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Tipos de metalizaciones / metalizados

Rociado con arco eléctrico (Electric arc spraying – EASP)

El rociado con arco eléctrico es un proceso de rociado térmico que usa un arco eléctrico entre dos electrodos consumibles de los materiales de superficie como fuente de calor. Un gas comprimido atomiza y sopla el material fundido a la pieza de trabajo. El principio de este proceso es mostrado en la figura siguiente. Los dos alambres electrodos consumibles son alimentados por un alimentador de alambre, para juntarlos a un ángulo de aproximadamente 30 grados y para mantener un arco entre los mismos. Un chorro de aire comprimido está localizado detrás y directamente en línea con los alambres que se interceptan. Los alambres se funden en el arco y el chorro de aire atomiza el metal fundido y sopla las finas partículas fundidas a la pieza de trabajo. La fuente de alimentación para producir el arco es una máquina de soldar de corriente continua de corriente constante. El alimentador de alambre es similar a aquel usado para la soldadura de arco a metal con gas, excepto que éste alimenta dos alambres. La pistola puede ser mantenida a mano o montada en un soporte con mecanismo de movimiento. La parte de la pistola es movida con respecto  al resto para proporcionar una superficie de recubrimiento sobre la parte.

Figura: Proceso de rociado con arco eléctrico.

La corriente de soldadura se extiende desde 300 a 500 amperios de corriente continua con un voltaje que varía desde 25 a 35 voltios. El sistema depositará desde 15 a 100 libras/hora de metal. La cantidad de metal depositada depende del nivel de la corriente y del tipo de metal que está siendo rociado. Los alambres para rociado son dimensionados de acuerdo con el sistema de tamaños de alambres Brown & Sharp. Normalmente tanto las medidas 14 (1,626) o 11 (2,311 mm) son usadas. Tamaños mayores pueden ser usados.

La elevada temperatura del arco funde el alambre del electrodo mas rápido y deposita partículas con mayor contenido de calor y mayor fluidez que con el proceso de rociado de llama. Los regímenes de deposición son de 3 a 5 veces mayores y la fuerza adhesiva es mayor. Existe coalescencia además de adhesión mecánica. Los depósitos son mas densos y la fuerza del recubrimiento es mayor que la que se produce usando rociado por llama.

El aire comprimido seco es usado para atomizar y propulsar el metal fundido. Una presión de 80 psi y un consumo de 0,85 a 2,27 m3/min son usados. Casi cualquier metal que puede ser conformado como alambre puede ser rociado. Algunos de los metales son rociados con arco son : aluminio, babbit, bronce, cobre, molibdeno, Monel, níquel, acero inoxidable, acero al carbono, latón y cinc.

Rociado a llama (también atomización por llama)  ( Flame spraying – FLSP)

El rociado a llama es un proceso de rociado o pulverización que usa llama de gas oxifuel (que utiliza el gas acetileno, propileno, GLP, hidrógeno, gas natural o propano en función del tipo de metal que está trabajando) como fuente de calor para fundir el material de recubrimiento. El aire comprimido es usualmente usado para atomizar e impulsar el material a la pieza de trabajo. Existen dos variaciones: una usa metal en la forma de alambre y la otra usa materiales en la forma de polvos. El método de rociado a llama que usa polvo es a veces conocido como rociado a llama de polvo. El método de rociado a llama que usa alambre es conocido como metalización o metalizado o rociado a llama con alambre.

En ambas versiones, el material es alimentado a través de una pistola y tobera o pico y fundido en la llama de gas combustible oxifuel. El atomizado, si se requiere, es hecho por un chorro de aire que impulsa las partículas atomizadas a la pieza de trabajo. Cuando se emplean  preparados de polvo, los polvos son arrastrados por una mezcla de gas oxígeno y combustible, llevados a través de la pistola donde estos son fundidos, e impulsados a la superficie de la pieza de trabajo por la llama.

La figura siguiente muestra el proceso de rociado a llama usando alambre. La versión que usa alambres puede rociar metales que son preparados en una forma de alambre. La variación que usa polvo tiene la posibilidad de alimentar varios materiales. Estos incluyen aleaciones normales de metal, metales resistentes a la oxidación y aleaciones y cerámicas. Esta produce superficies rociadas de variadas características.

Figura: Proceso de rociado a llama

Rociado por plasma ( Plasma spraying – PSP)

El rociado por plasma es un proceso de rociado térmico que usa un arco no transferido como fuente de calor para fundir e impulsar el material de superficie a la pieza de trabajo. El proceso es mostrado en la figura siguiente:

Figura : Proceso de rociado por plasma.

