Bij het lassen van roestvast staal moet een beschermgas worden geselecteerd om de metallurgische samenstelling en de bijbehorende fysieke en mechanische eigenschappen te behouden. Veelvoorkomende beschermgaselementen voor roestvast staal zijn argon, helium, zuurstof, koolstofdioxide, stikstof en waterstof (zie afbeelding 1). Deze gassen worden in verschillende verhoudingen gemengd om te voldoen aan de behoeften van verschillende leveringsmethoden, draadtypen, basislegeringen, gewenste lasrupsprofielen en voortbewegingssnelheden.
Vanwege de slechte thermische geleidbaarheid van roestvast staal en de relatief "koude" aard van kortsluitoverdrachtsgasmetaalbooglassen (GMAW), vereist het proces een "tri-mix"-gas dat bestaat uit 85% tot 90% helium (He), tot 10% argon (Ar) en 2% tot 5% koolstofdioxide (CO2). Een veelgebruikt tri-blendmengsel bevat 90% He, 7-1/2% Ar en 2-1/2% CO2. Het hoge ionisatiepotentieel van helium bevordert vonkvorming na een kortsluiting; in combinatie met de hoge thermische geleidbaarheid verhoogt het gebruik van He de vloeibaarheid van het smeltbad. De Ar-component van Trimix zorgt voor algemene afscherming van de laspoel, terwijl CO2 fungeert als een reactieve component om de boog te stabiliseren (zie afbeelding 2 voor hoe verschillende afschermgassen het lasrupsprofiel beïnvloeden).
Sommige ternaire mengsels gebruiken zuurstof als stabilisator, terwijl andere een He/CO2/N2-mengsel gebruiken om hetzelfde effect te bereiken. Sommige gasdistributeurs hebben gepatenteerde gasmengsels die de beloofde voordelen bieden. Dealers bevelen deze mengsels ook aan voor andere transmissiemodi met hetzelfde effect.
De grootste fout die fabrikanten maken, is het kortsluiten van GMAW-roestvrij staal met hetzelfde gasmengsel (75 Ar/25 CO2) als zacht staal. Meestal omdat ze geen extra cilinder willen gebruiken. Dit mengsel bevat te veel koolstof. Elk beschermgas dat voor massief draad wordt gebruikt, mag maximaal 5% koolstofdioxide bevatten. Bij gebruik van grotere hoeveelheden ontstaat een metallurgie die niet langer als een legering van klasse L wordt beschouwd (klasse L heeft een koolstofgehalte van minder dan 0,03%). Te veel koolstof in het beschermgas kan chroomcarbiden vormen, waardoor de corrosiebestendigheid en mechanische eigenschappen afnemen. Ook kan er roet op het lasoppervlak ontstaan.
Overigens, bij het selecteren van metalen voor het kortsluiten van GMAW voor de basislegeringen uit de 300-serie (308, 309, 316, 347), moeten fabrikanten de LSi-kwaliteit selecteren. LSi-vulstoffen hebben een laag koolstofgehalte (0,02%) en worden daarom met name aanbevolen wanneer er risico bestaat op interkristallijne corrosie. Een hoger siliciumgehalte verbetert de laseigenschappen, zoals bevochtiging, om de bovenkant van de las vlakker te maken en de fusie bij de teen te bevorderen.
Fabrikanten moeten voorzichtig zijn bij het gebruik van kortsluitoverdrachtsprocessen. Onvolledige fusie kan het gevolg zijn van het doven van de boog, waardoor het proces niet geschikt is voor kritische toepassingen. Bij grote volumes, als het materiaal de warmte-inbreng kan verdragen (≥ 1/16 inch is ongeveer het dunste materiaal dat met de pulsspuitmodus kan worden gelast), is een pulsspuitoverdracht een betere keuze. Als de materiaaldikte en de laslocatie dit ondersteunen, verdient spuitoverdracht met GMAW de voorkeur omdat dit voor een consistentere fusie zorgt.
Voor deze hoge warmteoverdrachtsmodi is geen He-schermgas nodig. Voor sproeioverdrachtlassen van legeringen uit de 300-serie wordt vaak gekozen voor 98% Ar en 2% reactieve elementen, zoals CO2 of O2. Sommige gasmengsels kunnen ook kleine hoeveelheden N2 bevatten. N2 heeft een hoger ionisatiepotentieel en hogere thermische geleidbaarheid, wat de bevochtiging bevordert en zorgt voor een snellere doorstroming of betere permeabiliteit. Ook vermindert het vervorming.
Voor gepulste sproeioverdracht (GMAW) kan 100% Ar een acceptabele keuze zijn. Omdat de gepulste stroom de boog stabiliseert, heeft het gas niet altijd actieve elementen nodig.
De smeltpoel is trager bij ferritisch roestvast staal en duplex roestvast staal (50/50-verhouding ferriet:austeniet). Voor deze legeringen zorgt een gasmengsel van bijvoorbeeld ~70% Ar/~30% He/2% CO2 voor een betere bevochtiging en een hogere lassnelheid (zie afbeelding 3). Vergelijkbare mengsels kunnen worden gebruikt om nikkellegeringen te lassen, maar veroorzaken de vorming van nikkeloxiden op het lasoppervlak (het toevoegen van 2% CO2 of O2 is bijvoorbeeld voldoende om het oxidegehalte te verhogen, dus fabrikanten moeten deze mengsels vermijden of bereid zijn er veel tijd aan te besteden). Schurend, omdat deze oxiden zo hard zijn dat een staalborstel ze meestal niet verwijdert.
