05.05.2013 Views

PA.08.43 Lassen van titaan en titaanlegeringen.pdf - Induteq

PA.08.43 Lassen van titaan en titaanlegeringen.pdf - Induteq

PA.08.43 Lassen van titaan en titaanlegeringen.pdf - Induteq

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

Praktijkaanbeveling <strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

nr. <strong>PA.08.43</strong><br />

april 2008 Deze praktijkaanbeveling is oorspronkelijk vervaardigd in het kader <strong>van</strong> het<br />

"Technologie C<strong>en</strong>trum voor Verbind<strong>en</strong>" <strong>van</strong> het NIL.<br />

Titaan is in vergelijking met staal <strong>en</strong> aluminium e<strong>en</strong> duur metaal. Titaan wordt<br />

voornamelijk gebruikt in de procesindustrie (reactorvat<strong>en</strong>) <strong>van</strong>wege zijn zeer<br />

goede corrosiewer<strong>en</strong>de eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong>. Het materiaal is verder uitstek<strong>en</strong>d<br />

geschikt voor medische toepassing<strong>en</strong> zoals pacemakers <strong>en</strong> prothes<strong>en</strong>. De<br />

hoge sterkte/gewichtsverhouding <strong>van</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> maakt dit materiaal<br />

interessant voor toepassing<strong>en</strong> in de ruimtevaart <strong>en</strong> voor sportartikel<strong>en</strong> zoals<br />

fietsframes <strong>en</strong> t<strong>en</strong>nisrackets. De toepassing als brilmontuur heeft dit materiaal<br />

te dank<strong>en</strong> aan de combinatie <strong>van</strong> goede corrosiewer<strong>en</strong>de eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong>,<br />

licht gewicht <strong>en</strong> hoge sterkte. Door de rec<strong>en</strong>telijke daling <strong>van</strong> de <strong>titaan</strong>prijs<br />

word<strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> ook toepast voor offshore constructies <strong>van</strong>wege de<br />

combinatie <strong>van</strong> goede corrosiebest<strong>en</strong>digheid <strong>en</strong> hoge sterkte. E<strong>en</strong> geheel<br />

nieuwe toepassing is het gebruik <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> in de architectuur. De decoratieve<br />

matgrijze kleur <strong>van</strong> het <strong>titaan</strong>oppervlak maakt dit materiaal interessant voor<br />

overkapping<strong>en</strong> <strong>van</strong> hall<strong>en</strong>, stationruimtes e.d.<br />

Inhoud<br />

1 Inleiding ................................ 1<br />

1.1 De ontdekking <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> ................ 2<br />

1.2 Algem<strong>en</strong>e aspect<strong>en</strong> .................... 2<br />

1.3 Belangrijkste <strong>titaan</strong>kwaliteit<strong>en</strong> ............. 2<br />

1.3.1 Ongelegeerd of technisch zuiver <strong>titaan</strong> . . 2<br />

1.3.2 Titaanlegering<strong>en</strong>.................. 3<br />

2 De lasbaarheid <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> ....... 3<br />

2.1 Belangrijke eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> i.v.m. de lasbaarheid 3<br />

2.2 Lasprocess<strong>en</strong>......................... 4<br />

2.2.1 TIG-lass<strong>en</strong> ...................... 4<br />

2.2.2 Praktische adviez<strong>en</strong> voor het TIG-lass<strong>en</strong> . 5<br />

2.2.3 Plasmalass<strong>en</strong> .................... 5<br />

2.2.4 MIG-lass<strong>en</strong> ..................... 5<br />

2.2.5 Elektron<strong>en</strong>bundellass<strong>en</strong> ............. 6<br />

2.2.6 Laserlass<strong>en</strong> ..................... 6<br />

2.3 Druklass<strong>en</strong> .......................... 6<br />

2.3.1 Weerstandlass<strong>en</strong> ................. 7<br />

2.3.2 Wrijvingslass<strong>en</strong> .................. 7<br />

2.3.3 Ultrasoonlass<strong>en</strong> .................. 7<br />

2.3.4 Explosielass<strong>en</strong> ................... 7<br />

2.3.5 Wrijvingsroerlass<strong>en</strong> ............... 7<br />

2.3.6 Diffusielass<strong>en</strong> <strong>en</strong> diffusiesolder<strong>en</strong>...... 7<br />

2.4 Hoogtemperatuursolder<strong>en</strong> ................ 8<br />

3 Metallurgische lasbaarheid <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> ............ 8<br />

4 Thermisch snijd<strong>en</strong> .......................... 8<br />

5 Lasnaadvorm<strong>en</strong> ........................... 8<br />

6 Lastoevoegmaterial<strong>en</strong> ....................... 9<br />

7 Beschermgass<strong>en</strong>........................... 9<br />

8 Gloeibehandeling<strong>en</strong> ......................... 9<br />

9 Werkplaatscondities ........................ 9<br />

9.1 Algeme<strong>en</strong> ........................... 9<br />

9.2 Lasvoorbereiding <strong>en</strong> lasuitvoering.......... 10<br />

10<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> aan andere material<strong>en</strong> ......... 10<br />

10.1 Titaanbekleding op ander metal<strong>en</strong> ......... 10<br />

11Kwaliteitscontrole ......................... 10<br />

12Praktijkvoorbeeld<strong>en</strong> ........................ 10<br />

12.1 Apparat<strong>en</strong> voor de (petro)chemische industrie . 11<br />

12.2 Onderdel<strong>en</strong> voor lucht- <strong>en</strong> ruimtevaart ...... 11<br />

12.3 Orthes<strong>en</strong> <strong>en</strong> prothes<strong>en</strong> ................. 11<br />

12.4 Brilmontur<strong>en</strong>, horlogebandjes <strong>en</strong> sierad<strong>en</strong> .... 11<br />

13Sam<strong>en</strong>vatting ............................ 11<br />

14 Norm<strong>en</strong> <strong>en</strong> handboek<strong>en</strong> ..................... 11<br />

1 Inleiding<br />

Titaan heeft e<strong>en</strong> hoge affiniteit tot zuurstof, maar e<strong>en</strong><br />

uiterst dunne <strong>titaan</strong>oxidelaag bezorgt het materiaal zijn<br />

uitmunt<strong>en</strong>de corrosiewer<strong>en</strong>de eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong>. Die hoge<br />

affiniteit tot zuurstof vereist bij het lass<strong>en</strong> <strong>en</strong> solder<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> dit materiaal speciale voorzorgsmaatregel<strong>en</strong>. Met<br />

de bek<strong>en</strong>de smeltlasprocess<strong>en</strong> is <strong>titaan</strong> goed lasbaar.<br />

Absolute voorwaard<strong>en</strong> zijn wel e<strong>en</strong> uiterst zorgvuldige<br />

gasbescherming <strong>en</strong> e<strong>en</strong> zeer schoon oppervlak. Naast<br />

de executieve lasbaarheid <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

word<strong>en</strong> in deze praktijkaanbeveling ook de metallurgische<br />

aspect<strong>en</strong> <strong>van</strong> het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> kort behandeld.<br />

Titaan behoort tot de groep <strong>van</strong> reactieve metal<strong>en</strong>. Reac-<br />

tief omdat deze metal<strong>en</strong> onmiddellijk reager<strong>en</strong> met gass<strong>en</strong><br />

als zuurstof, stikstof <strong>en</strong> ook heel gemakkelijk carbid<strong>en</strong><br />

vorm<strong>en</strong> bov<strong>en</strong> e<strong>en</strong> temperatuur <strong>van</strong> circa 450ºC.<br />

Deze groep <strong>van</strong> metal<strong>en</strong> is in de volg<strong>en</strong>de vier clusters<br />

in te del<strong>en</strong>:<br />

<strong>titaan</strong>;<br />

zirkoon <strong>en</strong> hafnium;<br />

tantaal <strong>en</strong> niobium (in de Amerikaanse literatuur<br />

vaak columbium g<strong>en</strong>oemd);<br />

molybde<strong>en</strong>, <strong>van</strong>adium <strong>en</strong> wolfraam.<br />

Het zijn allemaal metal<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> hoog smeltpunt <strong>en</strong><br />

e<strong>en</strong> geringere thermische uitzetting in vergelijking tot<br />

staal. Op molybde<strong>en</strong> <strong>en</strong> wolfraam na hebb<strong>en</strong> deze material<strong>en</strong><br />

e<strong>en</strong> gering warmtegeleidingsvermog<strong>en</strong>. E<strong>en</strong><br />

aantal fysische eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>van</strong> deze metal<strong>en</strong> is in<br />

tabel 1 vermeld.<br />

tabel 1 Eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>van</strong> reactieve metal<strong>en</strong> (bij 20ºC)<br />

Ti Zr Hf Ta Nb Mo W<br />

Dichtheid (g/cm3 ) 4,5 6,5 13,1 16,6 8,6 10,2 19,3<br />

Smeltpunt (ºC) 1668 1852 2230 2996 2468 2620 3390<br />

Uitzettingscoëfficiënt<br />

(10-6 /ºC)<br />

8,4 5,9 5,9 6,5 7,1 4,8 4,5<br />

Warmtegeleidbaarheid<br />

(W/mºC)<br />

16 21 22 54 52 138 175<br />

Elektrische weerstand<br />

(nΩm)<br />

420 450 350 130 160 510 540<br />

Soortelijke warmte<br />

(J/kgºC)<br />

522 290 147 142 272 276 138<br />

Elasticiteitsmodulus<br />

(GPa)<br />

117 101 138 189 105 324 345<br />

De hoge reactiviteit <strong>van</strong> bov<strong>en</strong>staande metal<strong>en</strong> bij verhoogde<br />

temperatuur heeft consequ<strong>en</strong>ties voor de lasbaarheid.<br />

Deze metal<strong>en</strong> zijn bij het lass<strong>en</strong> gevoelig voor<br />

de geringste verontreiniging op het oppervlak. De executieve<br />

lasbaarheid <strong>van</strong> zirkoon <strong>en</strong> niobium is vergelijkbaar<br />

met die <strong>van</strong> <strong>titaan</strong>, maar de andere vijf material<strong>en</strong><br />

zijn e<strong>en</strong> orde <strong>van</strong> grootte gevoeliger voor wat betreft de<br />

reactie met actieve gass<strong>en</strong> <strong>en</strong> verontreiniging<strong>en</strong> op het<br />

oppervlak. Het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> metaal als tantaal bijvoorbeeld<br />

is zo lastig dat dit bijna altijd onder hoog vacuüm<br />

wordt gedaan (elektron<strong>en</strong>bundellass<strong>en</strong>).<br />

Van alle g<strong>en</strong>oemde reactieve metal<strong>en</strong> word<strong>en</strong> technisch<br />

zuiver <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> het meest toegepast <strong>en</strong><br />

om die red<strong>en</strong> wordt in deze praktijkaanbeveling alle<strong>en</strong> ingegaan<br />

op de lasbaarheid <strong>van</strong> dit metaal <strong>en</strong> zijn legering<strong>en</strong>.<br />

<strong>PA.08.43</strong> - “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>” 1


1.1 De ontdekking <strong>van</strong> <strong>titaan</strong><br />

Het elem<strong>en</strong>t <strong>titaan</strong> werd in 1791 ontdekt door William<br />

Gregor <strong>en</strong> werd later door Klaproth "Titanium" g<strong>en</strong>oemd<br />

naar de Titan<strong>en</strong> uit de Griekse mythologie.<br />

Titaan komt zeer veel voor in de aardkorst (namelijk<br />

0,6%). De mineral<strong>en</strong> ilm<strong>en</strong>iet, titanomagnetiet <strong>en</strong> rutiel<br />

word<strong>en</strong> voor de productie <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> gebruikt. Het metaal<br />

<strong>titaan</strong> is niet gemakkelijk uit deze mineral<strong>en</strong> vrij te<br />

mak<strong>en</strong>. Aan het begin <strong>van</strong> de twintigste eeuw slaagde<br />

Hunter <strong>van</strong> G<strong>en</strong>eral Electric erin <strong>titaan</strong> met e<strong>en</strong> zuiverheid<br />

<strong>van</strong> 99% te mak<strong>en</strong> door <strong>titaan</strong>chloride <strong>en</strong> natrium<br />

in vacuüm te verhitt<strong>en</strong>. De toepassing <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> op grotere<br />

schaal werd pas mogelijk to<strong>en</strong> Kroll in 1940 e<strong>en</strong><br />

methode vond om <strong>titaan</strong>tetrachloride met zuiver magnesium<br />

te reducer<strong>en</strong> tot zuiver <strong>titaan</strong> (>99,2%). Dit was<br />

het begin <strong>van</strong> de industriële toepassing. Wat de toepassing<br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> beperkt, is de chemische<br />

reactiviteit <strong>van</strong> dit materiaal op hoge temperatur<strong>en</strong>.<br />

De dure raffinagetechniek<strong>en</strong> <strong>en</strong> speciale giet-, wals-, <strong>en</strong><br />

smeedtechniek<strong>en</strong> mak<strong>en</strong> het materiaal duur.<br />

1.2 Algem<strong>en</strong>e aspect<strong>en</strong><br />

De kristalstructuur <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>van</strong> kamertemperatuur tot<br />

882ºC is hdp (hexagonaal dichtste pakking) <strong>en</strong> wordt<br />

de α-fase g<strong>en</strong>oemd. Bov<strong>en</strong> 882ºC tot aan de smelttemperatuur<br />

<strong>van</strong> 1670ºC is de structuur krg (kubisch ruimtelijk<br />

gec<strong>en</strong>treerd) <strong>en</strong> staat bek<strong>en</strong>d als de β-fase. Titaan<br />

is daarmee net als ijzer allotroop (het metaal k<strong>en</strong>t meer<br />

dan één kristalstructuur). Door leger<strong>en</strong> kan de β-fase<br />

gestabiliseerd word<strong>en</strong> <strong>en</strong> ontstaan α+β legering<strong>en</strong>. Het<br />

is zelfs mogelijk om door leger<strong>en</strong> e<strong>en</strong> volledige β-structuur<br />

bij kamertemperatuur te verkrijg<strong>en</strong>. De structuur <strong>van</strong><br />

<strong>titaan</strong> <strong>en</strong> zijn legering<strong>en</strong> is belangrijk voor hun eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong> verwerkbaarheid, waaronder lass<strong>en</strong>.<br />

Legering<strong>en</strong> zijn aanzi<strong>en</strong>lijk sterker dan technisch zuiver<br />

<strong>titaan</strong>. Technisch zuiver <strong>titaan</strong> is behoorlijk goed vervormbaar<br />

bij kamertemperatuur <strong>en</strong> kan gemakkelijk gesmeed<br />

<strong>en</strong> verspaand word<strong>en</strong>. Erg dunne span<strong>en</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>stof<br />

vorm<strong>en</strong> echter wel e<strong>en</strong> brandgevaar. Ook de<br />

legering<strong>en</strong> zijn over het algeme<strong>en</strong> goed verwerkbaar,<br />

maar bij het lass<strong>en</strong> treedt e<strong>en</strong> extra probleem op, doordat<br />

als gevolg <strong>van</strong> de snelle afkoeling na het lass<strong>en</strong><br />

structuurverandering<strong>en</strong> kunn<strong>en</strong> optred<strong>en</strong>.<br />

De mechanische eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>van</strong> technisch zuiver<br />

<strong>titaan</strong> word<strong>en</strong> bepaald door de zuiverheid (met name het<br />

zuurstofgehalte) <strong>en</strong> de hoeveelheid koudvervorming. De<br />

sterkte <strong>van</strong> de <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> wordt bepaald door de<br />

hoeveelheid <strong>en</strong> aard <strong>van</strong> de legeringselem<strong>en</strong>t<strong>en</strong>, door<br />

de hoeveelheid koudvervorming <strong>en</strong>/of gekoz<strong>en</strong> warmtebehandeling.<br />

In de gegloeide toestand heeft technisch<br />

zuiver <strong>titaan</strong> e<strong>en</strong> treksterkte <strong>van</strong> ca. 250 MPa. De treksterkte<br />

voor legering<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> volledige β-structuur<br />

kan na e<strong>en</strong> warmtebehandeling oplop<strong>en</strong> tot 1400 MPa.<br />

