Lotura
teknologiak

Material erantsi bidezko birkargatzea eta konponketa

Birkargatzea eta konponketa helburu duen material eransketa, oinarrizko material edo substratu baten eremu edo azalera jakin baten gainean material galdatua gehitzean datzan prozedura da. Konponketa aplikazioetan, gehitzen den materiala oinarrizko materialaren antzekoa izan ohi da, baina birkargatze prozesuetan material ezberdina erabili ohi da substratuari higadurarekiko edota korrosioarekiko erresistentzia handiagoa emateko. Azken kasu honetan, ahalik eta diluzio txikiena bilatzen da erantsitako materialaren eta oinarrizkoaren artean, gehikuntzan konposizio kimiko diferentziatua lortzeko.

LORTEKen bi teknologia ditugu material erantsi bidezko birkargatze eta konponketarako, bata laser bidezko birkargatzea Laser Cladding (LC) deiturikoa da eta bestea arku elektriko bidezko birkargatzea. Lehen teknika metal jalkitze prozesu bat da, non laser iturri bar erabiltzen den materiala urtuko duen izpi kontzentratua sortzeko, material hori hautsezko elikatzaile batek dosifikatzen du iragazkirantz; bigarren kasuan kontrolaturiko arku elektriko batek sortzen du ekarpen haria galdatzeko beharrezkoa den energia. Bi kasuetan substratu lauaren nahiz 3D geometriadunaren gainean geruza batean edo gehiagotan teilakatutako kordoien bidez lortzen da material eransketa, jalkitze tasa handiarekin (2,5 kg/h Laser Cladding teknologiarako eta 4 Kg/h-rainokoa arku elektriko bidezkorako).

Teknologia horiek kalitate handiko material komertzialen aukera zabala erabiltzea ahalbidetzen dute, hauts nahiz hari forman, eta LORTEKekin aliantzak dituzten lehengai fabrikatzaileei esker, propietate mekaniko egokiak lor daitezke eta baita higadura edota nekearekiko joera hobetu ere, zerbitzuko tenperatura eta operazio baldintza konplexuko aukera zabaletan. Prozesu hauek material anitzak zein konposizio graduala duten osagaiak eskuratzea ere ahalbidetzen dute.

Laser Cladding teknologiak duen abantailetako bat gehitutako energiaren dentsitatea eta laser izpiaren diametroa kontrolatzeko gaitasuna da, horrela eremuko unitateari gehitutako beroa efikaziaz kontrolatu dateke eta akatsik gabeko ekarpenak lortzeko, diluzio baxukoak eta substratuari inpaktu termiko txikia eragingo diotenak.

Bestetik, arku elektriko bidezko birkargatze teknologia prozesu merkeagoa da eransten zaion materialaren eta ekipoen kostu txikiagoagatik eta jalkitze tasa handiagoagatik, nahiz eta distortsio eta hondar-tentsioaren gisako diluzio mailak Laser Cladding teknologiaren bidez lortzen direnak baino askoz handiagoak izan.

Materiala birkargatuta hainbat osagarriren erabilera-bizitza luza daiteke, trokelak, matrizeak eta bestelako tresnak esaterako, eta teknika hau erabil daiteke neurri edota balio handiko piezen eremu jakinetako konponketa partzialak egiteko ere, bai horien fabrikazioan eta baita mantenurako lanetan ere.

Azken aplikazioaren arabera, oinarrizko materialarekiko hobetuta dauden edota antzekoak diren propietate mekanikoak lor daitezke, hori guztia ekarpen materiala, prozesuaren parametroak eta fabrikazio bidea egoki hautatuz gero. Materialen, ezaugarri aurreratuetan eta prozesuetan duen ezagutzari esker, LORTEKek 360 graduko laguntza eskain dezake prozesu hauek industria mailan ezartzerakoan, eta horri LORTEKek garatutako ikuskaritza ez suntsitzaileko teknika aurreratuak gehituz gero, produktuaren eta erantsitako materialaren azken kalitatea bermatuta dago, horrela osagarriari funtzionaltasun hobetuak eskainiz.

Zertan dihardugu gaur egun

  • Fe, Co nahiz Ni oinarria duten aleazio berriak tenperatura handietako aplikazioetan erabiliko direnak edota higadura eta neke mekanikoa jasango dutenak.
  • Soldagarritasun zaila eta pitzadurarako sentiberatasun handia duten aleazio bidezko konponketa.
  • Jalkitze prozesuaren optimizazioa ahalbidetuko duen prozesuaren monitorizazioa eta kontrola, bi ekintza-lerrotan: on-line eta off-line.
  • Prozesuko tenperatura, distortsio eta hondar-tentsioen eboluziorako simulazio numerikoak.
  • Konponketa eta birkargatze prozesu automatizatuen garapena.
  • Prozesuaren teknologia eta digitalizazioa, 4.0 Industriako filosofiaren ildo berean.
  • Konpondu eta birkargatutako piezen zerbitzuko jokabidearen ikerketa.

