Resumo: No Brasil mais de 60% da energia elétrica vem da geração hidrelétrica. Neste tipo de geração, alguns componentes são frequentemente expostos a fenômenos de desgaste, sendo um dos principais a erosão por partículas sólidas. A utilização de revestimentos é uma interessante alternativa para a redução de desgaste, sendo que a aspersão térmica se destaca como uma solução de baixo impacto ao material base do componente. Neste trabalho, uma liga comercial para aplicações anti-desgaste foi aplicada por aspersão térmica a arco elétrico (ASP) em substrato de aço carbono e submetida a tratamentos superficiais de lixamento, polimento e jateamento com esferas de aço (shot peening). Os revestimentos com e sem tratamentos superficiais foram avaliados quanto à morfologia e dureza e então submetidos a ensaios de erosão por jato de lama (slurry jet). Foi verificado que o revestimento tende a apresentar os mesmos mecanismos de erosão de materiais brutos. Além disso, observou-se que o lixamento e polimento reduzem a erosão nos primeiros minutos de ensaio, porém o ganho não compensa a massa perdida na execução dos próprios tratamentos. O shot peening reduziu a resistência à erosão do revestimento.

Abstract: Currently in Brazil, more than 60% of electric energy comes from hydro generation. In hydroelectric generation, some mechanical components are often exposed to wear phenomena, and solid particle erosion is one of the most usual. The use of coatings is an interesting alternative to reduce the wear and thermal spray technology appears as a relevant solution with minimum impact to the component substrate. In this work, a commercial wear resistant alloy was applied on carbon steel substrate by Arc Spray Process (ASP) and subjected to surface finishing of single-step sanding, full polishing and shot peening. Coatings with and without surface treatments were evaluated for morphology and hardness and then subjected to slurry jet erosion tests. The results indicated that the coating tends to present the same erosion mechanisms expected for bulk materials. The surface sanding and polishing reduced the initial wear rates however, it did not compensate the mass loss caused by the finishing processes themselves. The shot peening reduced the erosion resistance of the coating.

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.

Resumo: Este trabalho tem como objetivo estudar o efeito do pré-aquecimento e de único e múltiplos passes no grau de porosidade, oxidação e microdureza no processo de revestimento obtido por aspersão térmica chama arame. A oxidação ao ar de partículas aspergidas após ancoragem afeta o desempenho para o aço inoxidável duplex AF2209 depositado por aspersão térmica chama arame em substrato de aço estrutural pré-aquecido com maçarico à diferentes temperaturas. O percentual de óxidos e poros foram medidos e quantificados por microscopia óptica com auxilio de software de análise de imagem. Imagens por MEV e a dureza Vickers dos óxidos e panquecas indicam que a oxidação aumenta com o pré-aquecimento e com a deposição de múltiplos passes. Os resultados indicam que maiores pré-aquecimentos e a deposição de múltiplos passes reduzem a fragmentação das partículas, mas aumenta a quantidade de óxidos. Observa-se também que o reaquecimento da camada reduz a microdureza Vickers média dos óxidos e panquecas da condição de único passe para a condição de múltiplos passes.

Abstract: This work aims to study the effect of preheating and single and multiple passes on the degree of porosity, oxidation and microhardness in the coating process obtained by wire flame thermal spraying. The air oxidation of sprayed particles after splat affects the performance for duplex stainless steel AF2209 deposited by wire flame thermal spraying on structural steel substrate preheated with torch at different temperatures. The oxide and pore percentage were measured and quantified by optical microscopy with the aid of image analysis software. Images by SEM and the Vickers hardness of oxides and pancakes indicate that oxidation increases with preheating and with the deposition of multiple passes. The results indicate that higher preheaters and the deposition of multiple passes reduce the fragmentation of the particles, but increases the amount of oxides. It is also noted that coating reheating reduces the Vickers mean microhardness of the oxides and pancakes from the single pass condition to the multiple pass condition.

RESUMO A oxidação de parte dos elementos químicos que compõem o aço inoxidável duplex durante a aplicação como revestimento pelo processo de aspersão térmica chama arame altera a relação entre os equivalentes de cromo e níquel, de modo que se torna dificultada a previsão da microestrutura final do revestimento utilizando-se de diagramas constitucionais existentes como Schaeffler. O pré-aquecimento do substrato favorece o processo de deposição da camada para as partículas aspergidas, mas também pode contribuir para a alteração da relação Creq./Nieq.. Este trabalho objetiva avaliar como a relação Creq./Nieq. é modificada devido a oxidação promovida pelo processo de aspersão, avaliando pelo diagrama de Schaeffler para o aço inoxidável duplex AF2209 sobre substrato com e sem pré-aquecimento e sua influência na quantidade final das fases ferrita e austenita solidificadas. Análises por metalografia ótica, E.D.S. - M.E.V., D.R.X. e M.F.M. foram utilizadas na caracterização da composição química e das fases presentes no revestimento. Como resultado observou-se a diferença de microestrutura e composição entre as panquecas aspergidas e a quantidade final das fases solidificadas em função do pré-aquecimento do substrato.