Technisch zuiver <strong>titaan</strong> is op de <strong>en</strong>orme reactiviteit na<br />

goed lasbaar, maar het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> de hoogsterke legering<strong>en</strong><br />

is alles behalve gemakkelijk. Verlies aan sterkte,<br />

verandering <strong>van</strong> structuur <strong>en</strong> scheurvorming zijn de belangrijkste<br />

problem<strong>en</strong>.<br />

De corrosieweerstand <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> in zeewater is uitstek<strong>en</strong>d.<br />

Verder is technisch zuiver <strong>titaan</strong> bij kamertemperatuur<br />

goed bestand teg<strong>en</strong>, zoutzuur, fosforzuur, zwavelzuur,<br />

salpeterzuur, citro<strong>en</strong>zuur, melkzuur <strong>en</strong> andere oxider<strong>en</strong>de<br />

media. Bij verhoogde temperatur<strong>en</strong> lost <strong>titaan</strong><br />

op in zoutzuur <strong>en</strong> fluorwaterstofzuur. Toevoeging <strong>van</strong><br />

0,1% palladium aan <strong>titaan</strong> wordt gedaan om het materiaal<br />

nog beter bestand te mak<strong>en</strong> teg<strong>en</strong> zoutzuur <strong>en</strong><br />

chloride-oplossing<strong>en</strong>. Verder is het met 0,2 % palladium<br />

gelegeerde <strong>titaan</strong> beter bestand teg<strong>en</strong> vloeistoff<strong>en</strong> die<br />

licht reducer<strong>en</strong>d zijn, of die fluctuer<strong>en</strong> tuss<strong>en</strong> oxider<strong>en</strong>d<br />

<strong>en</strong> reducer<strong>en</strong>d. Onder sterk reducer<strong>en</strong>de omstandighed<strong>en</strong>,<br />

kan <strong>titaan</strong> behoorlijk aangetast word<strong>en</strong>.<br />

1.3 Belangrijkste <strong>titaan</strong>kwaliteit<strong>en</strong><br />

Titaan k<strong>en</strong>t twee belangrijke toepassingsgebied<strong>en</strong>. Het<br />

<strong>en</strong>e waarbij e<strong>en</strong> beroep wordt gedaan op de uitmunt<strong>en</strong>de<br />

corrosiewer<strong>en</strong>de eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>en</strong> de andere waarbij<br />

voornamelijk de hoge sterkte-gewichtsverhouding bepal<strong>en</strong>d<br />

is voor de keuze. Uiteraard kan de keuze op e<strong>en</strong><br />

<strong>titaan</strong>legering ook vall<strong>en</strong> door de combinatie <strong>van</strong> goede<br />

corrosieweerstand <strong>en</strong> hoge sterkte. Ongelegeerd of technisch<br />

zuiver <strong>titaan</strong> wordt voornamelijk toegepast <strong>van</strong>wege<br />

zijn uitmunt<strong>en</strong>de corrosiewer<strong>en</strong>de eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> onder<br />

oxider<strong>en</strong>de omstandighed<strong>en</strong>. Titaanlegering<strong>en</strong> word<strong>en</strong><br />

voornamelijk toegepast <strong>van</strong>wege hun hoge sterkte.<br />

Titaan is allotroop <strong>en</strong> de uiteindelijke structuur bij kamertemperatuur<br />

is afhankelijk <strong>van</strong> het perc<strong>en</strong>tage legeringselem<strong>en</strong>t<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong> de thermische behandeling (warmtebehandeling<br />

in combinatie met fabricagemethode). Naast<br />

technisch zuiver <strong>titaan</strong> met e<strong>en</strong> α-structuur, zijn er legering<strong>en</strong><br />

waarbij e<strong>en</strong> geringe hoeveelheid <strong>van</strong> de β-fase<br />

voorkomt. Deze legering<strong>en</strong> word<strong>en</strong> de near α legering<strong>en</strong><br />

g<strong>en</strong>oemd. De α+β legering<strong>en</strong> hebb<strong>en</strong> e<strong>en</strong> hoger gehalte<br />

aan legeringselem<strong>en</strong>t<strong>en</strong> <strong>en</strong> de hoogste perc<strong>en</strong>tages bevatt<strong>en</strong><br />

de β-legering<strong>en</strong>. In de g<strong>en</strong>oemde volgorde neemt<br />

de sterkte <strong>van</strong> de legering<strong>en</strong> toe. Door de combinatie <strong>van</strong><br />

leger<strong>en</strong> <strong>en</strong> thermische behandeling kunn<strong>en</strong> de eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> de <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> word<strong>en</strong> beïnvloed <strong>en</strong><br />

met e<strong>en</strong> betrekkelijk gering aantal legering<strong>en</strong> kan e<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong>orm breed gebied aan eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> word<strong>en</strong> verkreg<strong>en</strong>.<br />

De lasbaarheid <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> wordt mede<br />

bepaald door het type <strong>en</strong> de hoeveelheid aan legeringselem<strong>en</strong>t<strong>en</strong>.<br />

Het is <strong>van</strong> belang te wet<strong>en</strong> welk type gelast<br />

moet word<strong>en</strong> om de juiste lastechnische maatregel<strong>en</strong> te<br />

kunn<strong>en</strong> nem<strong>en</strong>. Om die red<strong>en</strong> wordt kort ingegaan op<br />

de meest voorkom<strong>en</strong>de soort<strong>en</strong> technisch zuiver <strong>titaan</strong><br />

<strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>.<br />

1.3.1 Ongelegeerd of technisch zuiver <strong>titaan</strong><br />

Technisch zuiver of ongelegeerd <strong>titaan</strong> heeft maximaal<br />

0,5% aan verontreiniging<strong>en</strong> of legeringselem<strong>en</strong>t<strong>en</strong>. De<br />

meest voorkom<strong>en</strong>de verontreiniging<strong>en</strong> zijn zuurstof,<br />

stikstof, koolstof <strong>en</strong> ijzer. Het ijzergehalte varieert <strong>van</strong><br />

0,20 tot maximaal 0,30%. Het stikstofgehalte is aanzi<strong>en</strong>lijk<br />

lager <strong>en</strong> varieert <strong>van</strong> 0,03 tot 0,05% <strong>en</strong> het<br />

koolstofgehalte is maximaal gelijk aan 0,10%. Omdat<br />

zuurstof e<strong>en</strong> grote invloed heeft op de mechanische<br />

eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> (zie hieronder) wordt ongelegeerd <strong>titaan</strong><br />

ingedeeld naar het zuurstofgehalte (zie tabel 2).<br />

tabel 2 Veel gebruikte ongelegeerde <strong>titaan</strong>soort<strong>en</strong> volg<strong>en</strong>s<br />

ASTM <strong>en</strong> DIN<br />

Materiaal Zuurstofgehalte<br />

Codering<br />

ASTM<br />

Codering DIN<br />

Titaan 0,10 3.7025, Ti1<br />

Titaan 0,18 grade 1 3.7035, Ti2<br />

Titaan 0,25 grade 2 3.7055, Ti3<br />

Titaan 0,35 grade 3 3.7065, Ti4<br />

Titaan 0,40 grade 4<br />

Titaan-Palladium 0,25 (0,12-0,25 Pd) grade 7 3.7225, TiPd1<br />

Titaan-Palladium 0,18 (0,12-0,25 Pd) grade 11 3.7235, TiPd2<br />

Titaan-Nikkel-Molybde<strong>en</strong><br />

0,25 (0,2-0,4Mo;<br />

0,6-0,9 Ni)<br />

grade 12 3.7105,<br />

TiNi0,8Mo0,3<br />

Voor nog betere corrosie-eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> word<strong>en</strong> kleine<br />

hoeveelhed<strong>en</strong> palladium (ca. 0,2%) toegevoegd. De<br />

legering met kleine hoeveelhed<strong>en</strong> molybde<strong>en</strong> <strong>en</strong> nikkel<br />

heeft iets betere corrosie-eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>en</strong> iets hogere<br />

sterkte dan ongelegeerd <strong>titaan</strong>. Omdat bij deze geringe<br />

perc<strong>en</strong>tages de structuur niet wordt beïnvloed, word<strong>en</strong><br />

2 <strong>PA.08.43</strong> “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>”


de met Pd, Mo <strong>en</strong> Ni gelegeerde soort<strong>en</strong> tot de groep<br />

<strong>van</strong> ongelegeerd <strong>titaan</strong> gerek<strong>en</strong>d.<br />

Technisch zuiver of ongelegeerd <strong>titaan</strong> wordt bijna uitsluit<strong>en</strong>d<br />

toegepast in de chemische industrie <strong>en</strong> in zeewater.<br />

De mechanische eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>van</strong> technisch zuiver<br />

<strong>titaan</strong> (grade 1, grade 2, <strong>en</strong>z.) zijn in hoge mate afhankelijk<br />

<strong>van</strong> het zuurstofgehalte. Met to<strong>en</strong>em<strong>en</strong>d zuurstofgehalte<br />

neemt de sterkte toe <strong>en</strong> de taaiheid af. Stikstof<br />

heeft e<strong>en</strong> nog groter effect op de sterkte <strong>van</strong> ongelegeerd<br />

<strong>titaan</strong>, maar stikstof <strong>en</strong> ook koolstof verbross<strong>en</strong><br />

het materiaal sterker dan zuurstof <strong>en</strong> de gehaltes aan<br />

deze elem<strong>en</strong>t<strong>en</strong> word<strong>en</strong> dan ook zo laag mogelijk gehoud<strong>en</strong>.<br />

In figuur 1 is de treksterkte <strong>en</strong> rekgr<strong>en</strong>s <strong>van</strong><br />

ongelegeerd <strong>titaan</strong> (grade 1 t/m grade 7) grafisch weergegev<strong>en</strong>.<br />

De rek tot breuk voor deze soort<strong>en</strong> neemt met<br />

to<strong>en</strong>em<strong>en</strong>de sterkte af <strong>van</strong> 24 tot 18%. In dit histogram<br />

is ook de treksterkte <strong>en</strong> rekgr<strong>en</strong>s <strong>van</strong> de las (overe<strong>en</strong>komstig<br />

lasmetaal) weergegev<strong>en</strong>.<br />

figuur 1 Minimum waard<strong>en</strong> voor de mechanische eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> ASTM Ti-grades voor basismateriaal<br />

<strong>en</strong> lasverbinding<br />

De meest verkrijgbare technisch zuivere <strong>titaan</strong>soort<strong>en</strong><br />

zijn: grade 1, grade 2, grade 3, grade 7 <strong>en</strong> grade 12.<br />

Grade 1 wordt gebruikt voor pijp<strong>en</strong> in de chemische industrie,<br />

grade 2 <strong>en</strong> 3 voor drukvat<strong>en</strong>. Voor zoutzuur- <strong>en</strong><br />

choride-oplossing<strong>en</strong> word<strong>en</strong> meestal grade 7 <strong>en</strong> 12 gebruikt.<br />

Plaatmateriaal wordt bijna altijd in zachtgegloeide<br />

toestand aangeleverd.<br />

1.3.2 Titaanlegering<strong>en</strong><br />

De meest toegepaste <strong>titaan</strong>legering is e<strong>en</strong> legering met<br />

6% aluminium <strong>en</strong> 4% <strong>van</strong>adium (Ti-6Al-4V). Het is e<strong>en</strong><br />

α+β legering die betrekkelijk ongevoelig is voor variaties<br />

in fabricage omstandighed<strong>en</strong>. Het is e<strong>en</strong> legering die bij<br />

kamertemperatuur niet zo gemakkelijk is te vervorm<strong>en</strong><br />

als technisch zuiver <strong>titaan</strong>. Het materiaal wordt meestal<br />

in gegloeide toestand aangeleverd. De meest bek<strong>en</strong>de<br />

<strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> zijn in tabel 6 op bladzijde 9 vermeld.<br />

In deze tabel zijn de legering<strong>en</strong> gerangschikt naar hun<br />

structuur; α, α+β, <strong>en</strong>z.<br />

E<strong>en</strong> aantal <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> is speciaal ontwikkeld voor<br />

bepaalde toepassing. Bijvoorbeeld voor toepassing op<br />

verhoogde temperatuur: (Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr).<br />

Andere legering<strong>en</strong> hebb<strong>en</strong> e<strong>en</strong> hogere kruipweerstand:<br />

(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo). De legering<strong>en</strong> Ti-6Al-2Nb-1Ta-1Mo<br />

<strong>en</strong> Ti-6Al-4V-ELI (Extra Low Interstitials) hebb<strong>en</strong> e<strong>en</strong><br />

hogere weerstand teg<strong>en</strong> spanningscorrosie in waterige<br />

zoutoplossing<strong>en</strong> <strong>en</strong> hebb<strong>en</strong> e<strong>en</strong> hogere breuktaaiheid.<br />

De legering Ti-5Al-2,5Sn is e<strong>en</strong> α+β legering met e<strong>en</strong><br />

goede lasbaarheid <strong>en</strong> de ELI-kwaliteit <strong>van</strong> deze legering<br />

wordt gebruikt voor cryog<strong>en</strong>e toepassing<strong>en</strong>. Meer infor-<br />

matie over de diverse <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> <strong>en</strong> hun toepassingsmogelijkhed<strong>en</strong><br />

zijn te vind<strong>en</strong> in de diverse handboek<strong>en</strong>,<br />

zoals het Metals Handbook <strong>van</strong> ASTM (zie<br />

refer<strong>en</strong>tie in hoofdstuk 14 op bladzijde 11).<br />

2 De lasbaarheid <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

2.1 Belangrijke eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> in verband<br />

met de lasbaarheid<br />

De lasbaarheid <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> wordt<br />

vooral gek<strong>en</strong>merkt door de zeer grote reactiviteit bij<br />

temperatur<strong>en</strong> bov<strong>en</strong> ca. 450ºC <strong>en</strong> de extreme gevoeligheid<br />

voor de geringste verontreiniging. Twee ding<strong>en</strong> zijn<br />

bij het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> dan ook belangrijk:<br />

E<strong>en</strong> zeer goede gasbescherming;<br />

E<strong>en</strong> zeer zorgvuldige lasnaadvoorbewerking.<br />

E<strong>en</strong> zeer goede gasbescherming is nodig, omdat <strong>titaan</strong><br />

heel gemakkelijk reageert met zuurstof, stikstof <strong>en</strong> waterstof.<br />

Voorkom<strong>en</strong> moet word<strong>en</strong> dat het vloeibare <strong>titaan</strong><br />

reageert met lucht, omdat zuurstof <strong>en</strong> stikstof e<strong>en</strong><br />

grote invloed hebb<strong>en</strong> op de sterkte <strong>en</strong> taaiheid <strong>van</strong> het<br />

materiaal; te veel zuurstof- <strong>en</strong> stikstofopname in e<strong>en</strong> las<br />

maakt deze uiterst bros. De gasbescherming moet zelfs<br />

gehandhaafd blijv<strong>en</strong> totdat de las <strong>en</strong> de directe omgeving<br />

<strong>van</strong> de las afgekoeld zijn tot ca. 250-300ºC.<br />

Gasbescherming is ook nodig aan de onderkant <strong>van</strong> de<br />

las <strong>en</strong> dit maakt het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> vrij lastig. Meer<br />

informatie over de gasbescherming wordt gegev<strong>en</strong> bij<br />

de diverse lasprocess<strong>en</strong> (§ 2.2).<br />

De effectiviteit <strong>van</strong> de gasbescherming kan word<strong>en</strong> afgelez<strong>en</strong><br />

aan de kleur <strong>van</strong> het gelaste oppervlak. Bij e<strong>en</strong><br />

geringe zuurstofopname heeft de las e<strong>en</strong> lichtgele tot<br />

geelbruine kleur. Deze mate <strong>van</strong> oxidatie is meestal toelaatbaar.<br />

Bij hogere zuurstofopname kleurt het oppervlak<br />

violet tot donkerblauw <strong>en</strong> bij nog hogere zuurstofgehaltes<br />

wordt de las eerst lichtblauw, daarna wit. E<strong>en</strong> donkerblauwe<br />

las kan soms acceptabel zijn, maar e<strong>en</strong> lichtblauwe<br />

tot grijs-witte las is absoluut onacceptabel <strong>en</strong><br />

als dit voorkomt, moet de las in zijn geheel word<strong>en</strong> verwijderd<br />

