PT97946B

PT97946B - Processo para produzir camadas superficiais em pecas de obra, dispositivo para realizar o processo, e peca de obra com a camada superficial produzida pelo processo

Info

Publication number: PT97946B
Application number: PT97946A
Authority: PT
Inventors: Roger Guilloud; Denis Gonseth; Roger Dekumbis
Original assignee: Amysa Yverdon Sa; Sulzer Metco Ag
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1998-11-30
Also published as: PT97946A; US5224997A; DE59108894D1; EP0462047B1; CA2044226C; JP3034079B2; ES2110985T3; EP0462047A1; JPH07148585A; CA2044226A1

Description

GEBRÚOER

YVEROON invenção

Processo para produzir camadas superficiais em peças de obra, dispositivo para realizar o processo» e peça de obra com a camada superficial produzida pelo processo para que

SULZER, AKT1ENGE3ELL3CHAFT e AMYSAS-A-» pretendem obter privilégio de em PortugalR E 3 U ii 0

presente invento refere-se a um processo para produzir camadas superficiais em peças de obra» em que a peça de obra (10) ou partes desta a cobrir com a camada superficial (±01) e (sâo) aquecida(s) por um aquecedor indutivo (2, 20) com um gerador de alta frequência /média frequência até uma primeira temperatura. Com um dispositivo laser (3» 30» 30”» 31» 32)» as zonas (10) da superfície a cobrir sâo ainda mais aquecidas e a camada superficial e realizada sobre a peça de obra (10» 10’, 10)- 0 dispositivo incluí o dispositivo laser (3» 30» 30”» 31, 32) e o aquecedor AF/NF (2, 20), que permite induzir e tratar termícamente simultaneamente a peça de obra (10» 10”» 10)- As camadas superficiais (101) realizadas pelo processo apresentam maior qualidade» uma vez que o processo possibilita uma manutenção nitidamente melhorada da temperatura e dos outros parâmetros processuais,.

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invento refere-se a urn processo para produzir camadas superficiais em peças de obra, a um dispositivo para realizar o processo, e a uma peça de obra com a camada superficial produzida pelo processo.

As peças de obra são munidas completa ou parcialmente com camadas superficiais peias mais variadas razões. As camadas superficiais são munidas com uma camada de grande resistência térmica ou mecânica nos pontos sujeitos a solicitações térmicas, químicas ou mecânicas particularmente grandes, por exemplo. A camada pode ser feita por· alteração da estrutura da zona superfici......

al de uma peça de obra, por exemplo por endurecimento,, tal como através de tratamento térmico,, ou por deposição de materiais estranhos,, Também se pode porém fazer camadas superficiais aplicando camadas superficiais propriamente ditas, tal como por fusão ou por tratamento galvânico da superfície.

Verificou-se que nas peças de obra submetidas a variações térmicas, por exempio, a adesão das camadas superficiais em si adequada a certas utilizações e insuficiente. A camada superficial, ou partes desta, solta-se da peça de obra. Noutros casos, verifica-se que se formam fendas na camada superficial que acabam por partir a camada superficial e também a peça de obra.

invento tem como objectivo proporcionar um processo para produzir camadas superficiais de melhor qualidade em peças de obra, assim como um dispositivo para realizar este processo,, □ invento refere-se ainda a peças de obra com tais camadas superficiais,.

Oe acordo com o invento, o processo e o dispositivo têm as características indicadas nas reivindicações 1 e 5. As peças de obra de acordo o invento têm as características da reivindicação

10. As reivindicações dependentes referem-se a formas particular.....

mente vantajosas de concretização do invento,.

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-3Cotn um gerador indutivo de alta frequêncía/média frequência é possivel aquecer até uma temperatura bem definida a peça de obra,, à qual se vai aplicar a camada superficial, e manter com precisão essa temperatura também durante a produção da camada superficial (importante para a qualidade da camada superficial)» A temperatura do pré-aquecimento indutivo pode ser mantida, sem problemas, dentro de uma gama de variação de mais ou menos io⁰C» A melhoria da qualidade deve-se, entre outras razões, ao facto da diferença de temperatura entre a peça de obra & a zona de fusão, portanto a zona onde a camada superficial é continuamente produzida com o raio laser, ser em primeiro lugar seleccionável, ser em segundo lugar mantida relativamente baixa, e em terceiro lugar poder ser facilmente mantida também durante a produção da camada superficial. Deste modo, torna-se mais uniforme a qualidade da camada superficial, em particular a espessura, a estrutura da superfície, a estrutura cristalina, a dúctil idade, a dureza, etc,., e portanto a camada superficial fica globalmente melhor. Com o processo do invento também se podem produzir camadas superficiais mais delgadas»

