ES2713398T3 - Procedimiento para reparar un punto dañado en una pieza moldeada y procedimiento para generar un material de reparación adecuado - Google Patents

Abstract

Procedimiento para reparar un punto dañado (17) en la superficie de una pieza moldeada (13), en donde un material de reparación, a través de pulverización de gas frío, se aplica sobre el punto dañado (17), donde como material de reparación se utilizan partículas de pulverización (19) que presentan la misma estructura de colada que la pieza moldeada (13), caracterizado porque el material de reparación es adecuado para la pulverización de gas frío y se obtiene a través de la fragmentación de un cuerpo de aquel material del que se compone la pieza moldeada, donde el cuerpo presenta la misma estructura de colada que la pieza moldeada, en donde - el cuerpo se compone de piezas moldeadas usadas del mismo lote de fabricación que la pieza moldeada (13) que debe repararse, o - el cuerpo se fabrica con el fin de la fragmentación con la estructura de colada.

Description

DESCRIPCION

Procedimiento para reparar un punto danado en una pieza moldeada y procedimiento para generar un material de reparacion adecuado.

La presente invencion hace referencia a un procedimiento para reparar un punto danado en la superficie de una pieza moldeada, en donde un material de reparacion, a traves de pulverizacion de gas frio, se aplica sobre el punto danado. Ademas, la invencion hace referencia a un procedimiento para generar un material de reparacion para un componente.

La pulverizacion de gas frio es un procedimiento conocido, en donde particulas proporcionadas para el revestimiento, mediante una boquilla convergente - divergente, se aceleran preferentemente a la velocidad supersonica, para que estas, debido a su energia cinetica imprimida, se mantengan adheridas sobre la superficie que debe revestirse. En este caso se utiliza la energia cinetica de las particulas, la cual conduce a una deformacion plastica de las mismas, donde las particulas del revestimiento se funden solamente al dar contra su superficie. Por ese motivo, ese procedimiento se denomina como pulverizacion de gas frio, en comparacion con otros procedimientos de pulverizacion termicos, porque se realiza a temperaturas comparativamente bajas, en las cuales las particulas del revestimiento esencialmente se mantienen adheridas. Preferentemente, para la pulverizacion de gas frio, la cual se denomina tambien como pulverizacion cinetica, se utiliza tambien una instalacion de pulverizacion de gas frio que presenta un dispositivo de calentamiento de gas, para calentar un gas. Al dispositivo de calentamiento de gas se conecta una camara de estancamiento que, del lado de salida, esta conectada con la boquilla convergente-divergente, preferentemente con una boquilla de Laval. Las boquillas convergentes -divergentes presentan una seccion parcial convergente, asi como una seccion parcial que se ensancha, las cuales estan conectadas a traves de una garganta de la boquilla. La boquilla convergente - divergente, del lado de salida, genera un haz de polvo en forma de un flujo de gas con particulas que se encuentran dentro, con velocidad elevada, preferentemente con velocidad supersonica.

Segun la solicitud EP 1816235 B1, es conocido el hecho de que puntos defectuosos en piezas moldeadas pueden ser mejorados mediante pulverizacion de gas frio. Con ese fin se utilizan materiales que, segun la solicitud EP 1816 235 B1, se denominan como de la misma clase. Como materiales de ese tipo se entienden materiales que poseen una composicion similar o la misma composicion que el componente que debe repararse. Debido a esto puede lograrse que el punto mejorado sea rellenado con un material que excluya casi por completo problemas metalurgicos. Esto significa que pueden excluirse procesos de difusion que se inician en el caso de la reparacion de una pieza moldeada con un material de otra clase despues de realizada la reparacion, en particular en el caso de componentes cargados termicamente en alto grado, los cuales pueden conducir a una reduccion de la integridad de la estructura. Ciertamente, en el peor de los casos, estos pueden conducir a una falla del componente. Segun la solicitud EP 1829988 A1 y segun la solicitud WO 2007/042395 A1 se conocen otros procedimientos en los cuales componentes son reparados a traves de la aplicacion de particulas mediante pulverizacion de gas frio. En ese caso deben utilizarse particulas de material de la misma clase. Esto significa que el material esencialmente debe tener la misma composicion que el material base. Tambien en el caso de una composicion diferente del material de las particulas, una igualdad de la clase puede garantizarse debido a que se encuentran presentes propiedades quimicas, fisicas y mecanicas comparables. Prioritariamente, en la reparacion de componentes de superaleaciones de niquel - de colada puede seleccionarse un material de particulas que sea mas ductil comparacion con lo mencionado. A modo de ejemplo, como material para las particulas puede seleccionarse una superaleacion de niquel, la cual normalmente se utiliza como aleacion de forja.

