Waterstof(scheuren) in OP-lasmetaal (HRS) ing. Erwin Gering IWE

Waterstof(scheuren) in OP-lasmetaal (HRS) ing. Erwin Gering IWE

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS) „ Air Liquide – Air Liquide Welding „ Inleiding / samenvatting „ Waterstofscheuren bij het lassen van staal – algemeen „ Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (hoge sterkte) D Samenstelling basismateriaal en lasmetaal D Diffusie-coëfficiënt D Fase-overgang D Krimpspanning D Waterstof-accumulatie D Detectie

„ Voorkomen scheurvorming D Waterstof eruit laten gaan D Beperken van waterstof-inbreng

„ Conclusie / aandachtspunten 2

Air Liquide : enkele cijfers

2% 17%

„ „ „

2005 omzet: 10 435 M € Personeel: 36 000 In meer dan 70 landen

24% France Europe except France America Asie Pacifique

26%

Africa 31%

3

Air Liquide Welding

SHANGHAI ISTANBUL BANGKOK ATHENS CAIRO

KUALA LUMPUR

RIYADH BOGOTA

JAKARTA

QUITO LIMA JOHANNESBURG

Countries commercializing our products

„ Lastoevoegmateriaal & Equipement „ Omzet 2005 : 530 M €

ALW offices Oerlikon licensees

4

Air Liquide Welding: 18 production units „ Eisenberg (D) – SA fluxes „ Brielow (D) – solid wires „ Wiesenburg (D) – solid wires „ Cittadella (I) – flux cored wires „ Ardenno (I) – SA fluxes „ Verona (I) – flame equipment „ Commercy (F) – flame, robot, fluxes „ Châlons-en-Champagne (F) – wires, flux cored, wires, electrodes „ Pont-Sainte-Maxence (F) - MIG, TIG, plasma, arc professional power sources, torches „ Parthenay (F) - automation „ Storo (I) – solid wires „ Nitra (SK) – professional power sources „ Padova (I) - electrodes „ Genova (I) - automation (engineering) „ Zaragoza (E) - electrodes „ Mosonmagyaróvár (H) – solid wires „ Buzau (RO) – electrodes „ China (power sources)

6

Air Liquide Welding Nederland B.V. „ Voorheen SAF-Oerlikon B.V.

„ Sinds mei 2005 Air Liquide Welding Nederland BV

7

Air Liquide Welding

„ Veelvoud aan merken

8

Air Liquide Welding

„ Wereldwijde overgang naar 2 hoofdmerken

9

Air Liquide Welding Nederland BV

„ In Nederland : overgang naar 1 hoofdmerk : Oerlikon „ Voormalige SAF–produkten : ook in Oerlikon verpakking

10

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS) „ Air Liquide – Air Liquide Welding „ Inleiding / samenvatting „ Waterstofscheuren bij het lassen van staal – algemeen „ Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (hoge sterkte) D Samenstelling basismateriaal en lasmetaal D Diffusie-coëfficiënt D Fase-overgang D Krimpspanning D Waterstof-accumulatie D Detectie

„ Voorkomen scheurvorming D Waterstof eruit laten gaan D Beperken van waterstof-inbreng

„ Conclusie / aandachtspunten 11

Inleiding / Samenvatting „ Waterstofscheuren ? „ S690QL lassen?

“vroeger” “stelt niks voor: beetje voorwarmen en gewoon lassen als St 52”

„ Is dat tegenwoordig zo eenvoudig? „ MAG-lassen wordt het meest toegepast D relatief weinig problemen met koudscheuren (ook niet bij HR-staal)

„ Beklede electrode wordt minder vaak toegepast D eigenlijk ook niet veel problemen met koudscheuren

„ Bij “onder poederdek lassen” ? Gevaar op onderschatting bij „Rp0,2> 550 MPa „meerlaagse lassen / grote wanddikte „voorwarmtemperatuur vlgs EN 1011-2 „ “gewone” H5-poeders 12

13

14

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS) „ Air Liquide – Air Liquide Welding „ Inleiding / samenvatting „ Waterstofscheuren bij het lassen van staal – algemeen „ Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (hoge sterkte) D Samenstelling basismateriaal en lasmetaal D Diffusie-coëfficiënt D Fase-overgang D Krimpspanning D Waterstof-accumulatie D Detectie

