Soldadura en Atmósfera Protegida SAP Unidad 4: Proyección Térmica PDF

Soldadura en Atmósfera Protegida SAP Unidad 4: Proyección térmica Materiales formativos de FP Online propiedad del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte. Aviso Legal 1. Descripción de la técnica de proyección térmica El or...

Soldadura en Atmósfera Protegida SAP Unidad 4: Proyección térmica Materiales formativos de FP Online propiedad del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte. Aviso Legal 1. Descripción de la técnica de proyección térmica El origen de la proyección térmica se remonta al año 1910, cuando por primera vez se proyectó polvo de metal fundido sobre una superficie. El procedimiento consistía en fundir un metal en un crisol y proyectarlo atomizado, mediante un gas comprimido, sobre la superficie a recargar en la que se solidifica. Posteriormente, salió al mercado un tipo de pistola alimentada por un alambre, que atravesando una llama originada por un gas combustible y otro comburente, era fundido y proyectado sobre el material a recargar, por una corriente de aire comprimido. La proyección térmica es una técnica utilizada en la fabricación de componentes que consiste en proyectar pequeñas partículas fundidas, semi-fundidas, calientes e incluso frías que se adhieren a una superficie. El objetivo es proveer un tratamiento superficial mediante recubrimiento a las piezas que van a estar sometidas a condiciones extremas de rozamiento, desgaste, calor y/o esfuerzos mecánicos. El material a proyectar, que puede ser en forma de polvo o hilo, es fundido mediante una energía obtenida a partir de la combustión de gases o de un arco voltaico. Existen varios métodos de proyección térmica y los tipos de energía más empleados son la llama autógena con acetileno y oxígeno, el arco plasma y el arco eléctrico. El material fundido es proyectado seguidamente sobre la pieza a recubrir en estado plástico con una alta energía cinética y térmica, provocando la adherencia con una fuerza que va a depender del procedimiento empleado, de los parámetros utilizados, del material de aportación, del material del substrato así como de la preparación del mismo y de su temperatura antes, durante y después de la proyección. Cuando la partículas fundidas o semifundidas llegan al sustrato impactan, adquiriendo una forma laminar que se adapta a la forma existente, formando así el recubrimiento tras solidificar. Los espesores pueden variar desde las decenas de micras hasta en casos extremos algunos milímetros. Tendrán también importancia en la calidad de un recubrimiento las reacciones químicas entre partículas, el tamaño de las mismas, (lo que va a influir en la transferencia de calor al substrato), así como la forma de la pieza, la velocidad relativa de la pistola con relación a la pieza, el ángulo de incidencia de las partículas sobre la pieza, la distancia de proyección, etc. Esta técnica ha ido en aumento en los últimos años, tanto en procedimientos de producción de piezas como en las reparaciones. Es una técnica en expansión, que presenta una serie de ventajas que vamos a ver a continuación. Los procesos de proyección térmica tienen entre otras las siguientes ventajas: Existe un sinfín de posibilidades de combinación de materiales base y materiales de recubrimiento. Permite obtener superficies con determinadas características de mayor calidad que las del material base. Gracias a la flexibilidad de la proyección térmica existen muchas posibilidades de reparación de piezas de alto valor, que por el uso están desgastadas. El bajo costo y la economía de tiempo son factores determinantes comparándolos con otros métodos de reparación. Permite la proyección de materiales con elevados puntos de fusión (materiales refractarios, materiales cerámicos). La selección de los adecuados materiales de recubrimiento en la aplicación de la proyección térmica sobre componentes de maquinaria y equipo permite reducir a un mínimo futuros costes a causa de averías de componentes de maquinaria. Dada la escasez y el alto coste de materias primas, la proyección térmica permite emplear en la industria materiales más económicos mejorando sus características superficiales para cubrir con las exigencias solicitadas. Las limitaciones del proceso son: La aplicación de recubrimiento en grandes extensiones superficiales puede disminuir la consistencia y la uniformidad del revestimiento. La proyección tiende a producir revestimientos porosos, especialmente cuando se utilizan altas velocidades. La porosidad disminuye con la proyección en vacío y con la disminución en la granulometría del polvo. Los depósitos realizados pueden contaminarse por oxidación durante el procedimiento de aplicación oxidación e incluir porosidad debida a la fusión incompleta. Las principales propiedades que pueden ser tratadas por esta tecnología se encuentran: Protección contra el desgaste. Protección contra la corrosión. Conductividad eléctrica.  