MX2013001358A - Polvo compuesto para montaje o revestimiento por soldadura por difusion de piezas en superaleacion. - Google Patents

Polvo compuesto para montaje o revestimiento por soldadura por difusion de piezas en superaleacion.

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Abstract

La invención se refiere a un polvo compuesto para el montaje o revestimiento de piezas (1, 2) hechas de superaleación por soldadura por difusión, formado mezclando un polvo de tipo Astroloy de metal base (3) y un polvo de un metal de soldadura por difusión (4) de tipo NiCrB1055. El polvo compuesto no contiene silicio y comprende entre 65 y 70% por peso de Astroloy y entre 30 y 35% por peso de NiCrB1055.

Description

POLVO COMPUESTO PARA MONTAJE O REVESTIMIENTO POR SOLDADURA POR DIFUSIÓN DE PIEZAS EN SUPERALEACIÓN Descripción de la Invención La presente invención se refiere a un compuesto en polvo para el montaje o revestimiento por soldadura por difusión de piezas en superaleación .
La soldadura es un método que consiste, más a menudo en montar dos piezas metálicas, de material idéntico o diferente, por medio de un metal de aporte en donde el punto de fusión es significativamente inferior a los materiales de las piezas. El metal de aporte se lleva al estado líquido y las piezas son calentadas por el metal de aporte, pero quedan sólidas.
La soldadura por difusión (soldadura por difusión o unión de fase líquida transitoria) es de manera general una operación de montaje de dos piezas metálicas análogas de soldadura, pero en la cual la diferencia de composición entre el metal de aporte y las piezas a montar progresivamente se absorbe por un tratamiento térmico de difusión. Este tratamiento lleva a la formación de una unión químicamente casi homogénea y en donde las características son cercanas a las piezas a montar. La soldadura por difusión se podría considerar como una soldadura convencional a la cual se le agrega un tratamiento de difusión.
Después del montaje de dos piezas, se utiliza un metal de aporte de composición química cercana a aquella de las piezas a montar, pero que tiene una temperatura de fusión más baja. Durante la soldadura por difusión, el metal de aporte se funde y se mojan las superficies a montar, después se solidifica de manera isotérmica por difusión de elementos de adición del metal de aporte en los materiales de las dos piezas, en donde la composición cambia y se homogeniza con la composición del cordón de soldadura formado de esta manera. En la etapa final de la soldadura por difusión, el metal de aporte toma cuerpo y es indistinguible de los materiales de las piezas.
Un tal método permite efectuar, cono se indica anteriormente, un montaje de varias piezas mientras les confiere a las piezas montadas y a sus uniones características mecánicas y metalúrgicas comparables a las características de las piezas de origen. Las temperaturas utilizadas después de un tal método son, entre otras, compatibles con las superaleaciones clásicamente utilizadas para hacer estas piezas, notablemente en el dominio aeronáutico.
El uso de la soldadura por difusión es notablemente limitado por el juego entre las piezas después de su montaje. En efecto, si este juego es muy importante, la resistencia mecánica de la unión realizada por soldadura es muy baja para poder responder a las especificaciones impuestas.
Esto ha llevado al solicitante a desarrollar una mejora del método de soldadura por difusión para las aplicaciones con juegos más importantes, de algunos milímetros. Este método es notablemente el objeto de la patente FR 2 511 908, a nombre del Solicitante, y se utiliza tanto para el montaje de las piezas como para la reparación de fisuras, grietas, para la reconstrucción de zonas utilizadas o que se rompen durante el funcionamiento, y también para la modificación de secciones de flujo de gas en los distribuidores de turbina en superaleación a base de níquel.
Este documento describe notablemente el uso de un polvo compuesto para el montaje por soldadura por difusión de las hélices del turborreactor, formadas por mezcla de un polvo de un metal básico de tipo Astroloy o NK17CDAT y de un polvo de un metal de soldadura por difusión que comprende boro, níquel, cromo y boro, o boro y silicio. Un ejemplo proporcionado en este documento indica que el polvo contiene en particular 75% por peso de polvo Astroloy y 25% por peso de polvo de NiCrB1055.
Astroloy (NK17CDAT) es una superaleación base de níquel que contiene, por peso, 16.9% de cobalto, 14.8% de cromo, 3.87% de aluminio, 3.45% de titanio, 5.1% de molibdeno, 0.015% de carbono. El NiCrB1055 es igualmente una superaleación a base de níquel que contiene por peso, 15% de cromo y 4% de boro.
Los principios del método de revestimiento por soldadura por difusión son similares a aquellos del montaje por soldadura por difusión, la particularidad reside en el hecho que el metal de aporte se presenta en forma de un polvo compuesto formado por mezcla de un polvo de metal de base, de composición cercana a la pieza a reparar, y de un polvo metálico de soldadura por difusión, llamado fondant.
Un objetivo de la invención es de mejorar las propiedades del polvo compuesto conocido del documento FR 2 511 908, notablemente en términos de soldabilidad y de fusión.
Entre otros, algunas piezas que trabajan en unos ambientes muy oxidantes y a alta temperatura, como las piezas de turbinas, requieren de un tratamiento específico con el fin de limitar la oxidación y la corrosión provocadas por el gas de combustión.
Por lo tanto, estas piezas que se han reparado o se han montado con soldadura por difusión, son revestidas por un tratamiento termoquímico realizado en una atmósfera rica en aluminio.
Después de este tratamiento de superficie, las efervescencias u hongos son creados al nivel de los cordones de soldadura, y se deben eliminar por operaciones costosas de eliminación mecánica.
La invención tiene igualmente como objetivo aportar una solución simple, eficaz y económica a este problema.
A este efecto, la invención propone un polvo metálico compuesto para el montaje o revestimiento por soldadura por difusión de piezas en superaleaciones, formada por mezcla de un polvo metálico base de tipo Astroloy y un polvo de un metal de soldadura por difusión de tipo NiCrB1055, caracterizado porque es libre de silicio y comprende entre 65 y 70% de peso de Astroloy y entre 30 y 35% por peso de NiCrB1055.
