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Title in Portuguese: Soldagem em chapas de aços inoxidáveis superduplex UNS S32750 utilizando o processo arame tubular
Title: Welding on UNS S32750 superduplex stainless steel plates employed FCAW process
Author: Pessoa, Antônio Rodolfo Paulino
Advisor(s): Miranda, Hélio Cordeiro de
Keywords: Ciência dos materiais
Soldagem
Microestruturas
Corrosão
Issue Date: 17-Apr-2015
Citation: PESSOA, A. R. P. Soldagem em chapas de aços inoxidáveis superduplex UNS S32750 utilizando o processo arame tubular. 2015. 271 f. Tese (Doutorado em Ciências de Materiais)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
Abstract in Portuguese: Os aços inoxidáveis superduplex (AISDs) possuem uma microestrutura bifásica constituída por ferrita (α) e austenita (γ) e quando devidamente balanceadas conferem ao material, boas propriedades mecânicas e elevada resistência à corrosão. Qualidades que atribuem aos AISDs grande empregabilidade no setor petrolífero, onde a fabricação e manutenção de equipamentos são realizadas por soldagem e se executada inadequadamente, pode afetar negativamente as propriedades destes aços, o que se torna mais crítico quando há a imposição de inúmeros ciclos térmicos durante uma soldagem multipasse. Dentre os inúmeros processos de soldagem utilizados na soldagem dos AISDS, coube a este trabalho avaliar o processo arame tubular na soldagem multipasse em juntas do AISD UNS S32750, levando em consideração a seleção dos parâmetros de soldagem adequados, bem como a influência destes parâmetros nas alterações microestruturais, microdureza e resistência à corrosão das juntas soldadas. Desta forma, dividiu-se este trabalho em três etapas: A Etapa 1 consistiu na caracterização do metal de base na condição como recebido. Já na Etapa 2 foram realizadas soldagens por simples deposição para selecionar os fatores de controle e seus níveis a serem utilizados na etapa posterior, e o planejamento experimental foi realizado pelo método Taguchi com a Liga, Gás, DBCP, Técnica da Tocha, Tecimento, Técnica de Energia e Energia foram utilizados como fatores de controle e como variáveis de resposta escolheu-se a razão R/L, a penetração, a fração de ferrita, a fração das inclusões e a microdureza. E por fim, na Etapa 3 foram realizadas soldagens multipasse em juntas e posteriormente efetuou-se: uma caracterização microestrutural em três regiões da Zona Fundida (Raiz, Enchimento e Acabamento) e Zona Afetada pelo Calor através de Microscopia Ótica (MO) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios X (EDS); quantificação da fração de ferrita; quantificação da fração das inclusões; ensaios de microdureza e uma avaliação da resistência à corrosão por pites através dos ensaios de temperatura crítica de pite (CPT) seguindo a norma ASTM G150. Como resultados, obteve-se frações de ferrita entre 44% e 54,9% com seus maiores valores observados quando utilizou-se a liga 2507, a energia de 1,6 kJ/mm e a corrente contínua pulsada. As menores frações das inclusões foram obtidas pela utilização do gás de proteção com 96%Ar + 4%CO2 (Etapa 2) e da energia de 1,6kJ/mm (Etapa 3). As microdurezas na ZF das juntas não apresentaram diferenças significativas. Já os ensaios de CPT revelaram que os pites nuclearam preferencialmente no interior da α, nos contornos α/γ e nas interfaces entre inclusões de grande diâmetro e a matriz metálica, propagando-se exclusivamente através da α. Os valores de CPT apresentaram uma faixa de 47°C à 78°C, com os maiores valores obtidos para a liga 2507, a energia de 1,6 kJ/mm e a corrente contínua constante na região da Raiz e nas regiões do Enchimento e Acabamento ao utilizar-se a liga 2507, a energia de 1,6 kJ/mm e a corrente contínua pulsada. Dentre as três regiões das ZFs, a Raiz apresentou os melhores resultados com ausência de defeitos, frações de ferrita satisfatórias, menores frações das inclusões e maiores valores de CPT
Abstract: Superduplex stainless steels (SDSS) may be defined as a family of steels having a two-phase ferritic-austenitic microstructure and the good mechanical properties and high corrosion resistance of this alloy are attributed to this microestrutural balance. These excellent qualities attribute to SDSS great employability in the oil sector, where manufacturing and equipment maintenance are performed by welding, which if not executed properly, can have a negative effect on the metallurgical properties and this problem becomes more critical in multipass welding due to repeated thermal cycles. Among the several welding processes employed in the welding of SDSS, fell to this work was to evaluate the FCAW process in multipass welding joints of SDSS UNS S32750, regarding the selection of appropriate welding parameters and the influence of these parameters on microstructural transformations, mechanical properties and corrosion resistance of welded joints. Then, this work was divided into three steps: Stage 1 was the characterization of the base metal in as-received condition. In Stage 2, weldings were accomplished using a bead on plate (BOP) technique to determine the control factors and their levels to be used in the subsequent stage, in which an experimental design was conducted by Taguchi method with Alloy, Stick out, Shielding gas, welding gun orientation, Arc oscillation, Energy technique and Heat input used as control factors and quality characteristics were evaluated the ratio R/L, bead penetration, ferrite content and inclusions content and microhardness. Finally, in Stage 3 were performed multipass welding in joints and afterwards was executed: A microstructural characterization in three regions of Fusion Zone (Root, Filler and Cap) and Heat Affected Zone by Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) and were also performed a measurement of the ferrite content; measurement of inclusions content; microhardness tests and Critical Temperature Pitting (CPT) tests according to ASTM G150. The results showed, ferrite contents ranging from 44% and 54.9% and their highest values were observed when employed the alloy 2507, heat input of 1.6 kJ/mm and pulsed current. The lowest inclusions contents were obtained by using of shielding gas with the mixture of 96%Ar + 4%CO2 (Stage 2) and heat input of 1,6kJ/mm (Stage 3). The microhardness values in FZ of joints were not affected significantly by any of the control factors. Already, the results of CPT tests showed that pits nucleated preferentially within α, at α/γ grain boundaries and at interfaces areas between large diameter inclusions and the metallic matrix and propagated predominantly into α phase. The CPT values ranging from 47 °C to 78 °C, with highest were obtained for the alloy 2507, heat input of 1.6 kJ/mm and continuous current into Root region and for the alloy 2507, heat input of 1.6 kJ/mm and the pulsed current in Filler and Cap regions. From the three regions of FZs, the Root showed the best results with no defects, satisfactory ferrite contents, lowest inclusions contents and highest CPT values
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/12847
metadata.dc.type: Tese
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