Soldagem dissimilar autógena com laser pulsado Nd:YAG dos aços superduplex UNS S32750 e superaustenítico AISI 904L

Abstract

Os aços inoxidáveis duplex e superduplex são materiais muito importantes, tanto economicamente, quanto tecnologicamente. Esses materiais possuem uma microestrutura binária, composta de 50% ferrita e 50% austenita, combinando resistência à corrosão com resistência mecânica. A soldagem a laser desses materiais faz com que ocorra desbalanceamento entra as fases da microestrutura do metal de solda, havendo formação excessiva de ferrita, e assim, perdendo suas características de resistência à corrosão e propriedades mecânicas. Este trabalho tem como objetivo aumentar a proporção de austenita no metal de solda através da soldagem à laser Nd:YAG pulsado, autógena e dissimilar, dos aços inoxidáveis superduplex UNS S32750 e superaustenítico AISI 904L, sendo este um material rico em níquel, elemento gerador de austenita. A soldagem foi feita em uma junta de topo, variando-se a taxa de sobreposição do cordão de solda em cinco condições, de 50% até 90%. A energia de pulso foi fixada em 30 J, com potência de pico de 3 kW, largura temporal de 10 ms e frequência de 3 Hz. Argônio puro foi utilizado como gás de proteção, com vazão de 15 l/min. As macrografias mostraram que a redução na taxa de sobreposição gera áreas sem solda, além de porosidades. Não observou-se formação da zona termicamente afetada macroscopicamente visível. A fratura no ensaio de tração ocorreu no metal base superaustenítico, exceto na amostra com 50% de sobreposição que fraturou no metal de solda. O ensaio de microdureza Vickers foi realizado, obtendo-se a média de 290 HV no metal de solda. As micrografias mostraram falta de mistura nos cordões de solda, com regiões austeníticas na porção adjacente ao metal base superaustenítico e regiões mistas na porção adjacente ao metal base superduplex. O balanço volumétrico entre as fases no metal de solda foi de aproximadamente 40% de austenita, mostrando que a soldagem favoreceu a formação deste microconstituinte. A difração de raios-x verificou formação de austenita no metal de solda.

Duplex and super duplex stainless steels are very important materials, both economically and technologically. These materials have a binary microstructure, composed by 50% ferrite and 50% austenite, combining corrosion resistance with mechanical strength. The laser welding of these materials causes imbalance between the microstructural phases of the weld metal, with excessive ferrite formation, losing its corrosion resistance and mechanical properties. The main goal of this work is to increase the austenite proportion of the weld metal, through an autogenous and dissimilar pulsed Nd: YAG laser welding of the super duplex stainless steel UNS S32750 with the super austenitic stainless steel AISI 904L, which is a nickel-rich material. The welding was performed in a butt joint configuration, controlling the overlapping rate in five different conditions, from 50% to 90%. The pulse energy was fixed in 30 J, with peak power of 3 kW, temporal width of 10 ms and frequency of 3 Hz. Pure argon was used as protection gas, with a flow rate of 15 l/min. The macrographs showed that reducing the overlap rate generates large weld-free areas and porosities. There was no sign of macroscopically visible heat affected zone formation. The tensile test fracture occurred in the superaustenitic parent metal, except the 50% overlapping sample, that fractured in the weld metal. The Vickers microhardness test was performed, obtaining a mean of 290 HV in the weld metal. The micrographs showed poor mixing in the weld beads, with austenitic regions in the adjacent portion of superaustenitic parent metal and mixed regions in the super duplex adjacent portion. The volumetric phase balance in the weld metal was approximately 40% austenite, revealing that the weld improved its formation. X-ray diffraction verified austenite formation in the weld metal.