Lassen en de invloed op mechanische eigenschappen en falen

Vergelijkbare documenten
Lassen en de invloed op mechanische eigenschappen en falen

Het falen van constructies door scheuren of breuk

Het falen van constructies door scheuren of breuk in relatie tot lassen

Het falen van constructies door scheuren of breuk in relatie tot lassen

Het falen van stalen leidingen of vaten. Dr. Ir. Peter van Houten IWE Ir. Lammert Brantsma IWE,, IWI

a s s o r t i m e n t l o g i s t i e k

Compleet in Duplex TECHNISCHE INFORMATIE ASSORTIMENT LOGISTIEK

R&D. Metallurgische (las)eigenschappen van slijtvaste witte gietijzers. Annemiek van Kalken Ludwik Kowalski

Metaalkunde in de. Lastechniek. H.Schrijen 1. Lasgroep Zuid Limburg. Mechanische Eigenschappen. Trekproef. Metaalkunde en Lastechniek

Lasbaarheid van materialen - gietijzer

I T +31 (0) E info@gns-nederland.nl INHOUDSOPGAVE

ecn.nl ECN-L

Fred Neessen. Het lassen van ongelijksoortige verbindingen Kan dat allemaal wel?

Lasbaarheid van Materialen Staal

Lasgroep Zuid Limburg

Duplex staal; Kort verleden doch een grote toekomst

Materialenkennis. voor de laspraktijk 8

Voorwarm temperatuur

Falen of presteren:duurzaamheid & Betrouwbaarheid van materialen en constructies

Overwegingen ten aanzien van voorwarmen bij lassen

Defecten en onvolkomenheden in lasverbindingen: stolscheuren

Wijzigingen en drukfouten voorbehouden.

DE NIEUWE ISO DE TUSSEN STAND OP 5 NOVEMBER 2014.

Lassen van ongelijksoortige metalen. vm 115

$!&! ! " # $%! & % ' ( ) " &$ * ' # + *,% # * - #. (. + # / 0,$# (' + # ,$# &1 # 2 ,$# # 3) % "5 + # ) 6 & & % 7.. # + &% # :

&() " # $ % ! '( ) * + "! # + ") ' ' + (, ( $ -. */ % %.. +. / 0$ # % 0 $ 0 $( 1 0 $. 0 $ 2( 1( 13 4 '1( #5 % ' 6 6 (. 5 -/ % 6 (.

Krimpvervorming - Verschijningsvormen en oorzaken

Lassen van venturibuizen

Technische informatie Roestvast staaltypen

Metaalkunde in de. Lastechniek. H.Schrijen 1. Lasgroep Zuid Limburg. Metaalkunde en Lastechniek. Lasgroep Zuid Limburg. Root Cause of Disasters

Why edit if we deliver grinded (or fully grinded) Präzi Flachstahl Corrosiebestendige stalen

ONDERZOEK NAAR DE AARD EN OORZAAK VAN HET BREKEN VAN EEN M5 BOUT.

Mechanische beproeving

Lassen op gasvoerende leidingen

SOORTEN RVS - ROESTVAST STAAL EN HUN EIGENSCHAPPEN

Chroom-Molybdeen staalsoorten

Het lassen van hoge rekgrens staalsoorten (S690QL)

Product/Gasvoerend lassen.

LASERLASSEN IN DE PRAKTIJK

DRIELUIK OVER CORROSIE BIJ OF DOOR LASVERBINDINGEN DEEL 1

TIG ROESTVASTSTAAL CBL - AVESTA TIG 308 LSI. Diameter Mm Type Verpakkingseenheid

Toelichting bij : ISO14341 voor massieve draad ISO voor vuldraden. Leen Dezillie, IWE- VCL i.s.m. Benny Droesbeke, IWE BIL

Lassen van hoge rekgrens staalsoorten

Vermoeiingsbeproeving

Oppervlaktebehandeling van RVS na lassen

INHOUD EN LEERDOELEN V/D CURSUSMAP (CURSUS RVS BASIS)