Ekipamendu espezifikoa

Laser bidezko birkargatzerako, LORTEKek hiru laser iturri ditu egoera solidorako: 6kWeko disko bidezko laserra, 3KWeko Nd-YAG laserra eta 1kWeko zuntzezko laserra, eta erdieroale iturri bat: 3kWeko diodo laserra. Uhin luzeren eta potentzia ezberdinen aukera zabal honek hainbat material mota prozesatzea ahalbidetzen du eta baita aplikazio jakin bakoitzerako egokiena den laserra erabiltzea ere. Optika finkoa eta flotatzailea duten hainbat buru ere badauzka, eta horiei esker laser puntua edo helmuga alda daiteke prozesuan zehar, eta kamerarako portuak nahiz on-axis sentsoreak gehitzeko aukera ere eskaintzen dute, urtze-bainua monitorizatzeko zein tenperatura neurtzeko. Laser izpia diametro ezberdinetako zuntz optikoen bidez iristen da burura.

Hautsa gehitzeko bi toberako hauts elikatzaile berogarri daude, bi iragazki mota ezberdin dituztenak: ardazkideak, hauts estandarrarentzat eta karburo txertaketadun three-jet iragazkiak aplikazio ezberdinetarako eta eskaturiko irisgarritasun aplikazioetarako. Ibilbideak sortzeko CAM software anitzak daude jalkitze zuzeneko prozesuetarako espezializatuta daudenak, non birtualizazio zinematikoa, buru eta iragazkien birtualizazioa eta simulazioak egin daitezkeen, irisgarritasuna ebaluatzeko eta ibilbideak zein jalkitze denborak sortu eta optimizatzeko.

  • Hiru ardatzeko eta laugarren ardatza (plater biragarria) gehi dakiokeen estazio zinematiko kartesiarra, Fagor 8065 kontrola duen CNC (500x500x800 mm) mahaiaz osatua, datuak eskuratzea eta urruneko konektagarritasuna eskaintzen dituena.
  • Fanuc ARC Mate 120iC robota duen LMD gelaxka robotizatua, bi ardatzeko Fanuc serboposizionatzaile (mahai birakari) bati indexatua.

Arku elektriko bidezko birkargatze teknologiari dagokionez, LORTEKek honako ekipamendua dauka:

Soldatze teknologia ezberdinetako potentzia-iturriak

  • MIG-MAG: Fronius TPSi eta Fronius Transpuls (2) kurba sinergiko ezberdinekin, CMT barne.
  • MIG-MAG: Fronius CMT TWIN.
  • TIG: EWM TigSpeed hari hotz eta hari beroko elikatze aukera ezberdinekin, oszilazioarekin eta gabe.
  • Plasma: SBI harizko elikatze automatikoarekin.

Gelaxka robotizatuak

  • KUKA KR16 6 ardatzekoa.
  • 1 FANUC Arcmate 120iC 6 ardatzekoa.
  • 1 FANUC Arcmate 120iC 6 ardatzekoa eta kanpoko 2 ardatz gehigarrirekin.
  • 1 ABB 8 ardatzekoa.

CAD/CAM softwarea

  • SKM DCAM.
  • Autodesk PowerMill Additive.

Distortsioen aurreikuspen eta kontrolerako softwarea

  • Abaqus.
  • FEMen oinarritutako algoritmo propioak.

Piezen ikuskaritzarako ekipamendua

  • Ultrasoinuak.
  • Termografia.
  • Lankidetza bitartekoekin beste entsegu batzuetarako: metrologia, X izpiak eta ordenagailu bidezko tomografia.
  • Laser eskaneatze bidezko eta argi estrukturatuzko sistemak digitalizaziorako eta analisi metrologikorako.
  • Varestraint entsegu-bankua, oinarrizko materialek eta erantsitako materialek duten berotako pitzadurekiko sentiberatasuna ikertzeko.

Argitalpenak
eta deskargak

Argitalpenak

García de la Yedra, A, Pfleger, M, Aramendi, B, et al.
Online cracking detection by means of optical techniques in laser‐cladding process.
Struct Control Health Monit. 2019; 26:e2291. ISSN:1545-2263.

J.C. Pereira, J.C. Zambrano, E. Rayón, A. Yañez, V. Amigó.
Mechanical and microstructural characterization of MCrAlY coatings produced by laser cladding: The influence of the Ni, Co and Al content.

J.C. Zambrano, B. Carcel, J. C. Pereira, V. Amigó
TiAl laser cladding coatings on Ti6Al4V: Tribological characterization.
Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2016; 36(1) 45-53. ISSN 0255-6952.

J.C. Pereira, J.C. Zambrano, M.J. Tobar, M.P. Licausi, V. Amigó.
Tribology and high temperature friction wear behaviour of MCrAlY laser cladding coatings on stainless steel, Wear
2015 (330) 280-287. ISSN 0043-1648.

