proceso de metalizado[1]
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Proceso de metalizadoTRANSCRIPT
CURSO DE PROCESOS Y TECNICAS DE APLICACIÓN
DE MICROPOLVOS
Tecnologia de Rociado Termico
• Aplicación de recubrimientos protectores:
Desarrollo vertiginoso en esta última década debido a:
– Tendencia a mejorar las eficiencias de sistemas mecánicos aumento solicitaciones mecánicas-térmicas desarrollo de nuevas aleaciones metálicas y no metálicas
– Necesidad de aumentar vida útil de partes y piezas generar economia
– Tendencia de efectuar recubrimiento a pieza antes de entrar en servicio recubrir nuevamente despues de desgaste
Tecnologia de Rociado Termico
Fundamentos• Sistema genérico compuesto de:
– Material a depositar: bobinas de alambre, micropolvos metálicos, carburos, cerámicas y plásticos
– Unidad de proyección: procesa fuente de energía, incorpora material a depositar
– Fuente de energía: puede ser gases (oxígeno y acetileno), energía eléctrica para producir arco plasma o cortocircuito
Clasificación de los Procesos
• Se clasifican en función del tipo de adherencia con metal base:– Metalizado: adherencia mecánica, sin difusión
atómica entre aleación y metal base– Fusión: adherencia metalúrgica entre aporte y
metal base
Proceso de Metalizado
• Historia– 1920 se desarrolla una pistola portátil de
metalizado– Entre 1930 y 1950 se logra notable avance en
desarrollo – 1950 en adelante los procesos de metalizado se
aceptan ampliamente en campo industrial– Hoy; gran aceptación en industria, debido a
progreso en producción de polvos regulando y uniformando calidad de aleaciones
Proceso de Metalizado
• Características– Aplicable en cualquier tipo de metal o aleación
metálica a excepción de Cu puro– Temperatura metal base no excede 250° C– Depósitos de porosidad controlada, entre 1 a 6%– Buena resistencia al desgaste friccional, abrasivo
y erosivo– En general, depósitos no admiten acción de carga
puntual– Rango de durezas entre 70 Rb y 60 Rc
Proceso de Metalizado
• Esquema Proceso
Metal Base
Distancia L
Depósito
Micropolvo
Unidad de Proyección
O2 y C2H2
Proceso de Metalizado• Mecanismo de adherencia (1 de 3)
– T° de llama aprox. 3100°C– Micropolvo se inyecta a 20°C transferencia de
calor a partícula se calienta y plastifica– Aumenta E térmica y aceleración de partícula
aumenta E cinética– Partículas impactan sobre superficie de pieza
deformación se entraban mecánicamente– Adherencia se atribuye a entrabamiento mecánico
y difusión localizada– Grado de adherencia E térmica y velocidad de
partícula (dep. de cada sistema)
Proceso de Metalizado
• Mecanismo de adherencia (3 de 3)
– Aumenta E térmica aumenta E cinética aumenta calidad del depósito
– Ejemplo:
• Sistema 1 E térmica = 25 000 BTU/h
Velocidad partícula = 70 m/s
Depósito = aleaciones medio pto. Fusión, alta porosidad, partículas no plastificadas, etc.
• Sistema 2 E térmica = 80 Kw
Velocidad partícula = 600 m/s
Depósito = denso uniforme, doble resistencia que Sist. 2, aleaciones tipo refractario,etc
Proceso de Metalizado
• Variables incidentes en transferencia de calor llama-partícula (1 de 2)
– Dados e (energía térmica), V (velocidad) y L (distancia a la pieza), la eficiencia de transferencia de calor llama/partícula depende de tamaño y forma de ésta
– Sist. de alto poder calorífico y partícula de nominal menor que requerido excesiva transferencia de calor por unidad de superficie oxidación por alta T°
– partícula de nominal mayor que requerido no absorbe suficiente calor no plastifica no funde no hay entrabamiento mecánico
Proceso de Metalizado• Variables incidentes en transferencia de calor llama-
partícula (2 de 2)
– Forma de partícula
• Distribución uniforme de partículas esféricas absorbe calor en trayectoria de manera uniforme
• Partículas de forma angular absorben calor desde su sección más débil (puntas) oxidación por alta T° de aristas
Corolario: Tamaño y forma de partículas se pueden controlar con proceso de fabricación parámetros más importantes que determinan la calidad de una aleación micropulverizada
Proceso de Metalizado• Mecanizado de Recubrimientos
– Recubrimientos efectuados con Durotec 19910 y Proxon 21041 deben terminarse por esmerilado de manera de obtener una superficie pulida