8 Aanvulling Hoofdstuk 8 Metalen

Mechanische beproeving CTOD beproeving

MIG ROESTVASTSTAAL CBL MIG 308 LSI

Symbolen weergave op tekeningen Las- en soldeerverbindingen

Hygiënische lassen. Leo Vermeulen / Michel Voorhout. Hygiënische lassen 4 oktober

ARCAL GASWIJZER. Welk materiaal wenst u te lassen? Laaggelegeerde staalsoorten. Roestvaststaal. Aluminium legeringen

Vermoeiing. Vermoeiing. Vermoeiing. Vermoeiing. Typische kenmerken van een vermoeiingsbreuk

Keuze van toevoegmateriaal voor het lassen van Aluminium en Al-legeringen

Schadeonderzoek aan austenitisch rvs op de aanwezigheid van MIC

Voor en door Staalconstructeurs D-geprinte brug MX3D. Stijn Joosten

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

NKI leverancier van BonFix

INFOFICHES RVS [DEEL 4-2]

Catalogus lastoevoegmaterialen

UDDEHOLM NIMAX. Nimax is geregistreerd in de Europese Unie en U.S.

Lastechnische theorie trainingen

ONDERZOEK NAAR DE CONDITIE VAN ONDERDELEN VAN EEN WILDEN PERSLUCHT MEMBRAANPOMP.

Overzicht slijtage mechanismen

Topkwaliteit sinds BONFIX messing en messing vernikkelde (sanitaire) knelfittingen. Technische documentatie

Wat is roestvast staal? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

Metaalstructuren en toestandsdiagram. Metaalstructuren en toestandsdiagram. Metaalstructuren en toestandsdiagram. Metaalstructuren en toestandsdiagram

Duurzaam herstellen en produceren van hoogwaardige producten met lasertechnologie

Warmtebehandeling kan mechanische eigenschappen beïnvloeden

Falen of Presteren: Het gedrag van materialen bij hoge temperatuur

Lichtmasten van metaal. aluminium of staal? Johan Maljaars en Ed Reddering

``MOSE`` - de immense waterkering van Venetië gelast met Megafil 710 M.

Wetenswaardigheden over speciale verbindingstechnieken t.b.v. roestvast staal

WELKOM. Sjaak de Koning DGA Revicon BV, Woerden

Falen of presteren van gelaste constructies, breukmechanismen en breukvlakkenmerken

RP PARTS GIETSTUKKEN STAAL

Lassen van hoge rekgrens staalsoorten

Technische ondersteuning en advies op maat

Moderne Duplex kwaliteiten en lassen

Lasmethodekwalificaties voor aluminium. Ir. Leen Dezillie, IWE

Thermisch spuiten en lasercladden, hoe, waarom en praktijk

Het lassen van moeilijk lasbare staalsoorten

Gietbrons en roestvast staal

Lasfouten / lasonvolkomenheden in lasverbindingen - "lamellar tearing"

Plasticiteit. B. Verlinden Inleiding tot de materiaalkunde. Structuur van de lessen 1-4

RVS. Cursusboek RVS Basis. Cursussen en Advies in RoestVastStaal. connect. RVS Connect

UDDEHOLM ROYALLOY TM

AIR LIQUIDE Welding Plasma lassen

Tribo Bronze. Brons met vaste smeerstoffen

Falen bij hoge temperatuur

Symbolen weergave op tekeningen Las- en soldeerverbindingen NEN-EN-ISO 2553:2014. Leo Vermeulen (IWE) 21 maart Inhoud

Eddy Brinkman. Materiaalkunde in een notendop. Materials Veldhoven - 31 mei 2017

Hoogtemperatuur vacuümsolderen van Titaan en Titaanlegeringen

Mechanische beproeving

HERSTELLEN EN VERBETEREN VAN ONDERDELEN D.M.V. LASERCLADDEN.» J. Lambrecht» Laser Cladding Venture

Lassen van Metalen, waarom eigenlijk, we gaan toch alles 3D printen?

