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May 31, 2023

Del polvo al rendimiento

Intercambiadores de calor AM para aplicaciones aeroespaciales Los intercambiadores de calor son piezas críticas

Intercambiadores de calor AM para aplicaciones aeroespaciales

Los intercambiadores de calor son piezas críticas para la industria aeroespacial. La pieza fabricada tradicionalmente utiliza conjuntos soldados y soldados con aletas de placa, lo que da como resultado espesores y rugosidades conocidos para los departamentos de calidad. Cuando Raytheon Technologies exploró el uso de la fabricación aditiva para reemplazar los intercambiadores de calor de conductos de ventilación existentes, el fabricante multinacional aeroespacial y de defensa se enfrentó a algunos desafíos.

Si bien AM puede crear piezas monolíticas que simplifican la producción y reducen el volumen, el grosor y la rugosidad variados de las paredes delgadas pueden degradar el caso comercial de las piezas producidas por AM. Y las superficies en cuestión no son visibles para la inspección, y la rugosidad cambia según la orientación de la construcción. Para pasar a diseños no tradicionales habilitados por AM, Raytheon primero necesitaba demostrar que el proceso puede producir paredes internas lisas de un grosor específico.

¿Cómo podría Raytheon lograr la calidad y la integridad de los datos necesarios para las piezas AM? Zeiss Group proporcionó la solución con imágenes de microscopía de rayos X y tomografía computarizada industrial para inspeccionar de manera no destructiva las características internas de un intercambiador de calor AlSi10Mg.

AlSi10Mg es una aleación de aluminio que combina silicio y magnesio como elementos de aleación. El resultado de la combinación son piezas ligeras que son significativamente más resistentes y duras que otras aleaciones de aluminio. Esta dureza hace que AlSi10Mg sea ideal para la fabricación de piezas aeroespaciales.

Raytheon utilizó un sistema de TC de rayos X Zeiss METROTOM para realizar un escaneo general del intercambiador de calor a 60 µm por vóxel para verificar el grosor de la pared y los espacios o grietas en las paredes delgadas. Para mejorar aún más el retorno de la inversión, se completaron escaneos de mayor resolución en la parte superior e inferior de la pieza a 15 µm por vóxel y 3 µm por vóxel en un Zeiss Xradia Versa 620. Los escaneos de mayor resolución verificaron el grosor de la pared y permitieron determinar la rugosidad de la superficie. medirse.

Una vez que se completaron los escaneos de inspección no destructivos, se seccionó el intercambiador de calor del conducto del ventilador impreso en 3D para revelar las mismas superficies para la microscopía confocal conformacional de la superficie superior coincidente (piel superior) y la superficie sobresaliente (piel inferior). Esta inspección de la sección excavada actúa como datos reales del terreno para este estudio.

Una vez que se alinearon los datos de la tomografía computarizada de rayos X, se extrajeron las superficies correspondientes para el análisis de la rugosidad de la superficie. Los resultados se compararon con una región extraída similar fotografiada con microscopía confocal. En la superficie superior más suave, los valores de la media aritmética (Sa) y el valle más bajo (Sv) se alinearon bien. Pero para recoger los picos más altos (Sp), se requiere un tamaño de vóxel de 15 µm o menos para que coincida con el análisis de microscopios confocales. Esta discrepancia se produce porque la superficie está formada por pistas superpuestas suaves de fusión que quedan en la superficie por el paso final y con partículas de polvo sinterizado ocasionales para formar los picos más altos.

Cuando el tamaño del vóxel es mayor que la distribución esperada del tamaño del polvo, no se puede confiar en que el análisis detecte los picos del tamaño del polvo. En las superficies de revestimiento descendente, los valores de Sa y Sv aumentan como se esperaba para las superficies sobresalientes de AM. Estas superficies contienen grandes conglomerados de polvo y partículas de polvo individuales, lo que conduce a superficies muy irregulares con grandes picos y valles.

AM se puede utilizar para producir intercambiadores de calor de conductos de ventilador si se considera la orientación de la construcción. Los parámetros también deben optimizarse para la pared delgada que sobresale, que no se puede apoyar o acceder para pulir. CT combinado con XRM es una poderosa herramienta para obtener retroalimentación durante el desarrollo de parámetros y para la inspección de piezas finales.

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