Go to top

Drieluik over toepassing van nikkel en nikkellegeringen Deel 3

Lage warmte-inbreng bepalend voor lasproces nikkellegeringen
 

Toepassing van nikkel en nikkellegeringen in de chemische, petrochemische en gaswinningindustrie, vereist bepaalde eigenschappen van genoemde materialen. Warmtebehandeling kan de mechanische eigenschappen beïnvloeden en er zijn specifieke aandachtspunten bij lassen van nikkel en nikkellegeringen. Hierover is reeds meer geschreven in deel 1 en 2 van dit drieluik. In deel 3 komen de lasprocessen zelf aan bod; welke lasprocessen kunnen worden ingezet bij nikkellegeringen en wat zijn de regels daarbij?

Auteurs Robert van Voorst en Karel Bekkers/ Titan Projects


Nikkellegeringen laten zich goed lassen. In principe zijn alle conventionele lasprocessen geschikt. We hebben het dan over lassen met beklede elektroden, TIG-lassen, MIG-lassen en OP-lassen of onderpoederdek-lassen. Belangrijk hierbij is wel dat er gelast wordt met een lage warmte-inbreng. Is dat niet of slecht mogelijk dan kan het zijn dat een bepaald lasproces economisch gezien beter niet ingezet kan worden. Genoemde processen worden een voor een onder de loep genomen.
 

Figuur 3.1 Lasnaadvormen toegepast bij het lassen met beklede elektroden.

Figuur 3.2 Schets van de lasnaadvorm voor het TIG-lassen.


A. Lassen met beklede elektroden
 

Een methode die veel wordt toegepast, is het lassen met beklede elektroden. Deze vorm van lassen levert nagenoeg geen problemen op. Wel moet worden voldaan aan bepaalde voorwaarden. Van groot belang is uit te gaan van schone lasnaden. Deze dienen te zijn ontdaan van al het vuil en vet. Anders kunnen er warmtescheuren optreden. Ook is het belangrijk te lassen met een lage warmte-inbreng. De toe te passen naadvormen, openingshoeken en staande delen moeten dan aan het materiaal worden aangepast (zie figuur 3.1).
Dit lasproces wordt vaak ingezet als er sprake is van lassen van dikke naden. De grondlaag of de ‘root’ is dan meestal al TIG-gelast. Dat is op zich een prima uitgangspunt. Wel moet, afhankelijk van de chemische samenstelling van de betreffende nikkellegering, de lasnaad worden aangepast.
Is de uitzettingscoëfficiënt van het legeringtype gelijk aan of gelijkend op die van corrosievast staal, dan moet dit legeringstype een lasnaadvoorbewerking ondergaan gelijk aan die van corrosievast staal.
Heeft het legeringstype een uitzettingscoëfficiënt gelijk aan die van ongelegeerd staal, – dan hebben we het over de hoog nikkelhoudende typen – dan heeft men wat meer ruimte nodig.
 

Figuur 3.3 Invloed van de slijphoek op het warmtetransport bij het TIG-lassen.
 

B. TIG-lassen
 

Bij het lassen van grondnaden en van dunne plaat wordt vaak TIG-lassen ingezet. De afkorting TIG staat voor ‘Tungsten Inert Gas’. Tungsten is de Engelse benaming van Wolfraam en verwijst naar het materiaal waarvan de niet-afsmeltende elektrode is gemaakt. Bij dit proces moet een grotere opening worden gekozen, wil het aan de dikvloeibaarheid van hoog nikkelhoudende legeringen tegemoet kunnen komen. Het inerte gas, wat men gebruikt om te lassen, is in de meeste gevallen argon of een mengsel van argon (70%) en helium (30%). Het voordeel van helium is dat het de boogspanning verhoogt. Daardoor verhoogt ook de boogwarmte. De aanvloeiing wordt hierdoor in veel gevallen positief beïnvloed. Hetzelfde effect kan men verkrijgen door toevoeging van waterstof (2%) aan het zuivere argon.

