ABSTRACT The Oil and gas exploration is one of the most strategic industrial sectors in the Brazilian economy. The discovery of deep water reserves adds more difficulty to the already problematic use of materials in equipment in extremely corrosive environments. With the objective of increasing the service life of the equipment, and consequently reducing the cost of maintenance and preventing against environmental catastrophes, it is common to use CRA claddings via welding processes, in which the nickel superalloy coatings stand out via the PTA welding process. In this context, the operation of internal cladding of risers becomes extremely complex due to the operational and metallurgical requirements imposed by the application. The present work aims at the development and empirical evaluation of the internal cladding procedure of risers with Nickel-based superalloy 625 via PTA welding process. From tests of cladding on plate, satisfactory preliminary parameters were reached for the performance of internal cladding tests on risers. From the adaptation of the welding parameters, comparative analyzes of three different procedures were carried out, with different weaving amplitude. Visual analysis and inspections were carried out via penetrating liquid and radiography, confirming the welding quality of all procedures performed. Still, proving the metallurgical quality of the developed procedures, analysis of chemical composition was carried out via EDX, presenting satisfactory results. Finally, a financial comparison of the process was elaborated, showing comparatively the consumption of powder and gas, and the time needed for internal cladding.

Resumo Inserido no cenário de inovações e tendências tecnológicas da Industria 4.0, esse trabalho visa obter conhecimento detalhado da influência do intervalo de tempo entre a deposição de camadas como técnica de controle térmico do processo Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) com duas variantes do processo GMAW de alta controlabilidade (CMT e CMT Pulse). A problemática foca na deposição de paredes espessas, buscando emular os desafios da fabricação de peças grande e com média complexidade geométrica, como hélices e fusos, as quais usualmente apresentam secções com esta característica. Embora trabalhos na área de manufatura aditiva apontem o uso do tempo entre camadas como uma ferramenta de estabilização do gradiente térmico, informações detalhadas sobre o comportamento térmico acabam sendo omitidas. Além disso, por questões de produtividade, maior entendimento sobre os fenômenos térmicos envolvidos são necessários, como subsídio para racionalização do ciclo de trabalho (redução de tempos de espera). As duas versões do processo utilizadas possuem alta estabilidade na transferência metálica e alta controlabilidade do aporte térmico se comparado ao GMAW convencional, sendo diferenciais positivos para o WAAM. Os experimentos envolveram a construção de paredes com oito camadas de aço ER309LSi, nas quais variou-se o tempo entre camadas de 0 a 300 s. Pode-se concluir que o ambos os processos são aptos ao WAAM, e, que embora o CMT Pulse tenha aporte energético superior, o controle de temperatura por tempo de espera entre camadas foi capaz de controlar o acúmulo térmico na peça para ambos os processos.

Abstract: Inserted in the scenario of innovations and technological trends of Industry 4.0, this work aims to obtain detailed knowledge on the influence of idle time between layers as thermal control technique for the Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) with two GMAW process variants of high controllability (CMT and CMT Pulse). The problem focuses on the deposition of thick walls, seeking to emulate the challenges of manufacturing big parts with medium geometric complexity, such as propellers and screws, which usually have sections of this thickness. Although works in the area of additive manufacturing point out the use of idle time as a feature to stabilize the thermal gradient, detailed information about the thermal behavior ends up being omitted. Both processes variants used presented high metallic transference stability and low thermal input when compared to the conventional GMAW, being positive differentials for WAAM. In the tests, walls with eight layers were built with ER309LSi steel in which the interlayer idle time varied from 0 to 300 s. It can be concluded that both processes are WAAM compliant, and that although the CMT Pulse has a higher energy input, the temperature control by idle time was able to control the thermal accumulation in the part for both processes.

Abstract: Recent profusion of advanced GMAW process variants impairs understanding of the nature of each one, with the arc rotation technique among them. This paper’s objective is investigating influences of wire-electrode rotation over metal transfer mode and melting rate. A bead on plate experimental matrix was performed and electrical signals acquired in synchronicity with high speed videography. Impacts of electrode rotation were observed on welding voltage and current, whereby rotation speed exerts marked influence. Droplet short-circuiting frequency was affected, culminating in free-flight transfer mode for higher rotation speeds. Increase of melting rate was observed for lower electrical power, indicating efficiency enhancement of the process. Moreover, arc rotation proved to expand controllability of the thermal development of the workpiece. Results are supported by videothermography.

