Soldagem de juntas tubulares de aço inoxidável austenítico AISI 348 para varetas combustíveis em reatores nucleares

Abstract

Os aços inoxidáveis têm um amplo campo de aplicação, por ter alta resistência mecânica e à corrosão quando trabalha em temperaturas elevadas. Uma aplicação recorrente é em reatores nucleares, podendo ser utilizado no vaso de pressão e nas estruturas de contenção do reator. O aço inoxidável austenítico foi muito utilizado no núcleo de reatores para revestimento do combustível nuclear. No entanto, foi substituído por uma liga de zircônio denominada zircaloy, em consequência da menor absorção de nêutrons térmicos desta liga. Após o acidente de Three Miles Island o aço inoxidável voltou a ser usado para esta aplicação. Para atenuar a corrosão intergranular, muito característica em aços inoxidáveis austeníticos, utiliza-se elementos estabilizantes como o nióbio. O aço inoxidável AISI 348 é estabilizado com nióbio. Neste trabalho, estudou a soldagem de tubos de AISI 348 e tampões de mesmo material soldados pelo processo GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) sob diversas condições, procurando-se obter penetração de soldagem de 110 % da espessura do tubo e reforço do cordão de solda inferior a 0,15 mm. As amostras soldadas foram submetidas à caracterização microestrutural com microscopia ótica e microscopia eletrônica, utilizando também a técnica EDS (Espectroscopia de Energia Dispersiva). Foram realizados ensaios mecânicos de tração, fadiga, microdureza Vickers e arrebentamento, como também verificado a susceptibilidade à corrosão intergranular. O cordão de solda passou por ensaios não destrutivos de inspeção visual, dimensional, líquido penetrante, raios X e ensaio de estanqueidade por fuga de gás hélio. A microdureza não apresentou diferenças nas regiões da solda, não sendo possível identificar claramente a zona afetada pelo calor. O arrebentamento ocorreu a uma distância acima de 30 mm do cordão de solda, sendo o resultado considerado aprovado. No ensaio de tração, a ruptura ocorreu no cordão de solda e no metal de base tubo, o local da ruptura dependeu do afastamento lateral do eletrodo em relação à junta soldada. O ensaio de fadiga com corrente de 40 A obteve número de ciclos de 2,14 x 105. Este valor é 50% maior no tempo de vida comparado com amostra de 30 A. No ensaio de corrosão intergranular, as amostras que foram submetidas não apresentaram sensitização no contorno de grão. A análise por EDS identificou áreas com carbonetos oriundos do processo de fabricação do tubo.