Brazing Aeroespacial hoy, mañana

Brazing aeroespacial hoy, mañana.

Las nuevas aleaciones de brazing mejoran la barrera térmica en la sección caliente del motor a reacción.

Los científicos de materiales y los fabricantes de componentes cerámicos han estado desarrollando nuevos materiales y procesos que permiten que los motores funcionen cada vez más calientes en respuesta al enfoque de la industria aeroespacial en un mayor rendimiento y menores costos.

En los motores de turbina de gas, el uso de una gran cantidad de aire del compresor enfría la paleta y las palas de la turbina. La temperatura de la turbina y los materiales que necesitan enfriarse determinan la cantidad de aire necesaria. Si los materiales de la turbina necesitan menos enfriamiento o pueden estar hechos de materiales que puedan soportar temperaturas más altas, esto haría que haya más aire disponible para la propulsión. Aumentar la capacidad de temperatura de la turbina es clave para mejorar la eficiencia del motor. Sin embargo, los motores se calientan más a medida que aumenta la temperatura de procesamiento, y este aumento de calor tiende a degradar los metales.

En el interior de las turbinas, el uso de preformas presinterizadas (PSP) es para reparar las paletas que se rompen debido al calor y al desgaste excesivos. Los PSP, con una pequeña cantidad de aleación de soldadura fuerte mezclada con el metal base, se utilizan principalmente en la sección de turbinas para reparar grietas en las paletas y áreas de desgaste. A medida que las temperaturas continúan aumentando en estas zonas, el desarrollo de nuevos materiales y tecnologías crea una mejor barrera térmica. Se espera que esto reduzca significativamente los costos de mantenimiento, reparación y revisión (MRO). Los ejemplos incluyen el desarrollo de aleaciones avanzadas de soldadura fuerte, el uso de cerámica en componentes cerámicos de metal a alta temperatura y la introducción de la soldadura fuerte activa, que permite que el metal se adhiera directamente a la cerámica sin metalización.

Aplicaciones de alta temperatura

Las aleaciones de soldadura fuerte se utilizan en una variedad de aeronaves militares avanzadas y se están desarrollando componentes y grados de motores aeroespaciales comerciales que unen directamente la cerámica al metal u otros materiales. Las composiciones de las aleaciones varían e incluyen aquellas diseñadas para uso funcional en aplicaciones de muy alta temperatura (750°C a 850ºC).

La selección de aleaciones es para cumplir con las condiciones específicas de temperatura de servicio, así como con los requisitos de todos los componentes que requieren uniones. Los ejemplos incluyen aleaciones utilizadas en nuevas secciones calientes de turbinas, soldadura fuerte de cerámica de nitruro de silicio en nuevas piezas de motor de súper aleación. Consulte la Tabla 1 para obtener una descripción general de las aleaciones de soldadura fuerte disponibles, que muestra la parte del motor en la que se utiliza y el componente / material base.

La mayoría de los aviones de pasajeros modernos utilizan motores turbofan debido a su alto empuje y buena eficiencia de combustible. Un turboventilador recibe parte del empuje del núcleo y parte del ventilador. La captura del aire entrante se realiza mediante la entrada del motor. Parte del aire entrante pasa a través del ventilador y continúa hacia el compresor central y luego el quemador, donde se mezcla con el combustible y se produce la combustión. El escape caliente pasa a través del núcleo y las turbinas del ventilador y luego sale por la boquilla. El resto del aire entrante pasa a través del ventilador y pasa por alto el motor, similar al aire a través de una hélice. El aire que atraviesa el ventilador tiene una velocidad ligeramente mayor.

La Figura 1 es un diagrama de un motor turboventilador típico, que muestra las ubicaciones más comunes para el uso de aleaciones, incluidas las utilizadas para la sección fría del motor (entrada de aire y compresor) y su sección caliente (turbina y cámara de combustión).

El sitio Wesgo Metals de Morgan Technical Ceramics en Hayward, CA, produce más de 15 composiciones de aleación de soldadura fuerte para usar en la sección de compresores. Nioro se utiliza en Inconel X750 o 718 para cumplir con la temperatura de recocido en solución sin un crecimiento excesivo de grano que se produce en las aleaciones a base de níquel. Nioro es una aleación de oro / níquel de alta pureza para soldadura fuerte al vacío. Las aleaciones de níquel para soldadura fuerte se utilizan en la soldadura fuerte de secciones de turbinas y compresores. En su forma de lámina, su uso puede ser para soldar bandas de sellado de panal y metal.

En la sección del estator de un motor turboventilador, el estator aspira el aire frío hacia adentro y evita el motor, creando el empuje adicional. El estator también tiene un papel en la reducción de turbulencias, minimizando el cabeceo y balanceo del aire.

En los sistemas de combustible de turbofán, el uso de oro níquel y platino oro níquel es para soldar los tubos y boquillas del sistema de combustible. La boquilla de combustible, ubicada donde tienen lugar la primera y la segunda etapa de combustión, recibe una cantidad considerable de calor. Se necesita ductilidad en las juntas de soldadura fuerte para ayudar con la expansión y vibración en la sección de combustión. Las aleaciones de soldadura fuerte de oro y platino también exhiben un contraste superior en la unión de soldadura fuerte, lo que permite el uso de tecnología de rayos X para verificar la integridad de la unión de soldadura fuerte. Además, estas aleaciones demuestran una resistencia a la corrosión extremadamente buena. Esta área es una en la que los fabricantes de motores han expresado un gran interés en materiales que pueden soportar temperaturas muy extremas, donde fallan las superaleaciones convencionales.

Soldadura fuerte de metal activo Un área de creciente interés es la soldadura fuerte de metal activa, que permite unir el metal directamente a la cerámica sin metalización, eliminando así varios pasos en el proceso de unión y creando un sello hermético extremadamente fuerte que puede alcanzar temperaturas de operación más altas. Las aplicaciones aeroespaciales incluyen boquillas para motores de turbina industrial y aeroespacial, nuevos sistemas de paletas de turbina y componentes de sensores de motor.

La soldadura fuerte de metales activos puede realizarse con cualquier combinación de cerámica, carbono, grafito, metales y diamante. Las aleaciones de soldadura fuerte activa (ABA) se utilizan para sensores de motor que emplean tiras de metal a cerámica para monitorear las funciones del motor. La soldadura fuerte se realiza con un ABA de alta temperatura, por lo que el sensor puede soportar 1000 ° C (1830 ° F) en servicio.

La soldadura fuerte de metales activa facilita la unión de algunos materiales y componentes, logros que anteriormente no eran posibles, y es especialmente beneficioso en aplicaciones militares y aeroespaciales.

 

Fuente: Aerospace Manufacturing and Design

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