Lasgroep Zuid Limburg Metaalkunde Lastechniek

1

H. Schrijen – CCM, 1Harry. Schrijen Lasgroep Zuid Limburg - 2010Harry Schrijen

Metaalkunde in de Lastechniek

Lasgroep Zuid Limburg


vermijden

Koudscheuren

Belangrijkste scheurvorm die optreedt bij Fabricage

Voorwarm temperatuur

2



Invloed Voorwarmen

3


Werd vroeger gebruikt


4


Opmenging


Opmenging van belang bij :

Ongelijksoortige materiaal combinaties zwart/wit wit/wit

Bufferlagen

Gecladde vaten

Corrosievaste oplassingen

5


De gemiddelde plaatsamenstelling

De samenstelling van de draad (elektrode)

De toe - of afbrand

De opmenging

Samenstelling lasmetaal is afhankelijk van :


Opmenging

2.5 mm 10 %

3.2 mm 15 %

4.0 mm 20 %

5.0 mm 25 %

6


Als gevolg van het verschil in fysische eigenschappen

van twee metalen is het smeltbad asymmetrisch van vorm.


Schaeffler - Diagram

7


Maurer Schaeffler-De Long

Basis metaal Las metaal


8


Voorbeelden

Zwart aan Wit zonder lastoevoegmateriaal

Staal aan AISI 304 L

0.2 C 0.02 C

1.0 Mn 1.5 Mn

0.3 Si 19Cr Ni. eq = 11.3510 Ni Cr. eq. = 20.5

1.0 Si

Cr. eq. = 0.45

Ni. eq. = 6.5


9


304309 Mo

50% 30 %


Duplex

309

4462

10


Lasfouten Uitvoering


Lasfouten

Metallurgisch

11


Warmscheuren


Oorzaak

Las krimpt tijdens stolling

Las krimpt tijdens afkoeling

Indien de toevoer van vloeibaar lasmetaal onvoldoende is ontstaater een vast-vloeistof grensvlak waardoor bij krimp spanning scheuren ontstaan.

.

12


Scheur temperatuur : 200 – 300 ºC onder T smelt

Segregaties zijn niet te vermijden tijdens stollen waardoor er“ontmenging” ontstaat bij het begin van de stolling..

S – O - B - C – Ti – N – H -P

Meest gevaarlijk


Vloeistof films

Fe S 1190 ºC

FeS – FeO 940 ºC

Ni – Ni3S2 645 ºC

MnS – MnO 1300 ºC

MnS 1600 ºC

(CrFe)3P 1000 ºC

13


Warmscheuren

Vorm faktor voor OP lassen :

a) W > d kan aanleiding geven tot oppervlakte scheurtjesb) W < d kan aanleiding geven tot scheuren in het hart van de lasc) W/d ongeveer 1.5 geeft goede lassen


Voorkomen

- Schoon werken laskanten, plaat/pijp, draad, handschoenen enz.

- Lage heat input 10 – 15 KJ/cm

- Niet voorwarmen

- Interpass Temp. < 120-150 °C

- Snoeren trekken

- Niet zwaaien

- Uittrek lengte SMAW Diam 2.5 > 10 cm

Diam 3.25 > 13 cm

Diam 4 > 20 cm

- Slijp start / stop

14


Koud-scheuren

Waterstof -Scheurvorming

80 % van alle lasfouten tijdens fabrikage


koudscheuren

15


Fish eyes


Waterstof

16


preheat temperature interpass temperaturethicknesswelding proceschemical compositionatmospheric condition

mechanical propertiesweld preparationheat inputmaterial thicknesspreheat temperatureinterpass temperature

chemical compositionwelding procesheat inputmaterial thicknesspreheat temperatureinterpass temperature

Stresses Microstructure

Hydrogen


Parameters

scheuren

[H]

S

Hv

WaterstofSpanning Hardheid

17


t kritisch

Samenstelling C - Ceq.

