Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/1843/44612| Type: | Tese |
| Title: | Constrição e expansão eletromagnética do arco elétrico no processo GTAW aplicada na manufatura aditiva |
| Other Titles: | Electric arc electromagnetic constriction and expansion in the GTAW process applied in additive manufacturing |
| Authors: | Miguel Guilherme Antonello |
| First Advisor: | Alexandre Queiroz Bracarense |
| First Referee: | Ariel Rodriguez Arias |
| Second Referee: | Paulo Jose Modenesi |
| Third Referee: | Régis Henrique Gonçalves e Silva |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Cristiano José Scheuer |
| Abstract: | O processo de manufatura aditiva a arco elétrico com arame alimentado utiliza materiais metálicos para depositar as camadas por meio da fusão e solidificação, e tem se mostrado um processo de manufatura atrativo para peças de médio e grande porte devido a altas taxa de deposição e o tamanho potencialmente ilimitado das peças produzidas. Dentre as fontes de calor disponíveis encontra-se o processo de soldagem GTAW, onde o calor provém do arco elétrico. Com relação ao eixo do arco elétrico estacionário, a sua seção longitudinal tem a forma de sino e a seção transversal tem a forma circular. Nesta pesquisa foi desenvolvido um dispositivo eletromagnético que realiza simultaneamente a constrição e a expansão do arco elétrico, sendo capaz de alterar a seção transversal de circular para elíptica, e quanto maior a corrente de excitação das bobinas maior o efeito de alongamento desta elipse. O dispositivo possibilita reorientar a elipse eletricamente com defasagem de 90°, sem a necessidade de movimento mecânico ou remontagem, apenas invertendo a alimentação das bobinas. Durante o desenvolvimento foi realizada a filmagem do perfil do arco elétrico e analisada a geometria dos cordões sobre chapa, que comprovaram que a alteração de forma do arco elétrico é refletida na geometria dos cordões de solda. Ao posicionar o maior comprimento da elipse paralelo ao sentido de soldagem, maior é a penetração e menor é a largura do cordão de solda. Por outro lado, com o maior comprimento da elipse perpendicular ao sentido de soldagem, menor é a penetração e maior é a largura do cordão. O aumento da corrente de excitação das bobinas resulta em uma diminuição da área do arco elétrico, possibilitando o aumento da densidade de corrente e o aumento da concentração de calor. Posteriormente foi aplicado este dispositivo eletromagnético na manufatura aditiva, utilizando o processo GTAW com arame de aço inoxidável alimentado, e obteve-se um aumento da altura das paredes depositadas devido a alteração de forma do arco elétrico, somado a uma maior taxa de deposição e menor temperatura entre as camadas, o que resultou em menores espaçamentos dendríticos na microestrutura. O dispositivo eletromagnético realiza a alteração da forma do arco elétrico, com isso melhora a controlabilidade da poça de fusão e possibilita depositar diferentes geometrias de cordão com maior precisão geométrica. |
| Abstract: | The wire arc additive manufacturing process uses metallic materials to deposit the layers through melting and solidification, and that have proved to be an attractive manufacturing process for medium and large parts due to the high deposition rate and potentially unlimited building size. Among the available heat sources is the GTAW process, where the heat source comes from the electric arc. With reference to the electric arc axis without movement, the longitudinal section is bell-shaped and the cross section is circular. In this research, an electromagnetic device was developed that performs the simultaneous arc' constriction and expansion and was able to change the electric arc cross section from circular to elliptical, and the greater the coil excitation current, the greater the ellipse elongation effect. The device makes it possible to reorient the ellipse and shift it by 90° electrically, without mechanical movement or reassembly, just by inverting the supply to the coils. The electric arc shape was recorded and the geometry of the bead on plate was analyzed, which proved that the change in electric arc shape was reflected in the geometry of the weld bead. When placing the longest length of the ellipse parallel to the welding direction, the greater the penetration and the smaller the width of the weld bead. When placing the longest length of the ellipse perpendicular to the welding direction, the lower the penetration and the greater the width of the bead. The increase in the coil excitation current results in a decrease in the electric arc area, making it possible to increase the current density and increase the heat intensity. This electromagnetic device was applied in additive manufacturing, using the GTAW process with fed wire, an increase in the height of the deposited walls was obtained due to a change in the electric arc shape, added to a higher deposition rate and lower temperature between the layers which resulted in smaller dendritic arm spacings. The electromagnetic device changes the electric arc shape, thereby improving the controllability of the weld pool and making it possible to deposit different bead geometries with greater geometric precision. |
| Subject: | Engenharia mecânica Dispositivos eletromagnéticos Manufatura aditiva Soldagem |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/44612 |
| Issue Date: | 4-Mar-2022 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Tese_Miguel_Antonello_2022_01.pdf | Atualizada em 03/08/2022 | 11.1 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.