Protección de altas temperaturas. Capas decorativas De esta forma, las características de los componentes tratados por proyección permite su aplicación, entre otros, en los siguientes campos: Fabricación de componentes del automóvil (cigüeñales, válvulas, inyectores, etc.) Maquinaria en general. Herramientas de corte y conformado. Las técnicas mas utilizadas en proyección térmica son: Proyección de polvo por combustión (Flame Spray) Proyección de alambre por combustión (Flame wire) Proyección de alambre por arco eléctrico (wire arc) Proyección por plasma (Plasma Spray) proyección térmica por alta velocidad (HVOF). Cada técnica se aplica en función de las propiedades que se necesitan en el recubrimiento o el tipo de material empleado. En esta unidad nos vamos a ocupar de la proyección térmica por arco, plasma y láser. 1.1 Principios del proceso Todos los procesos de proyección térmica requieren dos tipos de energía: energía térmica y energía cinética. La energía térmica es necesaria para fundir y aplicar el material de recargue. La energía cinética, junto con la velocidad de las partículas, influye en la dureza de la capa, en la cohesión del material de recubrimiento y en su adherencia al material base. La energía cinética varía mucho entre los diferentes métodos de proyección térmica, y además depende del material de recubrimiento y del tamaño de las partículas. Fases de la proyección del recubrimiento sobre el sustrato. Las primeras partículas proyectadas al llegar a la superficie del substrato van solidificando y recubriendo las irregularidades del mismo. Los mecanismos de adhesión entre el recubrimiento y el substrato se clasifican en tres categorías: Unión mecánica: se produce cuando una partícula, en estado plástico, impacta sobre la superficie rugosa del sustrato previamente chorreada y que adherida a éste. Unión metalúrgica: la elevada energía cinética de las partículas proyectadas dan lugar a procesos de difusión en la interfaz sustrato-recubrimiento que facilitan la formación de un nuevo compuesto. Unión física: unión débil entre el substrato y el recubrimiento por fuerzas de adherencia. Posteriormente las partículas siguen llegando y se acumulan sobre las primeras capas del recubrimiento. Estas partículas llegan más o menos fundidas según las condiciones energéticas que tengan. La calidad de aplicación de los recubrimientos dependen principalmente de factores como: velocidad de impacto, tamaño y temperatura de partículas, rugosidad del substrato, etc. Proyección térmica por arco. El recubrimiento por proyección se debería aplicar, tan pronto como sea posible, después de la preparación, con los parámetros que se dan en la especificación del procedimiento de proyección térmica. Cuando sea apropiado, la superficie en la que se va a efectuar la proyección puede precalentarse inmediatamente antes de la proyección. El precalentamiento eliminará toda la humedad condensada de la superficie a recubrir. Se deben tomar las precauciones adecuadas para evitar la contaminación durante el periodo de tiempo que transcurre entre el chorreo con granalla y la proyección. Antes y durante la proyección, la superficie debe ser calentada lo suficiente para evitar la condensación de la humedad. Durante la proyección es necesario controlar la temperatura del recubrimiento para evitar tensiones residuales excesivas que puedan reducir el rendimiento del recubrimiento. Para determinar el sistema de recubrimiento más adecuado se debe de tener en cuenta: El espesor de la capa proyectada. La rugosidad y temperatura de la superficie. Las propiedades requeridas en el depósito final (desgaste, corrosión, ataque químico, etc.). El nivel de porosidad del recubrimiento. Si es necesario, se debe utilizar un método de obturación de los poros y un tipo de producto obturador adecuado. Durante la proyección térmica se debe de verificar: Los parámetros esenciales del proceso (caudal de gas, corriente de proyección, tensión de proyección, velocidad de avance, distancia de proyección, etc.). Temperatura de la superficie. Controles dimensionales y de distorsión. Uso, estado y manejo de los consumibles.  Atmósfera de protección. La formación de poros en el recubrimiento se debe a dos motivos: Por las salpicaduras que pueden producir las partículas fundidas o semifundidas en el momento del impacto, favoreciendo la retención de aire entre partículas. Las partículas que impactan sin fundir (partículas frías) forman zonas porosas por mala adaptación al conjunto de porosidades ya solidificados. 