Waterstof Δ t ( 300-100 )

Microstructuur Δ t ( 800-500 )

Lasspanning K

t werkelijk

Lasproces

Heat input Q

Voorwarmen To

Geometrie lasconstructie

><

Scheuren

Oke


Koudscheuren

18


Koudscheuren

Voorkomen

Minimaliseer waterstof aanbodlaag waterstof lastoevoegmateriaal / proceszorg dat alles droog ispas voorwarmen toe verhoog interpass tiid

Limiteer sterkte lasmetaal

Keuze lastoevoegmateriaal

Goede fit-up


Voorwarmen

Vermijden scheurvorming

19


Reheat cracking

Scheuren in Heat Affected Zone

tijdens

Spannings-arm gloeien


Reheat Cracks H.A.Z

Interkristallijn

20


Post Weld Heat Treatment 500 °C – 650°C

Mechanisme

Precipitatiein de korrels

Temperatuur

Kritisch gebied

Taaiheid

Reheat cracks


Reheat cracks

5 Cr – 1 Mo Weinig risico

2.25Cr - 1 Mo

1 Cr – 0.5 Mo

0.5Mo- B

0.5Cr - 0.5Mo - 0.25V Hoog risico

10mm

21


Reheat cracks

PWHT procedure

• Om scheurvorming te vermijden extreem snel opwarmen en

temperatuur verschillen vermijden.

• Zorg dat las vrij is van spannings - concentraties


Temper Bead Lastechniek

22



Lamellar Tearing

23


Lamellar Tearing

BP Forties platform lamellar tears were produced when attempting the repair of lack of root penetration in a brace weld


24


Lamellar Tearing

Lamellar tearing ontstaat als gevoelig materiaal wordt belast in dikte-richting.

Het scheur fenomeen kont voor bij gewalste materalen.

De ‘trap-vormige ' scheurvorming is aanwezig in het basis materiaalonder de HAZ en loopt evenwijdig aan de smeltlijn.

Het risico neemt toe met hogere residuele waterstof frakties.


Anti-lamellar kwaliteiten

Z15 : moderate stresses

Z25 : severe stresses

Z35 : stressed and restraint

35 (minimum)Z35

25 (minimum)Z25

15 (minimum)Z15

Insnoering in dikte richting%)

Kwaliteit

25


Lamellar Tearing


Lamellar Tearing

Buttering with lage sterkte lasmetaal

26


RVS


Austeniet

Austeniet vormers

Ferriet vormers

27


Austeniet vormers

CNi MnN

Ferriet vormersCrMoSiWAl.

Cr equivalent = (Cr) + 2(Si) + 1.5(Mo) + 5(V) + 5.5(Al) +1.75(Nb) + 1.5(Ti) + 0.75(W)

Meest belangrijk

Meest belangrijk

Ni equivalent = (Ni) + (Co) + 0.5(Mn) + 0.3(Cu) + 25(N) + 30(C)


RVS

• Ferriet

• Martensiet

• Austeniet

• Ferriet-Austeniet

Microstructuur bij kamer temperatuur

28


Typische microstruur van Ferritisch Chroomstaal


Typische microstructuur van Austenitisch CrNi staal

29


Microstructuur van Duplex staal


30


Ferritisch

Chroom - Staal


C,N

31


Austeniet

1400 ºC

900 ºC

Austeniet

Ferriet

Ferriet

Korrelgroei

+


Austeniet

1400 ºC

900 ºC

Austenite

Ferriet

C - N

Lokale Martensiet

Ferriet

Korrelgroei

32


• Doorgaans alleen Cr als legeringselement met Fe

• Ferritsch bij alle temperaturen.

• Kunnen bros zijn bij kamer temperatuur.

• Kunnen niet gehard worden door warmte behandelingen en gevoelig voorkorrelgroei boven 950ºC

• Varatie Cr gehalte tussen 12 en 18%, maar met laag C en ferro-magnetisch.


Problemen bij het lassen

• Korrelgroei in de HAZ

• Lokaal Martensiet vorming op de korrelgrenzen

33


• Taai naar Bros overgang en niet geschikt voor lage temperatuurtoepassing

• Vervormingsmogelijkheden slechter dan Austenitisch CrNi

• Slechts beperkt toegepast in de apparatenbouw


Las-probleem HAZ

Voor Na het lassen

34


Austenitisch

Cr Ni staal


+ Ni + Ni

Ferriet Ferriet - Austeniet Austeniet

35


309 H (1.4828)X15 CrNiSi 20 12

310 H (1.4848)X40 CrNiSi 25 20

310 (1.4841)X15 CrNiSi 25 20

304 H (1.4948)X6 CrNi 18 11

304 ELX1 CrNi 19 11

304 (1.4301)X5 CrNi 18 10

304 L (1.4306)X2 CrNi 19 11

1.4465X2 CrNiMoN 25 25 2

347 (1.4550)X6 CrNiNb 18 10

321 (1.4541)X6 CrNiTi 18 10

304 Si (1.4361)X1 CrNiSi 18 15

310 L (1.4335)X1 CrNi 25 21

+ 2 – 2,5% Mo

1.4362 /UNS 32304X2 CrNiN 23 4

304 LN (1.4311)X2 CrNiN 18 10


• Toepassing waar ferro-magnetisme is niet toegestaan.

