8 juni 2017; Het lassen van Duplex en Super Duplex roestvast staal. Fred Neessen, Ottersum, NL

Transcriptie

1 8 juni 2017; Het lassen van Duplex en Super Duplex roestvast staal. Fred Neessen, Ottersum, NL Van de ferritische roestvast staalsoorten is bekend dat zij sterk zijn en een hoge weerstand tegen spanningscorrosie hebben. De lasbaarheid daaren tegen is slecht in verband met onder andere korrelgroei in de warmte-beïnvloede zone en in de las indien er gelast wordt met een overeenkomend lasmetaal qua chemische samenstelling. De austenitische roestvast staalsoorten hebben een hoge weerstand tegen putcorrosie, zijn relatief laag in vloeigrens en zijn uitstekend te lassen. Duplex roestvast staal combineert de eigenschappen van ferritisch en austenitisch roestvast staal. Kortom duplex roestvast staal heeft vele voordelen waardoor het de austenitische roestvast staalsoorten in veel toepassingen heeft verdrongen. Duplex roestvast staal heeft een gelijke weerstand tegen corrosie maar heeft daarentegen een vloeigrens die minimaal tweemaal hoger is. Door de hogere vloeigrens kan men lichter construeren (dunnere wanddikte) waardoor men minder roestvast staal behoeft in te kopen met als gevolg dat de transport en fabricage kosten verminderen. Duplex roestvast staal wordt vaak aangeduid als zijnde dat het moeilijk lasbaar zou zijn. Niets is minder waar, het is niet moeilijk lasbaar maar wel anders. Tijdens de lezing zal na een introductie hier uitgebreid aandacht aan worden besteed. Tevens kan men zich afvragen of de eisen gesteld in de diverse codes/standaards wel reëel zijn. De keuze van lasproces, toevoegmateriaal, bescherm- en backing gassen maar vooral de naadvulling blijken van zeer grote invloed op de uiteindelijke corrosie en taaiheids resultaten. Dit maakt dat het lassen van duplex anders is dan het lassen van austenitisch roestvast staal. Het vraagt meer aandacht, het is niet moeilijk, het is alleen anders. Vandaar dat afgesloten zal worden met een samenvatting van richtlijnen voor het lassen van duplex en super duplex roestvast staal. Micro structuur duplex basismateriaal Duplex warmtewisselaar voor Woodside

2 Kerftaaiheid [Joule] Lassen van Duplex en Super Duplex Roestvast staal Micro-structuur Lasgroep standaard Regio duplex Noord lasmetaal - Juni NF Ing. Fred Neessen, EWE voorheen Lincoln Smitweld Nijmegen Lasgroep Regio Noord - Juni NF Topics Eigenschappen van Duplex SS (Roestvast staal typen) Lasvoorwaarden Lasmethoden Lasprocedures Samenvatting / Conclusies Lasgroep Regio Noord - Juni NF 0% Ni Ferritisch 5% Ni Duplex > 8% Ni Austeniet Lasgroep Regio Noord - Juni NF Duplex Roestvast staal Structuur: Ferriet + Austeniet > 22% Chroom ± 5% Nikkel < 0.03% koolstof Niet hardbaar Ferromagnetisch Goed lasbaar, mits Lasgroep Regio Noord - Juni NF Lasgroep Regio Noord - Juni NF Overgangskurven Temperatuur [ºC] DSS.48.NF Waarom bestaat er Duplex RVS? Stress Corrosion Cracking (SCC) Chloriden opgelost in water bevorderen SCC Trekspanningen zijn noodzakelijk rest spanningen (krimpspanningen) van de lasverbinding zijn vaak al genoeg Austenitisch roestvast staal zoals 304 en 316 zijn het meest gevoelig voor spanningscorrosie (SCC) Lasgroep Regio Noord - Juni NF Oplossingen voor chloride SCC Veel ferriet (duplex roestvast staal) of derde generatie ferritisch roestvast staal Veel nikkel, molybdeen en stikstof ( Super Duplex ) of nikkellegeringen Lasgroep Regio Noord - Juni NF 1