El uso de un polvo compuesto de acuerdo con la invención, porque el metal de aporte para el revestimiento o montaje de las piezas, no genera efervescencias u hongos después de una tratamiento posterior realizado en una atmósfera rica en aluminio.
Los estudios han mostrado que las efervescencias u los hongos son evitados para las siguientes razones.
En a técnica anterior, después del tratamiento de la superficie posterior, el aluminio en forma de vapor difuso en las soldaduras anteriormente realizadas después del revestimiento o el montaje y reacciona con el silicio contenido en el metal de aporte para formar compuestos eutécticos bajo punto de fusión. El punto de fusión de estos compuestos es notablemente inferior a la temperatura a la cual se someten las piezas después del tratamiento de superficie, de manera que se produce una fusión de estos compuestos eutécticos y una formación, después del enfriamiento de efervescencias u hongos anteriormente citados.
Durante el tratamiento, se produce una descarga de las fases eutécticas de soldaduras que pueden llegar a la formación de una red continua de porosidad, lo que se traduce por la obtención de uniones soldadas no unidas con porosidades abiertas y degradado mecánico.
En particular, el punto de fusión de una de estas fases eutécticas es comprendido entre 600 y 700°C (eutéctica a 660°C), es la temperatura a la que se someten las piezas durante el tratamiento es de 1150°C.
El uso, en cuanto al metal de aporte, de un polvo compuesto que no contiene silicio permite evitar la formación de estos compuestos eutécticos bajo punto de fusión y, asimismo, efervescencias u hongos indeseables.
Entre otros, la composición partículas del polvo compuesto le confiere una mejor fusión, una mejor soldabilidad y ofrece mejores características mecánicas después de la soldadura.
La composición y el polvo compuesto permiten igualmente rellenar todos los intersticios entre los granos después de la soldadura por difusión con el fin de obtener al final, una aleación muy densa.
Preferiblemente, el polvo compuesto comprende aproximadamente 67.5% de Astroloy y 32.5% por peso de NiCrB1055.
De acuerdo con una característica de la invención, el polvo Astroloy y el polvo NiCrB1055 tienen cada uno una granulometría comprendida entre 60 y 70 µ??, preferiblemente del orden de 63 µ??.
Esto permite obtener un polvo homogéneo, denso y con una porosidad reducida. Cuanto más fino está el polvo, tanto los espacios entre los granos es más pequeño y la densidad de la aleación obtenida después de la soldadura por difusión es importante. Por consiguiente, un polvo fino presenta igualmente una superficie específica es importante, lo que aumenta los riesgos de contaminación del polvo susceptible a generar defectos después de la soldadura por difusión.
Una granulometría del orden de 63 µp? es el mejor compromiso entre una buena densidad y la aparición de defectos en la aleación obtenida.
La invención también se refiere, entre otros, al uso de un polvo compuesto de tipo precitado para el montaje o revestimiento por soldadura por difusión de piezas en superaleación.
De manera ventajosa, las piezas en superaleación son a base níquel.
El polvo compuesto se puede calentar a una temperatura comprendida entre 1180°C y 1200°C, durante un periodo comprendido entre y 30 minutos.
Preferiblemente, las piezas en superaleación son elementos de una turbomáquina, tal como, por ejemplo, sectores de distribuidor a base de níquel protegidos por aluminización de una turbina de baja presión o de alta presión.
La invención será mejor comprendida y también otros detalles, características y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la siguiente descripción hecha como ejemplo no limitativo en referencia a las figuras anexas en las cuales: las figuras 1 a 3 son vistas esquemáticas que ¡lustran los diferentes estados fisicoquímicos sucesivos de la zona de soldadura de dos piezas, obtenida con la ayuda de un polvo compuesto de acuerdo con la invención.
Las figuras 1 a 3 ilustran el montaje por soldadura por difusión de dos piezas, 1, 2 de un turborreactor, por ejemplo de una pieza numerada 1 sobre un sector 2 de distribución de turbina a alta presión o baja presión, la pieza numerada 1 es por ejemplo una camisa de enfriamiento, una plaqueta de obturación de circuito o un mango de entrada de aire. Las piezas 1 y 2 en superaleación a base de níquel están montadas con la ayuda del polvo compuesto, formado por mezcla de un polvo de metal base de tipo Astroloy y de un polvo de un metal de soldadura por difusión 4 de tipo NiCrB1055. El polvo compuesto está libre de silicio y comprende entre 65 y 70% por peso de Astroloy y entre 30 y 35% por peso de NiCrB1055.
Preferiblemente, el polvo compuesto comprende aproximadamente 67.5% por peso de Astroloy y aproximadamente 32.5% por peso de NICrB1055. El polvo Astroloy y el polvo NiCrB1055 presentan cada uno una granulometría comprendida entre 60 y 70 µ??, preferiblemente del orden de 63 m.
Las superficies de las piezas 1, 2 a montar son preparadas, para retirar la capa superficial contaminada. Esta preparación es notablemente descrita en el documento EP 0974418.
El polvo compuesto es en seguida depositado entre las dos superficies de las piezas 1, 2 a montar y después se calienta.
Más particularmente, la soldadura por difusión puede comprender un aumento de temperatura de aproximadamente 3 horas a 1200°C, un primer periodo de 12 minutos a 1200°C, seguido por un segundo periodo de 2 horas a 1150°C, y después una baja temperatura de aproximadamente 2 horas de 1150°C a 20°C.
Después de la soldadura por difusión, los granos del polvo de la soldadura por difusión (NiCrB1055) 4 se funden primero. La fase líquida 5 a la que dieron nacimiento es retenida por capilaridad y moja las superficies de las piezas 1 y 2 y los granos del polvo base (Astroloy 3), como se muestra en la figura 2.
Después del enfriamiento, una capa intermediaria sólida 2 es formada entre las dos piezas 1, 2 en donde la estructura metalográfica es homogénea y es unida por difusión a las superficies de las piezas 1, 2 (figura 3).

