Een duplex roestvrijstalen buis die perfect corrosiebestendig is, kan na een paar minuten slecht lassen zijn eigenschappen verpesten. De unieke tweefasige microstructuur die duplex zijn sterkte en weerstand geeft, moet zorgvuldig worden bewaard tijdens elke verbinding die in de winkel of op het veld wordt gemaakt. Het selecteren van de juiste lasprocedure is niet alleen een kwestie van het vermijden van lekken-het gaat om het behouden van de zwaarbevochten corrosieweerstand van de legering in agressieve chloride- en zuuromgevingen.
De metallurgische basis: waarom duplex anders is
Duplexroestvrij staal (bijvoorbeeld UNS S32205, S31803 – gewoonlijk 2205) bevat een uitgebalanceerd mengsel van ongeveer50% austenietEn50% ferriet. Deze tweefasige structuur zorgt voor:
Hoge mechanische sterkte (ongeveer tweemaal die van 316L).
Uitstekende weerstand tegen chloride-spanningscorrosie (SCC).
Goede weerstand tegen putcorrosie en spleetcorrosie, gekwantificeerd door een PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) van 34–36.
Tijdens het lassen wordt het materiaal gesmolten en stolt vervolgens snel. De afkoelsnelheid en de thermische geschiedenis bepalen de uiteindelijke fasebalans in het lasmetaal en de door hitte beïnvloede zone (HAZ). Als de procedure onjuist is, kunnen er twee schadelijke verschijnselen optreden:
Overmatige ferrietvorming– Door langzame afkoeling of hoge warmte-inbreng kan ferriet domineren, waardoor de taaiheid en corrosieweerstand afnemen.
Neerslag van intermetallische fasen– Het meest opvallendsigma (σ) fase(FeCrMo) enchi (χ) fase, die zich vormen in het temperatuurbereik van 600-900 graden. Deze fasen zijn rijk aan chroom en molybdeen, waardoor de vorming ervan ervoor zorgt dat de omringende matrix uitgeput raakt aan deze kritische legeringselementen. Het resultaat: ernstige verbrossing en een drastisch verlies aan weerstand tegen putcorrosie.
Omgekeerd kan onvoldoende warmte-inbreng of zeer snelle afkoeling te veel austeniet produceren, waardoor de sterkte afneemt. Daarom moet een smal verwerkingsvenster worden gerespecteerd.
Sleutelparameters bij een duplex roestvrijstalen lasprocedure
Een behoorlijkeduplex roestvrijstalen lasprocedure buiscorrosiepreventiestrategie controleert de volgende variabelen nauwkeurig.
1. Selectie van vulmetaal
Het vulmetaal moet overeenkomen met het legeringsgehalte van het basismetaal of dit overschrijden om de corrosieweerstand en fasebalans te behouden. Voor 2205 duplex is de standaardvullerER2209(UNS-S39209). De samenstelling ervan is enigszins overgelegeerd met nikkel en stikstof in vergelijking met het basismetaal, wat de vorming van austeniet in de lasafzetting bevordert. Dit compenseert het ferrietbevorderende effect van snelle stolling.
Voor superduplexkwaliteiten (bijvoorbeeld 2507) wordt vulmetaal zoals ER2594 gebruikt. Gebruik nooit een austenitisch vulmiddel (bijv. 308L, 316L) op duplex basismetaal; de resulterende las heeft de verkeerde corrosie-eigenschappen en kan barsten.
2. Warmte-invoerregeling
De warmte-inbreng is een functie van spanning, stroom en rijsnelheid. Voor duplex roestvast staal ligt het aanbevolen warmte-invoerbereik doorgaans tussen0,5 en 2,5 kilojoule per millimeter. Een te lage warmte-inbreng riskeert onvolledige fusie of overmatig ferriet; een te hoge warmte-inbreng bevordert een langzame afkoeling, waardoor de sigmafase kan ontstaan en het ferriet grof kan worden.
Een typisch doel voor GTAW (gaswolfraambooglassen) van 2205 buizen is0,5–1,5 kJ/mm. Voor GMAW (gasmetaalbooglassen) met gepulseerde sproeioverdracht kunnen iets hogere bereiken (tot 2,0 kJ/mm) acceptabel zijn als de interpasstemperatuur strikt wordt gecontroleerd.
3. Interpasstemperatuur
De interpasstemperatuur (de temperatuur van het lasgebied vóór de volgende pass) moet worden aangehoudenonder de 150 graden, en vaak onder de 100 graden tijdens de eerste paar passages. Hoge interpasstemperaturen accumuleren warmte, waardoor de koeltijd effectief wordt verlengd en neerslag in de sigmafase wordt bevorderd. Voor dunwandige buizen (bijvoorbeeld 2-3 mm wanddikte) kan natuurlijke luchtkoeling tussen de passages voldoende zijn. Voor dikkere secties is geforceerde luchtkoeling of zelfs een langere wachttijd tussen de passages vereist.
