MXPA99012030A - Reparacion de cubiertas de turbina de alta presion - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para reparar las superficies de la cubierta de un motor de turbina de gas, con el fin de proporcionar resistencia a la corrosión y a la oxidación de los segmentos de la cubierta (10), mientras que también restaura la integridad dimensional de los segmentos de la cubierta (10) . El método implica remover los productos de oxidación y corrosión del segmento de la cubierta (10) , remover los materiales de recubrimiento previamente existentes, aplicar un material compatible con el material de sustrato del segmento de la cubierta, maquinar la superficie, aplicar un material resistente a la corrosión, resistente a la oxidación, y flexible al frotamiento al segmento de la cubierta utilizando un proceso de oxicombustible de alta velocidad, maquinar el segmento de la cubierta (10) hasta las dimensiones previamente seleccionadas, y aplicar un recubrimiento de aluminiuro para una mejor resistencia a la oxidación y a la corrosión y a la corrosión de las superficies reparadas.

Description

REPARACIÓN DE CUBIERTAS DE TURBINA DE ALTA PRESIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a la reparación de cubiertas de turbina de alta presión. De una manera más particular, se refiere al método de reparar cubiertas de turbina de alta presión utilizando un oxicombustible de alta velocidad (HVOF) , y materiales utilizados para estas reparaciones.

DISCUSIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR En los motores de turbina de gas, normalmente una cubierta rodea las puntas de las aspas del rotor en la sección de la turbina del motor. El aire presurizado y el combustible se queman en una cámara de combustión para agregar energía térmica a los gases medios que fluyen a través de la misma. El efluyente desde la cámara comprende gases a alta temperatura, que se hacen fluir corriente abajo en una trayectoria de flujo anular a través de la sección de la turbina del motor. Las venas de guía de la boquilla en la entrada a la turbina dirigen los gases medios sobre una multiplicidad de aspas que se extienden radialmente hacia afuera desde el rotor del motor. _. Una cubierta anular que se soporta mediante la caja de la turbina rodea las puntas de las aspas de la turbina, para ^ T •*•- -• "-' "fe-"** contener los gases medios que fluyen a través de las mismas hasta la trayectoria de flujo. La tolerancia entre las puntas de las aspas y la cubierta se minimiza para impedir la fuga de los gases medios alrededor de las puntas de las aspas. Las 5 cubiertas proporcionan una superficie de frotamiento para la punta del aspa. El intento de diseño es para que la punta del aspa frote en las cubiertas, reduciendo de esta manera la cantidad de aire que pueda desviarse de las aspas de la turbina. La minimización del aire que pueda desviarse de las aspas de la turbina incrementa la eficiencia del motor. Una función secundaria de la cubierta, es proteger térmicamente a la caja del gas caliente de la trayectoria de flujo. De esta manera, la cubierta se expone a la abrasión de las puntas de aspas giratorias de la turbina. De una manera simultánea, la cubierta también se expone a los gases calientes de la trayectoria de flujo que se queman en una cámara de combustión. Estos gases, durante un período de tiempo, no solamente dan como resultado corrosión y oxidación a alta temperatura de la cubierta, sino que también funcionan para ocasionar erosión de las superficies de la cubierta. Por consiguiente, la cubierta se debe diseñar para ser al mismo tiempo resistente a los efectos corrosivos y de oxidación de los gases calientes, resistente a la erosión por el flujo constante de los gases calientes sobre las superficies de la cubierta, y resistente a la abrasión, ó flexible al frotamiento, como un resultado del contacto con los dientes de sello de las aspas de la turbina. Durante un período de tiempo, a medida que se utiliza el motor, las superficies de las cubiertas tienden a desgastarse por las superficies frotantes de las puntas de las aspas. En adición, tiene lugar alguna erosión a medida que los gases calientes erosionan mecánicamente las superficies de la trayectoria de flujo de la cubierta. Adicionalmente, también se presenta algo de corrosión y oxidación de las superficies de la cubierta, debido a la acción corrosiva de los gases sobre las superficies de la cubierta. Debido al alto costo de los materiales de cubierta, en lugar de desechar las cubiertas que se hacen de un costoso material de superaleación, y se maquina hasta tolerancias exactas y estrechas, es deseable reparar las cubiertas mediante el restablecimiento de las cubiertas hasta sus dimensiones originales de acuerdo con las tolerancias previamente seleccionadas, como sea determinado por el tamaño del motor, así como restablecer las propiedades resistentes a la corrosión de las superficies de la trayectoria de flujo. En el pasado, este restablecimiento se ha realizado mediante rocío de plasma a baja presión (LPPS) , ó mediante la utilización de recubrimientos térmicamente densificados (TDC) . Aunque ambos métodos proporcionan reparaciones y restauraciones que son efectivas, ambos sufren de algunas limitaciones. Por ejemplo, ___.._. *.-_____» ... . -_-i__*____, M._l ___ ___,. « . J_.,-_. los procesos de rocío de plasma a baja presión y de recubrimiento térmicamente densificado, rocían MCrAlY en una cámara de vacío sobre un sustrato calentado, haciendo que el proceso sea muy sensible a las fugas, debido a que se debe mantener el vacío parcial con el objeto de realizar con éxito la reparación. Solamente se pueden procesar un número limitado de partes en cualquier momento con el proceso de rocío de plasma a baja presión. Adicionalmente, el rocío de plasma a baja presión requiere de un calentamiento previo, y acoplado con el proceso de soldadura, puede dar como resultado una distorsión considerable de la parte. Aunque este método tiene la ventaja de poder proporcionar una cubierta reparada que se puede utilizar a temperaturas más altas que otros métodos, el depósito del material también se realiza a una velocidad mucho más lenta. El resultado es que la cubierta se restaura hasta las dimensiones mínimas ó debajo de las mínimas, ó se incurre en un costo significativo en la adición de material adicional a la cubierta durante la reparación. El resultado es que este método es lento, tardado, y considerablemente costoso. El proceso de recubrimiento térmicamente densificado utiliza preformas latoneadas, que pueden estar en la forma de polvos, para acumular los lados y las trayectorias de flujo sobre todas las superficies. Las preformas normalmente incluyen epoxi como un agente de enlace. El resultado es que las partes normalmente incluyen alguna porosidad indeseable, y algunas veces ^—ÍÉ^_Éfc? É^^ ^!^j^ inaceptable. Por supuesto, la calidad de las partes reparadas mediante el proceso de recubrimiento térmicamente densificado depende de la calidad de las preformas. Los materiales que se utilizan en un proceso de recubrimiento térmicamente 5 densificado típicamente contienen depresores del punto de fusión, tales como silicio y boro, ó combinaciones de estos elementos. Debido a que estos materiales están diseñados para fundirse a temperaturas de aproximadamente 1260°C ó menos, se deben aplicar a temperaturas menores que la temperatura de fusión incipiente del material base. Las cubiertas que se reparan utilizando estos materiales, no se pueden utilizar en aplicaciones arriba de aproximadamente 1232 °C. Lo que se desea es un método para reparar cubiertas de turbina de alta presión después de hacer trabajar el motor, para prolongar la vida de las cubiertas, y proporcionar una operación efectiva por el costo del motor, mientras que se apliquen materiales resistentes a la oxidación, resistentes a la corrosión, y flexibles al frotamiento, que puedan soportar temperaturas mayores de aproximadamente 1232 °C. 20 BREVE COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención es un método para reparar cubiertas de turbina removidas del servicio de la turbina. La reparación restaura las caracteristicas de resistencia a la corrosión y a la oxidación de la cubierta, mientras que al _ ia||j^|^^ «... _. __ -___,,. ,. mismo tiempo restaura las características dimensionales de las superficies de la trayectoria de flujo de la cubierta, los rieles delantero y trasero de la cubierta, y los lados izquierdo y derecho de la cubierta. El método comprende una 5 serie de pasos. Debido a las temperaturas extremadamente altas, mayores de 1260°C, de los gases calientes de la combustión, a los que se expone la cubierta, a estas temperaturas se forman contaminantes superficiales sueltos, incluyendo productos de combustión y subproductos de oxidación, sobre las superficies expuestas de la cubierta, después de que se remueve la cubierta de la turbina del servicio, primero se deben remover estos contaminantes superficiales sueltos. Esta limpieza expone cualesquiera materiales de recubrimiento que puedan haberse aplicado a la cubierta antes de ponerla en servicio. El siguiente paso implica remover los materiales de recubrimiento restantes aplicados a la cubierta, antes de ponerse en servicio, que todavía queden sobre la cubierta. Estos recubrimientos pueden haberse aplicado para proporcionar características de resistencia a la corrosión, caracteristicas de resistencia a la oxidación, características de resistencia a la abrasión, ó todas estas características, a la cubierta. Después de remover los recubrimientos, se aplica un material sanador por difusión activada (ADH) , ó sanador de componente de aleación dividido (PACH) a las superficies expuestas de la cubierta, para rellenar cualesquiera huecos existentes, tales como grietas u orificios que puedan haberse presentado durante la vida operativa de la cubierta, ó que puedan haberse formado en la cubierta durante su fabricación original. Después de que se han rellenado los huecos, el material flexible aplicado se 5 maquina para proporcionar una superficie lisa para el resto de los pasos de restauración. Enseguida, se reparan los extremos de las cubiertas mediante depósito por soldadura de un material de superaleación compatible con el material base de la cubierta, si es necesario. Esta acumulación restaura el material base de la cubierta que se había desgastado durante la operación del motor. Enseguida, se rocía un material resistente a la corrosión y a la oxidación, y flexible al frotamiento, sobre las superficies de la trayectoria de flujo de la cubierta, así como sobre las superficies laterales (rieles delantero y trasero) de la cubierta, utilizando un proceso de oxicombustible de alta velocidad (HVOF) . En este proceso, el material de relleno se origina como un polvo que se rocía sobre el sustrato en el proceso de oxicombustible de alta velocidad. Aunque este material de relleno puede ser cualquier polvo resistente a la corrosión, resistente a la oxidación, y tolerante al frotamiento, se ha encontrado que el MCrAlY y las superaleaciones, normalmente las superaleaciones a base de níquel, son adecuadas. Se rocía suficiente material sobre el sustrato reparado para restaurar cuando menos el sustrato hasta las dimensiones mínimas requeridas para una cubierta nueva.

