Determinação da emissividade e análise microestrutural do aço inoxidável martensítico ASTM743 CA6NM decorrente da soldagem GMAW em múltiplos passos com metal de deposição aws 410 NiMo

Abstract

O aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM é tipicamente utilizado na produção de turbinas hidroelétricas, devido a sua elevada resistência à cavitação. Essas turbinas são fabricadas em processos separados de fundição seguido de um tratamento térmico e de acabamento superficial com subsequente acoplamento por meio de um processo de soldagem, em que um material semelhante é utilizado, normalmente, o AWS 410 NiMo. Uma vez que eles têm grandes espessuras, normalmente, a soldagem ocorre em várias passos, a fim de preencher a cavidade articular. Após o processo de soldagem, normalmente em toda a turbina é feito um tratamento térmico final, que é realizado em grandes fornos para que seja possível atingir uma temperatura uniforme em toda as partes. A fim de estudar o efeito que a camada de solda exerce sobre o material de base e sobre o metal depositado, este trabalho visa determinar certas propriedades dos metais envolvidos no reparo das turbinas (emissividade e dureza), as metodologias de soldagem para esse reparo e as alterações microestruturais que ocorreram no metal base (ASTM A743 CA6NM), no metal de adição (AWS 410 NiMo) e na interface material de base e material de adição. Para atingir tais objetivos, ensaios de determinação da emissividade dos metais envolvidos no processo foram realizados para que o uso da termografia infravermelha no monitoramento das amostras fosse possível. Ensaios de soldagem GMAW também foram feitos, depositando diversos cordões de solda de AWS 410 NiMo em camadas sucessivas na fronteira de uma placa de seis milímetros de espessura de aço ASTM A743 CA6NM assistidos por termografia e com temperatura de interpasse controlada. Após o processo de soldagem, as amostras foram cortadas a partir da placa soldada e foram examinadas em duas direções, paralela e perpendicular à direção de deposição. As suas microestruturas e durezas resultantes foram analisadas e correlacionadas com a evolução das temperaturas registradas durante o processo de soldagem. Os resultados do ensaio Vickers (HV10) mostraram que a dureza do substrato é ligeiramente menor que a do metal de deposição, e na região de interface o material apresentou um incremento de dureza significativo. Com relação a microestrutura resultante do processo de soldagem, tanto o metal base quanto o de deposição apresentaram microestrutura martensítica, porém a microestrutura do metal de deposição, até aproximadamente 17 passes de solda, apresentou-se com um aspecto de martensita tratada termicamente. De forma geral, os resultados obtidos foram bastante satisfatórios, e várias possibilidades de pesquisa mais aprofundada são cabíveis, não dando por fim este. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The martensitic stainless steel ASTM A743 CA6NM is typically used in the production of hydroelectric turbines, due to their high resistance to cavitation. These turbines are manufactured in separate processes of casting followed by a heat treatment and surface finish with subsequent engagement by means of a welding process, in which a similar material is usually used (AWS 410 NiMo). Since they have large thicknesses, typically the welding is carried out in several layers in order to fill the joint cavity. After the welding process, usually the whole turbine runner is subjected to a final heat treatment, which is carried out in large furnaces thus providing a means of achieving a uniform temperature in all parts. In order to study the effect that a weld layer exerts on the base material and on the previously deposited metal, this work aims at determining certain properties of the materials involved in the repair of turbines (emissivity and hardness), the methodologies for this welding repair and the microstructural changes occurring in the base metal (ASTM A743 CA6NM) in the weld metal (AWS 410 NiMo) and in the interface between base material and filler material. To achieve these objectives, tests to determine the emissivity of the materials involved in the process were performed such that infrared thermography could be used for monitoring the samples varying temperature during the deposition process. GMAW welding tests were carried out by depositing multiple weld beads of AWS 410 NiMo wire in successive layers on the edge of a six millimeter thick ASTM A743 CA6NM sample plate assisted by thermography and interpass temperature control. After the welding process, the samples were cut from the welded plate and were examined in two directions: parallel and perpendicular to the deposition direction. Their resulting microstructure and hardness were analyzed and correlated with the evolution of temperatures recorded during the welding process. The test results for the Vickers Hardness (HV10) show that the hardness of the substrate is slightly smaller than the deposition metal and in the interface material has a significant increase in hardness. Regarding the microstructure of the welding process, both the base metal and the deposition metal presented martensitic microstructure, but the microstructure of the deposition metal, up to approximately the 17th weld bead, presented an aspect of martensite thermally treated. In general, the results obtained by this research were quite satisfactory, and several possibilities for further research are reasonable, not by giving this, the end.