4. Afscherming en terugspoeling
Duplex roestvaststalen lassen moeten zowel aan het lasvlak als aan de grondzijde worden beschermd tegen atmosferische zuurstof. Voor buislassen:
Primair beschermgas– Vaak wordt argon met 1–3% stikstof gebruikt. Stikstof is een austenietstabilisator; het toevoegen van een klein percentage aan het beschermgas helpt de gewenste fasebalans in het lasmetaal te behouden.
Terug zuiveren– De binnenkant van de buis wordt gespoeld met zuiver argon (of argon met 2–5% stikstof) om oxidatie van de wortelkraal te voorkomen. Zuurstofverontreiniging produceert chroomoxideafzettingen die chroomuitputting en verlies van corrosieweerstand veroorzaken.
5. Lasproces en techniek
Gepulseerde boogtechnieken (gepulseerde GTAW of gepulseerde GMAW) hebben de voorkeur voor duplexbuizen omdat ze:
Verminder de warmte-inbreng door een hoge piekstroom te gebruiken, gevolgd door een lage achtergrondstroom.
Verbeter de controle over het smeltbad en verminder het risico op doorbranden bij dunne wanden.
Produceer een fijnere, uniformere microstructuur.
Voor handmatig lassen worden stringer kralen (rechte doorgang zonder weven) gebruikt in plaats van breed geweven kralen, die de warmte-inbreng verhogen en langzame afkoeling veroorzaken.
De cruciale stap: reinigen na het lassen (beitsen en passiveren)
Zelfs een las gemaakt met een perfecte warmte-inbreng zal eenwarmte tint(oxideschaal) op het oppervlak en de aangrenzende HAZ. Deze oxidelaag is chroomarm omdat chroom bij voorkeur reageert met zuurstof, waardoor het onderliggende metaal een lager chroomgehalte achterlaat. In deze verarmde zone beginnen putcorrosie en spleetcorrosie gemakkelijk tijdens chloridegebruik.
Reiniging na het lassen is niet optioneel.Twee methoden zijn effectief:
Beitsen (chemische verwijdering)
Beitspasta of bad– Een mengsel van salpeterzuur (HNO₃) en fluorwaterstofzuur (HF) lost de hittetint op en verwijdert de chroomarme laag. Bij buizen wordt beitspasta op de las en de door hitte beïnvloede zone geborsteld, gedurende een bepaalde tijd (bijvoorbeeld 15-60 minuten) gelaten en vervolgens grondig gespoeld met water.
Dompelbeitsen– Voor kleine buissamenstellen of spoelstukken is het onderdompelen in een verwarmd beitsbad uniformer, maar vereist speciale voorzieningen.
Mechanische reiniging gevolgd door passivering
Slijpen of borstelen– De hittetint kan worden verwijderd met fijne schuursponsjes of niet-metalen borstels (bijvoorbeeld roestvrijstalen draadborstels die alleen op duplex worden gebruikt, nooit op koolstofstaal). Slijpen moet de gehele getinte laag verwijderen zonder ingebedde ijzerdeeltjes achter te laten.
Passivering– Na mechanische reiniging wordt het oppervlak behandeld met een salpeter- of citroenzuuroplossing om de passieve chroomoxidefilm te herstellen. Deze stap is essentieel omdat alleen slijpen het metaal kan uitsmeren en een minder beschermend oppervlak kan achterlaten.
Een goede las is onzichtbaar voor corrosie– wat betekent dat na het juiste beitsen de las en de HAZ hetzelfde uiterlijk en dezelfde corrosieweerstand moeten hebben als de moederbuis. Als de hittetint blijft bestaan, zal de las het eerste faalpunt zijn.
De laskwaliteit verifiëren: ferrietmeting
Om te bevestigen dat de lasprocedure de juiste fasebalans heeft behouden, aferriet bereik(magnetisch inductie-instrument) wordt gebruikt om het ferrietgehalte van het lasmetaal en de HAZ te meten. Het aanvaardbare bereik voor duplex roestvast staal is doorgaans:30-70% ferriet(balans austeniet). Veel specificaties zijn gericht op 40-60%.
Waarden onder de 30% duiden op overmatig austeniet, wat de sterkte vermindert.
Waarden boven de 70% duiden op overmatig ferriet, wat de taaiheid verlaagt en kan wijzen op de aanwezigheid van een sigmafase (sigma is niet-magnetisch, maar het ferrietpercentage daalt naarmate sigma ontstaat; een ferrietwaarde die onverwacht laag of inconsistent is, kan een aanwijzing zijn).
Voor kritische toepassingen is eenmicrostructureel onderzoek(metallografie) kan worden uitgevoerd op een gelaste coupon om te controleren op intermetallische fasen. De Sigma-fase verschijnt als een blokvormig of naaldvormig neerslag in de ferrietkorrels.
