DISPOSITIVO DE ENSAYO DE UN REVESTIMIENTO DE PIE DE ÁLABE.

Dispositivo de ensayo de un revestimiento de pie de álabe El invento se refiere al campo de los revestimientos antifricción aplicados en pies de álabes de máquinas giratorias, y al control de calidad de éstos. Más precisamente, el invento se refiere a un dispositivo de ensayo de un revestimiento susceptible de revestir un pie de álabe de un rotor de turbomáquina. Puede tratarse de una turbomáquina terrestre o aeronáutica, y sobre todo de un turborreactor o de un turbopropulsor de avión. Los álabes, y en particular los álabes de soplantes en las turbomáquinas aeronáuticas son piezas mecánicas sometidas a esfuerzos extremos. Por este motivo el pie de álabe, que es la parte de sujeción del álabe, es una parte especialmente crítica de la pieza. El pie de álabe tiene unas superficies de contacto con el disco de rotor, o asientos, que están sometidas en funcionamiento a presiones y temperaturas elevadas. Para reducir los esfuerzos, y sobre todo los esfuerzos de cizallamiento que se aplican a los asientos de los pies de los álabes se utilizan de forma conocida unos revestimientos antifricción. Estos revestimientos, denominados antifretting (antidesgaste), pueden ser depositados principalmente por proyección térmica. Pueden ser multicapa. Como los fallos en los asientos de los pies de álabe, por ejemplo por la aparición de fisuras, son uno de los modos principales de fallo de los álabes, la calidad del revestimiento antifricción es esencial. Para asegurarse de la calidad de este revestimiento, y del comportamiento de este revestimiento en su interfase con el álabe propiamente dicho, se procede de manera conocida a realizar ensayos micrográficos que consisten en realizar un corte del revestimiento y del pie de álabe y examinar al microscopio el aspecto de este corte. Es también conocido ensayar la calidad del revestimiento mediante ensayos normalizados de dureza, ensayos de adherencia a tracción o a cizallamiento, o incluso efectuar mediciones de espesores. Entre los ensayos conocidos figuran también los ensayos expuestos en los documentos EP 1.705.261, US 6.250.166, US 3.802.255 y EP 1.598.655. No obstante, parece que estos diferentes ensayos se muestran insuficientes para distinguir los revestimientos de calidad superior con respecto a los revestimientos de calidad simplemente pasable y de hacerse una idea precisa de la vida útil y del comportamiento mecánico en servicio del revestimiento depositado en el pie de álabe. Si se denomina ciclo de un álabe (o de un pie de álabe) el conjunto de los esfuerzos a los que está sometido durante una fase de funcionamiento (durante un vuelo en el caso de un turborreactor montado en un avión), es decir desde el arranque hasta la parada, entonces la anterior comprobación viene a decir que los ensayos actuales no permiten distinguir cualitativamente los diferentes revestimientos puesto que resisten de forma satisfactoria un cierto número de ciclos. El objeto del invento es definir un dispositivo de ensayo de un revestimiento susceptible de revestir un pie de álabe de rotor de turbomáquina, que permita la realización de un ensayo más discriminatorio que los anteriores en cuanto a la calidad de los revestimientos ensayados, y que por tanto los resultados estén fuertemente correlacionados con las comprobaciones reales de comportamiento a lo largo del tiempo de los revestimientos de los pies de los álabes, tal como se ha comprobado en el conjunto de la vida útil de un álabe sea corrientemente de 10.000 a 15.000 ciclos. Este objetivo se consigue gracias al hecho de que el dispositivo comprende dos semiprobetas, teniendo cada una un asiento revestido de dicho revestimiento, una contraprobeta que tiene dos asientos, y una máquina que tiene un primer sistema de sujeción para sujetar la contraprobeta según un eje de tracción, un segundo sistema de sujeción para sujetar las semiprobetas alrededor de la contraprobeta, y medios de tracción para someter los sistemas de sujeción a ciclos de tracción predeterminados según el eje de tracción, durante los cuales el esfuerzo de tracción se transmite de un sistema de sujeción al otro a través de los respectivos asientos en contacto de la contraprobeta y de las semiprobetas; y de que el segundo sistema de sujeción tiene medios de recuperación elástica que permiten la separación de las dos semiprobetas en una dirección perpendicular a la dirección de tracción en respuesta a una fuerza de separación ejercida sobre estas dos semiprobetas por la contraprobeta durante un ciclo de tracción. El principio del ensayo así definido es fundamentalmente diferente de los ensayos anteriormente conocidos. En efecto, consiste en someter probetas revestidas a ensayos de fatiga representativos de las solicitaciones a las que están expuestos los pies de álabes durante la vida útil del álabe. Ventajosamente, el dispositivo no requiere la utilización de álabes reales sino simplemente la utilización de semiprobetas, cada una teniendo un asiento cubierto por el revestimiento que se va a ensayar. Se observará que es perfectamente posible además que cada semiprobeta tenga no solamente uno sino varios asientos, teniendo las contraprobetas entonces un asiento correspondiente a cada uno de estos asientos de las dos semiprobetas. Los sistemas de sujeción primero y segundo sujetan respectivamente las semiprobetas y la contraprobeta unas frente a la otra de forma que se hagan coincidir sus asientos. Los sistemas de sujeción son entonces sometidos a movimientos de tracción relativos uno con respecto a otro por medios conocidos, de forma que los asientos, y sobre todo los asientos de las semiprobetas, se sometan a unas solicitaciones representativas de las que experimenta un pie de álabe en funcionamiento. 