Luego se maquina la cubierta hasta las dimensiones previamente seleccionadas, que son las dimensiones dentro de las tolerantes estipuladas para una cubierta nueva. Finalmente, se aplica opcionalmente un alu iniuro a la cubierta para una mejor resistencia a la oxidación. La presente invención es un avance de la tecnología actual para reparar y restaurar cubiertas para servicio de motores. A diferencia de las cubiertas reparadas mediante el proceso de recubrimiento térmicamente densificado, las cubiertas reparadas de conformidad con la presente invención no están limitadas en la temperatura, debido a las adiciones de depresores del punto de fusión, tales como boro ó silicio. La presente invención también es un avance sobre el rocío de plasma a baja presión (LPPS) , debido a que no se requiere un vacío parcial, haciendo que el proceso sea más rápido, más barato, más efectivo, y más fácil de llevar a cabo. Otra ventajas incluyen menos variación del proceso, y nada de calentamiento previo para el sobredisparo ó el subdisparo. Es muy importante que hay mucho menos distorsión de la parte, de modo que la capacidad para restaurar los segmentos de la cubierta hasta las tolerancias de estiramiento originales se pueden hacer más fácilmente y con menos maquinación. Otras características y ventajas de la presente invención llegarán a quedar más claras a partir de la siguiente descripción más detallada de la modalidad preferida, tomada en conjunto con los ,_.__.__ __ _____-_^__,_..__ !_________________________)_____ ________________________ dibujos acompañantes, los cuales ilustran, a manera de ejemplo, los principios de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en sección transversal de un ensamble de cubierta, que muestra un segmento de cubierta mostrando la superficie de la trayectoria de flujo de la cubierta adyacente a la punta de un aspa de turbina, el soporte de la cubierta, el soporte colgador de la cubierta, y la caja de soporte. La Figura 2 es una vista en perspectiva de un segmento de la cubierta. La Figura 3 es una vista en perspectiva parcial de un ensamble de cubierta, comprendido de una serie de segmentos de cubierta ensamblados para formar una porción de un cilindro alrededor de las aspas de la turbina.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 es una sección transversal de un ensamble de cubierta de motor de turbina, que muestra el segmento de cubierta 10. En esta vista, el segmento de cubierta 10 tiene una superficie de trayectoria de flujo 12. También se muestra para propósitos de ilustración un aspa de turbina 50 que tiene una punta 52 inmediatamente adyacente a la superficie de la trayectoria de flujo 12 del segmento de la cubierta. La Figura i f t ,. -_.._____.-_..,._________._ .___ ...„.,..________,... 2 es una vista en perspectiva del segmento de la cubierta 10 de la Figura 1. El segmento de la cubierta tiene un extremo delantero 14 y un extremo trasero 16. Como se muestra en la Figura 3, un número de segmentos de cubierta que tienen lados 18 se ensamblan entre sí para formar un ensamble de cubierta que tiene la forma de un cilindro rodeando a las aspas de la turbina. A medida que los gases calientes de la combustión se mueven rápidamente desde los quemadores a lo largo del interior del motor, y a través de las superficies de las trayectorias de flujo de la cubierta 12 desde el extremo delantero 14 de los segmentos de cubierta hasta el extremo trasero 16 de los segmentos de cubierta, las aspas de la turbina se hacen girar. Como se puede ver, mientras más estrecha sea la tolerancia entre los segmentos de la cubierta y las aspas, más eficientemente operará el motor, debido a que escaparán volúmenes más pequeños de gases a través de la trayectoria de flujo de la cubierta. Con referencia a la Figura 1, las aspas de turbina 50 están diseñadas conjuntas 52 para cortar en la superficie de la trayectoria de flujo 12 de los segmentos de cubierta, que están en general comprendidos de un material flexible al frotamiento. Por supuesto, durante el transcurso de la vida del motor, la tolerancia entre el aspa 52 y la superficie de la trayectoria de flujo 12, se incrementará gradualmente, justo por la operación de las aspas giratorias contra los ensambles de __-^______..*__._. cubierta fijos a diferentes temperaturas operativas. Además, a medida que pasan los gases calientes de la combustión a lo largo del interior del motor a través del ensamble de la cubierta, desde los rieles delanteros hasta los rieles 5 traseros, también se presentará una erosión mecánica del material por los ensambles de cubierta, incrementando de esta manera la tolerancia entre las aspas y el ensamble de la cubierta. También, los gases calientes de la combustión contienen un número de subproductos indeseables que ocasionarán 10 no solamente oxidación, sino también corrosión de los materiales de ensamble de la cubierta. Debido a que el ensamble de la cubierta está comprendido de un número de segmentos de cubierta ensamblados entre sí para formar un anillo, a medida que se remueve el material de la trayectoria de flujo de la 15 cubierta, por cualquier proceso descrito anteriormente, se desarrolla un hueco a lo largo de los lados de la cubierta 18, entre los segmentos de la cubierta. Eventualmente, a medida que continúa disminuyendo la eficiencia del motor, el motor debe renovarse para restaurar las partes del motor, incluyendo los 20 segmentos de la cubierta, hasta sus condiciones originales, tanto dimensionalmente como materialmente. El método para reparar los ensambles de cubierta de turbina removidos del servicio de la turbina para restaurar la resistencia a la corrosión hasta, y restaurar las dimensiones 25 de los segmentos de la cubierta 10 hasta, dentro de las »d*í-*'Í*l*l*'*¿ÍH l***-*'*-" '*'*>*** -< -~ -»- -*___--r|- i 1 ?llÉlMIII II -i - °T -_-«-- _»•_, - - * - » . . „. . . . . * - ??*J>A.* . tolerancias dimensionales especificadas para los segmentos de cubierta nuevos, requiere que los segmentos desgastados 10 se limpien primero de los contaminantes superficiales sueltos, asi como de cualesquiera productos de la corrosión ó de la oxidación. Se puede utilizar cualquier método de limpieza desengrasante bien conocido. Luego los segmentos se liman ó se les aplica chorro de arena para remover cualesquiera óxidos fuertemente adheridos. Enseguida, se separan con ácido los segmentos para remover los aluminiuros, seguido por limpieza con ion de fluoruro (FIC) . Debido a que esta separación con ácido remueve el material en la forma de aluminiuros de los segmentos, los segmentos ahora están debajo de la dimensión de impresión. En este punto, ésta no es una condición indeseable, debido a que la adición subsecuente de material, y la maquinación de las caras del segmento de la cubierta también permitirán corregir las cuerdas. Las cuerdas son una tendencia de los segmentos de la cubierta a combarse durante el servicio a temperatura elevada. Las superficies de los segmentos de la cubierta se restauran entonces utilizando un proceso sanador de difusión activada (ADH) , para remover los huecos, tales como los orificios originalmente maquinados en los segmentos de la cubierta, ó la grietas que puedan haberse desarrollado durante el servicio. El proceso de sanado por difusión activada se describe en las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica báltatiU . números 5,523,170 expedida el 4 de junio de 1996, y 5,561,827 expedida el 1 de octubre de 1996, incorporadas a la presente como referencia. Típicamente, el material utilizado en el proceso de sanado por difusión activada se acoplará con el 5 material base que comprenda el segmento de la cubierta, y normalmente es idéntico a los materiales base del sustrato, permitiendo que se agreguen los elementos para realizar el sanado por difusión activada. Sin embargo, puede ser cualquier otra aleación compatible con el material base del segmento de la cubierta. Después de la reparación de las superficies mediante el proceso de sanado por difusión activada bien conocido, las superficies reparadas se maquinan para proporcionar una superficie lisa para las siguientes operaciones, y se debe maquinar cuando menos una superficie de la cubierta para establecer un punto de partida para la maquinación subsecuente, normalmente la superficie de datum previamente determinada de un segmento de cubierta nuevo. En este punto, se puede realizar la reparación de los segmentos de la cubierta mediante cualquiera de dos secuencias alternativas, dependiendo de la condición del material base del sustrato del segmento de la cubierta. La