MXPA05010528A

MXPA05010528A - Bronce-soldadura por microondas de fisuras de planos aerodinamicos.

Info

Publication number: MXPA05010528A
Application number: MXPA05010528A
Authority: MX
Inventors: Balaji Rao Garimella
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-07-11
Also published as: CA2520681A1; JP2006102815A; KR100669298B1; KR20060051881A; EP1642666B1; US7708184B2; DE602005026760D1; SG121182A1; EP1642666A1; US20060071053A1; TW200618911A; TWI277476B

Abstract

Un motor de turbina de gas incluye filas alternativas de planos aerodinamicos rotatorios o paletas y planos aerodinamicos estaticos o alabes. Los alabes se forman de un metal base, tal como superaleacion de cobalto o niquel. Si una fisura se forma en uno de los alabes, una aleacion de bronce se aplica a la fisura. La aleacion de bronce es una mezcla en polvo. La aleacion de bronce incluye aproximadamente 50 a 100% de un material base y aproximadamente 0 a 50% de un material de bronce. El material base de la aleacion de bronce tiene la misma composicion que la composicion del metal base del alabe. El plano aerodinamico entonces se expone a microondas que funden la aleacion de bronce y en preferencia al metal base para reparar la fisura en el alabe.

Description

BRONCE-SOLDADURA POR MICROONDAS DE FISURAS DE PLANOS AERODINÁMICOS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a un método para reparar fisuras en un plano aerodinámico estacionario o álabe de un motor de turbina de gas mediante bronce-soldadura por microondas. Un motor de turbina de gas incluye planos aerodinámicos estacionarios o álabes hechos de un metal base de superaleación de cobalto o niquel. Los álabes pueden fisurarse debido a la fatiga mecánica térmica de alta temperatura y a la corrosión por calor que ocurre durante la operación del motor. La fisura normalmente se repara mediante bronce-soldadura. Una aleación de bronce que incluye aproximadamente 50% de un material base y aproximadamente 50% de un material de bronce se aplica a la fisura. La temperatura de fusión del material de bronce es más baja que la temperatura de fusión del material base. Después de que se aplica la aleación de bronce a la fisura, el álabe se calienta en un horno de calentamiento. La aleación de bronce se funde y llena la fisura. Típicamente, el álabe se calienta durante aproximadamente 6 a 8 horas para fundir la aleación de bronce y reparar la fisura. El porcentaje del material base debe ser relativamente elevado y el porcentaje del material de bronce debe ser relativamente bajo para evitar que el material de bronce sature la aleación de bronce y asegurar que la composición de la aleación de bronce sea tan similar como sea posible a la composición del metal base. Sin embargo, cuando el porcentaje del material base incrementa, la temperatura de fusión de la aleación de bronce · también incrementa. Si el álabe se expone a altas temperaturas, el álabe posiblemente puede distorsionarse y perder sus propiedades. Por lo tanto la aleación de bronce generalmente incluye un porcentaje elevado de material de bronce para mantener la temperatura de fusión baja. Por lo tanto, existe una necesidad en la técnica de un método para reparar una fisura en un álabe de un motor de turbina de gas que sea rápido y que supere las desventajas y carencias de la técnica anterior. Un motor de turbina de gas incluye filas alternativas de planos aerodinámicos rotatorios o paletas y planos aerodinámicos estáticos o álabes. Los álabes se forman de un metal base tal como superaleación de cobalto o níquel. En la presente invención, cualesquier fisuras que se formen en el álabe se reparan mediante bronce-soldadura por microondas. Una aleación de bronce que incluye un material base y un material de bronce se aplica a la fisura. La aleación de bronce es una mezcla en polvo. La aleación de bronce incluye aproximadamente 50 a 100% del material base y aproximadamente 0 a 50% del material de bronce. El material base y el metal base del álabe tienen la misma composición. Después de aplicar la aleación de bronce a la fisura, el álabe entonces se expone a las microondas para fundir a aleación de bronce y reparar la fisura en el álabe. Las microondas calientan y funden la aleación de bronce en polvo en preferencia al metal base del álabe, dejando sin perturbar el álabe. Por lo tanto, en la misma temperatura de fusión, la aleación de bronce de la presente invención puede incluir un mayor porcentaje de material base que la aleación de bronce de la técnica anterior. Estas y otras características de la presente invención se entenderán mejor a partir de la siguiente especificación y dibujos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las diversas características y ventajas de la invención se volverán aparentes para aquellos con experiencia en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada de la modalidad actualmente preferida. Los dibujos que acompañan la descripción detallada pueden describirse brevemente como sigue: La Figura 1 ilustra esquemáticamente un motor de turbina de gas. La Figura 2 ilustra esquemáticamente un álabe del motor de turbina de gas.

