Cazo Pelton de fabricación aditiva por láser de alambres

Entre los distintos tipos de turbinas que se utilizan actualmente en la producción de Energía hidráulica, la turbina Pelton es una de las más complejas y fascinantes en cuanto a diseño. (Foto 1: Turbina Pelton).

Los Cazos están sometidos a grandes esfuerzos y su intrincada forma es un factor clave para garantizar la eficiencia óptima de la central de Energía.

Métodos habituales de fabricación de una turbina Pelton

Hay varias formas de fabricar una turbina Pelton. En la mayoría de los casos, este tipo de turbina se mecaniza por completo, partiendo de un gigantesco disco forjado de acero inoxidable CA6NM, lo que implica una gran pérdida de material.

Para las turbinas más grandes, pueden añadirse cabezales de cazo soldándolos al disco forjado premecanizado. Este proceso de fabricación reduce la pérdida de materia prima, pero aumenta la complejidad del proceso de producción debido a la precisión necesaria durante la aplicación de la unión.

La fabricación aditiva ofrece oportunidades para mejorar los métodos de producción.

La impresión 3D en metal está cada vez más extendida en la industria. Esta nueva tecnología se ha establecido gracias, no sólo a una evolución continua de los procesos de soldadura (láser, arco, etc.), sino también de los consumibles de soldadura. Permite fabricar piezas añadiendo material lo más cerca posible de las dimensiones finales previstas, incluso para geometrías muy complejas.

Este nuevo método de producción cambia las reglas del juego. Los fabricantes pueden ser más competitivos reduciendo drásticamente los costes de producción y los plazos de entrega, lo que aumenta las oportunidades de hacer nuevos negocios.

El uso de la fabricación aditiva por arco de alambre (WAAM) ya se ha utilizado con éxito para la producción de una turbina Pelton. En 2019, la planta de fabricación de ANDRITZ Hydro, con sede en Ravensburg, construyó con éxito los Cazos de una turbina Pelton de 5020 mm, utilizando su tecnología MicroGuss™ , pero el uso de la fabricación aditiva con láser de hilo es una primicia mundial.

Primer cazo Pelton del mundo fabricado por aditivos láser de alambre

IREPA LÁSER y Welding Alloys combinaron sus conocimientos y habilidades para fabricar un cazo Pelton utilizando la tecnología de hilo láser AMFREE. (Foto 2: Vista general del Cazo Pelton WLAM).

Tecnología de fabricación única

La fabricación aditiva por láser de alambres fue realizada por IREPA LÁSER, utilizando una célula robotizada específica. Esta herramienta de producción integra la tecnología AMFREE láser-multihilo, que permite fundir varios hilos simultáneamente, lo que conduce a un aumento significativo de la tasa de deposición, garantizando al mismo tiempo una estabilidad óptima del proceso.

Para fabricar el Cazo Pelton, cada una de las capas se produjo siguiendo una metodología especial. Empezando por el contorno de la forma (para garantizar una superficie exterior lisa), seguido del relleno de la forma (para garantizar una excelente compacidad).

(Foto 3: Cazo Pelton en fabricación con cabezal de soldadura multihilo-láser)

El Cazo final fabricado mide 360 mm de alto, 340 mm de ancho y tiene una profundidad de 170 mm.

Se necesitaron 14 horas para producir este Cazo de 61 kg con una tasa media de depósito de 5-6 kg/h, utilizando un Alambre tubular con núcleo metálico de 1,2 mm de diámetro. Los últimos avances ya indican que sería posible alcanzar hasta 8 kg/h.

Alambres tubulares avanzados

Welding Alloys dispone de una gama completa de Alambres tubulares de acero inoxidable martensítico blando (13%Cr-4%Ni) dedicados a la industria hidroeléctrica. En este ejemplo, utilizamos nuestro alambre CHROMECORE M 410NiMo-G ø1,2mm.

El uso de Alambres tubulares ofrece numerosas ventajas para la fabricación aditiva:

• Un Alambre tubular está compuesto por una vaina tubular rellena de polvos metálicos, lo que permite ajustar su composición química en función de las necesidades del cliente.
• Hay mucha flexibilidad en la fabricación de Alambres tubulares; es posible suministrar desde sólo 15 kg de alambre en una bobina hasta varias toneladas.
• El uso de un alambre tubular aumenta la productividad porque la sección transversal es pequeña y, por tanto, el alambre tubular se funde más rápido que un alambre macizo.
• La fusión suave de este alambre hace que haya muy pocas salpicaduras y que la alimentación del alambre sea óptima.

En casos de tensión extrema y, por tanto, de desgaste prematuro, también es posible depositar un alambre especial en la superficie interna del cazo para ofrecer una resistencia superior al desgaste por cavitación, utilizando nuestro alambre CAVITALLOY.

Este alambre de recargue duro deposita una aleación austenítica con cromo, cobalto, manganeso, silicio, con adición de nitrógeno, especialmente desarrollada para resistir la cavitación y la erosión extremas.

El uso de Alambres tubulares avanzados de Welding Alloys combinados con las soluciones de fabricación de Alambres tubulares por Láser AMFREE, ofrece nuevas y excitantes oportunidades y posibilidades a la industria de la Energía hidráulica.

Vea el vídeo de la fabricación de este Cazo Pelton