Vermoeiing getackeld met hulp van FEM

I T +31 (0) E INHOUDSOPGAVE

Opbouw presentatie. 1. Historische ontwikkeling van de roeden. 2. Flensconstructie met voorspanbouten. 3. Mechanisch gedrag geboute verbinding

Roest Vast Staal. Inhoud BASIS MATERIAAL CORROSIE TESTEN LASSEN. Ing. Peter van Erk IWE Technical Support Consumables Lincoln Smitweld B.V.

Transcriptie:

Lassen en de invloed op mechanische eigenschappen en falen Bram Hazenberg MSc IWE 16 april 2019 Enkele diensten van Element Materiaal Testen Metallurgisch Onderzoek Breukmechanica & ECA Corrosie Testen Schadeonderzoek PQT On site onderzoek Las advies 1

Opdrachtgevers Ontwerpers, verkopers, bouwers, afnemers en gebruikers van producten, installaties of constructies Staalhandel, en afnemers: Constructiebedrijven Off shore pijpenleggers en constructiebouwers Olie en gas exploratie en productie Chemie en Petrochemie Elektriciteitsproducenten Metaalbewerkingsbedrijven Pijpfabrieken, buispaalfabrikanten en pijpenbuigers Drukvatenbouwers enz enz.. en, bij grotere schades en ongelukken: Verzekeringsmaatschappijen Arbitrage instituut, advocaten, rechtbanken, Justitie Ministerie van SZW (arbeidsinspectie) Raad voor de Veiligheid 3 Lassen en schadeonderzoek: het eerste begin 2710 Liberty ships gebouwd tussen 1941 en 1945 op slechts 8 werven eerste toepassing van lassen op deze industriële schaal 1300 schepen toonden brosse breuken/scheuren 3 schepen zijn in tweeën gebroken (totaal 12 inclusief andere typen) 4 2

Schadeonderzoek: waarom? Je moet eerst weten wat het probleem is, voordat je het kunt oplossen. -> onjuiste oplossingen kunnen het probleem ook verergeren! Enkele scenario s: het materiaal/product blijkt anders dan gespecificeerd de procescondities blijken anders (geworden) dan waarvoor de installatie is ontworpen het materiaal en/of de lassen bevatten defecten het materiaal/ontwerp is niet geschikt voor de toepassing de gebruiker heeft het product verkeerd gebruikt (of misbruikt) 5 Het begin: het ontwerp van een installatie / constructie constructieve eisen belastingen statische-, dynamische sterkte stabiliteit(knik, plooi) weerstand tegen brosse breuk stijfheid (statische-, dynamische, thermische belasting) vervormingcapaciteit, incasseringsvermogen (zetten, onvoorziene temperatuur- verschillen, krimpvervorming, enz.) 6 3

Verificatie van materialen; kloppen de fabriekscertificaten Feiten Bij ca. 10% van de door Element onderzochte schades blijkt het toegepaste materiaal niet overeen te komen met het materiaal op tekening of blijkt het certificaat heel andere beproevingsresultaten te vermelden dan de door Element bepaalde waarden Materialen met een op het certificaat vermelde warmtebehandeling, blijken regelmatig niet of anders warmte behandeld te zijn, waardoor: Bijvoorbeeld de kerfslagwaarde van 300 J op het certificaat in werkelijkheid slechts 3 J bedraagt => Dit zijn de bouwstenen van het uiteindelijke product! Na ontwerpen volgt bouwen => lassen Lasdefecten, o.a. scheuren (koud, warm) bindingsfouten, onvoldoende doorlassing aanloopkleuren (rvs!) materiaalveranderingen, b.v. verbrossing vervormingen restspanningen Δ HI Δ enz. Δ Hardheid Δ lastechniek Δ T v + Δ T i Σ effect toleranties Δ C-eq + Δ naadvorm ΔChemische analyse Δ breekrek Δ rekgrens + + Δ kerftaaiheid Δ treksterkte Lassen heeft grote invloed op de integriteit, kwaliteit Maximale en uiterlijk lasellende van = een Σ individuele constructie afwijkingen als gevolg van het lassen 8 4