This study analyzed the average temperature value of the metallic droplets and weldpool of the Pulsed GMAW welding process using 309L-Si electrode as the addition metal. The study was based on the formulation and evaluation of pulsed waves, starting from the equation of energy constant (or detachment constant), and waveforms from two commercial welding sources, that were evaluated and reproduced. The technique of filming by high speed infrared radiation was used for evaluation. The results point to a higher droplet temperature for a lower intensity of pulse current, due to longer dwell time at this level, and also revealing that a longer time in the base phase may be responsible for a further heating of the fusion pool.

Resumo Atualmente, no cenário brasileiro de óleo e gás a execução dos processos de soldagem para aços inoxidáveis consiste em sua grande maioria de aplicações manuais, dificultando qualquer aumento de produtividade e repetibilidade dos processos. Portanto, a automação desta etapa permite grandes avanços com resultados mais confiáveis, menores custos relacionados à mão-de-obra e condições de saúde mais favoráveis para os soldadores. Com o objetivo de automatizar a soldagem GTAW em aplicações orbitais, testes experimentais foram realizados em tubos de aço inoxidável 304 L, posicionados na posição 5G de soldagem. As amostras foram soldadas pelo processo GTAW com alimentação dinâmica de arame, utilizando um manipulador robótico em 2 etapas de 180º na progressão vertical descendente. Os parâmetros de soldagem e a condição estável de soldagem obtidos foram discutidos e o comportamento da poça durante a soldagem do passe de raiz foi monitorado por videografia em HDR. Foi possível se alcançar alta velocidade de soldagem no passe de raiz, 50 cm/min com o modo keyhole. O movimento dinâmico do arame contribuiu para alcançar-se grande estabilidade do processo e robustez na soldagem de todos os passes, da raiz ao acabamento. As macrografias e ensaios de raio-x realizados na junta não indicaram a presença de descontinuidades como poros e falta de fusão.

Abstract Currently, in the Brazilian Oil and Gas scenario the execution of welding processes for stainless steel consists mostly of manual applications, rendering hard any increase in productivity and repeatability. Therefore, the automation of this step allows several advances such as more reliable results, lower costs and healthier condition for welders. With the aim of developing automation for GTAW welding of these applications, experimental tests were carried out in a 304L stainless steel pipe laid out at 5G position. The samples were orbitally welded by GTAW with dynamic wire feeding process, using a robotic manipulator in two steps of 180º in vertical down progression. The welding parameters and the stable condition obtained are discussed and the weld pool behavior during the root pass was online monitored by HDR (High Dynamic Range) videography. It was possible to reach high welding speed in the root pass, 50 cm/min in a keyhole mode. The wire dynamic movement contributed to reach great process stability and robustness for all joint passes, from root to finishing. The macrographs and x-ray analysis did not indicate discontinuities as porosity nor lack of fusion.

Resumo O presente trabalho visa obter o conhecimento detalhado de diferentes versões do processo MIG/MAG por transferência em curto-circuito com controle de corrente e sua aplicabilidade na soldagem de raiz em chanfro V sem a utilização de anteparo da poça (backing). Embora muitos trabalhos na área de soldagem de tubos descrevam realizar o procedimento inteiramente mecanizado através de sistemas orbitais, informações mais detalhadas sobre como este foi realizado acabam não sendo divulgadas. Além disso, diferentes condições de aplicação impõem conhecimento mais aprofundado, para devida adaptação / parametrização específica. Nesse contexto, a soldagem de raiz com manipulador orbital mecanizado foi realizada em tubos utilizados na indústria do petróleo e gás, verificando as condições de operação de três versões comerciais do processo MIG/MAG em curto-circuito com controle de corrente, sendo duas com controle eletrônico e uma com controle eletromecânico da transferência metálica. As três versões possuem níveis controlados de energia, bom controle de estabilidade na transferência metálica e baixo índice de respingos, diferenciais na aplicação de raiz. Nos ensaios, feitos em tubos da classe API 5L grau B, foi possível a realização da soldagem orbital em situações nas quais a junta dos tubos apresentava geometria favorável, sem a presença de desnivelamento (high-low) e em condições estreitas dos valores de tolerância para abertura de raiz (gap). Quanto ao perfil geométrico de fusão no chanfro, os ensaios com as versões eletrônicas apresentaram bons resultados sem defeitos que pudessem comprometer a integridade da junta. No entanto, dentro das faixas abordadas, com a utilização da versão eletromecânica, verificou-se a presença de defeitos de falta de fusão, o que gerou hipóteses quanto a diferentes faixas de parâmetros para esta versão na aplicação de raiz em tubos com chanfro V.

