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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-8057-3527
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Custo e qualidade de fabricação de um flange em aço carbono via manufatura aditiva por deposição a arco
Alternate title (s): Cost and quality of fabrication of a carbon steel flange via arc additive manufacturing
Author: Ferraresi, Henrique Nardon
First Advisor: Reis, Ruham Pablo
First member of the Committee: Bracarense, Alexandre Queiroz
Second member of the Committee: Vilarinho, Louriel Oliveira
Third member of the Committee: Fiocchi, Arthur Alves
Fourth member of the Committee: Braga, Eduardo de Magalhães
Summary: A Manufatura Aditiva (MA) por Deposição com Energia Direcionada (DED) está entre as tecnologias mais maduras e comercialmente disponível para fabricação de componentes metálicos funcionais. O processo Gas Metal Arc (GMA-DED), que utiliza as fontes de soldagem, possuem altas taxas de deposição, baixo custo de equipamento e insumos e com boa diversidade de materiais ante os processos de MA com pó. Por essas razões, a aplicação do GMA-DED se expandiu para o setor de óleo e gás (O&G) se destacando como uma tecnologia capaz de oferecer maior flexibilidade e agilidade na reposição dos estoques, especialmente para aqueles componentes de baixa movimentação, média complexidade e de grandes dimensões. Neste sentido vários órgãos reguladores ligados ao segmento têm criado padrões rigorosos para garantir a integridade desses componentes em serviço, entretanto a relação entre o tempo, o custo, a qualidade e a certificação desses componentes ainda são bastante desconhecidas. O objetivo é analisar os custos e a qualidade na fabricação de flanges de pescoço via manufatura aditiva GMA-DED em um cenário de reposição de peças sob demanda. A pesquisa foi conduzida visando uma aplicação real, buscou-se ao máximo atender os requisitos para a certificação do flange via GMA-DED, para isso foram analisadas as 3 principais normas para este caso, que são: AWS D20.1; ASME B16.5; e ASTM 182. Baseado nos requisitos normativos, desenvolveu-se inicialmente uma metodologia de fabricação para avaliar as atividades envolvidas, o tempo de fabricação, os recursos utilizados, as propriedades químicas e mecânicas do material, a robustez do processo e, principalmente, atestar a real possibilidade de aplicação do componente. A metodologia foi desenvolvida baseada na deposição de três flanges de pescoço com o arame ER90S-B3, variando dois processos GMA-DED, dois equipamentos de deposição, com e sem gerenciamento térmico, três trajetórias de deposição e com e sem tratamento térmico. Por fim, levantou-se os custos de produção pelo método de custeio pleno, estimou o preço de venda pelo markup e comparou-se com o preço de venda de um flange convencional. Conclui-se que o flange depositado via GMA-DED possui qualidade suficiente para ser utilizado em serviço. O preço estimado pela fabricação via GMA-DED ficou entre 5 à 10 vezes mais caro que um convencional, entretanto, a reposição deste componente pode ser dezenas de vezes mais rápida.
Abstract: Additive Manufacturing (AM) by Directed Energy Deposition (DED) is among the most mature technologies commercially available for manufacturing functional metal components. The GMA-DED process, that uses the welding sources, offers high deposition rates, low equipment and input costs, and a wide range of materials compared to powder-based AM processes. For these reasons, the application of GMA-DED has expanded to the oil and gas (O&G) sector, standing out as a technology capable of providing greater flexibility and agility in replenishing inventories, especially for low-movement, medium-complexity, and large components. In the same direction, several regulatory bodies associated with the industry have established rigorous standards to ensure the integrity of these components in service. However, the relationship between time, cost, quality, and certification of these components is still largely unknown. The objective is to analyze the costs and quality in the manufacturing of neck flanges using GMA-DED additive manufacturing in an on-demand parts replacement scenario. The research was conducted with a focus on real-case application, and therefore, the maximum effort was made to meet the requirements for GMA-DED flange certification. To achieve this, the three main standards for this case were analyzed: AWS D20.1, ASME B16.5, and ASTM 182. Based on the regulatory requirements, an initial manufacturing methodology was developed to evaluate the activities involved, manufacturing time, resources used, chemical and mechanical properties of the material, process robustness, and, most importantly, to confirm the actual feasibility of applying the component. The methodology was developed based on the deposition of three neck flanges using ER90S-B3 wire, varying between two GMA-DED processes, two deposition equipment, with and without thermal management, three deposition paths, and with and without heat treatment. Finally, based on the methodology, production costs were determined using full costing, the selling price was estimated using a markup, and a comparison was made with the selling price of a conventional flange. It was concluded that the GMA-DED deposited flange has sufficient quality for use in service. The estimated price for GMA-DED manufacturing was found to be 5 to 10 times more expensive than conventional methods. However, depending on the scenario, the replacement of this component can be dozens of times faster.
Keywords: Manufatura Aditiva
Additive Manufacturing
GMA-DED
GMA-DED
Sobressalentes
Spare Parts
Flange
Flange
Óleo & Gás
Oil & Gas
Custo
Cost
Preço
Price
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::ENGENHARIA DO PRODUTO::METODOLOGIA DE PROJETO DO PRODUTO
Subject: Engenharia mecânica
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: FERRARESI, Henrique Nardon. Custo e qualidade de fabricação de um flange em aço carbono via manufatura aditiva por deposição a arco. 2023. 178 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia. 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.426.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.426
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/39367
Date of defense: 28-Jul-2023
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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