SOLDADURA DE ARTÍCULOS DE SUPERALEACIÓN.

La presente invención se refiere a un procedimiento par soldar artículos de superaleación que son difíciles de soldar. A medida que se desarrollan los componentes de motores de reacción, existe una demanda continua de mejora de la capacidad para soportar temperaturas cada vez más elevadas debido a las demandas de altas temperaturas aplicadas a estos componentes en el motor. Las actuales palas y álabes de turbina de alta presión son sometidas a condiciones adversas de temperatura extremadamente alta (por ejemplo, superior a 1093,33ºC). Estas piezas de motores de reacción pueden requerir procesos de soldadura durante la fabricación de los componentes, o después de ver las operaciones del motor y requerir reparación como consecuencia del desgaste y grietas. Como consecuencia de estas demandas de alta temperatura, estos componentes a menudo se fabrican con superaleaciones que contiene una fase gamma prima. Un problema particular con las aleaciones endurecibles por precipitación gamma prima tales como la R'80 es la incapacidad de soldar o revestir estas aleaciones con las aleaciones iguales o similares sin producirse grietas y grandes rechazos de producción. Debido a las temperaturas de soldadura y tensiones implicadas, estas aleaciones producen contracción, agrietamiento por tensión, y similar. Debido a las dificultades en la soldadura de las superaleaciones específicas, existe la necesidad de un proceso por el cual las aleaciones endurecibles por precipitación gamma prima se pueden soldar de manera consistente sin fisuras con las aleaciones metálicas similares o de base. Las patentes de los Estados Unidos nº 5.106.010 y 5.374.319 divulgan tal procedimiento que precalienta el área de soldadura y la región adyacente a la zona de soldadura a una temperatura dúctil y mantiene tal temperatura durante la soldadura y la solidificación. La patente de los Estados Unidos nº 5.554.837 divulga la realización de un proceso interactivo de soldadura láser para maximizar la reproducibilidad y minimizar los rechazos y los residuos, mientras aumenta el rendimiento de los componentes soldados. Si bien estos procesos minimizan la fisuración en muchas aleaciones, todavía hay una necesidad de mejoras en el proceso. El documento EP 1016487 es solamente una mención respecto a la novedad de conformidad con el artículo 54 (3) y (4) del CPE 1973. Que divulga un aparato de calentamiento y el procedimiento para la soldadura de un artículo de superaleación. El aparato y el procedimiento proporcionan tratamientos térmicos de pre-soldadura y post-soldadura que se realizará en un artículo en el mismo recinto en el que se lleva a cabo la operación de soldadura. Se dice que el aparato controla con precisión la temperatura del componente a soldar a lo largo de todos los perfiles del tratamiento de temperatura con el uso de medios para la soldadura del artículo, medios para calentar el artículo en el recinto, y medios para detectar la temperatura de los artículos. Se dice también que el aparato funciona en combinación con un dispositivo de almacenamiento de memoria que almacena perfiles apropiados de temperatura por tratamiento térmico de presoldadura y post-soldadura y un perfil de temperatura de soldadura para el artículo. El documento de los Estados Unidos 5.897.801 divulga un artículo fabricado de una superaleación de níquel que tiene un rango de ductilidad nula de la temperatura de solidificación de la aleación a aproximadamente 315,55°C por debajo de la temperatura de solidificación a la cual se suelda, como por ejemplo en la reparación de soldadura de las grietas superficiales, eliminando materias extrañas de la zona a soldar, aliviando en primer lugar el estrés del artículo, ajustando la temperatura del artículo a una temperatura de soldadura de aproximadamente 982,22°C. a