5 manieren waarop gassen ontstaan Porositeit in lassen
Lasporositeit ontstaat wanneer gasbellen achterblijven in gesmolten metaal tijdens het stollen. Lucht die de beschermzone binnendringt, waterstofhoudende verontreiniging, coatingdamp, chemische reacties en instabiel smeltbad- of sleutelgatgedrag kunnen hier allemaal aan bijdragen. Om de oorzaak te achterhalen, moet men zowel de gasbron als de factoren die ontsnapping verhinderden traceren en vervolgens gelijkwaardige lassen vergelijken met behulp van de vereiste inspectiemethode.
Hoe gas een porie wordt
Porositeit is een gasholte in gestold lasmetaal. Deze kan intern zijn, aan het oppervlak open, verspreid, geclusterd of langwerpig. Een gasbron alleen garandeert geen porie: een gasbel die een vrij oppervlak bereikt, kan ontsnappen voordat het metaal eromheen stolt.
Gas lost op in de vloeistof, ontstaat door een reactie of wordt geïsoleerd in het bassin.
De vloeistofstroom en het drijfvermogen beïnvloeden de weg die de vloeistof aflegt naar een vrij oppervlak.
Het oprukkende stollingsfront sluit zich om het gas dat niet is ontsnapt.
De vijf onderstaande routes overlappen elkaar. Een lek in de afscherming kan bijvoorbeeld vocht introduceren, dat vocht kan waterstof leveren, en de beweging van het smeltbad kan bepalen of de resulterende bel in de las blijft. Beschouw ze als onderzoekspaden in plaats van vijf onderling uitsluitende diagnoses.
Controleer eerst of er sprake is van een onderbreking. Een donkere vlek op een röntgenfoto of een gat aan het uiteinde van de las kan ook duiden op een insluiting, onvoldoende fusie of krimp. Met name een kraterpijp kan ontstaan door stollingskrimp en kan samengaan met gasporiën.
1. Lucht dringt een onvolledige gasafscherming binnen.
Een lek, tocht of een onderbroken gasstroom kan ervoor zorgen dat de atmosfeer het hete lasmetaal bereikt. Stikstof, zuurstof en vocht worden dan onderdeel van het onderzoek. Een debietmeting bij de cilinder bewijst niet dat het smeltbad bedekt is.
TWI identificeert gaslekken, tocht en overmatige gasstroom als veelvoorkomende oorzaken van porositeit. Te weinig gas zorgt voor onvoldoende dekking; te veel gas kan turbulentie veroorzaken waardoor lucht in de stroom wordt gezogen. Er bestaat geen universeel debiet dat geschikt is voor elk gas, mondstuk, branderpositie en proces.
Volg het traject van de gastoevoer vanaf de geïdentificeerde gasbron via de regelaar, slangen, aansluitingen, klep en lastoorts. Inspecteer de staat van het mondstuk of de sproeikop, eventuele verstoppingen, de afstand en hoek van de lastoorts en de luchtstroom bij de lasnaad. Controleer de gastoevoer met behulp van de methode van de fabrikant en de lasprocedurespecificatie (WPS).
Bij TIG-lassen zijn ook de montage van de lastoorts en de timing van het gas belangrijk. Miller legt uit hoe lange gasleidingen een opstartpiek kunnen veroorzaken die de lasdekking verstoort. Een goede, stabiele meting kan een probleem dat beperkt is tot het eerste deel van de las missen.
Een nuttige vergelijking: als er porositeit is ontstaan na het verplaatsen van het werkstation of het vervangen van een nozzle, herstel dan die gecontroleerde instelling en herhaal de test met hetzelfde teststuk voordat u de warmte of de bewegingssnelheid wijzigt.