primera alternativa se utiliza típicamente cuando el material del sustrato no tiene tendencia a corroerse mucho en el servicio, tal como MAR-M-509, que tiene una composición nominal en peso del 10 por ciento de Ni, el 0.6 por ciento de C, el 0.1 por ciento de Mn, el 0.4 por _________ _k_É___________? ciento de Si, el 22.5 por ciento de Cr, el 1.5 por ciento de Fe, el 0.01 por ciento de B, el 0.5 por ciento de Zr, el 7 por ciento de W, el 3.5 por ciento de Ta, y el resto de Co e impurezas incidentales; L605, que tiene una composición nominal en peso del 20 por ciento de Cr, el 10 por ciento de Ni, el 15 por ciento de , el 3 por ciento de Fe, el 1 por ciento de Si, el 1.5 por ciento de Mn, el 0.1 por ciento de C, y el resto de Ni e impurezas incidentales; Rene N5, que tiene una composición nominal en peso del 7.5 por ciento de Co, el 7 por ciento de Cr, el 6.2 por ciento de Al, el 6.5 por ciento de Ta, el 5 por ciento de , el 3 por ciento de Re, el 1.5 por ciento de Mo, el 0.15 por ciento de Hf, el 0.05 por ciento de C, el 0.004 por ciento de B, y el resto de Ni e impurezas incidentales; ó IN-738, que tiene una composición nominal en peso del 8.5 por ciento de Co, el 16 por ciento de Cr, el 3.4 por ciento de Al, el 3.8 por ciento de Ti, el 1.75 por ciento de Ta, el 2.6 por ciento de W, el 1.75 por ciento de Ta, el 0.012 por ciento de B, el 0.12 por ciento de Zr, el 0.05 por ciento de Cb, y el resto de Ni e impurezas incidentales. Un material, normalmente en la forma de un polvo, y que tiene una mejor resistencia al medio ambiente, que es flexible al tratamiento, tal como MCrAlY(X), en donde M es un elemento seleccionado a partir del grupo que consiste en Co y Ni, y combinaciones de los mismos, y (X) es un elemento seleccionado a partir del grupo de reforzadores de solución sólidos y formadores de primos gamma, " • - • ' - *- ' • ~-^-< - - _-__-__-.--.-.--.. .. - . , . » v+— consistentes en Ti, Ta, Re, Mo y W, y reforzadores del límite de grano consistentes en B, C, Hf y Zr, y combinaciones de los mismos, ó BC-52, que tiene una composición nominal, en porcentaje en peso, del 18 por ciento de Cr, el 6.5 por ciento de Al, el 10 por ciento de Co, el 6 por ciento de Ta, el 2 por ciento de Re, el 0.5 por ciento de Re, el 0.5 por ciento de Hf, el 0.3 por ciento de Y, el 1 por ciento de Si, el 0.015 por ciento de Zr, el 0.015 por ciento de B, el 0.06 por ciento de C, el resto de Ni e impurezas incidentales, se aplica mediante el proceso de oxicombustible de alta velocidad. Primero, se ensamblan una pluralidad de segmentos de cubierta en un accesorio de anillo. Un robot que detenga el equipo de oxicombustible de alta velocidad se gira a través de un arco, típicamente de cuando menos aproximadamente 120°, de modo que la superficie de la trayectoria de flujo de la cubierta 12 y los rieles delantero y trasero 14, 16 del segmento de la cubierta se acumule con el material. El material se aplica mediante el proceso de oxicombustible de alta velocidad hasta un espesor de 0.127-3.81 milímetros, pero de preferencia hasta un espesor de 0.127-0.254 milímetros. El proceso de oxicombustible de alta velocidad, el cual utiliza un gas a alta velocidad como un protector para prevenir la formación de óxido, es un rocío térmico a una temperatura relativamente baja que permite aplicar un recubrimiento exento de óxido de alta densidad en una amplia variedad de espesores. El proceso de __________±±-i-_bt___?f- üf- - - - -*----'•---».- -- _--_-•» --«-.> oxicombustible de alta velocidad normalmente utiliza cualquiera de una variedad de gases combustibles, tales como oxígeno, oxipropileno, mezclas de oxígeno/hidrógeno, ó queroseno. El flujo de gas del combustible se puede variar desde 609.6 hasta 1524 metros por segundo. Por supuesto, la temperatura del rocío dependerá de la temperatura de combustión del gas combustible utilizado, pero normalmente estará en la escala de 1649°C a 2760 °C. Después de que se haya aplicado la cantidad de material deseada, llevando típicamente a los segmentos de cubierta arriba de las tolerancias de estiramiento, entonces se maquinan los segmentos de la cubierta hasta las dimensiones de estiramiento previamente seleccionadas, realizándose la maquinación estableciendo las operaciones de maquinación basándose en la superficie datum previamente maquinada. La maquinación normalmente incluirá la restauración de los orificios previamente llenados mediante el proceso de sanado por posición activada, como sea requerido por los requerimientos de servicio aplicables. Después de la maquinación, con el objeto de lograr una mejor resistencia a la oxidación, se aplica un aluminiuro a los lados 18 del segmento de la cubierta. Este aluminiuro, que puede ser un PtAl ó un NiAl, se puede aplicar mediante cualquier técnica. En la segunda secuencia alternativa, cuando el material base del segmento de la cubierta está comprendido de una aleación que tienda a corroerse en el servicio, por l_É____t____É_____l__i ejemplo, Rene N5, los lados 18 de la cubierta se restauran mediante soldadura, utilizando un método de gas inerte de tungsteno (TIG) estándar, ó una reparación de arco de tungsteno de plasma (PTA) . El material de relleno es una superaleación, 5 tal como Rene N5, L605, HS188 que tiene una composición nominal en peso del 0.1 por ciento de C, el 1.25 por ciento de Mn, el 0.4 por ciento de Si, el 22 por ciento de Cr, el 3.5 por ciento de Fe, el 22 por ciento de Ni, el 15.5 por ciento de , y el resto de Co e impurezas incidentales; ó Rene 142, que tiene una composición nominal en peso del 12 por ciento de Co, el 6.8 por ciento de Cr, el 6.15 por ciento de Al, el 6.35 por ciento de Ta, el 4.9 por ciento de , el 2.8 por ciento de Re, el 1.5 por ciento de Mo, el 1.5 por ciento de Hf, el 0.12 por ciento de C, el 0.2 por ciento de Fe, el 0.01 por ciento de Mn, el 0.015 por ciento de B, y el resto de Ni e impurezas incidentales. Debido a que los lados están corroídos, los procedimientos de limpieza reducen las dimensiones debajo del mínimo, y esta reparación restaura las dimensiones finales hasta las tolerancias de estiramiento, ó ligeramente mayores. Aunque se podría utilizar el proceso de oxicombustible de alta velocidad para restaurar estas dimensiones con el fin de proporcionar una parte que satisfaga los requerimientos de estiramiento originales, el establecimiento existente requeriría de un sobrerrociado sustancial de las superficies, y de la subsecuente maquinación tardada de la superficie sobrerrociada. De una manera alternativa, los segmentos de la cubierta se podrían readaptar y reparar con oxicombustible de alta velocidad; sin embargo, esto también es tardado, y no es tan eficiente como la reparación mediante el gas inerte de tungsteno, ó arco de tungsteno de plasma. Enseguida de esta reparación, los segmentos de la cubierta tienen un material resistente a la corrosión, de preferencia un MCrAlY como se describe anteriormente, aplicado, utilizando el proceso de oxicombustible de alta velocidad, hasta un espesor de preferencia de 0.127 a 0.254 milímetros, aunque el material se puede aplicar en espesores hasta de aproximadamente 3.81 milímetros ó mayores, y los segmentos de cubierta se maquinan como se estipula anteriormente. Después de la maquinación, se aplica un recubrimiento adicional de material resistente a la corrosión y resistente a la oxidación, mediante el método de depósito de vapor, para proteger las superficies maquinadas desnudas. Este material resistente a la corrosión y resistente a la oxidación adicional se aplica mediante el método de depósito de vapor, para permitir que el material en la forma de vapores penetre en cualesquiera cavidades internas del material del sustrato. Esto se prefiere, debido a que el sustrato del segmento de cubierta en esta secuencia alternativa, se sabe que no se comporta tan bien como otros sustratos en términos de resistencia a la corrosión y a la oxidación. Además, debido a que el proceso de limpieza, tal ^ L niiirt r r ~ - * ___--_--- co o la separación con ácido y la limpieza con ion de fluoruro, da como resultado la penetración de los orificios de enfriamiento, y remueve los recubrimientos originales resistentes a la corrosión/oxidación, es necesario volver a aplicar protección a estos sustratos utilizando un método, tal como el depósito de vapor, que permite la penetración de estas cavidades internas y orificios de enfriamiento. Aunque se pueden aplicar muchos materiales resistentes a la corrosión diferentes utilizando los métodos de depósito de vapor, el recubrimiento depositado preferido es de materiales de NiAl.