„ Voorkomen scheurvorming D Waterstof eruit laten gaan D Beperken van waterstof-inbreng

„ Conclusie / aandachtspunten 15

Koudscheuren bij het lassen - Algemeen „ Tijdens het lassen D Waterstof komt in smeltbad tijdens lassen • • • •

Bekleding / poeder Kerndraad / lasdraad Atmosfeer Basismateriaal incl oppervlaktevervuiling

„ Afkoeling : D Krimp (& spanning) D Waterstof-oplosbaarheid neemt af D Scheurvorming in scheurgevoelige structuur (direkt / uren / dagen)

H2 (gasvormig)

H + H (opgelost)

„ Scheurgevoelige structuur ? D Warmte-beinvloede zone (WBZ) D Lasmetaal (LM)

16

Waterstofscheuren - Algemeen De kans op koudscheuren neemt in het algemeen toe bij „ hoger C% en hoger gehalte aan legeringelementen (CET) „ grotere dikte „ hogere krimpkrachten (krimpverhindering) „ snelle(re) afkoeling van de las (t8/5) „ lage(re) temperatuur van de lasverbinding (voorwarm To/ tussenlaagtemperatuur Ti) „ toename van ingebrachte (diffundeerbare) waterstof (HD) 17

HD (ml/100gr) volgens ISO/IIW 3690: „ HD (ml/100gr) = ingebrachte hoeveelheid diffundeerbare waterstof: D Lasrups “invriezen” D = een vergelijkingsgetal D = kenmerkend voor type draad, elektrode of draad-poedercombinatie

„ Lasverbinding in de praktijk is anders : D temperatuur verloop (voorwarm & interpass & WI & nawarmen & meerlagen) D waterstof zal zich verplaatsen / verwijderen / herverdelen D verschillende concentraties van waterstof in las en WBZ, afh van • de volledige thermische historie • de diffusie coëfficiënt(en) (diffusiesnelheid)

„ HD ≠ werkelijke waterstof-concentratie in een “echte” lasverbinding „ De werkelijke concentratie van resterende waterstof is (mede) bepalend voor het ontstaan van een koudscheur (niet HD) 18

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS) „ Air Liquide – Air Liquide Welding „ Inleiding / samenvatting „ Waterstofscheuren bij het lassen van staal – algemeen „ Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (hoge sterkte) D Samenstelling basismateriaal en lasmetaal D Diffusie-coëfficiënt D Fase-overgang D Krimpspanning D Waterstof-accumulatie D Detectie

„ Voorkomen scheurvorming D Waterstof eruit laten gaan D Beperken van waterstof-inbreng

„ Conclusie / aandachtspunten 19

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS) “De werkelijke concentratie van resterende waterstof is (mede) bepalend voor het ontstaan van een koudscheur”

De werkelijk resterende waterstofconcentratie ?

Onderschatting bij OP lasmetaal HRS : scheurvorming

20

“Chevron-scheuren”

Rp0,2 ~ 580 MPa HD = 13.6 ml/100gr HI = 4 kJ/mm Ti = 100gr C

21

Kaarsrechte scheuren bij hogere sterkte Rp0,2 ~ 760 MPa HD = 8,3 ml/100gr HI = 3 kJ/mm Ti = 100gr C

Rp0,2 ~890 MPa HD = 4,7 ml/100gr HI 3,0 kJ/mm Ti = 150gr C

22

Niet altijd kaarsrecht Rp0,2 ~ 760 MPa HD = 6,1 ml/100gr HI = 2 kJ/mm Ti = 150gr C

Rp0,2 ~ 890 MPa HD = 6,1 ml/100gr HI = 4 kJ/mm Ti = 100gr C

23

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS) Voorkomen van koudscheuren „ Diverse formules / grafieken / programma’s „ Echter alle theoriën zijn gericht op de WBZ

Tp = 697*CET + 160*tanh(t/35) + 62*HD0,35 + (53*CET-32)*Q – 328

24

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS) Voorkomen van koudscheuren „ Diverse formules / grafieken / programma’s „ Echter alle theoriën zijn gericht op de WBZ

