Lasbaarheid van ferritisch rvs

Groep II-legeringen
 

Om de lasbaarheid wat te verbeteren zijn verscheidene standaard ferrieten gemodificeerd. Groep II ferritisch RVS, dat minder chroom en koolstof bevat en waaraan ferrietstabilisatoren zijn toegevoegd, is opgesomd in tabel 2. Type 405 bijvoorbeeld, bevat nominaal 12% Cr, bevat minder koolstof en er is 0,20% aluminium bijgelegeerd om austenietvorming bij hoge temperatuur te beperken, zodat harding tijdens lassen wordt verlaagd. Voor maximale corrosieweerstand en taaiheid, is gloeien na lassen noodzakelijk. Voor lassen wordt lastoevoeg-metaal van het type 430 of 309 aanbevolen, waarbij laatstgenoemde wordt gebruikt als verhoogde taaiheid van de las wordt gevraagd. Type 409 is een van de meest gebruikte ferritische RVS-typen. Deze legering, waaraan titanium is toegevoegd, wordt heel veel gebruikt voor automobiel-uitlaatsystemen en wordt vaak weerstandgelast.

Groep III-legeringen
 

Als er aan ferritisch RVS meer chroom en molybdeen wordt toegevoegd, dan verkrijgt het een gunstige combinatie van weerstand tegen uniforme corrosie, putcorrosie en spanningscorrosie.

 

Lasbaarheid
 

De term lasbaarheid geeft het gemak aan waarmee goede lassen kunnen worden gemaakt en de geschiktheid van deze lassen om met bevredigend resultaat in de praktijk te worden gebruikt. Het is daarom noodzakelijk dat lasbaarheid mechanische aspecten omvat zoals sterkte, taaiheid en kerfslagsterkte alsmede corrosie-aspecten zoals de weerstand tegen interkristallijne aantasting, scheurvormende spanningscorrosie en uniforme corrosie. De relatieve prestaties en lasbaarheid van ferritische legeringen kunnen het best worden bepaald door het kerfslaggedrag van dit staal te vergelijken. Voorts moeten kerfslagproeven op de WBZ en de las worden inbegrepen bij de kwalificatie voor zowel de lasprocedurespecificatie als de lassersbekwaamheidskwalificatie voor dit staal. Naast bepaling van de Charpy-V-kerfslagenergie (waarbij ook de bros-taaiovergang wordt onderzocht), dienen voor een grondige analyse van de lasbaarheid ook de laterale uitzetting en percentage taaie breuk van de proefstukken te worden vastgesteld. Door de jaren heen zijn er twee opvattingen ontstaan over hoe groep III ferritisch RVS te lassen. De ene beveelt aan om ze te lassen zoals ook austenitisch RVS wordt gelast en de andere is van mening dat er extra zorg moet worden besteed en het gebruik van aangepaste technieken, meer in de trant van het lassen van bijvoorbeeld van titanium. Voor groep III-legeringen is extra zorg en speciale technieken noodzakelijk. Voor het lassen van legeringen van groep I is ook speciale zorg nodig, terwijl legeringen uit groep II vrij routinematig kunnen worden gelast. De unieke eigenschappen in gelaste toestand van groep III ferritisch RVS zijn mogelijk gemaakt door het verkrijgen van hetzij zeer lage verontreinigingsniveaus, waarin zijn inbegrepen koolstof, stikstof en zuurstof (ultra-zuivere legeringen), hetzij door een zorgvuldige balans tussen niobium en/of titanium om het koolstof-, stikstof- en zuurstofgehalte te evenaren (middelmatig zuivere legeringen). Om deze redenen dient elke voorzorgsmaatregel te worden genomen en moeten lasprocedures worden gekozen waarbij de gasbescherming en reinheid optimaal zijn om opname van koolstof, stikstof, zuurstof en waterstof te voorkomen. Autogene lassen in ferritisch RVS vertonen betrekkelijk simpele microstructuren. De korrelgrootte neemt toe van de rand van de WBZ tot aan de fusielijn. In ongestabiliseerde of met niobium gestabiliseerde lassen strekken zich stengelvormige korrels uit van de fusielijn tot waar ze een welgedefinieerde middellijn tegenkomen. In met titanium of met titanium en niobium gestabiliseerde lassen, is er sprake van een kenmerkende overgang van stengelvormige korrels nabij de fusielijn naar willekeurig geöriënteerde korrels in de buurt van het midden van de las. Laatstgenoemde structuur vertoont een grotere neiging tot warmscheuren. Bij ferritisch RVS met lager chroomgehalte of hoog koolstofgehalte, zoals de typen 409, 430, 434, 442 en 446, kan er tijdens lassen martensiet worden gevormd. In de gelaste toestand kan de taai-brosovergangstemperatuur makkelijk boven kamertemperatuur liggen, wat gepaard gaat met verhoogde gevoeligheid voor lasscheuring tijdens en na afkoeling vanuit de gesmolten toestand. Voorzichtigheid is geboden bij het maken van lassen onder hoge spanning of in dikwandige werkstukken. Voorwarmen is onder deze omstandigheden een mogelijkheid om de afkoelsnelheid wat te vertragen en om spanningen die aanleiding kunnen zijn tot scheuring wat te verminderen. Een verder woord van waarschuwing met betrekking tot de selectie van voorwarm- en lasparameters: ze kunnen hogere warmte-inbreng en voorwarmen lasscheuring verminderen in sommige ferritische RVS-typen, en er kan wel korrelgroei in de WBZ optreden. Buitensporige korrelgroei kan verlies van breuksterkte, taaiheid en corrosieweerstand veroorzaken. Onder bepaalde omstandigheden kan er na het lassen worden zachtgegloeid om martensiet te verwijderen. In dat geval zullen de ferrietkorrels die al waren uitgegroeid dit nog verder doen. Zachtgloeien na lassen is in het algemeen een dure aangelegenheid, kan vervormingen veroorzaken en is te velde in het algemeen niet praktisch uitvoerbaar. Zachtgloeien van buisvormige producten in de fabriek vormt de uitzondering en wordt als standaardprocedure uitgevoerd. Dit zachtgloeien van buizen vindt plaats met hoge snelheid en wordt gevolgd door afschrikken. Ongeacht het gebruikte lasproces, zijn lasnaadvoorbereiding en grondige reiniging met een oplosmiddel dat geen residu achterlaat aan beide zijden van de naad (binnen en buiten) van het hoogste belang.