La Figura 1 ilustra esquemáticamente un motor 10 de turbina de gas utilizado para la generación o propulsión de energía. El motor 10 de turbina de gas incluye un eje 12 axial, un ventilador 14, un compresor 16, una sección 18 de combustión y una turbina 20. El aire comprimido en el compresor 16 se mezcla con combustible, se quema en la sección 18 de combustión y se expande en la turbina 20. El aire comprimido en el compresor 16 y la mezcla de combustible expandida en la turbina 20 se refieren ambos como flujo 28 de corriente de gas caliente. Los rotores 22 de la turbina 20 giran en respuesta a la expansión y accionamiento del compresor 16 y el ventilador 14. La turbina 20 también incluye filas alternativas de planos aerodinámicos rotatorios o paletas 24 en los rotores 22 y planos aerodinámicos estáticos o álabes 26. Los álabes 26 se acomodan en varias etapas, tal como una primera etapa, una segunda etapa-, una tercera etapa, una cuarta etapa, etc. Los álabes 26 en la primera etapa se forman de un metal base de superaleación de cobalto, y los álabes 26 en las otras etapas (segunda etapa, tercera etapa, etc.) se forman de un metal base de superaleación de níquel. Como se muestra en la Figura 2, las fisuras 34 pueden desarrollarse en los álabes 26 con el tiempo debido a la fatiga mecánica térmica por alta temperatura y a la corrosión por calor que ocurre durante la operación del motor. Si una fisura 34 se forma en el álabe 26, una aleación 30 de bronce se aplica a la fisura 34 para reparar el álabe 26. La aleación 30 de bronce es una mezcla en polvo liquida espesa hecha de un material base y un material de bronce. El material de bronce es un polvo que tiene una baja temperatura de fusión. El material base es un polvo que tiene la misma composición que la superaleación utilizada para formar el álabe 26. La aleación 30 de bronce incluye una cantidad reducida de material de bronce sobre la aleación de bronce de la técnica anterior y tiene una baja relación de fase liquida transitoria (TLP) , reduciendo el riesgo de saturar la aleación 30 de bronce con el material de bronce. De preferencia, la aleación 30 de bronce incluye aproximadamente 50 a 100% del material base y aproximadamente 0 a 50% del material de bronce. De mayor preferencia, la aleación 30 de bronce incluye aproximadamente 90% del material base y aproximadamente 10% del material de bronce. Sin embargo, se entenderá que la aleación 30 de bronce puede incluir cualquier porcentaje del material base y el material de bronce. Por ejemplo, la aleación 30 de bronce puede incluir 100% del material base o 100% del material de bronce. Si la aleación 30 de bronce se está aplicando al álabe 26 de la primera etapa,' la aleación 30 de bronce incluye el material base de la superaleación de cobalto y el material de bronce. La aleación 30 de bronce de preferencia incluye aproximadamente 50 a 100% del material base y aproximadamente 0 a 50% del material de bronce. En un ejemplo, el material base de la superaleación de cobalto incluye carbono, manganeso, silicio, azufre, cromo, níquel, tungsteno, tantalio, titanio, circonio, hierro, boro y cobalto. La Tabla 1 lista una composición ejemplar de la superaleación de cobalto. El material de bronce incluye carbono, cromo, níquel, boro y cobalto. La Tabla 2 lista una composición ejemplar del material de bronce. Aunque composiciones específicas del material base y el material de bronce se describen y listan en las Tablas 1 y 2, se entenderá que la aleación 30 de bronce puede tener cualquier composición, y alguien con experiencia en la técnica puede saber que composiciones utilizar.

