Resumo: Rotores de turbinas hidráulicas estão sujeitos a falhas ou trincas ou desgaste por cavitação. Atualmente, os rotores são fabricados em aço carbono ou aço inoxidável martensítico. Os reparos de regiões desgastadas ou trincadas são normalmente feitos por processos de soldagem a arco elétrico. Cada material de fabricação do rotor e/ou tipo de reparo necessita de procedimento específico, critérios de inspeção e aceitação adequados e precauções para garantir o sucesso do reparo, bem como prevenir futuras incidências precoces de falhas. Materiais de adição resistentes ao desgaste têm sido aplicados por soldagem ou aspersão térmica, sendo que essa última técnica não altera características metalúrgicas e propriedades mecânicas do material dos rotores. Por diversos anos, as empresas Copel GeT, Lactec, UTFPR e UFPR cooperam e tem colaborado com estudos de diferentes técnicas, metodologias de aplicação e processos de reparo de rotores hidráulicos. Este artigo objetiva apresentar uma breve compilação e exemplos de resultados obtidos nesses diferentes estudos aplicados a rotores reais.

Abstract: Hydraulic runners are susceptible to failures by cracks or wear by erosion, corrosion, or cavitation. The modern runners are fabricated in carbon steel and martensitic stainless steel. Arc welding processes normally do the repair of eroded areas, or cracked parts. Each material or type of repair needs specific criteria, procedures, and precautions to guarantee their success and prevent future issues, like the recurrence of the cracks or reduction of the useful life of the runner by modifications of the original material. Wear-resistant coatings are applied by welding or by thermal spray processes, considering this last one has no metallurgical interaction with the material of the runner, keeping the original properties of the material. For several years the companies Copel GeT, Lactec, UTFPR, and UFPR collaborate on the study of different techniques, methods, and processes to repair hydraulic runners, this work aims to present a short compilation, and examples of some results obtained applied on real runners.

Atualmente os aços inoxidáveis martensíticos tem sido utilizados para a fabricação de turbinas hidráulicas, devido principalmente a sua elevada tenacidade. Entretanto, estes aços apresentam algumas restrições com relação à regiões recuperadas por soldagem, principalmente em razão da formação de martensita não revenida, a qual gera redução na tenacidade. Considerando as aplicações de reparo de turbinas hidráulicas, há grande interesse em desenvolver procedimentos de soldagem que elevem a tenacidade ao impacto e evitem os tratamentos térmicos pós-soldagem (TTPS). O presente trabalho busca analisar a influência da temperatura de interpasse na microestrutura, tenacidade ao impacto e propagação de trincas por fadiga nas uniões soldadas multipasse do aço inoxidável martensitico CA6NM usando AWS410NiMo como metal de adição, e processo TIG (tungsten inert gas). Observou-se a influência da temperatura de interpasse na formação de ferrita d, com formação intergranular no campo bifásico δ+γ, na amostra com temperatura interpasse de 80ºC, enquanto que na amostra soldada a 150ºC a formação de ferrita d ocorreu principalmente no campo monofásico. A alteração na formação da ferrita d, com a menor temperatura, promoveu um aumento na tenacidade ao impacto e uma diminuição na velocidade de propagação de trinca, quando comparada com a amostra soldada com maior temperatura de soldagem. Os resultados obtidos indicam que o processo TIG apresenta-se como uma excelente alternativa para o reparo do aço CA6NM, observando-se também uma influência significativa da temperatura de interpasse.

Martensitic stainless steels have been used for hydraulic turbines manufacturing, because its high toughness. However, these steels have some restrictions regarding regions recovered by welding, mainly by non-tempered martensite formation, promoting toughness reduction. Concerning hydraulic turbine repairs, there is a great interest in welding procedures development that promotes a better toughness, without post welding heat treatment (PWHT). The mainly objective of this paper is analyze the influence of interpass temperature on the microstructure, impact toughness and fatigue crack propagation in CA6NM martensitic stainless steel multipass welded joints, with AWS410NiMo filler metal, with GTAW (gas tungsten arc welding). It was observed the interpass temperature influence on ferrite δ formation, observing intergranular ferrite d formation on the d+g field in 80 ºC interpass temperature, while the sample welded at 150 ºC the formation of ferrite d occurs mainly in the δ monophase field. Ferrite d formation with the lowest temperature interpass promoted an increase in impact toughness and a decrease in the fatigue crack propagation when compared with 150ºC interpass temperature sample. It was observed that GTAW process can be an excellent alternative for CA6NM hydraulic turbine repair, it was also observed a significant interpass temperature influence.

