobina de inducción a continuación o
previamente, para precalentar o calentar posteriormente la pieza de
trabajo a tratar.
Otras características de la invención resultan
de las reivindicaciones subordinadas.
La invención tiene la ventaja de que las piezas
desgastadas pueden pasar a un nuevo estado en el que tienen valor y
pueden seguir utilizándose y con ello se evita la sustitución por
nuevas piezas. Lo mismo es correspondientemente válido para piezas
mal dimensionadas. El procedimiento según la invención es
especialmente ventajoso para piezas valiosas compuestas de titanio
en la construcción de mecanismos de propulsión, donde en zonas
parciales con distintas geometrías y/o contornos como ranuras,
agujeros, perforaciones, etc., han de realizarse los trabajos de
reparación/reacondicionamiento con anillos, discos, alambres
metálicos redondos/cuadrangulares, tapones, segmentos, parches,
etc. En particular en zonas parciales que incluyen uniones con un
arrastre de forma preciso -por ejemplos segmentos de carcasa-
debían utilizarse siempre hasta ahora nuevas piezas con las medidas
adecuadas para la sustitución en trabajos de reparación o en caso de
mal dimensionamiento.
El proceso de soldadura no modifica las
propiedades de resistencia del material base titanio y/o sus
aleaciones ni tampoco afecta de manera inadmisible al mantenimiento
de las dimensiones de las piezas.
Así, en el reacondicionamiento de tales piezas
de titanio, en particular de piezas con zonas parciales con forma
de ranura, las piezas de repuesto han de adaptarse solamente a las
zonas parciales desgastadas, es decir, por ejemplo solamente a las
superficies laterales y/o superficies laterales y superficies del
fondo de las ranuras previstas para el reacondicionamiento,
teniendo en cuenta los intersticios de soldadura que pueden
determinarse previamente. Cuando no se produce un desgaste de la
superficie del fondo de tales ranuras, son suficientes, por
ejemplo, piezas de repuesto sólo para las superficies laterales.
Para "soldaduras de reparación" de otras
geometrías de la pieza de repuesto, puede utilizarse
correspondientemente el procedimiento según la invención según las
etapas de procedimiento citadas.
El material de la pieza de repuesto ha de
elegirse de tal forma que se corresponda con el material base de la
pieza que se ha de reacondicionar, es decir, que sea del mismo tipo.
No obstante, pueden utilizarse también materiales con mejores
propiedades de material, en particular con una mayor resistencia al
desgaste, por ejemplo, estelite. Finalmente, es posible la
aportación por soldadura de, por ejemplo, material recubierto con
cerámica para, por ejemplo, lograr en las respectivas posiciones de
la pieza una mejor protección frente al calor.
La invención se describe a continuación en base
a un segmento de carcasa de una carcasa de turbina de gas,
representada más o menos esquemáticamente en el dibujo.
Se muestra en:
la fig. 1 la vista en planta desde arriba sobre
una sección de un segmento de carcasa de la etapa del compresor de
alta presión de una carcasa de compresor con una zona parcial
configurada como ranura,
la fig. 2 el segmento de carcasa de la figura 1
con un segmento anular insertado,
la fig. 3 el segmento de carcasa de la figura 2
con una lámina de soldadura parcialmente insertada y
la fig. 4 el segmento de carcasa de las figuras
1 a 3 después del reacondicionamiento.
Una pieza representada sólo parcialmente en la
figura 1 en forma de un segmento de carcasa 10 de una etapa de
compresor de alta presión presenta en su cara frontal 11 constituida
a modo de brida una ranura 12 con forma de anillo circular, para
alojar la lengüeta correspondientemente conformada de otro segmento
de carcasa correspondientemente conformado, que encaja con éste en
la ranura asociada en arrastre de forma.