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Polvo metálico compuesto por el montaje o revestimiento por soldadura por difusión de piezas (1, 2) en superaleaciones, formado por mezcla de un polvo de metal base (3) de tipo Astroloy y un polvo de un metal de soldadura por difusión (4) de tipo NiCrB1055, caracterizado porque es libre de silicio y comprende entre 65 y 70% por peso de Astroloy y entre 30 y 35% por peso de NiCrB1055.
2. Polvo compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque comprende aproximadamente 67.5% por peso de Astroloy y aproximadamente 32.5% por peso de NiCrB1055.
3. Polvo compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 caracterizado porque el polvo Astroloy y el polvo NiCrB1055 tienen, cada uno, una granulometría comprendida entre 60 y 70 pm, preferiblemente del orden de 63 pm.
4. Uso de un polvo compuesto de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3 para el montaje o revestimiento por soldadura por difusión de las piezas (1, 2) en superaleación.
5. Uso de acuerdo con la reivindicación 4 caracterizado porque las piezas (1, 2) en superaleación son a base de níquel.
6. Uso de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque el polvo compuesto es calentado a una temperatura comprendida entre 1180°C y 1200CC durante un periodo comprendido entre 5 y 30 min.
7. Uso de acuerdo con las reivindicaciones 4 a 6 caracterizado porque las piezas (1, 2) en superaleación son elementos de una turbomáquina, tal como por ejemplo piezas colocadas en los sectores del distribuidor a base de níquel protegidas por aluminización de una turbina a baja o alta presión.
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