Cómo funciona el motor a reacción y las condiciones en su interior
Se utiliza una gran cantidad de aire del compresor para enfriar el álabe de la turbina y los álabes del motor a reacción. La temperatura de la turbina y los materiales que deben enfriarse determinan la cantidad de aire necesaria.
La turbina solo puede absorber una cantidad limitada de aire, por lo que si los materiales de la turbina necesitaran menos enfriamiento o pudieran estar hechos de materiales que puedan soportar temperaturas más altas, habría más aire disponible para la propulsión. Por lo tanto, aumentar la capacidad de temperatura de la turbina es fundamental para mejorar la eficiencia del motor. Sin embargo, los motores se calientan cada vez más a medida que aumenta la temperatura de procesamiento, y este aumento de calor degrada los metales.
Las preformas presinterizadas (PSP) se emplean para reparar paletas que sucumben y se estropean debido al calor y al desgaste extremos. Los PSP, con una pequeña cantidad de aleación de soldadura fuerte mezclada con el metal principal, se utilizan principalmente en la sección de la turbina para reparar grietas en las paletas y áreas de desgaste.
Las tecnologías y los materiales se desarrollan continuamente para mejorar la resistencia de las piezas del motor en condiciones de alta temperatura en estas zonas de motores a reacción. La lucha por reducir el costo de reparación y mantenimiento mueve continuamente los postes de la portería a medida que avanza la tecnología y las temperaturas son más altas en los motores.
Ya han sucedido muchas cosas en este espacio gracias a los desarrollos en curso. Por ejemplo, el desarrollo de aleaciones de soldadura fuerte avanzadas, el uso de cerámica en componentes de metal a cerámica de alta temperatura y la introducción de soldadura fuerte activa, que permite unir el metal directamente a la cerámica sin metalización.
Qué aleaciones de soldadura fuerte se utilizan para aplicaciones de alta temperatura
Se desarrollan partes de motores comerciales y aviones militares avanzados para que puedan unir directamente la cerámica con el metal y otros materiales no metálicos.
Las composiciones de aleación están diseñadas para uso práctico en aplicaciones de muy alta temperatura (750-850°C).
Para seleccionar una aleación, primero es necesario determinar si la aleación cumple con las condiciones específicas de temperatura de servicio y los requisitos de los componentes de unión.
Por ejemplo, es necesario utilizar aleaciones como la cerámica de nitruro de silicio que se sueldan sobre las nuevas piezas del motor de súper aleación en las nuevas secciones calientes de la turbina.
Los motores turboventiladores se utilizan a menudo en los aviones modernos porque producen un empuje excepcionalmente alto y muestran una buena eficiencia de combustible. Estos motores turboventiladores obtienen empuje del núcleo y del ventilador mientras que la entrada del motor capta el aire entrante de su entorno.
Parte de este aire entrante pasa por el ventilador y continúa hacia el compresor central y luego hacia el quemador. Aquí es donde el aire se mezcla con el combustible, y como resultado se produce la combustión, que proporciona la energía necesaria para mover el avión.
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 no pasa por el motor, de forma similar al aire a través de una hélice. El aire que pasa por el ventilador tiene una velocidad ligeramente mayor.
Algunos ejemplos de aleaciones del mundo real son
Llevar Aleación de soldadura Nioro por ejemplo. Nioro se aplica sobre Inconel X750 y 718 para alcanzar la temperatura de recocido y resolver el problema del crecimiento excesivo de grano que ocurre con las aleaciones a base de níquel.
Nioro es una aleación de oro/níquel de alta pureza para soldadura fuerte al vacío.
Dichas aleaciones de soldadura fuerte a base de níquel se utilizan en la soldadura fuerte de secciones de compresores y turbinas. En su forma de lámina, se puede utilizar para soldar tiras de sellado de panal y de metal.
Hay más de 15 aleaciones de soldadura fuerte que se utilizan para compresores de motores a reacción.
Muchas de estas aleaciones son producidas por Wesgo Metals de Morgan Technical Ceramics en Hayward, California.
Alambre AM AU-6 para soldadura fuerte de motores a reacción de alexymetals.com
La metalurgia detrás de la selección de aleaciones para piezas de motores a reacción
Cada aleación se aplica por una razón específica al diseñar, mantener y reparar piezas de motores a reacción. Estas aleaciones exhiben ciertas propiedades mecánicas que cumplen con los requisitos de operación del motor a reacción y pueden soportar las condiciones de operación.
Por ejemplo, oro-níquel y platino-oro-níquel se aplican como una solución de soldadura fuerte al sistema de combustible de tubos y boquillas. Estas aleaciones son lo suficientemente dúctiles para sobrevivir a la expansión después de que la boquilla de combustible, ubicada donde tiene lugar la combustión, sufra una acumulación severa de calor. Por lo tanto, no se consideran otras aleaciones porque son rentables y cumplen con las propiedades mecánicas necesarias para la aplicación.
Además, las aleaciones de soldadura fuerte de oro y platino ofrecen una excepcional resistencia a la corrosión. Además, el oro y el platino ofrecen un contraste fácil de ver cuando se observan con rayos X. Por lo tanto, el proceso de inspección se simplifica.
Soldadura fuerte activa de metales
Otro aspecto interesante a considerar cuando se analiza la soldadura fuerte de motores a reacción es la soldadura fuerte de metal activo, que permite la unión del metal directamente a la cerámica sin metalización previa. Esto elimina numerosos pasos en el proceso.
Algunos materiales y componentes no se pueden unir con ningún otro método que no sea la soldadura fuerte activa. Esto es especialmente cierto en aplicaciones aeroespaciales y militares que requieren precisión y eficiencia absolutas.
Sin embargo, la soldadura fuerte activa de metales no solo es más eficiente, sino que también produce sellos herméticos robustos que pueden soportar temperaturas de trabajo más altas. Este proceso de soldadura fuerte se emplea cuando se sueldan boquillas para motores de turbinas aeroespaciales e industriales, componentes de sensores de motores y nuevos sistemas de paletas de turbinas.
Cualquier combinación de carbono, grafito, metales, diamantes y cerámica se respalda con soldadura fuerte de metal activo.
Conclusión
Las tecnologías de soldadura fuerte aeroespacial continúan evolucionando a medida que se descubren nuevos métodos y materiales de soldadura fuerte. Siempre hay una forma de hacer que un motor a reacción sea más eficiente, y la soldadura fuerte desempeña una de las funciones clave en el mantenimiento, el diseño y, en última instancia, la reparación.
Después de que el motor experimente desgaste por el uso, debe volver al mismo estado de funcionamiento que tenía cuando era nuevo. No puede haber ningún riesgo asociado con las reparaciones de motores a reacción. Por lo tanto, siempre surgen nuevas soluciones de soldadura fuerte para mejorar la vida útil y la eficiencia de las piezas aeroespaciales.