Caracterización microestructural y mecánica de una soldadura disímil IN600/LDX 2101 obtenida por el proceso de soldadura GMAW con arco pulsado

Abstract

In the present work, the dissimilar joining of a nickel-based superalloy, Inconel 600, and a 2101 duplex stainless Steel was studied. The welding was performed by the pulsed arc GMAW welding process, using two different filler metals, ER2209 and ERNiCrMo-3. The objective was to establish which of the two has the best metallurgical and mechanical properties in the welded joint, performing a microstructural characterization by means of several techniques, as well as different mechanical tests. It is known that a dissimilar weld is difficult due to the different thermophysical and mechanical properties of the materials to be welded. This joint is intended to be implemented as an alternative to replace the dissimilar joint of Inconel 625 and 2205 duplex stainless steel used in geothermal power plant piping, since both Inconel 600 and 2101 duplex stainless steel have really good mechanical properties and corrosion resistance for this type of application. The characterization of the dissimilar joints showed a lower dilution percentage for the joint welded with ERNiCrMo-3, due to the low fluidity of the nickel base alloys. A non-mixing zone was observed in both welds at the IN600-MS interface for the ER2209 electrode and at the LDX 2101-MS interface for the ERNiCrMo-3 electrode, this due to the poor compatibility in chemical composition and melting temperature ranges that exists between the MB´s and the electrodes. In the IN600 HAZ of both junctions there was excessive grain growth and a zone with less recrystallization, which resulted in the greatest reduction in hardness. In the welding with the ERNiCrMo-3 electrode, the presence of Laves phases was found in this zone (HAZ).

En el presente trabajo se estudió la unión disímil de una superaleación base níquel, Inconel 600, y un acero inoxidable dúplex austero 2101. La soldadura se realizó mediante el proceso de soldadura GMAW de arco pulsado, empleando dos metales de aporte distintos, ER2209 y ERNiCrMo-3. Esto con el objetivo de establecer cuál de los dos presenta las mejores propiedades metalúrgicas y mecánicas en la junta soldada, realizando para ello una caracterización microestructural mediante varias técnicas, además distintas pruebas mecánicas. Se sabe que una soldadura disímil resulta difícil debido a las distintas propiedades, termofísicas y mecánicas de los materiales a soldar. Esta unión se pretende implementar como una alternativa para sustituir a la junta disímil de Inconel 625 y acero inoxidable dúplex 2205 utilizada en las tuberías de las plantas de generación de energía geotérmica, ya que tanto el Inconel 600 como el acero inoxidable dúplex austero 2101 cuentan con propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión realmente buenas para este tipo de aplicación. La caracterización de las uniones disímiles mostró un porcentaje de dilución menor para la junta soldada con el ERNiCrMo-3, debido a la poca fluidez de las aleaciones base níquel. Se observó una zona de no mezcla en ambas soldaduras en la interfase IN600-MS para el electrodo ER2209 y en la interfase LDX 2101-MS para el electrodo ERNiCrMo-3, esto debido a la poca compatibilidad en composición química y rangos de temperatura de fusión que existe entre los MB y los electrodos. En la ZAT del IN600 de ambas uniones se tuvo un crecimiento excesivo de grano y una zona con menor recristalización, por lo cual se dio la mayor reducción de dureza. En la soldadura con el electrodo ERNiCrMo-3 se encontró la presencia de fases Laves en esta zona (ZAT).