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Tipo do documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Manufatura aditiva de parede fina de aço inoxidável duplex via deposição a arco com e sem resfriamento ativo
Título(s) alternativo(s): Duplex stainless-steel thin-wall additive manufacturing via arc deposition with and without active cooling.
Autor(es): Goncalves, Paulo César Santos
Primeiro orientador: Vilarinho, Louriel Oliveira
Primeiro membro da banca: Bracarense, Alexandre Queiroz
Segundo membro da banca: Silva, Rosemar Batista da
Resumo: A Manufatura Aditiva (MA) metálica tem se consolidado como uma tecnologia estratégica para a produção de componentes complexos, promovendo eficiência produtiva e redução de custos frente aos processos convencionais. Entre suas técnicas, o processo Manufatura Aditiva por Deposição a Arco (MADA) destaca-se pela elevada taxa de deposição e aplicabilidade em peças de grande porte. O controle térmico durante a MA metálica é ainda mais relevante em componentes de paredes finas, nos quais gradientes térmicos acentuados e altas temperaturas localizadas podem gerar defeitos como distorções, tensões residuais elevadas e anisotropia mecânica. Nesse contexto, as técnicas de resfriamento desempenham papel crucial. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo realizar estudo comparativo entre a Manufatura Aditiva por Deposição a Arco do aço inoxidável duplex 2209 depositado por corrente pulsada usando resfriamento ativo em água com resfriamento natural ao ar. O aço inoxidável duplex foi selecionado devido à sua microestrutura bifásica ferrita/austenita, que proporciona excelente combinação de resistência mecânica e à corrosão, amplamente requisitada em aplicações industriais críticas. A metodologia envolveu a deposição de paredes finas de aço inoxidável duplex por manufatura aditiva via processo MADA com corrente pulsada, utilizando arame maciço e gás de proteção argônio com uma pequena porcentagem de gás carbônico. Foram comparadas duas condições de resfriamento: natural ao ar, semelhante ao processo de soldagem convencional e resfriamento ativo por quase imersão (RAQI), que consiste em manter camadas inferiores parcialmente submersas em água ou mistura aquosa para menor aporte de calor. As amostras produzidas passaram por análises microestruturais, ensaios mecânicos (tração, dobramento, impacto Charpy-V e dureza) e caracterizações químicas por EDS e GDS. Os resultados indicaram que ambas as condições de resfriamento permitiram a fabricação de paredes finas com boa integridade estrutural e coesão intercamadas. O processo RAQI apresentou melhor homogeneidade microestrutural, menor dispersão dos resultados mecânicos e redução da anisotropia, enquanto o resfriamento natural exibiu dureza ligeiramente superior devido à heterogeneidade térmica. A análise química confirmou a estabilidade da liga e a preservação do índice PREN (Pitting Resistance Equivalent Number), assegurando resistência à corrosão localizada. Conclui-se que o MADA com corrente pulsada é uma alternativa viável para manufatura de componentes em aço inoxidável duplex, e que o resfriamento ativo por quase imersão representa uma estratégia eficiente para aprimorar o controle térmico, reduzir tensões residuais e aumentar a confiabilidade do processo.
Abstract: Metal Additive Manufacturing (AM) has been consolidated as a strategic technology for the production of complex components, promoting production efficiency and cost reduction compared to conventional processes. Among its techniques, the Arc Deposition Additive Manufacturing (WAAM) process stands out for its high deposition rate and applicability in large parts. Thermal control during metal AM is even more relevant in thin-walled components, where steep thermal gradients and high localized temperatures can generate defects such as distortions, high residual stresses, and mechanical anisotropy. In this context, cooling techniques play a crucial role. In this context, the present study aimed to perform a comparative study between the Arc Deposition Additive Manufacturing of 2209 duplex stainless steel deposited by pulsed current using active cooling in water with natural air cooling. Duplex stainless steel was selected due to its two-phase ferrite/austenite microstructure, which provides an excellent combination of mechanical and corrosion resistance, which is widely required in critical industrial applications. The methodology involved the deposition of thin walls of duplex stainless steel by additive manufacturing via MADA process with pulsed current, using solid wire and commercially pure argon shielding gas. Two cooling conditions were compared: natural air cooling, similar to conventional welding processes, and near-immersion active cooling (NIAC), which consists of keeping the lower layers partially submerged in water or an aqueous mixture in order to reduce heat input. The samples produced underwent microstructural analyses, mechanical tests (tensile, bending, Charpy-V impact and hardness) and chemical characterizations by EDS and GDS. The results indicated that both cooling conditions allowed the fabrication of thin walls with good structural integrity and interlayer cohesion. The NIAC process showed better microstructural homogeneity, lower dispersion of mechanical results and reduced anisotropy, while natural cooling exhibited slightly higher hardness due to thermal heterogeneity. The chemical analysis confirmed the stability of the alloy and the preservation of the PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) index, ensuring resistance to localized corrosion. It is concluded that MADA with pulsed current is a viable alternative for the manufacture of duplex stainless-steel components, and that active cooling by near-immersion represents an efficient strategy to improve thermal control, reduce residual stresses and increase process reliability.
Palavras-chave: Manufatura Aditiva por Deposição a Arco
Aço Inoxidável Duplex
Resfriamento Ativo por Quase Imersão
Corrente Pulsada
Wire Arc Additive Manufacturing
Duplex stainless steel
Active Cooling by Near-Immersion
Pulsed Current
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
Assunto: Engenharia mecânica
Máquinas - Indústria
Aço inoxidável
Metais - Têmpera
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Referência: GONÇALVES, Paulo César Santos. Manufatura aditiva de parede fina de aço inoxidável duplex via deposição a arco com e sem resfriamento ativo. 2026. 117 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.10002.
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.10002
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49944
Data de defesa: 28-Nov-2025
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Aparece nas coleções:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica



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