Hoe kan het lassen van koolstofstaal zowel een gebruikelijke praktijk als een complexe uitdaging zijn? Deze gids verkent de ingewikkelde wereld van het lassen van koolstofstaal en behandelt de soorten koolstofstaal, hun lasbaarheid en specifieke technieken om sterke, betrouwbare verbindingen te maken. Lezers leren over de verschillen in het lassen van koolstofstaal met een laag, gemiddeld en hoog koolstofgehalte en de noodzakelijke voorzorgsmaatregelen om veelvoorkomende lasfouten te voorkomen. Duik in het boek en begrijp de cruciale stappen en best practices voor succesvol lassen van koolstofstaal.
1. Wat is koolstofstaal?
Staal wordt op basis van zijn chemische samenstelling ingedeeld in twee hoofdcategorieën: koolstofstaal en gelegeerd staal. Koolstofstaal wordt verder onderverdeeld in drie soorten op basis van het koolstofgehalte:
Laag koolstofstaal, ook bekend als zacht staal, bevat minder dan 0,25% koolstof. Het wordt gekenmerkt door:
Toepassingen zijn onder andere:
Sommige staalsoorten met laag koolstofgehalte ondergaan carburatie- of andere oppervlaktehardingsbehandelingen om de slijtvastheid te verbeteren voor specifieke mechanische toepassingen.
2. Staal met gemiddelde koolstofwaarde
Medium koolstofstaal, met 0,25% tot 0,60% koolstofgehalte, biedt:
Belangrijkste kenmerken:
Toepassingen:
3. Staal met een hoog koolstofgehalte
Hoog koolstofstaal, vaak gereedschapsstaal genoemd, bevat 0,60% tot 1,70% koolstof. Het wordt gekenmerkt door:
Toepassingen gebaseerd op koolstofgehalte:
Staal met een hoog koolstofgehalte krijgt meestal een warmtebehandeling (afgeschrikt en getemperd) om optimale mechanische eigenschappen te verkrijgen voor de beoogde toepassingen.
De lasbaarheid van staal wordt voornamelijk beïnvloed door de chemische samenstelling, waarbij het koolstofgehalte de meest kritische factor is. Hoewel andere legeringselementen in staal het lassen kunnen beïnvloeden, is hun invloed over het algemeen minder groot dan die van koolstof.
Laag koolstofstaal (meestal 25 mm), lage omgevingstemperaturen (0,05%) zijn extra voorzorgsmaatregelen nodig:
Staal met een gemiddeld koolstofgehalte (0,25-0,60% C) is gevoeliger voor koudscheuren tijdens het lassen. Naarmate het koolstofgehalte toeneemt, neemt de hardbaarheid van de HAZ toe, wat leidt tot een grotere kans op koudscheuren en verminderde lasbaarheid. Het verhoogde koolstofgehalte in het basismateriaal verhoogt ook het koolstofgehalte in het lasmetaal, wat in combinatie met de aanwezige zwavel het warmscheuren kan bevorderen. Om deze problemen te beperken bij het lassen van middelsterk koolstofstaal:
Staal met een hoog koolstofgehalte (>0,60% C) vormt de grootste lasuitdaging vanwege het hoge koolstofgehalte. Tijdens het lassen ontstaan er aanzienlijke thermische spanningen, de HAZ wordt zeer gevoelig voor verharding en koudscheuren en het lasmetaal is gevoelig voor warmscheuren. Bijgevolg heeft staal met een hoog koolstofgehalte de slechtste lasbaarheid van de drie categorieën. Het gebruik ervan in gelaste constructies wordt over het algemeen vermeden en beperkt zich tot reparatielassen of hardfacing van slijtvaste onderdelen. Wanneer lassen van hoog koolstofstaal noodzakelijk is:
Middelzwaar koolstofstaal is koolstofstaal met een koolstofgehalte van 0,25% tot 0,60%, waaronder koolstof van hoge kwaliteit. staalsoorten zoals 30, 35, 45, 50, 55 en gietkoolstofstaalsoorten zoals ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570 en ZG340-640.
Door het hogere koolstofgehalte in staal met een gemiddeld koolstofgehalte in vergelijking met staal met een laag koolstofgehalte, is de lasbaarheid minder. Als de massafractie koolstof dicht bij 0,30% ligt en het mangaangehalte niet hoog is, is de lasbaarheid nog steeds goed, maar als het koolstofgehalte toeneemt, verslechtert de lasbaarheid geleidelijk.
Wanneer de massafractie koolstof ongeveer 0,50% bereikt, verslechtert de lasbaarheid aanzienlijk.
De problemen die kunnen optreden bij het lassen van middelsterk koolstofstaal zijn de volgende:
Door het hoge koolstofgehalte in het staal kan de warmte-beïnvloede zone gemakkelijk hard en bros worden. martensietstructuur tijdens het lassen, wat leidt tot koudscheuren.
Als er onjuiste lasmaterialen worden gebruikt of de lasproces niet juist is geformuleerd, kunnen er ook gemakkelijk koudscheuren in de las ontstaan.