Aandachtspunten bij TIG-lassen
 

Bij TIG-lassen zijn de volgende regels belangrijk:
- Zorg dat de juiste lasnaadvorm wordt gekozen. Dat is belangrijk. Deze maakt het mogelijk het relatief dikvloeibare lasmetaal daar te brengen waar men het nodig heeft.
-  Houd rekening met de relatief geringe inbrandingsdiepte. De lasnaadvorm moet worden aangepast (zie figuur 3.2).
- Ga bij het pijplassen uit van een lanthaan of wolfraam cerium elektrode (2,4 mm diameter). Het toevoegmateriaal moet eenzelfde draaddiameter hebben. De vooropening zal in de meeste gevallen 3 tot 4 mm. zijn.
- Neem een lasnaadvoorbewerking, die een grotere vooropening geeft dan bij corrosievast staal.
- Slijp of schuur de oxidehuid, zodat deze wordt verwijderd. Borstelen om de naad te reinigen is niet voldoende. Het gaat om de oxidehuid van het te lassen werkstuk en de lasstaaf, maar ook de oxidehuid die ontstaat door de laswarmte van de voorgaande lasrups.
- Zorg voor een juiste bevestiging van de polen; de minpool aan de elektrode en de pluspool aan het werkstuk.
- Plak bij pijplassen de vooropening voor tweederde van de naad af. Dit kan bijvoorbeeld met aluminiumtape. Hiermee kan een goede gasbescherming worden gegarandeerd aan de binnenkant.
- Slijp de elektrode zodanig dat deze een lange punt heeft. Hierdoor wordt de zijkantwarmte bevorderd en het heeft een koelend effect op de punt van de elektrode (zie figuur 3.3).
- Gebruik indien mogelijk een gaslens.
- Gebruik in alle gevallen lastoevoegmateriaal. Warmscheuren en/of preferente corrosieve aantasting kan hiermee worden voorkomen.
- Let erop dat voor de gewenste constructie het juiste lastoevoegmateriaal wordt gekozen. Denk hierbij aan de afbrand en segregatie van bepaalde elementen.
- Knip, alvorens te herstarten, een stuk van circa 1 cm. van het lastoevoegmateriaal af. Doordat het laatste stukje meestal te sterk is geoxideerd, kan het oxide-insluitingen veroorzaken.
En als laatste:
- Zorg ervoor dat de lasstaaf in de inerte gasstroom blijft. Zo kan overmatige oxidatie worden voorkomen.
 

Figuur. 3.4 Lasnaadvormen toegepast bij het MIG-lassen.
 

C. MIG-lassen
 

Metal Inert Gas ofwel MIG-lassen is een lasproces, waarbij tijdens het lassen continu mechanisch een draad wordt aangevoerd. Tussen deze draad en het werkstuk wordt een plasmaboog gevormd. De draad dient enerzijds als elektrode en anderzijds smelt deze af en doet dienst als lastoevoegmateriaal. Ook hier is het essentieel om het werkstuk schoon te maken en schoon te werken. Daarnaast dient bij dit lasproces rekening gehouden te worden met een aantal regels:
- Maak, indien mogelijk, gebruik van een moderne transistorgestuurde stroombron.
- Las met een pulserende stroom.
- Kies voor een bepaalde toepassing voor een zo dik mogelijke draad.
- Gebruik als lasgas een argon/helium-mengsel of argon met toevoeging van waterstof.
- Kies, net als bij TIG-lassen, aangepaste lasnaadvormen (zie figuur 3.4).
- Gebruik een ‘liner’ van Teflon, zo wordt voorkomen dat de draad verontreinigt.
- Let op dat de lasstroom niet te hoog is. Te hoge lasstroom bij een bepaalde draaddiameter kan leiden tot onacceptabele oxidatie van de draad.
- Maak om kraterscheuren te voorkomen gebruik van kratervullers.
- Kies een goedafgestemde warmte-inbreng. Dat is, net als bij andere lasprocessen, heel belangrijk. Deze ligt op circa 1kJ/mm, met een interpass temperatuur van bij voorkeur 100oC (maximaal 150oC).

D. OP-lassen
 

De laatste jaren wordt het OP-lassen - of onderpoederdek-lassen - steeds meer toegepast. Bij dit lasproces wordt de lasdraad mechanisch vanaf een draadhaspel aangevoerd. De vlamboog wordt getrokken onder een afdekkende laag laspoeder. De slak, die wordt gevormd, beschermt het smeltbad tegen de invloeden van de lucht. Nieuw bij dit proces is dat men uitgaat van relatief dunne onderpoederdek-draden. De diameter varieert tussen de 1 en de 2,5 mm. Deze draden worden gekoppeld aan een laspoeder, dat hoog basisch is en een laag siliciumgehalte heeft. De laagdikten mogen niet meer zijn dan 2 á 3 mm, omdat anders het gevaar voor warmscheuren toeneemt, waardoor het economisch voordeel van dit proces wordt verlaagd.