EJEMPLO 1 Una cubierta de un motor se removió y se reparó mediante el método estipulado anteriormente. La cubierta estaba hecha de MAR-M-509, y recibió un recubrimiento de aluminiuro después de la reparación mediante aplicaciones de oxicombustible de alta velocidad de CoNiCrAlY, hasta un espesor de 0.127 a 0.381 milímetros, y la subsecuente maquinación. En las pruebas de laboratorio, la cubierta experimenta un índice de incursión de 50.8 mieras (0.0508 milímetros), a una temperatura de la cubierta de 982 °C, con las aspas de Rene 80. Se repararon cubiertas similares mediante los métodos de reparación de VPS y recubrimiento térmicamente densificado, y se sometieron a las mismas condiciones de prueba. Después de las pruebas, las cubiertas, se examinaron, y no se encontraron __tf__---------- k_________?Í---_i-W diferencias significativas en las características de frotamiento de los recubrimientos aplicados mediante los diferentes métodos. La profundidad de frotamiento con oxicombustible de alta velocidad varió desde aproximadamente 5 12.7xE-06 a 6.35xE-05 centímetros para la cubierta reparada con oxicombustible de alta velocidad, mientras que la cubierta reparada con recubrimiento térmicamente densificado varió desde 0 hasta aproximadamente 6.35XE-05 centímetros. Solamente estuvo disponible una medición para la cubierta reparada con VPS, que 10 fue de 12.7xE-06 centímetros. Para espesores del recubrimiento aplicado de 0.127 a 0.254 milímetros, estas diferencias son insignificantes .

