System reconfiguration for cylindrical laser cladding application

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ratusznei, Francisco
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/215507
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019
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spelling System reconfiguration for cylindrical laser cladding applicationEngenharia mecânicaLasersInterpolaçãoDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019Componentes cilíndricos são comuns em aplicações industriais e muitos deles exigem tratamentos especiais para prolongar sua vida útil. O revestimento de superfícies via laser cladding foi reconhecida como sendo significativamente benéfica em relação às técnicas convencionais. No entanto, esse processo ainda exige pesquisa e desenvolvimento, por exemplo, a superfície recoberta pode apresentar desvios indesejáveis, tanto geométricos como de forma. Neste contexto, a cinemática do equipamento e a estratégia de deposição são centrais para a qualidade do revestimento. Infelizmente, as linhas de pesquisa e desenvolvimento de materiais com laser no Brasil sofrem com a falta de instalações adequadas para lidar com aplicações de alta potência, mesmo havendo uma demanda representativa deste campo. Neste sentido, o alto custo de equipamentos comerciais requer o desenvolvimento de sistemas laser pelos próprios institutos. Desde 2010, o Laboratório de Mecânica de Precisão (LMP) começou a atuar em pesquisas de processamento a laser. O sistema laser até então disponível tinha a capacidade de operar em três eixos de movimento simultâneo em uma configuração XYZ linear ? adequado para superfícies planas. Este trabalho busca a reconfiguração do sistema laser para interpolação cilíndrica, a fim de permitir a aplicação de revestimentos em superfícies de revolução externamente. Na primeira parte do trabalho é apresentada uma contextualização da tecnologia laser, histórico, definição, aplicações e normas de segurança. Nesta fase ainda, o processo de recobrimento, ou laser cladding é destacado, assim como as superligas e os equipamentos que utilizados para a sua aplicação. Em seguida é a presentada uma revisão sobre sistemas modulares. Na sequência, a metodologia de projetos para sistemas mecânicos de precisão reconfiguráveis, que será utilizada neste trabalho, é descrita e tem suas etapas detalhadas. Após a descrição da metodologia, segue-se sua aplicação. A primeira fase do projeto em questão consiste na implementação da metodologia para orientar o aprimoramento do equipamento e satisfazer os requisitos iniciais do projeto. Em seguida, a construção do equipamento é apresentada, onde os novos módulos necessários foram integrados ao sistema existente por meio de interfaces, preservando as capacidades originais de acordo com a metodologia. Na última fase, após alguns ensaios metrológicos, foram aplicados os revestimentos de INCONEL 625, primeiramente sobre placas planas de aço AISI 1020 e, posteriormente, sobre um substrato cilíndrico. A seção transversal das deposições foi analisada para avaliar a consistência geométrica da aplicação. Os resultados obtidos por meio da avaliaçãometrológica e das aplicações em condições reais demonstraram a competência do sistema de interpolação para guiar o sistema laser em trajetórias cilíndricas. O aprimoramento do equipamento permite que novas linhas de pesquisa sejam exploradas, não somente em recobrimento de superfícies cilíndricas, mas também, por exemplo, soldagem de tubos a laser e inclusive aplicações em materiais reflexivos ? em virtude da possibilidade de rotação do cabeçote laser. Finalmente, são listadas algumas melhorias e sugestões para trabalhos futuros.Abstract: Cylindrical components are common on industrial applications and many of them requires coating protection to extend its lifetime. The application of protective coatings via laser cladding was recognized to be significantly beneficial over conventional techniques. However, this process still demands research and development, for instance, the resultant surface can present undesirable geometric and form deviations. In this context, the equipment kinematics and the deposition strategy are central to the cladding quality. Unfortunately, the Brazilian R&D on laser materials processing suffers from the lack of adequate facilities to deal with high power laser applications, even so, there is a considerable demand for this field. In this sense, the high cost of commercial equipment requests the development of laser systems by the own institutes. Since 2010, the Precision Engineering Laboratory (LMP) started researching laser applications. The current Laser System available is capable of three axes simultaneous movement on a XY table setup - suitable for flat surfaces. This work seeks the Laser System reconfiguration for cylindrical interpolation in order to produce laser cladding application externally on revolution surfaces. The first phase consists of a project methodology implementation to orientate the equipment upgrade to satisfy the requirements. Then, the new modules necessary were integrated in the existent system via proper interfaces preserving the original capabilities. In the last phase, after some metrological tests, INCONEL 625 clads were applied, first over AISI 1020 flat plates and after that, over a cylindrical substrate. The cross section of the cladded layers were analyzed to evaluate the clad geometry consistence. The results testified the interpolation competence to guide the laser cladding system for cylindrical trajectories also allowing the research team to prospect more laser processes.Pereira, MiltonWeingaertner, Walter LindolfoUniversidade Federal de Santa CatarinaRatusznei, Francisco2020-10-21T21:17:23Z2020-10-21T21:17:23Z2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis100 p.| il., tabs., gráfs.application/pdf361927https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/215507engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-10-21T21:17:23Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/215507Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-10-21T21:17:23Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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