Hoe nikkellegeringen te lassen - een complete gids

Nikkellegeringen worden meestal gekozen vanwege hun uitstekende veelzijdigheid, corrosieweerstand en prestaties bij hoge temperaturen. Het is niet verrassend dat nikkellegeringen hierdoor een populaire keuze zijn voor gebruik in extreme omgevingen, met name in vliegtuigturbines, stoomturbines, kerncentrales en de petrochemische en chemische industrie.

Gezien het gebruik in extreme omgevingen, moeten de laszones van nikkellegeringen consistente eigenschappen hebben, dit is de enige manier waarop het afgewerkte, gelaste product bestand is tegen de extreme omgeving. Daarnaast is het belangrijk dat de las van hoge kwaliteit is en weinig gebreken bevat, omdat deze ook de prestaties in ruwe omgevingen kunnen beïnvloeden.

Wat zijn nikkellegeringen?

Nikkellegeringen worden over het algemeen gedefinieerd als legeringen met nikkel, een veelzijdig element, als hun belangrijkste element. Historisch gezien werden nikkellegeringen gedefinieerd als legeringen met meer dan 50% nikkel. De tegenwoordig gebruikte nikkellegeringen hebben echter over het algemeen een hoger 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

Nikkellassen

Nikkellassen wordt uitgevoerd met behulp van een van de vele beschikbare nikkellegeringen. Booglassen kan worden gebruikt, inclusief Stick-, MIG- en TIG-processen. Met name het gebruik van stoklassen zal een las creëren die sterker is dan het basismetaal. Voor nikkel MIG-lassen is het beschermgas een 50/50 mix van helium en argon.

Alle conventionele lasprocessen zijn geschikt voor het lassen van nikkellegeringen. Het belangrijkste verschil zit in de thermische uitzetting. Nikkellegeringen hebben een lagere thermische uitzettingscoëfficiënt dan roestvrij staal, en controlemethoden voor vervorming zijn eigenlijk vergelijkbaar met wat u zou gebruiken voor koolstofstaal.

Nikkellegeringen kunnen betrouwbaar worden verbonden door alle soorten lasprocessen of -methoden, met uitzondering van smeedlassen en oxyacetyleenlassen. De gesmeed nikkellegeringen kunnen worden gelast onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die welke worden gebruikt voor het lassen van austenitisch roestvast staal. Gegoten nikkellegeringen, vooral die met een hoog siliciumgehalte, leveren problemen op bij het lassen.

De meest gebruikte processen voor het lassen van niet-verouderingsharde (met vaste oplossing versterkte) gesmeed nikkellegeringen zijn gas-wolfraam booglassen (GTAW), gas-metaal booglassen (GMAW) en afgeschermd metaal booglassen (SMAW). ). Onderpoederlassen (SAW) en elektroslakkenlassen (ESW) zijn beperkt toepasbaar, evenals boogplasmalassen (PAW). Hoewel het GTAW-proces de voorkeur heeft voor het lassen van de precipitatiehardbare legeringen, worden ook zowel het GMAW- als het SMAW-proces gebruikt.

Nikkellegeringen worden meestal gelast in oplossingsbehandelde omstandigheden. Precipitatieharde (PH) legeringen moeten vóór het lassen worden uitgegloeid als ze bewerkingen hebben ondergaan die hoge restspanningen veroorzaken.

Veelvoorkomende problemen bij het lassen van nikkellegeringen

Het meest voorkomende en ernstige probleem dat optreedt bij het lassen van nikkellegeringen is heet kraken. Dit gebeurt in de smeltlijn, in de HAZ of in het lasmetaal (fusiezone), hoewel de smeltlijn het meest getroffen gebied is.

Gewoonlijk veroorzaakt zwavel in de legering of op het oppervlak deze scheurvorming, hoewel bismut, lood, fosfor en boor ook een negatief effect kunnen hebben. Om dit te voorkomen is het essentieel dat zowel de HAZ als het lasmetaal volledig vrij zijn van olie, vet, vuil en andere verontreinigingen. Overtollig zwavel in de lasvuller of het uitgangsmateriaal kan ook problemen veroorzaken.

Om het materiaal voor te bereiden is ontvetten, gevolgd door grondig RVS of machinaal borstelen, noodzakelijk. Zorg ervoor dat u een oplosmiddel gebruikt dat is ontworpen voor nikkellegeringen en dat het lassen binnen acht uur na reiniging plaatsvindt om latere verontreiniging te voorkomen.

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

Als het materiaal al is gebruikt of wordt gerepareerd, moet het worden geslepen of machinaal bewerkt om eventuele verontreinigingen te verwijderen die mogelijk vast zijn komen te zitten op het oppervlak van het lasreparatiegebied.

Porositeit is ook een probleem, vooral wanneer zuurstof of waterstof oppervlakteverontreiniging veroorzaakt in de vorm van luchtinsluiting in het smeltbad. Om dit tegen te gaan, zijn een efficiënte gaszuivering en afscherming vereist, aan de voorkant en de wortelzijde van de las, en moeten alle gasslangen in perfecte staat zijn. Het lasgebied moet ook worden afgedicht tegen tocht.