Tijdens het lassen zal het moedermateriaal met een hoog koolstofgehalte smelten en koolstof in de las brengen, waardoor het koolstofgehalte in de las toeneemt. Koolstof kan het effect van zwavel en fosfor in metalen versterken en warmscheuren veroorzaken.
Daarom kunnen er bij het lassen van middelzwaar koolstofstaal gemakkelijk warmscheuren in de las ontstaan. Dit is vooral waar als het zwavel- en fosforgehalte in het moedermateriaal of lasmateriaal niet strikt worden gecontroleerd, waardoor de kans op warmscheuren groter is.
Bovendien kan het hoge koolstofgehalte in het staal ook de neiging van de las om CO-gasporiën te produceren vergroten.
Vanwege de neiging van staal met een gemiddeld koolstofgehalte om defecten te vormen zoals koude en warme scheuren bij het lassen, moeten er speciale technische maatregelen worden genomen om succesvol lassen te garanderen.
Er kunnen verschillende booglasmethoden worden gebruikt voor medium koolstof staal lassen. Omdat staal met een gemiddeld koolstofgehalte meestal wordt gebruikt voor de productie van machineonderdelen in plaats van voor grootschalige lasconstructies, is afgeschermd metaal booglassen wordt het vaakst gebruikt.
Om de vorming van koude en warme scheuren in de las te voorkomen, worden elektroden met een laag waterstofgehalte meestal gebruikt in afgeschermde lassen. metalen boog lassen. Deze elektroden zorgen niet alleen voor een laag waterstofgehalte in de las, maar hebben ook ontzwavelende en defosforiserende effecten, waardoor de plasticiteit en taaiheid van de las worden verbeterd.
Als het staal een lager koolstofgehalte heeft en de verbinding minder stijf is, kunnen rutiel- of basische elektroden worden gebruikt. Er moeten echter strenge technische maatregelen worden toegepast, zoals het minimaliseren van de smeltverhouding, het werkstuk strikt voorverwarmen en de temperatuur van de tussenlaag regelen.
Als voorverwarmen niet mogelijk is, kunnen elektroden van austenitisch roestvast staal worden gebruikt, zoals E308L-16 (A102), E308L-15 (A107), E309-16 (A302), E309-15 (A307), E310-16 (A402), E310-15 (A407).
Voorverwarmen is de meest effectieve techniek om scheurvorming te voorkomen bij het lassen van middelzwaar koolstofstaal. Voorverwarmen vermindert niet alleen de afkoelsnelheid van de lasnaad, waardoor de vorming van martensiet wordt voorkomen, maar vermindert ook de lasspanning en versnelt de waterstofdiffusie.
In de meeste gevallen is het voorverwarmen en op temperatuur houden van de tussenlaag noodzakelijk.
De keuze van de voorverwarmings- en tussenlaagtemperaturen hangt af van het koolstofequivalent van het staal, de dikte van het basismetaal, de stijfheid van de structuur en het type elektrode.
De voorverwarmingstemperatuur kan worden bepaald door lastesten of door de empirische formule T0=550(C-0,12)+0,4δ. In deze formule staat T0 voor de voorverwarmingstemperatuur (℃), C voor de massafractie koolstof in het te lassen basismetaal (%), en δ voor de dikte van het lasmetaal. staalplaat (mm).
De voorverwarm- en tussenlaagtemperaturen voor het lassen van 30, 35 en 45 staal staan in Tabel 1.
Tabel 1 Voorverwarmingstemperatuur en tempereertemperatuur na het lassen voor koolstof staal lassen
| Staalkwaliteit | Lasdikte /mm | Bedieningsproces | Lasdraad categorie | Opmerking | |
| Voorverwarming tussenlaagtemperatuur /℃ | Spanningsvrij maken van temperatuur /℃ | ||||
| 30 | -25 | >50 | 600-650 | Niet laag waterstof type lasdraad | 1. Het verwarmingsbereik aan beide zijden van de groef voor plaatselijke voorverwarming is 150-200mm 2. Tijdens het lasproces kan hameren worden gebruikt om het lassen te verminderen. restspanning. |
| Lage waterstof type lasdraad | |||||
| 35 | 25-50 | >100 | Type met laag waterstofgehalte | ||
| >150 | Type zonder laag waterstofgehalte | ||||
| 50-100 | >150 | Type met laag waterstofgehalte | |||
| 45 | -100 | >200 | Type met laag waterstofgehalte | ||
Het werkstuk moet idealiter een U- of V-vormige groef hebben om de hoeveelheid onedel metaal dat in de las smelt te verminderen. Bij reparatie van defecten in gietstukken moet de uitgegraven groef een gladde buitenkant hebben om de hoeveelheid basismetaal die in de las smelt te minimaliseren.
Voor het lassen moet gelijkstroomvoeding met omgekeerde polariteit worden gebruikt. Voor multi-layer lassen, kleine diameterelektroden, lage stroom, en langzaam lassnelheid worden gebruikt omdat het aandeel onedel metaal dat smelt in de eerste laag van de las tot 30% kan oplopen.