3 Lincoln Smitweld B.V. 12 x 14.3 mm Temperature [ºC] Lincoln Smitweld B.V. Lean DSS Super DSS 25Cr DSS 22Cr Typical composition of duplex steels 22%Cr standard and 25%Cr superduplex stainless steels (wrought material) Grade EN ASTM Cr [%] Ni [%] Mo [%] Cu [%] W [%] N [%] PRE S AL S Lasgroep Regio Noord - Juni NF S LN S Carpenter 7Mo S Ferralium S Uranus 47N S Sumitomo DP3 - S Zeron S SAF S UR52N S DP3W - S SAF S DP28W - S SAF S S D - S S UR S Algemene voorwaarden voor lassen Super Duplex roestvast staal Voorwarmen is niet nodig Interpass temp. max. 150 C (of 100 C) Heat Input : grondlaag kj/mm : cold pass ca. 1 kj/mm Vermijd te hoge warmte-inbreng voor de vullagen om precipitaten te voorkomen Indien mogelijk de sluitlaag aan de corrosie-zijde Lasgroep Regio Noord - Juni NF Voorzichtig TTT diagram voor lasmetaal type E CuWL en E L 1000 E L E CuWL E CuWL Transformatie zones bij lassen grondlaag Starting embrittlement Lasgroep Regio Noord - Juni NF decreasing toughness Time [s] 100 log 200 DSS.21E.NF 400 DSS.24E.NF Lasgroep Regio Noord - Juni NF Cold pass techniek voor het lassen van Super Duplex DSS.23E.NF Cold pass HI: kj/mm Heavy root run HI: kj/mm Macro (M = 45x) Lasgroep Regio Noord - Juni NF Lasgroep Regio Noord - Juni NF Lasgroep Regio Noord - Juni NF 2

4 Detail 2 e laag secundaire geprecipiteerde austeniet Preferente aantasting via secundaire austenite Lasgroep Regio Noord - Juni NF (M = 400x) Lasgroep Regio Noord - Juni NF Lasgroep Regio Noord - Juni NF (M = 400x) Alles bij elkaar samengevat Lasmethoden Controle Duplex lasprocedure: Controle grondlaag / naadvorm Controle van uittreklengte (warmte-inbreng) Controle van interpass temperatuur Beschermgas en backing gas Lassen van Duplex RVS is niet moeilijk Het is alleen anders! Lasgroep Regio Noord - Juni NF SMAW GMAW FCAW Lasgroep Regio Noord - Juni NF SAW Alle conventionele lasmethoden zoals bijvoorbeeld: SMAW, GMAW, GTAW, SAW, FCAW, PAW & LAW Te stellen eisen, lasbaarheid in positie en productiviteit zijn meestal bepalend voor de keuze van de lasmethode Lasgroep Regio Noord - Juni NF Typical application on site, welding with Jungo 4462 Zeron 100 Manifold, welded with Jungo Zeron 100X Manual electrode welding (Jungo 4462) of flange to Lasgroep Regio Noord - Juni NF bend butt welds Beklede elektroden - SMAW Uitstekend geschikt voor lassen in positie en enkelzijdig bereikbare lasverbindingen DC+ geeft beste resultaten (-16, root DC-) Gebruik een korte booglengte. Dit geeft de beste stabiliteit en vermindert het risico van lucht (N 2 + O 2 ) opname. Stikstof geeft aanleiding tot poreusheid en zuurstof verhoogt de oppervlakte oxidatie Lasgroep Regio Noord - Juni NF Lasgroep Regio Noord - Juni NF GTAW Meestal voor dun materiaal < 4mm Veelal toegepast bij pijpverbindingen Grondlaag in enkelzijdig bereikbare verbindingen (met backing gas) Vul- en sluitlagen kunnen dan worden gelast met een economischer lasproces TIG lasnaad vormen Gap = f (plate thickness) 3

