Procesos y usos del acero
Procesos y usos del acero
7 en comparación a otros procesos de manufactura aditiva está el volumen depositado, sin embargo, la resultante tiene la desventaja de baja exactitud geométrica [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ].
El WAAM puede ser aplicado por diversas fuentes de energía, investigaciones han trabajado en comparativas de distintas fuentes de energía y su efecto mecánico / microestructural en aleaciones de acero [ 11 ] [ 12 ]. Dentro de las principales fuentes de energía se encuentran WAAM Gas Metal Arc Welding( GMAW), WAAM basado en Gas Tungsten Arc Welding( GTAW) y GMAW basado en Plasma Arc Welding( PAW) [ 8 ] [ 13 ] [ 14 ]. A su vez, se han realizado estudios donde se analiza el efecto de calor de entrada sobre sus sustratos y el efecto con las transformaciones de fase [ 15 ].
Dado que la fuente de calor puede afectar las propiedades mecánicas, se ha investigado el efecto calor de entrada con el uso del proceso de CMT( Cold Metal Transfer), LSC( Low Spatter Control) y PS( Pulsed Synergic) en donde se evaluó la influencia de entrada de energía y propiedades mecánicas, para todos ellos la cantidad de material depositado fue similar, sin embargo, se encontró que CMT tuvo cordones resultantes más anchos y largos, y que la temperatura alcanzada fue menor a las otras [ 16 ].
Además, se ha demostrado que ciertas variaciones de parámetros del proceso WAAM CMT pueden influir positivamente en los resultados sobre sustratos, estas variaciones corresponden a la corrección de longitud de arco( ALC), corrección dinámica( DC) y corrección de pulso( PC), los resultados fueron que ALC incrementa la entrada de calor, y que DC y PC tienen una entrada menor de calor, y que el ancho y la penetración del cordón aumenta mientras la altura del cordón y la microdureza disminuye con el calor de entrada [ 17 ]. Por otra parte, estudios han demostrado que el uso de la manufactura aditiva aumenta la capacidad de carga axial entre 17 % y 54 % con un aumento de masa de hasta un 26 %. Otros estudios han trabajado en el análisis de los resultados de tensión y el crecimiento de grieta en zonas cercanas a WAAM GMAW en aceros inoxidables encontrando que la grieta tiende a propagarse cercana adyacente a zonas debido a las características de los granos columnares formados durante la manufactura aditiva, sin embargo, esfuerzos residuales y distorsión fueron encontrados inherentes al proceso de manufactura aditiva [ 18 ].
Otras investigaciones han estudiado el efecto de depositar diferentes capas de manufactura aditiva y su efecto en propiedades mecánicas sobre componentes estructurales, encontrando que existe mejora significativa de resistencia a la tensión, dependiendo de la dirección en la que fue depositado el material [ 19 ]. La aplicación de manufactura aditiva también ha sido investigada en forma de patrones para refuerzo de estructuras o sustratos, de manera que con ciertas configuraciones se incrementen las propiedades mecánicas, a su vez se ha analizado el efecto de los esfuerzos residuales para patrones en S, en zig-zag, y en espirales, encontrando que los mayores esfuerzos residuales están ubicados en los puntos de mayor concentración térmica, por lo que esos estudios indican relaciones entre esfuerzos y guías de deposición de manufactura aditiva [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ].
Este trabajo se centra en el análisis mecánico microestructural de proceso de manufactura aditiva por arco de alambre WAAM CMT sobre un acero HSLA de 2.00 mm y un electrodo ER70S-6 de 1.2 mm con el objetivo de incrementar áreas específicas en aceros utilizados de manera estructural. En este estudio se analizaron varios patrones de manera de refuerzo. Estos refuerzos fueron evaluados mediante pruebas de doblez y ensayos metalográficos para analizar la penetración en las zonas afectadas térmicamente debido al proceso de manufactura.
2. Experimentación
Para las pruebas fue utilizado un acero HSLA proporcionado por TERNIUM. La fuente de poder utilizada fue una máquina Fronius ® TPS 600i. Se empleó un brazo robótico FANUC ® Arc Mate 120iD para realizar la deposición aditiva sobre los sustratos. El electrodo de alambre fue un ER70S-6 con un diámetro de 1.20 mm clasificado por AWS 5.28 por LINCOLN ELECTRIC ®. La composición del alambre se enlista en la Tabla 1.
Los patrones utilizados se enlistan en la Figura 1, a su vez se exhiben esquemáticamente las dimensiones de las muestras, así como la ubicación de dichos patrones.
Los parámetros utilizados para el estudio se muestran en la Tabla 2, en donde enlistan el ajuste de cada variable. Entre cada muestra se llevó a cabo una limpieza y enfriamiento por parte de la antorcha.
Se extrajeron especímenes de cada muestra de las secciones centrales con el fin de analizar la penetración y medir las características del cordón, para medir las dimensiones de la zona afectada por el calor y determinar la microestructura presente con un microscopio ZEISS ® Smart Zoom 5. Para las pruebas de doblez de 3 puntos en base al estándar ISO 7438:2020 se empleó una máquina ZWICK ROELL ® Z250 Flexure Test Kits. Además, para las pruebas de microdureza se empleó WILSON ® VH3300.
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