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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.85.2019.tde-04112019-113030
Documento
Autor
Nome completo
Evandro Giuseppe Betini
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Rossi, Jesualdo Luiz (Presidente)
Luz, Temistocles de Sousa
Mucsi, Cristiano Stefano
Orlando, Marcos Tadeu D'Azeredo
Título em português
Avaliação das propriedades estruturais e térmicas de soldas realizadas em aço inoxidável duplex para aplicação em embalado para o transporte de substâncias radioativas
Palavras-chave em português
aço inoxidável duplex
ciclo térmico
difusividade térmica
soldagem GTAW
transporte de radiofármacos
Resumo em português
Neste trabalho foram avaliadas propriedades térmicas de soldas em aço inoxidável duplex UNS32304 observando a influência do processo de soldagem GTAW pulsado sobre as características estruturais desse material. Este aço apresenta-se como material candidato a revestimento externo dos receptáculos de contenção para transporte de substâncias que sejam fontes de alta radioatividade, em especial 99Mo, com atividade acima de 0,6 TBq (16,2 Ci). O transporte de radiofármacos é definido pela norma CNEN NE-5.01 que exige um embalado com requisitos de segurança determinados pela resistência mecânica ao impacto, baixa fadiga térmica e resistência à corrosão já conferida pela grade duplex UNS S32304. Chapas de 1,8 mm de aço inoxidável duplex foram soldadas pelo processo GTAW variando os gases de proteção entre Ar puro e Ar + 2%N2 sem metal de adição. Os ciclos térmicos de soldagem foram estudados por um sistema de termopares tipo K e S fixados próximos à linha de soldagem. A distribuição de temperatura ao longo do cordão de solda foi determinada alcançando valores dentro do intervalo de transformação de fase desse material. Através de uma avaliação quantitativa e semiquantitativa de elementos foi calculada a relação Creq/Nieq para os grãos de ferrita, austenita e austenita secundária da zona solidificada, ZAC e metal de base. Mapeamentos e perfis transversais de cromo, níquel e nitrogênio foram gerados por microssonda eletrônica mostrando as alterações desse elemento devido os ciclos térmicos de soldagem obtidos. A adição de 2% de N2 no gás de proteção provocou maior formação de austenita na zona solidificada quando comparada com a soldagem sem adição de N2, sendo a atmosfera mais adequada para soldagem em aços inoxidáveis duplex. Além disso, essa mistura de gases provocou leve aumento da dureza na zona solidificada. As propriedades termofísicas foram estudadas por método de flash de laser (MFL) utilizado para a determinação da difusividade térmica do material na direção da espessura e o calor específico da zona solidificada foi obtido via análises térmicas por calorimetria exploratória diferencial (DSC). Foram obtidas medidas de porosidades e massa específica da zona solidificada e comparada com o metal de base e metal como recebido. Com estas informações foi possível avaliar a condutividade térmica do material pós processo de soldagem. O aumento da condutividade térmica foi encontrado para ambas as amostras soldadas e sugerem correlação com aumento da fase ferrítica e a diminuição da porosidade também observadas para zona solidificada.
Título em inglês
Assessment of the thermal and structural properties of duplex stainless-steel welded plates for application in container for transport of radioactive material
Palavras-chave em inglês
duplex stainless steel
GTAW welding
thermal cycle
thermal diffusivity
transport of radiopharmaceuticals
Resumo em inglês
In this work, thermal properties of UNS32304 duplex stainless steel welds were evaluated by observing the influence of the pulsed GTAW welding process on the structural characteristics of this material. This steel is the candidate for external covering material for containment receptors for the transport of substances that are sources of high radioactivity, especially 99Mo, with activity above 0.6 TBq (16.2 Ci). Radiopharmaceutical transport is determined by the standard CNEN NE-5.01, that requires packaging with safety requirements determined by mechanical impact resistance, low thermal fatigue and corrosion resistance already provided by the UNS S32304. 1.8 mm duplex stainless steel sheets were welded by the GTAW process varying the shielding gases between pure Ar and Ar + 2%N2 without filler metal. The thermal welding cycles were studied by a type K and S thermocouple system fixed close to the welding line. The temperature distribution along the welding line was determined by reaching values within the phase transformation range of this material. Through a quantitative and semiquantitative evaluation of elements the Creq/Nieq ratio was calculated for the ferrite, austenite and secondary austenite grains of the solidified zone, ZAC and base metal. Mappings and cross sections of chromium, nickel and nitrogen were generated by electron probe showing the changes of this element due to the thermal welding cycles obtained. The addition of 2% N2 in the shielding gas caused an increase of the austenite formation in the solidified zone if compared to welding without N2 addition, being the most suitable atmosphere for welding in duplex stainless steels. In addition, this gas mixture also leads to a slight increase in hardness in the solidified zone. The thermophysical properties were studied by laser flash method (MFL) used to determine the thermal diffusivity of the material in the thickness direction and the specific heat of the solidified zone was obtained by the thermal analysis by differential exploratory calorimetry (DSC). Measurements of porosities and specific mass of the solidified zone were obtained and compared with the base metal and metal as received. With this information it was possible to evaluate the thermal conductivity of the material after welding process. Increased thermal conductivity was found for both welded samples and suggest correlation with increased ferritic phase and decreased porosity also observed for solidified zone.
 
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Data de Publicação
2019-12-03
 
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