5 Lasgroep Regio Noord - Juni NF Goed voor het lassen van plaat tot 6 mm Meestal tweezijdig maar materiaal < 4 mm kan enkelzijdig gelast worden met ondersteuning van de grondlaag of GMAW-STT Sproeiboog of pulsboog toepassen Voordeel lassen met sproeiboog is de hogere neersmeltsnelheid Voordeel pulsboog is controle smeltbad en de mogelijkheid om in positie te lassen Super Duplex roestvast staal moet pulserend worden gelast vanwege de boog stabiliteit GMAW Problemen met MIG-lassen Super Duplex pijp, wanddikte 25mm en gelast met massieve draad G N L Lasgroep Regio Noord - Juni NF Gasinsluitingen Draadinsluitsels in lasmetaal Onvoldoende bevochtiging Te zware oxidatie Te veel slijpen Scheuren Problemen met MIG-lassen Gevulde draad vs massief Lasgroep Regio Noord - Juni NF Gasinsluitingen Draadinsluitsels in lasmetaal Onvoldoende bevochtigingseigenschappen Te zware oxidatie Te veel slijpen Scheuren Lasgroep Regio Noord - Juni NF Geschikt voor materiaaldikte vanaf 5 mm Kan direct met bestaande conventionele MIG/MAG-apparatuur verlast worden Goedkoper beschermgas kan worden toegepast 100% CO 2 of Ar + (15-25)% CO 2 Snel en efficiënt lasproces Positie lassen 30% hogere neersmeltsnelheid Gemakkelijker te verlassen door slak support Betere aanvloeiing, ook op keramische strip Gladder lasoppervlak Minder spatten, undercuts en HAZ-oxidatie Minder c.q. makkelijker na te bewerken Cor-A-rosta P4462 Keuze bescherm- en backing gas 2G / PC: WFS 6m/min Amp A Voltage 24 V Welding speed 13cm/min 3G / PF: WFS 6m/min Amp A Voltage 24 V Welding speed 7cm/min Lasgroep Regio Noord - Juni NF Beschermgas Argon 4.0 of 4.8 Argon + 2.5% CO 2 Argon / Helium CO 2 Argon / Helium mengsel Argon + 2 5% N 2 Argon / CO 2 (e.g. 80/20) 100% CO 2 De juiste keuze hangt af van: Lasproces Laspositie Mechanische eigenschappen Lasgroep Regio Noord - Juni NF Backing gas Argon 4.0 Argon 4.8 Stikstof Argon met 2 5% H 2 Stikstof met 5 10% H 2 Invloed stikstofgehalte beschermgas op stikstof in lasmetaal voor 2205 DSS (UNS S31803) 0.2 Stikstof [%] DSS.04.NF Stikstof in argon beschermgas [%] 4

6 50 SAW Onderpoeder lassen GMAW-STT + SAW; ER ø2.4mm Dow Chemicals reactor made in 25%Cr SDSS (CLISAF2507), welded with LNT Zeron 100X and LNS SD 2509/P2000 by Exotec, De Schelde Box Girders voor Offshore Lasgroep platform Regio Noord - Juni NF Hoge productiviteit met uitstekend lasuiterlijk Werk-omgeving aanzienlijk beter dan andere methoden Nadeel is dat het beperkt is tot onder de hand en uit de zij lassen Grote warmte-inbreng??!!, dus probleem voor dunne wanddikte Een basisch geagglomereerd poeder moet worden toegepast Lasgroep Regio Noord - Juni NF Lasgroep Regio Noord - Juni NF X80-11Cr A / 28-29V / 50 cm/min CLW impact at -20ºC: 80 J CTOD bij -40ºC: 0.21 en A / 27-32V / 60 cm/min CLW impact at -20ºC: 75 J G48A-24h: CPT > 30ºC SA-Welding parameter guide Laag / Tegenlaag techniek Procedure specificatie in 50mm Tp = 100ºC Ti = 150ºC Current [A] Voltage [V] Speed [cm/min.] Impact Charpy-V [J] - 20ºC - 40ºC Single wire ø3.0mm av. = 160 av. = 80 Tandem 2 x ø3.2mm first wire DC second wire AC DSS.18E.NF av. = 90 av. = 60 Positie laskop: Snoer = 80º Snoer = 85º Snoer = 90º DSS.54E.NF SAW Amp mm/min. Poeder A FB 2 63 DC GTAW Amp mm/min. Argon 4.0 Lasgroep Regio Noord - Juni NF Lasgroep Regio Noord - Juni NF Laserlassen Laser-hybride lassen Plasma lassen Lasgroep Regio Noord - Juni NF Laser, laser-hybride en Plasma lassen Is lassen met hoge productiviteit Indien zonder toevoegmateriaal, oplossend gloeien is een must Gecontroleerde inbranding Lage warmte-inbreng Zero tolerantie qua lasnaad voorbereiding Lasgroep Regio Noord - Juni NF Alles bij elkaar samengevat Beschermgas en backing gas Achtergrond: Oorzaak corrosion grondlaag door secundaire Indien geen secundaire aanwezig, stiksof verhoogt de weerstand tegen corrosie van de grondlaag Opmerking: Realiseer bij gebruik van Ar + 1-2% N 2 als toorts gas voor risico van poreusheid en nitriden Aanbeveling: Beslis of er één gas gebruikt wordt voor toorts en backing WPS moet spoeltijd en gasdebiet aangeven Handhaaf gedurende mm lasdikte het backing gas Lasgroep Regio Noord - Juni NF 5

