Turbomaquinaria: soldadura láser para la restauración de rotores de turbomaquinaria: segunda parte

Series de características especiales patrocinadas por PSG11 de abril de 2023

Escrito por Michael W. Kuper, PhD., ingeniero de materiales, Elliott Group y Michael J. Metzmaier, ingeniero de soldadura IV, ingeniería de materiales, Elliott Group

Para reparaciones de ejes, LBW-W es generalmente más aplicable que LBW-P. La primera razón de esto es que LBW-W tiene una menor probabilidad de formar defectos, a saber, porosidad, lo que puede resultar en indicaciones superficiales rechazables después del mecanizado final.

En segundo lugar, la capacidad de utilizar una fuente de láser pulsado en LBW-W reduce la entrada de calor, lo que ayuda a minimizar la distorsión, la tensión residual y el tamaño de la ZAT [8].

En tercer lugar, el metal de aporte de alambre es más barato y está más fácilmente disponible que el polvo en general, y puede ser la única opción disponible para los aceros al carbono y de baja aleación comúnmente utilizados como materiales para ejes de turbomaquinaria.

Para la reparación del rotor con soldadura por arco convencional, generalmente se requiere un PWHT. En primer lugar, la tensión residual de la soldadura por arco es lo suficientemente grande como para provocar el movimiento del eje después del mecanizado final, especialmente durante la prueba de estabilidad térmica que se requiere para los rotores de las turbinas.

El PWHT alivia la tensión residual para minimizar el movimiento del eje durante el mecanizado. Además, dado que los rotores suelen ser aceros martensíticos templados y revenidos, la soldadura crea martensita no templada, dura y quebradiza, en el depósito de soldadura y la ZAT.

La martensita sin templar reduce la resistencia al impacto, potencialmente por debajo de los requisitos del material base, especialmente para servicio a baja temperatura.

El PWHT templa la martensita fresca que se formó durante la soldadura, lo que restaura la resistencia al impacto del eje. Desafortunadamente, el PWHT también puede sobrecalentar el material base, lo que puede resultar en una pérdida de resistencia en algunos casos.

El tratamiento térmico posterior a la soldadura también es una operación costosa y que requiere mucho tiempo. La figura 4 muestra la configuración de un PWHT aplicado a un rotor.

Para este proceso, el eje debe suspenderse verticalmente para minimizar la distorsión. En otras palabras, si el rotor se sometiera a un tratamiento térmico horizontal, el rotor se arquearía y hundiría entre los soportes que se volverían permanentes después del tratamiento térmico.

Después de suspender el eje verticalmente, se agregan mantas calefactoras y termopares que deben proporcionar un calor intenso pero preciso (generalmente más de 1000 °F), y este calor debe distribuirse uniformemente.

Si el calor se agrega de manera no uniforme, la tensión se aliviará de manera no uniforme, lo que podría resultar en una distorsión perjudicial.

Las tasas de calentamiento/enfriamiento y los tiempos de espera deben controlarse y monitorearse cuidadosamente. En general, el proceso es relativamente complejo, lento y costoso.

A menudo, los aplicadores de soldadura láser afirman que no se requiere un PWHT con su proceso porque el depósito de soldadura y la ZAT creados por la soldadura láser son lo suficientemente pequeños como para que su presencia tenga un efecto insignificante en las propiedades generales del eje.

Sin embargo, se ha realizado poca investigación académica sobre las propiedades mecánicas de las reparaciones de soldadura láser en aplicaciones de turbomaquinaria.

Si bien el depósito de soldadura y la ZAT pueden ser pequeños, es peligroso suponer que no afectarán la idoneidad del eje para el servicio, particularmente cuando el material del eje es acero templado y revenido, que es el material del eje más comúnmente utilizado.

Para evitar el PWHT, se deben tomar precauciones para garantizar que la reparación cumpla con las propiedades requeridas sin el PWHT. Estas precauciones incluyen las pruebas recomendadas más adelante en este artículo, además de considerar la compatibilidad con los requisitos de erosión y corrosión del entorno operativo.

