Nederlands 
English 
Deutsch 
Français 
Polski 
Español 
Čeština 
Slovenščina 
Lassen is een veelgebruikte techniek voor het verbinden van metalen in verschillende industrieën, waaronder de bouw, de auto-industrie, de lucht- en ruimtevaart en de productie. Hoewel lassen essentieel is voor het maken van sterke, duurzame verbindingen, heeft het ook een aanzienlijke invloed op de microstructuur van het metaal. Deze veranderingen in de structuur van het metaal kunnen de mechanische eigenschappen beïnvloeden, zoals sterkte, hardheid, taaiheid en corrosiebestendigheid. Begrijpen hoe lassen de structuur van metalen beïnvloedt is cruciaal om de integriteit en prestaties van gelaste componenten te garanderen. Dit artikel onderzoekt de invloed van lassen op de structuur van metalen, inclusief de warmte-beïnvloede zone (HAZ), korrelgroei, fasetransformaties en de vorming van lasdefecten.
Het lasproces en de metaalstructuur
Bij het lassen wordt hitte gebruikt om twee of meer stukken metaal te smelten en samen te smelten. Het proces omvat meestal een vulmateriaal dat de spleet tussen de basismetalen helpt overbruggen, waardoor een sterke verbinding ontstaat wanneer de materialen afkoelen en stollen. De hitte die tijdens het lassen vrijkomt, veroorzaakt plaatselijke veranderingen in de microstructuur van het metaal, vooral in het gebied dat bekend staat als de warmte-beïnvloede zone (HAZ).
De belangrijkste gebieden die beïnvloed worden door lassen:
- Smeltzone: Dit is het gebied waar het basismetaal en het toevoegmateriaal zijn gesmolten en gestold om de las te vormen. De structuur in deze zone verschilt vaak van zowel het oorspronkelijke basismetaal als de HAZ.
- Warmte beïnvloede zone (HAZ): De HAZ is het gebied naast de las, waar de microstructuur van het basismetaal is veranderd door de hitte, maar niet is gesmolten. De omvang van de HAZ hangt af van het lasproces, de warmte-inbreng en de thermische eigenschappen van het metaal.
- Basismetaal: Het basismetaal is het oorspronkelijke materiaal dat niet is aangetast door de hitte van het lassen. De microstructuur blijft onveranderd, tenzij er later las- of warmtebehandelingsprocessen worden toegepast.
Korrelstructuur en groei
Een van de belangrijkste invloeden van lassen op de metaalstructuur is de verandering in korrelgrootte en -vorm. Korrels zijn de individuele kristallen waaruit het metaal is opgebouwd en hun grootte en oriëntatie hebben een aanzienlijke invloed op de mechanische eigenschappen van het materiaal.
- Korrelgroei in de HAZ:
o Grove korrels: In de HAZ wordt het metaal blootgesteld aan hoge temperaturen maar bereikt het niet het smeltpunt. Door deze hitte kunnen de korrels in het metaal groter worden, vooral in de gebieden die het dichtst bij de smeltzone liggen. Grove korrels zijn over het algemeen minder wenselijk omdat ze de taaiheid van het metaal kunnen verminderen en het gevoeliger maken voor scheuren.
o Fijne korrels: Verder van de fusiezone is de temperatuur lager en kunnen de korrels minder groeien. Fijne korrels hebben meestal de voorkeur omdat ze bijdragen aan een hogere sterkte en taaiheid van het metaal. - Korrelverfijning in de las:
o Stolling: Als het gesmolten metaal in de fusiezone afkoelt en stolt, vormen zich nieuwe korrels. De afkoelsnelheid beïnvloedt de grootte en oriëntatie van deze korrels. Snel afkoelen produceert meestal fijnere korrels, wat de sterkte en hardheid van de las kan verbeteren.
o Kolomvormige korrels: Bij sommige lasprocessen, zoals booglassen, kunnen de korrels in de smeltzone op een zuilvormige manier groeien, loodrecht op de laslijn. Deze langgerekte korrels kunnen de mechanische eigenschappen van de las beïnvloeden, wat vaak leidt tot anisotropie, waarbij de materiaaleigenschappen variëren afhankelijk van de richting van de korrelstructuur.
