Histórico, vantagens e desvantagens

O processo de revestimento com pó metálico por plasma a arco transferido (PTA) foi oficialmente demonstrado e introduzido em 1961 na 40o Reunião Anual da AWS, durante as exposições gerais de soldagem com criação de Union Carbide Co (MARCONI, 2002; SILVA, 2010). O sistema e sua implantação foram patenteados com o número USA 1.57.321 de 3/11/1961 sob o título: “Procedimento e relativo aparelhamento para adição de pós metálicos, depositados e soldados com plasma de arco transferido” (TAKEYAMA, 2005). No Japão, foi a empresa Daido Steel que obteve a patente do processo PTA, em 1973, denominado por esta companhia de Plasma Powder Welding, PPW (DAIDO STEEL, 2010).

O Processo PTA (Plasma Transferred Arc) pode ser considerado uma derivação do processo PAW, sendo que existem diversas denominações para o processo com adição de pó, existindo diversas nomenclaturas abordadas no Brasil, como PTA-P (DÍAZ et al., 2010). O termo PTA se torna bastante abrangente, pois o processo similar PAW também opera com arco transferido, em muitas aplicações. Esta distinção deve ocorrer, pois suas aplicações são bastante diferentes. O processo PAW surgiu como evolução do processo TIG, fornecendo maior constrição do arco, acarretando maior penetração. O Plasma com adição de pó utiliza, em geral, orifícios constritores de diâmetro maior que os utilizados no PAW, de modo que a coluna do arco tenha um diâmetro maior, com consequente menor constrição do arco, de modo que não haja alta penetração, o que contribui para a obtenção de baixas diluições e cordões mais largos (SANTOS, 2003).

O processo PTA com adição de metal em forma de pó é aplicado basicamente em soldagens de revestimento, no qual o intuito é obter soldas com baixa diluição. Alguns autores referenciam PAW como sendo um processo com arco transferido que utiliza metal de adição na forma de arame e PTA que utiliza pó como metal de adição, ocorrendo muitas divergências de nomenclatura (DÍAZ et al., 2010). Vale salientar que o nome PTA não é normatizado, de modo que existem diversas nomenclaturas verificadas em diversos artigos, como: Plasma-

Hardfacing, Powder Plasma Arc Welding, Plasma Welding Surfacing, Plasma Arc Powder Surfacing e Plasma Transferred Arc Wearfacing/Hardfacing/Wear Surfacing (SILVA &

DUTRA, 2012). Desta forma, entende-se que como já relatado em outras países, este é um processo plasma com adição de pó, logo neste trabalho o processo será relatado como Plasma pó. Logo, é necessária uma unificação em termos da utilização da nomenclatura no Brasil, de forma a padronizar este processo.

O processo Plasma pó possui como vantagens em relação a: estabilidade do arco, mesmo para correntes baixas; coluna do arco rígida e de reduzido diâmetro, produzindo poça de fusão de tamanho relativamente reduzido; menor distorção; baixa diluição, inferior a maioria dos processos de soldagem; pequena zona afetada pelo calor (ZAC); baixo aporte térmico; e comprimento do arco exercendo pequeno efeito sobre a tensão (AWS, 1991; MACHADO, 1996; GATTO, 2004; ZHANG et al, 2008; LIU et al., 2007; HOU et al., 2005). No entanto, é verificado na literatura, variação significativa da tensão em relação à variação do comprimento do arco (TRIGUINHO, 2005). Como o orifício constritor é maior, a forma de sino do arco é mais acentuada que no PAW. Assim, a variação da tensão com o comprimento do arco é normal. Inclusive, se aplica AVC (Arc Voltage Control), que é um equipamento que realiza controle do comprimento do arco de maneira automática. Outra característica é que este processo é considerado limpo, ou seja, sem presença de escória e/ou respingo, além de poder ser utilizado para diversas geometrias (TAKANO & D’OLIVEIRA, 2007). Além disto, é menos influenciado por campos magnéticos e correntes de ar do meio externo que podem eventualmente ocasionar porosidade no material depositado (RIBEIRO, 2007). O processo Plasma pó com parâmetros adequados garante propriedades homogêneas na seção de todo cordão de solda devido à alta dinâmica da poça de fusão (D’OLIVEIRA et

al., 2006). Além disso, permite a regulagem independente entre a energia fornecida e a adição

de material em forma de pó.

Porém, esse processo possui algumas desvantagens, como: maior custo do equipamento e maior dificuldade na otimização dos parâmetros em relação aos processos mais tradicionais (SANTOS, 2003). Também se destacam: maior complexidade do processo devido à grande quantidade de parâmetros a serem explorados; tocha com construção mais difícil; maior preocupação no cuidado do bico de constrição para manutenção da qualidade da solda (XIBAO & HUA, 1998). Na literatura há relatos de repetitividade não satisfatória em alguns casos que leva à baixa confiabilidade (SOM, 1999).

