Characterization of duplex stainless steel weld metals obtained by hybrid plasma-gas metal arc welding

Abstract

Despite its high efficiency, autogenous keyhole welding is not well-accepted for duplex stainless steels because it causes excessive ferrite in as-welded duplex microstructure, which leads to a degradation in toughness and corrosion properties of the material. Combining the deep penetration characteristics of plasma arc welding in keyhole mode and metal deposition capability of gas metal arc welding, hybrid plasma - gas metal arc welding process has considered for providing a proper duplex microstructure without compromising the welding efficiency. 11.1 mm-thick standard duplex stainless steel plates were joined in a single-pass using this novel technique. Same plates were also subjected to conventional gas metal arc and plasma arc welding processes, providing benchmarks for the investigation of the weldability of the material. In the first place, the hybrid welding process enabled us to achieve less heat input compared to gas metal arc welding. Consequently, the precipitation of secondary phases, which are known to be detrimental to the toughness and corrosion resistance of duplex stainless steels, was significantly suppressed in both fusion and heat affected zones. Secondly, contrary to other keyhole techniques, proper cooling time and weld metal chemistry were achieved during the process, facilitating sufficient reconstructive transformation of austenite in the ferrite phase.Resumo: Apesar da alta eficiência da soldagem autógena utilizando a técnica de "keyhole", a mesma não é recomendada na soldagem de aços inoxidáveis duplex devido à redução tanto da tenacidade como da resistência à corrosão de tais aços. Combinando a característica de alta penetração da soldagem plasma no modo "keyhole" e a elevada capacidade de deposição do processo MIG, o processo híbrido MIG-plasma tem sido considerado promissor na obtenção de uma microestrutura ideal sem comprometer a eficiência da soldagem. Neste trabalho chapas de 11.1 mm de espessura foram unidas utilizando esta nova técnica. De forma comparativa, foram obtidas uniões utilizando os processos MIG e plasma convencionais. Inicialmente, foi constatado um menor aporte de calor pelo processo híbrido em relação ao processo MIG e como consequência a precipitação de fases secundárias, as quais são conhecidas por comprometer a tenacidade e resistência à corrosão, foram significativamente suprimidas tanto na solda como na zona termicamente afetada. Além disto, contrariamente a outras técnicas utilizando "keyhole" foram obtidas taxa de resfriamento adequada bem como homogeneidade química durante o processo permitindo a obtenção de uma suficiente transformação da austenita a partir da fase ferrítica.