Roestvrij staal lassen

Inleiding tot roestvrij staal

Voordat u zich bezighoudt met het lassen van roestvrij staal, moet u een losse beschrijving van het materiaal geven. Roestvrij staal vertegenwoordigt een klasse van materialen op ijzerbasis die in sommige omgevingen een zekere weerstand tegen roest en corrosie hebben, vanwege de aanwezigheid van chroom in hun samenstelling. Chroom helpt bij het vormen van een taaie, ondoordringbare laag chroomoxide op het oppervlak van het materiaal, die het oppervlak beschermt tegen roest en corrosie. Men moet zich ervan bewust zijn dat de uitdrukking "roestvrij staal" een enorme klasse van verschillende materialen vertegenwoordigt. Het is geen technische term die een specifiek metaal identificeert en kan niet worden gebruikt voor praktische doeleinden zoals aankopen.

Drie Klassen

De drie meer algemene klassen van roestvast staal – austenitisch, ferritisch en martensitisch – worden aangeduid met verwijzing naar hun metallurgische structuur. Meer specifiek gebruiken ze een identifier die verwijst naar het uiterlijk van hun microstructuur, zoals gezien onder de microscoop of door röntgendiffractie. Deze microstructuren kunnen aanwezig zijn in bepaald staal, dus worden ze gebruikt om de heersende structuur in het roestvrij staal aan te geven. De eigenschappen van elke klasse kunnen het lasproces op verschillende manieren beïnvloeden, dus het is belangrijk om van tevoren vast te stellen welk type wordt gebruikt.

1. Austenitisch

Bij het lassen van roestvast staal wordt austenitisch roestvast staal beschouwd als het gemakkelijkst te lassen van de drie klassen. Ze staan ​​bekend als de "300-serie", wat verwijst naar een standaardclassificatie die is opgesteld 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 voor 18 procent uit chroom en voor acht procent uit nikkel bestaan.

De belangrijkste kenmerken van austenitisch roestvast staal zijn als volgt:

• Niet of slechts licht magnetisch
• Niet aangevallen door een 10 procent oplossing van salpeterzuur (HNO3) in alcohol
• Wordt niet hard door een warmtebehandeling
• Rekversteviging - Vrij ductiel en gemakkelijk vervormbaar door mechanische bewerking, wat zowel de hardheid als de sterkte verhoogt
• Makkelijk te lassen, met de nodige voorzorgsmaatregelen
• Thermische geleidbaarheid tussen een derde en de helft van die van andere staalsoorten
• Thermische uitzettingscoëfficiënt met 30-40 procent, soms zelfs 50%

Bij het lassen van roestvast staal hebben de laatste twee eigenschappen op verschillende manieren invloed op het resultaat, waardoor er grotere vervorming ontstaat dan bij andere staalsoorten.

Niet alle austenitische roestvaste staalsoorten van de 300-serie zijn even goed lasbaar. De toevoeging van zwavel of selenium die wordt gebruikt om de bewerkbaarheid te verbeteren (zoals bij Type 303) resulteert in ernstige lasscheuren, waardoor dit specifieke materiaal "niet lasbaar" wordt.

Wees voorzichtig bij het lassen van austenitisch roestvast staal. De corrosiebestendige eigenschappen van deze roestvaste staalsoorten kunnen nadelig worden beïnvloed door het sensibilisatieproces, dat plaatsvindt bij temperatuurintervallen van 600 tot 900 graden Celsius (1100 tot 1650 Fahrenheit). Dit bevordert het verzamelen van chroomcarbiden bij korrelgrenzen en het parallelle verlies van corrosiewerend chroom uit het basismetaal.

Bovenstaand temperatuurbereik komt van nature voor, niet in de laszone waar de temperatuur hoger is en slechts korte tijd aanhoudt, maar in de twee stroken metaal aan weerszijden van de lasnaad. Dit is de Heat Affected Zone (HAZ) waar de schadelijke effecten plaatsvinden.

In een gevoelig gemaakte verbinding wordt het chroom, dat het belangrijkste "roestvrij" ingrediënt is, afgezonderd of uit het spel gehaald en plaatselijk niet beschikbaar voor de beschermende werking. Indien niet correct aangepakt, kan het lassen van roestvast 18/8-staal leiden tot verlies van hun beschermende eigenschappen langs gevoelige paden, en het gelaste materiaal wordt vatbaar voor interkristallijne aantasting in een corrosieve omgeving.