Abstract The present work aims to obtain the detailed knowledge of different versions of the MIG/MAG process by short-circuit transfer with current control and its applicability in V-groove root welding without the use of backing. Although many pipe welding researches describe performing the fully machined procedure through orbital systems, more detailed information on how this was accomplished ends up not being disclosed. In addition, different application conditions require in-depth knowledge for proper adaptation/specific parameterization. In this context, root welding with a mechanized orbital manipulator was performed in tubes used in the oil and gas industry, by verifying the operating conditions of three commercial versions of the MIG/MAG process in short circuit with current control, two of which with electronic control and one with electromechanical control of metal transfer. The three versions have controlled levels of energy, good stability control on the metal transfer and low spatter index, differentials in root application. In the tests, which were carried out on API 5L grade B pipes, it was possible to perform orbital welding in situations in which the pipe joint presented favorable geometry, without the presence of unevenness (high-low) and narrow conditions of tolerance values for gap opening. As for the geometric profile of fusion on the groove, the tests with the electronic versions presented good results without defects that could compromise the integrity of the joint. However, within the ranges covered, with the use of the electromechanical version, it was verified the presence of lack of fusion defects, which generated hypotheses regarding different parameter ranges for this version in the root application in V-groove tubes.

Resumo Os sistemas comerciais destinados à automação da soldagem orbital enfrentam desafios perante o controle da trajetória e a parametrização do processo. Os tubos e dutos do setor de Petróleo e Gás apresentam descontinuidades, advindas de sua fabricação, críticas para o processo de soldagem. Para superar isto, o presente trabalho investiga a utilização de sensores para correção em tempo real da soldagem orbital. Um robô antropomórfico atua na condução da tocha. Um sensor a arco para seguimento de junta e um sensor baseado no contato elétrico para procura da junta foram empregados. Um programa em forma de algoritmos para geração de uma trajetória orbital automática e alocação dos parâmetros de soldagem foi desenvolvido. A validação da estratégia proposta e do controle da tocha pelo sensor a arco foi realizada com depósitos em corpos de prova de tubos. A soldagem do passe de raiz com um processo MIG/MAG com controle de corrente no curto-circuito também foi executada em conjunto com o sensor a arco.

Abstract The commercial welding systems for orbital welding automation face challenges regarding the robot path control and the process parameters. Pipes from oil and gas companies present discontinuities caused by the manufacturing stage that are critical for the welding process. To overcome this, the present paper investigates the use of sensors for real time correction in orbital welding. An anthropomorphous robot guides the torch. A through-arc sensor for seam tracking and an electrical contact sensor for seam finding were employed. A program for automatic path planning and welding parameters allocation was developed. The proposed strategy and the arc sensor torch control were validated based on weld deposits on pipe. The root pass welding was next performed using a short-circuit control GMAW process with the arc sensor.

Resumo A característica mais marcante da soldagem TIG Orbital é a constante alteração na posição de soldagem enquanto a tocha acompanha o perfil geométrico dos tubos. No contexto da soldagem TIG orbital de tubos de grande diâmetro e paredes espessas, é investigada a relação entre a posição de soldagem, uso de corrente constante ou pulsada e ainda valor da corrente média nas características geométricas dos cordões obtidos. Foram realizadas soldas de deposição em tubos de aço carbono SAE 1020, bem como macrografias das seções transversais dos cordões via microscopia óptica. Filmagens em alta definição contribuíram para a compreensão do comportamento da poça de fusão nas diferentes posições de soldagem. As características geométricas foram quantificadas através das macrografias com o uso de um software e foi traçada a relação destas com as variáveis citadas. Além disso, foi feita uma análise microestrutural das amostras, correlacionando com a microdureza Vickers. Concluiu-se que cordões soldados com corrente pulsada apresentam maiores reforço e largura, bem como maior dureza e microestrutura mais refinada. A posição vertical ascendente resulta em cordões com menor fator de forma e maior penetração, e a posição sobre cabeça resulta em cordões de baixo fator de forma.

