Bij het lassen van roestvrij staal is het belangrijk om het juiste beschermgas te kiezen om de metallurgische samenstelling en de bijbehorende fysische en mechanische eigenschappen te behouden. Veelgebruikte beschermgassen voor roestvrij staal zijn argon, helium, zuurstof, kooldioxide, stikstof en waterstof (zie figuur 1). Deze gassen worden in verschillende verhoudingen gecombineerd om te voldoen aan de behoeften van verschillende aanvoermethoden, draadsoorten, basislegeringen, gewenste lasrupsprofielen en lassnelheden.
Vanwege de slechte thermische geleidbaarheid van roestvrij staal en het relatief "koude" karakter van kortsluitingsgasbooglassen (GMAW), vereist het proces een "trimix"-gasmengsel bestaande uit 85% tot 90% helium (He), tot 10% argon (Ar) en 2% tot 5% koolstofdioxide (CO2). Een veelgebruikt trimix-mengsel bevat 90% He, 7,5% Ar en 2,5% CO2. Het hoge ionisatiepotentieel van helium bevordert de boogvorming na een kortsluiting; in combinatie met de hoge thermische geleidbaarheid verhoogt het gebruik van He de vloeibaarheid van het smeltbad. Het Ar-component van Trimix zorgt voor algemene afscherming van het smeltbad, terwijl CO2 fungeert als reactief component om de boog te stabiliseren (zie figuur 2 voor hoe verschillende beschermgassen het lasrupsprofiel beïnvloeden).
Sommige ternaire mengsels gebruiken zuurstof als stabilisator, terwijl andere een He/CO2/N2-mengsel gebruiken om hetzelfde effect te bereiken. Sommige gasleveranciers hebben gepatenteerde gasmengsels die de beloofde voordelen bieden. Dealers bevelen deze mengsels ook aan voor andere transmissiesystemen met hetzelfde effect.
De grootste fout die fabrikanten maken, is proberen roestvrij staal te lassen met hetzelfde gasmengsel (75% Ar/25% CO2) als zacht staal, meestal omdat ze geen extra gasfles willen gebruiken. Dit mengsel bevat te veel koolstof. Sterker nog, elk beschermgas dat gebruikt wordt voor massieve draadlassen mag maximaal 5% koolstofdioxide bevatten. Het gebruik van grotere hoeveelheden resulteert in een metaallegering die niet langer als L-kwaliteit wordt beschouwd (L-kwaliteit heeft een koolstofgehalte onder de 0,03%). Overmatige koolstof in het beschermgas kan chroomcarbiden vormen, die de corrosiebestendigheid en mechanische eigenschappen verminderen. Ook kan er roet op het lasoppervlak ontstaan.
Terzijde zij opgemerkt dat fabrikanten bij de selectie van metalen voor GMAW-lassen van de 300-serie basislegeringen (308, 309, 316, 347) de LSi-kwaliteit moeten kiezen. LSi-vulmaterialen hebben een laag koolstofgehalte (0,02%) en worden daarom met name aanbevolen wanneer er een risico is op intergranulaire corrosie. Een hoger siliciumgehalte verbetert de laseigenschappen, zoals de bevochtiging, waardoor de laskroon vlakker wordt en de fusie aan de lasvoet wordt bevorderd.
Fabrikanten moeten voorzichtig zijn bij het gebruik van kortsluitingslasprocessen. Onvolledige fusie kan het gevolg zijn van het doven van de boog, waardoor het proces minder geschikt is voor kritische toepassingen. Bij grote volumes is pulslassen een betere keuze als het materiaal de warmte-input kan verdragen (ongeveer 1/16 inch is het dunste materiaal dat met de pulslasmodus kan worden gelast). Waar de materiaaldikte en de laslocatie dit toelaten, heeft GMAW-lassen met pulslas de voorkeur omdat dit een consistentere fusie oplevert.
Deze methoden met hoge warmteoverdracht vereisen geen He-beschermgas. Voor sproeilassen 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 een hogere thermische geleidbaarheid, wat de bevochtiging bevordert en zorgt voor een snellere doorstroming of verbeterde permeabiliteit; het vermindert ook vervorming.
Voor gepulseerd sproeilassen met GMAW kan 100% argon een acceptabele keuze zijn. Omdat de gepulseerde stroom de boog stabiliseert, zijn actieve elementen in het gas niet altijd nodig.
Het smeltbad smelt langzamer bij ferritisch roestvrij staal en duplex roestvrij staal (verhouding ferriet/austeniet 50/50). Voor deze legeringen bevordert een gasmengsel zoals ~70% Ar/~30% He/2% CO2 een betere bevochtiging en verhoogt de lassnelheid (zie figuur 3). Soortgelijke mengsels kunnen worden gebruikt voor het lassen van nikkellegeringen, maar dit leidt tot de vorming van nikkeloxiden op het lasoppervlak (bijvoorbeeld, het toevoegen van 2% CO2 of O2 is voldoende om het oxidegehalte te verhogen, dus fabrikanten moeten dit vermijden of bereid zijn er veel tijd aan te besteden). Het lassen is schurend omdat deze oxiden zo hard zijn dat een staalborstel ze meestal niet kan verwijderen.