cerca de 1.148,88°C, soldando una zona preseleccionada en atmósfera inerte en el temperatura de soldadura, y en segundo lugar aliviando el estrés del artículo. La soldadura se realiza preferiblemente aplicando un arco en la zona preseleccionada para fundir la aleación localmente en la zona preseleccionada, proporcionando un metal de relleno que tiene la misma composición que la superaleación basada en níquel del artículo, y alimentando el metal de relleno en el arco de modo que el metal de relleno se funde y se fusiona con el artículo para formar una soldadura tras la solidificación. El documento de los Estados Unidos 5.554.837 divulga un procedimiento que tiene las características del preámbulo de la reivindicación 1 de ambos conjuntos de reivindicaciones anexas. Se divulga un procedimiento y un aparato de soldadura láser de un artículo de superaleación de níquel y/o cobalto que comprende: precalentar toda la zona de soldadura y la región adyacente a una temperatura dúctil con una bobina de calentamiento por inducción y mantener tal temperatura durante la soldadura y la solidificación de la soldadura, y soldar el artículo precalentado utilizando un láser con una alimentación de aleación en polvo con un medio de control que controla el láser, la alimentación eléctrica y el sistema de movimiento en el que se fija el artículo, en el cual el medio de control incluye un sistema de visión que digitaliza la zona de soldadura estableciendo una trayectoria para la soldadura láser a seguir. La presente invención está caracterizada por las características de la parte caracterizadora de la reivindicación 1 de cada conjunto de reivindicaciones anexas. Las características opcionales se definen en las reivindicaciones dependientes. 2 Breve descripción de los dibujos La figura 1 ilustra un sistema de soldadura láser útil para llevar a cabo el proceso de soldadura láser. La figura. 2 son datos de tracción en caliente que muestran la ductilidad () respecto de la temperatura para EN 738 LC. La figura. 3 son datos de tracción en caliente que muestran la ductilidad () respecto de la temperatura de Rene 80. 5 Descripción detallada de la invención ES 2 367 355 T3 La presente invención proporciona un procedimiento para soldar artículos de superaleaciones de soldadura, en particular componentes de motores de turbina de gas que incluyen palas, las paletas y rotores. Las superaleaciones son superaleaciones basadas en níquel o níquel y cobalto, que son difíciles de soldar por los procedimientos del estado de la técnica. Estas superaleaciones incluyen aleaciones equiaxiales de cristal único y direccionalmente solidificadas de 10 aleaciones endurecidas de precipitación de níquel gamma prima y aleaciones de cobalto reforzado. En general, las superaleaciones reforzadas por precipitación gamma prima contienen titanio y aluminio en una cantidad combinada de al menos aproximadamente el 5%. Las superaleaciones adecuados incluyen R'80, DSR'80h, R'108, EN 738 LC, R'125 Hf, DSR'142, R'N4, R'N5, Mar-M-247DS, In792Hf, CMSX-4 e In738LC. La composición nominal de algunas de estas superaleaciones se describe en la Tabla 1. 3 Tabla I Composición química (% Peso): SUPERALEACIÓN BASADA EN NÍQUEL ALEACIÓN ELEMENTO R80 IN738LC DSR80H R108 R125Hf DSR142 RN4 RN5 Aluminio [Al] 2,8 - 3,2 3,4 3,0 5,25 - 5,75 4,8 6,00 - 6,30 4,10 - 4,30 6,00 - 6,40 ES 2 367 355 T3 Cromo [Cr] 13,7 - 14,3 16 14,0 8,00 - 8,70 9,0 6,60 - 7,00 9,50-10,00 6,75 - 7,25 Cobalto [Co] 9,0-10,00 8,5 9,0 9,00 -10,00 10,0 11,70 -12,30 7,00 - 8,00 7,00 - 8,00 Molibdeno [Mo] 3,7-4,3 1,75 4,0 0,40-0,60 2,0 1,30-1,70 1,30 - 1,70 1,30 -1,70 4 Tungsteno [W] 3,7 - 4,3 2,6 4,0 9,30 - 9,70 7,0 4,70 - 5,10 5,75 - 6,25 4,75 - 5,25 Tántalo [Ta] 0,10 max - - 2,80 - 3,30 3,8 6,2 - 8,5 4,6 - 5,00 8,30 - 6,70 Titanio [Ti] 4,80 - 5,20 3,4 4,7 0,60 - 0,90 2,6 0,02 max, 3,35 - 