7 Schoonmaken vóór het lassen Om een goede lasbaarheid te garanderen en de noodzaak om na het lassen schoon te maken: Alle oppervlakken in- en rond de lasnaad moeten voor het lassen grondig worden gereinigd Vuil, olie en vet moet worden verwijderd met behulp van een reinigingsmiddel, zoals aceton Alle ruwe naadkanten en randen moeten volledig worden verwijderd door voorzichtig slijpen Oxiden, verf en primers moeten volledig worden verwijderd tot ongeveer 50 mm vanaf de lasnaadverbinding Lasgroep Regio Noord - Juni NF Opmerking: Las met de juiste en geschikte elektrode Hecht aan corrosie-zijde Plaatdikte bepaald het aantal benodigde hechten Plaatdikte [mm] > 8 Afstand tussen de hechten [mm] Lasgroep Bullets Regio in Noord the joint - Juni NF Hechtlassen, waarom? Om de juiste vooropening te handhaven en om krimp (vervorming) te voorkomen Voor materiaal tot 6 mm moet de lengte van de hechtlas 15 mm zijn Boven 6 mm een hechtlengte van ~30 mm Afstand tussen de hechten mm Bij enkelzijdige lassen, hechtlassen uitslijpen voor het lassen of.. Bij dubbelzijdige lassen kan men volstaan om start en krater van de hechtlas aan te slijpen Lasgroep Regio Noord - Juni NF Arc-strike, omdat het leuk is? Wrong Tack weld Grinding After grinding => GOOD Location of restart Solidification crater Eindkrater (gescheurd) Lasgroep Regio Noord - Juni NF Starten en stoppen Starten en stoppen van de lichtboog Van belang is dat de juiste techniek wordt toegepast voor het starten en stoppen Met betrekking tot de metallurgische, mechanische en corrosie-eigenschappen, elke start en stop is van cruciaal belang Vermijd arc-strike, boog in de naad starten Indien arc-strike is opgetreden, dan zorgvuldig repareren door slijpen en polijsten of in het ergste geval, reparatielassen Alle krater-scheuren en slakinsluitingen moeten worden verwijderd Lasgroep Regio Noord - Juni NF 3-5 No land Welding position 5Gd HI : kj/mm Dep. rate: kg/h Corrosion: STT outperforms GTAW Lasgroep Regio Noord - Juni NF GMAW-STT root welding Pipe UNS S32205, 14 x 25mm Lastoevoegmateriaal: Beschermgas: Backing gas: Lasparameters: (met pendelen) Base material Weld metal Test temp. [ C] Results X2CrNiMoN X2CrNiMoNCuW G N L ER2209 G N L ER , 24 and 26 No Pitting 30 35, 37.5, 40 and 42.5 No pitting AWS A5.9 : ER 2209 ISO A: G N L 70% Ar+28%He+2%CO 2 100% Ar Peak: 265 A Background: 50 A WFS: m/min No pitting in weld Pitting in Base and HAZ 45 Pitting in HAZ Plan de lasnaad opbouw Vullagen: voor de hoogst mogelijke productiviteit In het algemeen, lassen wordt uitgevoerd met de hoogst mogelijke warmte-inbreng die overeenstemt met behoud van eigenschappen en lasbaarheid Visuele inspectie bij elke lasrups Slakresten en oxides t.g.v. het lassen verwijderen voordat de volgende laag gelast wordt Mogelijke lasproces combinaties: Tig grondlaag + SMAW, MIG of SAW vullagen SMAW grondlaag + SAW of FCAW vullagen GMAW STT grondlaag + SMAW, FCAW of SAW vullagen Lasgroep Regio Noord - Juni NF Plan de lasnaad opbouw De sluitlaag In eerste instantie om de las een goede corrosieweerstand te geven maar ook voor een structurele integriteit Oneffenheden als kerven, overmatige overdikte, holtes, etc. hebben allemaal een negatieve invloed op de corrosiebestendigheid Esthetische overwegingen zijn vaak ook belangrijk Lasgroep Regio Noord - Juni NF 6