Como se mencionó anteriormente, ASME BPVC actual no distingue entre LBW-P y LBW-W, ni tiene en cuenta el cambio inevitable con el tiempo en la potencia de salida de los láseres Nd:YAG.

Esto deberá remediarse en el futuro para tener en cuenta las diferencias en las aplicaciones típicas y la calificación de estos procesos. Con respecto a la calificación del procedimiento, las soldaduras de ranura se calificarían según ASME BPVC Sección IX Tabla QW-451.1.

Sin embargo, para la restauración del rotor, las reparaciones de LBW generalmente se realizan en daños superficiales y, por lo tanto, se considerarían superposiciones de soldadura. Los requisitos de calificación del procedimiento para superposiciones de ASME BPVC Sección IX Tabla QW-453 se pueden encontrar en la Tabla 1 a continuación junto con los requisitos para soldaduras de ranura.

Aunque se requieren lecturas de dureza para las superposiciones de revestimiento duro, ASME no enumera los criterios de aceptación.

Por lo tanto, los límites de dureza deben aplicarse en función de las condiciones ambientales de la aplicación y el servicio caso por caso.

Como se mencionó anteriormente, la mayoría de las reparaciones del rotor califican como superposiciones de soldadura, pero además de los requisitos anteriores, en algunos casos pueden ser necesarias más pruebas para la soldadura por rayo láser.

En general, también se deben considerar los factores de diseño críticos para los ejes, que dependen de la parte del eje que requiera reparación.

Las ubicaciones más comunes de daño en un eje que se somete a restauración incluyen los ajustes del acoplamiento, los muñones, las áreas de la sonda, las áreas del sello y el cuerpo principal.

Debido a la naturaleza del proceso de reparación (fusión del depósito de soldadura y formación de la ZAT), se entiende que las propiedades de las áreas reparadas no coincidirán con las propiedades del material del eje original.

Además, cada parte de un eje tiene su propio conjunto de criterios de diseño. Por lo tanto, es importante asegurarse de que las áreas restauradas cumplan con los requisitos mínimos de diseño en cada lugar de reparación.

Con eso en mente, a continuación se presenta una discusión de las propiedades críticas que se deben considerar para cada región del eje. Un resumen de esta información se encuentra en la Tabla 2.

Las reparaciones del cuerpo del eje principal generalmente se ubican en las áreas de tensión más bajas, donde generalmente es innecesario igualar la composición y las propiedades del material del eje. En estos lugares, la intención de la reparación es restaurar las dimensiones sin crear distorsiones en ningún otro lugar.

Debido a que el cuerpo principal del eje está en contacto con el gas de proceso, las reparaciones de soldadura realizadas en equipos utilizados para servicio de hidrógeno (más de 100 psig de presión parcial de hidrógeno) deben estar restringidas a un límite elástico máximo de 120 ksi y una dureza de 34 Rockwell C para cumplir con los requisitos de API 617.

En consecuencia, se requiere un análisis adicional para determinar si se puede aplicar LBW y cómo se puede aplicar para la reparación del rotor que operará en el servicio de hidrógeno.

Los muñones, los sellos y las áreas de la sonda generalmente tienen un diámetro más pequeño en comparación con el cuerpo principal del eje, por lo que las tensiones en estas ubicaciones son moderadamente altas y deben tenerse en cuenta al seleccionar un método de reparación.

La resistencia a la tracción y la tenacidad deben ser parte de la evaluación de reparación en estas áreas. Las áreas del muñón también deben ser capaces de cumplir con los requisitos de rugosidad de la superficie después del mecanizado final y el esmerilado (normalmente, 32 micropulgadas o más), lo que significa que la porosidad podría ser un problema en estos lugares.

Las reparaciones ubicadas en las áreas de la sonda deben tener microestructuras uniformes para evitar lecturas de descentramiento eléctrico erráticas. Las áreas de la sonda suelen estar rectificadas y bruñidas para maximizar la precisión y exactitud de la sonda.

El material de relleno también debe actuar como material objetivo para la sonda de corriente de Foucault y es posible que sea necesario considerar cambios en la calibración de la sonda.