<strong>en</strong> moet er opnieuw word<strong>en</strong> gelast met alle bijkom<strong>en</strong>de<br />

voorbewerking<strong>en</strong>.<br />

Titaan neemt gemakkelijk waterstof op in vloeibare toestand.<br />

De opname <strong>van</strong> waterstof is meestal de oorzaak<br />

<strong>van</strong> poreusheid in de las. Verder word<strong>en</strong> <strong>titaan</strong>hydrid<strong>en</strong><br />

gevormd die het materiaal bros mak<strong>en</strong>. E<strong>en</strong> las in <strong>titaan</strong><br />

mag zelfs niet meer dan 0,012 gew. % waterstof bevatt<strong>en</strong>.<br />

Titaan vormt met koolstof carbid<strong>en</strong> die ev<strong>en</strong>e<strong>en</strong>s<br />

e<strong>en</strong> verbross<strong>en</strong>de werking hebb<strong>en</strong>. Om die red<strong>en</strong><br />

moet het te lass<strong>en</strong> oppervlak uiterst zorgvuldig word<strong>en</strong><br />

schoongemaakt. Het gebruik <strong>van</strong> ontvettingsmiddel<strong>en</strong><br />

als CFC's (chloorfluorkoolstofverbinding<strong>en</strong>) is verbod<strong>en</strong>.<br />

Voor het ontvett<strong>en</strong> moet aceton of methyl ethyl ketone<br />

(MEK) word<strong>en</strong> gebruikt. Ook mag bij de laatste mechanische<br />

bewerking ge<strong>en</strong> snijvloeistof word<strong>en</strong> gebruikt.<br />

Het totaal verwijder<strong>en</strong> <strong>van</strong> snijvloeistoff<strong>en</strong> op e<strong>en</strong> mechanisch<br />

bewerkt oppervlak is namelijk uiterst lastig.<br />

Verder is het gebruik <strong>van</strong> markeringsstrep<strong>en</strong> met bijvoorbeeld<br />

e<strong>en</strong> viltstift uit d<strong>en</strong> boze. Krijgt het gelaste<br />

product e<strong>en</strong> warmtebehandeling, dan moet erop word<strong>en</strong><br />

gelet dat het gehele oppervlak vrij is <strong>van</strong> merkinkt<strong>en</strong> <strong>en</strong><br />

markeringsstrep<strong>en</strong> met bijvoorbeeld e<strong>en</strong> potlood. De te<br />

lass<strong>en</strong> onderdel<strong>en</strong> moet<strong>en</strong> niet met de blote hand, maar<br />

met handscho<strong>en</strong><strong>en</strong> word<strong>en</strong> gehanteerd.<br />

Titaan zet minder uit dan constructiestaal <strong>en</strong> de vervorming<strong>en</strong><br />

als gevolg <strong>van</strong> het lass<strong>en</strong> blijv<strong>en</strong> dan ook beperkt.<br />

De thermische geleidbaarheid <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is gelijk<br />

aan die <strong>van</strong> roestvast staal <strong>en</strong> afgezi<strong>en</strong> <strong>van</strong> de hoge<br />

reactiviteit <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> lijkt het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> op het<br />

lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> roestvast staal.<br />

<strong>PA.08.43</strong> - “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>” 3


2.2 Lasprocess<strong>en</strong><br />

Zowel smeltlasprocess<strong>en</strong> als weerstandlasprocess<strong>en</strong> zijn<br />

geschikt om <strong>titaan</strong> te lass<strong>en</strong>. Niet alle smeltlasprocess<strong>en</strong><br />

kom<strong>en</strong> in aanmerking. Zo wordt MIG-lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong><br />

nauwelijks toegepast, omdat de temperatuur <strong>van</strong> de afgesmolt<strong>en</strong><br />

druppels aanzi<strong>en</strong>lijk hoger is dan de smelttemperatuur<br />

<strong>van</strong> het materiaal. Hoe hoger de temperatuur<br />

<strong>van</strong> het vloeibare <strong>titaan</strong>, des te hoger de reactiviteit.<br />

E<strong>en</strong> <strong>en</strong>orme vonk<strong>en</strong>reg<strong>en</strong> is het gevolg. Toch is het<br />

MIG-lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> niet onmogelijk (zie § 2.2.4).<br />

Het onderpoederlass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> wordt niet toegepast,<br />

ev<strong>en</strong>min als het lass<strong>en</strong> met gevulde draad.<br />

Het elektron<strong>en</strong>bundellass<strong>en</strong> is voor het verbind<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

<strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> e<strong>en</strong> aantrekkelijk lasproces. <strong>Lass<strong>en</strong></strong> wordt<br />

in e<strong>en</strong> ketel onder hoog vacuüm gedaan <strong>en</strong> zo wordt<br />

oxidatie <strong>en</strong> gasopname <strong>van</strong> de <strong>titaan</strong>las voorkom<strong>en</strong>. De<br />

apparatuur voor het elektron<strong>en</strong>bundel lass<strong>en</strong> is duur <strong>en</strong><br />

slechts weinig bedrijv<strong>en</strong> beschikk<strong>en</strong> over deze apparatuur.<br />

Het laserlass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is goed mogelijk. Echter, de<br />

voortloopsnelheid bij het laserlass<strong>en</strong> is hoog <strong>en</strong> de las<br />

moet over e<strong>en</strong> grote l<strong>en</strong>gte word<strong>en</strong> beschermd teg<strong>en</strong><br />

oxidatie. Dit is technisch lastig uitvoerbaar. Desondanks<br />

vindt het laserlass<strong>en</strong> steeds meer toepassing. De lasprocess<strong>en</strong><br />

waarmee weinig problem<strong>en</strong> optred<strong>en</strong> zijn TIG<br />

<strong>en</strong> plasma. Bij beide process<strong>en</strong> is materiaaltoevoer <strong>en</strong><br />

warmtetoevoer gescheid<strong>en</strong>, zodat kan word<strong>en</strong> voorkom<strong>en</strong><br />

dat het toevoegmateriaal te warm wordt.<br />

2.2.1 TIG-lass<strong>en</strong><br />

Het meest gebruikte smeltlasproces voor het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

<strong>titaan</strong> is het TIG-lass<strong>en</strong>. Gebruik <strong>van</strong> toevoegmateriaal<br />

vergt veel ervaring, omdat met het inbr<strong>en</strong>g<strong>en</strong> <strong>van</strong> de toevoegdraad<br />

snel verstoring <strong>van</strong> de argonbescherming kan<br />

optred<strong>en</strong>. Soms wordt daarom bij dun materiaal gebruik<br />

gemaakt <strong>van</strong> e<strong>en</strong> overlapverbinding. Omgezette rand<strong>en</strong><br />

zijn toe te pass<strong>en</strong>, maar zeer moeilijk in de maatvoering<br />

(zie figuur 2).<br />

figuur 2 Voorbeeld<strong>en</strong> <strong>van</strong> stompe nad<strong>en</strong> in dunne <strong>titaan</strong>plaat<br />

Ook moet extra aandacht word<strong>en</strong> geschonk<strong>en</strong> aan de<br />

gasbescherming. Daarom wordt e<strong>en</strong> speciale gasslof<br />

aan de toorts aangebracht (of wordt met e<strong>en</strong> speciaal<br />

ontworp<strong>en</strong> gascup gelast) om het afkoel<strong>en</strong>de materiaal<br />

voldo<strong>en</strong>de lang te bescherm<strong>en</strong> (zie figuur 3). Er moet<br />

word<strong>en</strong> gedacht aan het feit dat de las ook aan de onderkant<br />

moet word<strong>en</strong> beschermd om oxidatie te voorkom<strong>en</strong><br />

(zie figuur 4). In feite gaat het erom dat couveuse<br />

condities word<strong>en</strong> gecreëerd bij het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> dit materiaal.<br />

Het lass<strong>en</strong> in e<strong>en</strong> couveuse is, hoewel vaak aangerad<strong>en</strong>,<br />

niet gemakkelijk door de beperkte bewegingsvrijheid.<br />

Bov<strong>en</strong>di<strong>en</strong> moet de couveuse na het inbr<strong>en</strong>g<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> het product e<strong>en</strong> aantal mal<strong>en</strong> met beschermgas<br />

word<strong>en</strong> gespoeld <strong>en</strong> ook moet e<strong>en</strong> inerte gasstroom<br />

tijd<strong>en</strong>s het lass<strong>en</strong> gehandhaafd blijv<strong>en</strong>. Het beste is om<br />

ook bij het lass<strong>en</strong> in e<strong>en</strong> couveuse de gasstroom door<br />

de TIG-toorts te handhav<strong>en</strong> naast de gasstroom in de<br />

couveuse.<br />

figuur 3 Gasslof voor e<strong>en</strong> TIG-toorts ter bescherming<br />

<strong>van</strong> de afkoel<strong>en</strong>de las<br />

figuur 4 Het TIG-lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> plaat met extra gasbescherming<br />

aan de bov<strong>en</strong>- <strong>en</strong> onderkant <strong>van</strong> de plat<strong>en</strong><br />

Het TIG-lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> langs- <strong>en</strong> rondgaande nad<strong>en</strong> in pijp<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong> drukvat<strong>en</strong> is goed mogelijk. Belangrijk daarbij is uiteraard<br />

e<strong>en</strong> goede gasbescherming aan de buit<strong>en</strong>- <strong>en</strong><br />

binn<strong>en</strong>kant <strong>van</strong> de pijp. Bij het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> pijp is<br />

e<strong>en</strong> toorts voorzi<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> aan de diameter <strong>van</strong> de<br />

pijp aangepaste slof onhandig <strong>en</strong> niet praktisch. Hoe<br />

dan toch voor e<strong>en</strong> goede gasbescherming gezorgd kan<br />

word<strong>en</strong> laat figuur 5 zi<strong>en</strong>. Slechts e<strong>en</strong> <strong>van</strong> de twee<br />

lassers is aan het lass<strong>en</strong>, de andere lasser zorgt voor de<br />

extra gasbescherming <strong>van</strong> de afkoel<strong>en</strong>de las.<br />

4 <strong>PA.08.43</strong> “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>”


figuur 5 Het mak<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> spiraal uit rechte pijp bij de<br />

firma Oost<strong>en</strong>dorp in Tiel. TIG-lass<strong>en</strong> met de<br />

hand; de tweede lasser zorgt voor bescherming<br />

<strong>van</strong> de afkoel<strong>en</strong>de las<br />

Voor het TIG-lass<strong>en</strong> moet gebruik word<strong>en</strong> gemaakt <strong>van</strong><br />

e<strong>en</strong> hoog zuiver inert gas (meestal argon). De zuiverheid<br />

<strong>van</strong> commercieel verkrijgbare gass<strong>en</strong> is voldo<strong>en</strong>de,<br />

maar voorkom<strong>en</strong> moet word<strong>en</strong> dat zuurstof <strong>en</strong> vocht in<br />

het gassysteem kunn<strong>en</strong> diffunder<strong>en</strong>. Dit houdt in dat<br />

het slang<strong>en</strong>pakket voor het lass<strong>en</strong> moet word<strong>en</strong> gespoeld<br />

<strong>en</strong> gasleidingsystem<strong>en</strong> onder e<strong>en</strong> geringe overdruk<br />

moet<strong>en</strong> blijv<strong>en</strong> staan. Om diffusie <strong>van</strong> lucht <strong>en</strong><br />

vocht in het slang<strong>en</strong>pakket <strong>en</strong> leidingsysteem te voorkom<strong>en</strong>,<br />

wordt ook wel e<strong>en</strong> geringe gasstroom gehandhaafd<br />

als er niet gelast wordt. Heel gemakkelijk kan<br />

word<strong>en</strong> nagegaan of het gasaanvoersysteem voldo<strong>en</strong>de<br />

vrij <strong>van</strong> zuurstof is, door e<strong>en</strong> proefstuk te lass<strong>en</strong>. Nog<br />

beter is dit ook te do<strong>en</strong> aan het einde <strong>van</strong> het lasproces,<br />

zodat zekerheid wordt verkreg<strong>en</strong> over de gasbescherming<br />

tijd<strong>en</strong>s het lasproces.<br />

2.2.2 Praktische adviez<strong>en</strong> voor het TIG-lass<strong>en</strong><br />

Bij het TIG-lass<strong>en</strong> moet voor e<strong>en</strong> goede gasbescherming<br />

met e<strong>en</strong> voldo<strong>en</strong>d grote gascup word<strong>en</strong> gewerkt (12,7<br />

tot 19 mm). Oppass<strong>en</strong> voor gasopname door het toevoegmateriaal,<br />

dus het toevoegmateriaal voldo<strong>en</strong>de lat<strong>en</strong><br />

afkoel<strong>en</strong> in de gasstroom. Gasbescherming handhav<strong>en</strong><br />

tot de las <strong>en</strong> toevoegmateriaal afgekoeld zijn tot circa<br />

300ºC. Het gebruik <strong>van</strong> e<strong>en</strong> gasl<strong>en</strong>s voor het creër<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> e<strong>en</strong> laminaire gasstroom wordt aanbevol<strong>en</strong>. Bij het<br />

handmatig lass<strong>en</strong> moet de lasser snelle beweging<strong>en</strong> met<br />

de toorts voorkom<strong>en</strong>. Voor het lass<strong>en</strong> moet de backinggleuf<br />

met beschermgas word<strong>en</strong> gevuld. De gasdruk in<br />

de backinggleuf moet laag word<strong>en</strong> gehoud<strong>en</strong> <strong>en</strong> bij het<br />

lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> pijp moet het backing volume zesmaal<br />

het volume <strong>van</strong> het pijpdeel zijn. Om te voorkom<strong>en</strong> dat<br />

las <strong>en</strong> backingstrip sam<strong>en</strong>smelt<strong>en</strong>, wordt geadviseerd<br />

ge<strong>en</strong> voorop<strong>en</strong>ing toe te pass<strong>en</strong>. Het oppervlak moet<br />

vrij zijn <strong>van</strong> oxid<strong>en</strong> <strong>en</strong> vett<strong>en</strong>. Maak voor het reinig<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> het oppervlak gebruik <strong>van</strong> aceton of MEK <strong>en</strong> gebruik<br />

e<strong>en</strong> niet pluiz<strong>en</strong>de doek.<br />

Voor het TIG-lass<strong>en</strong> wordt gebruikgemaakt <strong>van</strong> wolfraam<br />

elektrod<strong>en</strong> met 1,5 % lantaanoxide. Bij het start<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> de boog moet opname <strong>van</strong> wolfraam door de<br />

las word<strong>en</strong> vermed<strong>en</strong>. Dus niet de boog aanstrijk<strong>en</strong>,<br />

maar gebruik mak<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> startplaatje, waarop de<br />

boog wel kan word<strong>en</strong> aangestrek<strong>en</strong>, of start<strong>en</strong> met HF.<br />

Voor e<strong>en</strong> optimaal lasresultaat gebruikmak<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong><br />

startplaatje <strong>en</strong> e<strong>en</strong> uitloopplaatje. Kies niet te dun toevoegmateriaal,<br />

omdat bij dun toevoegmateriaal de oppervlakte-volumeverhouding<br />

<strong>van</strong> de draad ongunstig is.<br />

Hoe kleiner de draad, hoe meer oxid<strong>en</strong> in de lasnaad.<br />

Heb ge<strong>en</strong> haast bij het TIG-lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>.<br />

Het opvoer<strong>en</strong> <strong>van</strong> de lassnelheid (voortloopsnelheid)<br />

verhoogt de kans op lasfout<strong>en</strong>. Reparer<strong>en</strong> aan<br />

e<strong>en</strong> <strong>titaan</strong>las is lastiger dan het reparer<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> RVS-<br />

las. De hoge reparatiekost<strong>en</strong> do<strong>en</strong> het effect <strong>van</strong> de<br />

hogere lassnelheid op de kostprijs t<strong>en</strong>iet of zull<strong>en</strong> zelfs<br />

hoger zijn. Dus voorkom reparaties.<br />

In tabel 3 wordt e<strong>en</strong> aantal lasparameters gegev<strong>en</strong> voor<br />

het TIG-lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong>.<br />

tabel 3 Richtwaard<strong>en</strong> lasparameters voor het TIG-lass<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong><br />

