Hoe wordt een lasoverlay aangebracht om met roestvrij staal beklede buizen te maken?

De grondbeginselen van lasoverlay-bekleding

Lasoverlay, ook wel lasbekleding of oppervlaktebehandeling genoemd, is een productieproces dat wordt gebruikt om lasbekledingen te creëren RVS beklede buis door een corrosiebestendige legeringslaag aan te brengen op het binnenoppervlak van een goedkopere steunpijp van koolstof of laaggelegeerd staal. In tegenstelling tot rolgebonden of explosiegebonden methoden, wordt bij lasoverlay de bekledingslaag metallurgisch opgebouwd door middel van smeltlassen. Het proces omvat het gebruik van een geautomatiseerd lassysteem om opeenvolgende, overlappende lasnaden aan te brengen over de gehele lengte van de binnenkant van de buis. Hierdoor ontstaat een volledig dichte, homogene RVS-laag die integraal met het basismateriaal is verbonden. De primaire bedoeling is om de mechanische sterkte en zuinigheid van koolstofstaal te combineren met de specifieke corrosie-, erosie- of hogetemperatuurbestendigheid van een roestvrijstalen legering, wat resulteert in een kosteneffectieve oplossing voor veeleisende serviceomgevingen.

Primaire lasprocessen voor het aanbrengen van overlays

Het aanbrengen van de cladlaag wordt bereikt door middel van geautomatiseerde, nauwkeurige lastechnieken die consistentie en kwaliteit garanderen. De keuze van het proces hangt af van factoren zoals buisgrootte, gewenste bekledingsdikte, productiesnelheid en legeringssamenstelling.

Ondergedompeld booglassen (SAW)

Ondergedompeld booglassen is een veelgebruikte methode voor het lassen van overlay-bekleding op buizen met een grote diameter. De boog wordt ontstoken onder een deken van korrelig smeltbaar vloeimiddel, dat atmosferische verontreiniging, spatten en UV-straling voorkomt. SAW biedt hoge depositiesnelheden en diepe penetratie, waardoor het efficiënt is voor het aanbrengen van dikke bekledingslagen. Het wordt doorgaans gebruikt met stripelektroden (bijvoorbeeld 60 mm breed) voor maximale productiviteit en een glad, verdund overlay-oppervlak.

Gaswolfraambooglassen (GTAW/TIG)

Gas Tungsten Arc Welding maakt gebruik van een niet-afsmeltende wolfraamelektrode en een inert beschermgas. GTAW staat bekend om zijn precisie en uitstekende controle over de warmte-inbreng en produceert zeer zuivere lasafzettingen met lage verdunning. Dit is van cruciaal belang bij het bekleden met hoogwaardige legeringen zoals Inconel of Hastelloy, waarbij het minimaliseren van de vermenging van koolstofstaal uit de basisbuis essentieel is om de corrosieweerstand van de bekleding te behouden. Het wordt vaak gebruikt voor kleinere diameters of de kritische wortelpassage.

Gasmetaalbooglassen (GMAW/MIG)

Gas Metal Arc Welding maakt gebruik van een continu gevoede draadelektrode en beschermgas. Moderne geautomatiseerde GMAW-processen, zoals Cold Metal Transfer (CMT), zijn zeer effectief voor bekleding. CMT vermindert de warmte-inbreng drastisch, waardoor verdunning en vervorming tot een minimum worden beperkt, terwijl afzetting op hoge snelheid mogelijk is. Dit maakt het geschikt voor een breed scala aan buismaten en legeringstypen, en biedt een goede balans tussen kwaliteit en productiviteit.

Belangrijke procesparameters en controle

Succesvolle lasoverlay vereist strikte controle over verschillende parameters om de integriteit en prestaties van de cladlaag te garanderen. Afwijking kan leiden tot defecten die het eindproduct in gevaar brengen.

