Instituto de Soldagem e Mecatrônica

Ensino, pesquisa e desenvolvimento em Tecnologia de Soldagem:
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:: Projetos - Processos
 

VENCENDO A CAVITAÇÃO DAS TURBINAS

INTRODUÇÃO

   Em maior ou menor escala, todas as turbinas hidráulicas sofrem o fenômeno da erosão por cavitação. Nas mais antigas, onde o projeto hidráulico não é tão avançado como as que são fabricadas atualmente, a reposição necessária de material pode atingir uma tonelada ou mais em cada parada. Esta grande reposição de material e a sua freqüência ao longo do tempo tem comprometido o estado de funcionamento de muitas turbinas.

   Esta problemática poderia estar sendo minimizada há alguns anos, mas não o é por razões de conhecimento técnico, de visão econômica e de tradição comportamental. Esta última que impõe a manutenção de paradigmas, corroborada pelo marketing das grandes empresas, não tem permitido a implementação de novas tecnologias na execução dos serviços de reparação. Quanto à visão econômica, depara-se com vários fundamentos mal embasados. Entre eles, um que resulta em conseqüências drasticamente dramáticas, é o significado de produtividade.

   O entendimento do significado deste termo é uma questão das mais importantes, que pode conduzir a direções completamente opostas. Em soldagem de deposição, o que é mais comum é a consideração da taxa de fusão do arame-eletrodo como indicativo de produtividade. Este indicativo é sobejamente adequado para a empresa contratada da obra dentro das condições de como normalmente o contrato é firmado no Brasil, os seja, por quilo do material consumido. Dentro desta concepção, quanto pior for o processo e procedimento, mais favorável será a obra para a empresa contratada, pois receberá mais dinheiro em função dessa maior quantidade de material. Todavia, haverá um fator jogando contra esta empresa que é o tempo de esmerilhamento, além de que muitos locais terão de ser re-soldados em função do aparecimento de defeitos, como falta de fusão e porosidades.

   A conduta das empresas geradoras de energia elétrica mudaria completamente, se o entendimento de produtividade abordasse um caráter sistêmico, em que a consideração da taxa de fusão do arame-eletrodo fosse apenas em detalhe pequeno, mas sim que fosse considerado o trabalho como um todo. Nesta visão, além da questão do re-trabalho, deveria ser considerada a perturbação que causa para o ambiente de trabalho, os serviços de esmerilhamento, afetando maléficamente em muito a produtividade. Além de tudo, o que deveria ser realmente considerado seria a qualidade dos depósitos no que concerne a sua resistência a cavitação e, portanto, o tempo de utilização da turbina sem a necessidade de uma nova parada para manutenção. Infelizmente, este tipo de abordagem não é a regra, mas sim a excessão.

LIGAS UTILIZADAS PARA PRENCHIMENTO/REVESTIMENTO

   A atual fase de desenvolvimento tecnológico mundial conduziu a ligas austeníticas ligadas ao Co, especificamente resistentes às condições de intensa cavitação.

   Algumas hipóteses são sugeridas para explicar este aumento de resistência a este fenômeno. Uma delas é baseada no mecanismo de endurecimento superficial, associado às transformações de fase g ® a’ e/ou g ® e causadas por deformações oriundas dos colapsos das bolhas e/ou microjatos contra a superfície. Observa-se redução na taxa de perda de material, na ordem de dez vezes, relativamente aos aços inoxidáveis 308 e 309 e, desse modo, conduzindo a um aumento no período de funcionamento dos equipamentos.

   As citadas ligas ao cobalto foram inicialmente fornecidas somente para o processo eletrodo revestido, que por sua própria natureza confere uma baixa produtividade. O lançamento dessas ligas na forma de arames para o processo MIG/MAG foi viabilizado somente na forma tubular, uma vez que era impossível uma trefilação com tal composição química na forma maciça devido à alta dureza do material.