Er zijn drie strategieën die kunnen worden gebruikt om de nadelige effecten van het sensibilisatieproces in serie 300 roestvast staal te verminderen. Een daarvan is om een ​​zeer koolstofarme versie te gebruiken (d.w.z. 304L waar L staat voor low-carbon) waar niet veel koolstof beschikbaar is voor het maken van chroomcarbiden.

Een andere strategie is om een ​​ander type basismetaal te gebruiken, waaronder titanium (type 321) of columbium (type 347), die titanium- of columbiumcarbiden vormen, waardoor de koolstof tijdens het sensibilisatieproces niet meer beschikbaar is voor chroom. Hierdoor blijft het chroom vrij om zijn anticorrosieve taken uit te voeren.

Opmerking :Het toevoegmateriaal voor dit materiaal moet, indien nodig, altijd columbium zijn. Waarom? Omdat titanium reactief is en niet gemakkelijk wordt teruggewonnen tijdens het afzetten. Dit betekent dat het niet beschikbaar zou zijn wanneer het het meest nodig is. Columbium is echter niet reactief. Het blijft op zijn plaats tijdens het smeltproces en wanneer het materiaal wordt verwarmd tot het sensibiliseringstemperatuurbereik, zal het zijn werk doen door columbiumcarbiden te produceren, waardoor de dag wordt gered.

De derde strategie is het uitvoeren van een oplossingswarmtebehandeling bij verhoogde temperatuur (1050 Celsius of 1900 Fahrenheit), die de corrosiegevoeligheid zou herstellen. Deze strategie zorgt voor een solide oplossing van chroomcarbiden, die zijn ontstaan ​​tijdens het sensibilisatieproces van normaal 18/8 roestvrij staal. Dit proces kampt echter met problemen zoals de vorming van zware oxiden als het niet wordt uitgevoerd in een vacuüm of andere beschermende atmosfeer, vrij van verontreinigingen. Type 309 en 310, gebruikt voor toepassingen bij hoge temperaturen, en type 316 of beter type 316L gebruikt voor verbeterde corrosieweerstand, zijn over het algemeen niet gevoelig voor sensibilisatie en worden gebruikt met lasdraden van vergelijkbare samenstelling.

2. Ferritisch

De tweede klasse roestvrij staal wordt ferritisch roestvrij staal genoemd. Dit staal is ferromagnetisch, maar kan niet worden gehard door warmtebehandeling. Dit is een veelgebruikt type roestvrij staal dat wordt gebruikt in uitlaatcomponenten van auto's. Een beperkte hoeveelheid ferritische structuur, indien aanwezig in een anders voornamelijk austenitische structuur, wordt als gunstig beschouwd omdat het de kans op warmscheuren verkleint. Het lassen van roestvast ferritisch staal kan gemakkelijk worden uitgevoerd met behulp van booglasprocessen, hetzij met ferritisch of austenitisch toevoegmateriaal. Een warmtebehandeling na het lassen kan nodig zijn om de eigenschappen te verbeteren.

3. Martensitisch

Martensitisch roestvast staal is magnetisch en kan volledig worden gehard door warmtebehandeling. Het lassen van roestvast staal van dit type wordt afgeraden, hoewel dit met speciale technieken mogelijk is. Lassen kan scheuren veroorzaken, vooral als het koolstofgehalte niet laag genoeg is. Voorverwarmen en naverwarmen kunnen nodig zijn.

Eén laatste les

Om het overzicht van het lassen van roestvrij staal compleet te maken, moet men een vierde klasse van materialen noemen die hierboven niet zijn vermeld:precipitatiehardend (PH) roestvrij staal, dat vrij gemakkelijk lasbaar is. Er moeten echter nauwkeurige instructies worden gevolgd met betrekking tot warmtebehandelingen om de vereiste eigenschappen te ontwikkelen.

Lasprocessen voor roestvrij staal

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

Wrijvingslassen

Wrijvingslassen van roestvast staal levert bijna geen problemen op, behalve de vrij snijdende soorten roestvast staal die helemaal niet gelast mogen worden. Het wordt gebruikt voor het lassen van roestvrij staal, niet alleen aan andere roestvrijstalen werkstukken, maar ook aan verschillende metalen zoals koper en aluminium. Men moet zich altijd bewust zijn van het materiaaltype en de toestand vóór het lassen, evenals de effecten van warmte in de buurt van de verbinding. Sommige elementen zoals zwavel of selenium kunnen de uiteindelijke degelijkheid van lasverbindingen aantasten.