2. Recubrimientos superficiales El campo de aplicación de los recubrimientos es muy amplio: reconstrucción dimensional, unión, recubrimientos resistentes a la abrasión y erosión, resistencia al desgaste metal, oxidación, corrosión, etc. Algunas de esas demandas son la resistencia al desgaste, la oxidación, el coeficiente de fricción y la dureza, las cuales se combinan con el objeto de lograr el recubrimiento idóneo para las condiciones de trabajo que han sido diseñadas. La aplicación de recubrimientos nos permite obtener un componente con unas propiedades específicas en su capa superficial. Generalmente, las propiedades relacionadas con el desgaste se atribuyen al recubrimiento o capa superficial y las propiedades mecánicas las aporta el sustrato o material base. Los recubrimientos de superficies son numerosos y en constante evolución, y cada vez se descubren nuevas aplicaciones que aportan algunas mejoras en el proceso industrial desde distintos puntos de vista, tales como: Producción de piezas, donde se aplica un recubrimiento que confiere las características superficiales deseadas sobre un sustrato más económico o con mayor resistencia mecánica. Reparación de grandes elementos de máquinas cuya fabricación es costosa, por haberse desgastado excesivamente por su uso o por estar expuestas a condiciones de trabajo adversas En aplicaciones especiales y decorativas. Elementos que forman parte de un recubrimiento. 2.1 El recubrimiento Las tres principales áreas en las que los recubrimientos han experimentado grandes avances son: el desgaste, la disminución de la fricción y las barreras térmicas. El recubrimiento: Material que se deposita sobre una superficie y que forma una capa superficial con propiedades diferentes de las del material sobre el que se deposita (sustrato). Material de recubrimiento: Gran cantidad de materiales y aleaciones se pueden emplear como material de recubrimiento por pulverización térmica. Dependiendo del proceso de proyección térmica, el material de revestimiento puede ser en forma de alambre o polvo. Las características de un recubrimiento dependen de: Características físicas, tales como el coeficiente de expansión, densidad, conductividad térmica y punto de fusión. Los factores adicionales, tales como la forma de las partículas, distribución de las partículas y el proceso de fabricación de material en polvo (es decir, aglomerados, sinterizados, compuesta). A medida que la mayoría de los materiales de pulverización están disponibles en aleaciones o mezclas, esto conduce a un número casi ilimitado de posibilidades de combinación. Esquema de los procesos de proyección térmica. 2.2 El sustrato El sustrato es la base donde vamos a realizar el recubrimiento, es decir la superficie de la pieza sobre la que queremos proyectar el recubrimiento. Los materiales sustrato deben soportar los procedimientos de limpieza para preparar la superficie. La limpieza cuidadosa y el tratamiento previo de la superficie a cubrir son factores muy importantes. Como sustratos encontramos gran cantidad de metales y aleaciones, siendo los principales: aceros, aleaciones de Ni y Co, fundición gris y nodular, metales ligeros y sus aleaciones (magnesio, aluminio, titanio), cobre y sus aleaciones, materiales cerámicos y algunos plásticos. Después de la eliminación de las impurezas de la superficie por métodos químicos o mecánicos, la superficie suele ser rugosa. Esto ofrece el beneficio de mayor superficie para la unión de las partículas pulverizadas. Las partículas de recubrimiento líquido o fundido impactan en la superficie a gran velocidad, esto provoca que las partículas se deformen y se extiendan como láminas sobre el sustrato. El calor de las partículas calientes se transfiere al material base más frío. Mientras que las partículas se encogen y se solidifican, se enlazan con el material de base rugoso. La adhesión del recubrimiento se basa, por tanto, en mecánica de "enganchando". La rugosidad superficial por lo general se lleva a cabo a través de chorreo de arena seca con corindón. También se pueden usar otros materiales, tales como la granalla de acero o de carburo de silicio. En la operación de chorreo, además del tipo de granalla, otros factores importantes son el tamaño de partícula, forma de las partículas, el ángulo de explosión, la presión y la pureza de los tipos de grano. Corte de una sección de recubrimiento de proyección térmica. 2.3 Preparación del sustrato Inspección previa: Un paso previo a la realización de la proyección es examinar la pieza a proyectar y comprobar su estado, grietas o daños, y eliminar algún recubrimiento previo si existiese. Mecanizado o rectificado preliminar: Debemos de tener en cuenta que cualquier recubrimiento aplicado con anterioridad debe eliminarse. Las formas o los bordes del área preparada deben ser adecuadas para el proceso de recubrimiento, intentado evitar los bordes agudos. Siempre que sea posible, el mecanizado previo se debe realizar sin el uso de un lubricante, ya que, en caso de materiales de substrato porosos pueden quedar residuos incrustados. Preparación de la superficie: Para obtener la máxima resistencia a la adherencia para los substratos metálicos, se requiere una superficie libre de toda contaminacióny bien preparada. El método de preparación más comunmente empleado es el el chorreado superficial con granalla cortante de corindón, proyectado con aire comprimido a una presión de 6 bares, en un ángulo de de incidencia de 45 a 60º. Temperatura del substrato: El calentamiento previo del substrato antes de la deposición, provoca una solidificación más lenta y, por tanto, una reducción de la tensión residual que puede originarse entre substrato y recubrimientos. 