1 Reisrichting · 2 Contactbuis · 3 Elektrode · 4 Beschermgas · 5 Gesmolten lasmetaal · 6 Gestolde lasmetaal · 7 Werkstuk
Stem de controle af op het proces. TIG- en MIG/MAG-lassen zijn afhankelijk van extern beschermgas. Booglassen en zelfbeschermend gevuld draadlassen zijn afhankelijk van hun verbruikbare beschermgassystemen; een gasstroomcorrectie is hiervoor niet van toepassing. Gasbeschermd gevuld draadlassen vereist zowel de juiste draadcondities als een externe gastoevoer. De keuze van het lasergas is ook afhankelijk van het materiaal; zie de selectie van beschermgas voor laserlassen.
2. Vocht en koolwaterstoffen leveren waterstof.
Water, olie, vet en andere waterstofhoudende verontreinigingen kunnen waterstof in een smeltbad brengen. Mogelijke bronnen zijn het werkstuk, het vulmateriaal, elektroden of vloeimiddel, de hantering en vocht in het gassysteem. De cruciale vraag is waar de verontreiniging terecht is gekomen.
Aluminium is bijzonder gevoelig omdat waterstof veel beter oplosbaar is in vloeibaar aluminium dan in het vaste metaal. Naarmate het smeltbad stolt, kan waterstof uit de oplossing ontsnappen en bellen vormen. De richtlijnen van TWI voor aluminium wijzen op gehydrateerde oppervlakteoxiden, vulstofverontreiniging, atmosferische vochtigheid en gasleidingen als belangrijke bronnen. Gegoten of gesinterd materiaal kan ook waterstof bevatten als gevolg van het productieproces, waardoor herhaaldelijk reinigen van het oppervlak niet altijd het probleem oplost.
Neem de volgorde van voorbereiding en opslag door. Ontvetten, indien nodig oxide verwijderen, speciaal gereedschap reinigen, verbruiksmaterialen drogen en beschermen tegen herbesmetting werken samen. Reinig vóór het monteren van een verbinding waar reinigingsmiddel in kan achterblijven en laat het goedgekeurde reinigingsproces volledig zijn afgerond vóór het lassen.
Een nuttige vergelijking: maak overeenkomende proefstukken met gedocumenteerd schoon materiaal en correct opgeslagen vulmateriaal. Houd de lasnaad, de afscherming en het machineprogramma hetzelfde. Als de poriën aanhouden, onderzoek dan het gassysteem en de materiaalhistorie in plaats van het lasoppervlak herhaaldelijk te polijsten.
Bij gevoelige staalsoorten kan waterstof ook leiden tot scheurvorming. Scheurvorming door waterstof is afhankelijk van het materiaal, de thermische cyclus en de toegepaste beperkingen. De afwezigheid van zichtbare poriën garandeert geen adequate beheersing van waterstof. Volg de exacte voorschriften voor de opslag van verbruiksmaterialen en de WPS-richtlijnen; er bestaat geen universele temperatuur voor het opnieuw drogen of voorverwarmen van elektroden.
3. Resten en coatings geven gas of damp af.
Verf, primer, olie, kit en materiaal dat tussen de voegen is opgesloten, kunnen bij verhitting gas vrijgeven. Vluchtige metaalcoatings introduceren een ander mechanisme: zink kan verdampen voordat het onderliggende staal smelt.
Bij een strak geklemde, gegalvaniseerde overlappende lasverbinding heeft het zink op het verborgen raakvlak een ontsnappingsroute nodig. Damp die door het smeltbad wordt geperst, kan de vloeistof verstoren, spatten veroorzaken of holtes achterlaten. Het onderzoek van TWI naar verzinkt autostaal verklaart waarom de positie van de coating, de opstelling van de verbinding en de dampafvoer van belang zijn. Een schoon buitenoppervlak garandeert niet dat de overlapping schoon of voldoende geventileerd is.
