Tecnologias para execução de revestimentos via soldagem automática das paredes d'água de usinas termelétricas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015.Os tubos que compõem as paredes das caldeiras das usinas termelétricas sofrem perda de espessura por erosão e corrosão durante o seu funcionamento, motivo pelo qual a diminuição da espessura é avaliada periodicamente. A solução mais utilizada para aumentar a disponibilidade das usinas termelétricas é o revestimento por soldagem MIG/MAG das paredes das caldeiras com ligas metálicas mais resistentes ao desgaste. Os reparos são realizados no local ou previamente e, na maioria das vezes, de forma manual. A operação in loco apresenta problemas técnicos e econômicos, em virtude de difícil acesso, posições de soldagem desfavoráveis, retrabalho e consumo excessivo de material de deposição. Os ganhos obtidos com uma operação robotizada de soldagem são muitos, no entanto, os robôs convencionais não podem ser usados para esta tarefa em virtude da limitação do espaço para sua instalação nos andaimes montados no interior da caldeira. Já na operação em oficina existe o problema de falta de rigidez na base ao se instalar o robô sobre um trilho para aumentar seu espaço de trabalho. Neste projeto, um manipulador foi desenvolvido e construído, com a finalidade de revestir superfícies tubulares por soldagem. Ainda, foi desenvolvida uma metodologia para o revestimento de painéis tubulares em oficina, cujo objetivo é substituir grandes regiões afetadas da caldeira, bem como fabricar caldeiras mais resistentes ao desgaste. Para tornar a operação de revestimento dos painéis em oficina mais produtiva, e com melhor qualidade do que à realizada por soldadores, o manipulador específico apresenta quatro graus de liberdade em conjunto com um adequado procedimento de soldagem. Este procedimento engloba, além dos parâmetros de soldagem e de oscilação da tocha, uma técnica de resfriamento dos painéis, e um método que define a melhor sequência de soldagem, buscando assim, minimizar deformações térmicas nos tubos. Os resultados práticos da estratégia de revestimento de painéis, em laboratório e oficina, com aço inoxidável ER309L, no sentido vertical descendente, são apresentados com o objetivo de validar o equipamento, a metodologia e os procedimentos de soldagem desenvolvidos.Abstract : The tubes that compose the walls of boilers of power plants suffer thickness loss by erosion and corrosion during operation, being that the reason why the reduction of thickness is evaluated periodically. The solution most utilized to increase the availability of power plants is the gas metal arc welding (GMAW) cladding of the walls of the boilers with more wear resistant metal alloys. The repairs are done locally or at a shop and, in the majority of times, manually. The operation in loco presents technical and economic problems because of difficult access, unfavorable welding positions, rework and excessive consumption of deposition material.The gains obtained with a robotic welding operation are many, however, conventional robots cannot be used for this job due to limitation of space for installation in the mounted scaffolding in the boiler. Also, in the operation at the shop there is the problem of stiffness of the base when installing the robot on a rail to increase its workspace. In this project, a robot was developed and built with the purpose of cladding surfaces through deposition of weld material. Also, a methodology was developed for the cladding of panels, at the shop, with the goal of replacing large affected areas of the boiler, as well as to manufacture boilers that are more resistant to wear. This procedure includes, besides the welding parameters and torch oscillation, a cooling technique for panels and a method that defines the sequence of the best welding, thus seeking to minimize thermal deformations in the tubes. The practical results of the panel cladding strategy, in laboratory and workshop, with stainless steel ER309L, in descending vertically, are presented in order to validate the equipment, proposed methodology and developed welding procedures