Si bien la dureza no es una preocupación importante para las áreas de los muñones y las sondas, las áreas del sello estarán en contacto con el gas de proceso y deben cumplir con los requisitos de dureza y resistencia máxima mencionados anteriormente si el rotor opera en servicio de hidrógeno.

El área de acoplamiento suele tener uno de los diámetros más pequeños de todo el eje, lo que significa que experimenta algunas de las tensiones más altas. Esta área también puede contener concentradores de tensión adicionales, como chaveteros, ranuras o ajustes de compresión.

A menos que existan otras características integrales de alta tensión en el rotor, como discos de turbina, la resistencia de todo el eje se selecciona en función de esta característica.

Esta parte del eje también puede experimentar altas tensiones alternas, que pueden ser inducidas por el equipo que acciona el rotor, por lo que se debe considerar el límite de resistencia.

Se debe tener cuidado al determinar el límite de resistencia, ya que el material tratado en la superficie puede presentar límites de resistencia reducidos hasta en un 50 % en comparación con el material base.

Por lo tanto, la prueba directa de las características de fatiga es necesaria además de las propiedades de tracción. Las consideraciones de fatiga de la reparación de acoplamientos son complejas y requieren consideraciones y pruebas adicionales que van mucho más allá de las pautas de ASME BPVC.

Debido a la criticidad y complejidad del diseño y la evaluación de la reparación del acoplamiento, las reparaciones en esta área no se consideran en este artículo.

Con base en las propiedades críticas identificadas en esta sección, las pruebas requeridas por la Sección IX de ASME BPVC por sí solas son inadecuadas para evaluar la idoneidad de la reparación para todas las ubicaciones de reparación comunes, excepto para el cuerpo principal del eje.

Para remediar esta discrepancia, se recomienda realizar pruebas de tracción y pruebas de impacto adicionales, como mínimo, para todas las calificaciones de reparación realizadas en las áreas del muñón, la sonda y el sello.

También se deben tomar medidas de dureza para las reparaciones del cuerpo principal y del sello en los casos en que el servicio de hidrógeno limita el límite elástico del rotor. Además, las áreas de acoplamiento requieren consideraciones adicionales relacionadas con las pruebas de fatiga que están fuera del alcance de este artículo.

La siguiente sección detalla los resultados de las pruebas de ejemplo de las calificaciones de rendimiento de LBW en aceros de baja aleación comúnmente utilizados para ejes.

Cada uno de estos metales base se soldó con AWS A5.28 Clase ER120S-1. Los materiales utilizados en este estudio, incluidas las abreviaturas utilizadas en este documento, los estándares industriales relevantes y los límites de composición para los elementos de aleación primaria en cada material se pueden encontrar en la Tabla 3.

Todas las soldaduras se realizaron utilizando un sistema de soldadura por láser pulsado de 900 vatios con una fuente de láser de fibra. Los parámetros de soldadura utilizados para este estudio se consideran propiedad intelectual y no se pueden compartir en detalle.

Sin embargo, se usaron los mismos parámetros de soldadura a lo largo de este estudio, con una potencia láser promedio de 522 W. Esta potencia es aproximadamente el 58 % de las capacidades del sistema láser, lo que representa una tasa de deposición intermedia (aproximadamente 0,10 lb/h).

Para cada material base, se mecanizó una ranura en V en una placa de 25,4 mm (1 pulgada) para soldar.

La ranura se mecanizó con un ángulo incluido de 25° (12,5° por lado) hasta una profundidad de 0,625" (15,9 mm).

La profundidad se midió hasta el fondo de la ranura, que se mecanizó con un radio de 0,1875" (4,76 mm).

Después de soldar, la pieza soldada se sometió a pruebas de líquidos penetrantes en busca de defectos superficiales, luego se extrajeron especímenes de prueba para pruebas mecánicas.

Además de la soldadura de ranura, se crearon especímenes de tracción que consistían completamente en metal de soldadura depositando y apilando capas de metal de soldadura, cada una de las cuales constaba de una almohadilla de cordones de soldadura (similar a la fabricación aditiva).