• Ferromagnetisme kan optreden door kouddeformatie.

• Toepassing van lage tot hoge temperaturen.

• Hoge uitzettingscoefficient.

• Slechte warmtegeleiding

• Hoge rek

36



Lassen van Austenitisch CrNi-staal

Gevoeligheid voor warmscheuren en liquation scheuren.

Verschillende orientaties :

• centerline cracks• transverse cracks• micro scheurtjes in onderliggend lasmetaal of HAZ

Aanwezigheid van Ferriet vermindert warmscheurvorming omdatin Ferriet P, S, Nb, Si beter oplossen dan in Austeniet.

3-8 % ferriet is meestal voldoende !!!

37


• De austenitische CrNi staalsoorten zijn over het algemeengoed te lassen.

• De thermische geleiding is de helft van de ferritschelegeringen, derhalve warmte-inbreng om zelfde penetratie tekrijgen is lager.

Pas op met doorbranden van de grondlaag

Uitzetting is groot grote krimp


Geen problemen

Warmscheuren

38


Heat Input !! Interpass !!


39


Duplex

Stainless Steel


Microstructuurliquidvloeistof

Walsen + Warmtebehandelen

α

α α

αα

αα

α

40


Microstructuur


Stainless Steel Family

Carbon Steel

Chromium Stainless 18-8 Stainless

High Alloy Ferritics Low Alloy Duplex 316

22-5 Duplex High Alloy

Super Feritics Super duplex Super Aust.

Safurex Nickel Alloys

Ferritcs Duplex Austenitics

41


Duplex staal


Duplex staal

• Duplex heeft een twee – fase structuur met ongeveer 50 / 50 Ferriet en Austeniet

• De samenstelling ligt in de range van 22-26% Cr, 4-7% Ni ,

0-3% Mo en Stikstof (0.1-0.3%)

• Duplex heeft grotere sterkte dan Austenitisch RVS en verbeterde corrosie eigenschappen

42


Eisen

Basis materiaal 40 – 60 % Ferriet

Las 30 – 70 % Ferriet

H.A.Z 30 – 70 % Ferriet


43


Weld Spatter Arc Strike


Vuistregels SMAW

• DC neg. voor grondnaad

• DC pos. voor vullen en sluiten

• Laselektroden met aangepaste analyse: 8-9% Nikkel

• Liever kleinere diameters dan grotere (1-stap terug t.o.v. CrNi )

• Controleer elektroden op beschadigingen

• Conditioneer elektroden , geopende pakken bakken op

225º -250 ºC / 1,5 – 2 uur (of advies fabrikant)

44


• Interpass temperatuur < 150 º C , meestal wordt 120 ºC gehanteerd

• Start op flank en niet op oppervlak

• Maak geen arc-strikes

• Gebruik juiste aardklem

• Las in snoeren

• Las met korte boog • Pas op met turbulentie

• Zwaaien max. 3 x diameter draad

• Las in meerdere lagen

• Las in dunne lagen i.v.m. ontgassing smeltbad


• Hechten controleren en evt. verwijderen, hebben doorgaans te hoog ferriet en kans op scheurtjes

Hecht met aangepast lastoevoegmateriaalIn vergelijking met CrNi moeten de hechten langer zijn en met een korter interval.

Volg je de hecht-regels van CrNi heb je kans dat je scheurtjes krijgt door de hogere lasspanning bij Duplex.

