Constructiestaalsoorten met hoge sterkte.pdf - Induteq

Hoofdstuk 6
Het lassen van staalsoorten met hoge
sterkte
6.1 Inleiding
De moderne constructiestalen met hoge sterkte kunnen
met alle gebruikelijke lasprocessen worden gelast. In de
praktijk worden meestal het handlassen met beklede elektroden,
het MAG-lassen met zowel massieve, alsook gevulde
draad en het onder poeder lassen toegepast. Minder
gebruikelijk is het TIG-lassen, hoewel dit voor het lassen
van grondnaden in pijpen gebruikt kan worden.
Voor grote materiaaldikten zou ook het elektroslak-, alsook
het elektrogaslassen in aanmerking kunnen komen.
Door de grote hoeveelheid ingebrachte laswarmte leidt
dit echter tot een onacceptabele achteruitgang van de
mechanische eigenschappen in de door de laswarmte
beïnvloede zone.
Veelal wordt geëist dat de lasverbinding sterkte en taaiheidseigenschappen
bezit die overeenkomen met het basismateriaal.
Daardoor moet voor het lassen van de staalsoorten
met hoge sterkte bijna altijd een speciaal voor dit
doel ontwikkeld toevoegmateriaal worden gebruikt. Voor
de verschillende lasprocessen en staalsoorten staat een
ruime keuze ter beschikking.
6.2 Lastoevoegmaterialen
6.2.1 Beklede elektroden
Voor het lassen van staalsoorten met hoge sterkte worden
in de praktijk alleen basische elektroden gebruikt.
Bij de aanleg van bijvoorbeeld gastransportleidingen worden
ook cellulose-elektroden gebruikt voor het lassen van
de rondnaden in pijpleidingen. Deze blijven hier echter
buiten beschouwing.
Basische elektroden bezitten een bekleding, waarmee een
lasmetaal met een laag zuurstof- en waterstofgehalte
wordt verkregen. Hierdoor bezit het lasmetaal goede taaiheidseigenschappen
en is het, bij een goede lasuitvoering,
vrij van poreusheid of andere defecten.
Basische elektroden voor het lassen van de staalsoorten
met hoge sterkte zijn verkrijgbaar in een groot aantal varianten,
zowel voor wat betreft de laseigenschappen, als ook
de mechanische eigenschappen van het lasmetaal. De voor
de praktijk belangrijkste eigenschappen zijn vastgelegd in
verschillende normen, zoals de Europese normen EN 499
en EN 755, alsook de Amerikaanse norm ASME SFA 5.5.
Basische elektroden voor het lassen van de conventionele
constructiestalen bevatten alleen mangaan en silicium als
legeringselementen. Deze worden ook wel “ongelegeerde
elektroden” genoemd. Zij leveren een lasmetaal met een
zodanig hoge rekgrens, ca. 420 MPa, dat de toepassing
niet beperkt hoeft te blijven tot het lassen van ongelegeerd
constructiestaal alleen.
Moderne ongelegeerde basische elektroden leveren een
lasmetaal op met kerftaaiheden tot –40 ºC. Het mangaangehalte
(1,5 - 2%) en het koolstofgehalte leveren een
hoog gehalte aan het zogenaamde aciculaire ferriet in het
lasmetaal op. Dit als zowel met dunne snoeren, alsook
zwaaiend wordt gelast. Aciculaire ferriet is een zeer fijnkorrelige
ferritische fase, die bij de afkoeling uit de oorspronkelijke
austeniet kan ontstaan.
34
De eisen die de offshore-industrie stelt aan de ductiliteit
van het lasmetaal, CTOD waarden bij –10 ºC en kerfslagwaarden
bij –50 ºC, zijn voor de elektroden op alleen koolstof-mangaan
basis te hoog. Nikkel verhoogt de ductiliteit
van de ferritische fase bij lagere temperatuur, zonder
al te veel invloed op de sterkte van het lasmetaal. Echter,
nikkelpercentages boven 3% maken het lasmetaal warmscheurgevoelig.
