Inovações em equipamentos e em parametrização no processo de revestimento por plasma-pó (PTA-P)

Abstract

Em vários setores industriais estão presentes mecanismos de desgaste da superfície das peças. Especialmente no setor de energia, por exemplo, hidrelétrica e de origem fóssil, que se caracteriza por produção intermitente em larga escala, se encontram situações de atrito entre superfícies. Surgem, então, solicitações mecânicas locais que levam à degradação das peças por intermédio de mecanismos de desgaste como abrasão, adesão, cavitação, os quais podem também estar combinados com fenômenos químicos, como corrosão. A proteção prévia por revestimento das áreas solicitadas leva ao aumento da vida útil das peças, ao mesmo tempo em que promove redução de custos. Para determinadas aplicações, é tecnicamente necessário que o corpo da peça apresente propriedades diferentes das do material da superfície. Em outros casos, o desgaste da peça é uma condição intrínseca presente, com a qual se deve conviver, realizando reparos periódicos, como quando é inviável técnica e economicamente a troca da peça (grandes dimensões). Neste caso, o reparo deve prover alta qualidade, de modo a majorar a vida útil da peça. Da mesma maneira, é desejável que o processo de revestimento possua satisfatória produtividade em sua aplicação. Dentre os processos de revestimento se encontram diversas opções de tecnologias, cada qual com suas aplicações e peculiaridades técnicas. Para as aplicações consideradas neste trabalho, é necessária a premissa fundamental de que haja ligação metalúrgica entre o revestimento e o metal de base, originando de fato uma solda. Sendo assim processos que resultam em ligação apenas mecânica, como por exemplo, a Aspersão Térmica, não se adequam. Uma opção a ser considerada é o processo PTA-P (Plasma Transferred Arc - Pó) em operações de revestimento por soldagem. Este processo, devido a algumas de suas características funcionais, permite melhores resultados em relação a outros processos de soldagem atualmente aplicados em revestimentos, em relação, por exemplo, à baixa diluição e alta qualidade superficial. A possibilidade de se misturar diferentes pós também deve ser citada, principalmente no caso P&D de novos materiais. No entanto, apesar de ser utilizado industrialmente, o processo é complexo e seu campo de aplicações é restrito, assim como a literatura. Para que se proponha a introdução de um processo inovativo de soldagem, este trabalho objetivou estudo aprofundado e ensaios direcionados ao conhecimento das bases de seu funcionamento, em relação às possibilidades tecnológicas existentes e influências dos parâmetros sobre os resultados. Além disso, visa-se viabilizar a ampliação a gama de aplicações, por intermédio de inovações tecnológicas, pautadas em conhecimento técnico-científico. Estes fatores representam o cerne do trabalho, que, levando em consideração informações da literatura e experiência da equipe, resultou no levantamento do comportamento do processo para diferentes condições. Neste sentido, uma abordagem ampla foi necessária para possibilitar um melhor entendimento do processo. Da mesma forma, se geraram inovações tecnológicas em componentes do sistema (pulsação de pó, tocha e sistema de alimentação de pó, por exemplo) e em seu software de controle, as quais foram implementadas em um sistema integrado dedicado ao PTA-P.

Parts wear mechanisms emerge in a number of production activities. Especially in the energy sector, like hydroelectrical generation or oil and gas, which are characterized by intermittent large scale production, friction situations between parts and other parts or materials being transported or processed occur. Mechanical load thus arise, which lead to the degradation of parts, by means of wear mechanisms as abrasion, adhesion, cavitation, which may also take effect in combination with chemical phenomena, as corrosion. Previous protection, performed by coating of the loaded areas, leads to increase of part life, as well as to cost reduction, since the normally expensive resistant material can be employed only onto affected regions. Hence, the rest of the part can be manufactured with normal lower cost material. Moreover, for certain applications, it is technically necessary that the body structure of the piece has different properties from the ones of the surface. In other cases, part wear consists in an inherent condition, with which one has to deal with by performing periodic maintenance. In such situations, repair coating must provide high quality, in order to increase the layer#s life. Likewise, it is desirable that the coating process permits satisfactory productivity. Several different technologies are available in regard to coating, each one with specific application fields and technical peculiarities. Concerning the applications taken into account in the present work, one fundamental prerequisite is the metallurgical bond between coating and substrate, i.e. a weld. In this way, processes that result in a mechanical bond only, like Thermal Spray, do not apply. An option to be considered when it comes to coating procedures through welding is the PTA-P (Plasma Transferred Arc # Powder) process. Due to its functional characteristics, this process permits better results over other welding processes also employed in coating in relation to low dilution and high as-welded surface quality, for example. The possibility of mixing different powders must also be mentioned, mainly in the case of R&D of new materials. Nevertheless, although being industrially used, the process is complex and its application field is limited, as well as the available literature. For the proposal of the introduction of an innovative welding process in a determined application, this work aimed at deep investigation and trials targeting the knowledge of its basis in concern to existing technological possibilities and parameters# influence over the results. Additionally, there is the objective of making viable the xxxv expansion of the application field of the process through technological innovations based on technical-scientific knowledge. These factors represented the core of the present work, which, taking literature information and team experience into consideration, resulted in information about the behavior of the process under different PTA-P welding conditions. In this matter, a wide approach was needed to enable a better understanding of the process. In the same way, technological innovations were generated in the PTA-P system (powder pulsation, torch and powder feeder, for example) and in its control software, which were implemented in an integrated PTA-P dedicated welding system.