Optimización de la unión disímil ASTM A516 Gr. 70/AISI 316L soldada con arco pulsado con el electrodo ER-316L-Si

Abstract

Welding dissimilar materials is a common practice used to save money by adjusting transition stages of component requirements in operation. Welding dissimilar materials such as ASTM A516 Gr. 70 carbon steel and AISI 316L austenitic stainless steel is challenging due to differences in physical and chemical properties that affect the microstructure and, consequently, the mechanical performance of the welded joint. In this research project, a dissimilar joint was made between ASTM A516 Gr.70 steel and AISI 316L using the GMAW pulsed arc welding process with an ER-316L-Si electrode to reduce martensite bands that cause mechanical deficiencies. The process was carried out using a design of experiments (DOE) with an L9 orthogonal array of the Taguchi methodology and data validation by means of an analysis of variance (ANOVA). The welding was performed on an OTC Daihen WelBee DP-400 power source. The microstructural and mechanical characterization of the welded joint was performed in synergic mode, experiment #2, which presented the greatest formation of martensite bands at the interface between the weld metal and the base metal, as well as the optimized joint. Optimal welding parameters were determined: peak current (Ip = 415 A), background current (Ib = 107 A), and pulse time (tp = 0.76 s), using the “lower is better” criterion. These parameters influenced the HAZ, with contributions of 37.87% (Ip), 22.10% (Ib), and 39.40% (tp).

La soldadura de materiales disímiles es una práctica de uso común para economizar al ajustar etapas de transición de requerimientos de componentes en operación. La soldadura disímil entre el acero al carbono ASTM A516 Gr. 70 y el acero inoxidable austenítico AISI 316L representa un reto por la diferencia de propiedades fisicoquímicas las cuales afectan la microestructura y en consecuencia el rendimiento mecánico de la unión soldada. En el presente proyecto de investigación se realizó una unión disímil entre un acero ASTM A516 Gr.70 y un AISI 316L mediante el proceso de soldadura GMAW con arco pulsado con un electrodo ER-316L-Si, para lograr la disminución de bandas de martensita que generan deficiencia mecánica. El proceso se realizó mediante un diseño de experimentos (DOE por sus siglas en inglés) con un arreglo ortogonal L9 de la metodología Taguchi y la validación de datos por medio de un análisis de varianza (ANOVA por sus siglas en inglés). La soldadura se realizó en una fuente OTC Daihen WelBee DP-400. Se realizó la caracterización microestructural y mecánica de la unión soldada en modo sinérgico, experimento #2, siendo éste el que presentó una mayor formación de banda de martensita en la interfase del metal de soldadura y el metal base, así como la junta optimizada. Se determinaron parámetros óptimos de soldadura: corriente pico (Ip = 415 A), corriente de fondo (Ib = 107 A) y tiempo de pulso (tp = 0.76 s), utilizando el criterio “menor es mejor”. Estos parámetros influyeron en la zona afectada térmicamente (ZAT), con contribuciones de 37.87% (Ip), 22.10% (Ib) y 39.40% (tp).