Fasetransformaties
De hoge temperaturen die gepaard gaan met lassen kunnen fasetransformaties in het metaal veroorzaken, waardoor de kristallijne structuur verandert. Deze transformaties kunnen aanzienlijke gevolgen hebben voor de eigenschappen van het metaal. - Transformatie van staal:
o Austenietvorming: Bij koolstofstaal wordt het metaal bij het lassen vaak verhit tot de austenitische fase, waarbij de ijzeratomen zich rangschikken in een gezichtsgecentreerde kubische (FCC) structuur. Bij afkoeling kan het austeniet veranderen in verschillende fasen, zoals martensiet, bainiet of ferriet, afhankelijk van de koelsnelheid.
o Martensietvorming: Snelle afkoeling (afschrikken) van austeniet kan leiden tot de vorming van martensiet, een harde en brosse fase. Hoewel martensiet de hardheid van de las kan verhogen, maakt het het metaal ook gevoeliger voor scheuren, vooral in staal met een hoog koolstofgehalte.
o Temperen: Om de brosheid van martensiet te verminderen, wordt ontlaten (gecontroleerd opwarmen en afkoelen) vaak toegepast om een deel van het martensiet om te zetten in meer taaie fasen, zoals getemperd martensiet of bainiet, waardoor de taaiheid van de las wordt verbeterd. - Aluminiumlegeringen:
o Precipitatieharden: Bepaalde aluminiumlegeringen, met name die uit de 2xxx, 6xxx en 7xxx series, kunnen precipitatieharding ondergaan. Het lassen van deze legeringen kan de precipitaten oplossen die bijdragen aan de sterkte van de legering, wat resulteert in een verlies van hardheid in de HAZ. Warmtebehandeling na het lassen (PWHT) kan nodig zijn om de sterkte van het materiaal te herstellen door de versterkende fasen opnieuw te precipiteren. - Roestvrij staal:
o Sensibilisatie: Austenitisch roestvast staal kan, wanneer het tijdens het lassen wordt blootgesteld aan temperaturen tussen 450°C en 850°C, een proces ondergaan dat sensibilisatie wordt genoemd. Dit treedt op wanneer chroomcarbiden neerslaan op de korrelgrenzen, waardoor de omliggende gebieden chroom verliezen en de corrosieweerstand van het materiaal afneemt. Een goede beheersing van de warmte-inbreng en warmtebehandelingen na het lassen kunnen sensibilisatie helpen voorkomen.
Vorming van lasdefecten
Lassen kan defecten introduceren in de metaalstructuur die de integriteit en prestaties van de lasverbinding in gevaar kunnen brengen. Inzicht in deze defecten en hun oorzaken is essentieel voor het waarborgen van de laskwaliteit. - Poreusheid:
o Gasinsluiting: Poreusheid ontstaat wanneer gasbellen tijdens het stollen in de las vast komen te zitten. Dit kan worden veroorzaakt door verontreiniging, onjuiste beschermgasdekking of overmatig vocht in het basismetaal of toevoegmateriaal. Poreusheid verzwakt de las en kan leiden tot breuk onder belasting.
o Preventie: Schone oppervlakken, een goede stroom beschermgas en het gebruik van droge vulmaterialen kunnen poreusheid helpen voorkomen. Daarnaast kan het regelen van de lasparameters om oververhitting te voorkomen de kans op gasinsluiting verkleinen. - Kraken:
o Heet scheuren: Ook bekend als stollingsscheuren, ontstaan tijdens het afkoelen en stollen van de las. Het wordt vaak veroorzaakt door hoge thermische spanningen, slecht lasontwerp of de aanwezigheid van onzuiverheden zoals zwavel of fosfor in het metaal.
o Koudscheuren: Koudscheuren, ook bekend als scheuren door waterstof, treedt op nadat de las is afgekoeld. Het wordt meestal geassocieerd met de aanwezigheid van waterstof in de las, wat kan leiden tot brosse breuk, vooral in staal met hoge sterkte.
o Preventie: Om scheurvorming te voorkomen is het essentieel om de koelsnelheid te beheersen, de juiste toevoegmaterialen te gebruiken en het metaal voor of na te verwarmen om restspanningen te verminderen. Voor koudscheuren is het minimaliseren van het waterstofgehalte in het lasgebied cruciaal. - Vervorming:
o Thermische uitzetting: Lassen genereert veel warmte, waardoor het metaal uitzet en krimpt als het afkoelt. Deze thermische uitzetting kan leiden tot vervorming, waardoor de gelaste onderdelen kromtrekken en de maatnauwkeurigheid van het eindproduct wordt beïnvloed.
o Controle: Het beheersen van de warmte-inbreng, het gebruik van de juiste lasvolgorde en het gebruik van opspanmiddelen of klemmen kunnen helpen om vervorming te minimaliseren. In sommige gevallen kan een warmtebehandeling na het lassen nodig zijn om restspanningen te verlichten en vervorming te corrigeren.