Segun la solicitud US 2006/0045785 A1 se describe que la reparacion de superficies de componentes puede tener lugar a traves de pulverizacion de gas frio. En este caso se sugiere que los componentes puedan repararse tambien mediante aleacion de fundicion. Las particulas, desde la aleacion de fundicion, se aplican sobre el componente que puede repararse, rellenando el punto danado.

El material de la misma clase para la reparacion de los puntos defectuosos en la pieza moldeada, sin embargo, en cuanto a su estructura de colada, conforma una estructura que es diferente de la estructura de colada del componente circundante.

El objeto de la invencion consiste en proporcionar un procedimiento de reparacion para piezas moldeadas, con el cual pueda generarse un punto de reparacion que se adecue del modo mas amplio posible a las propiedades de la pieza moldeada que rodea el punto de reparacion, donde puede proporcionarse un procedimiento para generar un material de reparacion que puede cumplir con el objeto en el caso de la aplicacion de un procedimiento de reparacion.

Segun la invencion, el objeto se soluciona a traves del procedimiento indicado en la introduccion, debido a que como material de reparacion se emplean particulas de pulverizacion que presentan la misma estructura que la pieza moldeada. De este modo, segun la invencion, utilizando la pulverizacion de gas frio se aprovecha el hecho de que las particulas procesadas a traves de la pulverizacion del gas frio no se funden y, por tanto, despues de la conformacion de la capa (en este caso del punto de reparacion) conservan al menos de forma esencial la estructura que presentan las particulas de pulverizacion tratadas. Por eso es posible utilizar particulas de pulverizacion que presenten la misma estructura de colada que el componente que debe repararse y, de ese modo, producir un punto de reparacion con la estructura de colada que presenta tambien la pieza moldeada que rodea el punto de reparacion. Gracias a esto, de manera ventajosa, puede alcanzarse una reparacion de piezas moldeadas, en la cual la pieza moldeada reparada presente casi las mismas propiedades que la pieza original, puesto que tambien el punto de reparacion presenta exactamente las mismas propiedades que el resto de la pieza moldeada. De este modo, de manera ventajosa, las propiedades de la pieza moldeada que debe repararse se mantienen de forma identica a la pieza original. Tambien, un componente reparado del modo segun la invencion, se encuentra protegido ataques corrosivos, los cuales podrian producirse debido a la conformacion de elementos locales electricos cuando el material de reparacion, si bien con la misma composicion, debido a otra conformacion de la aleacion, es sin embargo mas noble o menos noble que el material circundante de la pieza moldeada.

Para producir un material de reparacion que pueda procesarse del modo indicado, segun la invencion, el objeto se soluciona a traves de la generacion de un material de reparacion, en donde el componente que debe repararse es una pieza moldeada, y el material de reparacion se obtiene a traves de la fragmentacion de un cuerpo de aquel material del que se compone la pieza moldeada. Ademas, ese cuerpo presenta la misma estructura de colada que la pieza moldeada. A modo de ejemplo, el cuerpo puede componerse de piezas moldeadas usadas del mismo lote de fabricacion que la pieza moldeada que debe repararse. Debido a esto se asegura que el material del cuerpo corresponda a aquel de la pieza moldeada tambien en cuanto al estado de la estructura. Otra posibilidad consiste en que el cuerpo, antes de la fragmentacion, se produzca adicionalmente con ese fin. En ese caso, de manera ventajosa, pueden seleccionarse formas del cuerpo que posibiliten generar el cuerpo sin problemas, con una estructura de colada lo menos afectada posible. Por ejemplo, se consideran adecuados los cuerpos con una estructura geometrica lo mas simple posible, como por ejemplo barras, especialmente como cuerpos para la fragmentacion subsiguiente. Tambien es posible eliminar la zona del borde del cuerpo generado a traves de un procedimiento con arranque de viruta, obteniendo asi un cuerpo que se compone solamente de las zonas internas de la pieza moldeada producida. En esa area, de manera ventajosa, la estructura del cuerpo resulta afectada lo menos posible a traves de los procesos que se desarrollan durante la solidificacion de la pieza moldeada. La fragmentacion del cuerpo puede tener lugar por ejemplo a traves de trituracion y/o de pulverizacion. Debido a ello pueden producirse particulas de pulverizacion para una pulverizacion de gas frio, donde pueden realizarse tamanos de las particulas diferentes.