Fundamentalmente, existem as seguintes possibilidades de produzir camadas superficiais: por endurecimento, no estado sólido, no qual a peça de obra ê, em principio, aquecida e em seguida rapidamente arrefecida; por fusão e restruturação do material da peça de obra; por fusão e deposição de material estranho, isto é, a ligação da camada superficial à peça de obra; por fusão de uma camada de um material diferente do da peça de obra, ficando a camada superficial e a peça de obra unidas somente numa zona delgada de fusão» 0 processo de arrefecimento tem influência nas propriedades das camadas superficiais em todas as modalidades de produção das mesmas»

Nas camadas superficiais de um material diferente do da peça de obra, o coeficiente de dilatação térmica do material da camada podo ser inferior ao do material da peça de obra. Devido à possibilidade cie escolha e precisão das temperaturas no processo ds cobertura, a temperatura da peça de obra pode ser superior à temperatura de serviço prevista para a peça de obra, quando se

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-4cobre a mesma, © concretamente de modo que, à temperatura de serviço, a camada superficial sofra, em serviço, uma força de pressão definida, exercida © transmitida peia peça de obra à camada superficial. Tais tensões de pressão próprias, actuando na camada superficial, contrariam a formação d© fendas, a fadiga do material e também a corrosão da peça e, em particular, da camada superficial.. Melhora-se, portanto, a duração e a qualidade da peça e, em particular, da camada superficial.. É o caso, por exemplo, de uma camada de estelita 6 numa peça de obra de aço inoxidável X2 CrNiifo 18 12 (cromio-niquei-tnolibdeno) „

A possibilidade do pré-aquecimento indutivo rápido da peça de obra, numa primeira gama de temperaturas até uma primeira temperatura seleccionável, diminuí também os processos de oxidação perturbadores da superfície da poça de obra, quando se cobre a mesma, ou evita-os totalmente, se o aquecimento for feito sob gas de protecção.

aquecimento indutivo permite, mediante a adaptação em conformidade da bobina de indução do gerador de AF/MF, os mais variados perfis de temperatura para toda a peça de obra, o que possibilita diminuir o atraso e a deformação da peça de obra e permite ainda manter mais uniforme a realização do endurecimento na camada superficial. Além disso, a têmpera, isto é, o reamolecimento das partes endurecidas da peça de obra ou da superfície, pode ser impedido ou influenciado, escolhendo o perfil d© aquecimento indutivo, eventualrnente em combinação com um arrefecimento. A camada superficial é então fundida com o dispositivo laser, a uma temperatura d© 1 800’C, na superfície da peça, que pode ter sido aquecida indutivamente, por exemplo, até uma temperatura de 800”8. 0 gerador de AF/MF, qu© trabalha, de preferência na gama d© frequências de 0,5 kHz a l MHz e na gama de potências de 5 a várias dezenas de kW de potência, produz como efeito aquecimento, sobretudo uma acção em profundidade ou em volume, enquanto que o aquecimento adicional com a aparelhagem laser tem sobretudo uma acção pontual na superfície, e concretamente na zona da superfície pré-aquecida, onde a camada superficial propriamente dita é produzida a uma temperatura ainda /2 'vic·

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mais alta, por fusão ds material estranho ou simplesmente das camadas superiores da peça de obra a cobrir,., 0 materiai da camada pode ser soprado na forma de pó e com, por exemplo, com gás protector como veiculo para a zona do raio laser na superfície da peça de obra. Aí o pó é fundido e amalgamado, sendo a parte fundida da superfície da peça de obra tão delgada e pequena quanto possível. Com o novo processo podem-se fazer camadas superficiais delgadas,, por exemplo_v na gama dos 0,2-0.,4 mm de espessura,,

Para que determinadas zonas de peças de obra nâo sejam so~ [email protected] e/ou se mantenham numa determinada gama de temperatura., se pudessem arrefecer zonas isoladas da peça de obra e/ou da camada superficial com um dispositivo arrefecedor, que trabalho., por exemplo, com ar, oleo,, água ou outro refrigerante» Com o arrefecimento é ainda possível manter sempre a alta qualidade da camada superficial de uma peça de obra» Em muitos casos„ a qualidade de uma superfície depende de processos de arrefecimento, que podem ser melhor mantidos e ser mais rigorosos com um dispositivo arrefecedor- Com o dispositivo arrefecedor pode-se evitar o sobreaquecimento e melhorar a realização do processo de arrefecimento, isto é, mantê-lo mais rigoroso»