Identificeer de coating en de dikte ervan, onderzoek waar deze de las kruist en registreer de passing. Een oplossing kan bestaan uit het verwijderen van de coating volgens een vergunning, het controleren van de voegafstand, een ontluchtingsopening of een proces dat specifiek voor die coating is ontwikkeld. Elk van deze factoren verandert meer dan alleen de gasafvoer: de spleet en de voorbereiding beïnvloeden ook de fusie en de corrosiebescherming. Raadpleeg de handleiding voor laserlassen van gegalvaniseerd staal voor meer informatie over het ontwerp van de lasverbinding.
Een nuttige vergelijking: vergelijk de oorspronkelijke voeg met een goedgekeurde voorbereiding of ventilatieaanpassing, waarbij de overige omstandigheden behouden blijven. Controleer de doorlassing en interne poriën, evenals het uiterlijk van het oppervlak. Een vaste voegbreedte of slijpbreedte van een andere toepassing is geen gevalideerde oplossing voor deze toepassing.
Kies de reinigings- en rookbeheersingssystemen samen. Identificeer de coating en het reinigingsmiddel aan de hand van hun veiligheidsinformatiebladen. Houd resten en dampen van gechloreerde oplosmiddelen uit de buurt van de laswarmte en boogstraling, aangezien deze giftige ontbindingsproducten kunnen genereren. Ook bij het verwijderen van coatings en lassen zijn geschikte rookbeheersingssystemen vereist; CCOHS legt de relevante rook- en gasgevaren uit.
4. Reacties in het smeltbad genereren gas.
Gas kan ontstaan door een chemische reactie in het smeltbad. Bij het lassen van staal kan koolstof reageren met zuurstof en koolmonoxide (CO) produceren. Als het gas niet kan ontsnappen voordat het stolt, kunnen er poriën achterblijven.
[C] + [O] → CO(g)
Een vereenvoudigde reactie: de haakjes stellen koolstof en zuurstof voor die in het metaal zijn opgelost, en "g" staat voor gas. Het toont een mechanisme, geen formule om het poriënvolume te voorspellen.
Deoxidatiemiddelen zoals mangaan en silicium kunnen zich binden aan zuurstof, waardoor de hoeveelheid zuurstof die beschikbaar is voor deze reactie afneemt. De richtlijnen van ESAB voor MIG-lassen van staal leggen deze rol uit. De relevante combinatie omvat het basismetaal, de samenstelling van het vulmateriaal, de oppervlakteconditie en het beschermgas.
Dit betekent niet dat CO₂-houdend beschermgas altijd verkeerd is. Dergelijk gas kan deel uitmaken van een geschikte MAG-lasprocedure voor staal met een compatibel vulmiddel. Eagar's bespreking van de thermochemie van het lassen laat zien waarom de chemie van beschermgas en deoxidatiemiddel samen in overweging moeten worden genomen.
Een nuttige vergelijking: als het probleem zich voordoet na een wijziging van materiaal, draadbatch of gas, bewaar dan de certificaten en monsters. Controleer de goedgekeurde combinatie en vergelijk deze met de laatst acceptabele batch voordat u grote parameterwijzigingen doorvoert. Vervang de draad niet door een sterker gedeoxideerde draad zonder de vereiste laseigenschappen te controleren.
5. Door beweging in het zwembad of door het dichtklappen van een sleutelgat blijven er bubbels in vastzitten.
Een bel kan blijven bestaan, zelfs als de oorspronkelijke bron ervan is verminderd. Vloeistofstroming, onstabiele druppeloverdracht en de stollingssnelheid beïnvloeden of gas een vrij oppervlak bereikt. Veranderingen in warmte of snelheid kunnen zowel de gasopname als de gasafvoer beïnvloeden, waardoor de richting van een nuttige aanpassing niet universeel is.
Bij draadbooglassen is het belangrijk te controleren of de toevoer en metaaloverdracht stabiel zijn. Noteer eventuele verstoringen, de afstand van de lastoorts, de passing van de lasnaad en de locatie van poriën. Het herstellen van een bekende, stabiele configuratie is een nuttigere eerste vergelijking dan het tegelijkertijd wijzigen van meerdere instellingen.
