Resumo Nesta investigação, uma mistura de pó a base de níquel com partículas de carboneto de tungstênio foi aplicada por Soldagem a Plasma com Arco Transferido (PTA), na superfície de um aço ferramenta trabalhado a frio D2, para melhorar a qualidade superficial e ampliar o tempo de vida durante as aplicações. Para obter a combinação de parâmetros de aplicação do revestimento apropriada e para executar um número mínimo de testes, foi aplicado o método de Desenho de Experimentos (DoE). Corrente, velocidade de soldagem e pré-aquecimento foram considerados como parâmetros variáveis. Estes parâmetros são importantes para alcançar uma camada final com uma geometria do cordão adequada acompanhada por boas propriedades metalúrgicas. Todas as amostras foram preparadas para investigações metalúrgicas e o efeito dos parâmetros de processo sobre a geometria do cordão de solda foi considerado. Para cada experimento, foram medidos as dimensões da geometria do cordão de solda, incluindo a diluição, penetração e reforço. Microestruturas e a distribuição das partículas de carboneto de tungstênio após a soldagem foram analisadas por Microscopia Óptica (MO) e Microscopia Eletrônica de Varredura equipada com microssonda EDS. Além disso, ensaios de microdureza foram realizados para avaliar as propriedades mecânicas (MEV) das camadas de cordões de solda. Finalmente, entre todos os experimentos, a melhor amostra com microestrutura e geometria do cordão adequada foi selecionada.

Abstract In this investigation, a nickel-base powder mixed with tungsten carbide particles was applied by Plasma Transferred Arc welding (PTA) on the surface of the D2 cold work tool steel to improve surface quality and to extend its lifetime during applications. The Design of Experiment (DoE) method was applied to obtain the appropriate combination of hardfacing parameters and to run the minimum number of tests. Current, travel speed and preheat were considered as variable parameters. These parameters are important to reach a final layer with an appropriate bead geometry accompanied with good metallurgical properties. All samples were prepared for metallurgical investigations and the effect of process parameters on the weld bead geometry was considered. For each experiment run, weld bead geometry parameters were measured including dilution, penetration and reinforcement. Microstructures and the distribution of tungsten carbide particles after welding were analyzed by Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) equipped with an EDS microprobe. In addition, hardness tests were performed to evaluate the mechanical properties of the weld bead layers. Finally, among all the experiments, the best sample with appropriate bead geometry and microstructure was selected.

Resumo No presente estudo, foi investigado o efeito da adição de pó de níquel e a aplicação de um tratamento térmico pós-soldagem (PWHT) nas propriedades de soldagem do aço inoxidável lean duplex UNS S32304, a fim de melhorar a microestrutura e as propriedades mecânicas. Pó de níquel foi diretamente vertido na abertura da junta e misturado com o metal de adição durante o processo de soldagem a arco com eletrodo de tungsténio e proteção gasosa (GTAW). Além disso, o tratamento térmico foi estabelecido em 1100 °C por 10 min. As juntas foram caracterizadas por microscopia óptica (MO) e a evolução das percentagens de fase nas diferentes zonas foi estudada por meio da técnica de análise de imagem. Os ensaios de tração e de microdureza foram realizados, a fim de avaliar a melhoria das propriedades mecânicas das juntas. Os resultados mostraram que tanto a adição de pó de níquel durante o processo de soldagem e o tratamento térmico pós-soldagem permitiram melhorar as propriedades mecânicas da junta soldada. PWHT mostrou o melhor efeito em restaurar a percentagem igual de ferrita e austenita comparado com a adição de pó de níquel.

Abstract In this research, the effect of the addition of nickel powder and the application of a post weld heat treatment (PWHT) on the welding properties of the UNS S32304 lean duplex stainless steel were investigated in order to improve the microstructure and mechanical properties. Nickel powder was directly poured inside the joint gap and mixed with the filler metal during the Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) process; moreover, the solution heat treatment was performed at 1100 °C for 10 min. The joints were characterized by optical microscopy (OM) and the evolution of the phase percentages in the different zones was studied by means of the image analysis technique. Tensile and hardness tests were carried out on the joints in order to evaluate the improvement of the mechanical properties. The results showed that both the addition of nickel powder during the welding process and the post weld heat treatment made it possible to improve the mechanical properties of the weld joints. PWHT had the best effect in restoring the equal percentage of ferrite and austenite compared to the addition of nickel powder.