Wanneer het risico op koudscheuren in lasmetaal gevreesd wordt : „ AWS D1.1 beveelt proeflassen aan om risico te “bekijken” „ BS 5135 : 2 aanbevelingen: D Gebruik van lastoevoegmateriaal met HD< 2,5 ml/100gr =praktisch bijna onmogelijk voor OP-proces: “dus niet serieus” ? D Of nawarmen op 200°C gedurende 2-3 uur

„ EN 1011 : geen concrete aanbevelingen

25

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS) ”De huidige theoriën zijn gericht op het voorkomen van koudscheuren in de WBZ. ” Nou en….? De berekende voorwarmtemperatuur (op basis van EN 1011-2 methode B) blijkt in extreme gevallen 120 graden te laag te zijn om koudscheuren te voorkomen in het lasmetaal

26

Waterstof(scheuren) in OP-lasmetaal (HRS) „voor grondlaag zijn de bestaande theoriën toereikend „Bij OP-vullagen in grotere wanddikte (HRS) zijn er een aantal bijzondere aspecten: D Lasmetaal is anders en hoger gelegeerd dan basismateriaal D CET van lasmetaal benadert of overschrijdt CET van basismateriaal D Waterstof diffusie coëfficient snelheid kan lager zijn D Verschillende Ms temperaturen (LM / WBZ) D Hoge krimpsspanning in lengterichting (grote dikte) D Waterstof accumulatie D Scheurvorming vaak niet (direkt) zichtbaar aan oppervlak

27

Chemische Samenstelling C

Mn

Si

Ni

Mo

Cr

CET

Weldox 700 E 15mm

0,13

1,0

0,30 0,05 0,14 0,25 0,26

Weldox 700 E 30 / 40mm

0,15

1,2

0,25 0,05 0,30 0,21 0,31

Weldox 700 E 50mm

0,15

1,4

0,30 0,05 0,34 0,55 0,35

FLUXOCORD 42 – OP 121 TT/W

0,05 1,40

0,2

2,5

0,40 0,60 0,33

OE SD3 2NiCrMo – OP 121 TT/W 0,08 1,35 0,41

2,2

0,40 0,62 0,33

OE SD3

– OP 121 TT

0,10

1,5

0,3

0,25

„ lasmetaal is anders en hoger gelegeerd dan basismateriaal „ CET van lasmetaal benadert of overschrijdt CET van basismateriaal

28

„ Verschillende samenstellingen verschillende diffusiesnelheden

„ Austeniet - Ferriet

Diffusiesnelheid ml/sec

Waterstof-diffusiecoëfficiënt

„ Verschillende samenstellingen lasmetaal geven verschillende waterstof-diffusiecoëfficiënten Temperatuur °C

29

Fase overgang bij afkoeling van de las Fase transformatie van austeniet naar „ ferritische structuur (S235) „ bainitische structuur „ martensitische structuur (S690Q “dik”) De temperatuur waarbij overgang start is afhankelijk van „ chemische samenstelling „ afkoelsnelheid

Ms

Bij >S690 in dikte boven de 30 à 50 mm, betreft deze overgangstemperatuur Ms (Martensiet – starttemperatuur).

30

Verschillen austeniet / ferriet mbt waterstof Vlakkengecentreerd (austenitische structuur) „ grote oplosbaarheid voor diffundeerbare waterstof „ lage diffusie-coëfficiënt van waterstof

Ruimtelijk gecentreerd (ferritische / martensitische / bainitische structuur) „ kleine oplosbaarheid voor diffundeerbare waterstof „ hoge diffusie-coëfficiënt van waterstof

31

Fase overgangen tijdens het lassen “klassieke situatie”: „ fase overgang ongelegeerd lasmetaal : bij hoge temperatuur „ fase overgang hardbaar basismateriaal: bij lage temperatuur Resultaat : WBZ “zuigt” waterstof uit las

OP-lassen van modern S690Q: „ fase overgang hoger gelegeerd lasmetaal: bij lagere temperatuur „ fase-overgang modern S690Q : bij hogere temperatuur Resultaat: er blijft meer waterstof in las