Bij laserlassen met diepe penetratie ontstaat een sleutelgat : een met damp gevulde holte die onder de laserstraal behouden blijft. Een plaatselijke vernauwing of instorting kan een luchtbel van die holte scheiden. De luchtbel kan ontsnappen of zich weer bij het sleutelgat voegen; het wordt pas een porie als het stollende metaal de luchtbel insluit.
Laserdiagnose omvat daarom de daadwerkelijke penetratiediepte, het vermogen, de bewegingssnelheid, de focus, de vorm of trilling van de laserstraal, de pasvorm en de afscherming. Een schoon oppervlak alleen kan de stabiliteit van het sleutelgat niet garanderen. Noteer deze omstandigheden samen met de poriediepte en -positie.
Wat een onderzoek naar interne lasverbindingen daadwerkelijk aantoont
Pang en collega's bestudeerden het lassen van 3 mm dik 304 roestvrij staal met een vezellaser . Figuur 2 vergelijkt röntgenfoto's en lengtedoorsneden bij verschillende ultrasone vermogens. De lasomstandigheden waren: 2,000 W laservermogen, 1.2 m/min lassnelheid, +3 mm defocus en 20 L/min stikstofbescherming.
Grotere afbeelding bekijken
Scrol horizontaal en verticaal om de poriën en schaalbalken te bekijken.
In deze vergelijking produceerde 750 W ultrasone ondersteuning minder poriën dan 1,000 W. De les is dat meer vermogen niet consequent tot een beter resultaat leidde, en intern onderzoek bracht het verschil aan het licht. Deze instellingen horen bij de experimentele opstelling; ze zijn geen recept voor een andere laser, handkop of koppeling.
De keuze voor stikstof in het onderzoek is ook materiaal- en processpecifiek. Zie stikstof versus argon voor laserlassen voordat u een gaswisseling als algemene oplossing voor porositeit beschouwt.
Gebruik het poriënpatroon om de volgende controle te kiezen.
De vorm en locatie helpen bij het afbakenen van een onderzoek, maar ze zijn op zichzelf niet voldoende om het gas te identificeren. Combineer de indicatie met informatie over veranderingen in de productie en bewijsmateriaal uit het getroffen gebied.
| Waargenomen bewijs | Wat het kan suggereren | Controleer dit voordat u een conclusie trekt. |
|---|---|---|
| Verspreide of aan het oppervlak openstaande poriën na een wijziging van de opstelling. | Een verandering in de gasdekking of -verontreiniging. | Gastoevoer, toestand van de nozzle, trek, voorbereiding en de eerste getroffen las. |
| Fijne interne poriën in aluminium | Een route via opgeloste waterstof is aannemelijk. | Gehydrateerd oxide, vulmiddel, condensatie, vocht in de gasleiding en materiaalhistorie; de vorm alleen is niet voldoende om de bron te achterhalen. |
| Langwerpige poriën of een cluster op een overlapping. | Aanhoudende gasontwikkeling of een lokale insluitingssituatie. | Verborgen coatings, resten en voeggeometrie; bevestig de holte ten opzichte van het grensvlak. |
| Laserbehandeling van poriën nabij de wortel of in het midden. | Het kan hierbij om een sleutelgat- of zwembadgedrag gaan. | Doordringing, pasvorm en processtabiliteit, evenals gas- en coatingcontroles. |
| Een holte bij het laseinde | Gasinsluiting, krimp of meer dan één imperfectie. | Indien nodig, moet de afsluiting worden doorgesneden of onderzocht; het vul- en afsluitgedrag moet worden geëvalueerd voordat de term porositeit wordt gebruikt. |
Veeg zijwaarts om alle kolommen op kleine schermen te lezen. Dit zijn suggesties voor verder onderzoek, geen acceptatiegrenzen of een gerangschikte diagnose.
