Welding and Thermal Spray Processes for Maintenance of Hydraulic Turbine Runners: Case Studies

Abstract

Hydraulic runners are susceptible to failures by cracks or wear by erosion, corrosion, or cavitation. The modern runners are fabricated in carbon steel and martensitic stainless steel. Arc welding processes normally do the repair of eroded areas, or cracked parts. Each material or type of repair needs specific criteria, procedures, and precautions to guarantee their success and prevent future issues, like the recurrence of the cracks or reduction of the useful life of the runner by modifications of the original material. Wear-resistant coatings are applied by welding or by thermal spray processes, considering this last one has no metallurgical interaction with the material of the runner, keeping the original properties of the material. For several years the companies Copel GeT, Lactec, UTFPR, and UFPR collaborate on the study of different techniques, methods, and processes to repair hydraulic runners, this work aims to present a short compilation, and examples of some results obtained applied on real runners. Key-words: Hydraulic runners; Coatings; Welding; Thermal spray; Maintenance; Cavitation; Cracks. Processos de Soldagem e Aspersão Térmica para Manutenção de Rotores Hidráulicos: Estudos de Casos Resumo: Rotores de turbinas hidráulicas estão sujeitos a falhas ou trincas ou desgaste por cavitação. Atualmente, os rotores são fabricados em aço carbono ou aço inoxidável martensítico. Os reparos de regiões desgastadas ou trincadas são normalmente feitos por processos de soldagem a arco elétrico. Cada material de fabricação do rotor e/ou tipo de reparo necessita de procedimento específico, critérios de inspeção e aceitação adequados e precauções para garantir o sucesso do reparo, bem como prevenir futuras incidências precoces de falhas. Materiais de adição resistentes ao desgaste têm sido aplicados por soldagem ou aspersão térmica, sendo que essa última técnica não altera características metalúrgicas e propriedades mecânicas do material dos rotores. Por diversos anos, as empresas Copel GeT, Lactec, UTFPR e UFPR cooperam e tem colaborado com estudos de diferentes técnicas, metodologias de aplicação e processos de reparo de rotores hidráulicos. Este artigo objetiva apresentar uma breve compilação e exemplos de resultados obtidos nesses diferentes estudos aplicados a rotores reais. Palavras-chave: Turbinas hidráulicas; Revestimentos; Soldagem; Aspersão térmica; Manutenção; Cavitação; Trincas.