Cladding: Aumentando o Tempo de Vida dos Equipamentos

Você sabia que o Cladding pode aumentar em até 10 vezes a vida de um componente?


  Uma das operações de soldagem mais conhecidas comercialmente no setor de óleo e gás é o processo de revestimento Cladding. Este processo, a partir da adição de materiais de engenharia em pó ou arame, visa o aumento da resistência à corrosão, oxidação e desgaste. A variação das propriedades superficiais do equipamento depende, primariamente, da composição química do metal de base e do metal de adição. Este último normalmente contendo ligas de cobalto, ferro, níquel, titânio e alumínio.


Dentre os processos de soldagem utilizados com finalidade de revestimento Cladding, o mais comum utilizado industrialmente, devido sua relativa facilidade de automatização e elevada qualidade metalúrgica, é o processo TIG com alimentação de arame pré-aquecido, denominado como TIG Hot Wire. Existem outros processos de soldagem também utilizados para este fim, dentre os quais pode-se citar: MIG/MAG, Eletrodo Revestido, PTA e Laser.


O Cladding é amplamente utilizado em operações cujo ambiente de operação é muito severa à conservação das propriedades químicas e mecânicas dos equipamentos. Esta necessidade existe devido à escolha, majoritariamente econômica, de não se fazer o uso inteiramente de materiais mais nobres em toda a estrutura do equipamento, mas somente nas regiões que de fato entrarão em contato com os agentes causadores de corrosão, oxidação e/ou desgaste.


De modo geral, a composição química do revestimento determinará as propriedades finais do equipamento. Desta forma, todos os aspectos que afetam esta composição final devem ser analisados. São estes:


  • Composição química do material de base;

  • Composição química do material de adição;

  • Espessura da camada de revestimento;


Entendendo a Diluição no Cladding


  A diluição do revestimento é tida como um parâmetro referência para o resultado da operação de Cladding, e, portanto, deve ser mensurado e acompanhado.


  Durante o Cladding, como trata-se de uma operação envolvendo dois fluidos de características distintas (metal de base e metal de adição fundidos) e um enorme gradiente de temperatura, ocorre a formação de correntes de convecção, e consequentemente o transporte de matéria na região da poça de fusão, contribuindo de forma crítica para o aumento ou diminuição da diluição.


Como Determinar a Diluição no Cladding


  Normalmente, as operações de Cladding ocorrem sobre aços de baixa liga com adição de ligas de Níquel 625. Nestas, a própria concentração de elemento Fe na camada de revestimento já fornece um bom indício da diluição resultante da operação. Esta estimativa é baseada no fato das ligas de Níquel 625, encontradas comercialmente na forma de arame e pó, possuírem uma concentração menor do que 1% de Fe, considerada virtualmente como 0%. Assim, pode-se assumir que toda a concentração de Fe que venha a ser encontrada no revestimento tenha como origem o metal de base.


  Este método depende da utilização de equipamentos e técnicas de análise química de metais, como a Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raio-X (EDX), possibilitado pelo equipamento Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV).



  Outra forma de se obter uma estimativa para o cálculo de diluição do Cladding é o próprio cálculo de diluição geométrica. Menos acurado que o método utilizando a composição química de Fe no exemplo acima relatado, a diluição pode ser medida através da espessura do cordão e da penetração da solda. Esse método, comumente utilizado após a preparação para análise metalográfica, fornece ao operador os dois dados a serem utilizados. Após suas medições, pode-se utilizar a seguinte equação:


Efeitos da Diluição no Cladding


  A diluição, conforme já mencionado, caracteriza-se pela mistura física dos metais de base e metais de adição. Dessa forma, a própria presença de elementos do metal de base no revestimento afeta a resistência contra corrosão, oxidação e desgaste, assim como outras propriedades cruciais na operação dos equipamentos, como:


  • Redução da dureza;

  • Aumento da suscetibilidade à formação de trincas.


Efeitos de Passes Múltiplos de Revestimento


  Com o objetivo de se atingir níveis de diluição mais baixos, é comum utilizar o processo de soldagem TIG Hot Wire com passes múltiplos para o Cladding. Esse processo justifica-se pela diminuição drástica da diluição entre o primeiro e segundo passe.


  Por exemplo, supondo que foram realizados dois passes de soldagem com os mesmos parâmetros de soldagem e foram atingidos níveis de 20% de diluição nos dois passes de soldagem, pode-se facilmente observar que a diluição aproximada resultante é de apenas 4%. Cabe ressaltar que esse valor é apenas aproximado.


20% x 20% = 4%


  Embora essa técnica de múltiplos passes traga bons resultados na diminuição da diluição, existe um contraponto importante: as peças revestidas precisam manter suas cotas geométricas e os múltiplos passes muitas vezes ultrapassam os limites dimensionais, solicitando uma posterior etapa de usinagem ou desbaste. Técnicas mais modernas como os processos de soldagem PTA e Laser podem ser utilizados para evitar tais perdas, devido seu melhor controle de diluição e inerente melhor acabamento superficial.

 

O Cladding representa a aplicação de uma grande regra comum a todos os setores da engenharia: utilizar materiais mais nobres, consequentemente mais caros, somente quando e onde são realmente necessários.


  A verdadeira ciência da soldagem não está somente em conhecer os melhores materiais e processos disponíveis, mas saber quando utilizá-los.




Referências:

https://inspectioneering.com/tag/weld+overlay

https://www.twi-global.com/capabilities/materials-and-corrosion-management/surface-engineering-and-advanced-coatings/cladding/

http://www.arcmachines.com/applications/weld-overlay-or-cladding

A fusion between academic and industrial world of welding technology

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