Stel een gecontroleerde vergelijking op.
- Houd een basislijn aan. Bewaar het defecte onderdeel of proefstuk en noteer het materiaal, de dikte, de verbinding, de coating, het vulmiddel, het gas en de daadwerkelijke machine-instellingen. Markeer waar de poriën zich bevinden en wanneer het probleem is begonnen.
- Kies de verandering die de meeste steun geniet. Gebruik bovenstaande gegevens om één bron- of procesconditie te selecteren. Herstel waar mogelijk een bekende, acceptabele configuratie en houd de overige condities constant.
- Vergelijk gelijkwaardig bewijsmateriaal. Inspecteer een las van vergelijkbare lengte, locatie en doorsnede met behulp van dezelfde methode. Controleer de fusie, doorlassing en andere vereiste eigenschappen, evenals de porositeit. Herhaal dit voldoende om consistentie te garanderen volgens het kwaliteitsplan voor de productie.
Als er bijvoorbeeld poriën ontstaan bij een bepaalde vulstofbatch, dan test een vergelijking met de vorige acceptabele batch die waarneming bevestigt. Het tegelijkertijd wijzigen van de vulstof, het gas en de transportsnelheid zou de oorzaak van eventuele verbeteringen onopgelost laten. Dit is een voorgestelde vergelijking voor probleemoplossing, geen gerapporteerd productieresultaat.
Controleer of de las en de reparatie aan de juiste eisen voldoen.
Een glad oppervlak sluit interne poriën niet uit. Visuele inspectie levert aanwijzingen op aan de oppervlakte; röntgenonderzoek helpt vaak bij het onthullen van volumetrische porositeit. Kleine poriën, dikte en geometrie beïnvloeden de detecteerbaarheid. Ultrasoon onderzoek, computertomografie of sectieonderzoek kunnen geschikt zijn voor specifieke onderzoeks- of ontwikkelingstaken, maar ze zijn niet onderling verwisselbaar.
Scheid de naam van een imperfectie van de acceptatie ervan. ISO 6520-1 biedt een classificatiekader. ISO 5817:2023 behandelt kwaliteitsniveaus voor gespecificeerde smeltgelaste materialen en sluit balklassen uit. ISO 13919-1:2019 behandelt elektronen- en lasergelast staal, nikkel, titanium en hun legeringen. De toepasselijke productspecificatie, het gekozen kwaliteitsniveau en de inspectie-eisen zijn bepalend voor de daadwerkelijke uitvoering van de opdracht.
Lassen over een porie is geen bewijs van reparatie. Wanneer poreusheid afkeurenswaardig is, vereist een overeengekomen reparatie normaal gesproken het verwijderen van het aangetaste lasmetaal, het verhelpen van de oorzaak, hervoorbereiding, opnieuw lassen en hercontrole. De reparatierichtlijnen van TWI maken onderscheid tussen lokale verwijdering en wijdverspreide poreusheid, waarbij mogelijk de hele las moet worden verwijderd.
Als er sprake kan zijn van een scheur of een gebrek aan doorlassing, of als de acceptatie-eis onbekend is, moet die vraag eerst worden beantwoord voordat het onderdeel wordt vrijgegeven. Een proefstuk met minder zichtbare gaatjes bewijst niet dat de productielas aan de eisen voldoet.
Bespreek een probleem met porositeit bij laserlassen met Oceanplayer Laser. Vermeld de basiskwaliteit en -dikte, de lasnaad en coating, het vulmateriaal, het gas en de nozzle, de vermogens-, snelheids- en focusinstellingen, wanneer het probleem is ontstaan, en voeg foto's en beschikbare interne inspectieresultaten toe. Vermeld ook de vereiste lascriteria, zodat een vergelijking met een voorbeeld de werkelijke situatie van het onderdeel goed weergeeft.
Bespreek uw lastoepassing