□ processo possibilita a colocação da zona de trabalho do laser directamente no centro ou perto do centro da zona aquecida pelo AF« Além disso, o aquecimento indutivo permite obter em zonas relativamente extensas da peça de obra uma temperatura consideravelmente uniforme, isto é, uma gama de temperaturas homogénea, o que contribuí para que as tensões térmicas próprias que surgem no trabalho permaneçam extremamente pequenas» Mais uma vez, o resultado é que as deformações da peça de obra tratada, o chamado empenamento, permaneceram pequenas ou praticamente ausentes»

Na realização do processo,, aquece-se indutivamente, por meio de um gerador de AF/MF, até uma primeira temperatura a peça de obra ou as partes da mesma a munir com a camada superficial» Com o dispositivo laser aquece-se ainda mais as zonas a tratar da

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-6-superficíe e produz-se a camada superficial sobre a peça de obra., 0 dispositivo incluí o dispositivo laser e o de aquecimento de AF/MF, que permitem ambos influenciar simultaneamente a peça de obra, As peças de obra com camadas superficiais feitas pelo processo apresentam rnaior qualidade, ou seja, uma qualidade melhorada, uma vez que o processo permite e possibilita uma manutenção nitidamente melhorada da temperatura ao longo do tempo e também da distribuição da temperatura na peça de obra,.

Explica-se, seguídamente, o invento com o auxilio da figura, que mostra um exemplo de um dispositivo» de acordo com o invento para realizar o processo.,

Na sua forma mais simples, o dispositivo de acordo com o invento consiste num dispositivo para segurar a peça de obra lo.. Abrange ainda um gerador de AF ou de MF 2 (AF ~ alta frequência, MF = média frequência) com uma bobina de indução 20, que conjuntamente formam o aquecedor indutivo, e uma fonte laser 3 com espelho rodável 31 e um dispositivo óptico de focagem 32, para o raio laser 30»

Como se mostra, a peça de obra 10 pode ser, por exemplo, uma válvula de um motor de combustão. As zonas marginais 10 da cabeça de válvula 10‘, que formam a zona anelar vedante na sede da válvula, vão ser munidas com uma camada superficial 1O1„ 0 raio laser 30 é focado com o espelho rodável 3i e o dispositivo óptico de focagem 32 no ponto de trabalho 30, da zona marginai a cobrir 10 da cabeça de válvula 10^a»

Por exemplo» pode-se produzir uma camada superficial 101 por simples fusão e restruturação do material (endurecimento) da zonas da cabeça de válvula 10^a, ou por aplicação de uma camada de um outro material, por exemplo estelita 6- Por exemplo, pode-se soprar a estelita 6 em pó, com o auxilio de um transportador de pó 4 com um bico 41, que produz o jacto de pó 40, para o ponto de trabalho 300 transporte do pó pode ser feito com árgon, que actua simultaneamente como gás protector..

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camadas superficiais 101 simétrica cie revuloção, a peça cie obra 10 pode ser rodada por um dispositivo de rotação 100 „ Será também possível mover o ponto de trabalho 30' do raio laser 3 0 juntamente com o jacto de pó 40 na superfície da peça de obra 10.. Será aí rida concebível mover a peça de obra 10, o raio laser 30 e o jacto de po 40 assim como a bobina 20, ou um ou mais do que um deles» Isto seria vantajoso para a produção de padrões de camada superficial complicados, por exemplo, em peças de obra com contornos complicados»

Em muitas utilizações, a qualidade da camada superficial é influenciada peia manutenção de limites de temperatura precisos na peça de obra 10 e na camada superficial 101, na zona do ponto de trabalho 30’ do raio laser 30. Oo mesmo modo, o processo de arrefecimento pode ser decisivo para a qualidade e propriedades da camada superficial e da peça de obra coberta.. Para este fim, o dispositivo pode apresentar um dispositivo regulador e controlador 5, com o qual se pode controlar e regular a potência de aquecimento de AF/MF e também a potência do dispositivo laser, Como grandezas de controlo estão previstas, no exemplo mostrado, os dois sensores de temperatura 51 e 52, que determinam a temperatura da camada superficial 101, na zona do ponto de trabalho 30”, do laser 30 e a temperatura da superfície da cabeça de válvula 10’» 0 dispositivo regulador e controlador 3 pode pôr a potência das fontes de aquecimento de AF/MF e/ou laser em valores teóricos, que são dados, por exempio, pelos indicadores dos valores teóricos de temperatura 53,.

