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• Kristian Marchena

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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacio” Ingeniería de Materiales Industriales

Revestimientos Duros por Soldadura Profesor: Ing. Jesús Crespo

Estudiantes: Toro Zujelyz Sánchez Melissa

Caracas, 08 de abril de 2014

Que es un Revestimiento Duro Es un método superficial de bajo costo donde se deposita un metal de aporte sobre un metal base para mejorar propiedades del material, además aporta resistencia al DESGASTE, En los componentes para extender su vida de servicio.

“Cuando el desgaste de la pieza es excesivo, yano cumple con las características de servicio normal “ Efectuar la reparación con soldadura Cambio completo de la pieza(sustitución).

Objetivos del Recubrimiento Duro Con Soldadura 

Reponer el metal perdido en una pieza desgastada.



Incrementar el período de vida útil de una pieza.



Disminuir el costo por sustitución.



Reducir la pérdida de material.



Proporcionar propiedades y dimensiones deseadas.



Reducir el número de piezas en stock.

Consideraciones a Tomar en Cuenta Para Aplicar un Revestimiento Duro  Facilitar la reparación en el campo. Proporcionar las características necesarias con pocas capas de soldadura.  Dar oportunidad a usar materiales de bajo costo.  En algunos casos deben ser tenaces y maquinables para cualquier

ajuste.

Procesos de Recubrimientos Duros por Soldadura HardFacing Termorociado Cladding

El hardfacing es la aplicación de un revestimiento superficial a un componente por medio de la soldadura para otorgarle resistencia al desgaste superficial



   

abrasión impacto erosión excoriación cavitación

Reducir el Desgaste Superficial  Desgaste abrasivo muy grave: como la trituración y pulverización de roca.  Reducir al mínimo el desgaste de metal contra metal: tales como válvulas de control en los que unas pocas milésimas de pulgada de desgaste es intolerable

HardFacing Desgaste de metal con metal, contactos deslizantes lubricados o mal lubricados tales como: - válvulas de control

Controla las combinaciones de desgaste y la corrosión, como encontrada en:

-cuchillos en la industria de procesamiento de alimentos

- partes del tren de aterrizaje de tractores

- válvulas y bombas de manejo de líquidos corrosivos, o suspensiones

- palas y rodamientos de alto rendimiento

HarFacing En la mayoría de los casos, las piezas están hechas de acero al carbono o acero inoxidable, materiales que no proporcionan desgaste deseable

HardFacing Hardfacing se pueden agrupar en cinco categorías generales : • ALEACIONES Refuerzo (buildup): • METAL -Metal ALEACIONES DE DESGASTE • METAL -TIERRA ALEACIONES por Desgaste • Carburos de Tungsteno ( deslizamiento y desgaste en tierra ) • Aleaciones no ferrosas

Las aleaciones no ferrosos se utilizan en ambientes que son demasiado agresivos. se clasifican de la siguiente manera : • a base de cobalto • a base de níquel • aleaciones de cobre agricultura , la minería , la construcción y la industria del acero , quimica , energía , automotriz y petróleo

Aleaciones Buildupd: Desgaste leve o para devolver partes desgastadas. Rieles de Ferrocarril, Tractores, Engranajes a baja velocidad Las aleaciones de desgaste metal-metal : rodaje de tractores y palas mecánicas , Carburos de trabajo Tungsteno: rodillos de de molino condiciones de acero. de deslizamiento y de corte extremos, dientes de corte y superficies de borde de retención de brocas, y la explotación dLas aleaciones de metal a tierra son hierros: abrasión de baja y alta tensión en una escala moderada. Las aplicaciones en dientes de pala , piezas de trituradora de piedra , rejas de arado e canteras , la excavación y movimiento de tierras .

