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Type: Tese de Doutorado
Title: Avaliação da influência da energia de soldagem e da adição de arame frio em soldas SAW com arames geminados em aços inoxidáveis lean duplex UNS S32304
Authors: Ronaldo Cardoso Juniotr
First Advisor: Paulo Jose Modenesi
Abstract: O ciclo térmico de soldagem pode prejudicar as propriedades dos aços inoxidáveis duplex (AID). Assim, a energia de soldagem (HI) máxima indicada para os AID 2304 é de 2,5 kJ/mm, sendo este um fator limitante para o aumento de produtividade. A adição de arame frio representa uma alternativa interessante à essa questão. Avaliou-se a influência da energia de soldagem (HI) e da adição do arame frio (AF) nas características químicas, metalúrgicas, mecânicas e de resistência à corrosão de soldas SAW em aço lean duplex UNS S32304, utilizando-se o consumível ER2209. Para todas as soldas, utilizou-se o sistema SAW ICETM que adiciona um arame frio entre dois arames geminados energizados. Foram produzidos cordões sobre chapas empregando se quatro energias (1,6; 1,9; 2,2 e 2,7 kJ/mm) e variando-se a porcentagem de arame frio em relação aos arames quentes em 0, 50 e 100%. Adicionalmente, foram feitos corpos de prova de metal de aporte puro (sem diluição) e um corpo de prova de junta soldada para a condição considerada mais crítica 2,7 kJ/mm e 100% de AF. O ciclo térmico de resfriamento foi registrado para as energias de soldagem extremas. Para caracterização foram realizadas análise química, macrografia, análise dimensional, microscopia ótica, MEV/EDS, dureza, polarização potenciodinâmica cíclica, polarização potenciodinâmica com extrapolação Tafel e ensaios mecânicos de tração e Charpy V. A elevação HI aumentou o tempo de resfriamento e o aumento de AF reduziu de forma sutil o Ät12/9 e aumentou o Ät9/5. A adição de arame frio provocou a redução da diluição e da perda dos elementos de liga durante a fusão dos arames, produzindo soldas com maiores PREN na ZF. A adição de arame frio aumentou em até cerca de 40% a taxa de deposição, o que acarreta em ganhos de produtividade. A microestrutura da ZF e ZTA apresentaram GBA, WA, IGA dispersas na matriz ferrítica. Foi observada a precipitação de nitretos de cromo na ferrita da ZTATE de todas as soldas. A energia de soldagem seguiu o comportamento esperado, aumentando a fração de austenita e a largura da ZTATE. A adição de arame frio afetou significativamente a ZF, aumentando a fração de austenita e o PREN da ferrita, porém não foi notado um impacto claro de AF na microestrutura da ZTA. Os pites ocorreram preferencialmente na ZTATE atacando a ferrita, sugerindo que a corrosão por pites foi determinada pelo menor PREN e a precipitação de nitretos de cromo na ferrita. O potencial de pites foi afetado pela energia de soldagem, reduzindo até 2,2 kJ/mm e depois se recuperando para 2,7 kJ/mm. AF não afetou de forma clara o potencial de pites da ZTA. Contudo, a adição de arame frio reduziu significativamente a taxa de corrosão da ZF (em mm/ano), levando à melhoria da corrosão generalizada. Foi possível produzir soldas com satisfatória resistência à corrosão e propriedades mecânicas utilizando-se uma energia de soldagem superior à recomendada pela literatura, de 2,5 kJ/mm, e elevada adição de arame frio, o que sugere que esse valor de energia é conservador e pode ser extrapolado.
Abstract: The welding thermal cycle can impair the properties of duplex stainless steels (DSS). Thus, the maximum heat input (HI) recommended for the DSS 2304 is 2.5 kJ/mm, which is a limiting factor for productivity increasing. The addition of cold wire represents an interesting alternative to this issue. The influence of heat input and the cold wire addition (AF) on the chemical, metallurgical, mechanical and corrosion characteristics of SAW welds using the ER2209 filler metal in lean duplex steel UNS S32304 was investigated. ICETM system was used to add a cold wire between two energized twin wires. Bead on plate specimens were produced using heat inputs (1.6, 1.9, 2.2 and 2.7kJ/mm) and the percentage of cold wire was varied in relation to the energized WFS at 0, 50 and 100%. In addition, all weld metal specimens were made and a butt weld joint was produced for the condition considered to be the most critical 2.7 kJ/mm and 100% AF. The thermal cooling cycle was recorded for the extremes heat inputs. For characterization, it was performed chemical analysis, macrography, dimensional analysis, optical microscopy, MEV/EDS, hardness, cyclic potentiodynamic polarization, potentiodynamic polarization with Tafel extrapolation and tensile and Charpy V as mechanical tests. Increasing HI increased cooling time and the increase of AF subtly reduced Ät12/9 and increased Ät9/5. The addition of cold wire reduced the dilution and the loss of the alloying elements during welding, producing welds with higher PREN in the FZ. The addition of cold wire increased the deposition rate by up to 40%, which leads to productivity gains. The microstructure of FZ and HAZ presented GBA, WA, IGA dispersed in the ferritic matrix. Chromium nitride precipitation was observed in HTHAZ ferrite of all welds. The heat input followed the expected behavior, increasing the austenite fraction in the FZ and HAZ and the HTHAZ width. The addition of cold wire significantly affected the ZF, increasing the austenite fraction and the ferrite PREN, but a clear impact of AF on the ZTA microstructure was not noticed. The pitting spots occurred preferentially in the HTHAZ attacking the ferrite, suggesting that pitting corrosion was determined by low PREN and the precipitation of chromium nitrides in the ferrite. Pitting potential was affected by heat input, reducing up to 2.2 kJ/mm and then recovering for 2.7 kJ/mm. AF did not clearly affect HAZ's pitting potential. However, the addition of cold wire significantly reduced the FZ corrosion rate (in mm/year), improving the uniform corrosion. It was possible to produce high productivity welds with satisfactory corrosion resistance and mechanical properties using a heat input higher than the recommended by the literature, of 2.5 kJ/mm, using high cold wire addition, which suggests that this energy value is conservative and can be extrapolated.
Subject: Engenharia metalúrgica
Aço Corrosão
Soldagem
Metalurgia de transformação
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B3EFZY
Issue Date: 27-Feb-2018
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