Nickel based alloys weld overlay deposited by gtaw cold wire feed: operational and metallurgical aspects

A soldagem de revestimento com ligas à base de nÃquel constitui uma interessante opÃÃo para a construÃÃo e o reparo de equipamentos para aplicaÃÃes em ambiente de corrosÃo severa, permitindo alcanÃar as caracterÃsticas desejadas (resistÃncia à corrosÃo) com uma significativa reduÃÃo de custos. Neste contexto, alguns estudos indicam que o processo de soldagem TIG com alimentaÃÃo de arame pode ser uma boa opÃÃo, desde que os parÃmetros de soldagem sejam corretamente ajustados. O objetivo do presente trabalho foi avaliar e otimizar os principais parÃmetros de soldagem, bem como avaliar o comportamento metalÃrgico de revestimentos de ligas de nÃquel depositados pelo processo TIG com alimentaÃÃo de arame frio sobre chapas de aÃo C-Mn. TrÃs ligas à base de nÃquel foram avaliadas no presente estudo: AWS ER Ni-Cr-Mo 3; AWS ER Ni-Cr-Mo 4 e AWS ER Ni-Cr-Mo 14. As soldagens foram realizadas numa primeira anÃlise em simples deposiÃÃo e, posteriormente, na formaÃÃo de camadas de revestimento, variando diversos parÃmetros operacionais. A caracterizaÃÃo microestrutural consistiu de anÃlises de microscopia Ãtica, microscopia eletrÃnica de varredura (MEV) e de transmissÃo (MET), espectroscopia de raio-X dispersivo em energia (EDS), difraÃÃo de elÃtrons retroespalhados (EBSD) e difraÃÃo de raios-X (DRX). Ensaios de polarizaÃÃo eletroquÃmica e desgaste com roda de borracha foram realizados para avaliar a resistÃncia à corrosÃo e ao desgaste, respectivamente. Os resultados mostraram que o processo TIG com alimentaÃÃo automÃtica de arame frio demonstrou ser uma opÃÃo interessante para a soldagem de revestimentos de ligas de nÃquel, podendo depositar em apenas uma camada, revestimentos que alcanÃam nÃveis de diluiÃÃo inferiores ou muito prÃximos de 5%, caracterÃstica favorÃvel para garantir boas propriedades aos revestimentos. A microestrutura dos revestimentos depositados com a liga AWS ER Ni-Cr-Mo 3 foi constituÃda por uma matriz γ com fases secundÃrias ricas em Nb (fase Laves e carboneto/nitreto de Ti e Nb). Estruturas complexas constituÃdas por um nÃcleo de nitreto de titÃnio-niÃbio (TiNbN) e uma casca de carboneto de niÃbio (NbC) ou niÃbio-titÃnio (NbTiC) foram observadas. A microestrutura dos revestimentos depositados com as ligas AWS ER Ni-Cr-Mo 4 e AWS ER Ni-Cr-Mo 14 foi constituÃda por uma matriz γ e fases secundÃrias ricas em Mo (fases σ, P e μ). Foi identificado um empobrecimento de Mo ao redor dos precipitados ricos em Mo, tornando esta regiÃo susceptÃvel à corrosÃo. O ensaio de polarizaÃÃo eletroquÃmica nÃo se mostrou capaz de avaliar o comportamento dos revestimentos quanto à corrosÃo por pites. O baixo nÃvel de dureza da matriz associada com uma pequena fraÃÃo volumÃtrica e dimensÃo dos precipitados resultou numa baixa resistÃncia ao desgaste abrasivo.The weld overlay with nickel-based alloys is an interesting alternative for the construction and repair of equipments for applications in severe corrosive medium, allowing reach the desirable characteristics (corrosion resistance) with a significant reduction of cost. In this context, the GTAW cold wire feed process can be a good option for overlay deposition, since the welding parameters are correctly adjusted. The main objective of the present work was to evaluate and to optimize the operational and metallurgical characteristics of nickel-based alloys weld overlays deposited by the GTAW cold wire feed on C-Mn steel plates. The nickelbased alloys AWS ER Ni-Cr-Mo 3; AWS ER Ni-Cr-Mo 4 and AWS ER Ni-Cr-Mo 14 were studied in the this work. The welds were performed initially in single weld bead and later in multipass to produce the coating, changing several operational parameters. The microstructure was investigated using light microscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive of X-ray spectroscopy (EDS), electron backscattering diffraction (EBSD) and X-ray diffraction (XRD). Potentiodynamics polarization analysis and wheel rubber wear test were used to evaluate the corrosion and abrasive wear resistance, respectively. The results showed that the GTAW cold wire feed process demonstrated to be an interesting option for the weld overlay with nickel-base alloys, could deposit in just one layer, coatings with dilution levels inferior or very close to 5%, important characteristics to assure a good performance of the coatings. The microstructure of the coatings deposited with AWS ER NiCrMo-3 alloy was constituted by the γ-matrix and secondary phases Nb-rich (Laves phase and Nb-Ti carbide/nitrides). It was observed that the precipitates with cuboidal and cruciform morphologies are formed by a complex structure constituted by titanium-niobium nitride (TiNbN) as nucleus and niobium carbide (NbC) or niobium-titanium (NbTiC) carbide as shell. The microstructure of the coatings deposited with the AWS ER NiCrMo-4 and AWS ER NiCrMo-13 alloys were constituted by the γ-matrix and secondary phases Mo-rich (σ, P and μ phases). It was identified a Mo depletion around the precipitates rich in Mo, causing a drop in the corrosion resistance. The potentiodynamic polarization was not shown capable to evaluate the behavior of the coatings for the pitting corrosion. The low level of hardness of the matrix associated with a small volumetric fraction of secondary phases (hard precipitates) resulted in a low abrasive wear resistance