Rostvrij Staal Lassen: Technieken & Tips voor Professionals

Inleiding tot Rostvrij Staal

Voordat men met het lassen van roestvrij staal begint, moet men een globale beschrijving van het materiaal geven. Roestvrije stalen vormen een klasse van ijzeren materialen die een bepaalde weerstand tegen roest en corrosie in sommige omgevingen hebben, door de aanwezigheid van chroom in hun samenstelling. Chroom helpt een zware, ondoorlatende laag chroomoxide op het oppervlak van het materiaal te produceren, wat het oppervlak beschermt tegen roest en corrosie. Men moet zich bewust zijn dat de uitdrukking "roestvrij staal" een enorme klasse verschillende materialen vertegenwoordigt. Het is geen technische term die een specifiek metaal identificeert en kan niet voor praktische doeleinden als inkopen gebruikt worden.

Drie Klassen

De drie meer algemene klassen van roestvrije stalen – Austenitisch, Ferritisch, en Martensitisch – worden aangegeven door verwijzing naar hun metallurgische structuur. Specifieker, ze gebruiken een identifier die verwijst naar het uiterlijk van hun microstructuur, zoals gezien onder de microscoop of door röntgendiffractie. Deze microstructuren kunnen in bepaalde stalen aanwezig zijn, dus worden ze gebruikt om de heersende structuur in het roestvrije staal aan te geven. De eigenschappen van elke klasse kunnen het lasproces op verschillende manieren beïnvloeden, dus is het belangrijk om van tevoren te identificeren welk type gebruikt wordt.

1. Austenitisch

Bij het lassen van roestvrij staal, worden austenitische roestvrije stalen beschouwd als de makkelijkst te lassen van de drie klassen. Ze zijn bekend als de "300 serie", wat verwijst naar een standaardclassificatie ontstaan door het American Iron and Steel Institute (AISI) en de Society of Automotive Engineers (SAE). Een belangrijke subklasse, bekend als "18/8", heeft legeringselementen die 18 procent chroom en acht procent nikkel zijn.

Hoofdkenmerken van austenitische roestvrije stalen zijn als volgt:

• Niet magnetisch of slechts licht magnetisch
• Niet aangevallen door een 10 procent oplossing van salpeterzuur (HNO3) in alcohol
• Verhardt niet door enige warmtebehandeling
• Koudverharding - Nogal duktil en gemakkelijk deformeerbaar door mechanische bewerking wat zowel hardheid als sterkte verhoogt
• Gemakkelijk te lassen, met de nodige voorzorgsmaatregelen
• Warmtegeleiding tussen een derde en een half van die van andere stalen
• Uitzettingscoëfficiënt van warmte door 30-40 procent, soms zelfs 50%

Bij het lassen van roestvrije stalen beïnvloeden de twee laatste kenmerken de uitkomst op verschillende manieren, wat grotere vervorming produceert dan bij andere stalen.

Niet alle austenitische roestvrije stalen van de 300-serie hebben gelijke lasbaarheid. De toevoeging van zwavel of selenium om de bewerkbaarheid te verbeteren (zoals in Type 303) resulteert in ernstige laskraking bij hitte, wat dit specifieke materiaal "niet lasbaar" maakt.

Wees voorzichtig bij het lassen van austenitische roestvrije stalen. De corrosieweerstandskenmerken van deze roestvrije stalen kunnen nadelig beïnvloed worden door het sensibilisatieproces, dat optreedt bij temperatuurbereiken van 600 tot 900 Celsius (1100 tot 1650 Fahrenheit). Dit bevordert de ophoping van chroomcarbiden aan korngrenzen en de parallele verlies van anticorrosief chroom uit het basismetaal.

Het bovenstaande temperatuurbereik treedt natuurlijk op, niet in de laszone waar de temperatuur hoger is en slechts korte tijd duurt, maar in de twee stroken metaal aan elke kant van de lasnaad. Dit is de Warmtebeïnvloede Zone (WBZ) waar de schadelijke effecten plaatsvinden.

In een gesensitiseerd las, wordt het chroom, wat het belangrijkste "roestvrije" ingrediënt is, gesequestreerd of uit spel gezet en lokaal onbeschikbaar voor de beschermende actie. Als niet correct aangepakt, kan lassen van roestvrij 18/8 stalen leiden tot verlies van hun beschermende eigenschap langs gesensitiseerde paden, en het gelaste materiaal wordt vatbaar voor interkristallijne aanval in een corrosieve omgeving.

