Resumo A união por difusão é uma técnica de união no estado sólido capaz de ligar dois materiais metálicos por meio da difusão atômica na interface de contato, sem o uso de metal de adição. Este processo é adequado para a união de grandes áreas com uma alta resistência mecânica, permitindo ao equipamento operar com elevadas pressões de trabalho, características essenciais em aplicações com mini e micro canais, como em trocadores de calor compactos e reatores. O presente trabalho tem como objetivo estudar a influência dos principais parâmetros de união: temperatura, pressão e tempo, na união de uma junta de aço inoxidável AISI 316L/316L, além de encontrar o conjunto de parâmetros que apresente os melhores resultados. No total, 9 conjuntos de parâmetros foram estudados. As amostras foram avaliadas por ensaios de tração e análises micro estruturais da interface de união. Uma amostra, do metal base na condição de fornecimento (“as received”), foi usada como padrão para as comparações. Com base nos resultados, verificou-se que o parâmetro temperatura foi o que apresentou a maior influência na qualidade da união e que as amostras produzidas com 1040 °C apresentaram resistência mecânica da mesma ordem do metal base.

Abstract Diffusion bonding process is a solid state joining technique capable of joining two flat metal surfaces by diffusion of atoms in the contact interface, without the use of addition metal. This process can bond large areas with a high mechanical strength at the bonded interfaces, allowing the equipment to operate at high working pressures, which is an essential characteristic in applications involving mini and micro channels, such as compact heat exchangers and reactors. The present work focus on the study of the influence of the main welding parameters: temperature, pressure and time, in the join of stainless steel AISI 316L/316L plates, in addition to finding the set of parameters that present the best union results. In total, 9 sets of parameters were studied. The samples were evaluated by tensile tests and microstructural analysis of the bonding interface. A sample of the base metal was used as the standard for comparison. Based on the tensile test results, it was verified that the temperature parameter presented the highest influence on the bond quality, and that the samples produced at 1040 °C temperature level showed mechanical strength of the same order of the base material.

Resumo A união de materiais diferentes ou componentes com geometrias complexas muitas vezes requer processos de uniões especiais, como por exemplo, uma fonte de energia de alta densidade como laser ou feixe de elétrons para soldagem por fusão ou mesmo um processo de soldagem no estado sólido. Em particular, este trabalho descreve os experimentos recentes da aplicação da soldagem por difusão no estado sólido (SDES) para diferentes tipos de aços inoxidáveis: austenítico AISI 316L, duplex UNS 31803 e superduplex UNS 327250. A soldagem por difusão foi realizada sob alto vácuo a 1050 °C, durante 60 minutos, empregando uma pressão uniaxial de 18-35 MPa. A qualidade da união foi avaliada por microscopia óptica e testes mecânicos. Os resultados preliminares indicam a necessidade de otimização dos parâmetros de processo para os aços duplex e superduplex. Os resultados positivos alcançados no presente trabalho permitiram a fabricação de protótipos de trocadores de calor compacto em aço inoxidável, utilizando o novo método de fabricação, desenvolvido por LABTUCAL / UFSC, através do qual o processo de corte a jato de água é aplicado para confeccionar com precisão os canais do núcleo do permutador de calor.

Abstract The joining of dissimilar materials or components with particular geometry often requires special union procedures, for instance a high density energy source as laser or electron beam for fusion welding or even necessarily a solid state welding process. In particular, this work describes the recent experience on applying the solid-state diffusion bonding (SSDB) to different types of stainless steels: austenitic AISI 316L, duplex UNS 31803 and superduplex UNS 327250. The SSDB was realized under high vacuum at 1050 °C for 60 min, employing uniaxial hydrostatic pressure of 18-35 MPa. The quality of the joints was evaluated by optical microscopy and mechanical tests. The preliminary results indicate the necessity of optimization of the process parameters for the duplex and superduplex steels. The positive results of the present study allowed the fabrication of compact heat exchanger prototype in stainless steel, employing the new manufacturing method, developed by LABTUCAL/UFSC, whereby a water jet is applied to precisely cut the channels of the heat exchanger core.