Constrição e expansão eletromagnética do arco elétrico no processo GTAW aplicada na manufatura aditiva

• Autor(a) principal: Miguel Guilherme Antonello
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/44612; https://orcid.org/0000-0002-9800-7272
• topic: Dispositivo eletromagnético; Alteração de forma do arco elétrico; Manufatura aditiva a arco elétrico; Aumento da taxa de deposição; Engenharia mecânica; Dispositivos eletromagnéticos; Manufatura aditiva; Soldagem

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.