De acuerdo con una variante de la invencion se preve que las particulas de pulverizacion presenten un diametro medio de al menos 100 pm y de como maximo 200 pm. Esos tamanos de particulas, de manera ventajosa, pueden tratarse de forma especialmente simple a traves de pulverizacion de gas frio. Ademas, se considera ventajoso que la dispersion de los diametros medios diferentes de las particulas de pulverizacion se extienda al menos sobre la mitad del rango indicado. De este modo se obtiene un material de pulverizacion que se compone de particulas de pulverizacion con diametros medios diferentes, de modo que esas particulas, ventajosamente, pueden acumularse formando una capa comparativamente gruesa, donde las particulas con un diametro medio mas reducido pueden llenar los espacios intermedios entre las particulas con un diametro medio mas grande.

Segun otra variante de la invencion se preve que el punto danado de la pieza moldeada se caliente durante la aplicacion de las particulas de pulverizacion. Esto puede tener lugar en particular a traves de radiacion local, a traves de un haz laser. A traves de un precalentamiento de la pieza moldeada puede lograrse que esta se extienda en el area del punto danado que debe repararse y, durante una refrigeracion subsiguiente tanto del punto de reparacion, a partir de las particulas de pulverizacion, como tambien del material circundante de la pieza moldeada, se logre una union comparativamente con poca tension. Ademas, segun otra variante de la invencion puede tener lugar tambien un tratamiento termico posterior de la pieza moldeada despues de la aplicacion del material de reparacion.

En el caso de tratamientos termicos, asi como del calentamiento del punto de reparacion, debe tenerse en cuenta que las temperaturas alcanzadas no modifiquen la estructura de colada. Gracias a ello se impide que la pieza moldeada, a causa de la reparacion, varie sus propiedades, puesto que precisamente esa situacion debe impedirse a traves del procedimiento de reparacion segun la invencion.

Se considera especialmente ventajosa que la pieza moldeada se componga de fundicion gris esferoidal. La estructura de union de la fundicion gris esferoidal, de manera ventajosa, puede generarse facilmente con el procedimiento segun la invencion para generar un material de reparacion. En la fabricacion de las particulas de pulverizacion debe tenerse en cuenta que las acumulaciones de carbono globulares en la estructura de las particulas de pulverizacion, segun la norma DIN EN ISO 945, presentan casi exclusivamente un diametro de 10 a 150 pm. Por tanto, las particulas de pulverizacion deben presentar al menos un diametro medio de 100 pm, para que a traves de las particulas de pulverizacion, la estructura de la fundicion gris pueda ser reproducida aun a traves de la pulverizacion de gas frio. Puede observarse que tambien acumulaciones de carbono mas grandes estan comprendidas ademas de modo fiable al menos de forma parcial, a traves de la estructura de matriz de la fundicion gris, y pueden tratarse bien como polvo de pulverizacion. Como aleacion para la fundicion gris puede utilizarse por ejemplo GJS 400-15.

Tambien pueden repararse componentes que se componen de arrabio con carbono laminar. Esto aplica por ejemplo para el grupo de materiales EN GJL. Tambien aplica aqui que las particulas de pulverizacion, a causa de las longitudes presentes de las laminas de carbono, de 10 a 250 pm (segun DIN EN ISO 945 ese rango de magnitudes aplica para la mayor parte de las acumulaciones de carbono), deben presentar un diametro medio de 100 a 200 pm, para que a traves de la pulverizacion de gas frio pueda reproducirse la estructura del material de fundicion. Tambien aplica aqui que las acumulaciones de carbono se encuentran entonces comprendidas aun de modo fiable, al menos parcialmente, a traves de la estructura de matriz de la fundicion gris.

