Brazagem Aeroespacial hoje e Amanhã Novas ligas Brazaveis aumentam o limite térmico na seção quente de motores aeroespaciais
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- Ágatha Alencar Franco
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1 Brazagem Aeroespacial hoje e Amanhã Novas ligas Brazaveis aumentam o limite térmico na seção quente de motores aeroespaciais PorTom Sandin, Morgan Technical Ceramics Wesgo Metals Gerente de Produtos para Brazagem Pesquisadores de materiais e fabricantes de componentes cerâmicos tem desenvolvido novos materiais e processos que possibilitem motores a jato operarem em temperaturas cada vês maiores em reposta ao foco da industria aeroespacial em alta performance e baixos consumo de combustível. Em motores como turbinas a gás uma grande quantidade de ar do compressor é utilizado para resfriar suas palhetas. A quantidade de ar necessária é determinada pela temperatura da turbina e os materiais que precisam ser resfriados. Se os materiais utilizados na construção da turbina precisam de menor resfriamento ou se podem suportar a maiores temperaturas mais ar estará disponível para a propulsão. O aumento da capacidade de suportar a alta temperatura nas turbinas é a chave para aumentar da eficiência do motor. No entanto, esses motores operaram em em temperatura cada vês maiores a temperatura de funcionamento aumenta, o que aumenta a tendência de degração dos metais. Dentro das turbinas, as peças pré sinterizadas (PSPs) são utilizadas para reparar as palhetas que estão quebrando devido ao excesso de calor e erosão. PSPs com uma pequena quantidade de mistura de ligas Brazaveis com o metal base são utilizados principalmente nas seções das turbinas como trincas e em áreas deterioradas pela abrasão. Como as temperaturas continuam subindo nessas zonas, novos materiais e tecnologias estão sendo desenvolvidos para criar melhores barreiras. Isso deverá reduzir significantemente os custos de inspeção e manutenção do Overhaul (MRO). Exemplos incluem o desenvolvimento de ligas brazaveis avançadas, utilização de cerâmicas sobre componentes metálicos, e a utilização de ligas ativas, que permitem metais serem ligados diretamente às cerâmicas sem metalização. Ligas Brazaveis desenvolvidas para altas temperaturas As ligas Brazaveis são utilizadas em uns inúmeros aviões militares avançados e em componentes de motores a jato de aviões comerciais, as composições são desenvolvidas para ligar metais em cerâmicas ou outros materiais. As composições das ligas variam e incluem ligas funcionais projetadas para aplicações em altas temperaturas ( ºC). Page 1 of 5
2 Algumas Aplicações Ligas Morgan Technical Ceramics Partes das Turbinas Material Base da parte 59.8 Ni-40.2 Cu (Nickel copper) Brazagem de titânio Exaustores do sistema de compressão Ti Alloy-30 Brazagem Nova Hastelloys, Inconels Alu-6 (Gold) Icronibsi - 13 NiBSi-4 Nioro (Gold 82/Nickel 18 Alloy) Palnicro-36-M Palniro-7 Reparo de trincas em turbinas novas Compressor Unidade Potência Auxiliar (APU) de Combustível s/c compressor Turbinas de alta e baixa compressão de Combustível Hastelloys, Inconels Hastelloys, Inconels, Waspalloy Hastelloys, Inconels, Waspalloy Aço Inox (304 ss) ou Inconel 600, 625 Hastelloys, Inconel 304 ss ou Inconel 600, 625 Presintered preform, paste, paint (PSP) MRO reparo da seção quente de turbinas /turbina de Alta Pressão Superligas Silcoro-75 TiCuNi de combustível Compressor de baixa pressão/ Ti brazing Sistemas de alimentação de combustíveis a baixa temperatura Ti-6-4 e lidas de Ti Page 2 of 5