Abstract The most important characteristic of TIG Orbital welding is the constant change in weld position while the torch follows the geometric profile of the pipes. In this context, large diameter and thick wall pipes orbital TIG welds were investigated, by studying the relation between the welding position, use of constant or pulsed current and magnitude of welding current and the resulting geometric characteristics. Weld beads were made on SAE 1020 carbon steel pipes, as well as transversal section macrographs via optical micrograph. High definition filming contributed to comprehension of the weld pool trend on different welding positions. Geometric characteristics were quantified through the macrographs by using software, and its relations with the cited variables were made. Besides that, a microstructural analysis was made, comparing it to Vickers micro hardness. One could conclude that beads made with pulsed current had higher reinforcement and width, as well as higher hardness and a finer microstructure. The ascendant vertical position resulted in low reinforcement form factor and higher penetration, and the overhead position results in low reinforcement form factor beads.

Abstract: When they are damaged by cavitation, hydroelectric power plant turbine blades must be repaired using operations that could benefit from developments in welding technologies. In light of this, the LABSOLDA welding laboratory at the Federal University of Santa Catarina is making efforts to enhance the flexibility and robustness of the powder-fed plasma transferred arc (PTA-P) process so that it can be used in any welding position and with different powders. The use of consumables in powder form in PTA-P welding allows experiments to be carried out to develop an alloy with special properties suitable for use in generator repairs. To this end, the RV-F PF powder feeder, which can operate with consumables with non-standard morphologies and particle sizes, was developed. The feeder was required to provide a regular flow of consumable material in out-of-position welding operations without the need for high gas flow rates and regardless of the morphology or particle size of the consumables. The RV-F PF is shown to operate efficiently with materials whose properties differ greatly from those of standard consumables. It is also suitable for overhead PTA-P welding and provides a constant supply of filler material efficiently with normal gas flow rates. The welding tests carried out involved deposition of a mixture of two alloys and were followed by cavitation testing of the resulting coating.

Resumo Na bibliografia de referência comum, a soldagem por meio da técnica Keyhole sempre foi associada a processos de soldagem com uma alta concentração de energia, como o processo Laser ou o processo Plasma. Novos avanços em tochas TIG estão mudando a forma em como o processo de soldagem TIG deveria ser considerado. Um exemplo desses novos avanços é a tocha comercialmente conhecida como Infocus, que segundo seus fabricantes a principal característica da tocha é a capacidade de concentração de energia na ponta do eletrodo, por médio de um aumento na potência de refrigeração do eletrodo, diferenciando à Infocus de uma tocha convencional TIG. Tal concentração de energia permite à tocha Infocus trabalhar com a técnica Keyhole. Portanto, é objetivo do presente trabalho estudar a factibilidade de uma tocha convencional TIG de usar a técnica Keyhole, com as mesmas condições de trabalho que a tocha comercialmente conhecida como Infocus. Através dos ensaios realizados foi possível confirmar que o processo TIG consegue trabalhar com a técnica Keyhole, sem necessidade de uma tocha com características especiais. Porém, o eletrodo da tocha Infocus possui uma vida maior, em comparação a um eletrodo convencional da mesma composição, aumentando a produtividade do processo.

Abstract In the common reference bibliography, the welding through Keyhole technique it always associated with welding processes with a high energy concentration, such as Laser processes or Plasma processes. New advances in TIG torches are changing the way as the TIG welding process should be considered. An example of these new advances is the commercially known as Infocus torch, which according to its manufacturers, the main feature of these torch is his capacity of energy concentration on the electrode tip, through an increase the electrode cooling power, which differentiate the Infocus of one conventional TIG torch. This concentration of energy allows the torch Infocus to work with Keyhole technique. Therefore, the objective of this work was to study the feasibility of a conventional TIG torch to use the Keyhole technique, with the same working conditions that the torch commercially known as Infocus. Through tests it was possible to confirm that the TIG process can effectively work with Keyhole technique, without need for a special torch. However, the electrode of the torch Infocus has a greater life compared to a conventional electrode of the same composition, increasing the productivity.