classificatie EWTh-2) aanbevolen met afgeschuinde punt. Oxidatie van de elektrodepunt of opname van lastoevoeg-metaal is onacceptabel vanwege de resulterende afname van de boogstabiliteit. Als dit plaatsvindt, dan moet het lassen worden gestopt en de elektrode weer in orde worden gemaakt. Om de laskwaliteit te optimaliseren, dienen een gaslens en de grootst mogelijke keramische uitstroommond te worden gebruikt. Bij automatische processen met hogere snelheden is een nalopende beschermgasmantel aan te bevelen om mogelijke oxidatie van de las te voorkomen. Argon, helium, of mengsels van beide kunnen worden gebruikt als beschermgas. Er dient uitsluitend van hoogzuiver gas gebruik te worden gemaakt. Standaard lasgas kan inadequaat zijn vanwege cilinderverontreiniging en standaard gascilinders zijn niet gecertificeerd met betrekking tot het zuiverheidsniveau. Bij volledige doorlassing of bij het lassen van dunwandig materiaal waar oxidatie van de achterkant kan optreden, is gebruik van tegengas noodzakelijk. Bij het lassen van austenitisch RVS is het normaal om stikstof als tegengas te gebruiken (gewoonlijk om de kosten te verlagen of om het corrosiegedrag van deze legeringen te versterken). Bij het lassen van ferritisch RVS mag nooit gebruik worden gemaakt van stikstof als tegengas omdat stikstofopname ernstige verbrossing (verlies van taaiheid en sterkte) veroorzaakt. Er moet gebruik worden gemaakt van inert tegengas voor tenminste twee lagen neergesmolten lasmetaal (minimaal 3 mm). Een andere gangbare techniek die wordt gebruikt bij het lassen van austenitisch RVS is het stomp tegen elkaar plaatsen van twee stukken metaal en deze aan één kant te lassen. Hierna de achterkant schuren tot er blank metaal tevoorschijn komt en dan aan de achterkant een las leggen zodat er een volledige verbinding is ontstaan. Deze procedure moet nooit worden geprobeerd bij het lassen van ferritisch RVS, omdat mogelijk niet al het verontreinigde metaal wordt verwijderd. Er kan dan een defectieve, scheurgevoelige ferritische las ontstaan. Om laskwaliteit en prestaties te verbeteren, met name bij de groep III-legeringen, worden de volgende procedures aanbevolen:

