Waarom is het lassen van hoog koolstofstaal zo'n uitdaging? Dit artikel gaat in op de unieke moeilijkheden die gepaard gaan met dit materiaal, zoals de neiging om brosse martensiet te vormen, wat kan leiden tot scheuren. Je leert over de speciale lastechnieken die nodig zijn en de preventieve maatregelen die nodig zijn om de structurele integriteit te waarborgen. Ontdek hoe je lasbaarheidsproblemen kunt beheersen en welke voorzorgsmaatregelen je kunt nemen om succesvol te lassen met hoog koolstofstaal. Lees verder voor een beter begrip van deze kritieke lasoverwegingen.
Staal met een hoog koolstofgehalte wordt gekenmerkt door een koolstofgehalte van meer dan 0,6%, wat de metallurgische eigenschappen en fabricageprocessen aanzienlijk beïnvloedt. Deze staalsoort vertoont een verhoogde gevoeligheid voor uitharding in vergelijking met staal met een gemiddeld koolstofgehalte, waarbij martensietstructuren met een hoog koolstofgehalte worden gevormd die gevoelig zijn voor koudscheuren.
Tijdens het lassen ondergaat de warmte-beïnvloede zone (HAZ) van staal met een hoog koolstofgehalte een snelle transformatie, wat resulteert in de vorming van martensiet. Deze microstructuur is weliswaar uitzonderlijk hard, maar inherent bros. Bijgevolg worden de plasticiteit en taaiheid van de lasverbinding aanzienlijk aangetast, wat leidt tot een slechte lasbaarheid. Om de integriteit en prestaties van de verbinding te behouden, moeten speciale lastechnieken en -procedures worden toegepast.
Vanwege deze lasuitdagingen is staal met een hoog koolstofgehalte over het algemeen niet de eerste keuze voor gelaste constructietoepassingen. De uitzonderlijke hardheid en slijtvastheid maken het echter van onschatbare waarde voor specifieke machineonderdelen zoals roterende assen, grote tandwielen en koppelingen. Deze onderdelen moeten vaak gelast worden om het materiaalgebruik te optimaliseren en productieprocessen te stroomlijnen.
Bij de productie van zware machines kan het lassen van onderdelen van koolstofstaal onvermijdelijk zijn. Bij het ontwikkelen van lasprocedures voor dergelijke toepassingen is een uitgebreide analyse van potentiële lasdefecten van cruciaal belang. Deze analyse moet leiden tot de implementatie van geschikte lasprocesparameters, waaronder:
1.1 Lasmethoden
Hoog koolstofstaal, gewaardeerd om zijn uitzonderlijke hardheid en slijtvastheid, wordt voornamelijk gelast met SMAW (Shielded Metal Arc welding), GMAW (Gas Metal Arc welding) of SAW (Submerged Arc welding). Elke methode biedt verschillende voordelen, afhankelijk van de specifieke toepassing en omgevingsomstandigheden.
1.2 Lasverbruiksartikelen
De selectie van lastoevoegmaterialen voor hoog koolstofstaal is kritisch en hoeft niet altijd de sterkte van de lasverbinding af te stemmen op het basismetaal.
Voor SMAW hebben elektroden met een laag waterstofgehalte de voorkeur vanwege hun:
Als het nodig is om de sterkte van het lasmetaal en het basismetaal op elkaar af te stemmen, kies dan een waterstofarme elektrode van de juiste sterkteklasse. Omgekeerd, als het niet essentieel is dat de sterkte overeenkomt, kies dan voor een waterstofarme elektrode met een iets lagere sterkte dan het basismetaal. Het is cruciaal om elektroden met een hogere sterkte dan het basismetaal te vermijden om mogelijke lasscheuren te voorkomen.