Fabrikanten gebruiken gevulde roestvrijstalen draden voor out-of-situ lassen omdat het slaksysteem in deze draden een "steun" vormt die het smeltbad ondersteunt terwijl het stolt. Omdat de samenstelling van de flux de effecten van CO2 vermindert, is gevulde roestvrijstalen draad ontworpen voor gebruik met 75% Ar/25% CO2 en/of 100% CO2-gasmengsels. Hoewel gevulde draad per pond duurder kan zijn, is het belangrijk om op te merken dat hogere lassnelheden en afzettingssnelheden in alle posities de totale laskosten kunnen verlagen. Bovendien maakt de gevulde draad gebruik van een conventionele constante gelijkspanning, waardoor het basislassysteem goedkoper en minder complex is dan gepulseerde GMAW-systemen.
Voor legeringen uit de 300- en 400-serie blijft 100% Ar de standaardkeuze voor gaswolfraambooglassen (GTAW). Tijdens het GTAW-lassen van sommige nikkellegeringen, met name bij gemechaniseerde processen, kunnen kleine hoeveelheden waterstof (tot 5%) worden toegevoegd om de loopsnelheid te verhogen (houd er rekening mee dat nikkellegeringen, in tegenstelling tot koolstofstaal, niet gevoelig zijn voor waterstofscheuren).
Voor het lassen van superduplex en superduplex roestvast staal zijn respectievelijk 98% Ar/2% N2 en 98% Ar/3% N2 goede keuzes. Helium kan ook worden toegevoegd om de bevochtigbaarheid met ongeveer 30% te verbeteren. Bij het lassen van superduplex of superduplex roestvast staal is het doel om een ​​verbinding te maken met een uitgebalanceerde microstructuur van ongeveer 50% ferriet en 50% austeniet. Omdat de vorming van de microstructuur afhankelijk is van de afkoelsnelheid en omdat de TIG-laspoel snel afkoelt, blijft er overtollig ferriet over bij gebruik van 100% Ar. Wanneer een gasmengsel met N2 wordt gebruikt, roert de N2 zich door het smeltbad en bevordert de vorming van austeniet.
Roestvrij staal moet beide zijden van de verbinding beschermen om een ​​afgewerkte las te verkrijgen met maximale corrosiebestendigheid. Als de achterkant niet wordt beschermd, kan dit leiden tot 'versuikering' of uitgebreide oxidatie, wat kan leiden tot soldeerfalen.
Voor strakke stompe fittingen met een consistente, uitstekende pasvorm of een strakke afsluiting aan de achterkant van de fitting is mogelijk geen steungas nodig. Hierbij is het belangrijkste om te voorkomen dat er overmatige verkleuring van de warmtebeïnvloede zone ontstaat door oxide-opbouw. ​​Dit moet vervolgens mechanisch worden verwijderd. Technisch gezien is er een beschermgas nodig als de temperatuur aan de achterkant hoger is dan 260 graden Celsius. Een conservatievere aanpak is echter om 149 graden Celsius als drempelwaarde te gebruiken. Idealiter moet de temperatuur van de achterkant lager zijn dan 30 ppm O2. De uitzondering hierop is als de achterkant van de las wordt gekerfd, geslepen en gelast om een ​​volledige penetratielas te verkrijgen.
De twee meest gekozen steungassen zijn N2 (het goedkoopst) en Ar (duurder). Voor kleine constructies of wanneer Ar-bronnen gemakkelijk beschikbaar zijn, kan het handiger zijn om dit gas te gebruiken en is de besparing op N2 dan niet de moeite waard. Er kan maximaal 5% waterstof worden toegevoegd om oxidatie te verminderen. Er zijn diverse commerciële opties beschikbaar, maar zelfgemaakte steungassen en zuiveringsdammen zijn gebruikelijk.
De toevoeging van 10,5% of meer chroom geeft roestvrij staal zijn roestvrije eigenschappen. Om deze eigenschappen te behouden, is een goede techniek vereist bij de selectie van het juiste lasschermgas en de bescherming van de achterkant van de verbinding. Roestvrij staal is duur en er zijn goede redenen om het te gebruiken. Het heeft geen zin om te proberen te bezuinigen op schermgas of de keuze van toevoegmaterialen. Daarom is het altijd verstandig om bij de keuze van een gas en toevoegmateriaal voor het lassen van roestvrij staal samen te werken met een deskundige gasdistributeur en specialist in toevoegmaterialen.
Blijf op de hoogte van het laatste nieuws, evenementen en technologieën over alle metalen via onze tweemaandelijkse nieuwsbrieven, die exclusief zijn geschreven voor Canadese fabrikanten!
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van Canadian Metalworking, eenvoudige toegang tot waardevolle bronnen uit de industrie.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van Made in Canada en Welding, eenvoudige toegang tot waardevolle bronnen uit de industrie.