Het lassen van staal

Laag gelegeerd staal met een hoge sterkte vertegenwoordigt het grootste deel van het resterende staal in het systeem van de AISI-aanduidingen. Deze staaltypen wordt gelast met de E-80XX, E-90XX en E-100XX klasse van beklede laselektroden. Het is tevens zo dat voor deze staaltypen het achtervoegsel aan het classificatienummer van de elektrode wordt gebruikt. Dit artikel geeft informatie over het lassen van staal met een laag koolstofgehalte en van laag gelegeerd staal, het lassen van medium koolstofstaal, het lassen van staal met een hoog koolstofgehalte, het lassen van chroomstaal met een laag nikkelgehalte, het lassen van staal met een laag mangaangehalte en het lassen van laag gelegeerd chroomstaal.

Bijna 85% van het geproduceerde en gebruikte metaal is staal. De term staal omvat veel metaaltypen, die hoofdzakelijk van ijzer zijn gemaakt. Staal is een legering van ijzer en koolstof, maar staal bevat meestal ook andere metalen zoals mangaan, chroom, nikkel, enz., en niet-metalen zoals koolstof, silicium, fosfor, zwavel en andere stoffen. Er zijn zoveel verschillende typen en soorten staal, dat het soms moeilijk is om het gebruikte staal te identificeren. Als voorbeeld is er constructiestaal, gietstaal, roestvast staal, gereedschapsstaal, heetgewalst staal, versterkingsstaal, laag gelegeerd staal met hoge sterkte, enz. Aan staal wordt soms een naam gegeven op basis van zijn belangrijkste legering, zoals koolstofstaal, chroom-mangaan staal, chroom-molybdeen staal, enz.
 

Staal met een laag koolstofgehalte en laag gelegeerd staal

Staaltypen met een laag koolstofgehalte vinden we onder andere in de AISI serie C-1008 tot C-1025. Het gehalte aan koolstof ligt in het bereik van 0,10 tot 0,25%, van mangaan tussen 0,25 en 1,5%, het gehalte aan fosfor is maximaal 0,4% en aan zwavel maximaal 0,5%. Deze staalsoorten worden hoofdzakelijk toegepast voor industriële fabricage en constructie. Ze zijn gemakkelijk te bewerken door booglassen, autogeen- en weerstandlassen.
Laag gelegeerd staal met hoge sterkte vertegenwoordigt het grootste deel van de overige staalsoorten in het systeem AISI-aanduidingen. Staal van dit type wordt gelast met de E-80XX, E-90XX en E-100XX klasse van beklede laselektroden. Ook voor deze staaltypen wordt het achtervoegsel aan het elektrode classificatienummer gebruikt. Zij omvatten staal met een laag mangaangehalte, staal met een laag tot gemiddeld nikkelgehalte, chroomstaal met een laag nikkelgehalte, molybdeenstaal, chroom-molybdeenstaal, en nikkel-chroom-molybdeenstaal. Deze legeringen zijn opgenomen in AISI-series 2315, 2515 en 2517. Het koolstofgehalte varieert van 0,12 tot 0,30%, het mangaangehalte van 0,40 tot 0,60%, het siliciumgehalte van 0,20 - 0,45% en het nikkelgehalte van 3,25 - 5,25%. Met uitzondering van extreem zware profielen is voorverwarmen niet noodzakelijk als het koolstofgehalte niet hoger is dan 0,15%. Bij een koolstofgehalte hoger dan 0,15% is, al naar gelang de dikte, voorverwarmen tot 260°C noodzakelijk.




 

