Fabricación de piezas para el sector aeronáutico

Las tecnologías de aporte se han usado durante años para la reparación de piezas de alto valor añadido. De este modo, tradicionalmente se han usado de forma manual técnicas de soldadura convencional. Así, en los últimos años la aplicación del laser cladding ha ido tomando importancia gracias a su capacidad de automatización y de la relativamente pequeña zona afectada térmicamente, lo que genera un gran ahorro económico y unas altas propiedades mecánicas del aporte.
El laser cladding es un proceso que se basa en la creación de un baño fundido en la pieza base donde se inyecta un material de aporte que se funde y solidifica, generando un cordón de muy buena calidad y baja zona de dilución.
Así, cordón a cordón se pueden ir generando recubrimientos superficiales o incluso geometrías capa a capa. El mayor problema de este proceso es la gran cantidad de parámetros que posee y la interacción entre ellos, lo que lo convierte en un proceso complicado de estudiar y en el que se dan simultáneamente diversos fenómenos físicos [1].
De este modo, este proceso se ha utilizado principalmente dentro de la industria del molde y la matriz, para la generación de recubrimientos duros en aceros de herramienta [2], además, en los últimos años se han ido realizando también estos recubrimientos en otro tipo de materiales, como pueden ser las aleaciones de magnesio [3]. En este sentido, el proceso de aporte se ha colocado como una alternativa factible a los métodos tradicionales de endurecimiento superficial como pueden ser la nitruración ó la electrodeposición [4].
El siguiente paso en la aplicación del laser cladding dentro de la industria ha sido la reparación localizada de piezas de alto valor añadido como pueden ser moldes y matrices [5]. Así, este proceso es capaz de reparar zonas desgastadas alargando la vida útil de estas piezas que poseen un alto coste. En este campo compite básicamente con procesos de soldadura manual como puede ser la soldadura TIG [6]. A su favor, el proceso proporciona la mayor capacidad de automatización que conllevan las tecnologías láser. Siguiendo dentro de este sector la última aplicación estudiada es la fabricación completa de un molde [7], de este modo se presenta una metodología en la que se fabrica una preforma cercana a la geometría final y se realiza un mecanizado de acabado para conseguir las tolerancias requeridas.
Centrando el estudio en el sector aeronáutico, dentro de este se pueden encontrar piezas de muy alto valor añadido que además por lo general, cuentan con cuerpos de espesor pequeño de los que sobresalen geometrías como pueden ser alabes en el caso de rotores, u orejetas de sujeción en carcasas de motores. Así, mediante el mecanizado tradicional el desperdicio de material durante la fabricación de estas piezas es muy alto, lo que unido al alto coste de los materiales usados en este sector, hace que el estudio de alternativas sea necesario.
En este sentido el laser cladding, al igual que en el sector del molde y matriz, plantea esta alternativa a la soldadura manual TIG [8]. De este modo, también existen estudios de la aplicación de este proceso para la fabricación de alabes de aleaciones de titanio[9] e incluso metodologías teóricas para la fabricación de estos utilizando un esquema de modelización CAD, programación CAM y verificación mediante Ingeniería Inversa[10].
Una vez vista la aplicabilidad de este proceso en la fabricación de componentes aeronáuticos el primer paso a afrontar es la obtención de los parámetros óptimos para cada aplicación concreta. Estos parámetros varían para los diferentes materiales usados en el sector como pueden ser aleaciones de Aluminio [11], aleaciones de Titanio [12] ó aleaciones base Niquel [13].
De esta manera, en este articulo se describen los pasos a seguir para la aplicación industrial del proceso, desde la verificación del material de aporte hasta la obtención de estos parámetros óptimos, pasando por la calibración de equipos.
Por último, se presenta una orejeta de amarre para la carcasa de un motor aeronáutico fabricada mediante laser cladding en Inconel 718.