Materialen 2H12 Lassen

Materialen 2H12 Lassen
12.1 Lasbaarheid
Meeste metalen of legeringen kunnen niet zonder
voorzorgsmaatregelen worden gelast.
Goed lasbaar indien samenstelling en eigenschappen van gelaste
delen behouden blijven.
Samenstelling en eigenschappen van de las worden bepaald door
toevoegmateriaal en moedermateriaal.
Meeste problemen ontstaan in zone, direct naast de las (Heat
Affected Zone HAZ)
Zonder voorzorgsmaatregelen treden hier structuurveranderingen
op en kunnen scheuren ontstaan.
12.1.1 Structuurveranderingen in laszones
317516468
1
Het lasmateriaal
Hier vindt hetzelfde plaats als bij een gietproces:
 Smelten en oplossen van bestanddelen
 Slak-badreacties
 Gasopname
 Ontsnappen van gas bij stollen
 Slinken van het materiaal bij stollen
 Krimpen van het materiaal bij stollen
 Kans op scheurvorming
De las heeft een gietstructuur (grofkorrelig en bros)
Door het snelle verloop van het lasproces kunnen opgenomen
gassen moeilijk ontsnappen. (probleem!)
Gasopname moet beperkt blijven!
Warmte - beïnvloede zone (HAZ)
Deze zone is niet vloeibaar geweest maar er kunnen wel
structuurveranderingen optreden.
Deze veranderingen zijn afhankelijk van het temperatuurverloop
tijdens het lasproces.
Hierbij zijn van belang:
 Hoeveelheid ingebrachte warmte
 Afmetingen van de te lassen delen (vooral dikte)
 Voorverwarmtemperatuur
 Afkoelsnelheid
Moedermateriaal en HAZ
Het moedermateriaal wordt niet of nauwelijks beïnvloed. Dit in
tegenstelling tot de HAZ.
Hier treedt nl. korrelgroei op  slechtere sterkte-eigenschappen.
317516468
2
Structuur en eigenschappen van de HAZ hangen af van:
1. Het materiaal zelf:
 Roostervorm (krg of kvg)
 Structuurveranderingen in vaste toestand (bijv. Austeniet 
Ferriet)
 Soort en hoeveelheid legeringselementen en verontreinigingen
2. De leveringstoestand van het materiaal:
 Koud omgevormd
 Precipitatiegehard
 Gehard
 Veredeld
3. Materiaaleigenschappen (natuurkundig)
 Wamtegeleidingsvermogen
 Uitzettingscoëfficiënt
 Neiging tot gasopname
Zie Tabel 12.1 op pagina 247.
Samenstelling lasmateriaal
De las komt tot stand door opmenging van moedermateriaal en
toevoegmateriaal.
De mate van opmenging is een belangrijk gegeven. Hieraan zijn de
eigenschappen van de las te ontlenen.
Bij gebruik van toevoegmateriaal wordt de samenstelling van de las
bepaald door:
 Hoeveelheid en samenstelling van gesmolten moedermateriaal;
 Hoeveelheid en samenstelling van toevoegmateriaal.
317516468
3
317516468
4
Opmenging
Toevoegmateriaal = A
Moedermateriaal = B
De formule berekent de theoretische opmenging.
De tabel geeft praktische waarden.
12.1.2 Gasopname en waterstofbrosheid.
Vloeibaar metaal heeft sterke neiging tot gasopname.
Bij stollend metaal neemt de oplosbaarheid van gas af;
 gas wil ontsnappen
 de stolling gaat hiervoor te snel, gas zit gevangen
 gasholten in gestold materiaal (poreus)
317516468
5
Vooral waterstof (H2) blijft in het gestolde materiaal achter;
 waterstofbrosheid
Remedie:
 Schoon en droog oppervlak (geen roest, water, olie)
 Lasmethode kiezen die zeer weinig waterstof toelaat
 Goede bescherming smeltbad
 Eventueel voorverwarmen
12.2 Lasstructuren
Het diagram geeft aan wat er in de verschillende zones gebeurt.
Problemen in HAZ verminderen door:
 Spanningsarm gloeien (egaliseren inwendige spanningen)
 Normaalgloeien (structuur ‘normaal’ ofwel fijnkorrelig maken)
317516468
6
12.3 Lasbaarheid van staal
Ongelegeerd staal
Bij lager %C ontstaat minder Martensiet  minder problemen
Koolstof equivalent
De elementen C, Mn, Cr, Mo, V, Ni en Cu zijn verantwoordelijk voor
hardingsverschijnselen.
Invloed op hardbaarheid en daarmee op lasbaarheid volgt uit
%Ceq  %C 
% Mn %Cr  % Mo  %V % Ni  %Cu