3.- Proyección térmica por arco eléctrico. La proyección de alambre por arco eléctrico emplea aire de pulverizado. Los recubrimientos presentan una buena limpieza y, a menudo, son más mecanizables que los producidos utilizando otros procesos de proyección térmica. Son sistemas de proyección fáciles de manejar y mantener que proporcionan resultados de recubrimiento muy fiables y resistentes. Como campos de aplicación están el recubrimiento de grandes superficies de depósitos, protección contra la corrosión, etc. La proyección térmica por arco utiliza dos hilos metálicos, generalmente de la misma composición, aunque también pueden ser de composición distinta, como la materia prima de revestimiento. Los dos hilos están cargados eléctricamente con polaridad opuesta y se introducen en la pistola de proyección al mismo tiempo, con velocidades controladas. Cuando los hilos se unen en el punto de contacto, las cargas opuestas de los hilos crean suficiente calor como para derretir de un modo continuado las puntas de los alambres a unos 5000 ºC. El aire comprimido lanza las partículas a una velocidad de 150 m/s consiguiendo unos aportes de entre 8 y 36 kg/h. Se utiliza aire comprimido para atomizar el material fundido y para acelerarlo a la superficie de la pieza para formar el revestimiento. Si se usa nitrógeno o argón como gas pulverizador, se puede evitar en gran parte la oxidación lógica del material base. Una de las ventajas de este sistema es que dos alambres de diferente composición pueden ser mezclados consiguiendo una aleación. En la proyección de alambre por arco eléctrico, el peso del recubrimiento que puede depositarse por unidad de tiempo está directamente relacionado con el amperaje de salida del sistema y la densidad y punto de fundido del alambre. Dependiendo de la resistencia del alambre, pueden utilizarse mecanismos de empuje, tracción o empuje/ tracción para alimentar el alambre a una velocidad constante. Los alambres también pueden ser tubulares. La metalización con arco es un sistema de aplicación de hilo de gran rendimiento, pero sólo pueden aplicarse de esta forma en materiales eléctricamente conductores. Además, la tecnología de proyección por arco con doble hilo es un proceso en frío en el que el sustrato puede mantenerse a bajas temperaturas (300 ºC) durante la proyección, evitando la distorsión y los cambios metalúrgicos en la pieza de trabajo (como por ejemplo con el aluminio). Esta técnica permite usar recubrimientos metálicos, cerámicos, poliméricos y de tipo composite. Mediante este método se pueden proyectar entre otros, aluminio, zinc, cobre, níquel, y diversas aleaciones Proyección térmica por arco eléctrico. Para saber más Enlace para un ver video de proyección térmica por arco eléctrico. Arc Spray Roll Coating.MPG Resumen textual alternativo 3.1.- Equipo de proyección por arco eléctrico. El equipo de proyección por arco consta de los siguientes elementos: La pistola de proyección por arco y el sistema de accionamiento está conectado a una fuente de alimentación de tensión conmutada, es decir de corriente continua y con distinta polaridad para cada hilo. Uno de los hilos va con polaridad positiva y el otro con polaridad negativa. La fuente de alimentación suele estar dotada de electrónica sellada para una excelente fiabilidad en los entornos de proyección más exigentes. Las unidades de alimenta­ción de hilos pueden estar montadas sobre la fuente de alimentación, permitiendo al operario un giro y maniobrabilidad sin problemas durante la proyección. La alimentación de los hilos se hace por medio de unos rodillos, accionados por un motor, que pueden ir en la pistola o en una unidad de alimentación de alambre a la salida de las bobinas. El montaje en suelo o carro son otras opciones disponibles, como también el empleo de unidades de alimentación de hilo remoto para aplicaciones de acceso restringido. La manguera de la pistola lleva los cables y tubos para el suministro de aire a alta presión, dos conductos para el suministro de los hilos, cables para el control de la fuente de alimentación, para el control de la alimentación de los hilos, para el sistema de alimentación de aire, cables de suministro de corriente a la pistola y circuito de alimentación y retorno de agua para refrigeración de la pistola. Accesorios Opcionales: Al equipo se le puede acoplar un cuello extensor para proyección con arco, lo que mejora el acceso a lugares difíciles como orificios internos profundos y zonas posteriores de refuerzos soldados, etc. El cuello extensor permite la proyección recta o angular y el uso en aplicaciones que exigen una potencia superior a 200 A. En la proyección de alambre por arco eléctrico cada vez se emplean más las aplicaciones automatizadas. Éstas utilizan un sofisticado equipamiento que controla con precisión el movimiento de la pistola de proyección y la pieza de trabajo, y su posición relativa una respecto de otra. Equipo de proyección térmica por arco eléctrico. 3.2.