J.C. Pereira, J.C. Zambrano, M.J. Tobar, A. Yañez, V. Amigó.
High temperature oxidation behavior of laser cladding MCrAlY coatings on austenitic stainless steel.
Surface & Coatings Technology, 2015 (270) 243-248. ISSN 0257-8972.
2019
Alvarez, P., Vázquez, L., Ruiz, N., Rodríguez, P., Magaña, A., Niklas, A., & Santos, F.
A Simplified Varestraint Test for Analyzing Weldability of Fe-Ni Based Superalloys. In Proceedings of the 9th International Symposium on Superalloy 718 & Derivatives: Energy, Aerospace, and Industrial Applications (pp. 849-865). Springer, Cham.
2019
Alvarez, P., Mancisidor, A. M., & Zubiri, F.
Ventajas de la tecnología de recargue láser. Soldadura y tecnologías de unión, 30(158), 22-28.
2018
Alvarez, P., Vázquez, L., García-Riesco, P. M., Rodríguez, P. P., Magaña, A., & Santos, F.
A Simplified Varestraint Test for Analyzing Weldability of Fe-Ni Based Superalloys. In Proceedings of the 9th International Symposium on Superalloy 718 & Derivatives: Energy, Aerospace, and Industrial Applications (pp. 849-865). Springer, Cham.

Arrakasta-kasuak

Hotzeko estanpazioko tresnen bizitza luzatzea

Erronka

Hotzeko estanpazioko tresnen bizitza luzatzea.

Irtenbidea

Urradura bidezko higadura jasaten duten materialen laser bidezko plakatzea.

Kideak / Aliantza estrategikoak

CIE Legazpi.

Forjaketa-matrizeen bizitza luzatzea

Erronka

Forjaketa-matrizeen bizitza luzatzea.

Irtenbidea

Higadura eta neke mekanikoa tenperatura handietan jasaten duten materialen laser bidezko plakatzea.

Kideak / Aliantza estrategikoak

Alcorta eta beste.

Urtuzko piezen konponketa-prozesuaren automatizazioa

Erronka

Urtuzko piezen konponketa-prozesuaren automatizazioa.

Irtenbidea

Arkuzko soldadura instalazioaren garapena, soldadura automatikorako irtenbideekin robotizatua.

Kideak / Aliantza estrategikoak

AMPO S.COOP., SKM.

Soldagarritasun zaileko pieza aeronautikoen konponketa

Erronka

Soldagarritasun zaileko pieza aeronautikoen konponketa.

Irtenbidea

Laser eta arku elektriko bidezko eranskin-prozesuak konparatzea, metal eranskinen hautaketa.

Kideak / Aliantza estrategikoak

ITP, EIPC.

Urtuzko piezen pieza-konponketa, trenbideetan erabiltzeko

Erronka

Urtuzko piezen pieza- konponketa, trenbideetan erabiltzeko.

Irtenbidea

Arku elektriko bidezko eranskinen prozesuen garapena.

Kideak / Aliantza estrategikoak

CAF, ESTANDA.

Erronkak

Datozen urteetan aurre egin beharreko erronkak:

Prozesuaren digitalizazioa.
Inguru industrialetan monitorizazio eta kontrolerako estrategiak ezartzea.
Zerbitzu errealetako baldintzetan lortutako produktuak testatzeko, barneko nahiz lankidetzazko modelo baten garapena.

Juan Carlos Pereira doktorea

Erreferentziazko Ikertzailea LMD Fabrikazio gehigarrian eta Cladding laserrean.

Arbitraturiko 14 argitalpen baino gehiago idatzi ditu azken 5 urteetan, gehienak eragin handiko aldizkarietan (Scopus, SCR-JCR). Hainbat aurkezpen egin ditu nazio mailako zein nazioarteko kongresuetan, tenperatura handiko aplikazioetarako MCrAlY laserraren estalduren garapen eta karakterizazioari buruz, eta baita LMD eta SLM prozesuen gida, laserretan oinarritutako prozesuen fabrikazio gehigarriei buruz ere. LORTEKen dihardu 2017tik. Aurretik ikertzaile gisa jardun du Materialen Teknologiaren Institutuan (ITM, Valentzia - Espainia) eta baita Unibertsitateko Irakasle eta Ikertzaile gisa ere Ingeniaritza Fakultateko Materialen eta Fabrikazio Prozesuen departamentuan (UC, Valentzia - Venezuela). Gaur egun, LORTEKen lan egiten du, Laser bidezko Fabrikazio Gehigarriko taldean eta Europa, nazio nahiz eskualde mailako I+G proiektu ezberdinetan parte hartzen du. HYPROCELL (H2020-FoF13-2016) proiektu burua da eta laguntza teknikoa eskaintzen du AMABLE (H2020-FoF12-2017-ICT I4MS) proiektuan.