3,65 0,02 max Hafnio [Hf] 0,1 max - 0,8 1,30 -1,70 1,6 1,30 -1,70 0,1- 0,20 0,12 - 0,18 Renio [Re] - - - - - 2,60 - 3,00 - 2,75 - 3,25 Carbono [C] 0,15 - 0,19 0,17 0,16 0,07-0,10 0,1 0,10 - 0,14 0,05-0,07 0,04 - 0,06 Circonio [Zr] 0,02 - 0,10 0,1 0,01 0,005 - 0,02 0,1 0,015 - 0,03 0,020 max 0,010 max Boro [B] 0,01-0,02 0,01 0,015 0,01- 0,02 0,0 0,01- 0,02 0,003 - 0,005 0,003 - 0,005 Níquel [Ni] Resto Resto Resto Resto Resto Resto Resto Resto Otros W+Mo=7,70 mínimo Man <0,2 Cb=0,9 Cub=0,4,0,6 Al+Ta=12,45 mínimo ES 2 367 355 T3 En las aleaciones direccionalmente solidificadas (DS) hay elementos de traza añadidos como reforzadores de límite de grano. Los reforzadores de límite de grano consisten típicamente en carburos y boruros, a menudo de tungsteno y tantalio. Cuando se sueldan al láser estas aleaciones mediante procedimientos típicos hay un problema en consonancia con la formación de micro-fisuras en los límites de grano. La composición metalúrgica de los límites de grano es tal que se funden a una temperatura más baja que el resto de la materia de base. Si los límites de grano se enfrían entonces muy rápidamente se fracturan. La evaluación metalúrgica de muestras de soldadura... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento para soldar un artículo de superaleación basada en níquel o níquel y cobalto, que comprende precalentar toda una zona de soldadura y la región adyacente a la zona de soldadura del artículo a un intervalo de temperatura de máxima ductilidad que está por encima de una temperatura de envejecimiento y por debajo de una temperatura de fusión incipiente para dicha superaleación y mantener tal temperatura durante la soldadura y la solidificación de La soldadura, y enfriar el artículo por debajo de un intervalo de endurecimiento por precipitación gamma prima a una velocidad efectiva para minimizar la precipitación gamma prima adicional, estando el procedimiento caracterizado por: la elevación de la temperatura del artículo soldado a una temperatura de atenuación de tensión antes de dicha etapa de enfriamiento. 2 .- Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual el artículo de superaleación se elige en el grupo que consiste en una superaleación reforzada por precipitación gamma prima que contiene titanio y aluminio en una cantidad combinada de al menos el 5%. 3. Procedimiento según la reivindicación 2 en el cual el artículo se enfría a una velocidad de al menos 38°C por minuto. 4. Procedimiento según la reivindicación 3 en el cual el intervalo de temperatura de máxima ductilidad está dentro del intervalo de 760ºC a 1.150°C. 5. Procedimiento según la reivindicación 4 en el cual la soldadura se realiza con una aleación en polvo que es una superaleación basada en níquel reforzada por precipitación gamma prima que contiene titanio y aluminio en una cantidad combinada de al menos el 5%. 6. Procedimiento según la reivindicación 5 en el cual el artículo superaleación y la aleación en polvo comprenden sustancialmente la misma aleación. 7. Procedimiento según la reivindicación 6 en el cual el artículo superaleación es un componente para un motor de turbina de gas. 8. Procedimiento según la reivindicación 7 en el cual el artículo es una pala de turbina, un alabe de turbina o un rotor de turbina. 9. Procedimiento según la reivindicación 8 que comprende, además, mecanizar el artículo soldado. 10. Procedimiento según la reivindicación 5 en el cual el artículo es enfríado a una velocidad de al menos 46°C por minuto. 11. Procedimiento según la reivindicación 10 en el cual la superaleación es In 738LC y el intervalo de temperatura de máxima ductilidad es de 982°C a 1.038°C. 12. Procedimiento según la reivindicación 10 en el cual la superaleación es R/80 y el intervalo de temperatura de máxima ductilidad es de 1.050°C a 1.150ºC. 9 ES 2 367 355 T3 ES 2 367 355 T3 11