Aplicação de laser pulsado Nd:YAG na soldagem autógena dissimilar entre os aços Inoxidáveis Austenítico AISI 316l e duplex UNS S32205

Abstract

Com a constante evolução da indústria de petróleo e gás, a necessidade de aprimoramento dos processos tecnológicos de manufatura ganhou destaque no mercado. Os aços inoxidáveis duplex e superduplex despertaram grande interesse econômico e tecnológico devido à sua microestrutura composta por 50% ferrita e 50% austenita, que proporcionou uma combinação equilibrada de resistência à corrosão e resistência mecânica. No entanto, a soldagem a laser desses materiais provocou um desbalanceamento microestrutural no metal de solda, favorecendo a formação excessiva de ferrita e comprometendo suas propriedades mecânicas e resistência à corrosão. Este estudo teve como objetivo aumentar a proporção de austenita no metal base por meio da soldagem dissimilar a laser Nd:YAG, na condição autógena, entre os aços inoxidáveis duplex UNS S32205 e austenítico AISI 316L. O aço AISI 316L, rico em níquel, contribuiu para a estabilização da fase austenítica. A soldagem foi realizada em juntas de topo, utilizando chapas com dimensões de 2,0 x 50 x 60 mm (A x L x C), variando a sobreposição dos cordões de solda entre 50% e 90%. Os parâmetros do laser foram definidos como energia de pulso de 12 J, potência de pico de 2 kW, largura temporal de 6 ms e frequência variando de 6 Hz a 12 Hz. O gás de proteção empregado foi argônio puro, com vazão de 15 L/min. As micrografias foram obtidas para todas as condições de sobreposição, analisando a integridade do cordão de solda e a penetração do metal de solda. Foram realizados ensaios de tração para determinar as regiões de fratura, identificando se a ruptura ocorreu no metal base ou no metal de solda. As análises microestruturais foram conduzidas por microscopia óptica (MO) e os resultados foram processados no software ImageJ para quantificar o balanço volumétrico entre ferrita e austenita. Por meio deste estudo, demonstrou-se a viabilidade da soldagem a laser para a união entre tubos de aço duplex UNS S32205 e flanges de aço inoxidável austenítico AISI 316L, contribuindo para o desenvolvimento de processos mais eficientes na indústria de petróleo e gás.

With the constant evolution of the oil and gas industry, the need for improvement of manufacturing technological processes has gained significant relevance in the market. Duplex and superduplex stainless steels have attracted great economic and technological interest due to their microstructure composed of 50% ferrite and 50% austenite, which provides a balanced combination of corrosion resistance and mechanical strength. However, laser welding of these materials has caused a microstructural imbalance in the weld metal, favoring excessive ferrite formation and compromising its mechanical properties and corrosion resistance. This study aimed to increase the proportion of austenite in the base metal through autogenous dissimilar laser welding using Nd:YAG, joining duplex stainless steel UNS S32205 and austenitic stainless steel AISI 316L. The AISI 316L steel, rich in nickel, contributed to the stabilization of the austenitic phase. Welding was performed on butt joints using plates with dimensions of 2.0 × 50 × 60 mm (T × W × L), varying the overlap of the weld beads between 50% and 90%. The laser parameters were defined as pulse energy of 12 J, peak power of 2 kW, pulse width of 6 ms, and frequency ranging from 6 Hz to 12 Hz. Pure argon gas was used as shielding gas, with a flow rate of 15 L/min. Micrographs were obtained for all overlap conditions, analyzing the weld bead integrity and penetration. Tensile tests were carried out to determine the fracture regions, identifying whether the rupture occurred in the base metal or the weld metal. Microstructural analyses were performed by optical microscopy (OM), and the results were processed using the ImageJ software to quantify the volumetric balance between ferrite and austenite. This study demonstrated the feasibility of laser welding for joining duplex steel UNS S32205 and austenitic stainless steel AISI 316L flanges, contributing to the development of more efficient processes in the oil and gas industry.