Ligas de cobalto ERCoCr-A (tipo stellite 6), UNS R31233, DMR 34.071 e carbonetos de tungstênio se aplicam frequentemente nas superfícies de peças, em válvulas industriais. Com a finalidade de diminuir os danos por erosão, abrasão, corrosão e cavitação, que se acontecem durante o serviço. Aumentando a vida útil dos componentes e da mesma forma, reduzindo os custos de manutenção.
Desgastes nas válvulas
Erosão
É a perda de material causada principalmente pelo impacto de partículas sólidas ou fluidos em alta velocidade. Quando combinada com corrosão química, acelera a remoção de material (erosão corrosão).
A corrosão química pode enfraquecer as superfícies dos materiais. Facilitando por conseguinte, a remoção de partículas. Por outro lado, em ambientes com água do mar, a corrosão por pite (localizada) é especialmente prejudicial.
Abrasão
Ocorre quando superfícies deslizam umas contra as outras, removendo metal por micro corte ou deformação plástica.
É comum em:
- Válvulas de gaveta (deslizamento do disco sobre a sede).
- Válvulas borboleta (contato entre o disco e o anel de vedação).
Corrosão
É a degradação do material da válvula, por causa das reações químicas ou eletroquímicas com o meio.
Pode ser:
- Corrosão uniforme (ataque generalizado).
- Corrosão por pite (formação de cavidades localizadas, muito comum em aços inoxidáveis em água do mar).
- Corrosão por frestas (em juntas e áreas de difícil limpeza).
Engripamento
Ocorre quando duas superfícies metálicas deslizam sob alta pressão e temperatura, causando por conseqüência, adesão localizada e logo depois arrancamento de material. É crítico em pares metal metal, não apenas com altas pressões de contato, como também baixa lubrificação.
Cavitação
É a formação e colapso de bolhas de vapor em um líquido perto de superfícies, por causa das quedas de pressão localizadas.
Quando essas bolhas implodem, geram:
- Ondas de choque (danificando as superfícies).
- Erosão por impacto (semelhante à erosão por partículas).
- Ruído e ademais vibrações (prejudiciais ao sistema).
Revestimentos de solda com ligas ERCoCr-A (tipo stellite 6), UNS R31233, DMR 34.071 e WC
Consiste na deposição de camadas superficiais de ligas metálicas com propriedades metalúrgicas superiores, sobre um substrato de menor custo e ao mesmo tempo, com características mecânicas inferiores.
O material de base fornece a resistência estrutural necessária para o serviço, enquanto o revestimento oferece proteção funcional na região de contato. Aumentando não apenas a resistência ao desgaste, como também à corrosão e à cavitação.
Peças comumente revestidas em válvulas:
Técnicas de aplicação
A escolha do método mais adequado depende, em primeiro lugar, da espessura necessária do revestimento. Além disso, da liga aplicada, da geometria das peças e ademais da taxa de deposição.
Soldagem com consumíveis ERCoCr-A (tipo stellite 6)
Aplicação de uma liga resistente ao desgaste sobre as superfícies do metal de base, usando processos de solda por arco elétrico (Mig, Tig, eletrodo revestido) ou por oxi combustível.
Usos:
- Válvulas de grande porte (gaveta, globo).
- Componentes sujeitos a impacto e abrasão.
Aspersão por chama
Utiliza um maçarico que queima uma mistura de gás combustível (acetileno, propano ou hidrogênio) com oxigênio. Com a finalidade de fundir o material de revestimento. Que logo depois é propelido sobre o substrato, por meio de um jato de gás comprimido.
O metal de adição pode ser na forma de pó, arame ou vareta.
Aplicações:
- Revestimentos de NiCrBSi (resistência à corrosão e abrasão).
- Peças não críticas em válvulas.
Pulverização por plasma
O pó da liga se injeta em um jato de plasma, projetando-se logo depois sobre a superfície. Formando dessa maneira, um revestimento denso, com baixas porosidades e forte adesão mecânica.