In verband met afgeschermd booglassen is aandacht besteed aan de selectie van de klasse van beklede elektroden op basis van hun bruikbaarheidsfactoren. Alle in AWS-specificatie A5.1 beschreven elektroden kunnen worden gebruikt voor middelmatig en laag gelegeerd staal. De elektroden in de E-60XX- en E-70XX-klassen leveren een voldoende hoge sterkte om 100% lasrupsen in het staal te produceren . De rekgrens van elektroden zal in deze klassen de rekgrens van middelmatig en laag gelegeerd staal overtreffen. De E-60XX-klasse moet worden gebruikt voor staal met een rekgrens beneden 350 MPa en de E-70XX-klasse moet worden gebruikt voor lasstaal met een rekgrens beneden 420 MPa. Elektroden met een laag waterstofgehalte moeten worden gebruikt en het wordt aanbevolen om voor te verwarmen bij het lassen van zwaardere materialen, of verbindingen met een hoge trekvastheid. Gekozen moet worden voor de elektrode met de gewenste operationele kenmerken. Bij het lassen van de laag gelegeerd staal met hoge sterkte worden de verwerkingskarakteristieken van de elektrode als niet-relevant beschouwd, omdat elektroden in de E-80XX klassen en elektroden met hogere sterkte allemaal een laag waterstofgehalte hebben. Er is één uitzondering en dat is de E-XX10-klasse. Deze wordt getoond in de AWS-specificatie voor laag gelegeerde, met staal beklede booglaselektroden, AWS 5.5. Deze specificatie is complexer dan die voor zacht staalelektroden, ook al zijn er slechts twee basisklassen op elk sterkteniveau. Het niveau met de lagere sterkte omvat E-8010, E-XX15, E-XX16, en de populaire E-XX18-klassen.

Deze nieuwe informatie maakt het niet alleen mogelijk om de selectie van de beklede elektroden af te stemmen op de mechanische eigenschappen van het basismetaal, maar ook om deze ongeveer af te stemmen op de samenstelling van dit basismetaal. Om deze reden moet de samenstelling van het basismetaal en de mechanische eigenschappen bekend zijn, zodat de juiste te gebruiken beklede elektrode kan worden geselecteerd. De enige E-80XX of elektroden met hogere sterkte die geen bekleding met een laag waterstofgehalte hebben zijn de elektroden van het E-8010-type die speciaal zijn ontworpen voor het lassen van buizen. Deze met cellulose beklede elektroden met hoge sterkte zijn te gebruiken voor specifieke legeringen van stalen buizen. De met cellulose beklede elektroden hebben de eigenschap dat ze diep doordringen, waardoor ze in het hele land geschikt zijn voor het lassen van buizen. De theorie en praktijk is dat legeringen van stalen buizen naar verhouding dun zijn en bij verhoudingsgewijs hoge stroomsterktes gelast worden met elektroden die met cellulose bekleed zijn. Bovendien is elke lasgang heel dun en wordt het lasmetaal gedurende een lange periode verouderd alvorens de buisleiding in gebruik wordt genomen. Daardoor kan waterstof, dat mogelijk niet geabsorbeerd wordt, uit het metaal ontsnappen en daarmee de levensduur van de buisleiding niet nadelig beïnvloeden.

 

Machinestaal 

Machinestaal vinden we onder andere in de AISI series C-1020 tot C-1050. De samenstelling is vergelijkbaar met staal met een laag koolstofgehalte, alleen varieert het koolstofgehalte van 0,25 tot 0,50% en het mangaangehalte van 0,60 tot 1,65%. Bij hogere koolstof- en mangaangehaltes worden elektroden van het type met een laag waterstofgehalte aanbevolen, vooral voor dikkere profielen. Voorverwarmen kan nodig zijn en moet worden uitgevoerd bij een temperatuur tussen 150 en 260°C. Gloeien na het lassen wordt vaak gedaan om de spanning te reduceren en helpt bovendien de hardheid ten gevolge van het snelle afkoelen te verlagen. Medium koolstofstaal is gemakkelijk lasbaar als aan bovenstaande voorzorgsmaatregelen in acht worden genomen.

Deze staalsoorten kunnen volgens alle hierboven genoemde processen worden gelast.

Staal met een hoog koolstofgehalte

Staal met een hoog koolstofgehalte vinden we onder andere in de AISI series C-1050 tot C-1095. De samenstelling is vergelijkbaar met medium koolstofstaal, behalve dat koolstof in het bereik van 0,30 tot 1,00% ligt.
Bij het lassen van staal van deze klassen moeten speciale voorzorgsmaatregelen worden genomen. De elektroden met een laag waterstofgehalte moeten worden gebruikt en voorverwarmen vanaf 300-320°C is noodzakelijk, vooral als zwaardere profielen worden gelast. Meestal wordt een specificatie gegeven over een warmtenabehandeling, zoals spanningsverlichting of temperen.

