Caracterização da junta sobreposta de aço carbono GL E36 com liga à base de níquel (Inconel® 625) soldada pelo método de soldagem por fricção e mistura mecânica (SFMM)

Abstract

O avanço da indústria de petróleo e gás intensificou as pesquisas sobre diferentes materiais e processos de fabricação neste segmento. Os sistemas de transporte utilizados na indústria petrolífera normalmente são tubulações fabricadas em aço carbono com alta resistência mecânica, mas que são suscetíveis à corrosão. O emprego de ligas resistentes à corrosão do revestimento no interior destas tubulações aumentou o desafio para as técnicas de fabricação destes componentes. Neste contexto, o processo de soldagem no estado sólido de Soldagem por Fricção e Mistura Mecânica (SFMM), do inglês Friction Stir Welding (FSW), inicialmente utilizado em ligas de alumínio, vem sendo explorado para ligas com alto ponto de fusão como os aços carbono navais, inclusive combinando materiais dissimilares. Este trabalho apresenta juntas sobrepostas soldadas por SFMM entre a liga de aço carbono naval GL E36 e a liga à base de níquel Inconel 625. Para a realização da junta soldada foi utilizada uma ferramenta de Nitreto de Boro Cúbico Policristalino (NBCP). Estas soldas foram realizadas com dois conjuntos de parâmetros utilizando a velocidade de rotação da ferramenta de 500 rpm e a velocidade de soldagem de 1 e 3 mm/s. A caracterização inicial das juntas foi feita através de ensaios metalográficos e de perfis de microdureza. Para o estudo das propriedades mecânicas, as juntas sobrepostas foram avaliadas através dos ensaios de cisalhamento e microtração. Além disso, o estado das tensões residuais foi obtido através de difração de raios-X nas superfícies das juntas. Nas análises das juntas soldadas não foram evidenciados defeitos de solda e a interface não apresentou novas fases ou formação de intermetálicos. A microestrutura na região da zona de mistura se tornou complexa com formação de martensita e bainita e apresentou alta dureza. Os resultados apontaram uma maior resistência ao cisalhamento da junta soldada com menor velocidade de soldagem devido a maior interação entre os materiais soldados.

The advancement of the oil and gas industry has intensified research on different materials and methods used in the production and transport of this segment. The transport systems used in the oil industry are usually carbon steel pipes with high mechanical strength but which are not resistant to damage caused by corrosion. The use of corrosion-resistant coating alloys on the inside of these pipes has increased the challenge for manufacturing techniques for these components. For this purpose, the Friction Stir Welding (FSW) solid-state welding process, initially used in aluminum alloys, has been explored for alloys with greater strength and higher melting points, including combining dissimilar materials, even though it is still a great challenge. This work presents overlapping joints welded by SFMM between the marine carbon steel alloy GL E36 and the nickel-based alloy, Inconel 625. To create the welded joint, a Polycrystalline Cubic Boron Nitride (PCBN) tool was used. These welds were performed in two sets of parameters using constant tool rotation speed (500 rpm) and welding speed of 1 and 3 mm/s. The initial characterization of the joints was carried out through metallographic tests and microhardness profiles. For the analysis of the mechanical properties of overlapping joints, shear and microtensile tests were carried out. In addition, the state of residual stresses was obtained through X-ray diffraction on the surfaces of the joints, both the upper surface (steel plate) and the lower surface (Inconel plate). In the analyzes of the welded joints, no weld defects were evidenced and the interface did not show new phases or formation of intermetallics. The microstructure in the stir zone became complex with formation of martensite and bainite and showed high hardness. The results showed a higher shear tensile strength of the welded joint with lower welding speed due to greater interaction between the welded materials.