Las barras tenían aproximadamente 0,5" de ancho, 0,5" de alto y 5" de largo. Se extrajeron dos especímenes de tracción de cada uno para la prueba. horas a 1200 °F.

La siguiente lista resume las pruebas mecánicas realizadas para la calificación del procedimiento LBW-W de cada metal base soldado en este estudio, con todos los especímenes extraídos de la soldadura con ranura en V excepto donde se indique.

Todas las soldaduras pasaron la prueba de líquidos penetrantes y la prueba de doblez lateral. La prueba macro también pasó la inspección, lo que significa que no contenía grietas visibles con un aumento de 5X.

La Figura 5 muestra una sección transversal de una superposición de LBW, que resalta el tamaño pequeño de la ZAT en la superposición de LBW, con un promedio de 0,00975" de espesor en este estudio. Además, el depósito de soldadura de LBW estaba limpio sin porosidad detectable. Las motas oscuras en la imagen son de óxido superficial leve.

La Tabla 4 muestra los resultados de las pruebas de tracción de todas las soldaduras, incluido el límite elástico, la resistencia a la tracción, el alargamiento en la falla y la reducción del área en

falla.

Esta tabla enumera los valores experimentales para las muestras soldadas y PWHT, e incluye los requisitos de propiedad del alambre de relleno de AWS A5.28.

Los resultados de las pruebas de tracción de soldadura de ranura se pueden ver en la Tabla 5 para cada uno de los cuatro metales base utilizados. Los resultados de las pruebas incluyen el límite elástico, la resistencia a la tracción, el alargamiento en la falla, la reducción del área y la ubicación de la falla.

La tabla también incluye los requisitos de propiedades mecánicas de los estándares de metales base.

Los resultados de la prueba de impacto Charpy con muesca en V se pueden ver en la Tabla 6.

Los resultados de la prueba incluyen la temperatura de prueba, la dureza de impacto promedio, la expansión lateral promedio y el porcentaje de corte promedio.

También se incluyen los requisitos de propiedades mecánicas de las especificaciones del metal base, si corresponde.

Los resultados del estudio de dureza para cada una de las soldaduras de ranura se pueden encontrar en la Tabla 7.

La Tabla 7 también contiene el espesor medido del depósito de soldadura y la ZAT de cada soldadura.

Además de las pruebas mecánicas realizadas para la calificación del procedimiento, se realizaron soldaduras de reparación en dos ejes dañados.

El primer eje se dañó debido a una extensa corrosión por picaduras en las áreas del sello, la sonda y el muñón, como se muestra en la Figura 6. La figura también muestra el eje reparado después de la soldadura y el mecanizado final.

El área de la sonda también fue rectificada y bruñida, lo que se puede ver en la Figura 7 junto con las mediciones de descentramiento eléctrico.

La diferencia de color entre el área reparada y el resto del eje se debió a la diferencia de dureza de los sustratos durante el pulido; sin embargo, las lecturas de descentramiento mecánico y eléctrico estuvieron dentro de las tolerancias requeridas.

Figura 7. Ejemplo de un área de sonda bruñida después de la reparación (izquierda). La región de reparación parece oscura debido a la diferencia entre la base y el metal de soldadura; sin embargo, la reparación cumplió con las tolerancias geométricas, el acabado superficial y el descentramiento eléctrico (derecha) requeridos para un área de sonda.

El segundo eje fue dañado por un cortador de cajas mientras se desempacaba para ensamblarlo, como se muestra en la Figura 8.

El rasguño tenía aproximadamente 0,003 pulgadas de profundidad y se reparó localmente usando un solo cordón de soldadura, que también se puede ver en la Figura 8. Después de la reparación, el eje se volvió a rectificar según las especificaciones geométricas, se inspeccionó y se instaló para el servicio.

Figura 8. El rasguño (en un círculo) en el área de un diario (izquierda); el mismo rasguño después de la reparación de LBW (medio); y el área reparada después del mecanizado final (derecha).