Em determinados equipamentos a taxa de deposição pode chegar a 15 kg/h. Outras faixas usuais de parâmetros são: reforço entre 0,5 e 5 mm e largura do cordão entre 3 e

50 mm em um único passe e eficiência de deposição entre 85 e 95% (WANG et al., 2003; LIYANAGE et al., 2010; GRAF, 2004). Plasma pó também apresenta alto nível de reprodutibilidade nas características geométricas em relação aos outros processos de aplicação de revestimentos (KIM, et al., 2001). Também há a impossibilidade de contato entre o eletrodo encapsulado e a peça, o que elimina completamente a possibilidade de inclusões de tungstênio do eletrodo na peça (TRIGUINHO, 2005).

Tal como em outros processos de deposição que envolvem ligação metalúrgica entre o material do revestimento e o substrato, depósitos feitos por Plasma pó resultam em tensões residuais na superfície. De fato, sabe-se que deformações de contração de volume na solidificação em processos de deposição que envolvam grandes gradientes térmicos, como é o caso do Plasma pó, são significativas (ASM, 2001).

As fontes de potência convencionalmente usadas são do tipo DCEN. As fontes DCEP são reservadas para uso limitado de soldagem do alumínio, mas com o aquecimento excessivo do eletrodo limita o uso desta polaridade a níveis de correntes menores que 100 A (BRACARENSE, 2000). A corrente alternada com estabilização de alta freqüência e balanceadas podem ser usadas para soldagem de alumínio e ligas de magnésio. A corrente varia de 10 a 100 A, pois maiores correntes poderiam danificar o eletrodo durante o ciclo positivo da onda. A polaridade positiva é usada, pois permite a remoção da camada de óxido na superfície da peça de alumínio devido à formação de manchas (pontos) catódicas microscópicas que duram um certo tempo, ou seja, “nascem” e “morrem” com grande rapidez.

Porém, esse processo possui algumas desvantagens, como: maior custo do equipamento e maior dificuldade na otimização dos parâmetros em relação aos processos mais tradicionais (SANTOS, 2003). Outra limitação é a impossibilidade de pulsar injeção do pó, ou alimentar o pó somente na fase de pulso, como ocorre no processo com alimentação de arame (DÍAZ, 2005). Também se destacam: maior complexidade do processo; tocha com construção mais difícil; pequena tolerância para desalinhamento da junta soldada, devido ao arco estreito; maior preocupação no cuidado do bico de constrição para manutenção da qualidade da solda (XIBAO & HUA, 1998). Na literatura há relatos de repetitividade não satisfatória em alguns casos que leva à baixa confiabilidade (SOM, 1999).

2.2.2 Aplicações

O Plasma pó pode ser na recuperação de pás de turbinas hidráulicas que sofreram erosão por cavitação (DÍAZ et al., 2005; SILVA, 2010). Também possui aplicação de

parafuso sem fim de extrusoras, válvulas de motores de combustão interna (automotivo, náutico, ferroviário), acessórios para navios, geração de energia, ferramentas de corte, moldes de vidro e cerâmica e cilindros laminadores (KUWABARA et al., 2003; GATTO et al., 2004; ZHIN et al., 2007). Plasma pó também é empregado na fabricação de assentos de válvulas, crescendo sua aplicação a partir da década de 80, de modo que anteriormente eram utilizados soldagem oxi-acetilênica e TIG (TRIGUINHO, 2005). São também aplicadas em comandos e blocos de válvulas, ferramentas de pressão, rolamentos, eixos, rotores, além de equipamentos para: mineração, trituração, laminação, de processo de produção de moldes e matrizes de forjamento e peças para usinas nucleares. Isto mostra o extenso campo de aplicação deste processo (ISOTEC, 2001; ARCRAFT PLASMA, 2011). Pode ser utilizado também no reparo de eixos de bombas centrífugas, principalmente nos pontos de apoio, como em selos mecânicos e mancais (TAKANO & D’OLIVEIRA, 2007). Na Figura 3 são mostradas válvulas de esferas soldadas pelo processo Plasma pó, revestidas externamente, ocasionando em cordões com bom acabamento superficial, mesmo em geometrias curvas.

Figura 3 - Válvula de esfera.

Fonte: Commersald Group (2011).

A principal aplicação das ligas de cobalto para revestimento utilizando processo Plasma pó é nas sedes de válvulas, sendo que a slide valve do FCC – Craqueamento Catalítico Fluido é a aplicação de maior importância (YAEDU, 2003). Os principais materiais comumente soldados com o processo Plasma pó são: ligas de aço, cobalto, aços inoxidáveis, ligas de níquel e ligas de titânio.

Uma das aplicações utilizadas em revestimento foi a deposição de ligas duras em peças de alumínio, objetivando tornar possível o uso deste material e seus benefícios (densidade, resistência à corrosão) em aplicações que não seria recomendado devido à baixa resistência ao desgaste (DEUIS et al., 1998).