Soldadura Poco Convencional
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REVISTA DEDICADA AL NÍQUEL Y A SUS APLICACIONES |
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JET ENGINE COMPONENTS need to operate at higher temperatures to burn fuel more efficiently and therefore
lessen the burden that burning such fuel has on the natural environment. |
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SUPERALLOYS USED in modern jet engines can be joined only by using unconventional welding techniques
such as inertia welding. |
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INERTIA WELDING involves bringing a rotating component into contact with a stationary one in
such a way that the heat generated by friction fuses the components together. |
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La unión de diferentes tipos de superaleaciones requiere de soldadura por inercia para prevenir micro-agrietamiento.
By Dean Jobb
Nickel Compartimiento, Julio 2004 -- Si la industria aeroespacial está por alcanzar sus metas de reducir las emisiones y minimizar las descargas hacia el ambiente, la nueva generación de turbinas para jets, tendrá la necesidad de quemar más eficientemente el combustible a temperaturas más altas. Sin embargo, el construir componentes de turbinas que cumplan con lo anterior es un reto a la tecnología: mientras que las superaleaciones base níquel cumplen con la resistencia al calor necesaria, son difíciles de unir empleando las técnicas convencionales de soldadura.
Los ingenieros de la Universidad de Manchester y la Rolls Royce plc, uno de los mayores productores de turbinas de gas para aeronaves, se han unido para tratar este problema mediante técnicas de soldadura por inercia para la producción de tambores de compresión, discos y ejes para turbinas. "La soldadura por inercia ha estado presente por algún tiempo," apunta el profesor Philipe Withers del Centro de Ciencia de Materiales de la Universidad. "Lo que es realmente nuevo es la soldadura por inercia aplicada a turbinas aéreas."
Inertia welding uses the heat generated by friction to fuse metal components together. A workpiece is spun at high speed on a flywheel and brought into contact with a stationary component. Within seconds, the pieces reach forging temperature at the point of contact and are bonded together without melting or the addition of liquid metal.
La soldadura por inercia utiliza el calor generado por fricción para unir los componentes. Una pieza de trabajo se hace girar a grandes velocidades en una rueda giratoria y posteriormente se pone en contacto con un componente estacionario. En cuestión de segundos, las piezas alcanzan la temperatura de forja en el punto de contacto y quedan unidas sin llegar a la fusión o sin llegar a ser metal líquido.
"Debido a lo grande de la rueda giratoria, se tiene una considerable cantidad de energía cinética almacenada," explica Withers, "entonces la energía cinética se dispersa gradualmente hacia las superficies en fricción. Se genera calor ablandando al metal y esencialmente, mediante forja en caliente, las piezas son unidas." La velocidad de rotación y la presión ejercidas cuando las piezas entran en contacto, son estrictamente controladas para asegurar una soldadura sólida y evitar que exista fusión.
Los colegas de Withers, Dr. Michael Preuss de Manchester, y el metalurgista Gavin Baxter de la Rolls Royce, emplearon soldadura por inercia para unir estructuras tubulares hechas de RR1000, una superaleación de la Rolls Royce desarrollada especialmente para turbinas. La RR1000 es una aleación que contiene de 50 a 60% de níquel; 14 a 15% de cromo; 14 a 19% de cobalto; de 4 a 5% de molibdeno; 3% de aluminio y 4% de titanio. La aleación es resistente al agrietamiento bajo la acción de grandes presiones, es resistente a la corrosión y a la oxidación cuando es sometida al calor extremo, sin embargo es propensa a microfisurarse conforme el metal se va solidificando cuando se emplean procesos convencionales de soldadura.
El equipo de Manchester, Inglaterra estudió la microestructura de las soldaduras de prueba y encontraron que la soldadura por inercia producía mejores propiedades que las técnicas convencionales de soldadura en donde se involucraba la fusión del metal. "Se obtiene un incremento en la dureza en el cordón de soldadura," reporta Whiters. "Se tiene la ventaja de que se limpian las superficies, de tal modo que se tiene una soldadura hecha de un metal de alta calidad."
Se tiene conocimiento de que un tratamiento térmico posterior a la soldadura de 50° C por encima de la temperatura de tratamiento, reduce los esfuerzos residuales que se generan durante el proceso de soldadura.
Los investigadores también descubrieron que la soldadura por inercia puede usarse para unir la RR1000 a otras dos superaleaciones usadas en las turbinas de las aeronaves,--Waspaloy MR (58% de níquel; 19.5% de cromo; 13.5% de cobalto y 4.3% de molibdeno, que puede soportar temperaturas de hasta 870°C), y la Udimet (57% de níquel, 15% de cromo; 16% de cobalto y 3% de molibdeno).
"Estas aleaciones tienen diferentes propiedades; muy a menudo es difícil unir aleaciones manteniendo la integridad de la unión," apunta Whiters. "Con esta tecnología de unión, ciertas partes del disco de ensamble pueden ser hechas de un tipo de aleación y ciertas partes con otro tipo de aleación."
Los investigadores también están explorando la soldadura de fricción lineal en aplicaciones aeroespaciales, un proceso de soldadura similar en el cual los componentes son friccionados de manera constante hasta que se genera el suficiente calor para unirlos. "Esta tecnología ha sido desarrollada para aplicaciones desde aspas hasta discos," dice Whiters. "Esencialmente puede unirse un aspa a un disco mediante un tipo de soldadura similar, prescindiendo de juntas de ranura empleadas para unir aspas de turbinas."
La investigación forma parte de un programa de investigación de 4.7 millones de libras conocido como ADAM (for Advanced Aero-engine Materials), encabezado por Rolls Royce, la cuál conjuntó a científicos de Manchester y de cinco universidades británicas. El objetivo es desarrollar materiales ligeros y resistentes a las altas temperaturas así como nuevas técnicas de manufactura para componentes aeroespaciales. Una turbina prototipo se terminará hasta el año 2008.
Rolls Royce está comprometida a eliminar las emisiones de óxido nitroso producido por las máquinas de las aeronaves comerciales en un 50%. Para el 2010 la compañía espera que las nuevas máquinas consuman 10% menos combustible que un modelo equiparable producido en 1998. La soldadura por inercia de máquinas con componentes base níquel será la alternativa para lograr esta elevada meta.
"La industria aeroespacial tiene que mejorar las emisiones," dice Whiters. "La manera de hacerlo es siendo más eficientes, y con esto se obtendrá un gran beneficio ambiental."
Dean Jobb is a Wolfville, Nova Scotia-based freelance writer.
PHOTOS: Rolls-Royce and University of Manchester
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Para mayor información: Rolls-Royce International Limited |