In scenario's waar voorverwarmen niet haalbaar is, kunnen austenitische roestvaststalen elektroden worden gebruikt. Deze elektroden produceren een austenitische lasstructuur met een superieure plasticiteit en scheurvastheid, waardoor het risico op koudscheuren in de warmte-beïnvloede zone (HAZ) effectief wordt beperkt.
1.3 Voorbereiding van de verbinding
Om koolstofverdunning in het lasmetaal te minimaliseren, is het essentieel om de smeltverhouding te verlagen. U-vormige of V-vormige groeven worden vaak gebruikt om dit te bereiken. Een goede voorbereiding van het oppervlak is essentieel; zorg voor een grondige reiniging van alle olieresten of roest binnen een straal van 20 mm aan beide zijden van de groef vóór het lassen.
1.4 Voorverwarmen
Bij gebruik van elektroden voor constructiestaal is voorverwarmen verplicht en moet dit gebeuren vóór het lassen. De optimale voorverwarmingstemperatuur ligt meestal tussen 250°C en 350°C, afhankelijk van het koolstofgehalte en de dikte van de doorsnede van het staal.
1.5 Interpass Beheer
Voor meerlaags en meerlaags lassen:
1.6 Warmtebehandeling na het lassen (PWHT)
Laat het werkstuk onmiddellijk na het lassen spanningsarmgloeien:
Staal met een hoog koolstofgehalte heeft een sterke neiging tot uitharden, waardoor het gevoelig is voor zowel hete scheuren en koudscheuren tijdens het lassen.
(1) Controle van de chemische samenstelling van lassen
Strikte controle van het zwavel- en fosforgehalte is cruciaal, omdat deze elementen de gevoeligheid voor warmscheuren aanzienlijk kunnen verhogen. Tegelijkertijd kan het verhogen van het mangaangehalte binnen de gespecificeerde grenzen de microstructuur van de las verbeteren, de vervormbaarheid verhogen en de neiging tot ontmenging verminderen. Voor hogesterktestalen kun je micro-gelegeerde elementen zoals niobium of vanadium overwegen om de korrelstructuur te verfijnen en de scheurvastheid te verbeteren.
(2) Optimalisatie van de vorm van de lasdoorsnede
De aspectratio van de las (verhouding tussen diepte en breedte) moet zorgvuldig worden gecontroleerd, waarbij meestal een waarde tussen 0,8 en 1,2 wordt aangehouden. Dit bereik helpt de segregatie in de middellijn te minimaliseren en zorgt voor voldoende inbranding. Overweeg voor dikke secties het gebruik van lastechnieken met smalle spleten om optimale aspectratio's te bereiken en restspanningen te verminderen.
(3) Beheer van de stijfheid van het lasstuk
Pas voor lassen met een hoge stijfheid een uitgebreide lasstrategie toe:
(4) Technieken voor thermisch beheer
Implementeer gericht thermisch beheer:
(5) Optimalisatie van elektrode- en fluxsamenstelling
Verhoog de basiciteitsindex van elektroden of fluxen tot meestal boven 1,5. Dit:
(1) Voorverwarmen en gecontroleerd koelen
Het voorverwarmen van het basismetaal vóór het lassen en het toepassen van gecontroleerde koeling na het lassen zijn kritieke strategieën om koudscheuren te beperken. Voorverwarmen vermindert de koelsnelheid, waardoor de vorming van brosse microstructuren in de warmte-beïnvloede zone (HAZ) wordt geminimaliseerd. Gecontroleerde koeling, vaak bereikt door het gebruik van thermische dekens of ovens, zorgt voor geleidelijke temperatuurverlaging, waardoor waterstofdiffusie uit het lasmetaal en de HAZ wordt bevorderd. De optimale voorverwarmingstemperatuur en koelsnelheid hangen af van factoren zoals materiaalsamenstelling, doorsnedededikte en waterstofgehalte van de lastoevoegmaterialen.
