Συγκολλήσεις ανοξείδωτων υπερ-διπλοφασικών χαλύβων (superduplex) με την μέθοδο του μεταφερόμενου τόξου πλάσματος

Abstract

The aim of this doctorate thesis is to study the welding of UNS 32760 super-duplex stainless steel by the transferred plasma arc (PTA) method. The main goal of this study was to obtain microstructure and properties of the welded specimens close to these of the parent material by finding the suitable parameters for the welding of the material with different techniques using plasma arc. Initially we studied the microstructure and properties of the material and then studied its behavior at high temperatures. The material was exposed at 550, 650, 750 and 850 oC. The study showed that at temperatures from 650 ° C and above several structural transformation taking place in the microstructure of the material, and the precipitation of various phases has been observed. The effect of precipitation on the mechanical and corrosion properties of the material has been studied. It is then described the experimental procedure for determining the appropriate parameters for the welding of the alloy by the plasma melt-in technique. The criteria established for determining the best parameters were weld faults, the γ/δ ratio in the microstructure and the pitting corrosion resistance of the welded specimens. Based on the experimental results the combinations of parameters that give the most satisfactory results are: welding current density 80 to 100 A with a welding speed of about 120 mm / min and welding current density 110 and 120 A with a speed of about 180 mm / min. In the next chapter is described the effect of nitrogen and nickel addition on the properties of welded material by the plasma melt-in technique. The parameters used were based on the results of the previous section. The effect of nitrogen and nickel on microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of welded material has been studied. Also it was studied the absorption of nitrogen through the plasma arc. The most satisfactory results provided the cores are bonded with a mixture of 98% Ar-2% N. The final chapter describes welding of UNS S32760 by the plasma keyhole technique. The appropriate parameters were defined, in terms of current intensity, the flow plasma gas flow, arc length and welding speed. Having selected the parameters that gave the most satisfactory results welding experiments have taken places by using pure argon and a mixture of argon and 2% nitrogen. The study of the microstructure and properties of welded specimens showed that welding by the plasma keyhole technique of UNS 32760 gives satisfactory results. The specimens welded by the addition of Nitrogen presented properties close to the parent material.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάται η συγκόλληση του ανοξείδωτου υπερ-διπλοφασικού χάλυβα UNS 32760 με την μέθοδο του μεταφερόμενου τόξου πλάσματος (PTA). Βασικός στόχος της διατριβής είναι η εύρεση κατάλληλων παραμέτρων για την συγκόλληση του υλικού με διάφορες τεχνικές της μεθόδου PTA, ώστε τα συγκολλημένα δοκίμια να έχουν ιδιότητες και μικροδομή το δυνατόν πλησιέστερες στις ιδιότητες και τη μικροδομή του αρχικού υλικού. Αρχικά περιγράφεται η πειραματική διαδικασία και τα αποτελέσματά της που αφορά την εξέταση του ανοξείδωτου υπερ-διπλοφασικού χάλυβα UNS 32760. Αρχικά μελετήθηκε η μικροδομή και οι ιδιότητες του υλικού και στη συνέχεια μελετήθηκε η συμπεριφορά του σε υψηλές θερμοκρασίες. Το υλικό εκτέθηκε στους 550, 650, 750 και 850 οC. Η μελέτη της μικροδομής έδειξε ότι από τους 650 οC και πάνω λαμβάνουν χώρα δομικοί μετασχηματισμοί στην μικροδομή του υλικού, όπου παρατηρείται η κατακρήμνιση διάφορων φάσεων. Με την μελέτη των μηχανικών και των αντιδιαβρωτικών ιδιοτήτων του υλικού παρατηρήθηκε ο βαθμός στον οποίο επηρρεάζουν οι κατακρημνιζόμενες φάσεις τις ιδιότητες του υλικού. Στησυνέχεια περιγράφεται η πειραματική διαδικασία για την εύρεση των βέλτιστων παραμέτρων για την συγκόλληση του κράματος με την τεχνική plasma melt-in. Τα κριτήρια που καθορίστηκαν για τον καθορισμό των βέλτιστων παραμέτρων ήταν οι ατέλειες της συγκόλλησης, η μικροδομή των συγκολλημένων δοκιμίων και η αντοχή τους στην διάβρωση με βελονισμούς. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα που αναλύθηκαν οι συνδυασμοί παραμέτρων που δίνουν τα πιο ικανοποιητικά αποτελέσματα είναι εντάσεις ρεύματος 80 με 100 Α για ταχύτητα της τάξης των 120 mm/min και εντάσεις 110 και 120 Α για ταχύτητα της τάξης των 180 mm/min. Στο επόμενο κεφάλαιο περιγράφεται η επίδραση του αζώτου και του νικελίου στις ιδιότητες του συγκολλημένου υλικού με την τεχνική plasma melt-in. Με βάση τα αποτελέσματα του προηγούμενου κεφαλαίου επιλέχθηκαν οι παράμετροι για την μελέτη που περιγράφεται στο κεφάλαιο 6. Μελετήθηκε η επίδραση του αζώτου και του νικελίου στην μικροδομή, τις μηχανικές ιδιότητες και την αντοχή στη διάβρωση του συγκολλημένου υλικού. Επίσης μελετήθηκε και η απορρόφηση του αζώτου μέσω του τόξου πλάσματος. Τα πιο ικανοποιητικά αποτελέσματα τα έδωσαν τα δοκίμια τα οποία συγκολλήθηκαν με μίγμα 98%Ar-2%Ν. Στο τελευταίο κεφάλαιο περιγράφεται η συγκόλληση του υλικού με την τεχνική plasma keyhole. Αρχικά έγινε προσδιορισμός των βέλτιστων παραμέτρων (όσον αφορά την ένταση του ρεύματος, την ροή του πλασμογόνου αερίου, το μήκος του τόξου και την ταχύτητα συγκόλλησης) για την συγκόλληση του υλικού με την τεχνική keyhole. Ύστερα επιλέχθηκαν οι παράμετροι που έδωσαν τα πιο ικανοποιητικά αποτελέσματα και έγιναν συγκολλήσεις με καθαρό αργό και με μίγμα αργού και 2%αζώτου. Η μελέτη της μικροδομής και των ιδιοτήτων των συγκολλημένων δοκιμίων έδειξε ότι η συγκόλληση με την τεχνική plasma keyhole του ανοξείδωτου διπλοφασικού χάλυβα UNS 32760 δίνει πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα, πιο βελτιωμένα σε σύγκριση με την συγκόλληση του υλικού με την τεχνική plasma meltin