Shot peening, flap peening o expansión en frío: ¿cuál elegir?
Shot peening, flap peening o expansión en frío: compare zonas, profundidad, controles y casos de uso para elegir el tratamiento contra la fatiga.
Una grieta de fatiga nace casi siempre en la superficie o en el borde de un taladro, donde la tensión de tracción local es máxima. El shot peening (granallado de pretensado), el flap peening (o flapper peening) y el cold working (o expansión en frío, cold expansion) persiguen el mismo objetivo: introducir una capa de tensiones residuales de compresión que retrase el inicio de grietas y frene su propagación. Lo consiguen por tres vías distintas y no son intercambiables. Esta comparativa está pensada para el ingeniero de métodos o de estructuras —en un fabricante, un MRO o una aerolínea— que debe elegir el tratamiento adecuado para mejorar la resistencia a la fatiga.
Shot peening: la superficie de una pieza completa
El shot peening proyecta a gran velocidad una granalla calibrada (acero, cerámica o vidrio) sobre la superficie. Cada impacto deforma plásticamente una fina capa de metal; el material subyacente, que permanece elástico, la mantiene en compresión. La profundidad afectada es del orden de algunas décimas de milímetro y depende directamente del tamaño de la granalla, de la intensidad y del material: como regla práctica, es del mismo orden que el diámetro del medio empleado.
El proceso se controla con dos magnitudes. La intensidad Almen, medida con las probetas, el portaprobetas y el comparador definidos en SAE J442 y determinada mediante una curva de saturación según SAE J443 (la saturación es el punto en que duplicar el tiempo de exposición no aumenta la flecha más de un 10 %). La cobertura, es decir, la fracción de superficie realmente impactada, determinada según SAE J2277. Las especificaciones de referencia son AMS 2430 (shot peening automático) y AMS 2432 (shot peening controlado por ordenador), completadas por las especificaciones de cada fabricante. El shot peening se realiza sobre todo en taller, en cabina, lo que lo convierte en el tratamiento natural de piezas nuevas y piezas desmontadas: largueros, herrajes, discos, álabes, muelles y componentes de tren de aterrizaje.
Flap peening: el shot peening que va al avión
El flap peening —también llamado flapper peening o rotary flap peening— utiliza una herramienta rotativa portátil cuyas láminas llevan bolas adheridas. Al girar, las láminas golpean la superficie y producen el mismo mecanismo de compresión superficial que el shot peening, sin granalla suelta que confinar ni recuperar. Se rige por AMS 2590 (Rotary Flap Peening of Metal Parts), y los conjuntos de láminas se definen en AS2592.
Su punto fuerte es la movilidad: permite tratar una zona limitada directamente sobre la aeronave, en hangar o en línea, normalmente tras eliminar una corrosión o un daño por amolado (blend-out), cuando el manual de reparación exige restablecer la capa de compresión. El control sigue siendo el del peening —intensidad y cobertura— con una particularidad: las flechas Almen obtenidas con el portaprobetas magnético deben convertirse antes de trazar la curva de saturación. El proceso exige un operario entrenado, ya que la regularidad depende de la velocidad de giro, del ángulo y del barrido. Es adecuado para superficies accesibles y radios no demasiado cerrados; no sustituye a una cabina para una pieza completa.
Cold working: compresión alrededor de los taladros
El cold working —o expansión en frío— trata un taladro, no una superficie. En el proceso split sleeve de FTI, un mandril cónico con un casquillo partido lubricado se hace pasar a través del taladro. El paso dilata la pared por encima de su límite elástico; tras la recuperación elástica del material circundante, queda un anillo de compresión alrededor del taladro. Según FTI, esta zona se extiende desde aproximadamente un radio hasta un diámetro más allá del borde del taladro (para taladros de hasta 1/2 pulgada en la mayoría de los materiales), con un pico de tensión circunferencial cercano al límite elástico a compresión del material. La compresión es, por tanto, mucho más profunda, pero localizada alrededor del taladro.
El control no se basa en probetas Almen sino en la geometría: diámetro del taladro inicial verificado con galga, mandril y casquillo adaptados al diámetro, expansión aplicada de unos pocos puntos porcentuales del diámetro y, después, escariado final a la cota funcional. Un mandril desgastado produce una expansión insuficiente, de ahí las verificaciones sistemáticas del utillaje. En Boeing la referencia es BACC 5060; en otros casos se aplica la especificación de FTI o la del fabricante. El fabricante indica una mejora de la vida a fatiga de al menos 3 veces en la mayoría de los casos. El utillaje es portátil y el proceso se aplica tanto en producción como en reparación. Kronos Engineering es socio oficial de FTI para la expansión en frío split sleeve.