LMK: Las Methode Kwalificatie (WPQ) Vooraf aantonen dat cruciale delen van het ontwerp met voldoende, vooraf aangegeven, kwaliteit gemaakt kunnen worden. Dus: testen van de opgestelde lasspecificaties maar dan moeten die (gestandaardiseerde) kwalificatieproeven niet teveel afwijken van de werkelijke productieomstandigheden en constructiedetails! >> indien nodig mock-up testen 9 Enkele faalmechanismen Plotseling: overbelasting leidende tot scheur of breuk Op termijn: door degradatie en/of scheurvorming gevolgd door breuk 10 5

Overbelasting in twee smaken: bros of taai Taai: snelheid < 6m/s stabiele scheurgroei externe belasting veel vervorming -> neemt energie op Bros: snelheid ~ 1000m/s, afhankelijk van: type belasting (snelheid, spanningsintensiteit K) dikte en verdere afmetingen constructie (2D/3D) temperatuur foutgrootte waterstof materiaalkwaliteit (samenstelling, microstructuur, korrelgrootte etc.) instabiele scheurgroei vervormingsloos en weinig tot geen energie opname 11 Brosse of taaie breuk? Type breuk wordt bepaald door de taaiheid onder plotselinge- (KSW) of langzaam oplopende belasting (CTOD); taaiheid is een materiaaleigenschap Uitgangsmateriaal wordt beïnvloed door het lassen: 200 Kerfslag energie (J) 6-80 C temperatuur T gebruik 12 6

Brosse breuk trekoog en tandwiel Kerfslagwaarde indicatief, met breukmechanica: rekenen! breuk als spanningsintensiteitsfactor K I K Ic [N/mm 3/2 ] K I = Cgeom. f a t. (π. a). σ KIc 13 Brosse of taaie breuk? De hoogte van de overgangstemperatuur wordt onder andere bepaald door: koolstofgehalte mate van koudversteviging mate van verhindering voor de verplaatsing van dislocaties (bijv. door precipitaten) korrelgrootte 14 7

Brosse of taaie breuk? Korrelgroei wordt o.a. bepaald door: hoogte (gloei)temperatuur tijdsduur verhoogde temperatuur 15 Brosse of taaie breuk? De hoogte van de overgangstemperatuur wordt onder andere bepaald door: koolstofgehalte mate van koudversteviging mate van verhindering voor de verplaatsing van dislocaties (bijv. door precipitaten) korrelgrootte => houd dus rekening met materiaalkeuze en warmte-inbreng (HI) bij lassen 16 8

Scheuren tijdens fabricage: koudscheuren in wbz of lasmetaal, transkristallijn of interkristallijn, kartelig, zonder deformatie, scherpe scheurtippen Gecombineerde mat.dikte Eis hardheid reinheid toevoeg Voorwarmtemperatuur opslag waterstofgehalte toevoeg toevoegmat. waterstof arm gloeien Reinheid oppervlak basismetaal Afkoeltijd t8/5 HI= UxIxŋx60/ v lasx1000 Diffundeerbaar waterstof Krimpverhindering Eis naadvulling krimp restspanningen PWHT Eis KSW 17 Scheuren tijdens fabricage: koudscheuren Dwars (koud) scheuren in hoge sterkte stalen constructie static fatique : Above a tensile strength of ~1240 MPa (180 ksi), most high strength low alloy steels, such as AISI 4130 and 4340 (42CrMo4), and precipitation hardening stainless steels are susceptible to hydrogen-embrittlement cracking in marine atmospheres when the residual or applied tensile stresses are sufficiently high, and the cracking usually occurs in a form of delayed failure. 18 9

hardheid Scheuren tijdens fabricage: Let op verschil tussen C-gehalte en C-equivalent! koudscheuren Koolstofgehalte bepaalt de maximale hardheid Koolstofequivalent bepaalt de doorhardingsdiepte Graville diagram 1. C als (2), Ceq lager 2. C als (1), Ceq hoger 3. Ceq als (1), C hoger C Ceq warmte-inbreng 19 Scheuren tijdens fabricage: warmscheuren (interdendritisch) Drijvende kracht: krimp(spanningen) stolscheuren smeltscheuren 20 10

