Soldagem do aço inoxidável martensítico CA6NM pelo processo FCAW: simulação física da ZTA, tratamentos para alívio de tensão residual, caracterização microestrutural e mecânica

• Processo: 14/19712-3
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2014
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2016
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Processos de Fabricação
• Pesquisador responsável: Maria Ismênia Sodero Toledo Faria
• Beneficiário: Maria Ismênia Sodero Toledo Faria
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
• Assunto(s): Aço inoxidável martensítico Zona termicamente afetada Soldagem com arame tubular Tratamento térmico Alívio de tensão por vibração Vibrações mecânicas Condicionamento de soldagem vibratória
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: aço inoxidável martensítico (ASTM 743 | Ca6Nm) | processo soldagem FCAW | simulação física da ZTA | tratamento de alívio de tensão por vibração mecânica | Vibratory Stress Relief - VSR | Vibratory Weld Conditioning - VWC | Soldagem

Resumo

O aço CA6NM (ASTM 743, 13% Cr, 4% Ni e 0,4% Mo) é utilizado na fabricação de componentes para turbinas hidráulicas. Na soldagem deste material, é necessário realizar o pré-aquecimento e um tratamento térmico posterior para controlar a tensão residual após solda, devido à formação de martensita dura e frágil, que pode levar ao aparecimento de trincas a frio. Segundo a literatura, o processo por vibração, como técnica alternativa para alívio de tensões em componentes soldados, pode apresentar menor custo de energia e tempo de produção, impacto ambiental muito menor e ainda promete melhorar propriedades mecânicas dos componentes. No entanto, ainda não existem dados suficientes para propor a alteração do procedimento de alívio de tensões por tratamento térmico, atualmente utilizado industrialmente. Desta forma, o presente trabalho de pesquisa tem como objetivo estudar as diferentes microestruturas e propriedades mecânicas resultantes da solda de peças de aço CA6NM. Busca-se fornecer informações detalhadas sobre o metal base, zona termicamente afetada (ZTA) e metal de solda com e sem tratamento térmico para alívio de tensão pós-soldagem, para que se possa comparar os resultados com as propriedades microestruturais e mecânicas do aço soldado, utilizando vibração como método de alívios de tensão residual. Para a obtenção das juntas soldadas, será utilizado o processo FCAW (Flux Cored Arc Welding), ou soldagem com arame tubular e consumível AWS E410NiMoT1-4/-1. Serão realizados três diferentes tratamentos de alivio de tensões residuais: tratamento térmico de alívio de tensões residuais pós-soldagem (Post Weld Heat Treatment - PWHT), soldagem com aplicação de vibração pós-soldagem (Vibratory Stress Relief- VSR) e aplicação de vibração durante a soldagem (Vibratory Weld Conditioning - VWC), uma nova tecnologia de soldagem, que utiliza a vibração mecânica enquanto a peça está sendo soldada. O aquecimento localizado da região da ZTA causa alterações microestruturais muito complexas, sendo considerada a região mais crítica da solda. Como estas regiões normalmente são bastante pequenas, a caracterização é dificultada, devido à falta de volume suficiente de cada sub-região da ZTA. Para contornar esta limitação o material de base será submetido a uma simulação de soldagem, no simulador físico Gleeble. O simulador físico buscará reproduzir as mesmas microestruturas encontradas na soldagem real, porém em volumes maiores, permitindo a caracterização microestrutural e mecânica das diferentes regiões da ZTA pertencentes a uma solda multipasse. As amostras da soldagem real e simuladas fisicamente serão caracterizadas via MO (Microscopia Óptica) e MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) para análise microestrutural, assim como submetidas a ensaios de impacto e dureza para avaliação das propriedades mecânicas. O entendimento dos parâmetros do processo e a forma como a soldabilidade pode afetar a microestrutura e as propriedades mecânicas do aço são imprescindíveis para o desenvolvimento tecnológico e auxiliarão a indústria nacional na busca por processos de alívio de tensão mais eficazes, garantindo a melhoria da qualidade dos componentes soldados e manutenção dos rotores de turbinas hidráulicas, com relação ao ganho de tenacidade e produtividade, de forma a reduzir gastos, principalmente na recuperação destes componentes. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SILVA, RAFAEL DE PAULA; SODERO TOLEDO FARIA, MARIA ISMENIA; CURSINO BRIET DE ALMEIDA, LUIZ FERNANDO; NUNES, CARLOS ANGELO; VIEIRA, DECIO; BORGES JUNIOR, WANDERLEI. Microstructure and Mechanical Properties of ASTM A743 CA6NM Steel Welded by FCAW Process. MATERIALS RESEARCH-IBERO-AMERICAN JOURNAL OF MATERIALS, v. 20, n. 6, p. 1622-1629, NOV-DEC 2017. (14/19712-3)

SILVA, RAFAEL DE PAULA; SODERO TOLEDO FARIA, MARIA ISMENIA; CURSINO BRIET DE ALMEIDA, LUIZ FERNANDO; NUNES, CARLOS ANGELO; VIEIRA, DECIO; BORGES JUNIOR, WANDERLEI. Microstructure and Mechanical Properties of ASTM A743 CA6NM Steel Welded by FCAW Process. MATERIALS RESEARCH-IBERO-AMERICAN JOURNAL OF MATERIALS, v. 20, n. 6, p. 8-pg., 2017-11-01. (14/19712-3)