USO DE RAMPAS DESCIDA PARA A AUSTENITIZAÇÃO DE CORDÕES DE SOLDA EM AÇOS SUPER DUPLEX UNS S32750 FEITOS COM LASER

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1 USO DE RAMPAS DESCIDA PARA A AUSTENITIZAÇÃO DE CORDÕES DE SOLDA EM AÇOS SUPER DUPLEX UNS S32750 FEITOS COM LASER PULSADO Nd:YAG D.F. Salgado Junior Instituto Federal de Mato Grosso campus Primavera do Leste M.C. Modesto Instituto Federal de Mato Grosso campus Primavera do Leste Av. Dom Aquino, Parque Eldorado, Primavera do Leste - MT, dair.junior@pdl.ifmt.edu.br RESUMO Os aços inoxidáveis duplex e super duplex, 50% austenita e 50% ferrita, combinam as características mais desejáveis dos aços ferríticos e austeníticos, possuem excelente resistência mecânica e à corrosão para uma ampla variedade de meios, com expressiva resistência à corrosão em água do mar e outros ambientes contendo cloreto, devido a seu elevado nível de cromo, molibdênio e nitrogênio. Quando soldado a região do metal de solda desses aços perdem suas características de resistência mecânica e à corrosão devido ao desbalanceamento das fases ferrita e austenita. Na presente pesquisa foi analisada a influência do formato de onda na soldagem autógena a laser Pulsado Nd:YAG objetivando a austenitização do metal de solda em chapas de aço inoxidável super duplex UNS S32750 com 1,5 mm de espessura. Utilizou-se uma fonte laser pulsada Nd.YAG, United Winner 150A, com potência máxima de 150 W. A energia do pulso de soldagem foi fixada em 10J, potência de pico de 2 kw e largura temporal de 5 ms em forma de onda retangular, definido em bibliografia pois essas condições produziam cordões mais resistentes que o metal base, acrescentamos rampas de descida variando de 5 a 20 ms varrendo quase todo o espectro do equipamento. Como gás de proteção utilizou-se argônio puro com vazão de 22 l/min. A caracterização microestrutural foi realizada através de microscopia ótica aplicando Behara modificado para ataque da superfície. Os resultados mostraram que independentemente do tamanho da rampa de descida não há austenitização perceptível em comparação a cordões produzidos sem rampa, os cordões apresentam microestrutura praticamente ferrítica. Palavras chaves: duplex, Nd:YAG, rampa, laser, austenita, ferrita INTRODUÇÃO Um problema extremamente importante encontrado em ambientes onde os materiais são expostos a atmosferas corrosivas é a seleção de um material resistente. Para este efeito, peças e componentes industriais são produzidos de aço inoxidável ou mesmo cobertos com finas folhas do mesmo ou outros materiais resistentes à corrosão, tais como as ligas de Ni. (1) O duplex e o super duplex são tipos de aços inoxidáveis desenvolvidos para que possuam alta resistência mecânica e resistência à corrosão em ambientes 7053

2 extremamente agressivos (contendo cloretos, ácidos, etc.). Sua microestrutura é dividida entre aproximadamente 50% austenita e 50% ferrita. O super duplex difere de duplex na sua composição química (com aumento da quantidade de molibdénio, níquel e crômio) e as suas propriedades mecânicas (tensão mais elevada e resistência à tração). (2) A soldagem é uma área do conhecimento de grande importância tecnológica, e pode ser definida como um processo de união de duas partes metálicas, usando uma fonte de calor, aplicando ou não pressão. (3) Um dos processos mais modernos e o de solda a laser, que apesar de possuírem um custo elevado em comparação aos processos convencionais tem uma alta taxa de produção e boa qualidade de união onde seu custo é diluído na maior quantidade produzida e torna o processo economicamente competitivo. Entre os processos de soldagem, o processo de soldagem a laser pulsado Nd:YAG teve um crescimento significativo nos últimos anos. Sua flexibilidade e velocidade são fatores importantíssimos levando em consideração a competitividade do mercado e a redução de custos em alta escala. (4) Um dos problemas da soldagem por laser pulsado em um processo autógeno nos aços super duplex e o desbalanceamento das fases, onde o cordão de solda se torna praticamente ferrita apresentando alguns veios de austenita como visto por Franzini. (5) A presente pesquisa investigou o efeito do uso de rampas de descida em comparação ao não uso destas na soldagem de chapas de 1,5 mm de espessura de aço inoxidável super duplex UNS S MATERIAIS E MÉTODOS Para a produção dos cordões de solda utilizamos um equipamento laser de estado sólido Nd:YAG, modelo UW 150A, da United Winners, na condição pulsado mostrado na Figura 1. Figura 1 Fonte laser, ao fundo o sistema de refrigeração 7054

3 O equipamento ainda possui um cabeçote com deslocamento altura de manual uma mesa com deslocamento automático com variação de velocidades, um suporte com deslocamento transversal ao da mesa manual e uma câmera para acompanhar o posicionamento das amostras como mostrado na Figura 2, a fixação da amostro é exibida na Figura 3. Figura 2 Montagem do cabeçote e mesas Figura 3 Fixação da amostra As amostras de aço inoxidável super duplex UNS S32750 foram cortadas em formato retangular nas dimensões aproximadas de 20mmx25mm e posicionados para que cordões de solda focem feitos no sentido de laminação das chapas. O parâmetro base foi escolhido a partir do trabalho de Franzini (5), no qual não houve rompimento do cordão de solda no ensaio de tração e sim no metal base, onde 7055