Consideraciones para la aplicación de Hardfacing Se guía principalmente por condiciones de desgaste y de costos . Sin embargo, otros factores como producción y ambientales también deben ser considerados, otros como metal; proceso de deposición, el impacto , corrosión , oxidación y los requisitos térmicos .

por lo general están disponibles como varilla desnuda, varilla revestida de fundente , de longitud larga hilos sólidos , alambres tubulares de longitud larga (con y sin flujo ) , o polvos Los siguientes pasos se deben tomar en cuenta para la selección de una aleación de refuerzo :  ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES DE SERVICIO PARA DETERMINAR EL TIPO DE DESGASTE Y resistencia requerida  ANÁLISIS DE LA COMPATIBILIDAD DE LAS ALEACIONES con el metal base , teniendo en cuenta los esfuerzos térmicos y agrietamiento  PRUEBAS DE CAMPO  CONSIDERANDO COSTO Y vida útil  SELECCIÓN DEL PROCESO de soldadura PARA COMPONENTES DE DESGASTE, CONSIDERANDO la cantidad de la dilución y la deposición ,  EFICIENCIA, y el costo total , incluyendo el costo de los consumibles y PROCESAMIENTO

Tipos de HardFacing  hardfacing por oxicorte  hardfacing por arco : SMAW , GMAW  Hardfacing por laser

Ventajas:

hardfacing por arco:

un arco eléctrico se utiliza para fundir el material de revestimiento duro sobre la superficie de la pieza. El voltaje requerido para sostener el arco varía con la distancia entre el electrodo y la pieza de trabajo y con el proceso de soldadura por arco. Muchas veces están protegidos como SMAW (nucleo fundente) y GTAW (gas inerte)

 El intenso calor del arco permite el reforzar piezas grandes sin precalentamiento.  se puede aplicar a Pequeñas áreas de piezas mecanizadas, sin distorsionar la parte entera.  Áreas difíciles de alcanzar son los más accesibles con electrodos revestidos.  El proceso general es relativamente rápido  Otra característica atractiva de este proceso es la portabilidad del equipo. Limitaciones

La penetración tiende a ser alta, y las tasas de dilución de 20% o más. Esto se traduce en una menor dureza y menos resistencia a la abrasión.  normalmente es requerido Dos o tres capas de metal de soldadura es para obtener máximas propiedades de desgaste. Los Electrodos recubiertos también dejan una cubierta de escoria en la superficie. 

Tipos de HardFacing Ventajas hardfacing por oxicorte Soldadura de gas por Oxicorte (OFW) es un proceso en el que el calor de una llama de gas es utiliza para fundir materiales sobre la superficies de las piezas de trabajo. Durante proceso, la pieza es sólo superficialmente fundida. La llama de gas es creada por La combustión de un gas de hidrocarburo y oxígeno. El acetileno es el combustible más La mayoría lasSe piezas trabajar de utilizado para de OFW. puedeadepositar hasta acero1.6 semm. pueden hardfaced por

Limitaciones:

procesos OFW. Aceros de alto manganeso y alto contenido de azufre son excepciones.

Se usa para: válvulas de vapor, de automóviles y motores diesel, cuchillas de corte para madera y plástico, sierra de cadena y dientes de arado y otros instrumentos agrícolas

El hardfacing por OFW es un proceso versátil y fácilmente adaptable a todo tipo de productos de Revestimiento duro, incluso pulverizadas. OFW utiliza materiales de relleno en forma de polvo se conocen comúnmente como soldadura en polvo. equipo de soldadura de gas (oxifuel) es simple, y los costos de equipo de capital son bajos. el equipo de OFW es móvil y se puede utilizar para la soldadura por fusión y operaciones de corte, así como para refuerzo.

Tipos de HardFacing Hardfacing

por

Laser

La diferencia principal, es el uso de una fuente de calor de haz láser de alta energía en lugar de una llama de arco o de gas. La aplicación del Revestimiento es delgado. Al igual que con los métodos convencionales, los materiales se utilizan en aplicaciones que implican el contacto de metal a metal, impacto, la erosión, resistencia al desgaste y la abrasión. se puede lograr con una zona de dilución que es sólo de Ventajas: 10 a 20 m de espesor. Se puede estar de en varias formas, ejemplos: La boquilla de suministro de polvo se coloca polvotodo prealeado una manera tal como para inundar el bañoque se aplica a la superficie de fusión con el polvo. deElla muestra, ángulo con de o sin un aglutinante, un de auto-fundente que es rociado a la alimentación es generalmentepolvo de 35 a 45 º respecto a la horizontal, llama y el tubo de gas de protección puede ser cualquiera de alimentación, que tiene  El típicamente un los gases inertes diámetro de 3 mm (0,12 pulgadas), se sitúa 10o de una combinación de gases, tales como He / Ar y H2/Ar. a 12 mm (0,4 a 0,5 cm) del sustrato  La alimentación uniforme del polvo asegura capas de superficies uniformes

Tipos de HardFacing Defectos Comunes:  baja dilución y de alta calidad de depósito.  Las discontinuidades son posibles. dependiendo de la habilidad de la soldadora y la calidad del material de relleno.  La porosidad es probablemente el error más común que se observa.  Agrietamiento debido a la contracción térmica.