Fabrikanten gebruiken gevulde roestvrijstalen lasdraden voor lassen buiten de werkplek, omdat het slaksysteem in deze draden een soort 'plateau' vormt dat het smeltbad ondersteunt tijdens het stollen. Omdat de samenstelling van de flux de effecten van CO2 vermindert, is gevulde roestvrijstalen lasdraad ontworpen voor gebruik met gasmengsels van 75% Ar/25% CO2 en/of 100% CO2. Hoewel gevulde lasdraad per kilo duurder kan zijn, is het belangrijk om te weten dat hogere lassnelheden en afzettingssnelheden in alle posities de totale laskosten kunnen verlagen. Bovendien maakt gevulde lasdraad gebruik van een conventionele gelijkspanningsuitgang, waardoor het basislassysteem minder kostbaar en minder complex is dan gepulseerde GMAW-systemen.
Voor legeringen uit de 300- en 400-serie blijft 100% argon de standaardkeuze voor gaswolfraambooglassen (GTAW). Tijdens GTAW van sommige nikkellegeringen, met name bij gemechaniseerde processen, kan een kleine hoeveelheid waterstof (tot 5%) worden toegevoegd om de lassnelheid te verhogen (merk op dat nikkellegeringen, in tegenstelling tot koolstofstaal, niet gevoelig zijn voor waterstofscheuren).
Voor het lassen van superduplex en superduplex roestvrij 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 roestvrij staal is het doel een verbinding te produceren met een evenwichtige microstructuur van ongeveer 50% ferriet en 50% austeniet. Omdat de vorming van de microstructuur afhangt van de afkoelsnelheid en omdat het TIG-lasbad snel afkoelt, blijft er overtollig ferriet achter wanneer 100% Ar wordt gebruikt. Wanneer een gasmengsel met N2 wordt gebruikt, wordt de N2 in het smeltbad gemengd en bevordert het de vorming van austeniet.
Roestvrij staal moet aan beide zijden van de verbinding beschermd worden om een ​​afgewerkte las met maximale corrosiebestendigheid te verkrijgen. Het niet beschermen van de achterzijde kan leiden tot "saccharificatie", oftewel uitgebreide oxidatie die het falen van de lasverbinding kan veroorzaken.
Nauwe stompe verbindingen met een consistent uitstekende passing of een strakke afsluiting aan de achterzijde van de verbinding vereisen mogelijk geen beschermgas. Het belangrijkste probleem hierbij is het voorkomen van overmatige verkleuring van de warmtebeïnvloede zone door oxidevorming, die vervolgens mechanisch verwijderd moet worden. Technisch gezien is beschermgas vereist als de temperatuur aan de achterzijde hoger is dan 500 graden Fahrenheit (260 graden Celsius). Een meer conservatieve benadering is echter om 300 graden Fahrenheit (149 graden Celsius) als drempelwaarde te hanteren. Idealiter zou de zuurstofconcentratie aan de achterzijde lager moeten zijn dan 30 ppm. De uitzondering hierop is wanneer de achterzijde van de las wordt uitgehold, geslepen en gelast om een ​​volledig doorgelaste verbinding te verkrijgen.
De twee meest gebruikte ondersteunende gassen zijn N2 (goedkoopst) en Ar (duurder). Voor kleine assemblages of wanneer Ar-bronnen gemakkelijk beschikbaar zijn, kan het handiger zijn om dit gas te gebruiken en is de besparing ten opzichte van N2 niet de moeite waard. Er kan tot 5% waterstof worden toegevoegd om oxidatie te verminderen. Er zijn diverse commerciële opties beschikbaar, maar zelfgemaakte ondersteuningssystemen en zuiveringsdammen komen veel voor.
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 het kiezen van het juiste beschermgas en het beschermen van de achterkant van de lasnaad. Roestvrij staal is duur, en er zijn goede redenen om het te gebruiken. Het heeft geen zin om te bezuinigen op beschermgas of lasvulmaterialen. Daarom is het altijd verstandig om samen te werken met een deskundige gasleverancier en specialist in lasvulmaterialen bij het kiezen van gas en lasvulmaterialen voor het lassen van roestvrij staal.
Blijf op de hoogte van het laatste nieuws, evenementen en de nieuwste technologieën op het gebied van metalen via onze twee maandelijkse nieuwsbrieven, speciaal geschreven voor Canadese fabrikanten!
Met volledige toegang tot de digitale editie van Canadian Metalworking heeft u nu eenvoudig toegang tot waardevolle branchebronnen.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van Made in Canada and Welding, heeft u eenvoudig toegang tot waardevolle branchebronnen.