Nikkellegeringen Lassen: Uitgebreide Technieken & Best Practices

Nikkellegeringen worden meestal geselecteerd vanwege hun uitstekende veelzijdigheid, corrosiebestendigheid en prestaties bij hoge temperaturen. Het is niet verrassend dat dit nikkellegeringen een populaire keuze maakt voor gebruik in extreme omstandigheden, met name in vliegtuigturbines, stoomturbines, kerncentrales, en de petrochemische en chemische industrie.

Gegeven het gebruik in extreme omstandigheden, moeten de laszones van nikkellegeringen consistente eigenschappen hebben; dit is de enige manier waarop het afgewerkte, gelaste product de extreme omstandigheden zal weerstaan. Daarnaast is het belangrijk dat de las van hoge kwaliteit is en zeer weinig fouten bevat, aangezien deze ook de prestaties in harde omstandigheden kunnen beïnvloeden.

Wat Zijn Nikkellegeringen?

Nikkellegeringen worden over het algemeen gedefinieerd als legeringen die nikkel, een veelzijdig element, als hun hoofdcomponent bevatten. Historisch werden nikkellegeringen gedefinieerd als die met meer dan 50% nikkel. De nikkellegeringen die vandaag gebruikt worden, hebben echter over het algemeen een hogere nikkelgehalte dan 50%. Bijvoorbeeld:

• Inconel 718: 19Cr 3Mo .9Ti 5.1Cb .5Al 18Fe balans Ni
• Hastelloy X: 22Cr 1.5Co 9Mo .6W 18.5Fe balans Ni

Nikkel Lassen

Nikkel lassen wordt uitgevoerd met een van de veel beschikbare nikkellegeringen. Booglasen kan gebruikt worden inclusief Staaf, MIG, en TIG processen. Het gebruik van staaf lasen creëert met name een las die sterker is dan het basismetaal. Voor nikkel MIG lassen is het beschermingsgas een 50/50 helium en argon mengsel.

Alle conventionele lasprocessen zijn geschikt voor het lassen van nikkellegeringen. Het hoofdverschil zit in de thermische uitrekking. Nikkellegeringen hebben een lagere coëfficiënt van thermische uitrekking dan roestvrij staal, en controle methoden voor vervorming zijn eigenlijk vergelijkbaar met wat je voor koolstofstaal zou toepassen.

Nikkellegeringen kunnen betrouwbaar verbonden worden door alle typen lasprocessen of methoden, met uitzondering van smeedlassen en oxyacetyleen lassen. Gesmede nikkellegeringen kunnen gelast worden onder voorwaarden vergelijkbaar met die gebruikt voor het lassen van austenitische roestvrij staal. Gegoten nikkellegeringen, met name die met een hoog siliciumgehalte, presenteren moeilijkheden bij het lassen.

De meest toegepaste processen voor het lassen van niet-uitverdingsverhardbare (vastestof-versterkte) gesmede nikkellegeringen zijn gas-tungsten booglasen (GTAW), gas-metaal booglasen (GMAW), en shielded metal arc welding (SMAW). Onderpijplasen (SAW) en electro-slaklassen (ESW) hebben beperkte toepasbaarheid, net als boogplasmalasen (PAW). Hoewel het GTAW-proces bevorzugd wordt voor het lassen van uitverdingsverhardbare legeringen, worden zowel de GMAW als SMAW processen ook gebruikt.

Nikkellegeringen worden meestal gelast in de oplossing-behandelde toestand. Uitverdingsverhardbare (PH) legeringen zouden geanst moet worden vóór het lassen als ze operaties hebben ondergaan die hoge residuele spanningen introduceren.

Veelvoorkomende Problemen Bij Het Lassen Van Nikkellegeringen

Het meest voorkomende en ernstige probleem dat optreedt bij het lassen van nikkellegeringen is hete scheurvorming. Dit treedt op in de fusielijn, in de WBZ, of in het lasmetaal (fusiezone), hoewel de fusielijn het meest getroffen gebied is.

Meestal veroorzaakt zwavel in de legering of op het oppervlak deze scheurvorming, hoewel bismuth, lood, fosfor, en boor ook een negatief effect kunnen hebben. Om dit te voorkomen, is het essentieel dat zowel de WBZ als het lasmetaal volledig vrij zijn van olie, vet, vuil, en andere verontreinigingen. Overmatig zwavel in het vullingmateriaal of basismaterialen kan ook problemen veroorzaken.

Om het materiaal voor te bereiden, is ontvetten, gevolgd door grondige roestvrij staal of machine draadborstelen vereist. Zorg ervoor dat je een oplosmiddel gebruikt dat ontworpen is voor nikkellegeringen en dat het lassen plaatsvindt binnen acht uur na reiniging om verdere verontreiniging te voorkomen.

Warmtebehandeling moet alleen uitgevoerd worden met een elektrische oven of met zwavelvrij brandstof, in vacuüm of inerte omgeving.

Als het materiaal al gebruikt is of gerepareerd wordt, moet het geschuurd of gemachineerd worden om eventuele verontreinigingen die vastzitten op het oppervlak van het lasreparatiegebied te verwijderen.

Porositeit is ook een probleem, met name wanneer zuurstof of waterstof oppervlakteverontreiniging veroorzaken in de vorm van luchtinclusies in het lasbad. Om dit tegen te gaan, is een efficiënte gaspurge en bescherming vereist, aan zowel de voorkant als de wortelzijde van de las, en alle gasslangen moeten in perfecte staat zijn. De lasruimte moet ook afgedicht zijn tegen eventuele doorlaat.