Scheuren tijdens fabricage: OP-lassen: H/B-scheur onder het oppervlak stolscheuren 21 Scheuren tijdens fabricage: warmscheuren in austenitisch RVS Ontstaan door laag smeltende fasen (soms eutectica) in austenitisch Cr-Ni staal Bestrijden door een structuur van austeniet met enig ferriet, omdat hier meer verontreinigingen in kunnen worden opgelost Element Oplosbaar in ferriet Oplosbaar in austeniet Si Nb P S 18,5% 4,5% 2,8 % 0,18% 2,15% 2,00% 0,25% 0,05% 22 11

Scheuren tijdens fabricage skid beam: UT: indicaties las root skid beam t = 50 mm longitudinal stiffener t = 30 mm transverse stiffener t = 20 mm diaphragm plate t = 25 mm 23 Scheuren tijdens fabricage skid beam: indicaties aan de doorlassing. NDO -> Scheuren? achterzijde las niet bereikbaar voor NDO zeer hoge restraint (krimpverhindering) zeer veel indicaties gevonden aan de positie van doorlassing, gemeld als scheuren, -> fabricage gestopt 24 12

gerapporteerd: scheuren tijdens fabricage skid beam: repareren? Doorlassing voor (links) en na (rechts) reparatielassen Verbetering? In doorsneden geen scheuren aangetroffen! 25 Scheuren tijdens fabricage skid beam: na reparatie overmatige doorlassing zeer wijde vooropeningen bindingsfouten 26 13

Overwegingen bij het lassen van starre dikwandige constructies Zaken van belang in het ONTWERP: De krimp van de ene las kan de vooropening van de andere las beïnvloeden: positie van lassen maar ook lasvolgorde spelen een rol star > krimpverhindering > hoge trekspanningen dikwandig > plane strain 3D stresses ipv plane stress 2D stresses rekgrens kan met factor 3 toenemen t.o.v. de uniaxiale rekgrens! Dit leidt tot verhinderde deformatie > minder spanningsafbouw daardoor extra gevoelig voor waterstofgerelateerde schade rootzijde vaak inwendig en visueel niet toegankelijk, alle NDO vanaf de buitenzijde > lastige interpretatie van rootzijdige indicaties. Is voor de sterkte/stijfheid/corrosiebestendigheid van de constructie noodzakelijk dat alles met volle panelen volledig dichtgelast wordt? 27 Lascondities simuleren met mock up en test plate 28 14

PAUZE Scheuren tijdens gebruiksfase: vermoeiing Klein foutje in de doorlassing, grote gevolgen! 30 15

Scheuren tijdens gebruiksfase: vermoeiing Trekstang van mobiele kraan: afstemming lasdetails en afwerking (slijpen) op type belasting 31 Scheuren tijdens gebruiksfase: vermoeiing pijp-pijp verbinding: vermoeiing bij lassen op een onderlegstrip positie las op overgang. Vermoeiingsscheuren blijven vaak lang verborgen 32 16

Scheuren tijdens gebruiksfase: vermoeiing geïnitieerd aan de tip van een oplassing 33 Scheuren tijdens gebruiksfase: vermoeiing Plaatdikte t = 155 mm Grade E staal volgens ABS rules (0,14% C) Lasreparatie in radius Basismateriaal 149 HV10 WBZ 426 HV10 => Houd je aan het plan! 34 17

Schade in gebruiksfase corrosie bij lassen van RVS Eisen aan lasnaadvoorbereiding, doorlassing, geometrische laskwaliteit en aanloopkleuren: AWS D18.1 en EHEDG (European Hygienic Equipment Design Group). max. strogeel, Ar: < 50 ppm O 2 Figure 2: Weld Discoloration Levels on Inside of Austenitic Stainless Steel Tube The tube sample was prepared using an automatic orbital bead-on-plate weld on the outside diameter of a 2 in [50.8 mm] stainless steel tube. The weld penetrated through the tube wall. The concentration of oxygen in ppm added to the pure argon backing gas for each weld was as follows: No. 1 10 No. 3 50 No. 5 200 No. 7 1000 No. 9 12 500 No. 2 25 No. 4 100 No. 6 500 No. 8 5000 No. 10 25 000 35 Schade tijdens gebruiksfase: corrosie Rondlassen in 50 mm bluswaterleiding AISI type 316L roestvast staal ½ jaar na oplevering vrijwel stilstaand leidingwater schade: perforaties aan de lassen door putcorrosie, spleetcorrosie en MIC secundaire schade door vervuiling rest systeem oorzaak: slechte kwaliteit laswerk, waaronder aanloopkleuren en verbrande lassen (backing), onvoldoende doorlassing, bramen van het doorslijpen (geen lasnaadvoorbereiding) en uitlijnigheid (spleten). oplossing: leiding volledig vervangen 36 18

