VM85 Kwaliteitsborgingsaspecten bij de vervaardiging van ... - Induteq

47
Hoofdstuk 4
Krimp en vervorming
4.1 Krimp
Krimpen is een belangrijke factor bij de lastechniek en dientengevolge
van invloed op de kwaliteit van de las, respectievelijk
lasconstructie.
Het krimpen en de bijbehorende verschijnselen behoren tot
de grootste problemen die de lastechniek kent.
Definitie krimp:
"Krimp is de afname van het volume ("volumekrimp"), als
gevolg van de temperatuurdaling, zonder dat er een faseovergang
plaatsvindt".
Naast het krimpen komt het verschijnsel slinken voor,
waarvan de definitie als volgt luidt:
"Slink is de afname van het volume, als gevolg van de
overgang van de vloeibare naar de vaste fase".
Aan krimpen gaat verwarming vooraf. Bij het lassen wordt
plaatselijk warmte in de te verbinden delen gebracht.
Deze warmte wordt door de geleiding van het materiaal
verspreid.
Door het vullen van een naad (figuur 4.1) met vloeibaar
lasmetaal, en dus het verwarmen van het basismateriaal,
bewegen de punten A en B naar elkaar toe (geldt voor een
ingespannen lasverbinding als I en II niet vrij kunnen bewegen).
Bij de afkoeling van de las wordt de afstand AB kleiner,
doordat de krimp van het lasmetaal aanzienlijk groter is
dan de krimp bij het afkoelen van het ingespannen basismateriaal.
figuur 4.1 AB wordt kleiner door:
- uitzetting I en II
- krimpen van het lasmetaal
Elke verwarming veroorzaakt uitzetting en elke afkoeling
veroorzaakt krimp. Hieruit volgt de basisregel voor krimpen:
"Alle lassen zijn kleiner, dat wil zeggen korter, smaller en
dunner, dan de voorbewerkte naad".
Langs experimentele weg is vastgesteld, dat de uiteindelijke
inhoud van een V-las circa 20% minder is dan de oorspronkelijke
inhoud van de V-naad op tekening.
Deze vermindering van de oorspronkelijke inhoud treedt het
sterkst op bij kleine afmetingen van de platen en indien ze
vrij zijn opgelegd.
Indien echter het uitzetten en/of het krimpen worden belemmerd,
ontstaan er hoge inwendige spanningen, waarbij
de vloeigrens wordt overschreden en als gevolg waarvan
elastische/plastische vervormingen ontstaan.
Figuur 4.2 toont de vervorming tengevolge van het lassen
van een V-naad. De vrij opgelegde platen van de a-symmetrische
verbinding vervormen door de dwarskrimp.
figuur 4.2 Krimpvervorming van een asymmetrische las
AB krimpt meer dan CD (AB>CD). De krimp van de bovenste
lagen in de V-naad wordt tegengewerkt door de
onderste lagen.
Hierdoor ontstaan spanningen en vervormingen.
Zoals reeds eerder opgemerkt, treedt de krimp in alle richtingen
op. Bij een las kunnen we onderscheiden (figuur 4.3):
diktekrimp;
lengtekrimp;
dwarskrimp.
figuur 4.3 Krimp in alle richtingen
Sterke belemmering van de krimp treedt op in de langsrichting
van een las. In die richting treden derhalve hoge
trekspanningen op. Van minder sterke belemmering is doorgaans
sprake in de dwarsrichting, zodat ook de spanningen
in die richting in het algemeen lager zijn.
De belemmering en de resulterende spanning in de dikterichting
spelen alleen een rol bij lassen in dik materiaal.
Het ontstaan van spanningen en vervormingen is een onprettige
bijkomstigheid van het lassen en het beheersen
en/of minimaliseren ervan is erg belangrijk.
Kennis van krimp en vervorming is één van de voorwaarden
met betrekking tot de kwaliteitsbeheersing bij het lassen.
De literatuur is een belangrijk hulpmiddel bij de start.
Ervaring opdoen is dan ook hetgeen waar alles om draait
bij krimp en vervorming.
De belangrijkste grootheden bij de laskrimp zijn de langskrimpkracht
F l en de daarbij behorende langskrimpspanning,
de dwarskrimp d en de hoekverdraaiing β (zie figuur 4.4).
Uit een eenvoudige berekening blijkt, dat de langskrimpspanning
in de las, na afkoeling tot omgevingstemperatuur,
vrijwel altijd de vloeigrenswaarde (trekspanning) heeft.
Onderzoek naar de invloed van de lasomstandigheden en
de lasuitvoering op de krimpverschijnselen heeft een aantal
krimpregels opgeleverd.
figuur 4.4 Krimpgrootheden
4.2 Enkele krimpregels
Ingespannen lassen: kleine krimpvervorming en grote
krimpspanning.
Vrijliggend lassen: grote krimpvervorming en kleine krimpspanning.
Hoge begintemperatuur: weinig krimp.
Lage begintemperatuur: veel krimp.
Grote lassnelheid: weinig krimp.
Kleine lassnelheid: veel krimp.
Veel lagen: veel krimp.
Weinig lagen: weinig krimp.
Dunne platen: veel krimpvervorming weinig krimpspanning.