De todos os processos de soldagem a arco, o MIG/MAG é o que recebe maior número de inventivas, originando uma quantidade enorme de novas versões. Em virtude disto, surge uma grande dificuldade dos usuários em manterem-se atualizados no estado da arte e de tomarem as devidas decisões, seja na seleção de novos equipamentos, seja na seleção da correta modalidade e respectiva regulagem dentro de um equipamento já disponível. Muitas das novidades vêm ao mercado com uma roupagem tecnológica que nem sempre está muito próxima da verdade científica. Assim, este artigo se propõe a dar uma contribuição a esta questão, abordando a versão CMT (Cold Metal Transfer). É apresentado um estudo das características de fusão, comparando-o com o MIG convencional no caso particular da soldagem com arame de alumínio naval 5183. Os resultados revelam que a aparente baixa potência elétrica desta versão transparecida pelos baixos valores de tensão e corrente média, não é correta. Realmente, para as condições ensaiadas, ela é uma versão de processo MIG com maior potência do que o MIG convencional, quando os procedimentos de cálculo são os corretos. Apesar disso, o CMT se revela uma boa solução para a soldagem de raiz de alumínio devido à adequada cadência e repetitividade da transferência de gotas. A cadência da corrente e da tensão revela uma grande similitude com uma corrente pulsada de onda retangular, mas dentro da faixa de transferência por curto-circuito.

Among all arc welding processes, MIG/MAG is the one experiencing most of the innovations, originating an enormous quantity of new versions. Due to this fact, end users are faced with a great difficulty in keeping up to date with the state of the art and taking due decisions, whether in the selection of new equipment or in the selection of the correct welding mode and respective adjusting of an already available equipment. Many of the novelties come on the market with a technological appeal that not always correspond to scientific truths. Thus, this paper aims at giving a contribution to this question, addressing the CMT (Cold Metal Transfer). A study of melting characteristics is presented, providing comparisons with the conventional short-circuiting MIG/MAG process for the particular case of naval aluminum 5183. Results reveal that the apparent low electrical power of the CMT, suggested by the low average voltage and current, is not correct. Indeed for the adopted conditions it is a variant of the MIG/MAG process with more power than conventional MIG/MAG, when correct power calculation procedures are made. Nevertheless CMT proves itself as good solution for aluminum root pass welds due to the adequate cadence and droplet transfer repeatability. The current and voltage cadence shows a great similarity with a rectangular pulsed wave, but inside a short-circuiting transfer range.

Na sua essência, o objetivo fundamental da utilização da corrente pulsada em soldagem é aumentar a relação potência do processo/velocidade do arame, já que a mesma é muito baixa na transferência por curto circuito. Ocorrem, por isso, soldas com baixa qualidade, principalmente em alumínio e suas ligas e em aços inoxidáveis. Com a corrente pulsada, evitando-se os curtos-circuitos, a relação potência/velocidade do arame aumenta, pois a tensão nunca atinge valores abaixo de 15 V. Então, a lógica de controle é tão somente evitar o curto circuito, sendo, portanto, ilógico a conjectura de sistemas com mais de uma gota por período. O que é vital para a técnica da pulsação é o arranjo físico das variáveis da onda. Por isso, este artigo analisa vários conjuntos de corrente de pulso e tempo de pulso, constituindo diferentes parâmetros de destacamento, e também diferentes diâmetros de gota. É analisado o relacionamento entre as referidas variáveis, considerando o expoente da corrente de pulso igual a 2,3, segundo o pesquisador Amin, e o expoente 2,0, segundo a maioria das adoções da literatura. Foi encontrado, entretanto, o valor de 1,83 como o melhor ajuste para o arame ER4043. Foi demonstrado também que a melhor condição de destacamento é quando esta ocorre logo depois da fase de pulso. Além disso, foi comprovado que o coeficiente de estabilidade (φ) proposto por Gosh não atende aos objetivos propostos.

In essence, the fundamental purpose of the use of pulsed current welding is to increase the relationship power of the process / wire speed, since it is very low in the short circuit transfer. Therefore, welds result in poor quality, especially on aluminum and its alloys and stainless steels. With the pulsed current, avoiding the short circuiting, the relation power / wire speed increases because the voltage never reaches values lower than 15 V. Then, the logic of control is just to avoid short circuits, hence yielding system configuration with more than one drop per period illogical. What is vital for the pulse technique is the physical arrangement of the wave variables. So, this article examines several sets of pulse current and pulse time, constituting different detachment parameters, and also different droplet diameters. The relationship between those variables is examined, considering the exponent of the current pulse equal to 2.3, according to researcher Amin, and the exponent 2.0, according to most adoptions in the literature. However, the value of 1.83 was found as the best fit for the wire ER4043. It was also shown that the best condition of detachment is when it occurs immediately after the pulse phase. Furthermore, it was shown that the stability coefficient (φ) proposed by Gosh does not meet the proposed objectives.