ELEMENTO PORCENTAJE MÍNIMO PORCENTAJE MÁXIMO CARBONO 0.00 0.80 MANGANESO 0.00 0.80 SILICIO 0.00 0.80 AZUFRE 0.00 0.80 CROMO 18.0 26.00 NÍQUEL 8.00 12.00 TUNGSTENO 5.00 8.00 TANTALIO 2.00 4.00 TITANIO 0.10 0.30 CIRCONIO 0.00 0.60 HIERRO 0.00 2.50 BORO 0.00 0.01 COBALTO 0.00 RESTO TABLA 1 ELEMENTO PORCENTAJE MÍNIMO PORCENTAJE MÁXIMO CARBONO 0.00 4.50 CROMO 19.50 29.50 NÍQUEL 34.50 45.50 BORO 2.00 4.00 COBALTO 0.00 RESTO TABLA 2 Si la aleación 30 de bronce se está aplicando al álabe 26 de segunda etapa, tercera etapa, etc., la aleación 30 de bronce incluye el material base de la superaleación de níquel y el material de bronce. La aleación 30 de bronce de preferencia incluye aproximadamente 50 a 100% del material base y aproximadamente 0 a 50% del material de bronce. En un ejemplo, el material base de la superaleación de níquel incluye carbono, manganeso, silicio, fósforo, azufre, cromo, cobalto, tungsteno, tantalio, aluminio, titanio, hafnio, molibdeno, boro, hierro, colombio, cobre, circonio, plomo, bismuto, selenio, telurio, talio y níquel. La Tabla 3 lista una composición ejemplar de las superaleación de níquel. En otro ejemplo, el material base de la superaleación de níquel incluye carbono, manganeso, silicio, azufre, aluminio, molibdeno, tantalio, colombio, cromo, titanio, circonio, hierro, cobalto, cobre, plomo, bismuto, boro y una mezcla de cobalto-níquel. La Tabla 4 lista una composición ejemplar de la superaleación de níquel. Aunque composiciones específicas del material base se describen y listan en las Tablas 3 y 4, se entenderá que el material base puede tener cualquier composición y alguien con experiencia en la técnica puede saber que composiciones utilizar. Uno de los materiales base listado en las Tablas 3 y 4 se mezcla con el material de bronce. En un ejemplo, el material de bronce se forma de carbono, azufre, fósforo, cobre, plomo, bismuto, selenio, silicio, hierro, circonio, manganeso, aluminio, hafnio, tungsteno, boro, cobalto, cromo y níquel. La Tabla 5 lista una composición ejemplar del material de bronce que se mezcla con el material base de la superaleación de níquel listada en ya sea la Tabla 3 ó 4. Aunque una composición específica del material de bronce se describe y lista en la Tabla 5, se entenderá que el material de bronce puede tener cualquier composición, y alguien con experiencia en la técnica puede saber que composición utilizar .

