Estudo da soldabilidade de pás de turbinas de superliga de níquel GTD-111 pelo processo TIG

Abstract

A superliga a base de níquel GTD-111, que é constituída de uma matriz austenítica gama (?) e de precipitados gama linha (??), normalmente é utilizada para aplicações em altas temperaturas como turbinas a gás. Devido à severidade de sua aplicação, componentes fabricados em superligas de níquel estão sujeitos a diversos mecanismos de dano metalúrgicos e mecânicos. Este estudo buscou investigar a soldabilidade de pás de turbinas a gás fabricadas em superliga GTD-111 ao realizar reparos de danos por erosão utilizando o processo TIG, e estabelecer os melhores parâmetros de soldagem em várias condições iniciais referentes ao tratamento térmico. Para isto foram avaliadas a presença de trincas e as microestruturas de soldas realizadas nas pás em três condições iniciais (como fornecida e após tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento artificial), no estado como soldado (sem tratamento posterior) e com diversos tratamentos térmicos posteriores à soldagem (precipitação e solubilização seguida de precipitação). Foram analisados os precipitados ?? e medidos os perfis de dureza na solda (incluindo zona fundida, zona afetada pelo calor e metal de base). Soldagens realizadas nas seguintes condições resultaram em uma microestrutura homogênea e recuperada, livre de defeitos, o que demonstra que a soldagem de palhetas de turbina pelo processo TIG é viável: quando no estado inicial como fornecida, soldagem com aporte térmico de até 8,4 kJ/cm, seguida de tratamento térmico de solubilização e precipitação; quando na condição inicial solubilizada, soldagem com aporte térmico de até 2,1 kJ/cm, seguida de tratamento térmico de solubilização e precipitação e quando na condição inicial envelhecida, soldagem com aporte térmico de até 4,3 kJ/cm, seguida de tratamento térmico de solubilização e precipitação.

Abstract: The GTD-111 nickel-based superalloy which consists of a gamma austenitic matrix (?) and gamma prime precipitates (??), is normally used in high temperature applications such as gas turbines. Due to the severity of their application, components manufactured in nickel superalloys are subject to several metallurgical and mechanical damage mechanisms. This study sought to investigate the weldability of gas turbine blades manufactured in GTD-111 superalloy, when repairing erosion damage using the TIG process, and to establish the best welding parameters in various initial conditions related to heat treatment. For this, the presence of cracks and the microstructures of welds carried out on the blades were evaluated in three initial conditions (as supplied and after heat treatments of solubilization and artificial aging), in the state as welded (without subsequent treatment) and several heat treatments subsequent to the welding (precipitation and solubilization followed by precipitation). The ?? precipitates were analyzed and the hardness profiles in the weld (including melted zone, heat affected zone and base metal) were measured. Welding carried out under the following conditions resulted in a homogeneous and recovered microstructure, free of defects, which demonstrates that welding turbine blades using the TIG process is feasible: when the initial state as supplied, welding with heat input of up to 8.4 kJ/cm, followed by heat treatment of solubilization and precipitation; when in the initial solubilized condition, welding with heat input of up to 2.1 kJ/cm, followed by heat treatment of solubilization and precipitation and when in the initial aged condition, welding with heat input of up to 4.3 kJ/cm, followed by heat treatment of solubilization and precipitation.