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Avaliação da influência dos parâmetros de processamento na manufatura aditiva do aço VP50IM por arco elétrico a gás

Welding processes such as mechanical fabrication are essential in producing and repairing components for most manufacturing industries. Furthermore, in recent years the demand for wire arc additive manufacturing (welding process known as WAAM, (Wire Arc Additive Manufacturing) has increased, becomin...

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Autor principal: Toaldo, Paulo Henrique
Formato: Dissertação
Idioma: Português
Publicado em: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2023
Assuntos:
Soldagem
Processos de fabricação
Aço - Metalurgia
Welding
Manufacturing processes
Steel - Metallurgy
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Engenharia/Tecnologia/Gestão
Acesso em linha: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30843
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spelling riut-1-308432023-03-15T06:07:51Z Avaliação da influência dos parâmetros de processamento na manufatura aditiva do aço VP50IM por arco elétrico a gás Evaluation of the influence of processing parameters in the additive manufacturing of VP50IM steel by electric arc and inert gas Toaldo, Paulo Henrique Pukasiewicz, Anderson Geraldo Marenda https://orcid.org/0000-0002-1108-7151 http://lattes.cnpq.br/8067497377630922 Verástegui, Roger Navarro https://orcid.org/0000-0003-3368-187X http://lattes.cnpq.br/3306019877243528 Pukasiewicz, Anderson Geraldo Marenda https://orcid.org/0000-0002-1108-7151 http://lattes.cnpq.br/8067497377630922 Aguiar, Denilson José Marcolino de https://orcid.org/0000-0001-7253-9193 http://lattes.cnpq.br/9950680372036037 Paredes, Ramon Sigifredo Cortés https://orcid.org/0000-0003-2392-9341 http://lattes.cnpq.br/3755516864526418 Verástegui, Roger Navarro https://orcid.org/0000-0003-3368-187X http://lattes.cnpq.br/3306019877243528 Soldagem Processos de fabricação Aço - Metalurgia Welding Manufacturing processes Steel - Metallurgy CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA Engenharia/Tecnologia/Gestão Welding processes such as mechanical fabrication are essential in producing and repairing components for most manufacturing industries. Furthermore, in recent years the demand for wire arc additive manufacturing (welding process known as WAAM, (Wire Arc Additive Manufacturing) has increased, becoming an alternative to subtractive manufacturing, which has a significant loss of material. In the WAAM process, multilayer deposition of weld beads is used following a digital model, producing a three­dimensional mechanical structure. The use of additive manufacturing is recognized for manufacturing parts of high geometric complexity and repairing components with mechanical properties comparable to the cast material. However, there are significant challenges associated with WAAM, such as undesirable microstructures and mechanical properties, high residual stresses, and geometry distortion. In this context, this study contributes to the topic with a parameter selection methodology for WAAM using pulsed GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) and the characterization of the generated stacking. The CCC methodology (Complete Composite Central) was used to evaluate the definition of additive manufacturing parameters. Peak current (Cp), base current (Cb), peak current wire feeding speed (Vap), base current wire feeding speed (Vab), and welding speed (Vs) were evaluated. The parameters selection methodology evidenced schematics logic for a viable choice of definition parameters for additive manufacturing. The ideal parameters were Cp=200A, Cb=100A, Vap=2.9cm/min, Vab=1.2cm/min, and Vs=20cm/min. Tests were performed on robustness, durability, visual attraction, microstructure, and crosssection geometry of samples configured in additive manufacturing in the ideal parameter designed ideally. The transverse direction is transverse. Lower center tests up to 9% building durability compared to top and base hardness. The fracture analysis of the samples shows some inclusions and a ductile fracture. Standard ISO 4287 was used for roughness evaluation through the polishing test. The roughness values reached 0.265 Ra with no signs of discontinuity. Os processos de soldagem como fabricação mecânica são uma realidade essencial na produção e reparo de componentes para a maioria das indústrias de manufatura. Ademais, nos últimos anos a demanda por manufatura aditiva a arco por arame, processo de soldagem conhecido como WAAM, (Wire Arc Additive Manufacturing) aumentou potencialmente, tornando-­se uma alternativa às manufaturas subtrativas. No processo WAAM, utiliza­-se a deposição multicamada de cordões de solda seguindo um modelo digital, produzindo uma estrutura mecânica tridimensional. A utilização da manufatura aditiva é reconhecida para confecção de peças de alta complexidade geométrica e para o