Balde Pelton Fabricado Aditivamente com Laser de Fio

Entre os diferentes tipos de turbinas atualmente utilizadas na produção de energia hidrelétrica, a turbina Pelton é uma das mais complexas e fascinantes em termos de design. (Foto 1: Turbina Pelton).

Os baldes enfrentam muito estresse e seu formato complexo é um fator chave para garantir a eficiência ideal da usina.

Métodos comuns de fabricação de uma turbina Pelton

Existem várias maneiras de fabricar uma turbina Pelton. Na maioria dos casos, este tipo de turbina é totalmente usinado, partindo de um disco forjado gigante de aço inoxidável CA6NM, o que envolve muita perda de material.

Para turbinas maiores, as cabeças dos baldes podem ser adicionadas soldando-as ao disco forjado pré-usinado. Este processo de fabricação reduz a perda de matéria-prima, mas aumenta a complexidade do processo de produção devido à precisão necessária durante a aplicação de união.

A manufatura aditiva traz oportunidades para melhorar os métodos de produção.

A impressão 3D em metal está se tornando cada vez mais difundida na indústria. Esta nova tecnologia foi estabelecida graças não só a uma evolução contínua dos processos de soldas (laser, arco, etc.), mas também aos consumíveis de soldagem. Permite a fabricação de peças adicionando material o mais próximo possível das dimensões finais esperadas, mesmo para geometrias muito complexas.

Este novo método de produção é um divisor de águas. Os fabricantes podem ser mais competitivos, reduzindo drasticamente os custos de produção e os prazos de entrega, resultando em maiores oportunidades para novos negócios.

O uso da fabricação aditiva com arco de fio (WAAM) já foi usado com sucesso para a produção de uma turbina Pelton. Em 2019, a fábrica da ANDRITZ Hydro, com sede em Ravensburg, construiu com sucesso os baldes de uma turbina Pelton de 5020 mm, usando sua tecnologia MicroGuss™, mas o uso da fabricação aditiva com laser de fio é inédito mundial.

Balde Pelton Fabricado Aditivamente com Laser de Fio, inédito mundial

IREPA LASER e Welding Alloys combinaram seus conhecimentos e habilidades para fabricar um balde Pelton usando a tecnologia laser-fio AMFREE. (Foto 2: Visão geral do balde Pelton WLAM).

Tecnologia de fabricação exclusiva

A fabricação aditiva com laser de fio foi realizada pela IREPA LASER, usando uma célula robótica dedicada. Esta ferramenta de produção integra a tecnologia laser-multifio AMFREE, que permite que vários fios derretam simultaneamente, levando a um aumento significativo na taxa de deposição, garantindo ao mesmo tempo a estabilidade ideal do processo.

Para fabricar o balde Pelton, cada uma das camadas foi produzida de acordo com uma metodologia especial. Começando com o contorno da forma (para garantir uma superfície externa lisa), seguido pelo preenchimento da forma (para garantir uma excelente compactação).

(Foto 3: Balde Pelton sendo fabricado usando cabeça de soldagem a laser multifio)

O balde fabricado final mede 360 mm de altura, 340 mm de largura e tem uma profundidade de 170 mm.

Foram necessárias 14 horas para produzir este balde de 61 kg com uma taxa de deposição média de 5-6 kg/h, usando um fio tubular de metal de 1,2 mm de diâmetro. Desenvolvimentos recentes já indicam que seria possível atingir até 8 kg/h.

Fio tubular avançado

Welding Alloys tem uma gama completa de fios tubulares de aço inoxidável martensítico macio (13%Cr-4%Ni) dedicados à indústria de energia hidrelétrica. Neste exemplo, usamos nosso CHROMECORE M 410NiMo-G fio de ø1,2mm.

O uso de fios tubulares oferece inúmeras vantagens para a manufatura aditiva:

• Um fio tubular é composto por uma bainha tubular preenchida com pós metálicos, tornando possível ajustar sua química de acordo com os requisitos do cliente.
• Há muita flexibilidade na fabricação de fios tubulares; é possível fornecer apenas 15 kg de fio em um único carretel, até várias toneladas.
• Usar um fio tubular aumenta a produtividade porque a área da seção transversal é pequena e, portanto, o fio tubular derrete mais rápido do que um fio sólido.
• A fusão suave deste fio significa que há uma quantidade muito baixa de respingos e alimentação ideal do fio.

Em casos de estresse extremo e, portanto, desgaste prematuro, também é possível depositar um fio especial na superfície interna do balde para oferecer resistência superior ao desgaste por cavitação, usando nosso fio CAVITALLOY.

Este fio de revestimento deposita uma liga austenítica com cromo, cobalto, manganês, silício, com adição de nitrogênio, especialmente desenvolvida para resistir à cavitação e erosão extremas.

O uso de fios tubulares Welding Alloys avançados combinados com soluções de fabricação laser-fio AMFREE oferece novas oportunidades e possibilidades interessantes para a indústria de energia hidrelétrica.

Assista ao vídeo deste balde Pelton sendo produzido