Estudio microestructural, mecánico y electroquímico de la soldadura con una junta estrecha del material bimetálico API 5L X-52 y AISI 316L-Si

Abstract

This project of research used the Taguchi methodology to optimize the welding parameters on bimetallic steel of API 5L X-52/AISI 316L-Si steel welded by gas metal arc welding (GMAW-DC/GMAW-DC Wave Pulsed) and gas tungsten arc welding (GTAW-Pulsed) processes utilizing a narrow joint type. The microstructural characteristics of BM, cladding and bimetallic joints were carried out by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The results obtained by OM revealed the presence of martensite with Ni-rich limits in the region of the mixture corresponding to the first cap passes. In addition, there was the presence of solidification cracking, carbides of precipitation, formation of islands or peninsulas at the ERNi-1/ER70S-6 interface due to the segregation of alloying elements. The results obtained through statistical analysis (S/N and ANOVA) showed that the travel speed has a greater and more significant effect on the variations of microhardness measurements in the weld metal (WM) reaching microhardness peaks of ~450 HV especially in the central region. Microstructural comparison of ERNi-1 and ERNiCrMo-3 electrodes in the hot pass showed a difference in the equiaxial and dendritic-cellular solidification modes. The mechanical properties were determined by tensile tests, instrumented Charpy impact, and microhardness measurements. The experimental results indicated a decrease in the mechanical properties caused by the effect of the heat input.

En este proyecto de investigación, se realizó la optimización de los parámetros de soldadura utilizando la metodología Taguchi en la soldadura de un acero bimetálico API 5L X-52/AISI 316L-Si soldado por los procesos de soldadura por electrodo de tungsteno y gas (GTAW-Pulsado por sus siglas en inglés) y electrodo consumible y protección gaseosa (GMAW-DC y GMAW-DC Wave Pulse por sus siglas en inglés) empleando una junta estrecha. Los electrodos empleados en las etapas de la soldadura bimetálica fueron EWTh-2 para la pasada de raíz, ERNi-1 y ERNiCrMo-3 para el paso caliente y ER70S-6 para las pasadas de relleno. Las características microestructurales del MB, revestimiento y soldaduras bimetálicas se realizaron mediante microscopia óptica (MO) y microscopía electrónica de barrido (MEB). Los resultados obtenidos por MO y MEB revelaron la presencia de martensita con límites ricos en Ni en la región de la mezcla ERNi-1&ERNiCrMo-3/ER70S-6 correspondiente a las primeras pasadas de relleno. Además, se tuvo la presencia de agrietamiento por solidificación, precipitación de carburos, formación de islas y/o penínsulas en la interfase ERNi-1/ER70S-6 debido a la segregación de elementos de aleación. Los resultados obtenidos mediante el análisis estadístico (S/N y ANOVA) mostraron que la velocidad de avance tiene mayor efecto significativo en las variaciones de las mediciones de microdureza en el metal de soldadura (MS) alcanzando picos de microdureza de ~450 HV específicamente en la zona central de la unión. La comparación microestructural de electrodos ERNi-1 y ERNiCrMo-3 en el paso caliente mostró una diferencia en el modo de solidificación equiaxial y celular-dendrítico. Las propiedades mecánicas fueron determinadas mediante ensayos de tensión, impacto Charpy instrumentado y mediciones de microdureza. Los resultados experimentales indicaron una disminución en las propiedades mecánicas causada por el efecto del aporte térmico.