Comparison of solid and metal cored wires in wire arc additive manufacturing of low-alloyed steel parts

Abstract

Tel Ark Eklemeli İmalat, lazer veya elektron ışını tabanlı metal eklemeli üretim süreçlerine kıyasla yüksek biriktirme oranları nedeniyle daha kısa teslim süreleri sağlar. Ayrıca çok karmaşık ekipman ve ortam gerektirmeden çok çeşitli metalleri ve alaşımları üretebilir. Bu hususlar, onu birçok karmaşık mühendislik bileşeninin üretilmesi için çok çekici ve uygun maliyetli kılmaktadır. Tel Ark Eklemeli İmalat, kaynak işlemlerinde kullanılan tüm malzeme seçeneklerinin kullanılmasına olanak sağlar. Ancak, özel bileşimlerle hammadde üretimi maliyetli olabilir. Maliyetleri azaltmak için kaynak işlemlerinde içi boş bir telin iç kısmına belirtilen alaşım elementlerinin katıldığı metal özlü teller kullanılmaktadır. Ancak, tel ark eklemeli imalattaki performansları tam olarak araştırılmamıştır. Bu tez, metal özlü ve masif tellerin tel ark eklemeli imalat performanslarının kapsamlı bir karşılaştırmasını sağlar. Bu amaçla, aynı genel bileşime sahip düşük alaşımlı çelik masif ve metal özlü teller kullanılmıştır. Her iki tel ile ince ve kalın parçalar üretilmiş ve sertlikleri, çekme performansları, mikro yapıları, yüzey özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Kullanılan tellerdeki ark geometrisindeki farklılıklar nedeniyle tellerin ısı dağılımı ve buna bağlı olarak biriktirme özelliklerinin farklı olabileceği görülmüştür. Bu farklı özellikler, süreçlerin hem mekanik hem de geometrik çıktılarını etkileyebilir. Bu çıktı farklılıklarından bazıları önemli olabilse de metal özlü tellerle tel ark eklemeli imalat, özel bileşimlerle masif tellerin iyi bir ikamesi olabilir.Wire Arc Additive Manufacturing provides shorter lead times due to high deposition rates compared to laser or electron beam-based metal additive manufacturing processes. In addition, it can process a wide range of metals and alloys without requiring very complex equipment and environment. These issues make it very attractive and cost friendly for manufacturing many complex engineering components. Wire Arc Additive Manufacturing allows to process all the material choices that are used in welding operations. However, producing feedstocks with special compositions can be costly. To reduce the costs, metal cored wires in which the specified alloying elements are fed in the core of a hollow wire are employed in welding operations. However, their performance in wire arc additive manufacturing is not completely explored. This thesis provides a comprehensive comparison of wire arc additive manufacturing performances of metal cored and solid wires. For this purpose, low alloy steel solid and metal cored wires with same overall compositions were used. Thin and thick parts were produced with both wires and their hardness, tensile performance, microstructure, surface properties were comparatively investigated. It was seen that due to differences in arc geometry in the used wires, the heat distribution and in turn the deposition characteristics of the wires can be different. These different characteristics can affect both mechanical and geometric outputs of the processes. Although some of these output differences can be significant, wire arc additive manufacturing with metal cored wires can be a good replacements of solid wires with special compositions.