- Equipo de proyección automatizado. Un sistema típico de proyección térmica consiste en lo siguiente: Cabina insonorizada y un sistema de filtración y extracción de aire. Soplete de pulverización (o pistola). Alimentador para el suministro del polvo o alambre a la antorcha. Suministro de los medios de comunicación de gases o líquidos para la generación de la llama o chorro de plasma, gases para llevar el polvo, etc. Robot para la manipulación de la antorcha o los sustratos a recubrir. Fuente de alimentación, a menudo independiente de la antorcha. Control de la consola (s) ya sea integrado o individuales para todas las anteriores. Posicionadores o viradores. Paquetes de software para la gestión del diagnóstico del control de procesos. La cabina de Spray sirve como un escudo para el sonido y el polvo producido por el aerosol de la pistola durante la pulverización. La cabina cuenta con puertos de entrada para el suministro de energía, gas, control de procesos y equipo de control. Por lo general, la pistola está montada sobre un robot, con el movimiento programado específicamente para el elemento a recubrir. El componente que debe ser pulverizado se monta en una unidad de manipulación, como una plataforma giratoria o mesa. Por lo tanto, es posible aplicar revestimientos de geometrías muy complejas. El sistema de ventilación, con su unidad de filtrado que absorbe el exceso de pulverización, es decir, el polvo en suspensión que no se adhiere a la superficie del componente, se extrae y es atrapado en la unidad de filtrado. Robot para proyección térmica. 3.3.- Hilos para proyección por arco eléctrico. La gran mayoría de los hilos empleados actualmente en la proyección por arco eléctrico con hilo, son hilos macizos extruídos, de composiciones estándar de zinc y aluminio. También se emplean hilos tubulares rellenos de flux (una mezcla de metales y minerales). Esto permite una gran flexibilidad en la elección de las composiciones del metal y flux y de ahí una amplia variedad de combinaciones. Los hilos están diseñados para la proyección por arco eléctrico con hilo y lograr producir combinaciones exclusivas de propiedades antidesgaste y anticorrosión en aplicaciones tan específicas, como por ejemplo, la protección de calderas. La calidad superficial del hilo es optimizada empleando superficies de rodillos especiales y tratados termicamente a fin de asegurar una alimentación continua del mismo. Los diámetros de los hilos oscilan entre 1,6 mm. hasta 2.5 mm. y se presentan múltiples opciones de empaquetado, como bobinas, carretes o tambores de alto volumen, para adaptarse perfectamente a cada aplicación. De esta manera disponemos en el mercado de hilos de, metales puros, aleaciones y superaleaciones (NiCrMo, FeCrAl, FeCrNiSi), alambres con núcleo y compuestos que se alean durante el proceso de proyección (FeCNiCrW), NiCrAlMo) y materiales de carga de carburo resistentes al desgaste. Bobina de hilo de proyección térmica por arco. 4.- Proyección térmica en frío. En la proyección térmica en frío conocida como CGDM los polvos sólidos (1 a 50 micras de diámetro) se aceleran en chorros de gas a velocidades de hasta 500 a 1000 m/s por medio de un gas (argón, helio, nitrógeno) que es calentado hasta 600°C. La velocidad crítica necesaria para formar la unión depende de las propiedades de los materiales, el tamaño de polvo y la temperatura. Metales blandos como el cobre y aluminio son los más adecuados para la proyección en frío. La tasa de deposición varía de 3 a 15 kg/h. Durante el impacto con el sustrato, las partículas sufren la deformación plástica y se adhieren a la superficie. Para lograr un espesor uniforme se desplaza la boquilla pulverizadora a lo largo del sustrato. La energía cinética de las partículas, suministrados por la expansión del gas, se convierte en energía de deformación plástica durante la unión. La parte de energía cinética del proceso (velocidad de las partículas) es incrementada, mientras que la correspondiente a la energía térmica es reducida, lo que conduce a recubrimientos prácticamente libres de óxidos. Mediante pulverización en frío pueden ser depositados materiales compuestos, metales, y polímeros. A diferencia de otros procesos de proyección térmica como, proyección por plasma, arco, pulverización de llama, el combustible con oxígeno a alta velocidad (HVOF) los polvos no se funden durante el proceso de pulverización. En comparación con los procesos tradicionales que requieren el calentamiento de las partículas a proyectar a temperaturas cercanas a la de fusión, el CGDM solo precisa calentar las partículas unos pocos cientos de grados, lo que reduce drásticamente la oxidación de las partículas y en consecuencia el contenido en óxidos del recubrimiento. Proyección térmica en frío. 5.