Plaatdikte<br />

(mm)<br />

Toevoegdraad<br />

(mm)<br />

Boogspanning<br />

(V)<br />

Lasstroom<br />

(A)<br />

Lassnelheid<br />

(mm/min)<br />

1,5 - 10 90-100 250<br />

1,5 1,6 10 120-130 300<br />

2,3 1,6 12 200-210 300<br />

3,2 1,6 12 220-230 250<br />

Het TIG-lass<strong>en</strong> wordt toegepast tot materiaaldiktes <strong>van</strong><br />

circa 3 mm. Voor grotere materiaaldiktes komt het<br />

plasmalass<strong>en</strong> in aanmerking. Het is mogelijk tot deze<br />

dikte zonder toevoegmateriaal te lass<strong>en</strong>. Wel moet dan<br />

rek<strong>en</strong>ing word<strong>en</strong> gehoud<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> lichte inzakking<br />

<strong>van</strong> het gelaste oppervlak.<br />

2.2.3 Plasmalass<strong>en</strong><br />

Bij het plasmalass<strong>en</strong> kom<strong>en</strong> twee techniek<strong>en</strong> in aanmerking.<br />

Het zog<strong>en</strong>oemde key-hole lass<strong>en</strong> voor materiaaldiktes<br />

<strong>van</strong> 1,5 tot 13 mm <strong>en</strong> het geleidingslass<strong>en</strong>. Bij<br />

het geleidingslass<strong>en</strong> kan met e<strong>en</strong> onvolkom<strong>en</strong> doorlassing<br />

word<strong>en</strong> gewerkt, bij het key-hole lass<strong>en</strong> is dit niet<br />

mogelijk. Het key-hole lass<strong>en</strong> wordt vaak zonder toevoegmateriaal<br />

toegepast, maar dan moet wel met ondersnijding<br />

rek<strong>en</strong>ing word<strong>en</strong> gehoud<strong>en</strong>. E<strong>en</strong> stompe naad in<br />

e<strong>en</strong> plaatdikte <strong>van</strong> 12,7 mm kan met de key-hole techniek<br />

word<strong>en</strong> gelast. De lasverbinding moet dan wel <strong>van</strong><br />

beide kant<strong>en</strong> toegankelijk zijn. Voor het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> geringe<br />

diktes (0,2 tot 0,5 mm) wordt het micro-plasmalasproces<br />

toegepast.<br />

Als lasnaadvorm bij het key-hole lass<strong>en</strong> wordt e<strong>en</strong> V-of<br />

U-naad toegepast met e<strong>en</strong> opstaand deel afhankelijk<br />

<strong>van</strong> de dikte <strong>van</strong> het materiaal. De maximale hoogte<br />

<strong>van</strong> het opstaande deel <strong>van</strong> de lasnaad bedraagt 6 mm.<br />

Als sluitlaag wordt dan e<strong>en</strong> geleidingslas met toevoegmateriaal<br />

gekoz<strong>en</strong>.<br />

Ev<strong>en</strong>als bij het TIG-lass<strong>en</strong> zijn e<strong>en</strong> perfecte gasbescherming<br />

<strong>en</strong> het zorgvuldig preparer<strong>en</strong> <strong>van</strong> de lasnaad <strong>van</strong><br />

het grootste belang. Als beschermgass<strong>en</strong> word<strong>en</strong> argon<br />

<strong>en</strong> argon-heliumgasm<strong>en</strong>gsels toegepast. Het is bij het<br />

plasmalass<strong>en</strong> <strong>van</strong> roestvast staal gebruikelijk aan het<br />

beschermgas waterstof toe te voeg<strong>en</strong>. Bij het plasmalass<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is dit absoluut niet toegestaan, in verband<br />

met waterstofopname door de las <strong>en</strong> de poreusheid<br />

<strong>en</strong> verbrossing die daardoor optred<strong>en</strong>.<br />

Door de hogere <strong>en</strong>ergiedichtheid <strong>van</strong> de plasmaboog<br />

kan bij vergelijkbare plaatdikte met hogere voortloopsnelhed<strong>en</strong><br />

(lassnelhed<strong>en</strong>) word<strong>en</strong> gelast. Vergelijk de<br />

tabell<strong>en</strong> 3 <strong>en</strong> 4. Nog langere gassloff<strong>en</strong> dan bij het TIGlass<strong>en</strong><br />

zijn nodig om de las teg<strong>en</strong> oxidatie te bescherm<strong>en</strong>.<br />

2.2.4 MIG-lass<strong>en</strong><br />

Het probleem bij het MIG-lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is dat de<br />

temperatuur <strong>van</strong> de afsplits<strong>en</strong>de druppels aanzi<strong>en</strong>lijk<br />

hoger, <strong>en</strong> de druppelgrootte veel kleiner is dan bij het<br />

TIG-<strong>en</strong> plasmalass<strong>en</strong>. De veel hogere reactiviteit <strong>van</strong><br />

het toevoegmateriaal geeft bij de geringste verstoring<br />

<strong>van</strong> de gasstroom e<strong>en</strong> <strong>en</strong>orme vonk<strong>en</strong>reg<strong>en</strong> <strong>en</strong> e<strong>en</strong><br />

slechte las. Bov<strong>en</strong>di<strong>en</strong> zorgt de Lor<strong>en</strong>tzkracht als gevolg<br />

<strong>van</strong> de vele kathodevlekk<strong>en</strong> voor e<strong>en</strong> zijdelingse kracht<br />

<strong>PA.08.43</strong> - “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>” 5


tabel 4 Richtwaard<strong>en</strong> voor lasparameters bij het plasmalass<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

Plaatdikte (mm)<br />

Lastechniek<br />

Beschermgas<br />

0,40 geleidingslas Ar - 6 125 -<br />

3,2 key-hole Ar 24 150 365 1,01<br />

4,8 key-hole Ar 30 175 365 1,07<br />

6,4 key-hole Ar 30 160 305 1,14<br />

8 key-hole Ar 30 172 305 1,22<br />

10 key-hole 75He-25Ar 38 225 250 -<br />

12,7 key-hole 50He-50Ar 36 270 250 -<br />

op de afsplits<strong>en</strong>de druppel. Afsplits<strong>en</strong> heeft plaats via<br />

de zwaartekracht, waardoor het lass<strong>en</strong> in positie sterk<br />

bemoeilijkt wordt. Het MIG-lass<strong>en</strong> is dus allesbehalve<br />

gemakkelijk, maar niet onmogelijk. E<strong>en</strong> ander probleem<br />

is de ongunstige oppervlakte-volumeverhouding <strong>van</strong> de<br />

toevoegdraad. De meeste zuurstof wordt dan ook via<br />

de draad toegevoerd. Er moet veel meer aandacht aan<br />

de oppervlaktekwaliteit <strong>van</strong> de lasdraad word<strong>en</strong> besteed<br />

dan bij het MIG-lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> roestvast staal. De lasdraad<br />

moet bij voorkeur in e<strong>en</strong> dichte draadkoffer word<strong>en</strong> opgeborg<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong> indi<strong>en</strong> dit niet het geval is, word<strong>en</strong> afgedekt<br />

wanneer niet gelast wordt. Tuss<strong>en</strong> twee laskluss<strong>en</strong> kan<br />

de draad het beste in e<strong>en</strong> schone <strong>en</strong> droge kast word<strong>en</strong><br />

opgeborg<strong>en</strong>.<br />

Kortsluitbooglass<strong>en</strong>, lass<strong>en</strong> met pulser<strong>en</strong>de stroom <strong>en</strong><br />

lass<strong>en</strong> in het sproeibooggebied is dus mogelijk. In het<br />

globulaire gebied mag niet word<strong>en</strong> gelast. Het beste<br />

gaat het lass<strong>en</strong> met pulser<strong>en</strong>de stroom met de draad<br />

aan de pluspool. Kortsluitbooglass<strong>en</strong> is ev<strong>en</strong>e<strong>en</strong>s mogelijk,<br />

maar dan moet de draad aan de negatieve pool word<strong>en</strong><br />

aangeslot<strong>en</strong>, omdat anders ge<strong>en</strong> stabiele kortsluiting<strong>en</strong><br />

optred<strong>en</strong>. Bij voorkeur moet word<strong>en</strong> gelast in horizontale<br />

positie. <strong>Lass<strong>en</strong></strong> met pulser<strong>en</strong>de stroom biedt de<br />

mogelijkheid om in positie te lass<strong>en</strong>. Wel moet bij het<br />

verticaal neergaand lass<strong>en</strong> erop word<strong>en</strong> gelet, dat er<br />

ge<strong>en</strong> bindingsfout<strong>en</strong> ontstaan <strong>van</strong>wege de dunvloeibaarheid<br />

<strong>van</strong> het smeltbad. Het MIG-lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is de<br />

laboratoriumfase nog niet echt ontgroeid <strong>en</strong> wordt in de<br />

praktijk nauwelijks toegepast. Belangrijk is naast het<br />

voorkom<strong>en</strong> <strong>van</strong> spatt<strong>en</strong>, de beheersing <strong>van</strong> het smeltbad<br />

<strong>en</strong> het voorkom<strong>en</strong> <strong>van</strong> bindingsfout<strong>en</strong>. Aanbevol<strong>en</strong> wordt<br />

om stek<strong>en</strong>d te lass<strong>en</strong> onder e<strong>en</strong> geringe hoek (ca. 10º).<br />

Om bindingsfout<strong>en</strong> te voorkom<strong>en</strong>, moet word<strong>en</strong> voorkom<strong>en</strong><br />

dat het smeltbad op de boog gaat voorlop<strong>en</strong>. Dit<br />

is lastig door de dunvloeibaarheid <strong>van</strong> het <strong>titaan</strong>. Om het<br />

smeltbad te beheers<strong>en</strong>, wordt bij pulser<strong>en</strong>d lass<strong>en</strong> o.a.<br />

gebruikgemaakt <strong>van</strong> e<strong>en</strong> dubbelpuls. Tijd<strong>en</strong>s de lage<br />

pulsstroomsterkte kan het lasbad <strong>en</strong>igszins afkoel<strong>en</strong> <strong>en</strong><br />

wordt voorkom<strong>en</strong> dat het te veel gaat uitvloei<strong>en</strong>.<br />

Als beschermgas wordt Ar toegepast. Bij het lass<strong>en</strong> met<br />

pulser<strong>en</strong>de stroom wordt meestal e<strong>en</strong> gasm<strong>en</strong>gsel met<br />

75% Ar <strong>en</strong> 25% He gebruikt. Ev<strong>en</strong>als bij het TIG- <strong>en</strong><br />

plasmalass<strong>en</strong> moet heel veel aandacht word<strong>en</strong> besteed<br />

aan de gasbescherming <strong>en</strong> de reinheid <strong>van</strong> oppervlak. In<br />

de literatuur word<strong>en</strong> lasparameters opgegev<strong>en</strong> voor het<br />

MIG-lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> met e<strong>en</strong> plaatdikte <strong>van</strong> 3,2 tot<br />

25,4 mm. Voor e<strong>en</strong> eerste keuze <strong>van</strong> de lasparameters<br />

kan het beste word<strong>en</strong> gewerkt met de lasparameters<br />

voor het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> aust<strong>en</strong>itisch roestvast staal <strong>van</strong><br />

vergelijkbare dikte.<br />

Boogspanning (V)<br />

Lasstroom (A)<br />

Lassnelheid (mm/min)<br />

Draadsnelheid (m/min)<br />

2.2.5 Elektron<strong>en</strong>bundellass<strong>en</strong><br />

Elektron<strong>en</strong>bundellass<strong>en</strong> wordt voornamelijk toegepast<br />

voor <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> zoals Ti-6Al-4V. Voor het elektron<strong>en</strong>bundellass<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is e<strong>en</strong> vacuüm omgeving<br />

nodig. Hoe hoger het vacuüm, des te beter zijn de resultat<strong>en</strong>.<br />

De smalle elektron<strong>en</strong>bundel <strong>en</strong> de hoge <strong>en</strong>ergiedichtheid<br />

mak<strong>en</strong> het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> relatief dik materiaal<br />

mogelijk. Daarnaast kunn<strong>en</strong> ook dunne material<strong>en</strong> word<strong>en</strong><br />

gelast, doordat de eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>van</strong> de elektron<strong>en</strong>bundel<br />

gemakkelijk zijn te wijzig<strong>en</strong>. Zeld<strong>en</strong> wordt<br />

gebruik gemaakt <strong>van</strong> toevoegmateriaal, zodat precies<br />

uitlijn<strong>en</strong> <strong>van</strong> de te lass<strong>en</strong> del<strong>en</strong> belangrijk is. Bij het lass<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> dikkere del<strong>en</strong> kan ondersnijding optred<strong>en</strong> <strong>en</strong><br />

ook kunn<strong>en</strong> de standaard lasfout<strong>en</strong> als poreusheid bij<br />

onvoldo<strong>en</strong>d vacuüm, slinkholtes <strong>en</strong> onvoldo<strong>en</strong>de doorlassing<br />

optred<strong>en</strong>. De smalle elektron<strong>en</strong>bundel maakt<br />

e<strong>en</strong> nauwkeurige positionering <strong>van</strong> de elektron<strong>en</strong>bundel<br />

noodzakelijk, daar anders de kans bestaat dat de lasnaad<br />

wordt gemist. Afhankelijk <strong>van</strong> het vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

de elektron<strong>en</strong>bundel (versnellingsspanning, stroomsterkte<br />

bundel) <strong>en</strong> bundelkwaliteit kunn<strong>en</strong> diktes tot 50 mm in<br />

één procesgang word<strong>en</strong> gelast bij e<strong>en</strong> voortloopsnelheid<br />

<strong>van</strong> ca. 660 mm/min. Bij geringere diktes zijn<br />

voortloopsnelhed<strong>en</strong> in m/min mogelijk.<br />

De warmte-inbr<strong>en</strong>g bij het elektron<strong>en</strong>bundellass<strong>en</strong> is<br />

geringer dan bij het TIG-lass<strong>en</strong>. Dit kan gunstig uitpakk<strong>en</strong><br />

voor de mechanische eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>van</strong> de gelaste<br />

verbinding<strong>en</strong>. De treksterkte, rekgr<strong>en</strong>s <strong>en</strong> rek tot<br />

breuk <strong>van</strong> de lasverbinding in de legering Ti-6Al-4V zijn<br />

na e<strong>en</strong> warmtebehandeling (5 uur gloei<strong>en</strong> op 700ºC)<br />

vergelijkbaar met die <strong>van</strong> het basismateriaal. Echter, de<br />

breuktaaiheidswaard<strong>en</strong> ligg<strong>en</strong> op e<strong>en</strong> niveau <strong>van</strong> 60 tot<br />

90% <strong>van</strong> de waard<strong>en</strong> voor het basismateriaal.<br />

2.2.6 Laserlass<strong>en</strong><br />

Titaan kan zowel met de Nd:YAG- als met de CO2-laser word<strong>en</strong> gelast. Zowel met continu als met pulser<strong>en</strong>d<br />

vermog<strong>en</strong>. Afhankelijk <strong>van</strong> de dikte <strong>van</strong> het materiaal<br />

<strong>en</strong> de instelling<strong>en</strong> <strong>en</strong> het vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> de laser kan<br />

met de key-hole techniek word<strong>en</strong> gewerkt of met de<br />

geleidingstechniek. Het geabsorbeerde vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

de laser kan bij de key-hole techniek oplop<strong>en</strong> tot 90%.<br />

Bij het geleidingslass<strong>en</strong> ligt het geabsorbeerde vermog<strong>en</strong><br />

aanzi<strong>en</strong>lijk lager. Voor de standaard α+β legering<br />

Ti-6Al-4V kan met e<strong>en</strong> CO2-laser <strong>van</strong> 15 kW e<strong>en</strong> dikte<br />

<strong>van</strong> 15 mm in één procesgang word<strong>en</strong> gelast.<br />