Na het lassen moet het werkstuk idealiter onmiddellijk een spanningsvrije warmtebehandeling ondergaan. Dit is vooral belangrijk voor lasstukken van grote dikte, zeer stijve constructies en lasstukken die dynamisch of schokbelast worden.
De temperatuur voor stressverlichting gloeien ligt meestal tussen 600 en 650 graden Celsius.
Als een spanningsontlastende warmtebehandeling niet onmiddellijk na het lassen kan worden uitgevoerd, moet een naverwarming worden uitgevoerd, waarbij iets boven het voorverwarmingstemperatuurmet een wachttijd van ongeveer 1 uur per 10 mm dikte.
(I) 35 staal en ZG270-500 gegoten koolstofstaal
De massafractie koolstof in 35-staal is 0,32% tot 0,39% en die in ZG270-500 gegoten koolstofstaal is 0,31% tot 0,40%. Het koolstofequivalent is ongeveer 0,45%, vandaar de lasbaarheid van dit soort staal is aanvaardbaar.
In de warmte-beïnvloede zone tijdens het lassen ontstaat echter een harde en brosse martensitische structuur kunnen vormen, die de neiging hebben om te barsten. Daarom moeten er bepaalde technische maatregelen worden genomen bij het lassen van dit type staal.
Bij gebruik van elektrodebooglassen, als een lasnaad van gelijke sterkte aan het moedermateriaal vereist is, kunnen E5016 (J506) of E5015 (J507) lasdraden gebruikt worden. Als een lasnaad met dezelfde sterkte als het moedermateriaal niet vereist is, kunnen E4316 (J426), E4315 (J427), E4303 (J422), E4310 (J423) enz. lasdraden worden gekozen.
Voor ondergedompeld booglassen kunnen HJ430 of HJ431 fluxen en H08MnA of H10Mn2 draden worden geselecteerd.
Voor slaklassen kunnen HJ430, HJ431, HJ360 vloeimiddelen en H10Mn2, H08Mn2Si, H08Mn2SiA draden worden geselecteerd.
Bij het lassen van 35 staal en ZG270-500 gietstaal zijn de typische voorverwarmingstemperatuur en tussenlaagtemperatuur voor de gelaste delen ongeveer 150℃. Als de stijfheid van de gelaste delen relatief groot is, moeten de voorverwarmingstemperatuur en de tussenlaagtemperatuur worden verhoogd naar 200-250℃.
Het verwarmingsbereik voor plaatselijke voorverwarming is 150-200 mm aan beide zijden van de groef.
Voor gelaste onderdelen met een grote dikte, een hoge stijfheid of die onder dynamische of schokbelastingen werken, moet het spanningsarmgloeien onmiddellijk na het lassen worden uitgevoerd. De gloeitemperatuur is meestal 600-650℃.
Voor gelaste onderdelen van algemene dikte kan naverwarming worden gebruikt om de diffusie van waterstof te laten ontsnappen.
De naverhittingstemperatuur is meestal 200-350℃ en de wachttijd is 2-6 uur, afhankelijk van de dikte van de gelaste onderdelen.
(II) 45 staal en ZG310-570 gegoten koolstofstaal
De massafractie van koolstof in 45 staal is 0,42% tot 0,5% en die in ZG310-570 gietstaal is 0,41% tot 0,50%. Het koolstofequivalent is ongeveer 0,56%. Dit staal heeft een grotere neiging tot harden en is gevoelig voor scheuren, waardoor het relatief slecht lasbaar is.
Voor booglassen met elektrode moeten laagwaterstof lasdraden worden gekozen. Als een lasnaad van gelijke sterkte als het moedermateriaal vereist is, kunnen E5516-G (J556) of E5515-G (J557) lasdraden worden gebruikt.
Als een lasnaad met dezelfde sterkte als het moedermateriaal niet vereist is, kunnen E4316 (J426), E4315 (J427), E5016 (J506), E5015 (J507), E4303 (J422), E4301 (J423) enz. lasdraden worden gekozen.
Voor ondergedompeld booglassen kunnen HJ350 of SJ101 vloeimiddelen en H08MnMoA draden worden geselecteerd.
Bij het lassen van 45 staal en ZG310-570 gegoten koolstofstaal moet een kleinere lasstroom worden gekozen om de smeltverhouding van de lasnaad te verlagen en de hoeveelheid koolstof die overgaat van het moedermateriaal naar de lasnaad te verminderen.
Voor het lassen van dit type staal kun je het beste het hele stuk voorverwarmen tot een temperatuur boven de 200℃.
Omdat T-verbindingen meer richtingen voor warmteafvoer hebben dan stootvoegen, is de koelsnelheid van de gelaste verbinding zal toenemen, waardoor de neiging tot het ontstaan van koude scheuren toeneemt.
Daarom moet de voorverwarmingstemperatuur worden verhoogd tot 250-400℃, afhankelijk van de dikte van de gelaste onderdelen.
De tussenlaagtemperatuur mag niet lager zijn dan de voorverwarmingstemperatuur.
Na het lassen moeten de gelaste delen onmiddellijk spanningsarmgloeien. De gloeitemperatuur is 600-650℃.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
RU