8 Legering 2101, 2304 en 2205 is max. 150 C Legering 2507 is veel gevoeliger en dient beneden de 100 C te worden gelast Thermische geleidbaarheid is hetzelfde als van austeniet en lager dan van koolstofstaal. Dit betekent dat het langer duurt om de juiste interpass temperatuur te bereiken Interpass temperatuur moet worden gemeten Vermijd temperatuur krijtjes Lasgroep Regio Noord - Juni NF Interpass temperatuur Check list voor enkelzijdig lassen van Duplex roestvast staal pijpen Handhaaf backing gas tot 12 mm lasdikte om onacceptabele oxide / verkleuring te voorkomen, en voor het behoud van de essentiële oppervlakte put corrosieweerstand Continu of tussen koeling met geforceerde lucht is aanvaardbaar voor het sneller afkoelen van de lasnaad tot onder de gespecificeerde maximale Ti Ti C wand. 3 ~ 5 ~ 8 mm > 15 Lasgroep Regio Noord - Juni NF Algemene aanbevelingen Alloy 2304 max. 2.0 kj/mm Alloy 2205 max. 2.5 kj/mm Alloy 2101 en 2507 max. 1.5 kj/mm Duplex mag niet gelast worden met een te lage warmte-inbreng Kan leiden tot hoge afkoelsnelheden, met als gevolg een ferrietgehalte van meer dan 70% Minimale warmte-inbreng is 0.5 kj/mm Lasgroep Regio Noord - Juni NF Warmte-inbreng Controle warmte-inbreng De interpass temperatuur moet worden beperkt tot max. 150 C Voor alle duplex kwaliteiten geldt: t => 3-5 mm HI: kj/mm t => > 5 mm HI: < 2.5 kj/mm Lasgroep Regio Noord - Juni NF Samenvatting van de belangrijkste lasparameters voor DSS Hardheid lasmetaal Super duplex Lasnaad voorbewerking Warmteinbreng kj/mm (2.7 > 15 mm wd) 2-3 for 2-4 mm wd 3-4 for > 4 mm wd Interpass temperatuur C (2.7 > 15 mm wd) Maximale hardheden volgens: NORSOK M HV / 32HRc Shell ES106 & HRc NACE MR0175 None TOTAL (GS PVV614) 350HV BP Rhum 330HV Lasgroep Regio Noord - Juni NF Lasgroep Regio Noord - Juni NF 7

9 Onderwerp van discussie en onderzoek Dient niet te worden toegepast, maar. praktijk moet vlakheid kunnen corrigeren Praktische richtlijnen: alleen basis materiaal, nooit de lasnaden aan de niet corrosie zijde gebruik een oxiderende vlam (hoge energie) per plek slechts éénmaal, 1-2 min. rood heet gevolgd door afschrikken met water Lasgroep Regio Noord - Juni NF Vlamrichten Conclusies Voor het lassen Een iets grotere vooropening en openingshoek dan voor standaard roestvast staal Reinig de naad grondig Slechts RVS borstels mogen worden gebruikt Normaal gesproken niet voorwarmen Plasma gesneden laskanten altijd slijpen om de oxidelaag te verwijderen Gebruik de beklede elektroden direct uit SRP, als geleverd te gebruiken SAW poeders voor gebruik overdrogen Lasgroep Regio Noord - Juni NF Conclusies Tijdens het lassen Gebruik de juiste warmte-inbreng van kj/mm Vermijd het starten van de boog buiten de lasnaad Gebruik het juiste backing gas Houd de lastoorts onder een hoek van 90 Trek geen té lange boog bij het lassen Voorkom overmatig zwaaien Interpass temperatuur C Voorkom snelle afkoeling en lage warmte-inbreng TIG of GMAW-STT wordt sterk aanbevolen voor het eenzijdig aanbrengen van de grondlaag (doorlassing) Gebruik geen koper backing strip vanwege het risico van een te snelle afkoeling Lasgroep Regio Noord - Juni NF Lasgroep Regio Noord - Juni NF Conclusies Na het lassen Verwijder d.m.v. een grondige reiniging alle slakresten en oxide op en rond de lasnaad Borstel handmatig om elk risico op micro-scheuren te voorkomen Een warmtebehandeling na het lassen is niet nodig Beitsen wordt aanbevolen Lasgroep Regio Noord - Juni NF Superduplex roestvast staal is goed lasbaar Goed vakmanschap van RVS fabricage methoden Selecteer het juiste lasproces en toevoegmat. Training en begeleiding van lassers is belangrijk Engineers & supervisors moeten worden opgeleid Een consistente controle van lasprocedures is van essentieel belang Controleer Codes op realistische eisen Lasgroep Regio Noord - Juni NF Conclusies Lasgroep Regio Noord - Juni NF Bedankt voor uw aandacht 8