Vraag en antwoord

Een op trek belaste onderrand van een spant in de staalsoort S235 bevat een deling met dikke, aangelaste kopplaten. Voor de kopplaten wordt S235 of S355 overwogen. Bestaat er in deze situatie gevaar voor koudscheuren van de lassen en heeft de keuze van de staalsoort voor de kopplaten hier nog invloed op?

Koudscheuren – ook wel waterstofscheuren genoemd – is een complex fenomeen waarbij staal kan scheuren ná het lassen en waarvan het exacte mechanisme nog steeds niet helemaal bekend is. Tijdens het lassen kan waterstof (bijvoorbeeld aanwezig in de atmosfeer of in het lastoevoegmateriaal) worden opgenomen in het vloeibare smeltbad. De oplosbaarheid van waterstof in het vloeibare smeltbad is groot bij een hoge temperatuur, maar neemt gedurende het stollen sterk af. Een deel van de waterstof zal ontsnappen en een deel wordt ‘ingevangen’ in het stollende smeltbad. Het ingevangen waterstof blijft grotendeels zichtbaar als belletjes, met name langs de korrelgrenzen en bij microscheurtjes en/of bij niet-metallische insluitsels. Een klein gedeelte blijft in het atomaire rooster over als diffundeerbare waterstof, dus waterstof dat zich vrij kan verplaatsen. Tijdens het verder afkoelen diffundeert het waterstof gedeeltelijk door de las naar de warmtebeïnvloede zone (wbz) of ontsnapt aan de lucht. De achtergebleven atomaire waterstof verzamelt zich onder invloed van spanningen (ook lasspanningen) in gebieden van het rooster waar de elastische rek en vervorming het grootst is. Elastische rekzones komen onder meer voor bij de tip van microscheuren. Het waterstof dat zich in een scheurtip heeft verzameld veroorzaakt een verzwakking van de bindingen in het rooster, waardoor de scheur zich gaat uitbreiden. Daardoor neemt de elastische rek af (relaxatie) ter plaatse van de oude scheurtip. Het waterstof verplaatst zich dan weer naar de nieuwe scheurtip en uiteindelijk ontstaat er zo een macroscheur.
Om in staal koudscheuren te krijgen moet aan de volgende drie voorwaarden tegelijkertijd worden voldaan:
– hoge spanningen (krimpspanningen die ontstaan bij het lassen zijn al voldoende);
– ‘harde’ materiaalstructuur (martensiet);
– voldoende waterstofinsluitingen in het lasmetaal.

Wanneer aan één van deze drie voorwaarden niet is voldaan, ontstaan er ook geen koudscheuren.

• Hoge spanningen zijn in dit geval aanwezig door krimpspanningen na het lassen. Deze spanningen kunnen nog worden verhoogd door trek in de onderrand.
• Een ‘harde’ materiaalstructuur (martensiet) kan ontstaan door het lassen van bepaalde materialen. Bij staal is het koolstofequivalent een maat voor de gevoeligheid voor het ontstaan van een harde materiaalstructuur, afhankelijk van de plaatdikte, het type lastoevoegmateriaal en de warmte-inbreng tijdens het lassen. NEN-EN 1011-2 beschrijft hoe deze gevoeligheid moet worden bepaald. Ook geeft deze norm aan wat de minimale voorwarmtemperatuur moet zijn om koudscheuren te voorkomen. Door het materiaal op de juiste temperatuur voor te warmen wordt de afkoeltijd langer, waardoor wordt voorkomen dat martensiet ontstaat. Materiaalfabrikanten beschikken doorgaans over speciale rekenprogramma’s om voor het staal de juiste voorwarmtemperatuur te bepalen.
• Waterstof kan in het lasmetaal komen door vuil van het plaatoppervlak, via het lastoevoegmateriaal of uit de omgeving bij onvoldoende gasbescherming tijdens het lassen.

Materiaal met een hoge sterkte is gevoeliger voor koudscheuren dan materiaal met een lage sterkte.
In de praktijk blijkt dat S235 nagenoeg ongevoelig is voor koudscheuren: het meest kritisch zijn grote plaatdikten (>30 mm) en materiaal waarvan de chemische samenstelling afwijkt van de voorgeschreven samenstelling volgens NEN-EN 10025-2. S355 is al een stuk gevoeliger voor koudscheuren dan S235. Bij gebruik van S355 is het advies om bij plaatdikten van meer dan 25 mm altijd een controle uit te voeren óf het materiaal voor het lassen voor te warmen volgens NEN-EN 1011-2 en de materiaalcertificaten.
Bij het toepassen van de staalsoort S460 (of hoger) is altijd controle op koudscheuren noodzakelijk. Wees ook extra alert bij afgekeurd hogesterktestaal dat als lagere staalsoort wordt verkocht (te herkennen op het materiaalcertificaat).
Koudscheuren is te voorkomen door de volgende voorzorgsmaatregelen in acht te nemen:
– bestel het juiste materiaal conform de technische leveringsvoorwaarden;
– bereken vooraf de juiste voorwarmtemperatuur en controleer dit ook tijdens de fabricage;
– las met voldoende warmteinbreng;
– werk schoon en slijp altijd de snijkanten;
– gebruik lastoevoegmateriaal met een gegarandeerd laag waterstofgehalte;
– onderhoud het slangenpakket van de toorts en vervang de slangen regelmatig, ook in de lasmachine.

• NEN-EN 10025-2
• NEN-EN 1011-2