Schade tijdens gebruiksfase: spanningscorrosie bij lassen in RVS Opslagtank, AISI type 316 roestvast staal product vooraf onbekend temperatuur langere tijd > 50 C stoom tracing bij lossen schade: spanningscorrosie, met name bij de lassen oorzaak: chloriden in product EN hoog niveau van residuele spanningen bij de lassen oplossing: volledig vervangen 37 Praktijkvoorbeeld: Schade zwart-wit verbinding in een uitlaat verloopstuk van een USX 19

Inleiding Uitlaat verloopstuk van USX (Ultra Selective Exchanger) aan het einde van een kraakgasleiding Overgang P22 (10CrMo9-10) naar 321H Medium: kraakgas bij 500-550 C, ontwerpdruk 4,1 bar Verloopstuk vervangen voor 2013 (exacte datum/jaar onbekend) Turn Around oktober 2016:UT+RT+PT -> geen scheur Bij voorbereidingen hydrotest in maart 2017 bleek de las alsnog lek 39 Zwart-wit verbinding: best practice Nikkel basis bufferlaag aan zijde P22 PWHT (half uur tot vele uren 650-780 C) alleen aan P22-zijde Nikkel basis las (Ni > 60%) tussen rvs en P22 40 20

Overzicht scheur(oppervlak) origineel ontroest P22 text 321H -> 304(H) 41 scheurkenmerken in detail origineel text 42 21

Microscopisch onderzoek bm korrelgrootte 6 wbz korrelgrootte 2 43 Buigtest (RT) + Vickers hardheid P22 basismateriaal P22 over las weld position Hardness Average hardness [HV10] [HV10] P22 base metal 147-148 - 148 148 P22 heat affected zone 147-146 - 146 146 weld cap 225-224 - 221 223 304(H) base metal 164-166 - 165 165 44 22

Conclusies Uitlaat verloopstuk gefaald als gevolg van ontlaatverbrossing Verbrossing is ontstaan door een combinatie van laswarmte, PWHT en procestemperatuur (500-550 C) Falen is opgetreden na uitgebruikname, als gevolg van de verdere verbrossing bij lage temperatuur en residuele- en/of thermische spanningen De lasverbinding is niet uitgevoerd volgens de eigen (huidige) best practice 45 Schade tijdens fabricage en/of bedrijf: ontlaatverbrossing (temper embrittlement) Verbrossing van een (ferritisch, kruipvast) gelegeerd staal na gloeien/toepassen bij temperaturen 375-575 C. Gevolg is aanzienlijke stijging overgangstemperatuur Verbrossende elementen (o.a. Sb, P, Sn en As) segregeren naar de korrelgrenzen. -> een grofkorrelige warmte beïnvloede zone is dus dubbel ongunstig 46 23

Zwart-wit verbinding: best practice Nikkel basis bufferlaag aan zijde P22 PWHT (half uur tot vele uren 650-780 C) alleen aan P22-zijde Nikkel basis las (Ni > 60%) tussen rvs en P22 Ook goed uitgevoerde lassen moeten bij hoge temperatuur blootstelling na circa 5 jaar vervangen worden als gevolg van verbrossing van de wbz door C-diffusie en precipitatie Vermijd een grofkorrelige wbz door lassen met lage warmte inbreng en/of het werken met dunne lagen voor uitgloeien van de onderliggende lagen 47 Bedankt voor jullie aandacht!? 24