Tabla comparativa
| Criterio | Shot peening | Flap peening | Expansión en frío |
|---|---|---|---|
| Principio | Granalla suelta proyectada en cabina | Herramienta rotativa con láminas y bolas adheridas | Mandril cónico y casquillo partido pasados por el taladro |
| Zona tratada | Superficies, pieza completa o zonas enmascaradas | Superficie local y accesible | Pared y entorno de un taladro |
| Profundidad de compresión | Algunas décimas de mm (orden del diámetro de granalla) | Capa superficial, según la intensidad obtenida | De un radio a un diámetro alrededor del taladro (datos de FTI) |
| Dónde | Taller | Taller u on-wing | Taller o sobre la aeronave, utillaje portátil |
| Control | Intensidad Almen (SAE J442/J443), cobertura (SAE J2277) | Intensidad Almen convertida, cobertura | Taladro inicial con galga, expansión aplicada, escariado final |
| Referencias | AMS 2430, AMS 2432, especificaciones del fabricante | AMS 2590, AS2592 | Especificación FTI, BACC 5060, especificaciones del fabricante |
| Caso típico | Pieza nueva, pieza desmontada, tren de aterrizaje | Reparación local tras blend-out | Taladros de fijación en estructura |
Cómo elegir según el caso
Reparación on-wing de una zona corroída
Tras eliminar la corrosión, la superficie amolada ha perdido su capa de compresión original. Si el manual de reparación exige un peening y la pieza no puede desmontarse, el flap peening es la respuesta: intervención en hangar o en línea, sin cabina, con control de intensidad y cobertura in situ. Si la zona incluye un taladro de fijación, la expansión en frío del taladro rectificado puede sumarse al tratamiento superficial.
Taladros de fijación en estructura
Los taladros son concentradores de tensiones que el granallado superficial no trata con eficacia en profundidad. La expansión en frío está diseñada para ellos: uniones de ala, cuadernas, larguerillos y herrajes, tanto en producción como en reparación tras un sobredimensionado. Es el proceso a elegir en cuanto la fisuración se inicia en el borde de un taladro.
Pieza nueva en producción
Para una pieza mecanizada que deba tratarse en toda su superficie o en zonas definidas en el plano, el shot peening en cabina —automático según AMS 2430 o controlado por ordenador según AMS 2432— ofrece la mejor repetibilidad. Si la pieza tiene taladros críticos, se realiza además la expansión en frío, en el orden fijado por la gama del fabricante.
Tren de aterrizaje
Los aceros de ultra alta resistencia de los trenes son sensibles a la fatiga y suelen llevar recubrimientos. El shot peening en taller, realizado antes de los recubrimientos electrolíticos como el cromado en las gamas de revisión, sigue siendo la norma para piezas desmontadas. El flap peening solo interviene para retoques locales previstos en la documentación del fabricante.
Preguntas frecuentes
¿Es el flap peening equivalente al shot peening?
El mecanismo es el mismo y el control también se basa en la intensidad y la cobertura, pero se rige por una especificación propia, AMS 2590. Solo sustituye al shot peening cuando el documento de reparación lo autoriza.
¿Se puede granallar un taladro en lugar de expandirlo en frío?
El granallado de taladros existe, pero solo genera una capa superficial. La expansión en frío crea una zona de compresión mucho más amplia alrededor del taladro; cuando el plano o la reparación prescriben cold working, no hay equivalencia.
¿Qué evidencias de conformidad recibimos?
Para el peening: registros de intensidad, curva de saturación y verificación de la cobertura. Para la expansión en frío: control del taladro inicial y del utillaje y, después, la cota final. Todo se documenta en el marco de los referenciales NADCAP del cliente, directamente o mediante subcontratistas homologados.
Un solo interlocutor para los tres procesos
Los ingenieros de Kronos Engineering ejercen los procesos especiales desde 2009 y dominan los tres tratamientos, en taller y en campo, en más de 50 países, con un servicio AOG 24/7. Descríbanos la pieza, el material y la zona a tratar: le ayudaremos a elegir el proceso adecuado y responderemos a su solicitud de presupuesto en un plazo de 12 horas laborables. Contacte con nosotros.