Schade-analyse lekvorming bij pijplassen

Het is algemeen bekend dat het oppervlak van een rvs las en omgeving na het lassen verminderd corrosiebestendig is. Dit is het gevolg van de vorming van een poreuze oxidehuid op het oppervlak. Dit proces wordt 'sealing' genoemd. In ernstige gevallen ontstaat aan de onderzijde van de las zgn. 'bloemkool', wat rood/oranje van kleur is en een uiterlijk heeft van kleine bloemkooltjes (3-5 mm doorsnede). Deze schade-analyse gaat in op lekvorming bij pijplassen ten gevolge van het negeren van deze oxidevorming.

Artikel gepubliceerd in Roestvast staal nummer 1 1988.

Schermgas en beitsen en passiveren

Bovenbeschreven overmatige oxidevorming kan worden tegengegaan door de lucht in de pijp te vervangen door een schermgas als argon. Indien men deze bescherming vakkundig uitvoert, wordt een oppervlak met een bevredigende corrosieweerstand verkregen. Echter de beste resultaten worden nog altijd verkregen door het pijpsysteem na het lassen tevens te spoelen met een beits- en passiveeroplossing. Soms worden bij minder kritische toepassingen als b.v. het transport van 'gewoon' drinkwater, maatregelen ter voorkoming of verwijdering van scale niet in acht genomen. Dat dit niet altijd even gunstig uitpakt zal aan de hand van het volgende schadegeval worden beschreven:

Schadegeval

Een 4 km lang leidingnet voor transport van drinkwater, was opgetrokken uit rvs AISI 304L. Een gedeelte van de lassen was in de werkplaats gelegd, de rest was gelegd tijdens de installatie van het leidingnet. Gebruik van schermgas bij installatielassen is vaak gecompliceerd vanwege de toegankelijkheid van de binnenzijde van de pijp voor het gas. Dit was misschien de reden dat in dit geval de meeste van deze lassen onvoldoende of niet door het schermgas werden beschermd. Ter verwijdering van de gevormde scale is geen beits- of passiveerbehandeling uitgevoerd. Na het lassen heeft men alleen de buitenkant van de pijp gepassiveerd. Deze behandeling wordt vaak vanuit esthetisch oogpunt uitgevoerd, waarbij over het hoofd wordt gezien dat vanuit corrosietechnisch oogpunt beter de binnenkant een chemische oppervlaktebehandeling kan krijgen.

Lekvorming

Na installatie is het gehele systeem gespoeld en gecontroleerd op eventuele lekken, welke niet aanwezig bleken te zijn . Vervolgens heeft het geheel, nog gedeeltelijk met water gevuld, gedurende drie weken stilgestaan. De eerste lekken toonden zich na twee maanden gebruik. In de daaropvolgende tijd, werden wekelijks nieuwe lekken waargenomen allen in of heel dicht bij de las. Het uiterlijk was van alle lekken ongeveer gelijk en wordt getoond op foto 1 (bruine vlekken op en onmiddellijk naast de las en druppelsporen). De meeste lekken lieten slechts druppelgewijs water door, sommige waren na enige tijd weer (tijdelijk) dichtgeslibt met corrosieprodukten. Dergelijke lekken werden door de gebruiker van de installatie gerepareerd door ze dicht te lassen. De kwaliteit van deze reparatielassen was zeer slecht waardoor sommige gerepareerde lekken opnieuw ontstonden. De lekken bevonden zich alleen in de lassen welke tijdens de insta llatie waren gelegd.


Afb. 1. Uiterlijk van een lek (zie pijl}, deze vlekken zijn donkerbruin van kleur.
 

Metallografisch onderzoek van de lekken

Afb. 2 toont een doorsnede van een lek. Vaak blijken deze le kken op de overgang lasmetaal/pijpmetaal te initiëren. De hoofdoorzaak van de lekvorming is een slechte kwaliteit oxidehuid waardoor het onderliggende oppervlak niet goed beschermd is. Waarschijnlijk is de lekvorming al onmiddellijk na het spoelen en afpersen van de leidingen begonnen. Stilstaand water is corrosiever dan stromend water. De putten initiëren preferent op de grens lasmetaal/basismetaal omdat aldaar een overgang in microstructuur plaatsvindt. Vaak breidt de put zich door het lasmetaal uit, waarna het proces uiteindlijk in een lek resulteert. Ferriethoudend lasmetaal is gevoeliger voor corrosie dan het pijpmetaaL Afhankelijk van de eisen m.b.t. corrosiebestendigheid wordt gesteld dat het ferrietgehalte van een las 0-8% ferriet mag bedragen. Het meest gebruikelijke is een las met een ferrietgehalte van 6%. Afb. 3 toont een schets van de microstructuur van lasmetaaL De ferrietfase bevindt zich in de vorm van kleine eilandjes in het interdendritisch materiaal. De ferrieteilandjes maken het interdendritisch materiaal onedeler dan het dendritische materiaal, waardoor het interdendritische materiaal in oplossing gaat en de dendrieten kathodisch worden beschermd (principe van galvanische corrosie). Afb. 4 toont een microfoto van de wand van de put, hierop is duidelijk te zien dat het interdendritische materiaal selectief wordt aangetast.


Afb. 2. Doorsnede van een lek (gepolijst). Aan beide zijden van de las heeft zich een put ontwikkeld, wat uiteindelijk in lekvorming resulteerde.


Afb. 3. Principeschets van de microstructuur van lasmetaal. De ferrieteilandjes bevinden zich tussen de dendrieten.



Afb. 4. Microfoto van de wand van een put. Het interdendritische materiaal wordt selectief aangetast. Vergroting: 500x.

Soms zet dit proces zich zover voort dat er in de put een 'spons' van dendrieten ontstaat. Op het eerste gezicht lijkt deze 'spons' op een slakinsluitsel. onder de microscoop is echter te zien dat de gepolijste doorsnede van de 'spons' bestaat uit een netwerk van metaaldendrieten met daartussen lucht of corrosieprodukten (zie afb. 5). Na verloop van tijd zullen ook de dendrieten oplossen, waardoor de 'spons' verdwijnt en er een gat overblijft.


Afb. 5. Microstructuur van sponsachtig materiaal in een put. Wit is metaal, zwart is lucht of corrosieprodukt. Duidelijk is nog de dendrietstructuur te herkennen. Vergroting: 100x .

Reparatie

In dit geval bevatte 33% van de lassen welke tijdens de installatie waren gelegd één of meerdere lekken. Aangenomen kan worden dat het aantal putten (beginnende lekken) in deze lassen vele malen hoger is dan het aantal lekken. Met andere woorden; de schade is aanzienlijk. Allereerst is voor een grondige reparatie van belang dat alle lekken en putten volledig worden verwijderd. In de praktijk zal dit er op neer komen dat de meeste lassen moeten worden vervangen, temeer omdat inspectie van binnenuit vrijwel onmogelijk is. Na het lassen moet het gehele systeem worden gebeitst en gepassiveerd, waardoor het binnenoppervlak van de pijp een optimale corrosieweerstand krijgt.

Conclusie

Gezien de schade welke kan ontstaan, is het raadzaam overmatige oxidevorming tijdens het lassen altijd te voorkomen of te verwijderen. Dit ongeacht het milieu wat door de pijpen stroomt. Voor optimale corrosieweerstand moet de binnenzijde van het pijpsysteem worden gebeitst en gepassiveerd.