A forma do material de adição confere ao processo PTA-P alguns de seus principais diferenciais de desempenho em relação ao processo com adição de arame. No campo metalúrgico, há maior flexibilidade de manipulação da composição química do depósito pela mistura de pós; o material particulado também favorece maior refino da microestrutura. Em termos de processo, o pó favorece maior controlabilidade da poça metálica e geometria do cordão. Por outro lado, o pó também é a origem de grandes desafios tecnológicos, principalmente em aplicações não convencionais, como na posição sobrecabeça. Assim, o estudo sobre o comportamento do pó em sua trajetória até a poça de fusão foi realizado, como base de conhecimento para inovações do sistema. São descritas as propriedades e processos de fabricação do material de adição e suas implicações sobre o processo. Também neste segundo artigo da série é apresentado um panorama dos parâmetros utilizados em trabalhos industriais e de P&D relatados na literatura, sob diferentes condições e aplicações, incluindo regulagens elétricas e os parâmetros geométricos da tocha e alimentação de material. Com influência fundamental no resultado da solda, também os gases do processo são abordados.

The form of the filler material yields to the PTA-P Process some of its performance distinctions in relation to wire feed. In the metallurgical field, there is manipulation flexibility over the material, and therefore the deposit's chemical composition by means of powder mixture; in addition, greater grain refining is favored by the particulate material. In terms of process, one can mention better molten pool controllability and bead finishing from powder. On the other hand, particulate material consists also in the origin of technological challenges, mainly in non conventional applications, like overhead position welding. Hence, studies on the powder behavior in its way until the welding puddle was necessary as knowledge basis for process innovations. Also this second article of the series presents a panorama of the parameters used in R&D and industrial PTA-P works found in the literature, under different conditions and for different applications. This list comprises electrical adjustments geometric parameters of the torch and material feeding. Having a fundamental influence over the weld results, the process gases are approached as well.

Em vários setores industriais estão presentes mecanismos de desgaste da superficial. Exemplos onde se observa grande impacto desse fator são as áreas de geração de energia, produção e refino de petróleo e mineração, que se caracterizam por processamento contínuo em larga escala. Como solução para este problema, são possíveis duas abordagens: o revestimento prévio das superfícies com materiais de alta resistência e a manutenção periódica. Uma opção para este procedimento é a soldagem PTA-P (Plasma com adição de pó metálico). Inserida no contexto de um projeto dedicado à Pesquisa e Desenvolvimento do processo PTA-P para geração de inovações do sistema e sua parametrização, a ampla Revisão da Literatura que se inicia neste artigo e se estende por mais um procurou incorporar não somente fatores científicos, mas também tecnológicos, com especial atenção a linhas de pesquisa atuais em centros de referência mundial. Apesar de o processo ter suas bases estabelecidas, foram verificados diferentes princípios construtivos, aplicações, vantagens e limitações. Ao longo da série, estas informações são confrontadas entre si e com conhecimento próprio gerado, de maneira crítica e sob critérios concretos. Neste primeiro artigo, são abordados aspectos históricos e conceituais e diferentes projetos de elementos construtivos fundamentais do processo, que incorrem em diferentes faixas de operação e aplicações alvo.

Wear mechanisms are present in several industrial sectors and affect pieces, equipments, reservoirs and pipelines surfaces. Examples where this can be noticed are energy generation, oil production and refining and mining, characterized by large scale continuous processing. Two approaches are possible as solutions for this problem: previous surface coating with high resistance materials and periodic maintenance. An option for this procedure is PTA-P Welding (Plasma Transferred Arc with Powder as filler material. In the framework of a R&D project dedicated to innovations regarding PTA-P equipment and parameterization, this two part article series provides a wide Literature Review concerning not only scientific, but also technological aspects, with special attention given to current research lines of world reference center. Despite being well established in its basic principles, a profusion of different constructive features, applications, advantages and limitations of the PTA-P could be observed. Along this series this information will be confronted mutually and with in-house generated knowledge in critical approach, under concrete criteria. This first article deals with historical and conceptual aspects and different projects of fundamental system constructive elements, giving rise to different operation ranges and target applications.