Aplicações:
- Revestimentos de cerâmicas
- Ligas à base de cobalto ERCoCr-A (tipo stellite 6), em válvulas de alta performance.
Pulverização de alta velocidade (HVOF)
O combustível se queima com oxigênio em alta pressão, gerando um jato supersônico, que projeta partículas fundidas sobre as superfícies das peças.
Aplicações:
- Carbonetos de tungstênio em válvulas de alta pressão.
- Ligas à base de cobalto ERCoCr-A (tipo stellite 6) e UNS R31233, em ambientes offshore.
Soldagem laser
Permite depositar ligas de cobalto ERCoCr-A (tipo stellite 6), com diluição muito menor que a soldagem convencional. Reduzindo por conseguinte, a extensão da região afetada termicamente, no metal de base. Além disso, minimizando a formação de fases indesejadas. Produz depósitos com microestrutura refinada, bom acabamento e da mesma forma, com pouca distorção térmica.
A soldagem laser emerge como o processo do futuro, combinando as vantagens dos revestimentos de alta liga com controle térmico excepcional. Minimizando por conseguinte, a diluição e a formação de fases indesejadas. Embora o investimento inicial seja alto, a redução de custos com o retrabalho, a extensão da vida útil das válvulas e a possibilidade de revestir materiais sensíveis (duplex, super duplex) justificam com toda a certeza sua adoção. Sobretudo em aplicações críticas.
Aplicações:
- Consumíveis ERCoCr-A (tipo stellite 6) em válvulas de aço duplex (evita formação de fase sigma).
- Ligas de NiCrMo em componentes offshore.
Materiais empregados nos revestimentos duros
Consumíveis ERCoCr-A (liga à base de cobalto tipo Stellite 6)
Propriedades:
- Dureza: 38–45 HRC
- Resistência à abrasão: Boa
- Resistência à corrosão: Boa (mas não ideal para água do mar).
- Resistência ao calor: Até 800°C.
- Resistência à cavitação: Moderada.
Desafios na aplicação em aços duplex:
- Formação de fase sigma (fragilização) quando soldado em aços duplex (2205, 2507).
- Risco de fissuração em ambientes com água do mar (devido principalmente à corrosão por pite).
Alternativa para água do mar: aplicação de ligas UNS R31233.
Consumíveis UNS R31233 (liga à base de cobalto)
Propriedades:
- Resistência à corrosão em água do mar: superior à liga ERCoCr-A
- Resistência à corrosão por pite: excelente (graças ao Mo presente na composição química da liga).
- Resistência à erosão e cavitação: alta.
- Soldabilidade: melhor que os consumíveis ERCoCr-A em aços duplex (por causa de evitar a formação de fase sigma).
Aplicações:
- Válvulas de aço duplex (25Cr) em plataformas offshore.
- Componentes expostos a água do mar e fluidos corrosivos.
Consumíveis DMR 34.071 (liga à base de cobalto e molibdênio)
Propriedades:
- Resistência à corrosão por pite: superior aos depósitos feitos com consumíveis ERCoCr-A
- Resistência à erosão e cavitação: excelente.
- Engripamento: baixo coeficiente de atrito (ideal para válvulas deslizantes).
Carbonetos de tungstênio aplicados por HVOF
Propriedades:
- Alta dureza, sendo por conseguinte, extremamente resistente à abrasão.
- Resistência à erosão superior as ligas de cobalto.
- Baixas porosidades
- Alta adesão
Aplicações:
- Sedes e discos de válvulas expostas a fluidos com alta concentração de partículas.
- Válvulas de controle em mineração e petróleo.
Conclusão final
Os revestimentos duros são essenciais para aumentar a durabilidade e da mesma forma, a confiabilidade de válvulas industriais. Sobretudo em ambientes agressivos, como por exemplo nas plataformas offshore e nos sistemas com água do mar.
A escolha do método de aplicação (HVOF, laser cladding, soldagem) e das ligas aplicadas (ERCoCr-A, UNS R31233, DMR 34.071, carbonetos de tungstênio), depende principalmente das condições de operação dos equipamentos.