EJEMPLO 2 15 Se removió una cubierta de un motor. Los segmentos de la cubierta se repararon mediante las técnicas de oxicombustible de alta velocidad y VPS. El material de sustrato de la cubierta fue Inconel IN-738. La cubierta se volvió a ensamblar en el motor, y se probó con las tolerancias de puntas de aspas establecidas bajas para iniciar frotamientos duros. Las máximas temperaturas de la trayectoria de flujo fueron de 1176°C. No se presentó ninguna diferencia visual en las características de frotamiento de los recubrimientos aplicados mediante los diferentes procesos enseguida de la prueba. 25 ^^g El presente planteamiento proporciona un método adecuado para- reparar cubiertas removidas del servicio con mejoras sustanciales en tiempo y costo, y con una distorsión más baja de las partes, que las partes reparadas mediante técnicas de reparación competitivas. Proporciona capacidades de temperatura más altas que las partes reparadas mediante el método de recubrimiento térmicamente densificado. También proporciona menos variación del proceso que las partes reparadas mediante el método VPS. El método se ha descrito en relación con modalidades y ejemplos específicos. Sin embargo, los expertos en la materia reconocerán que se pueden hacer diferentes modificaciones y variaciones de la presente invención, sin apartarse de su alcance, como se representa en las reivindicaciones adjuntas. ? mm k ¿*___________. ________!_-