El proceso es llamado a veces rociado por llama de plasma o metalizado por plasma. El mismo usa el arco de plasma, que está enteramente dentro de la pistola de rociado de plasma. La temperatura es mucho mas alta que los procesos de rociado por arco o rociado a llama y por lo tanto materiales adicionales pueden ser usados para el recubrimiento. La mayoría de los materiales inorgánicos, que se funden sin descomposición, pueden ser usados. El material a ser rociado debe estar en la forma de polvo. El mismo es arrastrado dentro de la pistola de plasma suspendido en un gas. El plasma a alta temperatura inmediatamente funde el material en polvo y lo impulsa a la superficie de la superficie de trabajo. Dado que un gas inerte y temperaturas muy elevadas son usados, las propiedades mecánicas y metalúrgicas de los recubrimientos son generalmente superiores tanto al rociado a llama como al rociado con arco eléctrico. Esto incluye una reducida porosidad,  mejor adhesión y menos esfuerzos tensores. La densidad del recubrimiento puede alcanzar al 95% . Los metales mas duros conocidos, algunos con temperaturas de fusión extremadamente elevadas, pueden ser rociados con el proceso de rociado por plasma.

La operación de rociado: El rociado deberá ser hecho inmediatamente luego de que  la pieza ha sido limpiada. Si la pieza no es rociada inmediatamente, esta deberá ser protegida de la atmósfera envolviéndola con papel. Si las partes son extremadamente grandes, puede ser necesario precalentar la parte en unos 93 a 204ºC. Se debe tener cuidado de que el calor no se exceda en la pieza de trabajo. Esto incrementa la posibilidad de rotura de la superficie rociada. La parte a ser recubierta deberá ser precalentada a la temperatura aproximada que normalmente alcanzará durante la operación de rociado. La distancia entre la pistola de rociado y la parte depende del proceso y del material que está siendo rociado. Las recomendaciones del fabricante del equipo deberán ser seguidas y modificadas según la experiencia. La velocidad de alimentación deberá ser uniforme. La primera pasada deberá ser aplicada tan rápido como sea posible. Capas adicionales pueden ser aplicadas lentamente. Es importante mantener la uniformidad de temperatura a lo largo de la pieza. Cuando hay áreas de la parte rociada donde no se requiere recubrimiento, el área puede ser protegida mediante cinta de enmascarar.

Herramientas y equipos necesarios.

Los principales equipos usados en el proceso, con la excepción de la antorcha eutéctica y algunos adaptadores, son los mismos que en una soldadura de oxiacetileno normal u operación de corte. Los cilindros de oxígeno y acetileno, adaptadores de cilindro a regulador, reguladores de presión, mangueras, golpeador, antorcha y llave reguladora, limpiadores de punta y gafas son los mismos que aquellos comúnmente usados por los soldadores. La antorcha de metalizado y soldadura, sus puntas de accesorios y los adaptadores de manguera “Y” son las distintas piezas usadas en el metalizado.

Antorcha de metalizado y soldadura.

Esta antorcha es operada manualmente, con provisión de polvo y de acetileno. Tiene tres secciones: el cuerpo de la antorcha, la cámara de mezcla y el dispositivo de la válvula, y la punta. Estas partes son cromadas para prolongar la vida de servicio y para prevenir la corrosión y la contaminación.

El cuerpo de la antorcha es además su manija. De forma similar al cuerpo de una antorcha de soldadura regular, la misma también dispone de válvulas aguja que controlan el flujo de oxígeno y acetileno.

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La cámara de mezcla y el conjunto de la válvula son el corazón de la antorcha. En esta sección, el flujo de polvo en la corriente de oxígeno es controlado y tiene lugar la mezcla. Una palanca, en forma similar a la palanca de corte en una antorcha de corte, controla el flujo de metal en polvo. Cuando la palanca es mantenida hacia abajo, el polvo fluye; cuando es liberada, el flujo de polvo es detenido. La válvula y el émbolo están hechos de plástico. En el caso en que ocurra un bloqueo, nunca deberán usarse objetos agudos o duros para limpiarla. Ocasionalmente, habrá acumulación de material dentro de la perforación. Esto corta la eficiencia operativa. Si cualquier malfuncionamiento ocurre o es sospechado, la perforación es el primer lugar a controlar. Mas allá de la palanca de alimentación, está la conexión para insertar los módulos de los fuelles de polvo. El mismo debe estar en la posición que indique hacia arriba mientras está operativo.