reparo de componentes, com propriedades mecânicas comparáveis às do material fundido. Entretanto, existem desafios significativos associados ao WAAM, como microestruturas e propriedades mecânicas indesejáveis, altas tensões residuais e distorção da geometria. Neste contexto, este estudo contribui para o tema com uma metodologia de seleção de parâmetros para WAAM utilizando GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) pulsado e a caracterização do empilhamento gerado. Utilizou­-se a metodologia CCC (Central Composto Completo), definindo critérios para avaliar o comportamento e definição dos parâmetros para a confecção das amostras por manufatura aditiva, variando corrente de pico (Cp), corrente de base (Cb), velocidade de alimentação de arame durante corrente de pico (Vap), velocidade de alimentação de arame durante corrente de base (Vab) e velocidade de soldagem (Vs). A metodologia de seleção de parâmetros evidenciou um caminho lógico a seguir para uma escolha viável de parâmetros de soldagem para manufatura aditiva. A combinação de parâmetros ideal demostrada foi Cp=200A, Cb=100A, Vap=2,9cm/min, Vab=1,2cm/min e Vs=20cm/min.. Foram realizados ensaios de tração, rugosidade, dureza, inspeção visual, microestrutura e geometria da seção transversal das amostras confeccionadas em manufatura aditiva no parâmetro ideal previamente designado. Ensaios de tração mostraram uma resistência até 15% maior nas amostras na seção longitudinal ao sentido de soldagem em comparação ao sentido transversal. Ensaios de dureza demonstraram uma dureza até 9% menor no centro do empilhamento em comparação ao topo e base. A análise de fratura dos corpos de prova evidenciou algumas inclusões e uma fratura dúctil. Utilizou­-se a ISO 4287 para avaliação de rugosidade através de ensaio de polimento. Os valores de rugosidade chegaram a 0,265 Ra sem sinais de descontinuidade. 2023-03-14T14:17:54Z 2023-03-14T14:17:54Z 2022-11-04 masterThesis TOALDO, Paulo Henrique. Avaliação da influência dos parâmetros de processamento na manufatura aditiva do aço VP50IM por arco elétrico a gás. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2022. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30843 por openAccess Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Ponta Grossa Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica UTFPR
institution Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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language Português
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Aço - Metalurgia
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Toaldo, Paulo Henrique
Avaliação da influência dos parâmetros de processamento na manufatura aditiva do aço VP50IM por arco elétrico a gás
description Welding processes such as mechanical fabrication are essential in producing and repairing components for most manufacturing industries. Furthermore, in recent years the demand for wire arc additive manufacturing (welding process known as WAAM, (Wire Arc Additive Manufacturing) has increased, becoming an alternative to subtractive manufacturing, which has a significant loss of material. In the WAAM process, multilayer deposition of weld beads is used following a digital model, producing a three­dimensional mechanical structure. The use of additive manufacturing is recognized for manufacturing parts of high geometric complexity and repairing components with mechanical properties comparable to the cast material. However, there are significant challenges associated with WAAM, such as undesirable microstructures and mechanical properties, high residual stresses, and geometry distortion. In this context, this study contributes to the topic with a parameter selection methodology for WAAM using pulsed GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) and the characterization of the generated stacking. The CCC methodology (Complete Composite Central) was used to evaluate the definition of additive manufacturing parameters. Peak current (Cp), base current (Cb), peak current wire feeding speed (Vap), base current wire feeding speed (Vab), and welding speed (Vs) were evaluated. The parameters selection methodology evidenced schematics logic for a viable choice of definition parameters for additive manufacturing. The ideal parameters were Cp=200A, Cb=100A, Vap=2.9cm/min, Vab=1.2cm/min, and Vs=20cm/min. Tests were performed on robustness, durability, visual attraction, microstructure, and crosssection geometry of samples configured in additive manufacturing in the ideal parameter designed ideally. The transverse direction is transverse. Lower center tests up to 9% building durability compared to top and base hardness. The fracture analysis of the samples shows some inclusions and a ductile fracture. Standard ISO 4287 was used for roughness evaluation through the polishing test. The roughness values reached 0.265 Ra with no signs of discontinuity.
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