• Stopplaatsen en kraters uitslijpen, bezitten vrijwel altijd porositeit en scheurtjes onder 45º

• Verwijder spatten

• Verwijder slakresten

• Bij pijpen eerste twee lagen GTAW, backing handhaven tot lasdikte > 7mm

45


Diameter elektrode mm Stroom A Spanning V Uittreklengte mm

2 35-60 22-28 50-70

2.5 40-75 22-28 80-120

3.25 70-110 22-28 150-200

4 110-140 22-28 200-250

Lasparameters 8 KJ/cm ≤ Warmte-inbreng ≤ 15 KJ/cm

• Niet voorwarmen

• Geen warmtebehandelingen na het lassen


Vuistregels GTAW

• Lastoevoegmateriaal heeft 8 - 9 % Nikkel

• Beschermgas Argon ( Argon + 1- 2 % Stikstof )

• Gebruik gaslens

• Maak de naden dicht

• Géén arc – strikes

46


• Dikke grondnaad en cold pass afh. van type Duplex

• Interpass temp. < 150 ºC , doorgaans max. 120 ºC

• DC neg. op toorts

• Meet Zuurstof in backing

• Zuurstof in backing < 50 ppm

Daling CPT bij 100 ppm ca. 10 ºC

• Backing met Ar , Ar+N2 , N2


• Uitstekende toorts max. 2-3 maal diameter (N-opname)

• Warmte-inbreng 8-15 KJ/cm

Daling CPT bij warmte-inbreng > 18 KJ/cm

• Pas op met turbulentie

• Korte boog

• Start op naadvoorbewerking

• Las in snoeren, zwaaien < 3 x draad diam.

47


• Meerlagig lassen

• Pas op met Waterstof mengsels in backing

• Lassen zonder lastoevoegmateriaal, cosmetisch lassen of

dressing is verboden

• Handhaaf backing tot > 7 mm lasdikte

• Niet voorwarmen

• Geen warmtebehandelingen na het lassen


GTAW

Zonder lastoevoegmateriaal Met lastoevoegmateriaal

48


Cold Pass Technique

Cold Pass Technique Transformation Zones.

Lincoln


Gietijzer

49



Zwavel Magnesium

Lamellair Nodulair

50


Typen Gietijzer

• Grijs (lamellar) gietijzer meest toegepast

• Ductiel (nodulair) gietijzer

• Wit gietijzer

• Smeedbaar gietijzer


Ferritisch grijs gietijzer Perlitisch grijs gietijzer Ferritsch nodulair gietijzer

Wit gietijzer

51


Afkoelsnelheid

Hoog onderdrukt grafietvorming wit

Groot verschil in wanddikte

dikkere secties grijs

dunne secties wit


Snelle afkoeling + Fe3C Wit gietijzer

Langzame afkoeling + Grafiet Grijs gietijzer

+ Fe3C + Grafiet

Perlitisch grijsgietijzer Ferritisch grijsgietijzer

52


Het gaat meestal om reparaties

Porositeit

Zandinsluitingen Nieuw werk

Scheuren

Scheuren

Slijtageplekken Gebruikte

Afgebroken stukken


Lasbaarheid Gietijzer

- Wit gietijzer niet lasbaar , zeer bros

- Grijs gietijzer minder bros

- Vervuild oud gietijzer geeft extra problemen

53


Lassen

Problematiek

Hoog Koolstofgehalte Witstolling en Martensiet

Stollingskrimp

Lage taaiheid


Dus

- Witstolling voorkomen

- Martensiet voorkomen

- Vrije laten krimp

- Warmrekken

54


Voorwarmen Koudlassen

of


Voorbereiding Basismateriaal

55


Afboren scheureinde

Afboren scheureinde


Warm Lassen ca. 600 ºC

- Tegen gaan van ledeburiet vorming

- Geen martensiet vorming

- Minder krimp

- Toevoegmateriaal Si gietijzer

56


- Beperken ledeburiet vorming

- Toevoegmateriaal Ni of NiFe


Koud lassen < 300 ºC

- Goed reinigen

- Afgeronde naadvorm

- Scheuren afboren

- Slecht lasbaar evt. lasnaadversterking toepassen

- Symmetrische lasvolgorde

- Zo laag mogelijke warmte inbreng

- Niet zwaaien

- Interpass < 60 C

- Rupslengte ca. 10 x elektrode diameter

- Warme lasmetaal hameren

- Ontsteek op vorige rups

- Kritische toepassingen butteren

57


Metallocking


Lasgroep Zuid Limburg Metaalkunde Lastechniek

Documents

Transcript of Lasgroep Zuid Limburg Metaalkunde Lastechniek