Weerstandslassen

Weerstandslassen kan worden gebruikt in de meeste soorten roestvast staal. Austenitisch staal uit de 300-serie van de 300-serie kan gemakkelijk weerstandslassen gebruiken, net als ferritisch staal. Martensitisch roestvast staal kan echter een probleem vormen omdat het lasresultaat bros is, als het niet voldoende wordt verzacht door een ontlaatbehandeling na het lassen.

Het weerstandslasproces wordt momenteel gebruikt op roestvrij staal met aanpassingen om de verschillen in elektrische weerstand en lage thermische geleidbaarheid op te vangen, evenals thermische uitzettingscoëfficiënt met hoge coëfficiënt, hogere smelttemperatuur en hoge sterkte bij verhoogde temperaturen. De elektrodekracht is hoger, terwijl tijd en stroom minder zijn voor koolstofarme staalsoorten.

Alle roestvrij staal moet niet alleen worden gereinigd van vuil, olie, vet of verf voor het weerstandslasproces (of welk lasproces dan ook), maar ze moeten ook worden gereinigd van de natuurlijk gevormde chroomoxidelaag. Dit moet worden verwijderd met een roestvrijstalen staalborstel.

Booglassen

Booglassen kan worden gebruikt bij het lassen van roestvrij staal, zolang de juiste flux wordt gebruikt. Dit maakt het proces veel minder geschikt voor TIG-lassen, tenzij er geen andere keuze is. TIG-lassen van roestvrij staal vereist het verwijderen van alle sporen van restflux op het onderdeel na het lasproces, wat de operatie verlengt en de kosten verhoogt. Booglassen wordt vaak gebruikt, waarbij goed wordt gelet op de klasse en de staat van het materiaal dat wordt gelast, en waarbij sensibilisatie en vervormingen in de gaten worden gehouden.

Alle soorten boogprocessen kunnen worden gebruikt voor het lassen van roestvast staal, met de nodige aandacht voor de vorm, afmetingen en voorbereiding van de verbinding. Met name Shielded Metal Arc Welding (SMAW) wordt vanwege de flexibiliteit veel toegepast. Opgemerkt moet worden dat er twee soorten elektroden zijn met betrekking tot de samenstelling van de afdekking, wat de keuze van de gebruikte stroom kan beïnvloeden.

Er zijn veel toevoegmaterialen die tijdens het boogproces kunnen worden gebruikt. De classificatie voor toevoegmaterialen van roestvrij staal is te vinden in de AWS A5.9/A5.9M:2006 – Specification for Bare Stainless Steel Welding Electrodes and Rods van de American Welding Society.

Elektronenstraallassen

Elektronenstraallassen (EBW) van roestvrij staal wordt gemakkelijk uitgevoerd met goede resultaten, zelfs bij zeer diepe lassen. De opmerkelijk hoge verhouding tussen diepte en breedte stelt EBW in staat om configuraties samen te voegen die met andere middelen niet mogelijk zijn. Omdat de warmte-inbreng laag is en de door warmte beïnvloede zone een beperkte omvang heeft, is er vaak geen opmerkelijke schade aan de mechanische eigenschappen, zodat verdere warmtebehandeling niet nodig is.

Laserlassen

Laserlassen kan ook worden gebruikt bij het lassen van roestvrij staal, zolang er voorzorgsmaatregelen in de plaat zijn om het lassen te isoleren van de lucht en om de schade-eigenschappen die tijdens de warmtebehandeling worden verkregen te beperken.

Uiteindelijk is het lassen van roestvast staal helemaal geen ingewikkeld proces. Er is alleen wat aandacht voor detail nodig als het gaat om werkstukmaterialen, toevoegmaterialen en het type laswerk dat wordt gebruikt. Als dat allemaal in orde is, kunt u succesvol uw roestvrijstalen onderdelen lassen.

Contact opnemen met RobotWorx

Wilt u meer weten over het lassen van roestvast staal of de robots die dit soort lassen kunnen uitvoeren? Bel dan RobotWorx! RobotWorx biedt oplossingen van verschillende roboticabedrijven, waaronder Fanuc, Motoman, KUKA, Universal Robots en ABB. We hebben een verscheidenheid aan robots die kunnen voldoen aan uw behoeften op het gebied van lassen van roestvrij staal. Neem voor meer informatie online contact op met RobotWorx of op 877-762-6881.