4 temos uma potência de pico de 2 kw com largura temporal de 5 ms gerando uma onda retangular, uma frequência de 1,8 Hz e uma velocidade da mesa de 1,8 mm/s como mostrado na Figura 4. Figura 4 Painel da fonte laser com os parâmetros ajustados. Após acrescentamos rampas de descida que variaram de 5 ms à 20 ms de largura temporal para decaimento total da potência como mostrado nas Figuras 5 e 6. Figura 5 Rampa de descida com 5 ms de largura temporal. 7056

5 Figura 6 Rampa de descida com 20 ms de largura temporal. Após a produção dos cordões de solda os mesmos foram cortados no sentido longitudinal, embutidos em baquelite, também foi produzido um corpo de prova de uma região não soldada para comparação de microestrutura, então foram lixados, polidos e atacados com o reagente Behara modificado: 20 ml de HCl, 80 ml de água destilada, 1,0g de metabissulfito de potássio, além de 2,0g de bifluoreto de amônio. A seguir os corpos de prova foram levados ao microscópio óptico para serem fotografados os cordões e foi feita uma análise qualitativa da quantidade de austenita. RESULTADOS A Figura 7 a 13 mostram as amostras com os cordões e as micrografias de cada condição onde podemos ver as fases ferrita e austenita de forma clara. Figura 7 Amostra com os cordões de solda. 7057

6 Figura 8 Metal base, austenita mais clara e ferrita mais escura. Figura 9 Condição de controle sem rampa de descida, austenita mais clara e ferrita mais escura. 7058

7 Figura 10 Rampa de descida de 5 ms, veios de austenita na ferrita. Figura 11 Rampa de descida de 10 ms, veios de austenita na ferrita. 7059

8 Figura 12 Rampa de descida de 15 ms, veios de austenita na ferrita. Figura 13 Rampa de descida de 15 ms, veios de austenita na ferrita. 7060

9 DISCUSSÃO De maneira qualitativa vemos em todos os casos que as rampas de descida criam veios de austenita na região do cordão de solda em quantidade maior do que na condição sem rampa, mas independentemente do tamanho da rampa, utilizamos o range total do equipamento, não temos grandes mudanças na quantidade de austenita no cordão de solda. Diferente do trabalho de Franzini (5) onde temos vazios no cordões de solda com o acréscimo das rampas esses vazios foram evitados. CONCLUSÃO Rampas de descida apesar de criar veios de austenita no cordão de solda não conseguem balancear as duas fases. Rampas de descida evitam o surgimento de vazios no cordão de solda. AGRADECIMENTOS Agradecemos o programa de pós-graduação em Engenharia Mecânica da FEIS-UNESP nas pessoas do coordenador do programa Prof. Dr. Juno Gallego e do Prof. Dr. Vicente Afonso Ventrella por disponibilizarem os equipamentos e laboratório para que essa pesquisa fosse realizada. Agradecemos também a direção do IFMT campus Primavera do Leste por disponibilizar horário para execução dos trabalhos. REFERÊNCIAS [1] VENTRELLA, V. A., BERRETTA, J. R., ROSSI, W. Pulsed Nd:YAG laser seam welding of AISI 316L stainless steel thin foils. Journal of Materials Processing Technology [2] ELHOUD, M., RENTON, N. C., DEANS, W. F. Original Article: The effect of manufacturing variables on the corrosion resistance of a super duplex stainless steel, Int J Adv Manuf Technol (2011) 52: , DOI /s , [3] WAINER, E.; BRANDI, S. D.; MELLO. F. D. H. Soldagem: processos e metalurgia. São Paulo:Editora Blucher, p. [4] MACHADO, Ivan Guerra. Soldagem e técnicas conexas: processos. Porto Alegre: s.n., 1996, pp [5] FRANZINI, O. D. Aplicação de laser pulsado Nd:YAG na soldagem do aço super duplex UNS S32750, 2016, 69p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica Materiais e Processos de Fabricação) Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira UNESP, Ilha Solteira. USE OF RAMPAS DESCIDED FOR AUSTENITIZATION OF WELDING CORDS OF SUPER DUPLEX STEELS S32750 MADE WITH PULSED LASER Nd:YAG ABSTRACT The duplex and super duplex stainless steels, 50% austenite and 50% ferrite, combine the most desirable characteristics of ferritic and austenitic steels, have excellent mechanical and corrosion resistance for a wide variety of media with significant 7061

10 corrosion resistance in sea water and other environments containing chloride due to its high level of chromium, molybdenum and nitrogen. When welded the region of the weld metal of these steels lose their characteristics of mechanical resistance and corrosion due to the imbalance of the ferrite and austenite phases. In the present research the influence of the waveform on autogenous welding was investigated. Nd: YAG laser aiming the austenitization of weld metal in UNS S32750 super duplex stainless steel sheets with 1.5 mm thickness.. A pulsed laser source Nd:YAG, United Winner 150A, was used with a maximum power of 150 W. The welding pulse energy was set at 10J, peak power of 2 kw and temporal width of 5 ms in rectangular wave form, defined in bibliography because these conditions produced strands more resistant than the base metal, we added ramps of descent varying from 5 to 20 ms sweeping almost the whole spectrum of the equipment. Pure argon with a flow rate of 22 l / min was used as protection gas. The microstructural characterization was performed by optical microscopy applying Behara modified for surface attack. The results showed that, regardless of the size of the descent ramp, there is no perceptible austenitization compared to non-ramp produced cords, the cords present practically ferritic microstructure. Keywords: duplex, Nd:YAG, ramp, laser, austenite, ferrite 7062