Veelvoorkomende fouten en hoe u ze kunt vermijden
| Fout | Gevolg | Preventie |
|---|---|---|
| Gebruik een 308L of 316L vulmetaal | Las heeft een slechte corrosieweerstand en kan barsten | Gebruik altijd bijpassende duplexplamuur (ER2209 voor 2205) |
| Overmatige warmte-inbreng (meer dan 2,5 kJ/mm) | Sigmafaseprecipitatie, verbrossing, lage PREN | Bereken de warmte-inbreng, gebruik een gepulseerde boog, beperk de voortbewegingssnelheid |
| Interpasstemperatuur boven 150 graden | Opgehoopte hitte bevordert sigma | Meten met thermokoppel; laat koeling tussen de passages toe |
| Geen terugspoeling op de buiswortel | Wortelkraal oxideert, chroomuitputting, spleetcorrosie | Spoel met argon of argon-stikstofmengsel |
| Laat de warmtetint onverwijderd | Gelokaliseerde corrosie begint bij de lasrand | Ingelegd of mechanisch gereinigd en gepassiveerd |
| Gebruik koolstofstaalborstels of slijpstenen | IJzerverontreiniging leidt tot galvanische corrosie | Gebruik speciaal roestvrijstalen gereedschap, bij voorkeur alleen voor duplex |
Lasmethodespecificatie (WPS) en kwalificatie
Voor elke industriële toepassing een formeelLasmethodespecificatie (WPS)moeten ontwikkeld en gekwalificeerd zijn volgens een code zoals ASME Section IX, AWS D1.6 of ISO 15614. De WPS voor duplex roestvrijstalen buizen moet expliciet vermelden:
Basismetaalkwaliteit en diktebereik.
Classificatie van vulmetaal (bijv. ER2209).
Lasproces (GTAW, GMAW of SMAW).
Samenstelling en stroomsnelheid van het beschermgas.
Terugspoelgas en -methode.
Elektrische parameters (spanning, stroom, rijsnelheid) met warmte-invoerbereik.
Interpass-temperatuurlimiet (bijv. maximaal 150 graden).
Vereisten voor voorverwarmen (doorgaans geen voor duplex, tenzij de omgevingstemperatuur lager is dan 5 graden).
Reinigingsprocedure na het lassen (beitspasta, onderdompeling of mechanisch + passivering).
Acceptatiecriteria voor ferrietgehalte (bijvoorbeeld 30-70% ferriet in lasmetaal).
Kwalificatietests omvatten mechanische tests (trek-, buig-) en corrosietests (bijv. ijzerchloride-puttest volgens ASTM G48). Voor buislassen moet ahydrostatische proefofwervelstroominspectiekan ook nodig zijn.
Overwegingen bij veldlassen
Het lassen van duplexbuizen in het veld (bijvoorbeeld voor reparaties of verbindingsstukken) is een grotere uitdaging dan lassen in een werkplaats, omdat de omgevingscontrole moeilijker is. Er moet speciale aandacht worden besteed aan:
Windafscherming– Gebruik van gaslenzen en schermen om verstoring van het beschermgas te voorkomen.
Temperatuurbewaking– Infraroodthermometers of contactpyrometers om de interpasstemperatuur te controleren.
Zuiveren– Bij buizen met een grote diameter kan het onpraktisch zijn om de gehele lengte te zuiveren; Er kan een plaatselijke zuiveringsdam (opblaasbare rubberen pluggen) worden gebruikt.
Beitsen– Er zijn veldbeitspasta's verkrijgbaar; ze moeten zorgvuldig worden aangebracht en geneutraliseerd om afvloeiing naar omliggende apparatuur te voorkomen.
Conclusie: het materiaal is slechts zo goed als de handen die eraan meedoen
Het selecteren van de juiste lasprocedure voor duplex roestvrijstalen buizen is essentieel om een catastrofaal verlies aan corrosieweerstand te voorkomen. De gebalanceerde austeniet-ferriet microstructuur, die duplex zijn sterkte en putweerstand geeft, kan worden vernietigd door overmatige warmte-inbreng, hoge interpass-temperaturen, niet-overeenkomende vulmetalen of de aanwezigheid van chroomarme hittetint. Een gedisciplineerde procedure-gecontroleerde warmte-inbreng (doorgaans 0,5–2,5 kJ/mm), tussentemperatuur onder de 150 graden, ER2209-vulmiddel voor 2205 basismetaal, inert terugspoelen en grondig beitsen na het lassen- zorgt ervoor dat de laszone dezelfde corrosieprestaties behoudt als de moederbuis. Verificatie door ferrietmeting (30-70% ferriet) bevestigt het succes. Het materiaal is slechts zo goed als de handen die eraan werken; een goed uitgevoerde las is onzichtbaar voor corrosie.