T<strong>en</strong> opzichte <strong>van</strong> het elektron<strong>en</strong>bundellass<strong>en</strong> heeft het<br />

laserlass<strong>en</strong> het voordeel dat niet onder vacuüm gelast<br />

hoeft te word<strong>en</strong>. E<strong>en</strong> complicatie bij het laserlass<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

<strong>titaan</strong> is de geïoniseerde <strong>titaan</strong>damp bov<strong>en</strong> het smeltbad.<br />

Met e<strong>en</strong> inerte gasstroom moet deze word<strong>en</strong> weggeblaz<strong>en</strong>,<br />

daar deze metaaldamp de laserbundel te veel<br />

zal verstrooi<strong>en</strong>. Bij het laserlass<strong>en</strong> kunn<strong>en</strong> dezelfde lasfout<strong>en</strong><br />

(ondersnijding, onvolkom<strong>en</strong> doorlassing, poreusheid<br />

<strong>en</strong> slinkholtes) optred<strong>en</strong> als bij het elektron<strong>en</strong>bundellass<strong>en</strong>.<br />

De mechanische eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> laserlas<br />

zijn vergelijkbaar met die <strong>van</strong> e<strong>en</strong> elektron<strong>en</strong>bundellas.<br />

De las <strong>en</strong> warmte beïnvloede zone hebb<strong>en</strong> e<strong>en</strong><br />

iets hogere sterkte, maar lagere breuktaaiheidswaard<strong>en</strong><br />

dan het basismateriaal.<br />

2.3 Druklass<strong>en</strong><br />

Titaan <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> kunn<strong>en</strong> word<strong>en</strong> verbond<strong>en</strong><br />

door de te verbind<strong>en</strong> del<strong>en</strong> bij verhoogde temperatuur<br />

teg<strong>en</strong> elkaar te drukk<strong>en</strong>. Diffusie aan het gr<strong>en</strong>svlak <strong>van</strong><br />

de te verbind<strong>en</strong> del<strong>en</strong> zorgt ervoor dat de verbinding tot<br />

stand komt. Deze techniek wordt diffusielass<strong>en</strong> g<strong>en</strong>oemd.<br />

Als e<strong>en</strong> tuss<strong>en</strong>laag wordt gebruikt met e<strong>en</strong> lagere<br />

smelttemperatuur dan de te verbind<strong>en</strong> del<strong>en</strong> wordt<br />

<strong>van</strong> diffusiesolder<strong>en</strong> gesprok<strong>en</strong>.<br />

E<strong>en</strong> ander lasproces waarbij <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

gemakkelijk verbond<strong>en</strong> kunn<strong>en</strong> word<strong>en</strong>, is wrijvingslas-<br />

6 <strong>PA.08.43</strong> “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>”


s<strong>en</strong>. Door de beide te verbind<strong>en</strong> del<strong>en</strong> onder e<strong>en</strong> geringe<br />

druk t<strong>en</strong> opzichte <strong>van</strong> elkaar te lat<strong>en</strong> roter<strong>en</strong>, word<strong>en</strong> de<br />

beide del<strong>en</strong> in het scheidingsvlak voldo<strong>en</strong>de plastisch<br />

gemaakt <strong>en</strong> onder e<strong>en</strong> verhoogde druk komt dan de<br />

verbinding tot stand. Bij het ultrasoonlass<strong>en</strong> wordt met<br />

e<strong>en</strong> hoge bewegingsfrequ<strong>en</strong>tie één <strong>van</strong> de te verbind<strong>en</strong><br />

del<strong>en</strong> over e<strong>en</strong> geringe afstand in de richting <strong>van</strong> het<br />

verbindingsvlak bewog<strong>en</strong>. De wrijvingswarmte die ontstaat<br />

zorgt voor de nodige plastificering <strong>van</strong> beide oppervlakk<strong>en</strong>.<br />

E<strong>en</strong> moderne variant <strong>van</strong> het wrijvingslass<strong>en</strong> is het<br />

wrijvingsroerlass<strong>en</strong>. Bij dit laatste proces wordt e<strong>en</strong><br />

warmvaste metal<strong>en</strong> pin met e<strong>en</strong> hoge rotatiesnelheid<br />

tuss<strong>en</strong> de beide te verbind<strong>en</strong> del<strong>en</strong> door bewog<strong>en</strong>. Door<br />

de del<strong>en</strong> steeds stevig teg<strong>en</strong> elkaar te drukk<strong>en</strong> vormt<br />

zich achter de roter<strong>en</strong>de pin de lasverbinding.<br />

Explosielass<strong>en</strong> is voor bepaalde toepassing<strong>en</strong> e<strong>en</strong> interessant<br />

verbindingsproces. E<strong>en</strong> voorbeeld <strong>van</strong> explosielass<strong>en</strong><br />

is het explosief oplass<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> <strong>titaan</strong>bekleding<br />

op staalplat<strong>en</strong>. E<strong>en</strong> <strong>titaan</strong>voering kan ook explosief<br />

word<strong>en</strong> aangebracht in e<strong>en</strong> stal<strong>en</strong> buis.<br />

Weerstandlass<strong>en</strong> behoort ook tot de druklasprocess<strong>en</strong>.<br />

Puntlass<strong>en</strong>, rolnaadlass<strong>en</strong> <strong>en</strong> weerstandstuiklass<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

<strong>titaan</strong> kan zonder gasbescherming plaatsvind<strong>en</strong>. Het<br />

afbrandstuiklass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> wordt niet aanbevol<strong>en</strong> <strong>en</strong><br />

moet onder gasbescherming plaatsvind<strong>en</strong>.<br />

2.3.1 Weerstandlass<strong>en</strong><br />

Titaan heeft e<strong>en</strong> relatief lage elektrische <strong>en</strong> thermische<br />

geleidbaarheid <strong>en</strong> om die red<strong>en</strong> is <strong>titaan</strong> gemakkelijker te<br />

puntlass<strong>en</strong> dan aluminium. De ruwheid <strong>en</strong> de reinheid<br />

<strong>van</strong> het oppervlak zijn bepal<strong>en</strong>d voor het lasresultaat.<br />

Dit houdt in het zorgvuldig verwijder<strong>en</strong> <strong>van</strong> vett<strong>en</strong> <strong>en</strong><br />

vuil <strong>van</strong> het oppervlak <strong>en</strong> het verwijder<strong>en</strong> <strong>van</strong> de oxidehuid.<br />

Bij niet al te grote oppervlakk<strong>en</strong> volstaat het borstel<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> het oppervlak met e<strong>en</strong> roestvast stal<strong>en</strong> borstel.<br />

Bij grote oppervlakk<strong>en</strong> is chemisch reinig<strong>en</strong> effectiever,<br />

zie de paragraaf over oppervlakte reiniging.<br />

Chemisch gereinigde oppervlakk<strong>en</strong> moet<strong>en</strong> met pluisvrije<br />

handscho<strong>en</strong><strong>en</strong> word<strong>en</strong> opgepakt <strong>en</strong> niet langer dan<br />

48 uur in e<strong>en</strong> droge omgeving word<strong>en</strong> opgeslag<strong>en</strong>. Bij<br />

langer opgeslag<strong>en</strong> plat<strong>en</strong> bestaat de kans op de vorming<br />

<strong>van</strong> niet acceptabele lass<strong>en</strong>.<br />

E<strong>en</strong> gasbescherming is niet nodig bij het puntlass<strong>en</strong>, omdat<br />

de oppervlakk<strong>en</strong> stevig teg<strong>en</strong> elkaar word<strong>en</strong> gedrukt.<br />

Verder bedraagt de lastijd zeld<strong>en</strong> meer dan 0,2 second<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong> vindt e<strong>en</strong> snelle afkoeling na het lass<strong>en</strong> plaats.<br />

Bij het rolnaadlass<strong>en</strong> moet wel voor e<strong>en</strong> goede gasbescherming<br />

word<strong>en</strong> gezorgd, omdat de lass<strong>en</strong> aane<strong>en</strong>sluit<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong> de te verbind<strong>en</strong> plat<strong>en</strong> veel langer warm blijv<strong>en</strong>.<br />

De l<strong>en</strong>gte <strong>van</strong> de gasbescherming is afhankelijk<br />

<strong>van</strong> de lassnelheid <strong>en</strong> kan het beste experim<strong>en</strong>teel word<strong>en</strong><br />

vastgesteld.<br />

Om verontreiniging <strong>van</strong> het oppervlak met koper, afkomstig<br />

<strong>van</strong> de laselektrod<strong>en</strong>, te voorkom<strong>en</strong>, moet<strong>en</strong> de<br />

elektrod<strong>en</strong> zeer goed word<strong>en</strong> gekoeld. Koper<strong>en</strong> elektrod<strong>en</strong><br />

(CuCr1 of CuCr1Zr) met e<strong>en</strong> bolvormig uiteinde<br />

word<strong>en</strong> meestal gebruikt. Dergelijke elektrod<strong>en</strong> gev<strong>en</strong><br />

slechts e<strong>en</strong> geringe <strong>en</strong> meestal acceptabele beschadiging<br />

(indrukking) <strong>van</strong> het oppervlak. Ook bij het rolnaadlass<strong>en</strong><br />

wordt <strong>van</strong> e<strong>en</strong> radius voorzi<strong>en</strong> wieloppervlak gebruikgemaakt.<br />

Voor het puntlass<strong>en</strong> <strong>van</strong> technisch zuiver <strong>titaan</strong> kunn<strong>en</strong><br />

de lasparameter instelling<strong>en</strong> (lasdruk, stroomsterkte <strong>en</strong><br />

lastijd) <strong>van</strong> roestvast staal word<strong>en</strong> gebruikt. Voor <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

geld<strong>en</strong> andere instelling<strong>en</strong> door verschil in<br />

thermische <strong>en</strong> elektrische geleidbaarheid.<br />

2.3.2 Wrijvingslass<strong>en</strong><br />

Voor het wrijvingslass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> zijn twee<br />

techniek<strong>en</strong>; e<strong>en</strong> techniek waarbij e<strong>en</strong> vliegwielconstructie<br />

wordt gebruikt <strong>en</strong> de rotatiesnelheid tijd<strong>en</strong>s het las-<br />

proces afneemt, <strong>en</strong> e<strong>en</strong> techniek waarbij de rotatiesnelheid<br />

constant is. Voor het wrijvingslass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

wordt de vliegwielconstructie het meest toegepast.<br />

De tang<strong>en</strong>tiële snelhed<strong>en</strong> bij het wrijvingslass<strong>en</strong><br />

variër<strong>en</strong> <strong>van</strong> 5 tot 12 m/s <strong>en</strong> de lasdruk <strong>van</strong> 50 tot 100<br />

MPa. De lasdruk voor <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> is lager dan die<br />

voor gelegeerd staal <strong>en</strong> nikkellegering<strong>en</strong> als gevolg <strong>van</strong><br />

de slechtere warmtegeleiding <strong>van</strong> dit materiaal. De mechanische<br />

eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>van</strong> de lasverbinding zijn vergelijkbaar<br />

met die <strong>van</strong> het basismateriaal. Voor hogere<br />

vermoeiingseig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> moet spanningsarm gegloeid<br />

word<strong>en</strong>.<br />

Snel opwarm<strong>en</strong> <strong>van</strong> de te verbind<strong>en</strong> vlakk<strong>en</strong> <strong>en</strong> zorg<strong>en</strong><br />

voor voldo<strong>en</strong>de druk <strong>van</strong>af het begin <strong>van</strong> het proces<br />

zijn belangrijke voorwaard<strong>en</strong> om e<strong>en</strong> goede lasverbinding<br />

te krijg<strong>en</strong>. De rotatiesnelheid of tang<strong>en</strong>tiële snelheid<br />

ligt hoger (tot 40%) dan bij het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> koolstofstaal.<br />

De lasdruk daar<strong>en</strong>teg<strong>en</strong> is aanzi<strong>en</strong>lijk lager <strong>en</strong> varieert<br />

<strong>van</strong> 10 tot 30% <strong>van</strong> de waard<strong>en</strong> bij koolstofstaal.<br />

2.3.3 Ultrasoonlass<strong>en</strong><br />

Ultrasoonlass<strong>en</strong> is zowel geschikt voor het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

gelijksoortige als ongelijksoortige metal<strong>en</strong>. Met deze<br />

techniek kan <strong>titaan</strong> aan aluminium, koper, diverse staalsoort<strong>en</strong>,<br />

nikkellegering<strong>en</strong>, magnesiumlegering<strong>en</strong> <strong>en</strong> e<strong>en</strong><br />

aantal andere exotische metal<strong>en</strong> word<strong>en</strong> verbond<strong>en</strong>.<br />

Het ultrasoonlass<strong>en</strong> blijft ook voor <strong>titaan</strong> beperkt tot<br />

relatief dunne material<strong>en</strong> (folie). Het ultrasoonlass<strong>en</strong> is<br />

voor <strong>titaan</strong> echter <strong>van</strong> weinig belang.<br />

2.3.4 Explosielass<strong>en</strong><br />

Het explosief oplass<strong>en</strong> <strong>van</strong> staalplaat <strong>en</strong> het inw<strong>en</strong>dig<br />

bekled<strong>en</strong> <strong>van</strong> stal<strong>en</strong> buiz<strong>en</strong> met <strong>titaan</strong> is al g<strong>en</strong>oemd.<br />

Titaan kan met e<strong>en</strong> groot aantal metal<strong>en</strong> explosief word<strong>en</strong><br />

verbond<strong>en</strong>, maar op commerciële basis word<strong>en</strong> alle<strong>en</strong><br />

verbinding<strong>en</strong> gemaakt met koolstofstaal, gelegeerd<br />

staal, roestvast staal, aluminium-, koper- <strong>en</strong> nikkellegering<strong>en</strong>.<br />

2.3.5 Wrijvingsroerlass<strong>en</strong><br />

Wrijvingsroerlass<strong>en</strong> wordt in de scheepsbouw <strong>en</strong> lucht<strong>en</strong><br />

ruimtevaart al veelvuldig toegepast voor het verbind<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> aluminiumlegering<strong>en</strong>. De goede mechanische<br />

eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong>, het milieuvri<strong>en</strong>delijke proces <strong>en</strong> de geringe<br />

optred<strong>en</strong>de vervorming<strong>en</strong> mak<strong>en</strong> dit proces ook<br />

aantrekkelijk voor het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong>. Regelmatig<br />

verschijn<strong>en</strong> er publicaties over het wrijvingsroerlass<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>. Het wrijvingsroerlass<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is echter de laboratoriumfase nog niet ontgroeid.<br />

Dit wil niet zegg<strong>en</strong> dat het onder praktijkomstandighed<strong>en</strong><br />

onmogelijk is, maar als gevolg <strong>van</strong> de hogere<br />

smelttemperatuur <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> word<strong>en</strong> aanzi<strong>en</strong>lijk hogere<br />

eis<strong>en</strong> aan het materiaal <strong>van</strong> de roerp<strong>en</strong> gesteld. Zo wordt<br />

ook aanbevol<strong>en</strong> de schouder <strong>van</strong> de roerp<strong>en</strong> te koel<strong>en</strong>.<br />

Extra complicer<strong>en</strong>d bij het wrijvingsroerlass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong><br />

is, dat bij voorkeur gewerkt moet word<strong>en</strong> in e<strong>en</strong> inerte<br />

atmosfeer.<br />

2.3.6 Diffusielass<strong>en</strong> <strong>en</strong> diffusiesolder<strong>en</strong><br />

Dit is e<strong>en</strong> <strong>van</strong> de meest gebruikte verbindingstechniek<strong>en</strong><br />

voor <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> in de vliegtuigbouw <strong>en</strong> kan het<br />

beste in e<strong>en</strong> bescherm<strong>en</strong>de atmosfeer (Argon) word<strong>en</strong><br />

uitgevoerd. Meestal wordt ge<strong>en</strong> tuss<strong>en</strong>laag gebruikt,<br />

maar voor kritische toepassing<strong>en</strong> in hoogsterke <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

wordt bijvoorbeeld technisch zuiver <strong>titaan</strong> als<br />

tuss<strong>en</strong>laag toegepast. Het behoeft ge<strong>en</strong> verdere uitleg<br />

dat het oppervlak vlak, glad <strong>en</strong> heel schoon moet zijn.<br />

Er wordt zowel bij relatief hoge als lage temperatur<strong>en</strong><br />

gelast. Hoe hoger de temperatuur, des te geringer de<br />

druk. Bov<strong>en</strong> e<strong>en</strong> temperatuur <strong>van</strong> circa 550ºC neemt de<br />

sterkte <strong>van</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> sterk af. De drukk<strong>en</strong> voor<br />

het diffusielass<strong>en</strong> zijn daardoor gering <strong>en</strong> vaak niet hoger<br />

