Aplicação da liga de níquel Monel 400 como metal de adição na soldagem de aço inoxidável UNS S32750 com laser pulsado Nd:YAG

Abstract

Os aços inoxidáveis superduplex são aços que apresentam alta resistência à corrosão aliada com uma boa resistência mecânica. Por isso, vêm sendo cada vez mais empregados na indústria petrolífera, em peças e componentes submetidos à água do mar, ambiente este que promove a oxidação e corrosão de metais. Assim, também é necessário que se tenha controle no processo de soldagem desses aços, pois o aço inoxidável superduplex forma excesso de ferrita quando soldado, reduzindo a porcentagem de austenita em sua estrutura, o que reduz sua resistência à corrosão. Por conta disso, uma forma de prevenir esse desbalanceamento é soldando com adição de liga de níquel (pois o níquel é um elemento de liga que promove a formação de austenita) no aço superduplex. No trabalho foi estudado o processo de solda no aço inoxidável superduplex UNS S32750 com adição de liga de níquel Monel 400. Para isso, utilizou-se uma máquina de laser pulsado Nd:YAG, com potência de pico de 1 kW e largura temporal de 10 ms, resultando em uma energia de pulso igual a 10 J, frequência de 9 Hz, e velocidade de solda de 1,0 mm/s, obtendo assim taxa de sobreposição igual a 85% e aporte térmico igual a 1,0 kJ/mm, sendo que as chapas foram soldadas nos dois lados, gerando assim dois cordões de solda. Então, foram produzidas duas amostras contendo o cordão de solda, realizado um ensaio metalográfico com ácido oxálico 10%, analisando as macrografias e micrografias de cada uma das amostras. Não foram detectadas zonas termicamente afetadas (ZTAs) macroscopicamente visíveis nas amostras, mas ambas apresentaram formação de poros e trincas. Também foi detectado que as amostras mantiveram um balanceamento entre a ferrita e austenita, possuindo aproximadamente 52% de ferrita e 48% de austenita, indicando uma eficácia na adição na liga Monel 400 no metal de solda. Por fim, foi possível perceber que o ataque eletroquímico realizado com 6 V por 5 s foi o que melhor revelou a microestrutura do cordão de solda.

The superduplex stainless steels are steels that exhibit high corrosion resistance combined with great mechanical strength. Therefore, they've been increasingly used in the oil industry, in parts and components subjected to seawater, an environment that promotes oxidation and corrosion of metals. Thus, it is also necessary to control the welding of these steels, for the superduplex stainless steel forms an excess of ferrite when welded, reducing the percentage of austenite in it's microstructure, which reduces it's corrosion resistance. For that, one way to prevent that imbalance is to weld with the addiction of nickel alloy (as nickel is an alloy element that promotes the formation of austenite), in superduplex stainless steel. In this research, the welding process was studied in superduplex stainless steel UNS S32750 with the addition of nickel alloy Monel 400. For this, a pulsed Nd:YAG laser welding machine was used, using 1 kW as peak power and temporal width of 10 ms, resulting in a pulse energy of 10 J, frequency of 9 Hz and welding speed of 1.0 mm/s, obtaining an overlapping rate of 85%, and heat input of 1.0 kJ/mm, and the plates were welded on both sides, generating two weld beads. Then, two samples were produced containing the weld bead, a metallographic test was performed with 10% oxalic acid, analyzing the macrographs and micrographs of each sample. Macroscopically visible heat affected zones (HAZ) were not detected in the samples, but both presented pore and cracks formation. It was also detected that the samples maintained a balance between the ferrite and austenite, with approximately 52% of ferrite and 48% of austenite, indicating an effectiveness in adding Monel 400 alloy to the weld metal. Finally, it was possible to notice that the electrochemical attack performed with 6 V for 5 s was the best to reveal the microstructure of the weld bead.