ELEMENTO PORCENTAJE MÍNIMO PORCENTAJE MÁXIMO CARBONO 0.00 0.27 MANGANESO 0.00 0.30 SILICIO 0.00 0.30 FÓSFORO 0.00 0.30 AZUFRE 0.00 0.30 CROMO 8.00 12.00 COBALTO 8.00 12.00 TUNGSTENO 8.00 12.00 TANTALIO 2.00 6.00 ALUMINIO 2.00 6.00 TITANIO 0.50 2.00 HAF IO 0.50 2.00 MOLIBDENO 0.50 2.00 BORO 0.00 0.25 HIERRO 0.00 0.25 COLOMBIO 0.00 0.25 COBRE 0.00 0.25 CIRCONIO 0.00 0.25 PLOMO 0.00 0.25 BISMUTO 0.00 0.25 SELENIO 0.00 0.25 TELURIO 0.00 0.25 TAL10 0.00 0.25 NÍQUEL 0.00 RESTO TABLA 3 ELEMENTO PORCENTAJE MÍNIMO PORCENTAJE MÁXIMO CARBONO 0.00 0.35 MANGANESO 0.00 0.35 SILICIO 0.00 0.35 AZUFRE 0.00 0.35 ALUMINIO 0.00 7.00 MOLIBDENO 0.00 7.00 TANTALIO 0.00 7.00 COLOMBIO 0.00 7.00 CROMO 11.00 16.00 TITANIO 0.00 1.50 CIRCONIO 0.00 1.50 HIERRO 0.00 1.50 COBALTO 0.00 1.50 COBRE 0.00 0.50 PLOMO 0.00 0.50 BISMUTO 0.00 0.50 BORO 0.00 0.50 NÍQUEL+COBALTO 0.00 RESTO TABLA 4 ELEMENTO PORCENTAJE MÍNIMO PORCENTAJE MÁXIMO CARBONO 0.00 0.20 AZUFRE 0.00 0.20 FÓSFORO 0.00 0.20 COBRE 0.00 0.20 PLOMO 0.00 0.20 BISMUTO 0.00 0.20 SELENIO 0.00 0.20 SILICIO 0.00 0.20 HIERRO 0.00 0.20 CIRCONIO 0.00 0.20 MANGANESO 0.00 0.20 ALUMINIO 0.00 2.50 HAF IO 0.00 2.50 TUNGSTENO 2.00 5.00 BORO 2.00 5.00 COBALTO 7.00 11.00 CROMO 7.00 11.00 NÍQUEL 0.00 RESTO TABLA 5 Después que la aleación 30 de bronce se aplica a cualesquier fisuras 34 en el álabe 26, la aleación 30 de bronce entonces se exponer a las microondas para fundir la aleación 30 de bronce y reparar las fisuras 34. Una fuente 32 de microondas produce las microondas que calientan y funden la aleación 30 de bronce en preferencia al metal base. Cuando la aleación 30 de bronce se enfria, la aleación 30 de bronce se endurece dentro de la fisura 34, produciendo una junta de bronce que repara la fisura 34 y se acumula en la superficie erosionada del álabe 26 para extender la vida del álabe 26. La aleación 30 de bronce también puede llenarse en las superficies erosionadas en el álabe 26 y restaurar dimensionalmente el álabe 26. De preferencia, la aleación 30 de bronce se expone a las microondas durante aproximadamente 5 minutos a 60 minutos, y la aleación 30 de bronce alcanza la temperatura de fusión en aproximadamente 15 minutos. De preferencia, la aleación 30 de bronce se calienta de aproximadamente 1121 a 1232°C (2050 a 2250°F) para calentar la aleación 30 de bronce. Sin embargo, la aleación 30 de bronce puede exponerse a microondas durante una cantidad mínima de tiempo y puede calentarse a cualquier temperatura, y alguien con experiencia en la técnica puede saber cuanto tiempo exponer la aleación 30 de bronce a las microondas. De preferencia, las microondas están en el margen de 2.45 GHZ. Debido a que la aleación 30 de bronce es un polvo, las microondas calientan y funden la aleación 30 de bronce en polvo de preferencia al metal base del álabe 26. Esto es debido a que las microondas calientan la aleación 30 de bronce más rápido que el metal base. Por lo tanto, las microondas no afectan el metal base del álabe 26 durante el proceso de bronce-soldadura por microondas. La aleación 30 de bronce de la presente invención que incluye una cantidad incrementada del material base se funde en la misma temperatura de^ fusión que la aleación de bronce de la técnica anterior que incluye menos material base. Por ejemplo, la aleación 30 de bronce de la presente invención se funde a una primera temperatura de fusión cuando emplea microondas. Si una aleación de bronce que tiene la misma composición se aplica al álabe 26 y se calienta sin utilizar microondas, la aleación de bronce se puede fundir a una segunda temperatura de fusión que es mayor que la primera temperatura de fusión. Si la aleación de bronce anterior, cuando se calienta el álabe 26 a la segunda temperatura mayor de fusión, el álabe 26 posiblemente puede distorsionarse. La aleación 30 de bronce de la presente invención que se expone a microondas y se funde a una temperatura dada incluye una cantidad mayor de material base que la aleación de bronce de la técnica anterior que se funde a la misma temperatura de fusión. Por lo tanto, al emplear microondas que de preferencia calientan la aleación 30 de bronce sobre el metal base del álabe 26, la aleación 30 de bronce de la presente invención puede incluir un porcentaje mayor de material base cuando se expone a la misma temperatura de fusión. Esto permite que la composición de la aleación 30 de bronce sea más similar a la composición del material de metal base del álabe 26. Al emplear microondas de una fuente 32 de microondas en lugar de calor desde un horno de calentamiento para fundir la aleación 30 de- bronce, el contenido de porcentaje del material base de la aleación 30 de bronce puede incrementarse sobre el contenido de porcentaje del material base de la