Caçamba Pelton Fabricada por Manufatura Aditiva de Arame a Laser

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).

As caçambas enfrentam muito estresse e seu formato intrincado é um fator fundamental para garantir a eficiência ideal da usina de energia.

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 inteiramente usinado, partindo de um disco forjado gigante de aço inoxidável CA6NM, o que envolve muita perda de material.

Para turbinas maiores, cabeças de pá podem ser adicionadas ao serem soldadas ao disco forjado pré-usinado. Esse 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 de metal está se tornando cada vez mais difundida na indústria. Esta nova tecnologia foi estabelecida graças não apenas a uma evolução contínua dos processos de soldagem (laser, arco, etc.), mas também dos consumíveis de soldagem. Ela 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 manufatura aditiva a arco com arame (WAAM) já foi utilizado com sucesso para a produção de uma turbina Pelton. Em 2019, a unidade de fabricação da ANDRITZ Hydro, sediada em Ravensburg, construiu com sucesso as caçambas de uma turbina Pelton de 5020 mm, utilizando sua tecnologia MicroGuss™, mas o uso da manufatura aditiva de arame a laser é uma estreia mundial.

Primeira caçamba Pelton do mundo fabricada por manufatura aditiva de arame a laser

A IREPA LASER e a Welding Alloys combinaram seus conhecimentos e habilidades para fabricar uma caçamba Pelton usando a tecnologia de arame a laser AMFREE. (Foto 2: Visão geral da caçamba Pelton WLAM).

Tecnologia de fabricação exclusiva

A manufatura aditiva de arame a laser foi realizada pela IREPA LASER, utilizando uma célula robótica dedicada. Esta ferramenta de produção integra a tecnologia laser-multi-arame AMFREE, que permite que vários arames derretam simultaneamente, levando a um aumento significativo na taxa de deposição, garantindo ao mesmo tempo a estabilidade ideal do processo.

Para fabricar a caçamba Pelton, cada uma das camadas foi produzida de acordo com uma metodologia especial. Começando pelo contorno do formato (para garantir uma superfície externa lisa), seguido pelo preenchimento do formato (para garantir uma excelente compacidade).

(Foto 3: Caçamba Pelton sendo fabricada usando cabeçote de soldagem a laser multi-arame)

A caçamba fabricada final mede 360 mm de altura, 340 mm de largura e tem uma profundidade de 170 mm.

Foram necessárias 14 horas para produzir esta caçamba de 61 kg com uma taxa de deposição média de 5-6 kg/h, utilizando um arame tubular metálico de 1,2 mm de diâmetro. Desenvolvimentos recentes já indicam que seria possível atingir até 8 kg/h.

Arame tubular avançado

A Welding Alloys possui uma linha completa de arames tubulares de aço inoxidável martensítico macio (13%Cr-4%Ni) dedicados à indústria hidrelétrica. Neste exemplo de caso, utilizamos nosso arame CHROMECORE M 410NiMo-G de ø1,2 mm.

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

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

Em casos de estresse extremo e, portanto, desgaste prematuro, também é possível depositar um arame especial na superfície interna da caçamba para oferecer resistência superior ao desgaste por cavitação, utilizando nosso arame CAVITALLOY.

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

O uso de arames tubulares avançados da Welding Alloys, combinados com as soluções de fabricação de arame a laser AMFREE, oferece novas oportunidades e possibilidades empolantes para a indústria hidrelétrica.

Assista ao vídeo desta caçamba Pelton sendo produzida