ASTM A743-CA6NM é um aço inoxidável martensítico muito utilizado na fabricação de turbinas hidráulicas devido a sua elevada tenacidade, entretanto apresenta restrições com relação à regiões recuperadas por soldagem. Diferentes técnicas de deposição tem sido aplicadas com o intuito de reduzir ou eliminar a tensão residual. A deposição de revestimentos resistentes a cavitação é outra forma importante de aumentar a vida útil destes componentes. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência do tipo e intensidade de corrente de refusão por plasma na microestrutura, composição química e microdureza de um revestimento Fe-Mn-Cr-Si resistente a cavitação depositado por aspersão térmica arco elétrico sobre aço ASTMA743-CA6NM. Observou-se que a adoção de menores valores de corrente média, assim como a utilização de corrente pulsada reduziram a formação de ferrita δ e a espessura final da ZTA, possibilitando a formação do revestimento com menores alterações na microestrutura do metal base. Verificou-se que a microestrutura e microdureza dos revestimentos refundidos não se mostraram muito sensível a variações na diluição do metal base. A utilização de corrente contínua promoveu um alinhamento da estrutura dendrítica no sentido da movimentação da tocha, entretanto este comportamento não foi observado em revestimentos refundidos com corrente pulsada.

ASTM A743-CA6NM martensitic stainless steel have been used in hydraulic turbines manufacturing, but show some restrictions in welded recovered areas. Different techniques have been applied in order to reduce or eliminate residual stress, with life increase. The deposition of cavitation resistant coatings is another important way to increase the service life of these components. The objective of this study is evaluate the influence of type and intensity of plasma remelting current on the microstructure, chemical composition and microhardness of the Fe-Cr-Mn-Si cavitation resistant coatings deposited by arc thermal spray process on CA6NM steel. It was observed that lower level of current, as well as, the use of pulsed current reduce ferrite δ layer and HAZ thickness, reducing base metal modifications during coating remelting. It was observed that base metal dilution alterations did not promote any significant modification on microstructure and microhardness of the remelted coatings. Constant arc remelting current promoted a microstructure alignment with plasma torch dislocation, this behavior was not observed in pulsed current remelted coatings.

A necessidade de diminuição dos tempos de parada e custos de manutenção de turbinas geradoras de energia elétrica tem motivado o desenvolvimento de novos materiais e processos de recuperação de áreas cavitadas. Atualmente diferentes processos automatizados de soldagem vêm sendo estudados, principalmente a soldagem por plasma de arco transferido, PTA (plasma transferred arc), em substituição à soldagem FCAW (flux cored arc welding). O processo PTA apresenta como principais vantagens a baixa diluição, estreita zona termicamente afetada, excelente estabilidade de arco e baixo índice de respingos, entretanto, poucas ligas resistentes à cavitação foram desenvolvidas para este processo. Este trabalho tem por objetivo comparar três ligas resistentes à cavitação com Cobalto, depositadas por PTA. A primeira desenvolvida para soldagem FCAW, a segunda desenvolvida para soldagem PTA e uma liga nacional em desenvolvimento do tipo inoxidável austenítica com cobalto. As amostras foram analisadas através de microscopia ótica, eletrônica de varredura, microdureza Vickers, raios-X e ensaio de cavitação acelerada, ASTM G-32-95. Os resultados mostraram a formação de microestruturas austeníticas refinadas nas três amostras. A liga comercial desenvolvida para soldagem PTA apresentou melhor estabilidade do arco, além de menor quantidade de defeitos. A liga nacional apresentou bom resultado durante a deposição, enquanto que a liga FCAW apresentou melhor resultado no ensaio de cavitação.

The necessity of time and maintenance costs reduction, in electric energy generation turbines promotes the development of new materials and processes to recovering cavitated areas. Nowadays different automated welding process have been studied, mainly, plasma transferred arc welding, PTA, in substitution to flux cored arc welding FCAW. PTA process presents as main advantages: low dilution, narrow heat affected zone and excellent arc stability, however, few cavitation resistant alloys are developed for this process. This work has the objective to compare three cobalt cavitation resistant alloys, deposited with PTA process. The first alloy is a cobalt stainless steel alloy developed for FCAW process, the second is a cobalt stainless steel alloy developed for PTA process and a national developed stainless steel alloy with cobalt. The samples were analyzed by optical and electronic microscopy, micro hardness and accelerated cavitation test, ASTM G32-95. The results show that a refined austenitic microstructure was observed in all samples. The commercial alloy, developed for PTA welding, presented a better arc stability and lower quantity of defects. The national alloy had shown good result during deposition, while FCAW alloy presented better cavitation resistance.