   A soldabilidade, do ponto de vista operacional se revelou problemática, implicando em mau acabamento, falhas de fusão e, sobretudo muita porosidade. Assim sendo, a excelente qualidade do material com relação à resistência à cavitação fica seriamente comprometida porque os defeitos passam a se constituir em regiões propícias à cavitação e, por conseqüência, pontos de nucleação do arrancamento metálico. Toda essa problemática tem feito com que as empresas geradoras de energia elétrica, ou tenham desistido de usar tais arames, ou nem sequer tenham se aventurado a se introduzir no assunto. Para contribuir ainda negativamente, o preço de tais arames pode atingir algumas vezes o preço de um arame inox convencional, não só pela característica da liga, mas principalmente por ser um produto importado.

NOVOS DESENVOLVIMENTOS PARA A SOLDAGEM COM ARAMES AO COBALTO

   Diante da dificuldade operacional do processo MIG/MAG com arames ao cobalto, dificuldade ressaltada pelas posições desfavoráveis de soldagem, o Laboratório de Soldagem da UFSC, desenvolveu uma tecnologia completa (Patente: Privilégio e Inovação. n. PI0004698-1, "Soldagem MIG/MAG com Pulsação Térmica". 15 de set. de 2000), incluindo os equipamentos que revolucionaram a aplicação dos arames ao cobalto, no processo MIG/MAG para a recuperação de turbinas hidráulicas.

   O fundamento da tecnologia é a associação das vantagens da pulsação, tanto do processo MIG/MAG, como do processo TIG, razão pela qual, o processo foi denominado de MIG/MAG pulsado com pulsação térmica ou duplamente pulsado. A pulsação da corrente em freqüência compatível com a formação de gotículas na ponta do arame-eletrodo (a partir de 30 Hz) tem a finalidade de controlar a transferência metálica, produzindo um arco estável. Fazendo-se com que a corrente média desta pulsação MIG varie de forma a produzir ciclos térmicos, conforme ocorre no processo TIG pulsado (na faixa de 0,5 a 2 Hz), produz-se um efeito de adequação e sustentação da poça metálica com uma conseqüente extrema melhoria na qualidade do depósito, não só do ponto de vista de acabamento, mas sim relativamente as suas características intrínsecas.

   Por causa da ação dos ciclos térmicos produz-se uma agitação na poça metálica, fazendo com que os elementos químicos na forma de pó, do interior do arame, se misturem adequadamente com a capa do arame. O mesmo efeito de agitação expulsa os gases dissolvidos, eliminando as porosidades. Os ciclos de alta energia atuam no sentido de eliminar a falta de fusão, enquanto que os ciclos de baixa energia são os responsáveis pela adequada sustentação do banho metálico na posição sobre-cabeça. Do ponto de vista visual, o depósito se apresenta extremamente superior a um depósito realizado com o MIG convencional, como é exemplificado pela figura 1.

Fig. 1 – Foto de uma região soldada com arame ao cobalto com parte pelo sistema pulsado térmico (A) e Convencional (B)

   O equipamento desenvolvido para prover este sistema de soldagem, além de comandar os referidos ciclos térmicos de soldagem, tem a possibilidade de comandar valores diferentes da corrente para satisfazer uma fase de inicialização do cordão de solda e uma fase de finalização.

   Estas respectivas fases são comandadas pelo soldador através de botão da tocha. Quando o soldador pressiona o botão e o mantém, vigora uma corrente pulsada sem oscilações térmicas. No instante em que o soldador soltar o botão, passa a vigorar a fase de regime, onde se tem as oscilações de corrente entre valores médios altos (pulso térmico) e valores médios e baixos (base térmica). A fase de finalização se inicia no instante em que o soldador novamente pressionar o botão, e termina quando ele soltar (fig.2).

Fig. 2 – Oscilograma idealizado do processo MIG/MAG pulsado com pulsação térmica.

   O equipamento de soldagem desenvolvido utiliza a mais moderna concepção eletrônica, tanto de controle, como de potência e, por ser microprocessado, está sempre apto, a receber inovações por implementação de seu “software” de controle. A aparência física do equipamento é apresentada na figura 3.

Fig. 3 – Fonte MTE DIGITEC 450 desenvolvida para o sistema pulsado com pulsação térmica

 
 

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