Estudo das tensões residuais em juntas soldadas obtidas através da soldagem por fricção com pino consumível no aço AISI H13

Abstract

Forças termomecânicas às quais matrizes e moldes são expostos podem causar desgaste e falhas prematuras em operação. Como opção de remanufatura, devido aos elevados custos de fabricação de novas ferramentas, meios de reparo consistem usualmente em técnicas de soldagem por fusão para reaproveitamento e extensão da vida útil dos componentes. Nas últimas décadas, a soldagem em estado sólido, entretanto, vem demonstrando ser uma ótima alternativa frente aos métodos convencionais de união mais utilizados na indústria. No presente trabalho, a técnica de soldagem por fricção com pino consumível (Friction Hydro Pillar Processing - FHPP) foi investigada para realização de reparo de matrizes e moldes. Esta investigação se deu através da análise dos parâmetros de processo (força axial, taxa de força aplicada, consumo do pino) visando obter juntas soldadas livres de defeitos, as quais foram avaliadas através de análises macrográficas, micrográficas e perfis de microdureza. Por fim, no intuito de verificar a influência dos parâmetros de soldagem, a avaliação das tensões residuais nas juntas soldadas foi realizada via difração de raios X (DRX) e Método do contorno (MC). Os resultados mostraram que através do processo FHPP foi possível obter juntas soldadas praticamente livres de defeitos para o aço AISI H13 temperado e revenido. Via método do contorno foi possível criar mapas 2D das tensões residuais normais ao plano de interesse. As tensões se mostraram relativamente simétricas em torno do pino soldado para todos os parâmetros testados, sendo compressivas na zona termomecanicamente afetada (ZTMA) do pino com magnitude de até -255 MPa e trativas na região próxima à zona afetada pelo calor (ZAC) da base com valores de até 253 MPa para soldas realizadas com força axial de 150kN. Além disso, foi possível perceber uma boa concordância entre as técnicas.

Thermomechanical forces to which dies and molds are exposed can cause wear and premature failure in operation. As a remanufacturing option, due to the high manufacturing costs of new tools, repair media usually consist of fusion welding techniques for reuse and extended component life. In the last decades, solid state welding, however, has been proving to be a great alternative to the more conventional bonding methods used in industry. In the present work, Friction Hydro Pillar Processing (FHPP) was investigated for the repair of dies and molds. This investigation was carried out by analyzing the process parameters (axial force, applied force rate, pin consumption) in order to obtain welded joints free of defects, which were evaluated through macrographic, micrographic and microhardness profiles. Finally, in order to verify the influence of the welding parameters, the evaluation of the residual stresses of welded joints was performed by X-ray diffraction (XRD) and Contour Method (CM). The results showed that through the FHPP process it was possible to obtain weld joints practically free of defects for quenched and tempered AISI H13 steel. Using the Contour Method was possible to create 2D maps of the normal residual stresses at the plane of interest. The stresses were shown to be relatively symmetric around the pin for all tested parameters, being compressive in the thermo mechanical affected zone (TMAZ) of the pin with magnitude up to -255 MPa and tensile in the region near the heat-affected zone (HAZ) of the base with values of up to 253 MPa for welds realized with axial force of 150kN. In addition, it was possible to identify a good agreement between the techniques.