Er zijn drie strategieën die ingezet kunnen worden om de nadelige effecten van het sensibilisatieproces in serie 300 roestvrije stalen te verminderen. Een is het gebruik van een zeer laag koolstofversie (bijv. 304L waar L staat voor laag-koolstof) waar niet veel koolstof beschikbaar is voor het maken van chroomcarbiden.

Een andere strategie is het gebruik van een ander type basismetaal dat titanium (type 321) of columbium (type 347) bevat, die titanium- of columbiumcarbiden zullen vormen, waardoor het koolstof onbeschikbaar wordt voor chroom tijdens het sensibilisatieproces. Dit laat het chroom vrij om zijn anticorrosieve taken uit te voeren.

Let op: Het vullingmetaal voor dit materiaal, indien vereist, moet altijd columbium zijn. Waarom? Omdat titanium reactief is en niet gemakkelijk teruggewonnen wordt tijdens depositie. Dit betekent dat het niet beschikbaar zou zijn wanneer het het meest nodig is. Columbium daarentegen is niet reactief. Het blijft op zijn plaats tijdens het smeltproces, en wanneer het materiaal wordt opgeverwarmd tot het sensibilisatietemperatuurbereik, zal het de taak doen van het produceren van columbiumcarbiden, de dag redden.

De derde strategie is het uitvoeren van een oplossingswarmtebehandeling bij verhoogde temperatuur (1050 Celsius of 1900 Fahrenheit), wat corrosiegevoeligheid zou herstellen. Deze strategie brengt een vaste oplossing van chroomcarbiden in, die ontstaan tijdens het las-sensibilisatieproces van regulier 18/8 roestvrij staal. Dit proces confronteert echter problemen zoals zware oxidevorming als niet uitgevoerd in vacuüm of andere beschermende atmosfeer, vrij van verontreinigingen. Type 309 en 310, gebruikt voor verhoogde temperatuuraanwendingen, en type 316 of beter type 316L gebruikt voor verbeterde corrosieweerstand, zijn doorgaans niet gevoelig voor sensibilisatie en worden gebruikt met vullingsdraden van vergelijkbare samenstelling.

2. Ferritisch

De tweede klasse van roestvrij staal heet ferritisch roestvrij staal. Dit staal is ferromagnetisch, maar kan niet verhard door warmtebehandeling. Dit is een veelvoorkomend type roestvrij staal gebruikt in auto-uitlaatcomponenten. Een beperkte hoeveelheid ferritische structuur, wanneer aanwezig in een anders voornamelijk austenitische structuur, wordt als gunstig beschouwd in het sens dat het de kansen op hete kraking vermindert. Lassen van ferritische roestvrije stalen kan gemakkelijk uitgevoerd worden met booglassen processen, ofwel met ferritisch of austenitisch vullingsmetaal. Een na-las warmtebehandeling kan nodig zijn om eigenschappen te verbeteren.

3. Martensitisch

Martensitische roestvrije stalen zijn magnetisch en volledig in staat om verhard te worden door warmtebehandeling. Lassen van roestvrij staal van dit type wordt niet aanbevolen, hoewel haalbaar met speciale technieken. Lassen kan kraken produceren, zeker als de koolstofgehalte niet voldoende laag is. Voorverhitting en na-verhitting behandelingen kunnen noodzakelijk zijn.

Een Laatste Klasse

Om het overzicht van het lassen van roestvrij staal te voltooien, moet men een vierde klasse materialen noemen die niet boven vermeld is – uitvalsharderbare (PH) roestvrije stalen, die tamelijk gemakkelijk lasbaar zijn. Echter, nauwkeurige instructies moeten worden gevolgd betreffende warmtebehandelingen om de vereiste eigenschappen te ontwikkelen.

Lasprocessen voor Rostvrij Staal

Er zijn veel verschillende soorten lassen die gebruikt kunnen worden bij het lassen van roestvrij staal. Ze hebben allemaal hun voor- en nadelen, en ze vereisen allemaal specifieke instructies om een correcte, sterke las elke keer te garanderen.

Wrijvingslassen

Wrijvingslassen van roestvrije stalen levert bijna geen problemen op, behalve voor de vrijkopende typen roestvrij staal die helemaal niet gelast mogen worden. Het wordt gebruikt voor het lassen van roestvrij staal niet alleen aan andere roestvrij staal werkstukken, maar ook aan verschillende metalen zoals koper en aluminium. Men moet zich altijd bewust zijn van het materiaaltype en de toestand voor het lassen, alsook de effecten van warmte bij de naad. Sommige elementen zoals zwavel of selenium kunnen de uiteindelijke soliditeit van gelaste naden compromitteren.