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un método para reparar cubiertas de turbina que tienen una pluralidad de segmentos (10) , removidas del servicio, mediante la restauración de las características de resistencia a la corrosión, resistencia a la oxidación, y dimensionales a las superficies de la trayectoria de flujo de la cubierta (12), a los rieles delantero y trasero (14, 16), y a los lados izquierdo y derecho (18) de cada segmento (10) , el cual comprende los pasos de: limpiar el segmento de cubierta (10) de la turbina removido del servicio, para remover los contaminantes superficiales sueltos; remover los materiales de recubrimiento previamente aplicados de las superficies del segmento de la cubierta que se van a reparar; aplicar un primer material compatible con el material de sustrato del segmento de la cubierta, para rellenar los huecos existentes sobre las superficies que se van a reparar; maquinar la superficie reparada para lograr una superficie lisa; luego, rociar con oxicombustible de alta velocidad, un polvo de un material resistente a la corrosión, resistente a la oxidación, y tolerante al frotamiento, a las superficies laterales de los segmentos de la cubierta, y a la superficie de la trayectoria de flujo, para restaurar las dimensiones originales de la superficie de la trayectoria de 5 flujo del segmento de la cubierta, utilizando un proceso de oxicombustible de alta velocidad; luego, maquinar cada segmento de la cubierta (10) hasta las dimensiones previamente seleccionadas; y aplicar un aluminiuro para una mejor resistencia 10 a la corrosión y a la oxidación sobre las superficies de los rieles delantero y trasero (14, 16), y las superficies de la trayectoria de flujo de la cubierta (12) .