• Warmte-inbreng: Nauwkeurige controle van stroomsterkte, spanning en rijsnelheid is van het grootste belang. Overmatige warmte-inbreng vergroot de verdunning (het percentage basismetaal dat in de las wordt gemengd), waardoor het chroom- en nikkelgehalte in de bekleding kan dalen, waardoor de corrosieweerstand afneemt. Het kan ook overmatige vervorming en restspanningen veroorzaken.
• Verdunningscontrole: Het doel is doorgaans om verdunningsniveaus onder de 10-15% te bereiken. Technieken zoals het gebruik van een "boterlaag", het optimaliseren van lasparameters en het gebruik van oscillerende laskoppen helpen het mengen van basismetalen te minimaliseren en ervoor te zorgen dat de bekledingschemie aan de specificaties voldoet.
• Interpass-temperatuur: Het beheersen van de temperatuur tussen opeenvolgende lasgangen is van cruciaal belang om scheuren te voorkomen, vooral bij austenitische roestvaste staalsoorten die gevoelig zijn voor sensibilisatie (precipitatie van chroomcarbide).
• Kraalplaatsing en overlap: Geautomatiseerde systemen plannen het toortspad nauwgezet om een consistente lijmspoorgeometrie en voldoende overlap (meestal 30-50%) tussen aangrenzende lijmsporen te garanderen. Dit elimineert defecten door gebrek aan versmelting en creëert een gelijkmatig dikke bekledingslaag.

Materiaalkeuze: verbruiksartikelen en basisbuizen

De selectie van lastoevoegmaterialen definieert direct de eigenschappen van de cladlaag. Het vulmetaal moet worden gekozen op basis van de vereiste corrosiebestendigheid, en niet alleen op basis van de nominale legering.

De basisbuis, of steunstaal, is doorgaans koolstofstaal (bijvoorbeeld ASTM A106 Gr. B) of laaggelegeerd staal. De primaire functie ervan is het bieden van structurele sterkte en drukbeheersing. Het oppervlak moet vóór het bekleden grondig worden gereinigd (door slijpen of machinaal bewerken) en geïnspecteerd om eventuele oxiden, aanslag of verontreinigingen te verwijderen die hechtingsdefecten kunnen veroorzaken.

Verwerking en inspectie na aanvraag

Zodra de lasoverlay is aangebracht, ondergaat de beklede buis verschillende kritische afwerkings- en verificatiestappen. Het interne beklede oppervlak wordt vaak machinaal bewerkt of geslepen om een ​​gladde uiteindelijke maattolerantie te bereiken en om eventuele oppervlakteonregelmatigheden te verwijderen die verontreinigingen zouden kunnen vasthouden of de stroming zouden kunnen belemmeren. De pijp wordt vervolgens onderworpen aan een rigoureuze reeks niet-destructieve onderzoeken (BDE). Dye Penetrant Testing (PT) of Magnetic Particle Testing (MT) controleert op oppervlaktescheuren. Ultrasoon testen (UT) wordt veelvuldig gebruikt om de uiteindelijke dikte van de bekleding gelijkmatig langs de buis te meten en om eventuele gebreken aan hechting tussen de bekleding en het basismetaal te detecteren. Ten slotte wordt de buis, indien vereist door de specificatie, met warmte behandeld (doorgaans een warmtebehandeling na het lassen voor spanningsverlichting) en ondergaat hij hydrostatische tests om de drukintegriteit als composietstructuur te valideren.

Voordelen en beperkingen van de lasoverlaymethode

Het begrijpen van de voor- en nadelen van deze methode is van cruciaal belang voor een goede materiaalkeuze bij het projectontwerp.

• Voordelen: Biedt uitzonderlijke ontwerpflexibiliteit voor het bekleden van complexe geometrieën zoals fittingen, kleppen en pijpbochten. Het maakt de toepassing mogelijk van een breed scala aan legeringskwaliteiten, waaronder superlegeringen op basis van nikkel en kobalt. Het proces kan beschadigde componenten repareren en versleten oppervlakken opbouwen. Het maakt het mogelijk om "overgangsverbindingen" tussen ongelijksoortige metalen te creëren.
• Beperkingen: Het is over het algemeen een langzamer en arbeidsintensiever proces vergeleken met rolverlijmen voor lange, rechte pijpsecties. De cyclische verwarming en koeling kunnen aanzienlijke restspanningen veroorzaken. Het bereiken van een extreem lage verdunning vereist geavanceerde procescontrole. Er bestaat een risico op defecten zoals porositeit, scheuren of onvolledige versmelting als de parameters niet perfect onder controle zijn.

Kortom, het maken van met roestvrij staal beklede buizen via een lasoverlay is een geavanceerd, technisch proces dat een koolstofstalen buis omzet in een bimetaalproduct. Door nauwgezette controle van geautomatiseerd lassen, parameters en materiaalkunde levert het een robuuste en economische oplossing waarbij corrosieweerstand en structurele sterkte voorop staan.