Estudo das propriedades mecânicas e do resfriamento em manufatura aditiva por deposição a arco

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Hackenhaar, William
• Orientador(a): Mazzaferro, Jose Antonio Esmerio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Manufatura aditiva; Processos de fabricação; Propriedades mecânicas; Resfriamento
• Palavras-chave em Inglês: Wire arc additive manufacturing; WAAM; GMAW; Mechanical properties; Air-jet cooling; Idle time between layers; Waveform
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/224450

A manufatura aditiva por deposição a arco (MADA) é um processo de fabricação que integra as características da manufatura aditiva e da tradicional tecnologia de soldagem. Apresenta-se como uma tecnologia promissora para a fabricação de grandes componentes metálicos, baixos custos, depósitos em três dimensões, diversidade de materiais de adição e alta eficiência de deposição. Com o emprego de projeto de experimentos, inicialmente se avaliou a geometria resultante da combinação dos parâmetros. Então parâmetros do processo GMAW foram variados, formas de onda, metais de adição, tempos de inatividade entre depósitos e resfriamento com jato de ar versus convecção natural. Os resultados obtidos foram ciclos térmicos e propriedades mecânicas como resistência à tração, dureza e de forma macro a microestrutura. As formas de onda foram: pulsado sinérgico, Convencional, Sinérgico, Polaridade Variável (PV), “Cold Metal Transfer” (CMT) e “Low Spatter Control” (LSC). Os resultados do ensaio de tração não apresentaram diferenças significativas para o eletrodo AWS ER70S-6, diferente do AWS ER110S-G no qual a forma de onda da corrente teve influência. Esse comportamento seguiu para a dureza HV. O modo PV apresentou os maiores resultados de tensão máxima para o eletrodo AWS ER110S-G, porém os depósitos produzidos apresentaram algumas descontinuidades. A microestrutura resultante para o eletrodo AWS ER110S-G foi mais refinada quando comparada ao AWS ER70S-6. Para a liga de aço AISI H13, a transferência por CMT apresentou menores modificações na microestrutura e grãos mais refinados, enquanto a menor taxa de resfriamento foi mostrada no modo LSC. A resistência à tração por CMT é ligeiramente menor em comparação ao PS e LSC. Para mitigar o acúmulo de calor devido ao elevado aporte térmico, aplicou-se um jato de ar durante a deposição, comparando seu efeito com a convecção natural. Os dados da superfície destacaram que o resfriamento com jato de ar resultou no aumento da altura dos depósitos entre 0,5 mm e 2,0 mm, e na redução da eficiência de deposição em até 10%, causada por uma maior irregularidade superficial. Na sequência se realizou uma análise do desempenho da imposição do jato de ar por meio de uma abordagem numérico-experimental híbrida. Os resultados indicaram que o jato de ar limita o aumento progressivo da temperatura entre camadas em comparação ao resfriamento por convecção natural. A partir dos resultados, o tempo de inatividade de 30 s mostrou o melhor compromisso entre produtividade e a redução do acúmulo de calor.