2   Estas solicitaciones son simuladas por ciclos de tracción durante los cuales se imponen a la contraprobeta unos esfuerzos en la dirección de tracción. Estos esfuerzos varían en función del tiempo siguiendo un ciclo predeterminado, denominado ciclo de tracción. Preferiblemente, para cada ciclo de tracción se hace crecer la tracción desde un valor inicial nulo, o al menos pequeño (con respecto al valor máximo) hasta un valor máximo, y después se vuelve al valor inicial. El valor inicial y el valor máximo pueden eventualmente, el uno y el otro independientemente, ser mantenidos durante un cierto periodo de tiempo. Naturalmente, se pueden considerar otros perfiles de ciclos de tracción según la forma en la que se quieran simular las diferentes fases de funcionamiento de la turbomáquina. El parámetro de velocidad de subida en carga, es decir el aumento de la fuerza de tracción por unidad de tiempo, puede también ser utilizado como variable susceptible de ser optimizada. De manera conocida, la fijación de un álabe en un disco de rotor se realiza en general mediante un acoplamiento espiga/mortaja que forma una unión. Esta unión está constituida por una espiga dispuesta en un extremo radialmente interior del álabe, el pie de álabe, que está fijado en una mortaja prevista en la periferia del disco de rotor. Los pies de los álabes por una parte, y las espigas o protuberancias del disco de rotor formadas entre las mortajas del disco de rotor por otra parte, tienen respectivamente formas complementarias en cola de milano, y están dispuestos radialmente en sentido opuesto, de forma que se asegure la fijación mutua entre los álabes y el disco de rotor. En una rueda de álabes, éstos están regularmente fijados en la periferia exterior del disco de rotor, que tiene de este modo tantos alvéolos de fijación y espigas en cola de milano como álabes que fijar. Las uniones de los álabes sobre el disco de rotor forman de este modo un motivo que se repite en el sentido circunferencial y que comprende la espiga en cola de milano del disco de rotor con los dos semipiés de álabes que lo aprietan en la rueda de álabes. Éste es el motivo que reproduce la contraprobeta encerrada por las dos semiprobetas. Como ya se ha dicho, en la máquina de ensayo integrada en el dispositivo el segundo sistema de sujeción tiene medios de recuperación elástica que permiten la separación de las dos semiprobetas en una dirección perpendicular a la dirección de tracción en respuesta a una fuerza de separación ejercida sobre estas dos semiprobetas por la contraprobeta durante un ciclo de tracción. En efecto, durante un ciclo de tracción, sobre todo cuando los asientos de las semiprobetas y/o de la contraprobeta son oblicuos, la contraprobeta se apoya sobre las semiprobetas y puede tender a separar las semiprobetas en una dirección transversal perpendicular a la dirección de tracción. Para impedir esto, ventajosamente el segundo sistema de sujeción tiene los medios de recuperación elástica antes citados, que permiten mantener las posiciones relativas de la contraprobeta y de las semiprobetas que sean... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (10) de ensayo de un revestimiento (36) susceptible revestir un pie de álabe de rotor de turbomáquina, comprendiendo el dispositivo dos semiprobetas (32), teniendo cada una un asiento (24) revestido con dicho revestimiento, una contraprobeta (22) que tiene dos asientos (25), y una máquina de ensayo que tiene un primer sistema de sujeción (20) para sujetar la contraprobeta (22) según un eje de tracción (A), un segundo sistema de sujeción (30) para sujetar las semiprobetas (32) alrededor de la contraprobeta (22), unos medios de tracción (14) para someter los sistemas de sujeción a ciclos de tracción predeterminados según el eje de tracción, durante los cuales el esfuerzo de tracción se transmite de un sistema de sujeción al otro por medio de los asientos (25, 24) respectivos en contacto con la contraprobeta y con las semiprobetas; caracterizándose el dispositivo porque el segundo sistema de sujeción tiene unos medios (40) de recuperación elástica que permiten la separación de las dos semiprobetas en una dirección perpendicular a la dirección de tracción como respuesta a una fuerza de separación ejercida sobre estas dos semiprobetas por la contraprobeta durante un ciclo de tracción. 2. Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1, caracterizado porque el lado de las semiprobetas (32) está situado en el lado de la contraprobeta (22) y sin contracamisa. 3. Dispositivo de ensayo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los asientos (24) de las semiprobetas son oblicuos con respecto al eje de tracción, de forma que sean representativas de la forma de los asientos de un pie de álabe de rotor de turbomáquina. 4. Dispositivo de ensayo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los asientos (25) de la contraprobeta (22) son oblicuos con respecto al eje de tracción, de forma que sean representativos de la forma de los asientos de una espiga de un disco de rotor de turbomáquina. 5. Dispositivo de ensayo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichos medios de recuperación elástica tienen al menos una barra (40) constituida por un material elástico, y que se deforma permaneciendo en su campo de deformación elástica durante los ciclos de tracción. 6. Dispositivo de ensayo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el segundo sistema de sujeción (30) tiene dos montantes paralelos (38) al eje de tracción y que sirven para mantener las dos semiprobetas (32), uniendo dicha barra estos montantes según una dirección perpendicular al eje de tracción. 7. Dispositivo de ensayo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque tiene además medios de medida (18) de la separación de las semiprobetas durante el ensayo. 8. Dispositivo de ensayo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las semiprobetas (32) tienen en la proximidad de sus asientos una forma representativa de semipiés de álabes de rotor de turbomáquina, y el eje de tracción está dispuesto sensiblemente según la dirección radial de dichos semipiés de álabes. 9. Dispositivo de ensayo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la contraprobeta (22) tiene en la proximidad de sus asientos una forma representativa de la forma de una espiga de un disco de rotor de turbomáquina. 10. Dispositivo de ensayo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la contraprobeta está formada por una aleación a base de titanio o de níquel. 11. Dispositivo de ensayo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las semiprobetas están formadas por una aleación a base de titanio o de níquel. 7   8   9