3 As ligas são selecionadas para atender as condições especificas de temperatura assim como os requerimentos de todos os componentes a serem unidos. Exemplos incluem ligas utilizadas em seções quentes de turbinas novas, brazagem de nitreto de silício para brazagem de componentes em super ligas de novos motores. Veja a tabela 1 para uma visão geral da viabilidade das ligas brazaveis, apresentando o componente do motor que é utilizado e o material na qual é fabricado. Muitas companhias aéreas modernas utilizam motores turbofan devido a sua potência e seu baixo consumo. Um turbofan recebe parte da potência do núcleo e parte da turbina. O ar que entra é capturado para dentro do motor. Parte do ar atravessa a turbina e continua em direção ao núcleo do compressor e então segue para o queimador onde é misturado com combustível e ocorre a combustão. O calor atravessa o núcleo, as seções da turbina e então saia pelo bico. O resto do ar que entra atravessa a seção da turbina ignorando esse componente, similarmente ao que ocorre em um ventilador. O ar que atravessa o motor possui uma velocidade ligeiramente aumentada. Figura1. Diagrama de um motor turbofan típico, apresentando os locais comuns para utilizam de ligas brazaveis, incluindo aqueles utilizados na seção fria dos motores ( entrada de ar e compressor ) e sua seção quente ( turbina e camará de combustão). A unidade de produção da Morgan Technical Ceramics Wesgo Metals em Hayward na Califórnia produz mais de 15 diferentes composições utilizadas no compressor. Nioro é utilizado sobre o Inconel X750 ou 718 para fornecer a melhor solução sem que ocorra o excesso de crescimento dos grãos durante o recozimento como ocorre com ligas à base de níquel. Nioro é uma liga ouro/níquel de altíssima pureza utilizada para brazagem a vácuo. As Ligas brazaveis de níquel são utilizadas nos compressores e partes da turbina que são produzidas por brazagem. Essas podem ser utilizada na forma de folhas para a brazagem de estruturas do tipo honeycomb e selos metálicos. Na seção do estator de um motor turbonfan, o estator empurra o ar gelado através do motor criando impulso adicional. O estator também possui o papel de reduzir a turbulência. Page 3 of 5
4 Os sistemas turbofan de alimentação de combustível ligas a base de nickel-ouro e nickel-platina são utilizados para unir os tubos e nozzles do sistema de alimentação de combustível. O nozzle de combustível localizado na primeira e na segunda seção de combustão experimenta uma grande quantidade de calor. É necessário ductilidade nas juntas brazadas para ajudar na expansão e vibração da seção de combustível. As ligas a base de ouro ou platina também exibem contraste superior permitindo a utilização da tecnologia de raios-x para checar a integridade dos componentes. Além disso essas ligas apresentam uma ótima resistência a corrosão. Essa é uma área em que fabricantes de motores a jato tem apresentando muito interesse em materiais que possam resistir a temperaturas extremas onde as ligas convencionais falham. Brazagem Ativa Uma área de aumento de interesse é brazagem ativa de metais, que podem ser ligados diretamente.em cerâmicas sem metalização, eliminado vários passos da união com a cerâmica e criando uma selo hermético extramente forte que pode ser utilizado em operações de altas temperaturas. Aplicações no setor aeroespacial incluem nozzles para motores aeroespaciais e turbinas industriais. As ligas brazaveis podem ser utilizadas em qualquer combinação de cerâmicas, carbono, grafite, metais e diamante. As ligas brazaveis ativas (ABAs) são utilizadas em sensores dos motores a jato que utilizam tiras de metal-cerâmica para monitoras o funcionamento do motor. A brazagem é realizada com uma liga de capaz de suportar as temperaturas do motor em serviço 1000ºC (1830ºF). Page 4 of 5
5 As Ligas brazaveis ativas facilitam a união de alguns materiais e componentes que antes não poderiam ser unidos em como um componente, o que é especialmente benéfico para aplicações militares e aeroespacial. Referências [1] National Aeronautics and Space Administration, 12/airplane/aturbf.html, retrieved October 6, 2011 Page 5 of 5
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