– Características de abrasivos recomendados:Tipo de abrasivo C o SiC (Carburos de
silicio)Tamaño de grano 30 a 60 (mediano)Estructura 3 a 4 (densa)Aglomerante V (vitrificado)
– Muelas de carborundum dan excelentes resultados, parámetros de referencia
Velocidad de piedra 1800 m/mminVelocidad de la pieza 15 m/minAvance transversal 1 m/min
Sistemas de Metalizado• Sistema ROTOTEC
– Deposito de aleaciones micropulverizadas sobre piezas cilíndricas sometidas a desgaste. Fuente térmica llama oxiacetilénica
– Equipamiento básico
• Cilindros y reguladores estándar de O2 y Acetileno• Pistola para metalizado• Aleaciones micropulverizadas de base y
recubrimiento final• Herramienta calzada de carburo de tungsteno• Lápices térmicos de 100 y 250°C
– Presiones de trabajo: 0.5 kg/cm2 (7 psi) Acetileno y 1.0 kg/cm2 (14 psi) O2
Sistemas de Metalizado• Sistema ROTOTEC
– Debe emplearse una aleación de liga entre el material base y el micropolvo de revestimiento
– Aplicaciones:• Reconstrucción de superficies cilíndricas desgastadas
por fricción• Abrasión o erosión de ejes de bombas• Muñones de ejes de levas• Descansos• Ejes de ventilador• Pistones hidráulicos• Áreas de sellado• Áreas de empaque• Ajustes de precisión• etc
Sistemas de Metalizado
• Sistema ROTOTEC I-A– Emplea equipamiento similar al anterior – Pistola permite obtener un mayor aporte de energía calórica
posibilitando el uso de las aleaciones Proxon, sin necesidad de emplear aleación base de liga
– Presiones de trabajo: 0.6 kg/cm2 (8 psi) Acetileno y 1.4 kg/cm2 (20 psi) O2
Sistema ROTOTEC I-AAplicaciones Típicas
Industria: Papel, Pulpa
Pieza: Rotor de bomba
Producto: ProXon 19132
Incremento vida útil 200%
Industria: Textil
Pieza: Cigueñal
Producto: ProXon 19122
Incremento vida útil 200%
Industria: Utilitaria
Pieza: Camisa de rodillo
Producto: ProXon 19132
Incremento vida útil 300%
Industria: Taller
Pieza: Eje
Producto: ProXon 19121
Incremento vida útil 300%
Industria: Impresión
Pieza: Rodillo impresión
Producto: ProXon 19132
Incremento vida útil 250%
Industria: Química
Pieza: sello de bomba
Producto: ProXon 19132
Incremento vida útil 200%
Sistemas de Metalizado
• Sistema TERODYN 2000/2000 – Depósito de aleaciones micropulverizadas sobre superficies
planas y cilíndricas– Alto poder calorífico (sobre 75 000 BTU/h) dimensionamiento
exacto del tipo de llama en función de la aleación a proyectar– Control exacto de la alimentación del polvo durante la
proyección– Posibilidad de proyectar 3 tipos diferentes de aleación:
• Aleaciones metálicas de rociado sin capa base: PROXON 21XXX
• Aleaciones cerámicas: METACERAM 25XXX
• Aleaciones autofundentes: ROTOFUSE
Sistemas de Metalizado
• Sistema TERODYN 2000/2000 – Equipo
• Gases: fuente oxiacetilénica
• Reguladores: de dos etapas para minimizar caída de presión
• Medidor de flujo de gases: regulación de flujo en función de la aleación
• Regulador filtro de aire: proporcionar aire comprimido seco y limpio
• Unidad de proyección
Sistemas de Metalizado• Sistema TERODYN 2000/2000
– Unidad de proyección
• Válvulas de control de flujo de Ac y O2
• Válvula micrométrica de control de alimentación• Boquillas• Porta módulos• Rotojets
– Aumenta velocidad de partícula– Controlar configuración de rociado– Eliminar humos generados– Evitar sobrecalentamiento de la pieza
• Extensión
Sistemas de Metalizado• Sistema TERODYN 2000/2000
– Consideraciones de Uso
• Revisar manifold de gases y lectura de medidor de flujo
• Revisar perforaciones de las boquillas asegurándose que estén cilíndricas
• Evitar la entrada de acetona al soplete proveniente del cilindro de acetileno
• No utilizar chisperos de copa, para evitar la acumulación de mezcla de gases
• No apagar el soplete antes de cortar el suministro de polvos
Defectos en los depósitos de metalizado
• Incidencia de parámetros– E calórica: relacionada con el diseño de la pistola, puede
ser afectada por:
• Presiones inadecuadas de gases de combustión
• Flujos inadecuados
• < E calórica pobre plastificación y entrabamiento de partículas
• > E calórica sobrecalentamiento de la partícula, oxidación
Defectos en los depósitos de metalizado
• Incidencia de parámetros– Velocidad de proyección: baja impide entrabamiento
pobre adherencia– Distancia o tiempo:
• corto imposibilita plastificación depósito poroso pobre adherencia.
