Dissertação (Mestrado)
Validação de um sistema de alimentação dinâmica aplicado em revestimento por fusão a laser
Autor
Rodrigues, Max Baranenko
Institución
Resumen
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2020. Diversos setores industriais apresentam problemas relacionados ao desgaste de componentes, resultando em uma significativa perda de econômica devido à sua manutenção frequente. O desenvolvimento de novos equipamentos para processos LMD (laser Metal Deposition) é uma busca constante de diversos centros de pesquisa para aumento de produtividade de processos de revestimento que mitiguem os mecanismos de desgaste. No que tange ao processo de revestimento por fusão a laser com alimentação externa frontal de arame, modernas versões dos equipamentos permitem um nível maior de controle geométrico da disponibilização da direção de alimentação do arame em relação ao substrato. Em processos de revestimento a arco, as modernas versões dos equipamentos permitem um alto nível de controle das variáveis do processo, flexibilidade e robustez de aplicação. Dentre as inovações pode-se destacar o controle da movimentação de arame dentro de um período de transferência metálica, com alterações cíclicas no sentido de movimento. Este tipo de alimentação é denominada de alimentação dinâmica (AD). Em busca de melhorias do processo e promover a liberdade do usuário para exploração da tecnologia de novos equipamentos, o presente trabalho avalia um sistema de alimentação dinâmica com flexibilidade de regulagem de parâmetros pelo usuário/pesquisador para processo de revestimento por fusão a laser (laser cladding AD). Para o desenvolvimento do novo processo de revestimento, foi construído um protótipo de movimentação do direcionador de arame e um sistema de alimentação dinâmica de arame equipado com um servomotor de alta dinâmica. O sistema foi validado variando os parâmetros de alimentação de arame com o equipamento desenvolvido em relação aos erros de velocidade como consequência do algoritmo criado para determinar o avanço e recuo de arame no processo de revestimento por fusão a laser com alimentação externa frontal de arame. Foi empregada uma fonte de laser de fibra (Yb-Itérbio) equipado com um cabeçote de soldagem (Precitec) e um sistema de movimentação da amostra em relação ao cabeçote laser integrado com um comando numérico Siemens 840D que permite variação da potência do feixe laser e velocidade de deslocamento da amostra. Com relação ao novo procedimento, foi verificado um erro máximo em torno de 7,34 % e 15,0 % para, respectivamente, velocidade média de alimentação de arame e amplitude de oscilação de recuo de arame em relação aos parâmetros comandados. O perfil resultante para cordões únicos apresentou homogeneidade em sua superfície e com o uso de alimentação dinâmica, verificou-se um aumento de 62 % da diluição para a frequência de 5 Hz e amplitude de oscilação de arame de 5 mm. Para revestimento, a técnica é promissora pois promove diminuição das descontinuidades do revestimento para as amostras de Inconel 625. Abstract: Many industrial sectors suffer from loss of productivity due to frequent maintenance of worn components. In order to reduce and avoid wear mechanisms, the development of new Laser Metal Deposition (LMD) process equipment is a constant pursuit of several research centers for increased productivity coating. When it comes to laser cladding processes, the modern versions of the equipment have a greater level of control over the geometric arrangement of the material fed to the substrate. However, in arc processes, modern equipment allows a high-level control of variables and greater application flexibility. Among the recent innovations can be highlighted the control of wire movement within the period of metal transfer, with changes in the direction of the movement. This type of technique is called dynamic wire feeding (DWF). In order to improve the process, the present work develops and evaluates a dynamic feeding system with a flexible parameter regulation for laser cladding application. For the development of the new coating welding procedure, it was necessary to build an equipment for the feed system equipped with a highly dynamic servomotor. The wire feeding parameters of the developed equipment and speed error were analyzed as consequence of the created algorithm in laser cladding. To test the prototype, it was proposed its application wire front feeded, a fiber laser source (Yb-Ytterbium) and a welding head were used, varying laser power, welding speed and DWF parameters. Regarding the procedure, it was possible to verify a maximum error around 7.34 % and 15.0 % for, respectively, average wire feed speed and wire amplitude oscillation in relation to commanded parameter. The resultant profile for single tracks showed homogeneity in the surface and with the technique of dynamic wire feeding, there was an increase up to 62 % of the dilution for frequency of 5 Hz and wire oscillation amplitude of 5 mm. For coating process, the technique was promising as it promotes the decrease of welding discontinuities with Inconel 625 wire as feedstock.