Caracterización mecánica y no destructiva del daño por fatiga de una unión soldada de acero inoxidable dúplex 2101

Abstract

The lean duplex 2101 stainless steel (LDSS) is considered a low alloyed duplex stainless steel because of its low Ni and Mo content and was commercially introduced at the beginning of 21st century by the Outkompu Company. This type of stainless steel has better mechanical properties and better corrosion resistance compared to more common stainless steels. In the industry most structural components are fabricated using a welding process and the need of its effect in this new generation of materials mainly to optimize the performance and their characteristics in the engineering design of structures or components. Non-destructive tests are usually used to detect internal and/or surface discontinuities or to determine selected properties in materials, welds, component parts, using techniques by its application they do not alter the physical state or chemical constitution, or cause the destruction or replacement of the component. In this research a 2101 duplex stainless steel welded joint was performed by Gas Metal Arc Welding process in order to analyze the microstructure of the welded joint, the heat affected zone (HAZ), and mechanical response of the welded joint was evaluated by tension test and high cycle fatigue analysis. The stress-strain data of the samples with different cumulative fatigue levels were analyzed using the Ramberg-Osgood model and the results were used to predict with good results the stress-strain behavior of the weld. Finally, the effect of accumulative damage on the mechanical properties of the welded joint were by non-destructive techniques such as alternating current potential drop (ACPD) and ultrasonic attenuation (UA). The experimental results indicate that the ultrasonic attenuation and electric conductivity can detect the effect of the damage accumulation.

El acero inoxidable dúplex 2101 es considerado de baja aleación por sus bajos contenidos en Ni y Mo y fue comercialmente introducido al inicio del siglo 21 por la compañía Outkompu. Este tipo de acero inoxidable tiene mejores propiedades mecánicas y mejor resistencia a la corrosión en comparación a las aleaciones AISI 300 o aceros inoxidables austeníticos más comunes. La necesidad de llevar a cabo soldaduras de materiales ha incrementado por el desarrollo de nuevos materiales principalmente para optimizar el desempeño de las características en el diseño ingenieril de estructuras o componentes. Los ensayos no destructivos son pruebas que son típicamente utilizadas para detectar discontinuidades internas y/o superficiales o para determinar propiedades selectas en materiales, soldaduras, partes y componentes; usando técnicas por cuya aplicación no se altera el estado físico o constitución química, ni implican la destrucción del mismo o en su defecto el remplazo total de una pieza. En la reciente investigación se realiza una unión de un acero inoxidable dúplex 2101 mediante el proceso GMAW con el fin de analizar la microestructura de la soldadura y la respuesta mecánica de la unión soldada, es evaluada mediante ensayos de tensión y análisis de fatiga por altos ciclos. La información del ensayo esfuerzo-deformación de las probetas con diferentes niveles de daño acumulado fue analizada mediante el modelo de Ramberg-Osgood y los resultados obtenidos fueron usados para modelar en la zona elástica y parte de la zona plástica el comportamiento esfuerzo-deformación en la soldadura. Finalmente, el efecto de la acumulación de daño en las propiedades mecánicas de la unión soldada fue investigada mediante técnicas no destructivas tales como: caída de potencial de corriente alterna y atenuación ultrasónica, los resultados experimentales indican que la atenuación ultrasónica y conductividad eléctrica pueden detectar cuantitativamente el efecto de la acumulación de daño.