Cuando hay un desgaste local de estas ranuras o
cuando se trata de un mal dimensionamiento, lo que según la
experiencia afecta a menudo sólo a las paredes laterales 14, 14' de
esta ranura, se realiza su reparación de tal manera que se fabrican
segmentos anulares 16 adaptados a la ranura que eliminan el desgaste
o la fabricación fuera de medida como piezas de repuesto, y
precisamente de un material igual o similar al material de la pieza
10. Hay que tener en cuenta al respecto que para cada pieza de
repuesto han de preverse materiales de aporte en forma de láminas
de soldadura 18, que han de insertarse entre las paredes 14, es
decir, las paredes laterales 14' y/o el fondo 14'' de la ranura y
la pieza de repuesto 16. En la fabricación de las piezas de repuesto
han de tenerse en cuenta por lo tanto los intersticios de soldadura
predeterminados que sirven para alojar el correspondiente material
de aporte.
Tras insertar las láminas de soldadura en la
base 15 de la ranura, véase la figura 1, el montaje de los segmentos
anulares 16 y la inserción de las láminas de soldadura entre las
paredes laterales 14, 14' de la ranura 12, véase las figuras 2 y 3,
la pieza 10 esta lista para el proceso de soldadura a realizar. Si
la propia pieza de repuesto a utilizar está cubierta por una lámina
de soldadura, no es necesaria la colocación de una tal lámina de
soldadura.
No obstante, pueden también tratarse piezas
configuradas de manera distinta a la descrita, para solucionar el
desgaste debido al funcionamiento o al mal dimensionamiento. Las
zonas allí afectadas han de mecanizarse igualmente de la forma
correspondiente, hasta que se alcanza una anchura unificada o bien
una profundidad deseada para alojar la pieza de repuesto
correspondientemente conformada. Una mecanización como la indicada
incluye igualmente el espesor de la o de las correspondientes piezas
de repuesto así como el espesor del correspondiente material de
aporte.
De la forma descrita pueden solucionarse
desgastes que dependen de la pieza y de la función de, por ejemplo,
0,50 mm de profundidad por cada pared de una ranura. Esto vale
también para piezas mal dimensionadas. En la preparación para la
soldadura hay que fijarse en que las distintas partes, es decir, la
pieza de repuesto y el material de aporte, queden encajadas entre
sí de manera limpia sin intersticios.
En los bordes exteriores puede aplicarse
adicionalmente pasta para soldar, para evitar un escape del cordón
de soldadura.
El proceso de soldadura para la pieza y la pieza
de repuesto de titanio Ti6242 se realiza según la invención en un
horno de soldadura al vacío (por ejemplo 1x10^{-4} bar) a una
temperatura de aprox. + 980ºC. Al proceso de soldadura le sigue un
enfriamiento lento a un máximo de 5ºC por minuto, que ha de
realizarse hasta alcanzar una temperatura de aprox. + 700ºC. A
continuación se realiza un endurecimiento de la pieza 10 a una
temperatura de aprox. +590ºC durante 8 horas. Mediante esta
operación se soluciona de nuevo en amplia medida una reducción de
las propiedades de resistencia de la pieza 10 como consecuencia de
la operación de soldadura realizada.
Para evitar una deformación de la pieza 10
durante el proceso de soldadura, ha de sujetarse la misma plana
durante la operación de soldadura en el horno de soldadura. Durante
el subsiguiente enfriamiento, para evitar una deformación de la
pieza 10, ha de realizarse un soplado uniforme de la pieza 10, por
ejemplo con argón.
Cuando la configuración o el tipo de piezas que
se han de tratar puedan requerir la aportación de calor local, esto
puede realizarse también según la invención mediante una bobina de
inducción, que cubre toda la zona de soldadura.
También es posible según la invención la
necesaria aportación de calor con rayos láser. Esta aportación de
calor puede también combinarse con una "precedente" o
"posterior" bobina de inducción. Esto tiene la ventaja de que
se evita un enfriamiento muy rápido de la zona de soldadura o bien
de que se precalienta la pieza que se ha de tratar.
