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
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>”