(2) Selectie van geschikte lasparameters
Het kiezen van geschikte lasparameters is cruciaal voor het voorkomen van koudscheuren. Dit omvat het kiezen van de juiste lasstroom, spanning, verplaatsingssnelheid en warmte-inbreng. Een lagere warmte-inbreng resulteert over het algemeen in een snellere afkoeling, waardoor het risico op koudscheuren toeneemt. Omgekeerd kan een te hoge warmte-inbreng leiden tot korrelverkleining en verminderde taaiheid. Gepulseerde lastechnieken kunnen voordelen bieden bij het regelen van de warmte-inbreng en koelsnelheden, vooral voor gevoelige materialen.
(3) Implementatie van de juiste montage- en lasvolgorde
Een goed ontworpen assemblage en lasvolgorde vermindert spanningen in lasverbindingen aanzienlijk, waardoor de algehele spanningstoestand van het laswerk verbetert. Technieken zoals backstep-lassen, overslaan van lasnaden of het gebruik van gebalanceerde lasreeksen kunnen de warmte gelijkmatiger verdelen en vervorming minimaliseren. 3D-modellering en lassimulatiesoftware kunnen waardevolle hulpmiddelen zijn bij het optimaliseren van deze lasreeksen voor complexe constructies.
(4) Correcte selectie en hantering van lastoevoegmaterialen
De keuze van lastoevoegmaterialen speelt een belangrijke rol bij het voorkomen van koudscheuren. Elektroden met een laag waterstofgehalte (bijv. E7018 voor staal) hebben de voorkeur voor gevoelige materialen. De juiste opslag, behandeling en voorbereiding van de lastoevoegmaterialen zijn net zo belangrijk. Lasstaven en vloeimiddelen moeten worden opgeslagen in een gecontroleerde omgeving en vlak voor gebruik worden gebakken volgens de specificaties van de fabrikant om vochtabsorptie te minimaliseren. Voor vloeimiddel- en metaalgevulde draden is de keuze van het juiste beschermgasmengsel ook cruciaal.
(5) Grondige voorbereiding van het oppervlak
Een zorgvuldige voorbereiding van het oppervlak is essentieel om het risico op koudscheuren te verminderen. Dit omvat niet alleen het verwijderen van zichtbare verontreinigingen zoals water, roest en olie, maar ook het verwijderen van minder voor de hand liggende waterstofbronnen zoals walshuid, verf en organische resten. Technieken zoals slijpen, staalborstelen of stralen moeten worden toegepast, indien nodig gevolgd door reiniging met geschikte oplosmiddelen. Voor kritieke toepassingen kan de zuiverheid van het oppervlak worden geverifieerd met methoden zoals de waterbreuktest.
(6) Dehydrogenatiebehandeling
Een dehydrogenatiebehandeling onmiddellijk vóór het lassen is een effectieve maatregel om het waterstofgehalte in het lasgebied te verminderen. Dit kan uitgebreide voorverwarming inhouden of het gebruik van speciale verwarmingstechnieken zoals inductieverwarming. De behandelingstemperatuur en -duur moeten zorgvuldig worden geregeld op basis van de materiaaleigenschappen en -dikte om een effectieve waterstofverwijdering te garanderen zonder de microstructuur van het basismetaal nadelig te beïnvloeden.
(7) Warmtebehandeling na het lassen (PWHT)
Warmtebehandeling na het lassen, inclusief spanningsarmgloeien, is een cruciale stap in het voorkomen van vertraagd koudscheuren. PWHT dient meerdere doelen: het vermindert restspanningen, bevordert waterstofdiffusie uit de las en kan de microstructuur van de HAZ en het lasmetaal verbeteren. De specifieke PWHT-parameters (temperatuur, wachttijd en koelsnelheid) moeten worden afgestemd op het materiaal en de eisen van de lasverbinding. Voor grote constructies kunnen lokale PWHT-technieken met inductie- of weerstandsverhitting worden gebruikt als volledige ovenbehandeling onpraktisch is.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO