Automatização dos processos de medição de superfícies e de deposição por soldagem visando a recuperação de rotores de turbinas hidráulicas de grande porte

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.As turbinas hidráulicas de grande porte das usinas de geração de energia elétrica apresentam erosão por cavitação e precisam ser restauradas pela deposição de material por soldagem. Os reparos são realizados no local e, na maioria das vezes, de forma manual por uma equipe de soldadores. Este tipo de operação apresenta uma série de problemas técnicos e econômicos, tais como: locais são de difícil acesso e posições de soldagem desfavoráveis, retrabalho, intenso e demorado trabalho de esmerilhamento, consumo excessivo de material de deposição e deterioração progressiva da forma geométrica das pás. Os ganhos obtidos com uma operação robotizada por soldagem são muitos. No entanto, os robôs manipuladores convencionais não podem ser usados para esta tarefa em função do limitado espaço de trabalho existente no interior do rotor de uma turbina hidráulica. Este trabalho está inserido dentro de um projeto de maior envergadura, conhecido como "Roboturb". Várias frentes de trabalho nas áreas de soldagem, metrologia, robótica e desenvolvimento de software estão sendo conduzidas de forma integrada pelos vários grupos, visando desenvolver tecnologia e construir um sistema automatizado capaz de realizar operações robotizadas para recuperar superfícies danificadas por cavitação. Um robô foi desenvolvido e construído, neste projeto, com a finalidade de medir as superfícies danificadas e de efetuar a sua recuperação por deposição de material por soldagem. Nesse contexto, o presente trabalho trata do desenvolvimento de uma metodologia para executar inicialmente a medição automatizada da superfície afetada por cavitação através de um sensor óptico a laser tipo "folha de luz" com três linhas e obtenção da descrição matemática, tanto da superfície erodida, quanto uma estimativa da superfície original. A seguir, esta metodologia define a estratégia para determinar a localização dos cordões de solda de cada camada e ainda sistematizar os procedimentos típicos na operação robotizada de soldagem a plasma com alimentação automática de arame para o preenchimento destas cavidades. Por fim, é realizada a medição automatizada da superfície recuperada e a obtenção de sua descrição matemática com a finalidade de realizar a avaliação geométrica da recuperação. Resultados práticos da estratégia de preenchimento de uma cavidade típica de uma das pás de uma turbina hidráulica são apresentados com o objetivo de validar a metodologia proposta e os algoritmos matemáticos desenvolvidos