32

Waterstof verdeling „ “klassieke situatie” : waterstof concentratie in WBZ „ OP-S690Q : er blijft meer waterstof achter in lasmetaal

Ms(WM) > Ms(HAZ) 600°C

500°C Ms(HAZ) > Ms(WM)

33

(Krimp)spanning in lengterichting „ Maximale krimpspanning ~ Rp0,2 (trek) „ Maximale krimpspanning bevindt zich op ca 2/3 van de opgebouwde hoogte X-naad

50

50

40

40

Hoogte (mm)

Hoogte (mm)

V-naad

30 20 10

Zijde 2

30 20 Zijde 1

10 Rp0,2

0

-

0

Krimpspanning +

Rp0,2

0

-

0

Krimpspanning

+ 34

Meerdere lagen en inbrandingsdiepte Waterstofaccumulatie „ door omsmelting vorige laag „ max HR op 70% - 90% van de opgebouwde dikte „ Bij OP-proces hogere concentratie dan bij MIG/MAG en beklede electrode Bovenkant plaat 90% 70%

Waterstofconcentratie

35

Detectie „ De scheuren ontstaan onder het oppervlak „ De scheuren kunnen onder oppervlak blijven „ Blijken / lijken soms pas na enkele dagen te ontstaan „ Kunnen binnen de eerste dagen uitgroeien tot zichtbare indicaties aan oppervlak „ Tijdspan waarna NDO reeds mag plaatsvinden volgens EN 1011 is veel te kort (16 uur). 36

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS) „ Air Liquide – Air Liquide Welding „ Inleiding / samenvatting „ Waterstofscheuren bij het lassen van staal – algemeen „ Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (hoge sterkte) D Samenstelling basismateriaal en lasmetaal D Diffusie-coëfficiënt D Fase-overgang D Krimpspanning D Waterstof-accumulatie D Detectie

„ Voorkomen scheurvorming D Waterstof eruit laten gaan D Beperken van waterstof-inbreng

„ Conclusie / aandachtspunten 37

“Het gaat er niet zo makkelijk uit” „ Voorwarm- en tussenlaag temperatuur verhogen D hoeveel hoger ? D kost extra geld en tijd D extra belastend voor de lasser D (negative) invloed op mechanische eigenschappen

„ (Extra) nawarmen D Alleen zinvol als er nog geen scheurvorming / initiatie heeft plaatsgevonden D Op wat voor temperatuur en hoe lang ? D Kost extra geld en tijd

„ Hogere warmte-inbreng ? D blijkt weinig effect op voorkomen scheurvorming te hebben D (negatieve) invloed op mechanische eigenschappen

38

Hogere voorwarm / interpass temperatuur? Scheurproeven „ lasmetaal met CET tussen 0,29 -0,33 „ dikte tussen 40 en 80 mm Berekening voorwarmtemperatuur volgens EN 1011-2 methode B Resultaat ca 60 – 120 gr C te laag berekend „ bij HD = 6,5 ml/100 gr : ca 30 – 90 gr C te laag berekend „ bij HD = 4,5 ml/100 gr : „ bij HD = 2 ml/100gr : voorwarmtemperatuur juist berekend

Advies: Beperk zoveel mogelijk die waterstof-inbreng, want het wil er moeilijk uit 39

Beperking van waterstof-inbreng „Voorkom dat verontreinigingen in het smeltbad komen D Verwijder / voorkom roest en andere verontreinigingen op de plaat D Voorkom verontreinigingen op de draad (aanvoer)

„Kies poeder met zo laag mogelijke HD D OP 121 TT/W < 3ml/100gr

„Kies poeder met lage gevoeligheid voor toename van HD D OP 121 TT/W

„Beperk vochtopname poeder tijdens transport / opslag D DRY-BAG – verpakking D of herdrogen poeder 2 – 4 uur op 300 – 350°C

„Beperk vochtopname van het poeder tijdens het lassen D Afschermen tegen vochtige lucht D Droge perslucht D Warmhouden bij recirculatie 40