• Largo excesiva transferencia de calor oxidación
Practicas Seguras en Procesos de Rociado Térmico
• Luminosidad: Utilizar lentes oscuros adecuados para proteger al operador. Grado de opacidad 5 a 8 de acuerdo AWS
• Humos: Proveer ventilación adecuada mediante. Evitar humos de plomo y aleaciones de plomo y cadmio– Límites permisibles de concentración de diversos elementos
para una exposición de 8 horas diarias:• Plomo 0.15 mg/m3 de aire• Cadmio 0.10 mg/m3 de aire• Cromo 0.10 mg/m3 de aire• Manganeso 6.0 mg/m3 de aire (oxido de cromo)• Nitrógeno 25 ppm medido como oxido nitroso
• Ozono 1 ppm medido como O3
Prácticas Seguras en Procesos de Rociado Térmico
• Elementos en suspensión: generación de elementos en suspensión en rociado térmico esta por debajo de los niveles máximos permisibles bastará con emplear un sistema de ventilación abierta o forzada
• Utilizar casetas de ventilación
Procesos de Fusión
• Características– Temperatura de aplicación superficial de 950° C– Depósitos son densos e impermeables– Estructura del depósito libre de óxido– Buena resistencia al desgaste abrasivo, erosivo y corrosivo,
admitiendo impacto y ciclaje térmico– Se obtienen durezas de 70 Rb a 65 Rc
Procesos de Fusión• Procesos de 2 Etapas
– Consiste en efectuar un rociado con partículas de determinada granulometría sobre la superficie de la pieza y luego fundir las partículas
– Se aplican capas delgadas de no mas de 0.2 mm de espesor, repitiendo la operación hasta alcanzar el espesor final deseado
– Aplicaciones
• Ejes de geometría no esbelta con diámetro menor que 100 mm y una razón largo/diámetro inferior a 20
• Partes y piezas de tamaño tal que sea factible producir fusión superficial sin calentamiento prolongado
Procesos de Fusión
• Proceso de una Etapa– Utiliza micropolvos de partículas mucho más pequeñas para
producir simultáneamente la proyección y fusión– Metal base debe ser calentado en la zona a recubrir– Desplazar el soplete en toda la zona a recubrir a objeto de
no elevar puntualmente la temperatura del depósito y metal base a aquellos rangos de agotamiento del boro y el silicio
Sistema Eutalloy
Procesos de Fusión
• Sistema Eutalloy– Diseñado para efectuar rellenos y recubrimientos
protectores utilizando aleaciones micropulverizadas autofundentes de una etapa (proyección y fusión simultánea)
– Control de material aportado permite realizar depósitos de alta densidad, muy finos, minimizando el mecanizado posterior
Procesos de Fusión
• Sistema Eutalloy– Equipamiento básico
• Equipo estándar de acetileno
• Soplete especialmente diseñado compuesto por mango, cámara de gases, venturi de aspiración de aleación, portaboquilla y boquilla intercambiable
• Aleaciones micropulverizadas de distintas características para diversas aplicaciones
Procesos de Fusión
• Sistema Eutalloy– Aplicaciones
• Reconstrucción y protección de infinidad de piezas y partes de tamaño reducido como dientes de engranaje, chaveteros, camiones de ejes de leva, válvulas , guías de cadenas, matrices, cuchillas, tornillos sin fin, etc.
Procesos de Fusión• Sistema Eutalloy
– Procedimiento de Aplicación
• Preparación de la superficie– Se requiere superficie limpia, libre de lubricantes,
grasas, óxidos.
• Regulación de equipo– Utilizar llama neutra (T aprox. 3200°C)– Regulación de presiones
O2
Acetileno
Boquilla N° 53 1.5 kg/cm2 (18-20 psi) 0.2 kg/cm2 (4-5 psi)
Boquilla N° 48 2.0 kg/cm2 (25-30 psi) 0.4 kg/cm2 (5-6 psi)
Boquilla N° 45 2.0 kg/cm2 (25-30 psi) 0.4 kg/cm2 (5-6 psi)
Procesos de Fusión• Sistema Eutalloy
– Procedimiento de Aplicación• Precalentamiento
– Realizar un precalentamiento a toda la pieza a 120° C aprox.
• Rociado y Fusión– Luego del precalentamiento, efectuar un rociado sobre
toda la superficie, manteniendo el soplete a 20 mm aprox.
– Espesor de capa no debe exceder los 0.2 mm por pase– Asegurarse que el metal aportado alcance un color rojo
suave (850 – 900°C) antes de iniciar la fusión– Mover el soplete lentamente sin detenerse para evitar
inclusiones de escoria y gases– Realizar pases sucesivos rociando y fundiendo al mismo
tiempo de modo uniforme hasta alcanzar espesor deseado
Procesos de Fusión• Sistema Eutalloy
– Procedimiento de Aplicación
• Enfriamiento– Si es posible enfriar depósito lentamente para aliviar
tensiones
• Terminación o mecanizado– Mecanizar con herramienta de corte de carburo de
tungsteno tipo ISO K10
• Consideraciones generales– Cuidar distancia de proyección– Evitar flujo incorrecto de gases– No exceder espesor indicado y asegurar que toda la
pieza tenga la temp. necesaria para evitar sobrecalentamiento