La punta está hecha de aleación de baja conductividad del calor. La misma puede ser rotada y bloqueada en cualquier posición o ángulo desde 0 a 360 grados. Las puntas accesorias son roscadas sobre el extremo del dispositivo que conforma la punta.

Puntas accesorias.

Estas puntas vienen en tres tamaños, numerados 45,48 y 53, de acuerdo con el tamaño del número de la perforación usado para perforar el orificio. Cuanto mayor el número, mas pequeño el agujero. Una punta número 45 sería usada para trabajo pesado mientras que una número 53 sería usada para trabajo fino y delicado.

Adaptadores “Y”

Dos adaptadores “Y” son provistos en un juego: un adaptador con rosca a mano izquierda para conexiones de acetileno y la otra con rosca a mano derecha para conexiones a la manguera de oxígeno. Estos adaptadores permiten que la antorcha de soldadura regular sea usada en los mismos tanques y en el mismo momento que la antorcha de metalización.

Materiales

Los materiales usados para hacer soldaduras y enchapados o recubrimientos son un poco diferentes en forma, pero no nuevos en propósitos. Los fundentes decapantes para soldar son usados en metales difíciles de soldar. El metal de aporte en la forma de un fino polvo es usado para material de soldadura o recubrimiento.

Polvos para soldar

Los polvos de metal son de alta calidad, aleaciones especialmente formuladas desarrolladas para una gran variedad de trabajos. Estos trabajos varían desde unir cobre con cobre a colocar una fuerte superficie en el diente de un engranaje. La selección de la aleación apropiada depende del metal base y de la superficie requerida. Las aleaciones en polvo vienen en la forma de contenedores plásticos llamados módulos fuelle. Están listos para insertar en la conexión sobre la válvula luego de que sus tapas han sido quitadas.

Preparación

El equipamiento y la antorcha son enganchadas a los tanques de oxígeno y acetileno de la misma manera que una antorcha de soldadura regular. La punta es rotada al ángulo correcto para la posición de soldadura que está siendo usada, y bloqueada en su lugar.

Operación

Para operar la antorcha, el ajuste de presión correcto es necesario. Esto está determinado por el tamaño de la punta que está siendo usado. Las puntas número 45 y 48 usan 25 a 30 psi de oxígeno y 4 a 5 psi de acetileno. La punta número 53 usa 15 a 18 psi de oxígeno y 2 a 3 psi de acetileno.

Luego de que todas las presiones han sido ajustadas, la antorcha es encendida y ajustada para obtener un llama neutral mientras la palanca de alimentación de aleación es presionada. Esto es hecho antes de unir el módulo a la antorcha.

Luego del ajuste apropiado de llama, el módulo es colocado en la antorcha. Esto se lleva a cabo girando la antorcha con la parte superior hacia abajo e insertando el extremo del módulo en la parte correspondiente localizada en el conjunto de la válvula. Un giro a la derecha bloquea al módulo en su lugar. El único momento en que la antorcha es mantenida con la parte superior hacia abajo es durante la carga y descarga.

Antes de aplicar el polvo a la superficie o unión, el área debe ser precalentada. El acero es calentado a color amarillo mientras que el bronce y el cobre son calentados a aproximadamente 427ºC.

Luego del precalentamiento, la palanca de alimentación de polvo es presionada y una fina capa de polvo es colocada sobre la superficie deseada. La palanca es luego liberada y el área calentada hasta que el polvo humedece la superficie o una acción de estañado tiene lugar. Una vez que este efecto se observa, la palanca de alimentación es presionada hasta que una capa de no mas de 3,2 mm de espesor haya sido depositada. Si se desea mas metal, el área deberá ser recalentada. Una fina capa de polvo deberá ser aplicada y calentada nuevamente hasta que se produzca el efecto de estañado para asegurar la adhesión correcta. De esta manera, cualquier espesor deseado puede ser obtenido mientras se deposita el metal. La antorcha debe ser mantenida en un movimiento circular constante para evitar sobrecalentamiento del metal.

Para apagar la antorcha, los mismos procedimientos son seguidos como en una soldadura regular. Una vez que la llama está apagada, el módulo de fuelle es quitado girando la parte superior de la antorcha hacia abajo y torciendo el módulo a la izquierda. El tapón debe ser reemplazado para evitar contaminación de la aleación.

Malfuncionamiento y acciones correctivas.

Así como con cualquier pieza de equipo, fallas en el funcionamiento pueden ocurrir. El orificio debe ser verificado en primer lugar, si ningún depósito observable es hecho cuando la palanca de alimentación es presionada.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
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