• Grondig reinigen van de laskanten en aangrenzend metaal tot tenminste 50 mm aan beide kanten. Dit geldt ook voor het lasdraad.
• Laswerk mag alleen worden uitgevoerd met schone handschoenen. Er mogen nooit vuile, bezwete of vochtige handschoenen worden gebruikt.
• Houd de lastoorts onder rechte hoeken met het lasoppervlak binnen 15° met de verticaal om toegang van lucht in de schermgasmantel te verhinderen.
• Gaslensschermen die zijn verontreinigd met een of meer lasspetters moeten onmiddellijk worden vervangen, omdat het verbreken van de gasstroom vanuit de uitstroommond van de toorts aanzuiging van lucht veroorzaakt in de laspoel. Verwijdering van verontreinigd lasmetaal wordt aanbevolen. Gewoonlijk dient de lens te worden vervangen.
• Zwaaien van de elektrode is niet toegestaan, met uitzondering van een licht zwaaien om te komen tot goede kant-inbranding. Buitensporig zwaaien veroorzaakt contaminatie van de laspoel, met als gevolg verlies aan breuksterkte, taaiheid en corrosieweerstand.

• Kortsluitlassen, dat met de laagste warmte-inbreng gepaard gaat van alle MIG-processen. Er doen zich echter vaak fouten voor in de vorm van gebrekkige fusie, indien de juiste technieken niet worden gevolgd.

Hoewel korrelgroei tot op zekere hoogte kan worden beheerst met hogere voortgangsnelheden, lagere interpass-temperaturen en warmteputten, moet men voortdurend op zijn hoede zijn voor lasfouten zoals gebrekkige fusie en onvoldoende inbranding. In sommige gevallen kan het gebruik van austenitisch lastoevoegmetaal het probleem van korrelgroei overwinnen vanwege de vorming van een tweefasige korrelstructuur. De korrelgroei in de WBZ mag niet worden vergeten bij het gebruik van dit lastoevoegmetaal. Bij het lassen van ferritisch en austenitisch RVS met het MIG-proces met een standaard energiebron, wordt gewoonlijk geen gebruik gemaakt van zuiver argon als beschermgas vanwege booginstabiliteit, waardoor er lucht kan worden aangezogen. Dan wordt de laspoel verrijkt met stikstof en zuurstof. In de elektrode-positief toestand, zwerft de boog en zoekt plaatsen met een emissief karakter, meestal oxiden. Dit onregelmatig booggedrag veroorzaakt verstoring van de laminaire stroming van het inerte gas, hetgeen weer resulteert in aanzuiging van lucht in de gasmantel. Een manier om het boogzwerven het hoofd te bieden is toevoeging van een oxiderend element aan het beschermgas. Argon met 2% zuurstof of met 2% kooldioxide, gas dat typisch wordt gebruikt voor het lassen van koolstofstaal, laaggelegeerd staal en austenitisch RVS, wordt eveneens aanbevolen voor ferritisch RVS. Hoewel dit bevredigend schijnt voor de gestabiliseerde ferrieten uit groep II, waar het merendeel van de toepassingen ligt in uitlaatsystemen voor auto’s (type 409), mogen deze actieve, oxiderende beschermgassen nooit worden gebruikt voor de hogerzuivere ferrieten uit groep III, gestabiliseerd of niet, omdat dit gas een dramatisch nadelig effect heeft op sterkte en taaiheid. Andere onderzoekers hebben aangetoond dat het boogzwerven kan worden verholpen door een argon-helium mengsel te gebruiken, meestal 75Ar-25He, en door ervoor te zorgen dat het gas is gezuiverd en vrij is van verontreinigingen zoals lucht, vocht en koolwaterstoffen. Door te kiezen voor hoogzuiver inert gas in plaats van voor een mengsel dat reactieve gassen bevat, zoals zuurstof en kooldioxide, worden kritische legeringselementen zoals titanium, niobium, aluminium en chroom niet weggenomen door oxidatie.
 