Staal met een hoog koolstofgehalte kan volgens dezelfde eerder genoemde processen worden gelast.

Chroomstaal met een laag nikkelgehalte

Staalsoorten in deze groep zijn onder andere te vinden in AISI 3120, 3135, 3140, 3310, en 3316. Van deze staalsoorten ligt het gehalte van koolstof tussen 0,14 en 0,34%, van mangaan tussen 0,40-0,90%, van silicium tussen 0,20 en 0,35%, van nikkel tussen 1,10 en 3,75% en van chroom tussen 0,55 en 0,75%.
Dunne profielen van deze staalsoorten in het bereik met lagere koolstofgehaltes, kunnen zonder voorverwarmen worden gelast. Als het koolstofgehalte in het bereik van 0,20% ligt, moet worden voorverwarmd van 100 tot 150°C en bij hogere koolstofgehaltes is voorverwarmen tot 320°C noodzakelijk. De lasconstructie moet na het lassen spanningsvrij gegloeid zijn.

 

Staal met een laag mangaangehalte

Deze groep bevat onder andere de AISI-typen 1320, 1330, 1335, 1340, en 1345. In deze staalsoorten varieert het koolstofgehalte van 0,18-0,48%, het mangaangehalte van 1,60-1,90%, en het siliciumgehalte van 0,20-0,35%.
In het lage bereik van koolstof en mangaan is voorverwarmen is niet nodig. Voorverwarmen op 120-150°C is wenselijk naarmate het koolstofgehalte in de buurt komt van 0,25%, en een vereiste in het hogere bereik van mangaan. Dikkere profielen moeten worden voorverwarmd om bovenstaande waarde te verdubbelen. Een spanningsvrije warmtebehandeling wordt aanbevolen.

 

Laag gelegeerd chroomstaal

Deze groep bevat onder andere de AISI-typen 5015 tot 5160 en elektrisch ovenstaal van de typen 50100, 51100 en 52100. In deze staalsoorten varieert het koolstofgehalte van 0,12-1,10%, het mangaangehalte van 0,30-1,00%, het chroomgehalte van 0,20-1,60%, en het siliciumgehalte van 0,20-0,30%. Als koolstof in het lage gebied van het bereik ligt, kunnen deze staalsoorten zonder speciale voorzorgsmaatregelen worden gelast. Naarmate het koolstofgehalte toeneemt en naarmate het chroomgehalte toeneemt is een hoge hardbaarheid en voorverwarmen tot wel 400°C nodig, vooral voor zware profielen. Bij gebruik van het ondergedompeld booglasproces is het ook nodig om de samenstelling van de elektrode aan te passen op de samenstelling van het basismetaal. Er moet een smeltmiddel worden gebruikt dat geen elementen wegneemt of toevoegt aan het lasmetaal. Dankzij de hogere warmte-inbreng en de lagere koelsnelheden kan het voorverwarmen bij ondergedompeld booglassen meestal worden gereduceerd. Om er zeker van te zijn dat de afzetting op de ondergedompelde boog een laag waterstofgehalte heeft, moet het smeltmiddel droog zijn en moet de elektrode en het basismetaal schoon zijn. Bij gebruik van het gasbooglasproces moet een elektrode worden gekozen die bij het basismetaal past en het beschermgas moet zo worden gekozen dat overmatige oxidatie van het lasmetaal voorkomen wordt. Het voorverwarmen bij gasmetaalbooglassen (GMAW) moet in dezelfde volgorde plaatsvinden als bij afgeschermd metaalbooglassen (SMAW), aangezien de warmte-inbreng vergelijkbaar is.

Bij toepassing van booglassen met gevulde draad moet het door de gevulde draadelektrode geproduceerde neergeslagen lasmetaal overeenstemmen met het basismetaal dat gelast wordt. De vereisten voor wat betreft het voorverwarmen zijn vergelijkbaar met die bij gasbooglassen.

Als laag gelegeerd staal met hoge sterkte gelast wordt tot een kwaliteit met lage sterkte, moet de elektrode worden gekozen die past bij de sterkte van het staal met een lagere sterkte. De lasprocedure, dat wil zeggen voorverwarming, enz., moet geschikt zijn voor het staal met de hogere sterkte.