2. El método de la reivindicación 1, en donde el polvo resistente a la corrosión y resistente a la oxidación es 15 BC-52.

3. El método de la reivindicación 1, en donde el polvo resistente a la corrosión y resistente a la oxidación es un MCrAlY(X), en donde M es un elemento seleccionado a partir del grupo que consiste en Ni, Co, y combinaciones de los 20 mismos, y X es opcionalmente un ele-mento seleccionado a partir del grupo que consiste en Ti, Ta, Re, Mo, W, B, C, Hf, Zr, y combinaciones de los mismos.

4. El método de la reivindicación 1, en donde el material resistente a la corrosión se rocía hasta un espesor de 25 0.127 a 3.81 milímetros. **««*-fa»^^ -• --•--- • -________._.,

5. El método de la reivindicación 4, en donde el material resistente a la corrosión se rocía hasta un espesor de 0.127 a 0.254 milímetros.

6. El método de la reivindicación 1, el cual incluye además el paso de ensamblar una pluralidad de segmentos de cubierta (10) en un accesorio de anillo, inmediatamente antes de rociar.

7. El método de la reivindicación 1, en donde el paso de acumular los lados (18) de los segmentos de la cubierta, incluye depositar con soldadura un material de superaleación seleccionado a partir del grupo de materiales que consisten en HS-188, L-605, Rene N5 y Rene 142, median-te un proceso seleccionado a partir del grupo que consiste en gas inerte de tungsteno, y arco de tungsteno de plasma.

8. El método de la reivindicación 1, en donde el paso de aplicar el primer material incluye aplicar una aleación compatible con el material de sustrato del segmento de cubierta, y que tiene un punto de fusión menor que el punto de fusión del material de sustrato del segmento de cubierta.

9. El método de la reivindicación 1, en donde el paso de rociar con oxicombustible de alta velocidad, se realiza utilizando un oxicombustible seleccionado a partir del grupo que consiste en oxígeno, oxipropileno, mezclas de oxígeno/hidrógeno, y queroseno.

10. Un método para reparar una cubierta de turbina __________ .-._____*-..__ .. ..,_____.__-,_..._.-..._*....,* _,.,___-.., !._...... _.,_. _.....__....._. -. _i.. ... _.._._.. que tiene una pluralidad de segmentos (10) removida del servicio, mediante la restauración de la resistencia a la corrosión, la resistencia a la oxidación, y las características dimensionales a las superficies de la trayectoria de flujo de la cubierta (12) , a los rieles delantero y trasero (14, 16), y a los lados izquierdo y derecho (18) de cada segmento, el cual comprende los pasos de: limpiar el segmento de cubierta de la turbina (10) para remover el material extraño suelto; remover los materiales de recubrimiento previamente aplicados de las superficies del segmento de la cubierta que se van a reparar; aplicar un primer material compatible con el material de sustrato del segmento de la cubierta, para rellenar los huecos existentes sobre las superficies que se van a reparar ; maquinar la superficie reparada para lograr una superficie lisa; acumular los lados (18) del segmento de cubierta (10) , para restaurar el material desgastado por el servicio, mediante el depósito con soldadura de un material de superaleación compatible con el material de sustrato del segmento de la cubierta (10) ; luego, rociar un polvo de material resistente a la corrosión, resistente a la oxidación, y flexible al ____á______ ___________________ frotamiento, en las superficies de los rieles delantero y trasero (14, 16), y en la superficie de la trayectoria de flujo (12) del segmento de la cubierta (10), para restaurar las dimensiones originales del segmento de la cubierta (10) , 5 utilizando un proceso de oxicombustible de alta velocidad; luego, maquinar cada segmento de la cubierta (10) hasta dimensiones previamente seleccionadas; aplicar un recubrimiento de material resistente a la corrosión y a la oxidación mediante un proceso 10 seleccionado a partir del grupo que consiste en un proceso de depósito en fase de vapor, y el proceso de cimentación de paquete.

11. El método de la reivindicación 10, en donde el material de sustrato del segmento de la cubierta (10) de la 15 turbina, es una superaleación, y el primer material es una superaleación .

12. El método de la reivindicación 11, en donde la superaleación es una superaleación a base de niquel.

13. El método de la reivindicación 12, en donde la 20 superaleación a base de níquel es Rene N5, y el primer material es compatible con Rene N5.

14. El método de la reivindicación 12, en donde la superaleación a base de níquel es IN-738, y el primer material es compatible con IN-738. 25

15. El método de la reivindicación 11, en donde el material base de la cubierta de la turbina es una superaleación a base de cobalto.

16. El método de la reivindicación 10, en donde el recubrimiento resistente a la corrosión y resistente a la oxidación aplicado mediante depósito en fase de vapor, es un aluminiuro de níquel.

17. El método de la reivindicación 10, en donde el polvo rociado resistente a la corrosión y resistente a la oxidación es un MCrAlY(X) , en donde M es un elemento seleccionado a partir del grupo que consiste en Ni, Co, y combinaciones de los mismos, y X es opcionalmente un elemento seleccionado a partir del grupo que consiste en Ti, Ta, Re, Mo, W, B, C, Hf, Zr, y combinaciones de los mismos.

18. El método de la reivindicación 10, en donde el segundo material resistente a la corrosión se rocía hasta un espesor de 0.127 a 0.254 milímetros.

19. El método de la reivindicación 10, el cual incluye además el paso de ensamblar una pluralidad de segmentos de cubierta (10) en un accesorio de anillo, inmediatamente antes de rociar. tri^_*h _*^_Jit_..*_t-____-»-. .______... .. _<_ •_. . _ .-.y.. .._„,!_ - - . _.. _..„, - _____,._ _..__ _»_.._._,*._ . ,_WMaS_-