Avaliação do desempenho em fadiga de juntas de topo soldadas por processos PAW e GMAW no aço 22MnB5 + NbMo

Abstract

Este trabalho teve por objetivo a avaliação do desempenho em fadiga de juntas de topo soldadas por processos PAW (Plasma Arc Welding) e GMAW/CSC (Gas Metal Arc Welding/Controlled Short Circuit) tendo como metal de base o aço ao boro 22MnB5 + NbMo. As amostras foram obtidas a partir de placas de espessura 3 mm, anteriormente submetidas ao processo de estampagem a quente (Press Hardening) para que fosse atingida uma estrutura preponderantemente martensítica. Na soldagem das placas pelo processo GMAW, foi empregado um metal de adição de resistência mecânica inferior àquela do metal de base. Já as juntas PAW foram obtidas de forma autógena. Testes de tração foram aplicados a corpos de prova representando o metal de base (sem solda) e a amostras contendo juntas soldadas. Para avaliação da estrutura e das propriedades mecânicas da região afetada pelo processo de soldagem, foram efetuadas análises de microdureza Vickers, microscopia ótica (imagens macro e micrográficas), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria e espectrometria por energia dispersiva (EDS). A observação de macrografias das seções dos cordões evidenciou a presença de faixas distintas na região afetada pelo processo, indicando uma possível difusão de carbono e de elementos de liga do metal de base para o metal de solda. Para elucidar a correlação entre o aporte de calor durante a soldagem e a difusão dos elementos químicos, foi realizado um levantamento de temperaturas durante o processo, por meio de termopares e um sistema de aquisição de sinais. Na preparação dos corpos de prova para os ensaios de fadiga, como os corpos de prova PAW apresentavam altura de reforço desprezível, não sofreram processo de faceamento do cordão. Já os corpos de prova GMAW foram divididos em dois grupos: com e sem reforço. Os resultados dos ensaios de fadiga das juntas GMAW revelaram desempenho superior e baixa dispersão, para ambos os grupos (com ou sem reforço). No entanto, o desempenho das juntas que sofreram a retirada do reforço foi o mais expressivo. Ao contrário, as juntas PAW apresentaram desempenho inferior, devido à grande dispersão de resultados obtida nos ensaios.The present work was focused on the evaluation of fatigue performance of PAW (Plasma Arc Welding) and GMAW/CSC (Gas Metal Arc Welding/Controlled Short Circuit) butt-welded joints, having 22MnB5 + NbMo boron steel as base metal. The specimens were obtained from 3 mm thick plates, previously submitted to a Press Hardening process in order to achieve a predominantly martensitic structure. A feed metal with lower mechanical strength than base metal was employed for manufacturing the GMAW joints. The adopted PAW process was autogenous, instead. Tensile tests were applied to base metal specimens (without welding) and specimens with welded joints. Multiple tests such as Vickers microhardness, optical microscopy (for obtaining macro and micrographs), scanning electron microscopy (SEM), spectrometry and dispersive energy spectrometry (EDS), were applied to the weld and base metal regions. The observation of the macrographs of bead sections showed the presence of distinct bands in the region affected by the welding process, indicating a possible diffusion of carbon and alloy elements from the base to the weld metal. To elucidate the correlation between the heat input during welding and the diffusion of chemical elements, a temperature survey was carried out during the process, using thermocouples and a signal acquisition system. In the phase of preparation of fatigue specimens, PAW joints did not undergo a removal of bead reinforcement, because the dimensions of such reinforcement were neglectable. However, the GMAW specimens were divided into two groups: with and without reinforcement. The fatigue results of the GMAW joints showed better performance and low scatter, in both groups, with or without reinforcement. Nevertheless, the performance attained by the joints without reinforcement was the most expressive. On the counter sense, the PAW joints presented a lower performance, mainly due to the high scatter of results.