De rol van de door warmte beïnvloede zone (HAZ)
De HAZ is een kritisch gebied bij het lassen dat aanzienlijke structurele veranderingen ondergaat door blootstelling aan hoge temperaturen. De eigenschappen van de HAZ kunnen sterk variëren afhankelijk van het materiaal, het lasproces en het thermisch beheer tijdens het lassen. - Metallurgische veranderingen:
o Korrelgroei: Zoals eerder vermeld kunnen de korrels in de HAZ groter worden door de hitte, wat leidt tot een afname van de taaiheid en een verhoogd risico op scheuren.
o Faseveranderingen: De HAZ kan fasetransformaties ondergaan die vergelijkbaar zijn met die in de laszone, vooral bij metalen zoals staal. Deze veranderingen kunnen de hardheid, sterkte en taaiheid van het materiaal beïnvloeden. - Mechanische eigenschappen:
o Hardheid en sterkte: De HAZ vertoont vaak verschillende mechanische eigenschappen vergeleken met het basismetaal en de las. Het kan bijvoorbeeld harder en brosser worden, of het kan sterkte verliezen door het oplossen van versterkende fasen (zoals in precipitatiegeharde aluminiumlegeringen).
o Slagvastheid: De slagvastheid van de HAZ kan aanzienlijk afnemen als de korrelstructuur grof wordt of als zich brosse fasen zoals martensiet vormen. Dit maakt de HAZ een potentieel zwak punt in de gelaste structuur. - Corrosiebestendigheid:
o Sensibilisatie in roestvast staal: Zoals eerder vermeld, kan sensibilisatie in roestvast staal optreden in de HAZ, wat leidt tot een vermindering van de corrosieweerstand. Goed warmtebeheer en behandelingen na het lassen zijn essentieel om de corrosieweerstand van het gelaste onderdeel te behouden.
o Oxidatie: De hoge temperaturen in de HAZ kunnen ook leiden tot oxidatie, wat de oppervlakteafwerking en corrosieweerstand van het metaal kan aantasten. In sommige gevallen kunnen passivering of beschermende coatings nodig zijn om de corrosieweerstand te herstellen.
De invloed van lassen op de metaalstructuur beheren
Om de integriteit en prestaties van gelaste componenten te garanderen, is het essentieel om de impact van het lassen op de metaalstructuur te beheersen door het lasproces zorgvuldig te controleren en de juiste nabehandelingen toe te passen. - Warmtebeheer:
o Voorverwarmen: Het metaal voorverwarmen voor het lassen kan de thermische gradiënten verminderen en het risico op barsten minimaliseren, vooral bij staal met een hoog koolstofgehalte en dikke profielen.
o Temperatuurregeling tussen de laspassen: Bij meerlaags lassen helpt het regelen van de interpasstemperatuur (de temperatuur tussen opeenvolgende laspassen) oververhitting en overmatige korrelgroei te voorkomen. - Warmtebehandeling na het lassen (PWHT):
o Spanningsontlasting: PWHT kan restspanningen in de las en HAZ helpen verlichten, waardoor de kans op scheuren en vervorming afneemt. Het kan ook de transformatie van brosse fasen in meer ductiele microstructuren bevorderen.
o Normaliseren en ontharden: Deze behandelingen kunnen de korrelstructuur verfijnen en de mechanische eigenschappen van het metaal herstellen. Normaliseren wordt vaak gebruikt voor koolstofstaal, terwijl gloeien gebruikt kan worden voor zowel staal als non-ferrometalen. - Lasontwerp en -techniek:
o Ontwerp van verbindingen: Een goed lasontwerp kan de thermische spanningen minimaliseren en het risico op defecten verminderen. Zo kan het gebruik van dubbelzijdige lassen of verspringende lassen de hitte gelijkmatiger verdelen en vervorming verminderen.
o Lasparameters: Het regelen van parameters zoals stroom, spanning, verplaatsingssnelheid en beschermgasstroom is cruciaal voor het bereiken van een las van hoge kwaliteit met minimale invloed op de metaalstructuur. - Kwaliteitscontrole en inspectie:
o Niet-destructief onderzoek (NDT): NDT-methoden, zoals ultrasoon testen, radiografisch testen en penetrant onderzoek, kunnen worden gebruikt om inwendige en oppervlaktedefecten in de las op te sporen. Regelmatige inspectie helpt ervoor te zorgen dat eventuele problemen snel worden opgespoord en aangepakt.
o Destructief onderzoek: In sommige gevallen kunnen destructieve testen, zoals trektesten of Charpy impact testen, worden uitgevoerd om de mechanische eigenschappen van de las en HAZ te beoordelen.
Conclusie
Lassen heeft een grote invloed op de structuur van metalen en beïnvloedt hun mechanische eigenschappen, corrosiebestendigheid en algemene prestaties. Het begrijpen van deze effecten en het beheersen ervan door middel van de juiste lastechnieken, warmtebehandelingen en kwaliteitscontrole is essentieel voor het produceren van sterke, betrouwbare lassen.
Door het lasproces zorgvuldig te beheersen en de uitdagingen van korrelgroei, fasetransformaties en lasdefecten aan te pakken, kunnen fabrikanten ervoor zorgen dat hun gelaste componenten voldoen aan de strenge eisen van moderne technische toepassingen. Naarmate de lastechnologie zich verder ontwikkelt, zullen nieuwe methoden en materialen het vermogen om de invloed van lassen op de metaalstructuur te beheersen verder verbeteren, wat zal leiden tot nog betere prestaties en duurzaamheid van gelaste producten.