Lassen met gevulde draad

Lassen met gevulde draad verloopt ongeveer net als MIG-lassen, behalve dat in plaats van een massieve draad nu een omhulling wordt gebruikt die is gemaakt van koolstofstaal, RVS of nikkel. De draad is gevuld met een kern bestaande uit legeringselementen in hoeveelheden die overeenkomen met de gewenste lassamenstelling. Sommige gevulde draadsoorten bevatten actieve fluxmiddelen, terwijl andere die niet bevatten. In sommige gevallen bevelen draadfabrikanten het gebruik aan van een beschermgasmantel en soms is het draad zelfbeschermend. Het is belangrijk om de verwerkingskarakteristieken van het draad te kennen en om te weten wanneer er beschermgas moet worden gebruikt, hetgeen betere resultaten geeft. De voordelen van het gebruik van beschermgas, zoals besproken bij MIG-lassen kunnen ook hier gelden. Het lassen met gevulde draad is niet aan te bevelen voor groep III ferritisch RVS omdat het moeilijk is om de zuiverheid van de legering te handhaven en vanwege de opname van koolstof, stikstof en zuurstof. Lassen die zijn gelegd met gevulde draad zijn nooit zo zuiver als die, welke zijn geproduceerd met massieve draad onder beschermgas. Voor minder kritische toepassingen of waar een austenitisch lastoevoegmetaal kan worden gebruikt, kan lassen met gevulde draad mogelijk zijn. Omdat er wordt gelast in het sproeigebied, is er sprake van hogere warmte-inbreng, waardoor korrelgroei op de loer ligt.
 

• Net als bij alle andere lasprocessen moeten de te lassen oppervlakken aan beide zijden zorgvuldig worden gereinigd om vuil, vet, olie enz. te verwijderen.
• De boog moet worden gestart op de afschuining van laskant en niet op het aangrenzende basismetaal.
• Er moet een korte boog worden gehandhaafd om vorming van porositeiten te vermijden en om oxidatie-effecten en opname van zuurstof en stikstof tot een minimum te beperken.
• De elektrode moet een hoek met de verticaal maken van niet meer dan 20°.
• Licht zwaaien van de toorts is toegestaan, zolang de zwaai niet meer is dan drie keer de diameter van de kerndraad.
• Kraterscheuren bij lasstops moeten worden uitgeslepen alvorens verder te gaan.
   

Weerstandslassen

Puntlassen, naadlassen en flitslassen zijn te gebruiken zolang het verlies aan sterkte aanvaardbaar is. Waar mogelijk moet gebruik worden gemaakt van argon beschermgas om de lasnaad (inclusief de achterkant) te beschermen tegen oxidatie en opname van stikstof. Met titanium gestabiliseerde typen schijnen beter bestand te zijn tegen de effecten van stikstofopname tengevolge van matige afscherming dan de hoogzuivere typen. Dit is kennelijk het gevolg van de vorming van een beschermende TiN-film die de laspoel afdekt.
 

Plasmalassen

Plasmalassen van ferritisch RVS komt sterk overeen met TIG-lassen en dezelfde voorzorgen en aanbevelingen gelden. Men moet net als bij TIG-lassen, voorzichtig zijn met het gebruik van waterstofgas bij plasmalassen. Er kan direct na het lassen verbrossing van het staal optreden. Het merendeel van de waterstof diffundeert binnen 48 uur na het lassen het staal uit, waarna de taaiheid weer is hersteld. De situatie is kritischer bij typen met hogere chroomgehaltes. Een voordeel van plasmalassen is het ontstaan van een zeer smalle WBZ en diepe penetratie, smaller en dieper dan bij het TIG-proces. Er zal dus ook minder korrelgroei in de WBZ optreden dan in geval van TIG-lassen.
 

Overige lasprocessen

Ferritisch roestvast is makkelijk te lassen met het elektronenstraalproces onder hoogvacuüm. Wrijvingslassen en laserstraallassen zijn eveneens bruikbaar. Indien mogelijk, dient de laspoel te worden beschermd met een gasmantel. Onder-poederlassen kan worden toegepast voor het verbinden van ferritisch RVS, maar de hoge warmte-inbreng die met dit proces gepaard gaat, brengt ongewenste korrelgroei met zich mee in de WBZ. Opmenging kan meer dan 50% bedragen. Onder-poederlassen is ongeschikt voor de groep III-legeringen en eigenlijk ook niet geschikt voor de meeste andere legeringen.