- Proyección térmica por plasma. Para la proyección térmica con plasma se funde el polvo de recubrimiento en un arco de plasma y se proyecta sobre la superficie de la pieza a tratar. Su empleo disminuye el riesgo de degradación del revestimiento y del substrato, en comparación con otros procesos a altas temperaturas. El plasma es producido por un arco voltaico en la boquilla de la pistola (el arco voltaico no es transmisor, es decir que se mantiene dentro de la pistola, entre un electrodo de tungsteno dispuesto concéntricamente y la boquilla de inyección, refrigerada por agua) y es concentrado a través de un gas o mezcla de gases. Los gases son disociados e ionizados en este proceso, de tal manera que se proyecta una columna de plasma de varios centímetros de longitud que alcanzan enormes velocidades de salida, y durante su recombinación ceden su energía térmica a las partículas del material de recubrimiento. La temperatura dentro de la columna puede alcanzar hasta 15.000 C. El material de pulverización se inyecta en forma de polvo fuera de la boquilla de la pistola, en la columna de plasma, donde se funde, y es lanzado por el gas sobre la superficie del sustrato, permitiendo la proyección de polvos de alta temperatura de fusión. Algunos de estos compuestos pueden ser los óxidos cerámicos, metálicos, cerámicos-metálico. Como gas pulverizador se usa nitrógeno, argón u oxígeno. Las partículas de fundido se oxidan mucho menos con plasma al vacío pulverización (VPS), de forma que el resultado son capas de mayor calidad. Se mejora notablemente las propiedades del recubrimiento y se puede aumentar el espesor del compuesto a depositar con una correcta refrigeración del sustrato. Proyección térmica por plasma. 5.1.- Ventajas, limitaciones y aplicaciones de la proyección por plasma. Ventajas del la proyección térmica por plasma: Generación de calor eficiente, debido a los procesos de disociación e ionización, proporcionando un calentamiento muy efectivo del material a fundir. Las grandes temperaturas generadas por el arco del plasma permiten la proyección de materiales con elevados puntos de fusión (materiales refractarios, materiales cerámicos). Elevada fuerza de unión y buena compactación debido a alta velocidad de partículas rociadas. Se minimiza la oxidación ya que la fuente de calor es inerte. Desventajas del proceso de esperado térmico por plasma: Los depósitos realizados pueden contener productos originados de la oxidación, junto a alguna porosidad debida a la fusión incompleta. Aplicación de recubrimiento en grandes extensiones superficiales puede disminuir la consistencia y la uniformidad del revestimiento. La proyección tiende a producir revestimientos porosos, especialmente cuando se utilizan altas velocidades. La porosidad disminuye con la proyección en vacío y con la disminución en la granulometría del polvo. Los campos de aplicación son, entre otros: capas de aislamiento térmico, piezas sometidas a elevadas temperaturas como pueden ser los elementos de una turbina de gas (alabes), válvulas de automóviles, etc. 5.2.- Factores determinantes de la proyección por plasma. EStos factores están directamente interrelacionados y afectan al resultado final del trabajo a realizar y son: 1. Tipo de gas y atmósfera de trabajo. 2. Tipo y tamaño de partícula de polvo. 3. Velocidad de las partículas. 4. Modo de inyección del polvo. 5. Distancia de proyección. Gas y atmósfera de protección: Normalmente se utilizan el argón o el nitrógeno, que son los gases primarios utilizados, junto con adiciones que varían entre el 5 % y el 25 % de un gas secundario, normalmente hidrógeno o helio. Las propiedades de la capa depositada dependerán, en gran medida, del tipo de atmósfera en el que se realice la proyección, proyección por plasma en el aire o proyección por plasma en el vacío. En el primer caso, el proceso de proyección se produce en condiciones atmosféricas ambientales. El segundo caso se emplea cuando se exige de las capas depositados requisitos exigentes en lo que respecta a densidad, pureza, ausencia de óxidos y adherencia; en este caso la proyección se debe realizar en una cámara con atmósfera inerte. En condiciones atmosféricas ambientales, debido a los cortos periodos de estancia de las partículas en la llama las posibilidades de reacción del polvo con el aire son bastante limitadas. No obstante, los polvos de metales reactivos o de aleaciones pueden oxidarse algo en la superficie. Cuando se exige que las capas depositadas estén libres de óxidos y cumplan con una serie de requisitos en lo referente a pureza, densidad y adherencia, la proyección se debe realizar en una cámara con atmósfera inerte. Tipo y tamaño de partícula de polvo: Para cada material de revestimiento y para cada cañón de plasma existe un tamaño adecuado de las partículas del polvo, oscilando éste entre 5 y 60 micras. Un tamaño superior al adecuado originará que las partículas no lleguen a fundirse, con lo cual podrán separarse de la llama o rebotar en el substrato sin adherirse a él. Por el contrario, un tamaño inferior al adecuado puede producir la vaporización de dichas partículas. Los fabricantes nos dan las pautas para el trabajo de regulación, si bien, la experiencia y pruebas previas son factores determinantes. Modo de inyección del polvo y velocidad de las partículas: La forma en que las partículas se introducen en la llama condiciona su fusión y posterior deposición. La velocidad de salida del plasma es del orden de los 300-600 m/seg. Distancia de proyección y depósito de las partículas en el substrato: Cuando la proyección se realiza en contacto con el aire, las partículas de polvo comenzarán a enfriarse y desacelerarse. La distancia suele oscilar entre los 5 y los 10 centímetros cuando la proyección se realiza en contacto con el aire. El substrato ha de haber sido previamente sometido a un proceso de limpieza y de acabado superficial que le confiera cierta rugosidad para que aumente la adhesión del recubrimiento. 