Soldagem dissimilar autógena com laser pulsado

Abstract

As constantes demandas tecnológicas e industriais impulsionam o desenvolvimento de materiais e processos de união com elevado desempenho. Nesse contexto, os aços inoxidáveis duplex destacam-se por apresentarem uma microestrutura bifásica composta por ferrita e austenita em proporções aproximadamente equivalentes, conferindo elevada resistência mecânica e à corrosão. Entretanto, durante a soldagem a laser, podem ocorrer alterações no equilíbrio dessas fases em função do ciclo térmico imposto. O presente trabalho teve como objetivo analisar a soldagem dissimilar autógena por laser pulsado Nd:YAG entre os aços inoxidáveis superduplex UNS S32750 e austenítico AISI 316L, com ênfase na determinação da geometria do cordão de solda, na avaliação da influência do aporte térmico e na caracterização macro e microestrutural da junta soldada. As soldagens foram realizadas em juntas de topo, sem abertura de raiz, com energia de pulso de 10 J, potência de pico de 2 kW e largura temporal de 5 ms. A frequência foi variada entre 1,8 Hz e 9 Hz, resultando em taxas de sobreposição de 50%, 60%, 70%, 80% e 90%. Utilizou-se argônio como gás de proteção, com vazão de 15 l/min, e velocidade de soldagem de 1,0 mm/s. A análise da geometria do cordão, por meio de macrografia, evidenciou que maiores taxas de sobreposição resultaram em cordões mais homogêneos, com melhor aglutinação dos pulsos e adequada profundidade de penetração. A avaliação do aporte térmico demonstrou que o aumento da sobreposição promove maior estabilidade do processo e influencia diretamente a formação do cordão e a microestrutura resultante, sem, contudo, gerar uma zona termicamente afetada macroscopicamente significativa, devido ao rápido resfriamento característico da soldagem a laser. A caracterização microestrutural revelou a formação de uma microestrutura duplex na zona fundida, com balanço de fases próximo ao ideal (aproximadamente 50% ferrita e 50% austenita), sendo a formação de austenita favorecida pela presença de níquel proveniente do aço AISI 316L. As análises por microscopia óptica e eletrônica de varredura, associadas à técnica de EDS, indicaram homogeneidade química e ausência significativa de fases intermetálicas deletérias. Dessa forma, conclui-se que a soldagem a laser pulsado Nd:YAG é uma técnica eficiente para a união dissimilar entre os aços estudados, sendo as condições de maior sobreposição as mais adequadas para garantir geometria satisfatória do cordão, controle do aporte térmico e microestrutura equilibrada.

The continuous technological and industrial demands drive the development of materials and joining processes with high performance. In this context, duplex stainless steels stand out due to their biphasic microstructure, composed of ferrite and austenite in approximately equal proportions, providing excellent mechanical strength and corrosion resistance. However, during laser welding, phase balance alterations may occur as a result of the imposed thermal cycle. This study aimed to analyze the dissimilar autogenous pulsed Nd:YAG laser welding between UNS S32750 superduplex stainless steel and AISI 316L austenitic stainless steel, with emphasis on the weld bead geometry, the influence of heat input, and the macro and microstructural characterization of the welded joint. The welds were performed in butt joints without root opening, using a pulse energy of 10 J, peak power of 2 kW, and pulse duration of 5 ms. The frequency ranged from 1.8 Hz to 9 Hz, resulting in overlap rates of 50%, 60%, 70%, 80%, and 90%. Argon was used as shielding gas at a flow rate of 15 l/min, and the welding speed was fixed at 1.0 mm/s. The weld bead geometry analysis, through macrographic evaluation, showed that higher overlap rates resulted in more homogeneous weld beads, with improved pulse coalescence and adequate penetration depth. The evaluation of heat input indicated that increasing overlap enhances process stability and directly influences both weld bead formation and the resulting microstructure, without producing a macroscopically significant heat-affected zone due to the rapid cooling inherent to laser welding. Microstructural characterization revealed the formation of a duplex structure in the fusion zone, with a phase balance close to the ideal condition (approximately 50% ferrite and 50% austenite). Austenite formation was favored by the presence of nickel from the AISI 316L steel. Optical microscopy and scanning electron microscopy analyses, combined with EDS, indicated chemical homogeneity and no significant presence of deleterious intermetallic phases. Thus, it can be concluded that pulsed Nd:YAG laser welding is an efficient technique for dissimilar joining of the studied steels, with higher overlap conditions providing adequate weld bead geometry, controlled heat input, and balanced microstructure.