<strong>PA.08.43</strong> - “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>” 7


dan <strong>en</strong>kele MPa's. Belangrijker is de temperatuur waarop<br />

wordt gelast. Het diffusielass<strong>en</strong> wordt ook wel gestuurd<br />

door de druk zo in te stell<strong>en</strong>, dat e<strong>en</strong> bepaalde<br />

deformatiesnelheid wordt bereikt. Voor de α+β legering<strong>en</strong><br />

wordt e<strong>en</strong> procestemperatuur <strong>van</strong> 25 tot 40ºC b<strong>en</strong>ed<strong>en</strong><br />

de β-overgangstemperatuur gekoz<strong>en</strong>. De veel toegepaste<br />

legering Ti-6Al-4V met e<strong>en</strong> overgangstemperatuur<br />

<strong>van</strong> 996ºC wordt gelast in het temperatuurgebied<br />

<strong>van</strong> 925 tot 955ºC. De lastijd is afhankelijk <strong>van</strong> de ruwheid<br />

<strong>van</strong> het oppervlak, de temperatuur <strong>en</strong> de druk, <strong>en</strong><br />

bedraagt minimaal 30 tot 60 minut<strong>en</strong>, maar ligt meestal<br />

tuss<strong>en</strong> 2 tot 4 uur. De mechanische eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

de verbinding kom<strong>en</strong> overe<strong>en</strong> met die <strong>van</strong> het basismateriaal.<br />

De techniek <strong>van</strong> het diffusiesolder<strong>en</strong> is id<strong>en</strong>tiek met die<br />

<strong>van</strong> het diffusielass<strong>en</strong>, met dit verschil dat de druk lager<br />

is <strong>en</strong> de aandrukkracht eig<strong>en</strong>lijk alle<strong>en</strong> di<strong>en</strong>t om de te<br />

verbind<strong>en</strong> del<strong>en</strong> bije<strong>en</strong> te houd<strong>en</strong>. Er wordt meestal gebruikgemaakt<br />

<strong>van</strong> e<strong>en</strong> tuss<strong>en</strong>laag uit koper, die elektrolytisch<br />

wordt aangebracht. Het koper vormt aan het<br />

gr<strong>en</strong>svlak met <strong>titaan</strong> e<strong>en</strong> vloeibaar eutecticum. De sterkte<br />

<strong>van</strong> diffusiegesoldeerde verbinding<strong>en</strong> is vergelijkbaar<br />

met die <strong>van</strong> het basismateriaal, maar de corrosie-eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong> de kerftaaiheid ligg<strong>en</strong> lager.<br />

2.4 Hoogtemperatuursolder<strong>en</strong><br />

Structuurverandering<strong>en</strong> in <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> zull<strong>en</strong> bij het<br />

solder<strong>en</strong> als gevolg <strong>van</strong> de lagere temperatur<strong>en</strong> kleiner<br />

zijn dan bij het smeltlass<strong>en</strong>. Om die red<strong>en</strong> is solder<strong>en</strong><br />

vooral interessant voor de hoogsterke <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>.<br />

Toch moet er voor opgepast word<strong>en</strong> dat de fasetransformatietemperatuur<br />

<strong>van</strong> de <strong>titaan</strong>legering niet wordt<br />

overschred<strong>en</strong>, daar anders te grote structuurverandering<strong>en</strong><br />

zull<strong>en</strong> optred<strong>en</strong>. Voor de precipitatiehard<strong>en</strong>de<br />

legering<strong>en</strong> moet met de oplos- <strong>en</strong> precipitatietemperatuur<br />

rek<strong>en</strong>ing word<strong>en</strong> gehoud<strong>en</strong>.<br />

Zowel het in vacuüm of onder inerte atmosfeer bij hoge<br />

temperatuur solder<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong>onderdel<strong>en</strong> wordt op<br />

grote schaal toegepast. Het beschermgas moet zeer<br />

zuiver zijn, spor<strong>en</strong> <strong>van</strong> vocht of waterstof <strong>en</strong> spor<strong>en</strong><br />

zuurstof <strong>en</strong> stikstof mak<strong>en</strong> het <strong>titaan</strong> bros. Het bij het<br />

vacuüm solder<strong>en</strong> vaak toegepaste geforceerd koel<strong>en</strong><br />

moet dan ook met zeer zuiver inert gas gebeur<strong>en</strong>.<br />

Verschill<strong>en</strong>de toevoegmaterial<strong>en</strong> zijn beschikbaar, maar<br />

onder corrosieve omstandighed<strong>en</strong> moet eerst word<strong>en</strong><br />

nagegaan of het soldeer niet prefer<strong>en</strong>t wordt aangetast.<br />

Voor soldeertemperatur<strong>en</strong> onder de 600ºC wordt de<br />

zilverlegering Ag-9Pd-9Ga veel toegepast. Als de soldeercyclus<br />

kort kan word<strong>en</strong> gehoud<strong>en</strong>, dan kan bij dit soldeermateriaal<br />

zonder gasbescherming word<strong>en</strong> gewerkt.<br />

Zuiver zilver als soldeermateriaal geeft betere resultat<strong>en</strong><br />

dan de zilverlegering<strong>en</strong>, maar is wel duurder. De aluminiumlegering<strong>en</strong><br />

3003 <strong>en</strong> 4043 kunn<strong>en</strong> ook word<strong>en</strong> gebruikt<br />

als de lagere smelttemperatuur <strong>van</strong> deze legering<strong>en</strong><br />

acceptabel is. In de literatuur wordt e<strong>en</strong> groot aantal<br />

soldeermaterial<strong>en</strong> vermeld. Vaak zijn die ontwikkeld<br />

voor e<strong>en</strong> speciale legering <strong>en</strong>/of speciale toepassing. De<br />

verkrijgbaarheid <strong>van</strong> dergelijke soldeersoort<strong>en</strong> is echter<br />

heel beperkt. In tabel 5 wordt e<strong>en</strong> aantal meest gangbare<br />

<strong>en</strong> goed verkrijgbare soldeersoort<strong>en</strong> vermeld.<br />

Vooral de Ti-Ni-Cu legering<strong>en</strong> winn<strong>en</strong> aan belangstelling<br />

<strong>en</strong> zijn in verschill<strong>en</strong>de sam<strong>en</strong>stelling<strong>en</strong> verkrijgbaar.<br />

Bij het gebruik <strong>van</strong> binddraad <strong>en</strong>/of stelgereedschap<br />

di<strong>en</strong>t er aan gedacht te word<strong>en</strong> dat <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

bij hoge temperatuur kunn<strong>en</strong> reager<strong>en</strong> met andere<br />

material<strong>en</strong>. Bijvoorbeeld, dat <strong>titaan</strong> het zuurstof uit<br />

de oxidehuid <strong>van</strong> roestvast staal kan opnem<strong>en</strong>, maar<br />

ook nikkel dat met <strong>titaan</strong> e<strong>en</strong> laagsmelt<strong>en</strong>d eutecticum<br />

vormt bij 940ºC.<br />

E<strong>en</strong> bijzondere toepassing <strong>van</strong> het hoogtemperatuursolder<strong>en</strong><br />

is de verbinding <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> aan keramiek <strong>en</strong> ook<br />

het verbind<strong>en</strong> <strong>van</strong> keramiek aan andere metal<strong>en</strong> door<br />

gebruik te mak<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> <strong>titaan</strong>houd<strong>en</strong>d soldeer. Hoogspanningsisolator<strong>en</strong><br />

zijn hier e<strong>en</strong> goed voorbeeld <strong>van</strong>.<br />

tabel 5 Soldeermaterial<strong>en</strong> voor het hoogtemperatuursolder<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong><br />

Soldeerlegering<br />

Liquidus temperatuur<br />

(ºC)<br />

Smelttraject<br />

(ºC)<br />

Ag-5Al 810 30<br />

Ti-20Zr-20Cu-20Ni 848 6<br />

Ti-15Ni-15Cu (diffusie) 960 50<br />

Ag-26,7Cu-4,5Ti 850 20<br />

Ag-9Pd-9Ga 880 35<br />

Ag-21,3Cu-24,7Pd 950 50<br />

3 Metallurgische lasbaarheid <strong>van</strong> <strong>titaan</strong><br />

Technisch zuiver of ongelegeerd <strong>titaan</strong> is op de hoge<br />

reactiviteit <strong>van</strong> het materiaal na uitstek<strong>en</strong>d lasbaar. Wel<br />

moet met e<strong>en</strong> zo laag mogelijke warmte-inbr<strong>en</strong>g word<strong>en</strong><br />

gelast, om korrelgroei in de las <strong>en</strong> aan de smeltlijn te<br />

beperk<strong>en</strong>. De stolling <strong>van</strong> de las verloopt via kiemvorming<br />

op bestaande kristall<strong>en</strong> aan de smeltlijn (epitaxiale<br />

groei). Bij langzame afkoeling (lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> dunne plaat)<br />

ontstaan daarbij grote kolomvormige kristall<strong>en</strong> in de las<br />

(zie figuur 2). Dit is nadelig voor de sterkte <strong>en</strong> taaiheid<br />

<strong>van</strong> het materiaal. De warmte-inbr<strong>en</strong>g bij het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

ongelegeerd <strong>titaan</strong> moet dan ook beperkt blijv<strong>en</strong>. Bij het<br />

lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> dikker materiaal daar<strong>en</strong>teg<strong>en</strong> kan in de las<br />

e<strong>en</strong> mart<strong>en</strong>sietachtige structuur word<strong>en</strong> gevormd bij<br />

geringe warmte-inbr<strong>en</strong>g. E<strong>en</strong> dergelijke structuur is<br />

nadelig voor de taaiheid <strong>van</strong> het materiaal.<br />

De metallurgische lasbaarheid <strong>van</strong> de <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

zal afhang<strong>en</strong> <strong>van</strong> de chemische sam<strong>en</strong>stelling <strong>en</strong> de<br />

warmtebehandeling die het materiaal heeft ondergaan.<br />

Voor de precipitatiehard<strong>en</strong>de hoogsterke legering<strong>en</strong> is<br />

opnieuw e<strong>en</strong> precipitatieharding na het lass<strong>en</strong> nodig<br />

voor het bereik<strong>en</strong> <strong>van</strong> optimale mechanische eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong>.<br />

De veel gebruikte α+β legering Ti-6Al-4V is betrekkelijk<br />

ongevoelig voor de snelheid waarmee wordt afgekoeld<br />

<strong>en</strong> e<strong>en</strong> warmtebehandeling na het lass<strong>en</strong> is meestal<br />

niet nodig.<br />

4 Thermisch snijd<strong>en</strong><br />

Het thermisch snijd<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is niet gemakkelijk door<br />

de hoge reactiviteit <strong>van</strong> dit materiaal. Het acetyle<strong>en</strong>-zuurstof<br />

of autoge<strong>en</strong> snijd<strong>en</strong> is mogelijk, maar door de aanzi<strong>en</strong>lijke<br />

opname <strong>van</strong> zuurstof aan het snijvlak is mechanisch<br />

nabewerk<strong>en</strong> noodzakelijk tot e<strong>en</strong> diepte oplop<strong>en</strong>d<br />

tot 1,5 mm. Hoewel <strong>titaan</strong> met e<strong>en</strong> drie keer zo hoge<br />

snelheid als staal kan word<strong>en</strong> gesned<strong>en</strong>, is het autoge<strong>en</strong><br />

snijd<strong>en</strong> ge<strong>en</strong> optie voor <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>. Snijd<strong>en</strong><br />

met de laser <strong>en</strong> plasmasnijd<strong>en</strong> zijn betere method<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong> word<strong>en</strong> veelvuldig toegepast. Bij lasersnijd<strong>en</strong> wordt<br />

gebruik gemaakt <strong>van</strong> argon als beschermgas <strong>en</strong> als gas<br />

om het vloeibare metaal weg te blaz<strong>en</strong>. Lasersnijd<strong>en</strong> is<br />

aantrekkelijk door de hoge snijprecisie. Echter, de ontwikkeling<strong>en</strong><br />

op het gebied <strong>van</strong> het plasmasnijd<strong>en</strong> hebb<strong>en</strong><br />

dit proces tot e<strong>en</strong> duidelijke concurr<strong>en</strong>t <strong>van</strong> het lasersnijd<strong>en</strong><br />

gemaakt. Snijsnelheid <strong>en</strong> precisie bij het plasmasnijd<strong>en</strong><br />

zijn vergelijkbaar geword<strong>en</strong>. Mechanische nabewerking<br />

<strong>van</strong> het gesned<strong>en</strong> oppervlak is ook bij lasersnijd<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong> plasmasnijd<strong>en</strong> nodig.<br />

5 Lasnaadvorm<strong>en</strong><br />

Afgezi<strong>en</strong> <strong>van</strong> de eis<strong>en</strong> die de lasprocess<strong>en</strong> stell<strong>en</strong> aan<br />

de te gebruik<strong>en</strong> lasnaadvorm<strong>en</strong>, moet bij alle <strong>titaan</strong>kwaliteit<strong>en</strong><br />

rek<strong>en</strong>ing word<strong>en</strong> gehoud<strong>en</strong> met de mogelijk-<br />

8 <strong>PA.08.43</strong> “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>”


heid tot optimale bescherming <strong>van</strong> bov<strong>en</strong>- <strong>en</strong> onderzijde<br />

<strong>van</strong> de lasnaad <strong>en</strong> lasomgeving. Laskant<strong>en</strong> <strong>en</strong> de directe<br />

omgeving <strong>van</strong> de las moet<strong>en</strong> uiterst zorgvuldig word<strong>en</strong><br />

gereinigd (zie ook hoofdstuk 9).<br />

Zoals reed eerder aangegev<strong>en</strong>, wordt bij het TIG-lass<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> zeer dunne plaat ge<strong>en</strong> toevoegdraad gebruikt maar<br />

e<strong>en</strong> overlaplas toegepast.<br />

6 Lastoevoegmaterial<strong>en</strong><br />

In het algeme<strong>en</strong> wordt als toevoegmateriaal dezelfde<br />

sam<strong>en</strong>stelling als het basismateriaal gekoz<strong>en</strong>, met di<strong>en</strong><br />

verstande dat meestal gekoz<strong>en</strong> wordt voor e<strong>en</strong> ELI-kwaliteit<br />

(zie tabel 6). Bij het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> starre constructie<br />

uit ongelegeerd <strong>titaan</strong>, bijvoorbeeld grade 3, kan om<br />

scheurvorming in de las te voorkom<strong>en</strong>, word<strong>en</strong> gekoz<strong>en</strong><br />

voor grade 2 als toevoegmateriaal.<br />

7 Beschermgass<strong>en</strong><br />

Zeer zuiver argon is het meest gebruikte beschermgas<br />

voor alle <strong>titaan</strong>kwaliteit<strong>en</strong>. Bij het TIG-lass<strong>en</strong> wordt<br />

zuiver argon toegepast. Ook voor het MIG-lass<strong>en</strong> wordt<br />

meestal argon gebruikt. Voor het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> grotere<br />

materiaaldikt<strong>en</strong> wordt bij het plasmalass<strong>en</strong> ook wel<br />

gebruik gemaakt <strong>van</strong> argon-helium gasm<strong>en</strong>gsels (zie<br />

tabel 4).<br />

8 Gloeibehandeling<strong>en</strong><br />

Ongelegeerd <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> de meeste <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> word<strong>en</strong><br />

als regel in de zachtgegloeide (annealed) conditie<br />

gelast. Slechts <strong>en</strong>kele legering<strong>en</strong> word<strong>en</strong> na het lass<strong>en</strong><br />

opnieuw gegloeid <strong>en</strong> veredeld (hard<strong>en</strong>+ontlat<strong>en</strong> of e<strong>en</strong><br />

precipitatieharding).<br />

Spanningsarmgloei<strong>en</strong> <strong>van</strong> ongelegeerd <strong>titaan</strong> is zeld<strong>en</strong><br />

nodig. Het is bov<strong>en</strong>di<strong>en</strong> lastig, omdat dit bijna altijd in<br />

e<strong>en</strong> inerte atmosfeer moet gebeur<strong>en</strong>. Voor grotere materiaaldiktes<br />