Invloed van het klimaat (transport / opslag) Geaglommereerde poeders „ Zijn gevoelig voor vochtopname „ Verschillen in gevoeligheid voor vochtopname „ Eigen verband vochtgehalte - waterstofinbreng Klimatologische omstandigheden beïnvloeden „ vochtopname „ werkelijke waterstof-inbreng in het lasmetaal

Relative humidity %

g of water vapor / kg of dry air 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

5 2 2 3 3 3 4 4 4 4 5 5

10 3 3 4 4 5 5 5 6 6 7 7

15 4 5 5 6 6 7 7 8 9 9 10

Temperature 20 25 6 8 7 9 7 10 8 11 9 12 10 13 10 14 11 15 12 16 13 17 13 18

27 9 10 11 12 13 15 16 17 18 19 20

Acceptable 30 11 12 13 15 16 17 19 20 22 23 24

35 14 16 18 20 21 23 25 27 29 31 33

41

Verpakking Poly –ethyleen zak „ biedt onvoldoende bescherming en zekerheid tegen vochtopname „ poeder moet herdroogd worden om te kunnen vertrouwen op HD uit boekje (2-4 uur op 300-350°C) Blik verpakking „ kan ooit eerder geopend zijn (vochtopname?) „ invloed van beschadigingen is onduidelijk (vochtopname?) „ onhandig / afval

42

DRY-BAG DRY-BAG verpakking voorkomt vochtopname „ tijdens transport (truck, boot) „ bij ongeconditioneerde tussenopslag (zeecontainer) „ opslag onder alle klimatologische omstandigheden (denk aan tropische)

OP 139

Een ongeopende DRY-BAG „ is semi-vacuüm „ positief identificeerbaar dat geen vochtopname heeft plaatsgevonden „ geeft gegarandeerde bovengrens voor waterstofinbreng HD (ISO/IIW 3690)

43

DRY-BAG „Zekerheid van gegarandeerde lage waterstofinbreng D Kwaliteit D Voorkomt reparaties (geld, tijd)

„Onafhankelijk van consequent en correct herdrogen van poeder D zekerheid D energie D tijd D geld

„Geen geklimatiseerde opslagruimte nodig D energie D ruimte D geld 44

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS) „ Air Liquide – Air Liquide Welding „ Inleiding / samenvatting „ Waterstofscheuren bij het lassen van staal – algemeen „ Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (hoge sterkte) D Samenstelling basismateriaal en lasmetaal D Diffusie-coëfficiënt D Fase-overgang D Krimpspanning D Waterstof-accumulatie D Detectie

„ Voorkomen scheurvorming D Waterstof eruit laten gaan D Beperken van waterstof-inbreng

„ Conclusie / aandachtspunten 45

Conclusies / aandachtspunten Dwarsscheuren bij onder poederdek lassen van hoge rekgrens staalsoorten „ Er is (nog) geen geschikte berekeningsmethode voor het bepalen van de juiste voorwarmtemperatuur (EN 1011 voldoet niet) „ Hoe hoger de sterkte (CET) van het lasmetaal, des te lager moet de waterstofinbreng zijn of men moet een veel hogere voorwarmtemperatuur handhaven (dan volgens EN 1011) „ Kans op dwarsscheuren in lasmetaal neemt toe bij toenemende wanddikte (meerlaagse lasverbindingen) „ Detectie van dwarsscheuren in lasmetaal is soms lastig „ Volgens EN 1011 is de aanbevolen tijdspan van 16 uur alvorens NDO uit te voeren veel te kort „ Streef naar een zo laag mogelijke waterstof-inbreng (DRY-BAG) 46

Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (HRS)

„ Air Liquide – Air Liquide Welding „ Inleiding / samenvatting „ Waterstofscheuren bij het lassen van staal – algemeen „ Waterstofscheuren in OP-lasmetaal (hoge sterkte) D Samenstelling basismateriaal en lasmetaal D Diffusie-coëfficiënt D Fase-overgang D Krimpspanning D Waterstof-accumulatie D Detectie

„ Voorkomen scheurvorming D Waterstof eruit laten gaan D Beperken van waterstof-inbreng

„ Conclusie / aandachtspunten 47

Bedankt voor uw aandacht

Demand the Welding Expertise

48