El ER120S-1 soldado utilizado en este estudio superó los requisitos de propiedades mecánicas del estándar de alambre AWS en un 26,7 %, 14,2 % y 21,4 % para el límite elástico, la resistencia a la tracción y el alargamiento, respectivamente, en las muestras de tracción totalmente soldadas. .

Se especula que estos excelentes valores se originan a partir del refinamiento del grano causado por la rápida solidificación inherente al proceso de soldadura por láser.

Con respecto a las soldaduras, las muestras analizadas de cada ranura en V indicaron que las propiedades mecánicas excedían los requisitos del material base relevante en todos los casos excepto en BM4.

Por lo tanto, BM1, BM2 y BM3 se pueden soldar con ER120S-1 con el proceso utilizado en este estudio sin tener que preocuparse por cumplir con las propiedades mecánicas del metal base.

La razón por la que la soldadura BM4 no cumplió con los requisitos del metal base BM4 es que este material base supera al material de soldadura. ER120S-1 tiene una resistencia a la tracción mínima de 120 ksi, mientras que BM4 tiene una resistencia a la tracción mínima de 175 ksi.

A pesar de esto, la soldadura se desempeñó admirablemente, logrando una resistencia a la tracción de 142,3 ksi cuando se probó. La mayor resistencia exhibida aquí, en comparación con las otras soldaduras, probablemente fue causada por la dilución del metal base.

A pesar de las excelentes propiedades mecánicas en condiciones de soldadura, la muestra de prueba que recibió un PWHT mostró una disminución en la resistencia a la tracción y el rendimiento en un 41 % y un 28 % respectivamente, a niveles que serían inaceptables en comparación con todos los materiales base utilizados en este estudio. .

Como resultado, este alambre de relleno no se debe usar en situaciones que requieran un PWHT, a menos que la disminución anticipada de la resistencia sea aceptable desde una perspectiva de diseño.

En general, los resultados de resistencia al impacto fueron excepcionales. La tenacidad al impacto de todas las uniones soldadas (aquellas que tenían requisitos de tenacidad al impacto) estaban muy por encima de los valores requeridos.

Además, los resultados de expansión lateral y porcentaje de corte también fueron excepcionales. Se especula que estos excelentes resultados se debieron al tamaño de grano fino del metal de soldadura, que se puede ver en la Figura 5, aunque se requiere más caracterización y pruebas para confirmar.

Como se mencionó anteriormente, el código ASME requiere escaneos de dureza para la calificación de superposición de soldadura, pero no establece criterios de aceptación. Para la restauración del rotor, la restricción más aplicable que se puede aplicar es el requisito de dureza máxima (34 Rockwell C) establecido por API 617 para ejes de compresores que funcionan en entornos ricos en hidrógeno.

Este requisito se aplicaría a las reparaciones del cuerpo principal y del sello, ya que estas regiones del eje entran en contacto con el gas de proceso. De acuerdo con la Tabla 1 de ASTM E140, que rige la conversión de dureza, 34 Rockwell C equivale a 336 en la escala Vickers.

Cuando están sujetos a un máximo de 336 HV, ninguno de los metales base utilizados en este estudio sería aceptable para el servicio de hidrógeno después de la soldadura de reparación porque la dureza de la ZAT excede el límite definido.

Además, el metal de soldadura excede el límite de dureza de 336 HV en todos los casos, excepto en la soldadura BM3, que se midió a 335 HV y debe considerarse en el límite extremo de aceptabilidad. También se debe mencionar que BM4 no se podría utilizar para el servicio de hidrógeno en ningún caso, ya que la dureza del metal base también era demasiado alta.

Debido a la alta dureza de la HAZ y el depósito de soldadura, ninguno de los materiales utilizados en este estudio sería aceptable para el servicio de hidrógeno en la condición de soldado.

La dureza de estas regiones podría reducirse utilizando un PWHT; sin embargo, como se mencionó anteriormente, el metal de soldadura utilizado en este estudio pierde una resistencia considerable debido al tratamiento térmico, lo que puede ser inaceptable para las aplicaciones de ejes.

