Fabricação Aditiva por TIG de Componentes em Aço Inoxidável

Abstract

Nesta dissertação compararam-se diferentes parâmetros e a influência que estes têm nas propriedades mecânicas e microestruturais dos componentes depositados. Para tal, foram depositados oito componentes monocamada e três componentes multicamada, utilizando corrente continua, de polaridade negativa, pulsada e não pulsada. As deposições foram realizadas com um equipamento de soldadura de Tungsten Inert Gas (TIG), com alimentação automática de arame metálico. O arame metálico utilizado de aço inoxidável 316LSi tem 1,2 mm de diâmetro. A tocha de soldadura estava fixada a um sistema que consistia num carro que se movimenta segundo uma direção. O substrato utilizado para todas as deposições foi uma chapa de aço inoxidável AISI 316L. A análise comparativa consistiu na realização de inspeção visual, análise morfológica, apenas dos componentes multicamada, e de testes de caracterização mecânica e microestrutural. Para a caracterização mecânica foram realizados ensaios de dureza. Para a caracterização microestrutural todas as secções transversais das amostras foram observadas no microscópio ótico. De modo a realizar a análise morfológica dos componentes multicamada, utilizaram-se técnicas de Correlação Digital de Imagem (DIC).A inspeção visual dos componentes revelou que todos estavam isentos de defeitos de fusão. Foram ainda medidas as dimensões dos componentes monocamada, tendo sido feita uma análise comparativa das suas dimensões de acordo com os seus parâmetros de deposição. Estes resultados demonstram que, a utilização de corrente continua com polaridade negativa não pulsada produz componentes com maiores larguras e penetrações e com menores alturas de cordão. Para a mesma frequência, foi observado que, quanto maior for a energia, menor será a largura do componente produzido. Para a mesma intensidade de corrente, foi observado que, quanto menor for a velocidade de alimentação do arame de adição maior será a penetração e menor a altura do cordão. Para a comparação entre componentes é importante ter em atenção a temperatura do substrato, sendo que esta tem influência na velocidade de arrefecimento do componente.A inspeção visual dos componentes multicamada permitiu identificar desvios nas diferentes camadas provocados pela ausência de delimitações físicas do movimento do carro. Permitiu verificar que, o componente produzido utilizando corrente continua não pulsada teve um crescimento mais lento, uma largura superior e uma maior deformação do substrato comparativamente aos componentes depositados com corrente continua pulsada. A análise morfológica dos componentes multicamada possibilitou a comparação entre os relevos dos diferentes componentes, sendo que, o componente P2 apresenta a menor variação de profundidade entre camada em todas as secções. A análise microestrutural permitiu identificar diferentes estruturas nas zonas fundidas dos componentes monocamada e ao longo da altura dos componentes multicamada. Todos os componentes apresentam ferrite em matriz austenítica. Por fim, a caracterização microestrutural revelou um ligeiro aumento de dureza dos componentes depositados em relação ao material base. Foi concluído ainda que, o aumento da energia fornecida ao banho de fusão diminui a dureza do componente.

In this dissertation different parameters and their influence in the mechanical and microstructural properties of the deposited componentes. For that reason eight monolayer and three multilayer componentes were deposited using direct current with negative polarity, pulsed and non pulsed current were used. The depositions were carried out using a Tungsten Inert Gas (TIG) welding equipment with automatic wire feeding. The metalic wire feed made from austenitic 316 LSi stainless steel has a diameter of 1,2 mm. The welding torch was fixated on the welding car that moved along one direction. The substrate used in all the depositions was a plate of austenitic AISI 316L stainless steel. The comparative analysis consisted in a visual inspection, a morphological analysis (only of the multilayer componentes) and mechanical and microstrctural characterization. For the mechanical characterization hardness tests were performed. For the microstructural characterization all the samples were treated and observed under the optical microscope. To perform the morphological analysis of the multilayer components Digital Image Correlation (DIC) methods were used. The visual inspection of the components showed that all of them were free of fusion defects. The dimensions of the singlelayer components were also measured and a comparative analysis between those dimensions and the parameters used was made. This results showed that the usage of non pulsed direct current generates componets wider and a deeper penetration and shorter weld beads. Using the same frequency, it was observed that for larger amouts of energy the thiner the weld beads would be. Using the same amount of current intensity it was observed that a slower wire feeding speed would result in a deeper penetration and a shorter weld bead. To compare the different componentes it was importante to be aware of the temperature of the substract. Noting that this temperature has influence in the cooling speed of the component. The visual inspection of the multilayer allowed to identify some deviations of the different layers due to the welding car not being resctrited enough. It also allowed to observe that the component produced with non pulsed direct current had a slower growth, was wider and had a bigger substract deformation compared to the ones produced with pulsed direct current. A morphological analysis of the multilayer componentes allowed the comparisson of the depths of the different components, concluding that the component P2 shows the smaller depths variation in all the sections. The microstructural analysis enabled the identification of diferent ferritic structures of the the fusion zone and the heat affected zone of both singlelayer and multilayer componentes. All of them presented ferrite and an austenitic matrix. Finally, the mechanical characterization revealed a small increase of hardness of the components compared to the base material. It was concluded that the energy increase applied to the fusion bath leads to a deacrese of hardeness in the componente.