Weerstandslassen

Weerstandslassen kan in de meeste roestvrije stalen gebruikt worden. 300-serie austenitisch staal van de 300-serie kan gemakkelijk weerstandslassen gebruiken, evenals ferritische stalen. Echter, martensitische roestvrije stalen kunnen een probleem vormen omdat het lasresultaat broos is, tenzij voldoende verzacht door een na-las aanlaagbehandeling.

Het weerstandslassenproces wordt momenteel gebruikt op roestvrij staal met aanpassingen om rekening te houden met de verschillen in elektrische weerstand en lage warmtegeleiding, alsook hoge coëfficiënt thermische uitbuiging, hogere smelttemperatuur, en hoge sterkte bij verhoogde temperaturen. Elektrodekracht is meer verhoogd, terwijl tijd en stroom minder zijn voor laagkoolstofstalen.

Alle roestvrije stalen moeten niet alleen schoongemaakt worden van vuil, olie, vet, of verf voor het weerstandslassenproces (of elk lasproces), maar ze moeten ook schoongemaakt worden van de natuurlijk vormende chroomoxidelaag. Dit moet verwijderd worden met een roestvrij staal draadborstel.

Booglassen

Booglassen kan gebruikt worden bij het lassen van roestvrij staal, zolang de juiste flux gebruikt wordt. Dit maakt het proces veel minder vatbaar voor TIG-lassen, tenzij er geen andere keuze beschikbaar is. TIG-lassen van roestvrij staal vereist het elimineren van alle resten van flux op het onderdeel na het lasproces, wat de operatie verlengt en de kosten verhoogt. Booglassen wordt algemeen gebruikt, met nauwkeurige aandacht voor de klasse en de toestand van het gelaste materiaal, alsook het in de gaten houden van sensibilisatie en vervormingen.

Alle typen boogprocessen kunnen ingezet worden voor het lassen van roestvrije stalen met de nodige aandacht voor naadvorm, afmetingen en voorbereiding. Met name Shielded Metal Arc Welding (SMAW) wordt breed gebruikt vanwege de flexibiliteit. Het moet worden opgemerkt dat elektrodens in twee typen komen betreffende de bedekkingscompositie, wat de keuze van de te gebruiken stroom kan beïnvloeden.

Er zijn veel vullingsmetalen die tijdens het boogproces gebruikt kunnen worden. De classificatie voor roestvrij staal vullingsmetalen kan gevonden worden in de American Welding Society's AWS A5.9/A5.9M:2006 – Specificatie voor Kaal Roestvrij Staal Las Elektroden en Staven.

Elektronenbundel Lassen

Elektronenbundel lassen (EBL) van roestvrije stalen wordt gemakkelijk uitgevoerd met goede resultaten, zelfs in zeer diepe lassen. De opmerkelijk hoge diepte-tot-breedte verhouding stelt EBL in staat om configuraties te verbinden die niet mogelijk zijn met andere middelen. Met de warmte-invoer die laag is en de warmtebeïnvloede zone een beperkte omvang heeft, is er vaak geen opmerkelijke schade aan de mechanische eigenschappen zodat verdere warmtebehandeling niet vereist is.

Laserlassen

Laserlassen kan ook gebruikt worden bij het lassen van roestvrije stalen, zolang voorzorgsmaatregelen getroffen zijn om het lassen van de lucht te isoleren en de schade-eigenschappen die verkregen worden tijdens de warmtebehandeling te beperken.

Uiteindelijk is roestvrij staal lassen geen ingewikkeld proces. Het vereist alleen aandacht voor detail wanneer het gaat om werkstukmaterialen, vullingsmetalen, en het type las dat gebruikt wordt. Als al dat op orde is, kunt u succesvol uw roestvrij staal onderdelen lassen.

Contact RobotWorx

Heeft u interesse in meer informatie over het lassen van roestvrij staal of de robots die dit soort lassen kunnen uitvoeren? Dan moet u RobotWorx bellen! RobotWorx biedt oplossingen van verschillende robotica-bedrijven, waaronder Fanuc, Motoman, KUKA, Universal Robots, en ABB. Wij dragen een verscheidenheid aan robots die aan uw roestvrij staal lasbehoeftes voldoen. Voor meer informatie, contacteer RobotWorx online of op 877-762-6881.