Lasvoorbereiding Voor Nikkellegeringen

Lasvoorbereiding is essentieel bij het lassen van nikkellegeringen. Het belangrijkste aspect van het ontwerp is het garanderen van voldoende toegang voor de lasbrander, en dat volledige penetratie bereikt kan worden als dit vereist is.

Het beste stootlasontwerp is een vierkante stoot, maar dit wordt beperkt door de dikte door de onmogelijkheid om de naad te penetreren. Daarom wordt vaak een U- of V-voorbereiding gebruikt, met een hoek van 30° tot 40° bij 10mm dikte, om penetratie en daaropvolgende vulpasses toe te staan.

Wat betreft gasvoorbereiding, kan het nuttig zijn om tot 10% waterstof toe te voegen aan het inerte gasmengsel, omdat dit de vloeibaarheid in het lasbad verbetert.

Geen voorverhitting is vereist voor nikkellegering lassen, tenzij er een vereiste is om condensatie te verwijderen. Nikkel lassen vereist meestal een maximum tussenlagtemperatuur van 250°C, hoewel bepaalde legeringen slechts een maximum van 100°C mogen gebruiken.

Enige naschuren na het lassen kan vereist zijn om een hechtende oxidelaag te verwijderen die zich op het oppervlak van het lasbad kan vormen. Soms is draadborstelen niet voldoende om deze nalasresten te verwijderen.

Na-las Behandeling

Geen na-las behandeling, noch thermisch noch chemisch, is vereist om corrosiebestendigheid te behouden of te herstellen, hoewel in sommige gevallen een volledige oplossingsaanstelling de corrosiebestendigheid zal verbeteren.

Warmtebehandeling kan nodig zijn om specificatie-eisen te voldoen, zoals spanningsonlasting van een geconstrueerde structuur om uitverdingsverharding of spanning-corrosie scheurvorming (SCC) van het lasverband in hydrofluorfzuur damp of kaustische soda te voorkomen. Als lassen matige tot hoge residuele spanningen induceert, dan zouden de PH legeringen een spanningsonlastingsaanstelling na het lassen en vóór de uitverding vereisen.

Nikkel en nikkellegeringen zijn gevoelig voor verbrokkeling door lood, zwavel, fosfor, en andere laag-smeltpunt elementen. Deze materialen kunnen bestaan in vet, olie, verf, merkpotloden of inkt, vormsmeermiddelen, snijvloeistoffen, werkplaatsvuil, en verwerkingschemicaliën.

Werkstukken moeten volledig vrij zijn van vreemd materiaal voordat ze verhit of gelast worden. Werkplaatsvuil, olie, en vet kunnen verwijderd worden door ofwel dampontvetten of afwassen met aceton of een ander niet-toxisch oplosmiddel.

Verf en andere materialen die niet oplosbaar zijn in ontvettingsmiddelen kunnen het gebruik van methylenechloride, alcalische reinigers, of speciale eigen verbindingen vereisen. Als alcalische reinigers die natriumcarbonaat bevatten gebruikt worden, dan moeten de reinigers zelf vóór het lassen verwijderd worden. Bespuiten of schrobben met heet water wordt aanbevolen. Merkinkt kan meestal met alcohol verwijderd worden.

Verwerkingsmateriaal dat in het werkmetaal is ingesloten, kan verwijderd worden door schuren, straalbehandeling, en afwassen met 10% HCl oplossing, gevolgd door een grondige waterafspoeling. Oxiden moeten ook verwijderd worden uit het betrokken lasgebied, primair vanwege het verschil tussen de oxide- en basismetaal smeltpunten. Oxiden worden normaal verwijderd door schuren, machinen, straalbehandeling, of beizen.

Nikkellegeringen, zowel gegoten als gesmede en ofwel vastestof-versterkt of uitverdingsverhardbaar, kunnen gelast worden door het GTAW-proces. De toevoeging van vullingmateriaal wordt meestal aanbevolen. Directe stroom electrode negatief (DCEN) wordt aanbevolen voor zowel handmatige als machine lasen.

Beschermingsgas

Ofwel argon of helium, of een mengsel van de twee, wordt gebruikt als beschermingsgas voor het lassen van nikkel en nikkellegeringen. Toevoegingen van zuurstof, koolstofdioxide, of stikstof aan argon gas zullen meestal porositeit of electrodeerosie veroorzaken. Argon met kleine hoeveelheden waterstof (typisch 5%) kan gebruikt worden en kan helpen porositeit in zuiver nikkel te voorkomen, alsook helpen bij het verminderen van oxidevorming tijdens het lassen.

Lassen Van Gegoten Nikkellegeringen

Gegoten nikkellegeringen kunnen verbonden worden door de GTAW, GMAW, en SMAW processen. Voor optimale resultaten zou het gietstuk in oplossing geanst moeten worden vóór het lassen om een deel van de gietspanningen te verlichten en enige homogenisatie van de gietstructuur te bieden.

Lichte peening van het verzolidificeerde metaal na de eerste pas zal spanningen verlichten en dus scheurvorming aan de verbinding van het lasmetaal en het gietmetaal verminderen. De peening van de daaropvolgende passes is van weinig, zo ja, nut. Spanningsonlasting na het lassen is ook wenselijk.