Termorociado Grupo de procesos en los cuales un material metálico o no metálico generalmente en forma de polvos o alambres son alimentados a una pistola donde son acelerados y calentados por una corriente de gas y proyectados al sustrato donde al impactar en estado fundido o semifundido se esparcen y forman un Revestimiento La temperatura del substrato puede mantenerse por debajo de 200 ° C (400 ° F) aprox. La fusión del Revestimiento puede ser a través de la combustión de los gases, un arco eléctrico, o un plasma.

Termorociado El termorociado, es una técnica muy versátil ya que puede ser utilizado tanto al fabricarlo como en el lugar de trabajo. Esta técnica también permite la rápida aplicación de material de alto rendimiento en espesores de unos pocos milésimas de pulgada en piezas de una variedad de tamaños y geometrías. Esta técnica es utilizada para dar:  Resistencia al desgaste  Resistencia a la oxidación  Resistencia a la corrosión  Restauración dimensional Conductividad o la resistividad eléctrica Dispositivos biomédicos

El espesor del Revestimiento puede ser de mas de 25mm (1 pulgada)

Ventajas de los Revestimientos Termorociados  Mejora el desempeño de partes y componentes de maquinarias por la combinación de materiales base, no costosos, con Revestimientos adecuados.  Amplia variedad de materiales: metales, carburos, cerámicas , plásticos.  Durezas controlables desde Revestimientos muy blandos como el estaño 120-180 HV hasta muy duros como carburo de tungsteno(12001500 HV).  Proceso de deposición en “frío”, la pieza no alcanza 250ºC No habrá problemas de deformación, esfuerzos y cambios metalúrgicos que puedan llevar a la rotura de la pieza.  Recuperación de maquinaria y partes componentes sometidas a desgaste y corrosión

Parámetros Importantes del Proceso de Termorociado VELOCIDAD DE LA PARTÍCULA para los distintos procesos, en orden decreciente es: plasma, arco por alambre y rociado por llama.

LA TEMPERATURA Gobernada por la transferencia de calor entre el gas y las partículas fundidas o “ablandadas” antes de impactar el sustrato.

LAS PROPIEDADES DEL Revestimiento Dependen del material de alimentación, del proceso de Termorociado, de los parámetros de aplicación y del postratamiento del Revestimiento.

Tipos de Termorociado En la actualidad, 4 métodos de termorociado son los usados comercialmente, los cuales son :  OXYFUEL, ALAMBRE (OFW) SPRAY

 ARCO ELECTRICO CABLE (EAW) SPRAY  POLVO OXICORTE (OFP) SPRAY  PLASMA ARC (PA) SPRAY EN POLVO

Los estudios de mercado para el año 2000 indican que: Plasma 48%

EAW 15%

OFW y OFP 12%

Termorociado por Oxyfuel (OFW) El proceso utiliza:  Una llama de gas de oxígeno (combustible como fuente de calor)  Material de Revestimiento en forma de alambre.

Cualquier material Llama en forma de alambre y capaz de ser fundido por Revestimiento debajo de 2480 ° C (4500 ° F) puede ser rociado a la llama. Alambre Fundido Aire Gas Alambre

Durante el funcionamiento, el cable se introduce en la llama por los rodillos de alimentación que funcionan con una turbina de aire Aire coaxial ajustable o motor eléctrico. La Sustrato punta del alambre se funde a medida que entra la llama, atomizado en partículas por un chorro circundante de aire comprimido, y propulsado a la pieza de trabajo.