Ademas, las piezas moldeadas pueden componerse tambien de aleaciones de aluminio - silicio, por ejemplo de AlSi 17.

Otras particularidades de la invencion se describen a continuacion mediante el dibujo. Los elementos del dibujo identicos o correspondientes estan provistos respectivamente de los mismos simbolos de referencia y se explican varias veces solo cuando existen diferencias entre las figuras individuales. Las figuras muestran:

Figura 1: un ejemplo de ejecucion del procedimiento segun la invencion para reparar una pieza moldeada, como vista lateral esquematica,

Figura 2: un ejemplo de ejecucion del procedimiento para generar un material de reparacion a traves de una representacion, a modo de ejemplo, de pasos del procedimiento seleccionados, y

Figura 3: un ejemplo de ejecucion de un componente reparado con el procedimiento para reparar segun la invencion, como una vista en seccion.

En la figura 1 se representa un dispositivo para la pulverizacion de gas frio. Este presenta un recipiente de vacio 11, en donde estan dispuestos, por una parte, una boquilla de pulverizacion de gas frio 12 y, por otra parte, una pieza moldeada 13 (la solidificacion no esta representada en detalle). A traves de una primera linea 14 un gas del proceso puede suministrarse a la boquilla de pulverizacion de gas frio 12. La misma, tal como se indica a traves del contorno, esta realizada como una boquilla convergente - divergente (por ejemplo como boquilla de Laval), a traves de la cual el gas se expande y en forma de un chorro de gas (flecha 15) se acelera hacia una superficie 16 de la pieza moldeada 13.

Ademas, el gas del proceso puede calentarse de forma no representada, debido a lo cual en el recipiente de vacio 12 se presenta una temperatura del proceso requerida.

A traves de una segunda linea 18, a la boquilla de pulverizacion de gas frio 12 pueden suministrarse particulas de pulverizacion 19 que se aceleran en el chorro de gas 15 y dan contra la superficie 16 en el area de un punto danado 17 que debe repararse. La energia cinetica de las particulas de pulverizacion conduce a una adhesion de las mismas sobre la superficie 16. Para conformar una estructura de reparacion 20 en el punto danado, la pieza moldeada 13 puede desplazarse de un lado hacia otro en la direccion de la flecha doble 21, delante de la pistola de pulverizacion de gas frio 12. Durante ese proceso de revestimiento, el vacio se mantiene permanentemente en el recipiente de vacio 11 a traves de una bomba de vacio 22, donde el gas del proceso, antes de la conduccion a traves de la bomba de vacio 22, es conducido a traves de un filtro 23 para filtrar particulas que, al dar contra la superficie 16, no se fijaron en la misma.

Mediante un calentador 23a, las particulas 19 pueden calentarse adicionalmente dentro de la boquilla de pulverizacion de gas frio. Debido a ello tiene lugar una entrada de energia adicional que se suministra a las particulas de pulverizacion 19 directamente como energia termica o a traves de una expansion en la boquilla de pulverizacion de gas frio 12, en forma de energia cinetica. Como otra fuente de energia, un laser 24 se encuentra instalado en la camara de vacio 11, el cual, en el punto de incidencia del chorro frio 15, esta dirigido hacia la superficie 16 de la pieza moldeada 13. En el punto de incidencia, la energia electromagnetica del haz laser 25, en combinacion con la energia cinetica y eventualmente termica de las particulas de pulverizacion 19, se encarga de una adhesion duradera de las particulas de pulverizacion 19 sobre la superficie 16, debido a lo cual se conforma la estructura de reparacion 20.