AbstractHVOF thermal spray process produces coatings with low porosity and low oxide content, as well as high substrate adhesion. Small variations on the parameters of the HVOF process can generate coatings with different characteristics and properties, which also is chemical composition depended of the alloy. FeMnCrSi alloy is a cavitation resistant class of material with a great potential for HVOF deposition use. The main goal of this article is to study the influence of some HVOF parameters deposition, as standoff distance, powder feed rate and carrier gas pressure on three different alloys. FeMnCrSi experimental alloys with some variations in nickel and boron content were studied. Taguchi experimental design with L9 orthogonal array was used in this work. Porosity, oxide content, tensile adhesion strength and microhardness of the coatings were evaluated. The results indicated that all factors have significant influence on these properties. Chemical composition of the alloys was the most important factor, followed by the carrier gas pressure, standoff distance and powder feed rate. The addition of Ni, produces coatings with lower levels of oxide content and porosity. An experiment with improved parameters was conducted, and a great improvement on the coating properties was observed.

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.

An Nb2O|Cu corrosion-resistant coating was developed and applied onto AISI 1020 steel substrate by Powder Flame Spray. A galvanostatic electrochemical technique was employed, with and without ohmic drop, in four different soils (two corrosively aggressive and two less aggressive). Behavior of coatings in different soils was compared using a cathodic hydrogen reduction reaction (equilibrium potential, overvoltage and exchange current density) focusing on the effect of ohmic drop. Results allow recommendation of Nb2O5|Cu composite for use in buried structure protection.

Este trabalho reúne resultados promissores sobre uma via alternativa de reparo em dutos e tubulações em operação com pequena espessura remanescente, envolvendo a recuperação prévia da parede do tubo por amanteigamento por processos de aspersão térmica. Avaliou-se a instabilidade apresentada pelo arco voltaico e alteração do perfil da zona fundida quando da deposição de solda por eletrodos revestidos sobre chapas de aço carbono previamente amanteigadas, com camadas de composição similar, pelos processos de aspersão térmica a chama e a arco-elétrico. Os resultados permitiram correlacionar a estabilidade do arco com o nível de oxidação das camadas aspergidas.( Medidas de temperatura do revestimento aspergido mostraram que, desde que o processo de aspersão ocorra de forma ininterrupta até a espessura final do revestimento, a temperatura superficial é crescente com a espessura do depósito, o que resulta num maior teor de óxidos, associado tanto à uma instabilidade do cordão como à uma maior penetração da poça fundida). Difratogramas de raios-X nas camadas aspergidas e análises do teor de oxigênio na zona fundida dos cordões de solda comprovaram a influência desse elemento na alteração do perfil da zona fundida. Como alternativa ao uso de ar comprimido, foi avaliada sua substituição pelo argônio como gás de arraste, verificando-se efeitos muito benéficos - redução significativa da penetração e boa estabilidade do arco voltaico - admite-se que advindos da redução da oxidação da camada aspergida pelo efeito protetor do gás inerte. A avaliação dos resultados permitiu estabelecer critérios de soldagem com menor risco de perfuração se comparados a uma condição sem revestimento prévio por aspersão térmica.

This work brings promising results about an alternative way of welding in-service repair of pipes with low reminiscent thickness, which involves a previous buttering coating of the pipe wall by thermal spraying. The characteristics of buttering layers deposited by two thermal spraying processes (arc and conventional flame) were compared, in special the influence of their degree of oxidation in dependence of the carrying gas (pressurized air or argonium) on the arc stability and penetration of weld beads SMAW over plain carbon steels previously buttered with similar composition layers. The results allowed to correlate the stability of the arc to the level of oxidation of the sprayed layers. (Temperature measurements on the surface of the sprayed layers showed that, since the process of thermal spray occur in an non-stopped way until the final thickness of the coating, the superficial temperature is increased with the thickness of the deposit, what results in a higher content of oxides, which is associated to an arc instability and a greater penetration of the molten pool.) X-ray diffractrogams and oxygen analysis proved the influence of this element in the changing profile of the fusion zone. As an alternative to the use of compressed air, its substitution by the inert gas argon as carrying gas was evaluated, verifying very benefic effects - significant reduction of penetration e good arc stability - believed coming from the reduction of oxidation in the sprayed layer by the protective effect of the inert gas. The evaluation of the results permitted to establish criteria of welding with lower risks of burn-through compared to a condition without buttering layers.

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.