Otros metales de aporte pueden ser más apropiados si se necesita un PWHT, pero esto está fuera del alcance del trabajo actual. Además, la dureza extrema de la HAZ puede requerir un PWHT sustancial para cumplir con los requisitos de API 617 para el servicio de hidrógeno, lo que puede sobrecalentar el metal base del eje, lo que podría reducir la resistencia más allá de los límites establecidos por la aplicación.

Como nota al margen, se debe mencionar que una posible solución a este problema sería realizar un PWHT localizado mediante calentamiento por inducción, que tiene un efecto de piel que puede templar la HAZ sin sobretemperar significativamente la mayor parte del eje. .

Esta posibilidad aún no se ha explorado y merece más estudio. Independientemente, debido a las razones descritas aquí, LBW puede no ser la mejor opción para la reparación en los casos que involucran el servicio de hidrógeno, particularmente cuando el material base es acero templado y revenido.

Dado que el descentramiento geométrico estaba dentro del límite permitido (0,002") después de la soldadura y el mecanizado final, la distorsión inducida por LBW fue insignificante. No se encontraron indicaciones en la superficie después del mecanizado final, lo que significa que no se detectó porosidad durante la prueba de líquidos penetrantes.

Además, el área de la sonda se pulió con éxito utilizando el proceso estándar, lo que resultó en tolerancias geométricas aceptables. La prueba de descentramiento eléctrico en el área de la sonda también fue aceptable dentro de los límites de tolerancia y, en este caso, la sonda no requirió recalibración.

Se plantea la hipótesis de que el descentramiento eléctrico aceptable se puede atribuir al alto grado de uniformidad en el depósito de soldadura, que resultó del alto grado de precisión y control inherente al proceso de LBW mecanizado.

Serían necesarios más estudios para evaluar esta hipótesis. Para la reparación de rayones, hubo cierta preocupación inicial de que la soldadura localizada no se "limpiaría" después del mecanizado final.

En otras palabras, se predijo que la formación de cráteres al inicio o al final de la soldadura, o la socavación a lo largo de los extremos de la soldadura pueden generar un espacio negativo (material faltante) después del mecanizado final. Sin embargo, el mecanizado final a las dimensiones originales después de la soldadura produjo una superficie lisa sin defectos topológicos ni puntos bajos.

El rasguño que tenía aproximadamente 0.003" de profundidad habría convertido el eje en chatarra sin un proceso de reparación viable. La soldadura por arco tradicional se eliminó como opción debido al hecho de que habría requerido soldadura desde el área del muñón a través del extremo del acoplamiento del eje.

La soldadura en el área de acoplamiento no fue factible en este caso debido a los requisitos de resistencia en esa ubicación. En su lugar, se utilizó el proceso de soldadura por láser para realizar una reparación localizada del rayón, eliminando la necesidad de soldar en el área de acoplamiento y ahorrando un tiempo de procesamiento significativo.

El esmerilado final del área de reparación no requirió la remoción de material adicional más allá de la tolerancia del dibujo original.

El rotor de la turbina que se muestra en la Figura 6 sufrió daños extensos por corrosión por picaduras en las ubicaciones del sello y el muñón. La superposición de soldadura por arco convencional de esas áreas habría requerido un proceso de varios pasos para reparar.

Primero, todas las características dañadas y sobresalientes (es decir, dientes de empaque, anillos de equilibrio, disco de empuje, etc.) se mecanizarían fuera del eje con una socavación adicional de material radial de 0,125".

Luego, el eje se soldaba, acumulando el material necesario para restaurar la geometría de todas las características, con material adicional agregado para el mecanizado y para tener en cuenta la distorsión del proceso de soldadura.

La reparación de la soldadura requeriría entonces un tratamiento térmico de alivio de tensión para eliminar la tensión residual. Esto es necesario porque la tensión residual tendería a mover el eje durante el mecanizado, lo que daría como resultado una alta probabilidad de no cumplir con las tolerancias geométricas requeridas.

En el caso de los ejes de las turbinas, la eliminación de la tensión residual es fundamental para pasar la verificación de estabilidad térmica. Después del alivio de la tensión, el eje se mecanizaba finalmente y luego se sometía a pruebas no destructivas. Los rotores de turbina estarían entonces sujetos a la comprobación de estabilidad térmica antes mencionada.