5.3.- Proceso de proyección por plasma. Antes de proyectar los polvos resulta necesario un proceso de preparación de la muestra para conseguir una buena adherencia. La superficie a proyectar debe de estar rugosa para contribuir a anclar las partículas proyectadas. Esto se consigue por medio del granallado del sustrato con partículas de corindón. Después se procede a la limpieza de la superficie por soplado con aire comprimido para eliminar los restos de partículas. La proyección por plasma se realiza mediante una pistola que consta de dos electrodos: un cátodo en forma cónica situado en el interior de un ánodo cilíndrico, que se extiende más allá del cátodo, formando una boquilla en su extremo. La refrigeración de los electrodos durante el proceso, se realiza por medio de unos circuitos con agua en circulación en su interior, lo que evita la fusión de dichos electrodos. La pistola entra en funcionamiento cuando un impulso de corriente crea un arco entre los dos electrodos. Este arco es mantenido por una corriente de elevada intensidad y con un potencial de alrededor de 50 voltios. Un gas inerte fluye a través del conducto comprendido entre los dos electrodos, el cual y debido al arco eléctrico establecido produce una disociación de las moléculas del gas en sus átomos y los somete a un proceso de ionización. De este modo, el gas existente en el interior del arco se transforma en un conjunto de iones y electrones muy energéticos, es decir, un plasma. La corriente en su recorrido entre los dos electrodos alcanza la boquilla del cañón, formando allí una llama de plasma. El polvo para el revestimiento es transportado por medio de un gas portador, e inyectado en la llama de plasma. El polvo puede ser inyectado por medio de un inyector de polvo situado en el interior de la boquilla o también puede estar situado en el exterior de la boquilla. La llama de plasma, acelera las partículas de polvo inyectadas, fundiéndose éstas debido a la elevada temperatura del plasma. Las gotas de material fundido se proyectan hacia la superficie del material a recubrir (substrato) donde se solidifican y acumulan, originando un recubrimiento protector grueso y compacto. Es muy importante que las partículas se fundan completamente, sin una excesiva vaporización, y permanezcan fundidas hasta que colisionen con el substrato. Proyección por plasma de un cilindro. 5.4.- Polvos para proyección térmica por plasma. En los polvos de proyección térmica por plasma debemos de tener en cuenta las siguientes características: Composición de la mezcla de polvos. Porcentaje de los componentes de la mezcla. Tamaño de la partícula. Estructura de la partícula. Fluidez del polvo. Densidad del polvo. Comportamiento térmico del polvo. Existe un gran número de aleaciones de polvos para proyección térmica que se adaptan a la mayoría de los requerimientos de mercado. Como ejemplo podemos citar los siguientes grupos: Metales puros (aluminio, cobre, cobalto, molibdeno, níquel, hierro) Aleación de polvos metálicos Polvos cerámicos Polvos de metal dur Fases de la fabricación de los polvos para proyección térmica por plasma. 6.- Proyección térmica con láser. El proceso de láser está en la vanguardia de la tecnología en muchos campos de la industria donde las líneas de producción modernas requieren sistemas seguros, automatizados y flexibles, con poco mantenimiento para obtener una rentabilidad óptima. Para la proyección térmica con láser se introduce el haz de láser en n material de recubrimiento en forma de polvo, usando una tobera especial para ello. El haz de láser funde tanto el polvo como también una parte mínima de la superficie de material base (en el orden de micras). Para proteger el baño de fusión se usa un gas protector. El material de recubrimiento aportado se une metalúrgicamente con el material de base. Uno de los campos de aplicación de la metalización con láser es el recubrimiento parcial de útiles de troquelado, doblado y corte. Con este tipo de proyección se obtienen temperaturas de 10.000 ºC y una tasa de deposición de 1-2 kg/h. Proyección por láser. 7.