Abstracto
La tecnología de revestimiento por láser utiliza un rayo láser de alta densidad energética para fundir y solidificar rápidamente polvos de aleación con distintas composiciones y propiedades sobre la superficie de un sustrato, formando una capa de revestimiento resistente al desgaste, a la corrosión y a la oxidación. Este proceso mejora significativamente el rendimiento de la superficie del material base al tiempo que ahorra costes. Además, el revestimiento láser puede utilizarse para reparar piezas dañadas producidas durante la fabricación y el servicio, acumulando material en dimensiones no conformes y restaurando la geometría de la pieza mediante el mecanizado posterior. Este artículo se centra en la reparación de álabes de ventilador de aleación TC4 utilizados en el motor de un avión, que han sufrido importantes daños durante su producción y uso, lo que ha provocado un aumento de los costes de fabricación y explotación. Mediante la aplicación de revestimiento láser para la reparación y refabricación de las palas de aleación de titanio dañadas, se mejoran las propiedades superficiales del material y se restauran las piezas defectuosas, reduciendo significativamente el coste de sustitución de los nuevos componentes. En este estudio, se seleccionó la aleación TC4 como material de sustrato y se eligió el polvo de aleación TC4 adecuado para el revestimiento. La investigación estudia sistemáticamente los efectos de los parámetros clave del proceso, como la potencia del láser, la velocidad de escaneado y la velocidad de alimentación del polvo, en las dimensiones de la capa de revestimiento, la microestructura, el control de defectos y las propiedades mecánicas, lo que da como resultado unos parámetros optimizados del proceso de revestimiento por láser para la reparación de álabes de aleación TC4.

Detalles de la tecnología de reparación

Tratamiento previo a la reparación: Se realizan pruebas no destructivas en las cuchillas dañadas para identificar las zonas afectadas y el alcance de los daños. Se utiliza una combinación de rectificado mecánico y limpieza química para eliminar las capas superficiales de óxido y contaminación, garantizando que la superficie del sustrato esté limpia y activada.

Selección del material de revestimiento: Se selecciona polvo de aleación de titanio TC4 (rango de tamaño de partícula 45-150 μm), cuya composición es próxima a la del sustrato, para garantizar una buena unión metalúrgica y compatibilidad entre la capa de revestimiento y el sustrato.

Optimización de los parámetros del proceso: Mediante experimentos ortogonales y de un solo factor, se estudian los efectos de la potencia del láser (800-2000 W), la velocidad de barrido (5-15 mm/s) y la velocidad de alimentación del polvo (1,5-4,5 g/min) sobre la anchura, la altura, la tasa de dilución y la microestructura de la capa de revestimiento. Se descubrió que la adaptación de la potencia del láser y la velocidad de escaneado es crucial para suprimir defectos como la porosidad y las grietas.

Control del proceso de revestimiento: El revestimiento se realiza mediante un sistema coaxial de alimentación de polvo en un entorno protegido con argón para evitar la oxidación a alta temperatura de la aleación de titanio. Se utiliza una estrategia de solapamiento de varias pasadas para lograr una reparación uniforme de la amplia zona dañada, al tiempo que se controla la temperatura entre capas por debajo de 200 °C para reducir la acumulación de tensiones térmicas.

Tratamiento posterior a la reparación y restauración del rendimiento: Tras el revestimiento, se realiza un tratamiento de recocido para aliviar tensiones (700-800°C durante 2 horas). Se utilizan métodos de mecanizado de precisión, como el rectificado CNC, para restaurar el perfil de la hoja y la precisión dimensional. Por último, se aplica el pulido superficial y el granallado para mejorar el rendimiento a la fatiga.

Inspección y validación de la calidad: La zona reparada se somete a inspección por rayos X, análisis metalográfico, ensayos de microdureza y ensayos de tracción para garantizar que la capa de revestimiento no presenta defectos, que su microestructura es uniforme y que las propiedades mecánicas cumplen las especificaciones exigidas.