aleación de bronce de la técnica anterior que se funde a la misma temperatura de fusión. La aleación 30 de bronce de la presente invención no necesita calentarse a una temperatura de fusión tan alta como la temperatura de fusión necesaria para fundir una aleación 30 de bronce equivalente de la técnica anterior, reduciendo la distorsión y pérdida de las propiedades del álabe 26. La descripción anterior es ejemplar de los principios de la invención. Muchas modificaciones y variaciones de la presente invención son posibles en vista de las enseñanzas anteriores. Las modalidades preferidas de esta invención se han descrito, sin embargo, para que alguien con experiencia en la técnica pueda reconocer que ciertas modificaciones pueden entrar dentro del alcance de esta invención.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un método para reparar una fisura en un componente y para reestablecer dimensionalmente el componente caracterizado porque comprende las etapas de: aplicar una aleación de bronce a una fisura en un componente; y exponer el componente a microondas para fundir la aleación de bronce.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente es un plano aerodinámico utilizado en un motor de turbina de gas.
3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente se forma de un metal base que es uno de una superaleación de cobalto y superaleación de níquel.
4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la aleación de bronce incluye un material base y un material de bronce.
5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la aleación de bronce incluye aproximadamente 50 a 100% del material base y aproximadamente 0 a 50% del material de bronce.
6. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la aleación de bronce incluye ¦aproximadamente 90% del material base y aproximadamente 10% del material de bronce.
7. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el componente se forma de un metal base, y el metal base y el material base , ambos son superaleación de níquel.
8. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el componente se forma de un metal base, y el metal base y el material base ambos son superaleación de cobalto.
9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de exponer el componente a las microondas ocurre durante aproximadamente 5 a 40 minutos.
10. El método de conformidad con la reivindicación I, caracterizado además porque incluye la etapa de calentar el componente aproximadamente de 1121 a 1232 °C (2050 a 2250°F) .
11. Un aparato para reparar una fisura en un componente y restaurar dimensionalmente el componente caracterizado porque comprende: el componente incluye una fisura; una aleación de bronce aplicada a la fisura; y una fuente de microondas que genera microondas que funden la aleación de bronce.
12. El aparato de conformidad con la reivindicación II, caracterizado porque el componente es un plano aerodinámico utilizado en un motor de turbina de gas.
13. El aparato de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el componente se forma de un metal base que es uno de una superaleación de cobalto y superaleación de níquel.
14. El aparato de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la aleación de bronce incluye un material base y un material de bronce.
15. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el componente se forma de un metal base, y el metal base y el material base ambos son superaleación de níquel.
16. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el componente se forma de un metal base, y el metal base y el material base ambos son superaleación de cobalto.
17. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la aleación de bronce incluye aproximadamente 50 a 100% del material base y aproximadamente 0 a 50% del material de bronce.
18. El aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la aleación de bronce incluye aproximadamente 90% del material base y aproximadamente 10% del material de bronce. RESDMEN Un motor de turbina de gas incluye filas alternativas de planos aerodinámicos rotatorios o paletas y planos aerodinámicos estáticos o álabes. Los álabes se forman de un metal base, tal como superaleación de cobalto o níquel. Si una fisura se forma en uno de los álabes, una aleación de bronce se aplica a la fisura. La aleación de bronce es una mezcla en polvo. La aleación de bronce incluye aproximadamente 50 a 100% de un material base y aproximadamente 0 a 50% de un material de bronce. El material base de la aleación de bronce tiene la misma composición que la composición del metal base del álabe. El plano aerodinámico entonces se expone a microondas que funden la aleación de bronce y en preferencia al metal base para reparar la fisura en el álabe.