Lassen van nikkel geclad materiaal
 

Geclad materiaal wordt gebruikt voor de uitrusting en plantconstructie in de chemische en petrochemische industrie, bij offshore-toepassingen zeewaterontzilting en zoutproductie (zie foto 1 ). Als basismateriaal bij het cladsteel gaat men veelal uit van koolstofstaal. Dit koolstofstaal wordt voorzien van een clad door middel van walsplatering, explosiecladding of oplassen (zie foto 2). De plateerlaag is vaak 2 tot 3 mm dik.
Voordat er gestart wordt met lassen, dient men zich af te vragen, welk lasproces men gaat inzetten voor het lassen van het koolstofstaal. Bij dikwandige constructies is dit meestal het SAW- en /of het FCAW-proces. De cladzijde wordt in de praktijk dikwijls gelast met het pulse GMAW-lasproces. Eventuele reparaties en bij moeilijk bereikbare locaties wordt veelal het GTAW-proces ingezet.
Uiteraard gelden voor het lassen van de cladzijde dezelfde voorzorgsmaatregelen als voor het lassen van nikkel. Zo moet men ook hier schoon en vetvrij werken, de oxidehuid verwijderen en zorg dragen voor een kleine opmenging met het koolstofstaal.
Bijzondere aandacht moet men schenken aan de te kiezen lasnaad. Foto 2 toont een veelvuldig voorkomende lasnaadvorm.
 

Relatie tussen de warmscheurgevoeligheid van nikkel-koper lasmetaal en het ijzergehalte (volgens Schaeffler).


Lasnaadvoorbereiding nikkel geclad materiaal
 

De lasnaadvoorbewerking wordt bij voorkeur mechanisch uitgevoerd. Als dit niet mogelijk is dan is plasmasnijden een optie. De naadvorm moet aangepast worden aan de moeilijker lasbaarheid van de hoog nikkelhoudende clad-legering. Deze is veelal dik stroperig en behoeft daardoor een grotere openingshoek. Het eventuele gevaar voor gasinsluitingen en optredende bindingsfouten kunnen hiermede worden voorkomen. Vooral de overgangen van clad naar het staal moeten goed worden afgedekt met het lastoevoegmateriaal.

Een goede uitvoering vergt goed opgeleide lassers en stelt vervolgens hoge eisen aan de tekenkamer en aan de begeleidende lasingenieurs. Het samenbouwen van de diverse onderdelen moet zodanig geschieden, dat de te lassen naden weinig tot geen ‘High-Low‘ vertonen en dat de elkaar opvolgende naden, qua naadvorm zo veel mogelijk aan elkaar identiek zijn. Bij voorkeur moet men streven naar lasposities onder de hand.
 

Lasdetail clad.
 

Bij het lassen van een monel gecladde constructie is het belangrijk dat het ijzergehalte in de laatste ‘runs’ gelijk of lager is dan het ijzergehalte van de uitgangslegering. Dit ter voorkoming van warmscheuren en/of een terugval in de corrosieweerstand. Controle hierop is geen overbodige luxe.
Om de zekerheid hierop te vergroten dient men meerdere dunne lagen aan te brengen. Is de lasnaad hiervoor ongeschikt geworden, moet men een situatie scheppen die dit toelaat, bijvoorbeeld door te slijpen.

Wordt aan deze eisen niet voldaan, dan kan vooral bij monel gecladde constructies ernstige corrosie optreden.
 

Foto 1. Inspectie van een Monel gecladde indamper.
 

Hiermee is een einde gekomen aan de drieluik, waarin u werd geïnformeerd over de toepassing van nikkel en nikkellegeringen, de eigenschappen van en de lasprocessen voor dit materiaal, dat zeer goed toepasbaar is binnen de chemische, petrochemische en gaswinningindustrie.



Klik hier voor deel 1.
Klik hier voor deel 2.

Nieuwsbrief

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief en blijf op de hoogte van alle niet te missen ontwikkelingen in de Aluminium en Roestvast Staal branche.

Velden met een * zijn verplicht