Caracterização de juntas soldadas da liga de aço naval GL E36 obtidas através do processo de soldagem por fricção e mistura mecânica

Abstract

O processo de soldagem no estado sólido Soldagem por Fricção e Mistura Mecânica (SFMM), tradução do original em inglês ¨Friction Stir Welding¨ (FSW), já foi estudado extensivamente e obteve resultados muito bem sucedidos em ligas de Alumínio. Especificamente para ligas de aplicação naval existe uma lacuna muito grande de conhecimento. Este trabalho tem por objetivo caracterizar e analisar juntas soldadas da liga de aço naval GL E36 através de SFMM. A espessura das chapas soldadas foi de 6 mm em junta de topo com ferramenta de Nitreto de Boro Cúbico Policristalino (NBcp). A velocidade de rotação da ferramenta foi mantida constante em 500 rpm e foram usadas velocidade lineares de 1, 2 e 3 mm/s objetivando-se diferentes aportes térmicos. Foram obtidas soldas de 1,2 metros de comprimento com características estéticas muito boas e homogêneas na superfície ao longo do comprimento das juntas. Todas as juntas foram produzidas com aquisição dos ciclos térmicos através de termopares colocados próximos a região da face da solda em diferentes posições no início, meio e final da solda. A ferramenta, mesmo após aproximadamente 8,5 metros de soldas, apresentou um bom comportamento ao desgaste sem perdas apreciáveis nas dimensões do pino. Para avaliação das propriedades das juntas foram retirados corpos de prova para análise microestrutural e de microdureza, ensaio de tração e dobramento, no início, meio e final da solda. Adicionalmente, foi usado ensaio radiográfico para detecção de defeitos e possíveis fragmentos da ferramenta proveniente de desgaste. E para a análise do comportamento da tenacidade à fratura foi usado o corpo de prova do tipo ¨compact tension¨ (CT-50) posicionado com a boca do entalhe na região da zona de mistura da solda. Todas as amostras de tração romperam no material de base. Os perfis de microdureza mostraram picos de até 400 Vickers para todas as juntas. A microestrutura consistiu principalmente de ferrita, martensita e bainita com diferentes níveis de refinamento e diferentes morfologias. Os melhores comportamentos em relação a tenacidade à fratura avaliados por meio da construção das curvas de resistência foram das juntas processadas com 2 mm/s e 3 mm/s.

The solid state welding process Friction Stir Welding (FSW) has been studied extensively and achieved very successful results on aluminum alloys. Nevertheless, to apply FSW on steel alloys more research is required. Specifically for steel grades for shipbuilding applications there is a wide knowledge gap. Thus, this work aims to evaluate the mechanical and microstructural properties of processed joints for the shipbuilding steel grade GL E36 using FSW. The weld plate thickness used was 6 mm using butt joint configuration with polycrystalline cubic boron nitride (pcBN) tool. The rotational speed of the tool was kept constant at 500 rpm with welding speeds of 1, 2 and 3 mm/s seeking to achieve different heat inputs, i.e., different mechanical and metallurgical properties. Joints of 1.2 meters long with very good aesthetic features and homogenous surface along the length were obtained, proving the stability of the process. Thermal profile of all joints were taken using thermocouples placed near the joint region of the weld face at different positions: beginning, middle and ending of the weld. The tool even after approximately 8.5 meters of welds showed good wear behavior without appreciable loss on the dimensions of the probe. To evaluate the joint behavior, specimens for microstructural analysis and hardness, tensile test and bending were removed at the beginning, middle and ending of the weld. Additionally, radiographic test was used for defects inspection and detection of possible debris from tool wear. For the analysis of the fracture toughness behavior was used Compact Tension (CT-50) specimens positioned with the notch at the stirred zone. All tensile samples failed at the base material, i.e. the produced joints achieved a greater resistance than the base material after processing. The microhardness profiles showed peaks of up to 400 Vickers for all the conditions. The microstructure found consisted mainly of ferrite, martensite and bainite with different levels of refinement and different morphologies. The best behavior concerning the fracture toughness evaluation using the crack resistance curves were for the joints processed with 2 mm/s and 3 mm/s of welding speeds.