Termorociado por Oxyfuel (OFW)  Gases combustibles comunes son el acetileno, gas, propano, propileno, y el gas natural, cada uno en combinación con el oxígeno.  La pistola de alambre es más comúnmente utilizado como un dispositivo de mano para su aplicación en el lugar, aunque es recomendable una pistola eléctrica con motor para el uso de montaje fijo en grandes cantidades, el trabajo de producción repetitiva.  Este proceso es ampliamente utilizado para protección contra la corrosión de grandes estructuras al aire libre, tales como puentes y tanques de almacenamiento, y para la restauración de la dimensión a componentes de maquinaria desgastadas. Los Revestimientos se pueden aplicar rápidamente y a bajo costo, y una amplia variedad de materiales de revestimiento de metal están disponibles.  Materiales de pulverización típicas incluyen los aceros austeníticos y martensíticos inoxidables, aluminuro de níquel, aleaciones de níquel-cromo, bronce, Monel, aluminio, zinc y molibdeno.

Termorociado por Arco Eléctrico (EAW) El proceso utiliza:  Motores de contrafase alimentan dos cables con carga eléctrica a Revestimiento través de la pistola de arco para ponerse en contacto con puntas en la Arco cabeza de la pistola.  El arco que se crea funde los cables a temperaturas superiores a 5500 ° C (10 000 ° F). El aire comprimido atomiza el metal fundido y la proyecta sobre una superficie preparada.  El proceso EAW es excelente para aplicaciones que requieren la acumulación de capa gruesa o que tienen grandes superficies a pulverizar. Sustrato  El sistema de arco puede producir un patrón de pulverización de 50 a 300 Gas Polvo mm (2 a 12 pulgadas) y puede rociar a altas velocidades. Materiales aplicados por el método de EAW son similares a los utilizados en el proceso de OFW.

Termorociado por Oxicorte (OFP)  El método de pulverización de polvo de oxicorte, también utiliza los Polvo gases de combustión como la fuente de calor. Revestimiento  El rango de revestimientos incluye Llama los anteriormente nombrados y se extiende para cerámicas , cermets y carburos.  El polvo se introduce en la pistola y llevado a la boquilla de la pistola, enGas el que se funde y se proyecta por la corriente de gas sobre una superficie preparada.

 Las pistolas de oxicorte son el equipo de proyección térmica de más bajo costo/ y son más fáciles de instalar. Oxigeno Boquilla Combustible Sustrato  Los Revestimientos en general tienen menor resistencia, mayor porosidad y una cohesión ( entre partículas ) más baja que los Revestimientos producidos por otros procesos de proyección térmica .

Termorociado por Plasma Arc (PA)  El termorociado por plasma es una modificación del método de termorociado por OFP.  En general, éstas son las aleaciones a base de níquel que contiene boruro.  Estas aleaciones generalmente se fusionan entre 1010-1175 ° C (1850-2150 ° F), dependiendo de la composición.

 Este Revestimiento se utiliza en aplicaciones en las que el desgaste excesivo es un problema.  La dureza del Revestimiento puede ser tan alta como 65 HRC.

 Las temperaturas de fusión pueden alterar las propiedades de algunas aleaciones. Sin embargo, el revestimiento generalmente puede soportar un tratamiento térmico adicional del sustrato. El proceso de plasma también proporciona una atmósfera controlada para la fusión, reduciendo así al mínimo la oxidación.

Preparación de la superficie  Preparación del sustrato antes de la pulverización es prácticamente el mismo para todos los procesos de proyección térmica  La limpieza química se utiliza en las partes que están contaminados o impregnados con un material que no pueden ser eliminadas por otros métodos.  Las superficies pueden limpiarse químicamente por desengrasado al vapor, vapor, lavado con detergente caliente, o la aplicación de un disolvente de limpieza industrial. El granallado de partículas es el procedimiento de preparación más utilizada superficie. La rugosidad limpia la superficie de la contaminación que pueden inhibir la adhesión y crea un perfil irregular de irregularidades de la superficie minutos . Esto mejora la adhesión del revestimiento .

El precalentamiento del sustrato es a menudo beneficioso. El precalentamiento a 65 a 95 ° C (150 a 200 ° F) elimina la condensación de superficie. Se emplea generalmente sólo con los procesos de plasma, que utilizan su llama como fuente de calor para calentar el sustrato.