Para a manutenção de perfis de temperatura particulares na peça de obra 10, ou em parte© desta, por exemplo, na cabeça de válvula 10, pode estar previsto um dispositivo arrefecedor 6 que arrefece, por exempio, a cabeça de válvula com um jacto de fluido arrefecedor 60, por exemplo ar, um gás protector ou um líquido como água, etc,. As temperaturas também poderiam ser reguladas, ou seja, influenciadas, alterando a velocidade de rotação do dispositivo de rotação 100 da peça de obra io e/ou ligando ou desligando o jacto de fluido arrefecedor 60. 0 dispositivo de /' 540

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controlador e regulação 5 pode ser programável dentro de limites amplos, para se criar de acordo corn a camada superficial a produzir outras condições de cobertura de superfície» 0 dispositivo pode ainda ser construído de modo que a bobina de indução, os sensores de temperatura., por exemplo, pirómetros de radiação e o dispositivo laser com o raio laser se movam relativamente à peça de obra, que pode seu lado é igualmente movida., e/ou entre si. □ fluxo possível de sinais de aparelhagem regulador e controlador esta indicado com setas na figura esquemática, lodos estes movimentos relativos também podem ser determinados pelo dispositivo regulador e controlador..

Claims

1 ~ Processo para produzir camadas superficiais (101.) em pecas de obra (10, 10% 10) que podem ser aquecidas indutivamente, caracterizado por, pelo menos, a parte a cobrir (10) da peça de obra (10) ser aquecida indutivamente para uma primeira gama de temperaturas e a camada superficial (101) ser realizada aquecendo mais ou fundindo com luz laser (30, 30’) e energia laser a zona superficial e a cobrir (10) aquecida indutivamente..

2 - Processo de acordo com a reivindicação i, caracterizado por se conduzir para a camada superficial (101) um material em fusão (40) diferente do material da peça de obra (10, 10’, 10), para formar a camada superficial (101),.

3 Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o coeficiente de dilatação por calor do material da peça de obra (10, 10’, 10) ser superior ao do material da camada superficial (101),,

4 - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por se fazer a camada superficial (101) sob gás de protecção (40)...

3 - Dispositivo para realizar o processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por incluir um gerador de AF/MF (alta frequencia/média frequência) (2) e meios transmissores (20) para aquecimento indutivo da peça de obra (10, 10%, lo) a cobrir com a camada superficial (101), para uma primeira gama de temperaturas e por incluir um dispositivo laser ( 3 _s 30, OU , 31, 32) para aquecimento adicional da zona superficial a cobrir (10) da peça de obra (10, 10’, 10).

6 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por incluir um dispositivo (4, 41) para conduzir material em po ou em fio (40), destinado a camada superficial (101), para a zona de fusão do dispositivo de laser (3, 30, 30% 3.1, 32) da superfície (10) da peça de obra (10, 10%, io).,

72 :·.·ιο

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-107 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado por incluir meios (100) para moverem a peça de obra (io, 10’, 10), e/ou meios (51, 52) para determinarem a temperatura da peça de obra (10, 10’, 10), e/ou a temperatura na zona aquecida por laser (30’, 10) da camada superficial (101), e/ou meios (4, 41) para conduzirem gás de protecção, e/ou meios (6, 60) para arrefecerem as zonas da peça de obra (io, 10’, 10),.

8 - Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 5 a 7., caracterizado por ter um dispositivo regulador e controlador (5, 53) para controlar e/ou regular o gerador de AF/MF (2, 20), e/ou o dispositivo laser (3, 30, 30’, 31, 32), e/ou o dispositivo arrefecedor (6, 60), e/ou o movimento deste,, e/ou o movimento da peça de obra a cobrir (10, 10’, 10), e/ou do dispositivo laser (3, 30, 30’, 31, 32), e/ou os meios 51, 52 para determinar a temperatura, e/ou o movimento de partes destes,..

9 - Peça de obra (10, 10’, 10) caracterizada por ter uma camada superficial (101) produzida por um processo de acordo com uma das reivindicações l a 4„

10 - Peça de obra (10, 10, 10) com uma camada superficial. (101) de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por o coeficiente de dilatação térmico da camada superficial (101) ser inferior ao da peça de obra (10, 10’, 10),.