6
5
15
In het algemeen zijn er geen voorzorgen nodig indien:
%C < 0,22%
of
Ceq < 0,4%
In deze gevallen geven basische en rutiel-elektroden goede
resultaten.
Wel mogelijk problemen bij dikwandig materiaal:
 snelle afkoeling
 vorming Martensiet
Remedie: voorverwarmen
Er is sterkte neiging tot vorming Martensiet, indien;
%C > 0,25%
of
1%  Mn  1,6%
Gevolgen: brosheid en scheurvorming.
317516468
7
Voorzorgsmaatregelen:
1. voorverwarmen
2. lassen met grotere warmte-inbreng
3. zo klein mogelijk aantal lagen
4. langzaam afkoelen
5. lassen in basisch milieu
12.4 PTAT-diagram
Piek-Temperatuur-Afkoel-Tijd-diagram (blz. 255)
Geeft inzicht in warmte-huishouding rond de las + de invloed op de
structuur.
De afkoeltijd is afhankelijk van:
 Warmte-inbreng
 Warmte-afvoer
Warmte-inbreng
Elektrisch vermogen van de lastrafo:
P
U  I 
v 1000
kJ
/mm.
U = spanning [in Volt]
I = stroomsterkte [in Ampère]
V = voortloopsnelheid in [mm/ s]
 = rendement [onbenoemd]
1000 = omrekening van J naar kJ
Afhankelijk van het lasproces zijn er boogverliezen t.g.v.:
 Straling
 Spatverlies
 Dampvorming
 Rook
317516468
8
Tabel 12.3 Rendement bij verschillende lasprocessen
Lasproces
Rendement ()
Handlassen (elektrode)
MIG
MAG
Onder Poederdek
TIG (elektrode -)
TIG (wisselstroom)
Koolelektrode
66 – 85%
66 – 85%
66 – 85%
90 – 99%
35 – 48%
21 – 35%
50 – 70%
Warmte-afvoer
Is o.a. afhankelijk van snelheid warmtetransport door het product
(warmtegeleidings-coëfficiënt)
Snelheid warmtetransport is ook afhankelijk van de plaatdikte:
2 – dimensionaal (dunne plaat)
3 – dimensionaal (dikke plaat)
Afkoeltijd
Het kritische traject is van 800 naar 500 °C.
Hier vinden n.l. de structuurveranderingen plaats.
317516468
9
Hoe wordt de afkoeltijd bepaald?
Gebruik het PTAT-diagram
1. bereken de warmte-inbreng in kJ/ mm
2. zet deze uit op schaal a
3. zet de materiaaldikte uit op schaal b
4. lees de afkoeltijd af op schaal d
Indien schaal c wordt doorsneden, is er sprake van 3 –
dimensionale afkoeling. Dan ontstaat er gegarandeerd Martensiet
en moet er worden voorverwarmd.
Als de piektemperatuur in de HAZ bekend is, kan de eindstructuur
en zijn hardheid worden bepaald.
Hiervoor trek je een verticale lijn vanuit het snijpunt op schaal d.
317516468
10
317516468
11
317516468
12
Voorverwarmen
Om hardingsverschijnselen te voorkomen, moet er in sommige
gevallen worden voorverwarmd. Hierdoor wordt de afkoeltijd langer
en ontstaat er een minder harde structuur.
Dit kan zijn: Bainiet of Troostiet (= fijnkorrelige Perliet)
De koolstofequivalent wijst uit of voorverwarmen nodig is.
Indien Ceq > 0,5%, dan is voorverwarmen noodzakelijk.
Formule:
% Mn %Cr  % Mo  %V % Ni  %Cu
%Ceq  %C 


6
5
15
De breukfactor, Pc, geeft de kans op scheuren weer.
Pc  %C 
% Si % Mn  %Cu  %Cr % Ni % Mo %V % S % H






30
20
60
15
10 600 60
Met Pc kan de voorverwarmtemperatuur nu worden berekend met:
Tc  1440  Pc  392 oC
Indien 0,25% < Ceq < 0,5%, dan kan de temperatuur ook
grafisch worden bepaald.
Benodigde gegevens om de voorverwarm-temperatuur te bepalen:
 Boogenergie, P, in kJ/mm (uit formule)
 Gecombineerde plaatdikte, tg, in mm (zie onder)
 Lasmethode (A, B, C of D)
A = Rutiel-elektrode
 Koolstofequivalent (uit
B = Basische elektrode
formule)
C = Basische elektrode, gedroogd
D = MIG/ MAG
317516468
13
Voorverwarmen kan onder meer worden uitgevoerd met:
 Gloei-elementen
 Infrarood-branders
317516468
14
Lasfouten en scheurvorming
1. Koudscheuren in HAZ en lasmateriaal
Komen voor bij:
 Spanningen
 + Waterstof
 + Hardingsstructuur
Treden pas op bij afkoeling onder 200°C.
Kans wordt verkleind door voorverwarmen.
2. Lamellar tearing.
Lamellar tearing komt voor in zware, stijve constructies:
 Als de las in meerdere lagen is uitgevoerd.
 Als dwarskrimp-spanningen loodrecht op het plaatoppervlak
werken.
Remedie:
 Een ‘rein’ staal gebruiken (zonder insluitsels)
 Bufferlaag aanbrengen van zacht staal
 Aanpassen naadvorm
317516468
15
317516468
16
Formules
U  I 
P

Warmte-inbreng:
v 1000
kJ
/mm.
Koolstofequivalent:
%Ceq  %C 
% Mn %Cr  % Mo  %V % Ni  %Cu


6
5
15
Chroom-equivalent:
%Creq  %Cr  % Mo  1,5  % Si  0,5  % Nb
Nikkel-equivalent:
% Nieq  % Ni  30  %C  0,5  % Mn
Berekening voorverwarmtemperatuur bij %Ceq>0,5
Breukfactor:
% Si % Mn  %Cu  %Cr % Ni % Mo %V % S % H
Pc  %C 






30
20
60
15
10 600 60
Voorverwarmtemperatuur:
Tc  1440  Pc  392 oC
317516468
17