En la figura 2 se representa un procedimiento para producir el material de reparacion. En primer lugar, en un molde de fundicion 26 se fabrica una barra 27 que debe utilizarse como pieza en bruto (cuerpo) para la produccion de las particulas de pulverizacion 19. Esa barra 27 se desmolda despues de la solidificacion de la pieza moldeada y una capa de superficie 28 se retira de la barra 27 mediante arranque de viruta, de modo que queda un nucleo 29. De este modo se desechan areas superficiales de la barra 27, las cuales pueden presentar una falta de homogeneidad en la estructura de colada o alteraciones quimicas debido a la influencia del aire ambiente. A continuacion, el nucleo 29 se tritura en un dispositivo no representado en detalle, debido a lo cual se producen particulas 30 gruesas. Seguidamente, esas particulas 30 se pulverizan por ejemplo en un molino de bolas, debido a lo cual tiene lugar otra fragmentacion y finaliza la produccion de las particulas de pulverizacion. En un paso consecutivo, esas particulas de pulverizacion pueden clasificarse ademas segun tamanos, para producir a continuacion polvo de pulverizacion con clases de tamanos diferentes de las particulas de pulverizacion. Para producir polvos de pulverizacion en los cuales las particulas de pulverizacion presentan diametros medios diferentes sobre un area determinada, las diferentes clases de tamanos de las particulas de pulverizacion pueden mezclarse de forma adecuada.

A este respecto, cabe senalar que como diametro medio de una particula de pulverizacion debe entenderse un diametro que corresponde al diametro de una particula esferica, donde esa particula esferica debe presentar el mismo volumen que la particula real, el cual usualmente difiere de la forma esferica. Como diametro medio, conforme a ello, no se entiende el diametro en promedio de una mayor cantidad de particulas. Cuando en el contexto de la presente invencion se mencionan diferentes diametros medios de las particulas de pulverizacion se entiende entonces que se encuentran presentes mezcladas particulas de pulverizacion de diferentes clases de tamanos.

La figura 3, en donde se representa el corte a traves de una pieza moldeada 13 reparada, muestra que la utilizacion de particulas de pulverizacion 19 de diferentes clases de tamanos (por tanto, con diametros medios diferentes), de manera ventajosa conduce a que en el punto de reparacion 31 de la pieza moldeada 13 se produzca una estructura densa. En la figura 3 se representa una pieza moldeada de fundicion gris esferoidal, donde en la matriz esta distribuido carbono esferoidal 32 proveniente de material ferreo. Esto aplica tambien para las particulas de pulverizacion 19 cuyo respectivo tamano puede observarse ademas en la figura 3, ya que estas se encuentran representadas separadas. De este modo, las particulas de pulverizacion 19 llenan los espacios intermedios entre particulas de pulverizacion 19 mas grandes. En la realidad, las superficies de las particulas de pulverizacion 19 se funden a traves del desarrollo de energia termica durante el impacto de las particulas de pulverizacion, de modo que parcialmente se suprimen los limites entre las particulas, representados en la figura 3.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para reparar un punto danado (17) en la superficie de una pieza moldeada (13), en donde un material de reparacion, a traves de pulverizacion de gas frio, se aplica sobre el punto danado (17), donde como material de reparacion se utilizan particulas de pulverizacion (19) que presentan la misma estructura de colada que la pieza moldeada (13), caracterizado porque el material de reparacion es adecuado para la pulverizacion de gas frio y se obtiene a traves de la fragmentacion de un cuerpo de aquel material del que se compone la pieza moldeada, donde el cuerpo presenta la misma estructura de colada que la pieza moldeada, en donde

• el cuerpo se compone de piezas moldeadas usadas del mismo lote de fabricacion que la pieza moldeada (13) que debe repararse, o

• el cuerpo se fabrica con el fin de la fragmentacion con la estructura de colada.

2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque las particulas de pulverizacion (19) presentan un diametro medio de al menos 100 pm y de como maximo 200 pm.

3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, caracterizado porque la dispersion de los diametros medios diferentes de las particulas de pulverizacion se extiende al menos sobre la mitad del rango indicado segun la reivindicacion 2.

4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el punto danado es calentado durante la aplicacion de las particulas de pulverizacion (19), en particular es irradiado a traves de un haz laser.

5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pieza moldeada (13) se expone a un tratamiento termico posterior despues de la aplicacion del material de reparacion.

6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pieza moldeada (19) se compone de fundicion gris esferoidal.

7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la fragmentacion tiene lugar a traves de trituracion y/o pulverizacion.