<strong>en</strong> bij aanzi<strong>en</strong>lijke vervormingsbeperking<br />

tijd<strong>en</strong>s het lass<strong>en</strong>, kan spanningsarmgloei<strong>en</strong> wel nodig<br />

zijn. Verder is spanningsarmgloei<strong>en</strong> gunstig voor verbetering<br />

<strong>van</strong> de vermoeiingseig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> <strong>van</strong> de gelaste<br />

constructie <strong>en</strong> neemt de gevoeligheid voor spanningscorrosie<br />

af. In tabel 7 wordt voor één type ongelegeerd<br />

<strong>titaan</strong> <strong>en</strong> e<strong>en</strong> tweetal veel toegepaste <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

de spanningsarmgloeitemperatuur vermeld.<br />

9 Werkplaatscondities<br />

9.1 Algeme<strong>en</strong><br />

Het verwerk<strong>en</strong> <strong>en</strong> lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

kan het beste in e<strong>en</strong> afzonderlijke, schone ruimte plaatsvind<strong>en</strong>.<br />

Deze ruimte moet niet gebruikt word<strong>en</strong> voor het<br />

lass<strong>en</strong> <strong>en</strong> verwerk<strong>en</strong> <strong>van</strong> constructiestaal <strong>en</strong> aluminiumlegering<strong>en</strong>,<br />

want slijpstof <strong>van</strong> andere material<strong>en</strong> is funest.<br />

De ruimte moet tochtvrij zijn <strong>en</strong> stofvrij word<strong>en</strong> gehoud<strong>en</strong>.<br />

Werkbank<strong>en</strong> moet<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> kunststof toplaag<br />

word<strong>en</strong> voorzi<strong>en</strong>. Vaak word<strong>en</strong> vell<strong>en</strong> dik papier toegepast<br />

om werkstukk<strong>en</strong> <strong>en</strong> gereedschapp<strong>en</strong> op te legg<strong>en</strong>.<br />

tabel 7 Spanningsarmgloeitemperatur<strong>en</strong> <strong>en</strong> tijd<strong>en</strong> voor<br />

e<strong>en</strong> drietal <strong>titaan</strong>soort<strong>en</strong><br />

Legeringstype Temperatuur (ºC) Gloeitijd (h)<br />

Ongelegeerd Ti-0,15Pd<br />

Ti-20Zr-20Cu-20Ni<br />

Ti-6Al-4V (gegloeid)<br />

425 8<br />

480 0,75<br />

540 0,5<br />

480 20<br />

540 6<br />

595 2<br />

650 1<br />

480 20<br />

540 2<br />

595 1<br />

tabel 6 Chemische sam<strong>en</strong>stelling in gewichtsproc<strong>en</strong>t<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> gebruikt als lastoevoegmaterial<strong>en</strong><br />

volg<strong>en</strong>s AWS-A5.16-classificatie<br />

AWS classificatie<br />

ongelegeerd α-<strong>titaan</strong><br />

%C %O %H %N %Al %V %Sn %Cr %Fe %Mo %Nb %Ta %Pd<br />

ERTi-1-ELI ,03 ,10 ,005 ,012 ,10<br />

ERTi-2 ,05 ,10 ,008 ,020 ,20<br />

ERTi-3 ,05 ,15 ,008 ,020 ,20<br />

ERTi-4 ,05 ,25 ,008 ,020 ,30<br />

ERTi-0,2Pd<br />

α(β)<strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

,05 ,15 ,008 ,020 ,25 ,15-,25<br />

ERTi-5Al-2,5Sn ,05 ,12 ,008 ,030 4,70-5,60 2-3 ,40<br />

ERTi-5Al-2,5Sn-ELI ,04 ,10 ,005 ,012 4,70-5,60 2-3 ,25<br />

ERTi-6Al-2Nb-1Ta-1Mo ,04 ,10 ,005 ,012 5,50-6,50 ,15 ,50-1,50 1,5-2,5 ,5-1,5<br />

ERTi-8Al-1Mo-1V<br />

αβ-<strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

,05 ,12 ,008 ,030 7,35-8,35 ,75-1,25 ,25 ,75-1,25<br />

ERTi-3Al-2,5V ,05 ,12 ,008 ,020 2,50-3,50 2,0-3,0 ,25<br />

ERTi-3Al-2,5V-ELI ,04 ,10 ,005 ,012 2,50-3,50 2,0-3,0 ,25<br />

ERTi-6Al-4V ,05 ,15 ,008 ,020 5,50-6,75 3,5-4,5 ,25<br />

ERTi-6Al-4V-ELI<br />

β-<strong>titaan</strong>legering<br />

,04 ,10 ,005 ,012 5,50-6,75 3,5-4,5 ,15<br />

ERTi-13V-11Cr-3Al<br />

N.B.:<br />

,05 ,12 ,008 ,030 2,50-3,50 12,5-14,5 10-12 ,25<br />

- α(β)<strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> gering % β-fase word<strong>en</strong> ook wel super-α of near-α g<strong>en</strong>oemd.<br />

- de <strong>en</strong>kele % waard<strong>en</strong> zijn maxima.<br />

- ELI zijn legering<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> zeer laag % interstitiële elem<strong>en</strong>t<strong>en</strong><br />

<strong>PA.08.43</strong> - “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>” 9


Het papier kan gemakkelijk word<strong>en</strong> ver<strong>van</strong>g<strong>en</strong> bij vervuiling.<br />

Het gereedschap moet uitsluit<strong>en</strong>d voor <strong>titaan</strong> <strong>en</strong><br />

<strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> word<strong>en</strong> gebruikt. Voor de snijd<strong>en</strong>de<br />

mechanische bewerking<strong>en</strong> ge<strong>en</strong> zwavel- <strong>en</strong> chloorhoud<strong>en</strong>de<br />

snijolie gebruik<strong>en</strong>. Werkstukk<strong>en</strong> ontvett<strong>en</strong><br />

met aceton <strong>en</strong>/of alcohol.<br />

Soms moet aanvull<strong>en</strong>d word<strong>en</strong> gebeitst. Werkkleding<br />

met e<strong>en</strong> lichte kleur heeft de voorkeur om het schoon<br />

werk<strong>en</strong> te b<strong>en</strong>adrukk<strong>en</strong>. Bij het hanter<strong>en</strong> <strong>van</strong> schoongemaakte<br />

oppervlakk<strong>en</strong> moet<strong>en</strong> niet pluiz<strong>en</strong>de handscho<strong>en</strong><strong>en</strong><br />

word<strong>en</strong> gebruikt ter voorkoming <strong>van</strong> vingerafdrukk<strong>en</strong>.<br />

9.2 Lasvoorbereiding <strong>en</strong> lasuitvoering<br />

E<strong>en</strong> zorgvuldige gasbescherming die gehandhaafd moet<br />

word<strong>en</strong> tot de las voldo<strong>en</strong>de is afgekoeld is e<strong>en</strong> primaire<br />

vereiste bij het smeltlass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong><br />

(zie de § 2.2.1 over het TIG-lass<strong>en</strong> <strong>en</strong> § 2.2.2 over de<br />

te nem<strong>en</strong> maatregel<strong>en</strong> bij het TIG-lass<strong>en</strong>). Voor de andere<br />

lasprocess<strong>en</strong> geldt dat de gasbescherming lastiger<br />

wordt <strong>en</strong> meer aandacht vereist, naarmate de voortloopsnelheid<br />

(lassnelheid) to<strong>en</strong>eemt.<br />

Vóór het lass<strong>en</strong> de lasapparatuur controler<strong>en</strong> <strong>en</strong> daarbij<br />

vooral aandacht bested<strong>en</strong> aan de gastoevoerleiding<strong>en</strong>.<br />

Op e<strong>en</strong> testplaat e<strong>en</strong> proeflas mak<strong>en</strong> ter controle <strong>van</strong> de<br />

juiste lascondities <strong>en</strong> de gas voor- <strong>en</strong> nastroomtijd<strong>en</strong>.<br />

Alle laskant<strong>en</strong> <strong>en</strong> de directe lasomgeving moet<strong>en</strong> absoluut<br />

schoon zijn. Licht schur<strong>en</strong> <strong>en</strong> ontvett<strong>en</strong> met aceton<br />

is e<strong>en</strong> gebruikelijke werkmethode. Bij het meerlag<strong>en</strong><br />

lass<strong>en</strong> na elke lasrups ev<strong>en</strong>tuele oxidatie (kleuring) door<br />

schur<strong>en</strong> of slijp<strong>en</strong> wegnem<strong>en</strong> <strong>en</strong> schuur- of slijprest<strong>en</strong><br />

zorgvuldig verwijder<strong>en</strong>. Alle<strong>en</strong> strogeel <strong>en</strong> lichter is toelaatbaar.<br />

Voorkom tocht tijd<strong>en</strong>s de laswerkzaamhed<strong>en</strong><br />

(op<strong>en</strong>staande deur<strong>en</strong> <strong>en</strong> het in- <strong>en</strong> uitlop<strong>en</strong> <strong>van</strong> ander<br />

personeel). Constructief zijn er ge<strong>en</strong> bijzondere beperking<strong>en</strong><br />

aan het gebruik <strong>van</strong> <strong>titaan</strong>, zolang bov<strong>en</strong>- <strong>en</strong><br />

onderzijde <strong>van</strong> de lass<strong>en</strong> goed beschermd kunn<strong>en</strong> word<strong>en</strong>.<br />

Belangrijk is dat voor het lass<strong>en</strong> het oppervlak <strong>en</strong> de<br />

laskant<strong>en</strong> goed schoon word<strong>en</strong> gemaakt. Voor het afspoel<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> het oppervlak moet ge<strong>en</strong> water uit de kraan<br />

word<strong>en</strong> gebruikt, maar gedeïoniseerd water. Om olie,<br />

vingerafdrukk<strong>en</strong>, vet, verf <strong>en</strong> ander vreemd materiaal<br />

<strong>van</strong> het oppervlak te verwijder<strong>en</strong>, moet bijvoorbeeld<br />

aceton word<strong>en</strong> gebruikt of methyl ethyl ketone (MEK).<br />

De op het oppervlak aanwezige oxidehuid kan met e<strong>en</strong><br />

roestvaststal<strong>en</strong> borstel word<strong>en</strong> verwijderd bij kleine<br />

product<strong>en</strong>, maar voor grote oppervlakk<strong>en</strong> kan het beste<br />

gebeitst word<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> waterige oplossing <strong>van</strong> 2 tot<br />

4 % waterstoffluoride (HF) <strong>en</strong> 30 tot 40 % salpeterzuur<br />

(HNO3), gevolgd door spoel<strong>en</strong> met gedeïoniseerd<br />

water <strong>en</strong> drog<strong>en</strong>. Met HF moet voorzichtig word<strong>en</strong> omgegaan<br />

<strong>en</strong> contact met de huid moet absoluut word<strong>en</strong><br />

vermed<strong>en</strong>. Na het beits<strong>en</strong> moet<strong>en</strong> de plaatdel<strong>en</strong> met<br />

pluisvrije handscho<strong>en</strong><strong>en</strong> aangepakt word<strong>en</strong> om opnieuw<br />

contaminatie te voorkom<strong>en</strong>.<br />

10 <strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> aan andere<br />

material<strong>en</strong><br />

Bij het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> ongelijksoortige <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> wordt<br />

meestal het toevoegmateriaal <strong>van</strong> de <strong>titaan</strong>kwaliteit met<br />

de laagste sterkte <strong>en</strong>/of hoogste taaiheid gekoz<strong>en</strong>.<br />

Titaan is metallurgisch gezi<strong>en</strong> goed te lass<strong>en</strong> aan zirkoon,<br />

niobium, tantaal, molybde<strong>en</strong>, <strong>van</strong>adium <strong>en</strong> wolfraam.<br />

Deze combinaties zijn echter <strong>van</strong> weinig praktisch belang.<br />

Met vrijwel alle andere metal<strong>en</strong> geeft <strong>titaan</strong> brosse<br />

intermetallische verbinding<strong>en</strong> die het smeltlass<strong>en</strong> onmogelijk<br />

mak<strong>en</strong>. Kouddruklass<strong>en</strong>, zoals o.a. het wrijvingslass<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong> aan aluminium, koper, nikkel <strong>en</strong> roestvast<br />

staal is wel mogelijk <strong>en</strong> wordt ook op ruime schaal<br />

toegepast, ev<strong>en</strong>als het explosief bekled<strong>en</strong> <strong>van</strong> staalplaat<br />

met <strong>titaan</strong> (<strong>titaan</strong>-cladsteel), zie § 2.3.4 ‘explosielass<strong>en</strong>’.<br />

10.1 Titaanbekleding op andere metal<strong>en</strong><br />

Bij het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> met <strong>titaan</strong> beklede staalplaat wordt<br />

het <strong>titaan</strong> ter plaatse <strong>van</strong> de naad wegg<strong>en</strong>om<strong>en</strong> <strong>en</strong> het<br />

staal separaat gelast (zie figuur 6). Daarna afdekk<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

de staalverbinding door e<strong>en</strong> losse plaat <strong>titaan</strong>, die met<br />

hoeklass<strong>en</strong> op het <strong>titaan</strong>-clad wordt gelast. Door voor<br />

e<strong>en</strong> voldo<strong>en</strong>d dikke <strong>titaan</strong>laag te kiez<strong>en</strong>, wordt voorkom<strong>en</strong><br />

dat bij het aanbr<strong>en</strong>g<strong>en</strong> <strong>van</strong> de hoeklass<strong>en</strong> opm<strong>en</strong>ging<br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> staal kan plaatsvind<strong>en</strong>.<br />

figuur 6 Lasverbinding in met <strong>titaan</strong> beklede staalplaat<br />

11 Kwaliteitscontrole<br />

Als er iets mis is gegaan met de gasbescherming, is dit<br />

te zi<strong>en</strong> aan de verkleuring <strong>van</strong> het oppervlak. Uitsluitsel<br />

of die las moet word<strong>en</strong> afgekeurd, kan word<strong>en</strong> verkreg<strong>en</strong><br />

door e<strong>en</strong> hardheidsmeting. Afgekeurde lass<strong>en</strong> moet<strong>en</strong><br />

in hun geheel word<strong>en</strong> verwijderd, omdat de e<strong>en</strong>maal<br />

opg<strong>en</strong>om<strong>en</strong> zuurstof <strong>en</strong>/of stikstof in de las op ge<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong>kele manier er weer uit te hal<strong>en</strong> is. Via micro-hardheidsmeting<strong>en</strong><br />

kan e<strong>en</strong> schatting word<strong>en</strong> gemaakt <strong>van</strong><br />

het zuurstofgehalte <strong>van</strong> de las. Het perc<strong>en</strong>tage zuurstof<br />

volgt uit de relatie:<br />

⎛ VHN − 65⎞<br />

%O2<br />

= ⎜<br />

⎟<br />

⎝ 310 ⎠<br />

Globaal is e<strong>en</strong> absolute to<strong>en</strong>ame <strong>van</strong> ≤ 0,05 % zuurstof<br />

toelaatbaar, bij e<strong>en</strong> to<strong>en</strong>ame <strong>van</strong> meer dan 0,2% zuurstof<br />

wordt de las zo bros, dat vaak direct scheurvorming<br />

optreedt. Uit de praktijk is geblek<strong>en</strong> dat e<strong>en</strong> hardheidsverschil<br />

tuss<strong>en</strong> de las <strong>en</strong> het moedermateriaal <strong>van</strong> niet<br />

meer dan 40 punt<strong>en</strong> toelaatbaar is. E<strong>en</strong> gegloeide plaat<br />

heeft e<strong>en</strong> hardheid <strong>van</strong> maximaal 140 HV, de las mag<br />

dan e<strong>en</strong> maximale hardheid hebb<strong>en</strong> <strong>van</strong> 180 HV.<br />