- Post-procesado del recubrimiento. Una vez realizada la proyección, el resultado final puede no ser el exigido en las especificaciones de calidad requeridas. Por lo tanto es necesario realizar otras operaciones adicionales para conseguir el grado de calidad y las especificaciones requeridas en las piezas o producto final. El post-procesado del recubrimiento se usa en ciertas aplicaciones para mejorar las características del depósito. El acabado, la textura, la densidad y la composición, son propiedades que pueden ser modificadas según la función del recubrimiento. La operación más efectuada es la densificación del recubrimiento. La fusión del recubrimiento empleando láseres, haz de electrones, plasma, o llamas, son algunos de los métodos utilizados para lograrlo. Algunos recubrimientos porosos son densificados al ser infiltrados con metales líquidos, epoxis u otros polímeros, que producen el sellado de los poros del recubrimiento. En otros casos se han empleado recubrimientos de difusión añadiendo elementos tales como el cromo o el aluminio a la superficie del recubrimiento. Las barreras que se oponen a la comercialización de estos métodos son los costos adicionales del postprocesado, el control de las tensiones térmicas que se originan durante la fusión y posterior enfriamiento del recubrimiento, y el posible detrimento de las distintas fases de la estructura del material como consecuencia de la fusión. En algunos casos es necesaria la mecanización para producir acabados aceptables. Los recubrimientos pueden acabarse mediante técnicas de mecanizado o rectificado con herramientas como los abrasivos de diamante. Cuando se requiera, los recubrimientos por proyección térmica pueden obturarse mediante un producto químico. Esta operación se debe realizar tan pronto como sea posible, después de efectuada la proyección. 7.1.- Inspección después de la proyección. Cuando el depósito proyectado haya alcanzado la temperatura ambiente, el recubrimiento por proyección debe inspeccionarse mediante una inspección visual respecto a la evidencia de defectos y con la realización de mediciones para verificar que el depósito tiene las medidas requeridas. Si se observa algún defecto, tales como falta de adherencia, fisuras, u otros defectos inaceptables, el recubrimiento debe eliminarse y debe repetirse la preparación y la proyección. Cuando la pieza esta terminada debemos de realizar la inspección final que debemos de tener en cuenta: Precisión de las medidas dentro de las tolerancias requeridas. Acabado de la superficie según lo especificado y usencia de defectos en el recubrimiento (cavidades, arañazos, fisuras o levantamiento del recubrimiento). Eliminación de material sobrante de la proyección se ha eliminado. Limpieza de cualquier sustancia como, polvo, aceite, suciedad, etc. 9.- Normas de seguridad en los procesos de proyección térmica. Como con cualquier proceso industrial, hay una serie de peligros, que el operador debe tener en cuenta, y debe de utilizar los equipos de protección individual y una serie de precauciones específicas que deben de ser tomadas. Protección contra el ruido: Los niveles de ruido varían con el tipo de equipo de proyección, el material que está siendo aplicado, y los parámetros de funcionamiento. Así pues, la protección de los oídos del operador reviste una importancia fundamental. Radiación ultravioleta: Los equipos de pulverización de combustión producen una llama muy brillante. La pulverización por arco eléctrico produce radiación ultravioleta, que pueden dañar los tejidos del cuerpo. Las cabinas de proyección deben de estar equipados con cristal oscuro absorbente de la radiación ultravioleta. Cuando esto no sea posible, los operadores y auxiliares deben usar gafas protectoras, y se deben de colocar pantallas opacas alrededor de las áreas de pulverización. La boquilla de una pistola de arco nunca debe ser mirada directamente. Polvo y humos: La atomización de los materiales fundidos produce una gran cantidad de polvo y humo formado por partículas muy finas. El uso de extractores, facilita el desalojo de las partículas de polvo en suspensión pulverizadas, así como el uso de equipos autónomos de respiración, equipados con filtros adecuados. Las cabinas de proyección suelen estar equipadas con protección contra el ruido y extractores con filtros. Cuando la proyección se realiza en obras, en piezas de gran tamaño o en lugares de difícil acceso, se trabaja con equipos de protección personal. Calor: Al trabajar con altas temperaturas en el chorro de proyección se deben usar guantes y mandiles para proteger al operario del calor desprendido. Peligro eléctrico: Las pistolas de proyección operan a bajos voltajes pero con corrientes relativamente altas. Las fuentes de alimentación están conectadas a la red de suministro, y deben manipularse con precaución. Anexo.- Licencias de recursos. Licencias de recursos utilizados en la Unidad de Trabajo Recurso (1) Datos del recurso (1) Recurso (2) Datos del recurso (2) Autoría: Castolin Ibérica, s.a. Autoría: Castolin Ibérica, s.a. Licencia: Copyright (cita). Licencia: Copyright (cita). Procedencia: © Castolin Ibérica, Procedencia: © Castolin Ibérica, s.a. s.a. Autoría: Castolin Ibérica, s.a. Autoría: Castolin Ibérica, s.a. Licencia: Copyright(cita). Licencia: Copyright (cita). Procedencia: © Castolin Ibérica, Procedencia: © Castolin Ibérica, s.a. s.a. Autoría: Castolin Ibérica, s.a. Licencia: Copyright (cita). Procedencia: © Castolin Ibérica, s.a.