Moeilijk lasbare staalsoorten - Deel 1
Dit artikel is afkomstig van Lincoln Smitweld en is geschreven door Fred Neessen.
In deze nieuwsbrief vind u het 1e deel over moeilijk lasbare staalsoorten. In de volgende nieuwsbrief zal deel 2 worden behandeld.
Metallurgie
Het meest belangrijke legeringselement in staal is koolstof. Indien het koolstofgehalte , ongeacht de aanwezigheid van eventuele andere elementen stijgt, loopt de hardbaarheid op en daarmee de koud lasbaarheid terug. Hiermee wordt misschien gesuggereerd dat andere legeringselementen onbelangrijk zijn. Dit is echter beslist niet waar. Ze zijn qua hardbaarheid aan koolstof ondergeschikt, maar blijven belangrijk. De elementen die normaliter altijd in ongelegeerd staal voorkomen zijn:
- Koolstof, mangaan, silicium, aluminium
- Fosfor, zwavel
- Stikstof,zuurstof en waterstof
Koolstof equivalent
Door toevoeging van legeringselementen aan koolstofstaal wordt, in het aldus verkregen laaggelegeerde staal, de lasbaarheid dikwijls negatief beïnvloed. Voorwarmen, soms tot hoge temperatuur, wordt noodzakelijk om scheurvorming te voorkomen. Na het lassen volgt doorgaans een nauwkeurig gecontroleerde afkoeling. Gelukkig kan in een formule de invloed van de legeringselementen op de “lasbaarheid” worden aangeduid. In de literatuur zijn vele formules bekend, de IIW-formule voor het berekenen van dit zogenaamde koolstof-equivalent(C-eq) is het meest gangbaar.
Naarmate het koolstofequivalent van een te lassen constructiestaal hoger is, neemt de (koud)lasbaarheid af. De koudlasbaarheidsgrens wordt wel eens op een koolstofequivalent van 0,41-0,45 gesteld. Hierbij zal het absolute koolstofgehalte moeten worden beperkt tot maximaal 0,25%.
Voor de groep materialen die hier ter discussie staat zal het koolstofequivalent zich eerder tussen de o,45 en 1,0 bewegen. Een niet eenvoudige opgave om dergelijke staalsoorten met succes aan elkaar te verbinden of om te lassen. Natuurlijk speelt de kwaliteit, lees samenstelling van het lastoevoegmateriaal, een grote rol. Lees hier hoe de keuze voor een TIG staaf wordt bepaald door het materiaal wat ermee gelast moet worden.
Structuurverandering
De te lassen staalsoort wordt bloot gesteld aan dusdanig veel warmte dat in het overgangsgebied smeltverschijnselen optreden. Indien staal wordt verhit boven de 700 tot 900ºC (afhankelijk van het koolstof gehalte en de hoeveelheid legeringselementen) verandert het staal van structuur. De atomen in het kristalrooster nemen een andere plaats ten opzichte van elkaar in met een andere rooster afstand, men noemt deze structuur austeniet. Koelt men een dergelijke staalsoort heel langzaam af dan zal de austeniet zich omzetten naar een basis structuur te weten ferriet en perliet.
In de praktijk wordt zelden of nooit voldaan aan de evenwichtsvoorwaarden. De afkoeling is bij het lassen altijd sneller. Snel afkoelen van een lasconstructie met een hoog koolstof equivalent zal altijd resulteren in de vorming van martensiet, een harde en brosse structuur die in dit geval voornamelijk in de overgang zal ontstaan.
Deze martensiet structuur heeft een groter volume dan austeniet. Afhankelijk van het koolstofgehalte in de martensiet, kan het rekpercentage teruglopen tot minder dan 1%. Deze lage vervormingsmogelijkheid zal reeds worden overschreden ten gevolge van de volume vergroting die optreedt als bij het afkoelen de austeniet omzet in martensiet. Deze volume vergroting is namelijk groter dan 1%.
In een lasverbinding treden altijd krimpverschijnselen op, met als gevolg dat er altijd extra spanningen opgeroepen worden. Afhankelijk van de complexiteit van de constructie zal er meer of minder krimp optreden. De wijze van lassen en de voormwarm- c.q. interpass temperatuur spelen hierbij een zeer belangrijke rol.
Waterstof
Tenslotte moet nog gewezen worden op zeer negatieve invloed van het element waterstof. Waterstof in grote hoeveelheden aangeboden aan het te lassen staal kan scheurvorming veroorzaken. Dit fenomeen treedt sterker op, naarmate de hardbaarheid van de staalsoort toeneemt, de inwendige spanningen hoog zijn en de temperatuur laag. Het is om deze reden dat het lassen van staal met een hoog koolstof equivalent altijd moet geschieden met laselektroden met een extreem laag waterstof gehalte verpakt in de een hermetisch gesloten vacuüm verpakking, de Sahara Ready Pack®. Bekijk hier een arikel over welke laselektroden het beste past bij jouw lasproces.
Het voorkomen van overmatige harding in de overgang zal dus vermeden moeten worden door voorwarmen, lassen met hoge warmte-inbreng en het gericht langzaam af laten koelen. Lees hier welke verschillende lasfouten er zijn.