Voor het bepal<strong>en</strong> <strong>van</strong> de mechanische eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> de lasverbinding <strong>en</strong> de controle op het lasproces<br />

kunn<strong>en</strong> kwalificatieproev<strong>en</strong> word<strong>en</strong> uitgevoerd. Als er<br />

dan voor wordt gezorgd dat bij het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> het product<br />

ge<strong>en</strong> extra verkleuring <strong>van</strong> de las optreedt, kan er<br />

<strong>van</strong>uit word<strong>en</strong> gegaan dat de lass<strong>en</strong> voldo<strong>en</strong> aan de<br />

gestelde waard<strong>en</strong> voor de mechanische eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong>.<br />

Voor het met<strong>en</strong> <strong>van</strong> de taaiheid <strong>van</strong> e<strong>en</strong> lasverbinding<br />

kunn<strong>en</strong> buigproev<strong>en</strong> word<strong>en</strong> uitgevoerd, of kan gebruik<br />

word<strong>en</strong> gemaakt <strong>van</strong> de Erichs<strong>en</strong>proef (zie figuur 7).<br />

10 <strong>PA.08.43</strong> “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>”<br />

2<br />

figuur 7 Erichs<strong>en</strong>proev<strong>en</strong> op gelaste <strong>titaan</strong>plaat<br />

12 Praktijkvoorbeeld<strong>en</strong><br />

Titaan <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> combiner<strong>en</strong> e<strong>en</strong> goede sterkte<br />

met e<strong>en</strong> relatief laag gewicht (hoge sterkte-gewichtsverhouding)<br />

<strong>en</strong> zijn om die red<strong>en</strong> aantrekkelijke constructiematerial<strong>en</strong>.<br />

De hoge prijs <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> heeft echter<br />

e<strong>en</strong> ruime toepassing er<strong>van</strong> beperkt. Verbetering<strong>en</strong> in<br />

het productieproces hebb<strong>en</strong> weliswaar geleid tot e<strong>en</strong><br />

ruimere toepassing, maar de prijs <strong>van</strong> dit metaal blijft<br />

e<strong>en</strong> remm<strong>en</strong>de factor. Voor toepassing<strong>en</strong> in de sport<br />

heeft <strong>titaan</strong> de nodige concurr<strong>en</strong>tie gekreg<strong>en</strong> <strong>van</strong> de


vezelversterkte kunststoff<strong>en</strong> (koolstof-, aramide- <strong>en</strong><br />

glasvezel) <strong>en</strong> <strong>van</strong> de hoogsterkte aluminiumlegering<strong>en</strong>.<br />

Technisch zuiver <strong>titaan</strong> of ongelegeerd <strong>titaan</strong> vindt ruime<br />

toepassing in de (petro)chemische, farmaceutische <strong>en</strong><br />

voedingsmiddel<strong>en</strong>industrie. De grootste toepassing <strong>van</strong><br />

<strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> is het gebruik voor hoogbelaste onderdel<strong>en</strong><br />

in de lucht- <strong>en</strong> ruimtevaart. De legering Ti-6Al-4V<br />

wordt daarbij het meest toegepast.<br />

E<strong>en</strong> interessante toepassing <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is het gebruik<br />

voor brilmontur<strong>en</strong>, horlogebandjes <strong>en</strong> voor sierad<strong>en</strong>.<br />

Van de mogelijkheid om door oxidatie <strong>van</strong> het oppervlak<br />

e<strong>en</strong> kleur aan te br<strong>en</strong>g<strong>en</strong>, wordt ruimschoots gebruik<br />

gemaakt.<br />

In de architectuur wordt <strong>titaan</strong> <strong>van</strong>wege zijn decoratieve<br />

eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> (matgrijze kleur) <strong>en</strong> goede weersbest<strong>en</strong>digheid,<br />

ondanks de hoge prijs, meer <strong>en</strong> meer toegepast.<br />

Overkapping<strong>en</strong> <strong>van</strong> spoorwegstations <strong>en</strong> sporthall<strong>en</strong> in<br />

e<strong>en</strong> aantal Arabische land<strong>en</strong> zijn daar<strong>van</strong> voorbeeld<strong>en</strong>.<br />

12.1 Apparat<strong>en</strong> voor de (petro)chemische<br />

industrie<br />

Het lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is, als voor e<strong>en</strong> optimale gasbescherming<br />

wordt gezorgd, niet veel moeilijker dan het<br />

lass<strong>en</strong> <strong>van</strong> roestvast staal. Voor kritische toepassing<strong>en</strong><br />

in de chemische industrie is echter e<strong>en</strong> gedeg<strong>en</strong> k<strong>en</strong>nis<br />

<strong>van</strong> het materiaal <strong>en</strong> de manier waarop het gelast moet<br />

word<strong>en</strong> <strong>van</strong> groot belang in verband met veiligheid <strong>en</strong><br />

milieu. Ook in Nederland is er e<strong>en</strong> aantal bedrijv<strong>en</strong> dat<br />

ruime ervaring heeft op dit gebied.<br />

E<strong>en</strong> voorbeeld <strong>van</strong> zeer hoogwaardig laswerk voor de<br />

(petro)chemische industrie wordt gegev<strong>en</strong> in figuur 8.<br />

figuur 8 Kolom in 13 mm dik technisch zuiver <strong>titaan</strong><br />

grade 2 (Oost<strong>en</strong>dorp Apparat<strong>en</strong>bouw, Tiel);<br />

Lasproces plasmalass<strong>en</strong><br />

12.2 Onderdel<strong>en</strong> voor lucht- <strong>en</strong> ruimtevaart<br />

De zeer gunstige sterkte-gewichtsverhouding <strong>van</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>,<br />

gecombineerd met de uitstek<strong>en</strong>de weers- <strong>en</strong><br />

corrosiebest<strong>en</strong>digheid, zijn uitgangspunt<strong>en</strong> voor vele<br />

toepassing<strong>en</strong> in lucht- <strong>en</strong> ruimtevaart: Voorbeeld<strong>en</strong><br />

daar<strong>van</strong> zijn:<br />

heteluchtsystem<strong>en</strong> in vliegtuig<strong>en</strong> (airconditioning);<br />

"anti-icing-systems" (leidingsystem<strong>en</strong>);<br />

"fire-walls" (in vliegtuig<strong>en</strong>);<br />

brandstoftanks;<br />

vleugelsecties.<br />

Voor toepassing<strong>en</strong> in de lucht- <strong>en</strong> ruimtevaart wordt<br />

vaak gekoz<strong>en</strong> voor het elektron<strong>en</strong>bundellass<strong>en</strong>, omdat<br />

met dit lasproces e<strong>en</strong> optimale laskwaliteit wordt verkreg<strong>en</strong><br />

bij minimale krimp <strong>en</strong> vervorming. Ook economisch<br />

gezi<strong>en</strong> is dit vaak de beste oplossing. Voor legering<strong>en</strong><br />

waarbij door het lass<strong>en</strong> de eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> sterk<br />

word<strong>en</strong> beïnvloed, wordt vaak voor diffusielass<strong>en</strong> of<br />

diffusiesolder<strong>en</strong> gekoz<strong>en</strong> als verbindingsproces.<br />

12.3 Orthes<strong>en</strong> <strong>en</strong> prothes<strong>en</strong><br />

Titaan is volkom<strong>en</strong> resist<strong>en</strong>t teg<strong>en</strong> lichaamsvocht, geeft<br />

ge<strong>en</strong> allergische reacties <strong>en</strong> is sterk <strong>en</strong> licht, dus het<br />

aangewez<strong>en</strong> materiaal voor orthes<strong>en</strong> <strong>en</strong> prothes<strong>en</strong>. De<br />

toepassing in de medische wereld is dan ook <strong>en</strong>orm toeg<strong>en</strong>om<strong>en</strong>.<br />

Ondanks de hoge prijs <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> is het belang<br />

voor de patiënt<strong>en</strong> <strong>en</strong>orm. E<strong>en</strong> <strong>titaan</strong> orthese is vele mal<strong>en</strong><br />

lichter dan de uitvoering in e<strong>en</strong> hoog gelegeerde<br />

roestvaste staalsoort. D<strong>en</strong>k daarbij e<strong>en</strong>s aan orthopedische<br />

orthes<strong>en</strong> <strong>van</strong> heup tot voet die vele kilo's weg<strong>en</strong>.<br />

12.4 Brilmontur<strong>en</strong>, horlogebandjes <strong>en</strong><br />

sierad<strong>en</strong><br />

In deze branche wordt meer <strong>en</strong> meer gebruik gemaakt<br />

<strong>van</strong> <strong>titaan</strong>, omdat het volkom<strong>en</strong> resist<strong>en</strong>t is teg<strong>en</strong> lichaamsvocht<br />

<strong>en</strong> bov<strong>en</strong>di<strong>en</strong> sterk <strong>en</strong> licht is. E<strong>en</strong> aantrekkelijk<br />

lasproces voor deze toepassing<strong>en</strong> is laserlass<strong>en</strong>.<br />

Daarbij wordt in e<strong>en</strong> couveuse gelast. Ook edelsmed<strong>en</strong><br />

mak<strong>en</strong> teg<strong>en</strong>woordig gebruik <strong>van</strong> deze door verschill<strong>en</strong>de<br />

leveranciers vervaardigde laserlasinstallaties.<br />

13 Sam<strong>en</strong>vatting<br />

Ongelegeerd <strong>titaan</strong> is goed lasbaar, mits de juiste voorzorg<strong>en</strong><br />

t<strong>en</strong> aanzi<strong>en</strong> <strong>van</strong> bescherming word<strong>en</strong> g<strong>en</strong>om<strong>en</strong>.<br />

De meeste <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong> zijn in de zachtgegloeide<br />

conditie goed tot redelijk lasbaar. Voor het verkrijg<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> de optimale eig<strong>en</strong>schapp<strong>en</strong> moet<strong>en</strong> sommige legering<strong>en</strong><br />

na het lass<strong>en</strong> e<strong>en</strong> gloeibehandeling ondergaan.<br />

Indi<strong>en</strong> m<strong>en</strong> nooit met deze material<strong>en</strong> heeft gewerkt,<br />

doet m<strong>en</strong> er goed aan eerst informatie in te winn<strong>en</strong> bij<br />

de leverancier of bij bedrijv<strong>en</strong> <strong>en</strong>/of instelling<strong>en</strong> die hier<br />

reeds ervaring mee hebb<strong>en</strong>.<br />

14 Norm<strong>en</strong> <strong>en</strong> handboek<strong>en</strong><br />

Norm<strong>en</strong><br />

NEN-EN-ISO 24034 Ontw. A1 (mei 2007)<br />

Welding consumables-Solid wires and rods for fusion<br />

welding of titanium and titanium alloys. Classification<br />

(ISO/DIS 24034:2005/DAmd 1:2007, IDT).<br />

NEN-EN-ISO 24034 (oktober 2005)<br />

Lastoevoegmaterial<strong>en</strong> - Massieve draad <strong>en</strong> staaf voor<br />

smeltlass<strong>en</strong> <strong>van</strong> titanium <strong>en</strong> titaniumlegering<strong>en</strong> - Indeling.<br />

NEN-EN-ISO 5817 (nl)<br />

<strong>Lass<strong>en</strong></strong> - Smeltlasverbinding<strong>en</strong> in staal, nikkel, titanium<br />

<strong>en</strong> hun legering<strong>en</strong> (elektron<strong>en</strong>bundel- <strong>en</strong> laserlass<strong>en</strong> uitgezonderd)<br />

- Kwaliteitsniveaus voor onvolkom<strong>en</strong>hed<strong>en</strong><br />

(ISO 5817:2003, gecorrigeerde versie 2005, inclusief<br />

correctieblad C1: 2006. IDT).<br />

Handboek<strong>en</strong><br />

Welding Handbook Volume 4, Part 2, Eight edition<br />

(1998). Selection and Weldability of Conv<strong>en</strong>tional<br />

Titanium Alloys.<br />

ASM Handbook on line, Ninth Edition, Selection of<br />

Nonferrous Corrosion-Resistance Materials; Selection of<br />

Cobalt-, Titanium-, Zirconium- and Tantalum-Base<br />

Corrosion-Resistance Alloys.<br />

<strong>PA.08.43</strong> - “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>” 11


Toelichting:<br />

Deze voorlichtingspublicatie is opgesteld in opdracht <strong>van</strong><br />

de Ver<strong>en</strong>iging FME-CWM in het kader <strong>van</strong> het project<br />

‘Updat<strong>en</strong> VM publicaties’ <strong>en</strong> is e<strong>en</strong> update <strong>van</strong> de door<br />

het NIL uitgegev<strong>en</strong> publicatie “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong><br />

<strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>” uit 1998. Hierbij war<strong>en</strong> de volg<strong>en</strong>de<br />

organisaties betrokk<strong>en</strong>: NIL, NIMR, S<strong>en</strong>terNovem,<br />

Synt<strong>en</strong>s, TNO Industrie <strong>en</strong> Techniek <strong>en</strong> de Ver<strong>en</strong>iging<br />

FME-CWM/Industrieel Technologie C<strong>en</strong>trum (ITC).<br />

Auteur:<br />

De auteur, Theo Luij<strong>en</strong>dijk (Technische Universiteit Delft),<br />

heeft de oorspronkelijke publicatie aangepast aan de eis<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> deze tijd.<br />

Technische informatie:<br />

Nederlands Instituut voor Lastechniek (NIL)<br />

Bezoekadres: Boerhaavelaan 40,<br />

2713 HX Zoetermeer<br />

Correspond<strong>en</strong>tie-adres: Postbus 190,<br />

2700 AD Zoetermeer<br />

Telefoon: 088 - 400 85 60<br />

Fax: 079 - 353 11 78<br />

E-mail: info@nil.nl<br />

Internet: www.nil.nl<br />

Informatie over, <strong>en</strong> bestelling <strong>van</strong> VM-publicaties,<br />

Praktijkaanbeveling<strong>en</strong> <strong>en</strong> Tech-Info-blad<strong>en</strong>:<br />

Ver<strong>en</strong>iging FME-CWM/Industrieel Technologie C<strong>en</strong>trum (ITC)<br />

Bezoekadres: Boerhaavelaan 40,<br />

2713 HX Zoetermeer<br />

Correspond<strong>en</strong>tie-adres: Postbus 190,<br />

2700 AD Zoetermeer<br />

Telefoon: (079) 353 11 00/353 13 41<br />

Fax: (079) 353 13 65<br />

E-mail: info@fme.nl<br />

Internet: www.fme.nl<br />

© Ver<strong>en</strong>iging FME-CWM/april 2008 - 01<br />

Niets uit deze uitgave mag word<strong>en</strong> verveelvoudigd <strong>en</strong>/of op<strong>en</strong>baar<br />

gemaakt door middel <strong>van</strong> druk, fotokopie, microfilm of op welke ander<br />

wijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming <strong>van</strong> de uitgever.<br />

Hoewel grote zorg is besteed aan de waarborging <strong>van</strong> e<strong>en</strong> correcte <strong>en</strong>,<br />

waar nodig, volledige uite<strong>en</strong>zetting <strong>van</strong> rele<strong>van</strong>te informatie, wijz<strong>en</strong> de<br />

bij de totstandkoming <strong>van</strong> de onderhavige publicatie betrokk<strong>en</strong><strong>en</strong> alle<br />

aansprakelijkheid voor schade als gevolg <strong>van</strong> onjuisthed<strong>en</strong> <strong>en</strong>/of<br />

onvolkom<strong>en</strong>hed<strong>en</strong> in deze publicatie <strong>van</strong> de hand.<br />

Ver<strong>en</strong>iging FME-CWM<br />

Afdeling Technologie <strong>en</strong> Innovatie<br />

Postbus 190, 2700 AD Zoetermeer<br />

telefoon 079 - 353 11 00<br />

telefax 079 - 353 13 65<br />

e-mail: info@fme.nl<br />

internet: www.fme.nl<br />

12 <strong>PA.08.43</strong> “<strong>Lass<strong>en</strong></strong> <strong>van</strong> <strong>titaan</strong> <strong>en</strong> <strong>titaan</strong>legering<strong>en</strong>”

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!