Bovendien moet een eventueel spanningsarmgloeien
bij een lagere temperatuur worden uitgevoerd
om verbrossing te voorkomen. Tevens maakt nikkel het
lasmetaal gevoelig voor bepaalde vormen van corrosieve
aantasting, bijvoorbeeld in H 2 S milieu.
Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van elektroden met
maximaal 1% nikkel en een aangepast mangaangehalte.
De rekgrens en treksterkte van dit type lasmetaal liggen
wat hoger dan die van de ongelegeerde elektroden (ongeveer
20 MPa), de kerfslagwaarden zijn nog zeer goed
tot –60 ºC.
Daar de rekgrens en de treksterkte van dit type lasmetaal
slechts weinig hoger zijn dan van de ongelegeerde typen,
wordt dit soort elektroden ingezet voor staalsoorten met
een rekgrens tot 420 MPa. Het nikkelgehalte is nog zo
laag, dat het lasmetaal niet zeer gevoelig is voor H 2 S-corrosie.
Ook een spanningsarmgloeibehandeling heeft nog
geen sterke nadelige invloed.
Naast nikkel kunnen voor een hogere sterkte en/of hogere
taaiheid nog andere legeringselementen, zoals chroom en
molybdeen worden toegevoegd. Ook microlegeringselementen
zoals titaan en borium vinden toepassing. Het gehalte
aan schadelijke verontreinigingen, vooral zwavel en
fosfor, dient altijd te worden beperkt. Indien dit niet het
geval is, kan het lasmetaal gevoelig worden voor warmscheurvorming,
een te lage ductiliteit bezitten of eventueel
verbrossen bij een gloeibehandeling.
Voor de staalsoorten met hoge sterkte met een rekgrens
boven 460 MPa worden elektroden gebruikt met een hoger
nikkelgehalte of een combinatie van legeringselementen
zoals nikkel, chroom en molybdeen.
Elektroden met een hoger nikkelgehalte (2,5 tot maximaal
3,5% in verband met de toenemende warmscheurgevoeligheid
van het lasmetaal) kunnen worden gebruikt voor
staalsoorten met een rekgrens tot 460 MPa. In de praktijk
worden zij echter alleen gebruikt voor staalsoorten waaraan
hoge kerftaaiheidseisen worden gesteld, zoals bijvoorbeeld
bij –80 respectievelijk –100 ºC.
Voor het lassen van staalsoorten met een rekgrens van
460 MPa kunnen beter elektroden worden gebruikt die
naast een 0,5 tot 1% nikkel, nog 0,3 tot 0,6% molybdeen
bevatten. Hierdoor is het lasmetaal beduidend minder
gevoelig voor warmscheuren en voor verbrossing na
spanningsarmgloeien.
In Japan wordt het gebruik van titaan- en boriumhoudende
microgelegeerde, elektroden gepropageerd. Deze elementen
bevorderen de vorming van het aciculaire ferriet
in het lasmetaal, met een verhoging van de ductiliteit als
gevolg. Het stikstofgehalte moet echter beperkt blijven,
zodat moet worden gelast met een zeer korte booglengte.
Dit lasmetaal bezit, zelfs na spanningsarmgloeien, een relatief
hoge rekgrens en treksterkte, die bij normaliserend
gloeien verloren gaan.
Moet na het lassen een normaalgloeibehandeling worden
toegepast, dan moet een aangepast toevoegmateriaal
worden ingezet.
Er is kans op een aanzienlijk verschil in kerftaaiheid tussen
de grondlaag (root-area) en het oppervlak van een in meerlagen
gelegde las in een dikke plaat. De kerftaaiheid kan
in de grondlaag namelijk aanzienlijk lager zijn dan in de
sluitlaag van de las. Dit als gevolg van de gecombineerde
inwerking van de laswarmte van de op de grondnaad vol-