Al usar soldadura láser, el proceso de reparación requeriría menos pasos. En primer lugar, las áreas dañadas se socavarían, aunque las áreas no dañadas, incluidas las características sobresalientes, se pueden dejar en el eje.

En segundo lugar, se realizaría la superposición de LBW para restaurar las dimensiones del eje con un material de mecanizado adicional de 0,020". En tercer lugar, se mecanizaría la reparación para cumplir con las dimensiones del dibujo y, por último, se realizarían las pruebas no destructivas prescritas para verificar si hay defectos.

En general, este proceso requiere mucho menos mecanizado antes y después de la reparación con soldadura y elimina el PWHT. Además, en el caso de que el rotor esté revestido con un material resistente a la corrosión, como las aleaciones a base de níquel, el LBW deposita menos material, lo que puede suponer un ahorro de costes.

Cabe señalar que el tiempo para superponer la soldadura de un eje puede ser más largo para LBW que para los procesos de soldadura por arco convencional, como la soldadura por arco sumergido, pero los tiempos de mecanizado más rápidos y la eliminación del PWHT cuando se usa LBW generalmente compensan el tiempo perdido durante soldadura por un margen considerable.

Por supuesto, esto depende de una variedad de factores que incluyen el tamaño del rotor, el alcance de las reparaciones, la complejidad de las características, etc., por lo que el mejor proceso de reparación de soldadura para una aplicación determinada puede variar y debe seleccionarse según el caso. por caso.

No obstante, LBW ofrece claras ventajas en muchos casos para la reparación de daños superficiales, que ocurren comúnmente con el tiempo y la exposición a las condiciones de servicio.

La soldadura láser, cuando se aplica correctamente, es un método efectivo para la restauración de ejes de turbomaquinaria. El proceso es rápido y eficiente en la realización de reparaciones superficiales, y en algunos casos permite la reparación sin necesidad de realizar un PWHT, lo que ahorra más tiempo y costos.

Sin embargo, para realizar reparaciones LBW fuera del cuerpo principal del eje, es importante calificar completamente el procedimiento de soldadura con pruebas complementarias para garantizar la integridad de la reparación soldada.

Esta prueba incluye pruebas de tracción, pruebas de impacto y dureza. Si bien no se trata en profundidad en este documento, las pruebas de fatiga también son fundamentales para las reparaciones de acoplamientos.

Además, estos requisitos y el reconocimiento de las diferencias entre la entrega de metal de aporte a base de alambre y polvo en LBW deben ser abordados por la Sección IX de ASME BPVC para garantizar el cumplimiento de estas prácticas como un estándar de la industria.

ZAT = Zona Afectada por el Calor

LBW = soldadura por rayo láser

LBW-P = Soldadura por rayo láser (metal de aporte en polvo)

LBW-W = Soldadura por rayo láser (metal de relleno de alambre)

PWHT = Tratamiento térmico posterior a la soldadura

SAW = soldadura por arco sumergido

WPS = Especificación del procedimiento de soldadura

El Dr. Michael W. Kuper es ingeniero de materiales en el Grupo de Productos y Tecnología de Elliott Group. Tiene una licenciatura, una maestría y un doctorado. en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Estatal de Ohio.

Sus experiencias pasadas incluyen el análisis de soldaduras de metales disímiles que involucran acero 9Cr-1Mo-V soldado con metales de aporte a base de níquel y la fabricación aditiva de alta tasa de deposición de materiales metálicos.

Actualmente tiene 5 publicaciones, ha presentado investigaciones en más de una docena de conferencias técnicas y es un revisor activo de la revista Welding In the World.

Michael Metzmaier es ingeniero de soldadura en el Departamento de Ingeniería de Materiales de Elliott Group. Tiene una licenciatura en Tecnología de Ingeniería de Fabricación y Soldadura de la Facultad de Tecnología de Pensilvania.

Ha ocupado varios puestos dentro de Elliott Group, incluido el de ingeniero de fabricación, supervisor de la división de rotores e ingeniero de soldadura.