Lasvoorbereiding voor nikkellegeringen

Lasvoorbereiding is essentieel bij het lassen van nikkellegeringen. Het belangrijkste aspect van het ontwerp is ervoor te zorgen dat er voldoende toegang is voor de lastoorts en dat volledige penetratie kan worden bereikt als dat nodig is.

Het beste ontwerp van de stootvoeg is een vierkante stoot, maar dit wordt beperkt door de dikte vanwege het onvermogen om de verbinding te penetreren. Daarom wordt vaak een U- of V-preparatie gebruikt, met een hoek van 30 tot 40 ° bij een dikte van 10 mm, om penetratie en daaropvolgende vulpassages mogelijk te maken.

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

Voorverwarmen is niet nodig voor het lassen van nikkellegeringen, tenzij condensatie moet worden verwijderd. Voor het lassen van nikkel is meestal een maximale inter-pass-temperatuur van 250 ̊C vereist, hoewel bepaalde legeringen slechts een maximum van 100 ̊C mogen gebruiken.

Na het lassen kan wat slijpwerk nodig zijn om een ​​hechtende oxidelaag te verwijderen die zich op het oppervlak van het smeltbad kan vormen. Soms is draadborstelen niet voldoende om dit residu na het lassen te verwijderen.

Behandeling na het lassen

Er is geen nabehandeling, thermisch of chemisch, nodig om de corrosieweerstand te behouden of te herstellen, hoewel in sommige gevallen een volledige oplossingsgloeiing de corrosieweerstand zal verbeteren.

Warmtebehandeling kan nodig zijn om aan de specificatie-eisen te voldoen, zoals spanningsverlichting van een gefabriceerde structuur om verouderingsharding of spanningscorrosiescheuren (SCC) van de lasverbinding in fluorwaterstofzuurdamp of natronloog te voorkomen. Als lassen matige tot hoge restspanningen veroorzaakt, dan moeten de PH-legeringen na het lassen en vóór veroudering ontlast worden.

Nikkel en nikkellegeringen zijn gevoelig voor bros worden door lood, zwavel, fosfor en andere elementen met een laag smeltpunt. Deze materialen kunnen voorkomen in vet, olie, verf, markeerkrijt of inkt, smeermiddelen, snijvloeistoffen, winkelvuil en verwerkingschemicaliën.

Werkstukken moeten volledig vrij zijn van vreemd materiaal voordat ze worden verwarmd of gelast. Winkelvuil, olie en vet kunnen worden verwijderd door te ontvetten met damp of door af te vegen met aceton of een ander niet-toxisch oplosmiddel.

Verf en andere materialen die niet oplosbaar zijn in ontvettende oplosmiddelen, kunnen het gebruik van methyleenchloride, alkalische reinigingsmiddelen of speciale gepatenteerde verbindingen vereisen. Als alkalische reinigingsmiddelen worden gebruikt die natriumcarbonaat bevatten, moeten de reinigingsmiddelen zelf vóór het lassen worden verwijderd. Sproeien of schrobben met heet water wordt aanbevolen. Markeringsinkt kan meestal met alcohol worden verwijderd.

Verwerkingsmateriaal dat in het werkmetaal is ingebed, kan worden verwijderd door middel van slijpen, stralen en schoonvegen met 10% HCl-oplossing, gevolgd door een grondige wasbeurt met water. Oxiden moeten ook worden verwijderd uit het gebied dat betrokken is bij de lasbewerking, voornamelijk vanwege het verschil tussen het smeltpunt van het oxide en het basismetaal. Oxiden worden normaal gesproken verwijderd door middel van slijpen, machinale bewerking, stralen of beitsen.

Nikkellegeringen, zowel gegoten als gesmeed en ofwel met een vaste oplossing versterkt of precipitatiehardbaar, kunnen worden gelast door het GTAW-proces. Meestal wordt het toevoegen van vulmiddel aanbevolen. Gelijkstroom elektrode negatief (DCEN) wordt aanbevolen voor zowel handmatig als machinaal lassen.

Beschermgas

Ofwel argon of helium, of een mengsel van beide, wordt gebruikt als beschermgas voor het lassen van nikkel en nikkellegeringen. Toevoegingen van zuurstof, kooldioxide of stikstof aan argongas zullen gewoonlijk porositeit of erosie van de elektrode veroorzaken. Argon met kleine hoeveelheden waterstof (meestal 5%) kan worden gebruikt en kan porositeit in puur nikkel helpen voorkomen, evenals helpen bij het verminderen van oxidevorming tijdens het lassen.

Lassen van gegoten nikkellegeringen

Gegoten nikkellegeringen kunnen worden samengevoegd door de GTAW-, GMAW- en SMAW-processen. Voor optimale resultaten moet het gietstuk vóór het lassen in oplossing worden gegloeid om een ​​deel van de gietspanningen te verlichten en enige homogenisering van de gegoten structuur te bieden.

Licht uitharden van gestold metaal na de eerste doorgang zal spanningen verlichten en dus scheuren verminderen op de kruising van het lasmetaal en het gegoten metaal. Het uitstralen van de volgende passen heeft weinig of geen voordeel. Stressverlichting na het lassen is ook wenselijk.