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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação de aspectos da estabilidade do arco e da geometria de pré-formas em manufatura aditiva utilizando o processo MIG/MAG CMT com foco na liga Ti-6Al-4V
Alternate title (s): Evaluation of arc stability and preform geometry aspects in additive manufacture using the MIG/MAG CMT process with a focus on Ti-6Al-4V alloy
Author: Kovalenko, Oksana
First Advisor: Scotti, Américo
First coorientator: Reis, Ruham Pablo
First member of the Committee: Mota, Carlos Alberto Mendes da
Second member of the Committee: Resende, André Alves de
Third member of the Committee: Sales, Wisley Falco
Fourth member of the Committee: Reis, Ruham Pablo
Summary: Este trabalho teve como objetivo principal avaliar potencias dificuldades/limitações e modos de superá-las da manufatura aditiva por deposição a arco (MADA), usando-se o modo operacional CMT, para fabricação de pré-formas de liga de titânio. Após testes preliminares, foram determinadas as tendências de comportamento operacional em termos de formação de camadas frente à variação de parâmetros de regulagem do processo. Testes foram feitos com um aço inoxidável (placas e arame), utilizando gás de proteção Ar + 2 % O2. Os parâmetros de regulagem correção de comprimento de arco e correção de boost mostraram ter influências sobre mais de um dos parâmetros monitorados, em especial na velocidade de alimentação e corrente, o que dificulta a correção da geometria da camada. Durante a deposição de liga de titânio com modo CMT foi percebida forte instabilidade do jato de plasma. Determinou se o efeito do gás de proteção com diferentes teores de oxigênio sobre o comportamento do arco. Os testes foram feitos em Ti-6Al-4V com arame-eletrodo pertencente à classe do material de base, usando como gás de proteção Ar + O2 com diferentes teores de O2, de maneira comparativa com o aço inoxidável. O comportamento do arco em deposição de liga de titânio se revelou muito instável para todos gases testados. Por filmagens de alta velocidade foi demonstrado que a causa dessa instabilidade é relacionada a um intenso consumo de óxidos na superfície do material de base, pela ação de múltiplos pontos catódicos, o que provoca a necessidade de frequente busca de óxidos “frescos” pelo arco. No caso de deposição de aço inoxidável com maior teor de O2 foi obtido efeito estabilizante no arco. Também, com intuito de controlar a geometria e aquecimento da pré-forma durante sua deposição foi proposto um método de combinação de processo MIG/MAG com adição de arame frio. O estudo foi feito em aço ao carbono, utilizando o MIG/MAG Convencional, e em liga de titânio, utilizando o MIG/MAG CMT. O método se mostrou viável para aplicação em manufatura aditiva, oferecendo um aumento da taxa de deposição e redução da área afetada pelo calor. Para a liga de titânio foi notada a redução da regularidade das pré-formas, e surgimento de microtrincas nas laterais das paredes.
Abstract: This work had as main objective the evaluation of potential difficulties/limitations and ways of overcoming them in the wire and arc additive manufacture (WAAM), using CMT operating mode for the manufacture of the titanium alloy preforms. After preliminary tests, the operational behavior trends were determined in terms of the formation of layers due to variation of process parameters. Tests were done in stainless steel (plates and wire), using shielding gas Ar + 2% O2. The adjustment parameters arc length correction and boost corrections have influence on more than one of the parameters monitored, especially in the feeding speed and current, which makes difficult the geometry correction of the of the layer. During the use of the CMT mode for deposition of titanium alloy was observed a strong instability of the plasma jet. It was determined the effect of the shielding gas with different oxygen contents on the behavior of the arc. The tests were done in Ti-6Al-4V with electrode wire belonging to the class of the base material, using as protection gas Ar + O2 with different content of O2, in comparison with stainless steel. The behavior of the arc during deposition of titanium alloy proved to be very unstable for all tested gases. High-speed videos showed an intense consumption of oxides on the surface of the base material by the action of multiple cathodic points of the arc, which causes the need for frequent search for "fresh" oxides. In the case of deposition of stainless steel with higher content of O2 the stabilizing effect on the arc was obtained. Also, in order to control the geometry and heating of the preform during its deposition, a method of combining the MIG/MAG process with addition of cold wire was proposed. The study was made in carbon steel, using conventional MIG/MAG, and in titanium alloy, using MIG/MAG CMT. The method proved to be feasible for application in additive manufacture, offering an increase in the rate of deposition and reduction of the area affected by heat. For the titanium alloy it was noticed the reduction of the regularity of the preforms and the appearance of microcracks on the sides of the walls.
Keywords: Manufatura aditiva
Additive manufacturing
CMT
Ti-6Al-4V
Instabilidade de arco
Arame frio
Arco
Arc instability
Arc
Cold wire
Engenharia mecânica
Soldagem
Ligas de titânio - Manufatura aditiva por deposição a arco
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: KOVALENKO, Oksana. Avaliação de aspectos da estabilidade do arco e da geometria de pré-formas em manufatura aditiva utilizando o processo MIG/MAG CMT com foco na liga Ti-6Al-4V. 2019. 244 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.629.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.629
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/25391
Date of defense: 25-Feb-2019
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