Para actuar contra el peligro de deformación, en
particular cuando hay un enfriamiento rápido, se prevé para el
proceso de soldadura según la invención un enfriamiento lento
integrado en el horno de soldadura (5ºC por minuto de 980ºC hasta
700ºC).
Como material de aporte son adecuadas láminas de
soldadura (preferentemente de 0,07 mm de espesor) o pasta para
soldar, en el que se debe respetar un intersticio de soldadura
correspondiente al espesor de la lámina de soldadura. Como material
de aporte ha de utilizarse el producto usual en el mercado Lot MTS
14 10 - TiCuNi Wesgo (70
Ti-15Cu-15Ni) o bien el producto
recién definido Lot MTS 1473-1
(60Ti-15Cu-25Ni).
Tras la soldadura de los segmentos anulares, se
realiza la manufactura con las dimensiones nominales que va a
continuación mediante los medios de manufactura usuales. Una
manufactura con las dimensiones nominales según lo anterior se
suprime cuando la pieza de repuesto a utilizar puede ser mecanizada
previamente hasta el contorno final.
La invención no queda limitada a la
configuración representada y descrita de las piezas de repuesto,
siendo posibles también formas anulares, cuadrangulares, de
segmento, parche u otras formas en función de la configuración de
la pieza cuyo desgaste o cuyo mal dimensionamiento ha de
solucionarse mediante el procedimiento según la invención, aquí
denominado soldadura parche.
Claims (8)
1. Procedimiento para reacondicionar piezas (10)
desgastadas o mal dimensionadas de titanio, en particular piezas
(10) que están configuradas en una o en varias zonas parciales (12)
para alojar en arrastre de forma y encajando con exactitud otras
piezas, con las siguientes etapas de procedimiento:
- -
- mecanización a medida de las zonas afectadas (12) de la o de las piezas (10) desgastadas o mal dimensionadas hasta alcanzar una dimensión predeterminada,
- -
- fabricación de una o varias piezas de repuesto (16) que se corresponden con las zonas (12) correspondientemente mecanizadas de la o de las piezas (10), de igual geometría menos el intersticio de soldadura predeterminado, de un material similar al material del que está fabricada la pieza (10) con iguales o mejores propiedades de material,
- -
- aplicación de un material de aporte (18) de predeterminado espesor entre las zonas (12) mecanizadas de la o de las piezas (10) y de la o de las piezas de repuesto (16) fabricadas,
- -
- realización de un proceso de soldadura para la unión de la pieza de repuesto (16) y de la pieza (10) y
- -
- dado el caso mecanización subsiguiente a la medida exacta de las zonas (12) afectadas de la pieza (10),
realizándose el proceso de soldadura a una
temperatura de aprox. 980ºC y tal que al mismo le sigue un
enfriamiento lento con un máximo de 5ºC por minuto hasta alcanzar
una temperatura de aprox. 700ºC, así como el subsiguiente
endurecimiento de la pieza (10) a aprox. 590ºC durante 8 horas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el proceso de soldadura se realiza en un
horno de soldadura al vacío.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque la pieza (10) es sometida durante su
enfriamiento a soplado con gas argón de manera uniforme.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque el alojamiento de las piezas (10) en el
horno de soldadura se realiza sujetándolas planas.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como material de
aporte se utiliza lámina de soldadura (18), por ejemplo de 0,07 mm
de espesor, para una anchura de intersticio de soldadura de 0,08 a
0,13 milímetros por cada lado.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el proceso de soldadura se realiza
mediante una bobina de inducción que cubre la zona de
soldadura.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque proceso de soldadura se realiza mediante
soldadura fuerte por rayo láser, a la que se asocia un
calentamiento por inducción previo y/o posterior.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las zonas
perfiladas que se han de reacondicionar están configuradas como
agujeros, perforaciones o ranuras (12), a las que están asociadas
piezas de repuesto (16) correspondientemente configuradas, por
ejemplo en forma de anillos, discos, alambres
redondos/cuadrangulares, tapones, segmentos o parches.
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