H.Schrijen 1
H. Schrijen – CCM, 1Harry. Schrijen
Hary Shrijen LZL - 2010
Metaalkundein de
Lastechniek
Lasgroep Zuid Limburg
Schrijen-Consultancy
Metaalkunde en Lastechniek
Lasgroep Zuid Limburg
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 2Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 3Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Root Cause of DisastersLoss Prevention Bulletin
Design + Fabrication 40 %
Operation + Maintenance 30 %
Up set conditions 20 %
Material 5 %
Other ……
H. Schrijen – CCM, 4Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Hoofdoorzaak Calamiteiten (40 %)
Slechte fabricage en ontwerp
Gebrek aan Kennis Niet afvragen wat kan er mis gaan
Te weinig uitwisselen informatie Niet leren van geschiedenis
Pensionering gekwalificeerd personeel Verwaarlozing expertise
Te snel simplificeren
Schrijen-Consultancy
Technisch Gedrag
H.Schrijen 2
H. Schrijen – CCM, 5Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Alexander Kielland
Fatigue crack growth from weld defects
Poor welding procedures
H. Schrijen – CCM, 6Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
BP Forties platform: Weld defects Lamellar tearing
H. Schrijen – CCM, 7Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 8Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
H.Schrijen 3
H. Schrijen – CCM, 9Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
High Pressure Piping 150 Bar – 600 °C
Wrong Heat Treatment
H. Schrijen – CCM, 10Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Poor Welding Procedures and Heat Treatments
Hydro Testing
Ruptured at 50% Pressure Test
H. Schrijen – CCM, 11Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Dood en Lasmetaal
Lasmetaal te bros waardoor instorten gebouwen bij aardbeving.
Eind 1994 elektrode in de ban in USA.
.
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 12Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
USS Nimitz, 1 out of 100 welds passed the inspection
USS Abraham Lincoln, the team found that only 2 out of approximately 100 welds passed inspection
Schrijen-Consultancy
Bad Welds likely sent you to the ocean floor.
H.Schrijen 4
H. Schrijen – CCM, 13Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
SS Jeremiah O'Brien
Scheuren door slechte procedures
en onervaren lassers
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 14Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Gebrek lastechniek en daardoor scheuren overgang stuur – frame.
261 Incidenten geweest waarvan 16 ongelukken met gebroken armen enz.
246.000 stuks terug naar fabriek.
Scooters
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 15Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
School Bussen
69 van de 300 bussen gescheurde lassen.
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 16Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Union Oil Amine Absorber Tower Lemont USA
Waterstof uit elektrode. (Koudscheuren)
17 Doden en 100 miljoen schade
Schrijen-Consultancy
H.Schrijen 5
H. Schrijen – CCM, 17Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
John Thompson drukvat
Brosse breuk tijdens afpersen agv. Koudscheuren en slechte
warmtebehandeling.
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 18Harry. Schrijen
Harry SchrijenSchrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Koudscheur in stoomdrum
H. SHcharrirye
Schrijen-Consultancy
Metaal Roosters
Schrijen-Consultancy j Schrijen-Consultancy
Metaalbindingen : binding van metaalionen door vrij bewegende elektronen
Vrije elektronen zorgen voor de cohesiekrachten
• Sterke binding in alle richtingen.
• Regelmatige bolstapeling
• Geleid goed elektriciteit
• Geleid goed warmte
Metalen kunnen goed stroom geleiden door de aanwezigheid
van de vrij bewegende elektronen in het metaalrooster
Schrijen-Consultancy
H.Schrijen 6
Hary Schrijen Schrijen-Consultancy
W, Co , αααα-Fe , Cr , Mo Sterk en “Bros”
Transitietemperatuur
KRG = Kubisch Ruimtelijk Gecenterd
BCC = Body Centered Cube = BCC
• 4 glijvlakken
• 8 afschuifmogelijkheden = redelijk goed vervormbaar
• 9 atomen
Schrijen-Consultancy Harry chrijen Schrijen-Consultancy
Cu , Ag , Au , Ni , Al , Pb , γγγγ - Fe Sterk en Taai
KVG = Kubisch vlakken Gecenterd
FCC = Face Centered Cube = BCC
• 4 glijvlakken
• 12 afschuifmogelijkheden = zeer goed vervormbaar
• 14 atomen
Schrijen-Consultancy
Geen Transitietemperatuur
H. Schrijen – CCM, 23Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Be, Mg, Zn, Cd, αααα-Ti
HDS = Hexagonale Dichte Stapeling
HCP = Hexagonal Closed Packed
• 1 glijvlakken
• 3 afschuifmogelijkheden = slecht vervormbaar
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 24Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Toepassingen
Hoge Temperatuur
Lage Temperatuur
Ambient
KVG = FCC
KRG = BCC
KVG = FCC
Schrijen-Consultancy
KRG = BCC
H.Schrijen 7
H. Schrijen – CCM, 25Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
1200 °C
- 250 °C
Carbon Steel
Cr Ni-staal
Algemeen
600 ºC
20 ºC
- 50 ºC
- 20 ºC
Schrijen-Consultancy
Fijne korrel
+ Nikkel
C-Staal
Schrijen-Consultancy
v
v
Cr Ni – Super legeringen
+ Mo, Cr, V, W, Ni
H. Schrijen – CCM, 26Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Rooster fouten
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 27Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Plastisch (blijvende verlenging)
ττττ
Elastisch (veert terug)
Deformatie van metalen Uitwendige spanning vervorming
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 28Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Afschuiven Roostervlak :
Zeer hoge schuifkrachten nodig : ca. 12500 – 13000 N / mm2
sliplijnen
G / 2 π
G / 2 π
G / 2 π
Schrijen-Consultancy
EG =
ט +1 ) 2 )
H.Schrijen 8
H. Schrijen – CCM, 29Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Rooster- Fouten
1 cm3 : 10 6- 10 8 cm defecten
Dislocaties
Defecten in kristal
Dislocaties zijn het vehicle voor plastische deformatie
Rand – Schroef etc.
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 30Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Gevolgen plastische deformatie:
• ontstaan nieuwe dislocaties
• deformatie wordt moeilijker Versteviging
• meer kracht nodig
Rooster- Fouten
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 31Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
σ
Theorie : E / 10
Verplaatsing
Dankzij dislocaties is spanning om te vervormen kleiner dan de theoretische sterkte !!
Analogie tussen rups en dislocatie beweging
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 32Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Algemeen
Beweging van dislocaties hinderen, geeft hogere sterkte.
Hinderen door :
• vreemde atomen in vaste oplossing
• precipitaten - uitscheidingen
• andere dislocaties
• korrelgrenzen
Schrijen-Consultancy
H.Schrijen 9
H. Schrijen – CCM, 33Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Koolstof staal : Ongekalmeerd
vrij N
Veroudering
H. Schrijen – CCM, 34Harry. Schrijen
Harry SchrijenSchrijen-Consultancy
Dislocaties en atomen worden “vastgepind”
Resultaat : Verbrossing
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 35Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
N - Veroudering
Boiler - 1950Materiaal HITemp. 150 ºC
Al : 5 ppmAl : 25 ppm Al : 25 ppm
Taai TaaiBros
KSW proefstaafWHB - AFA
H. Schrijen – CCM, 36Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Microstructuren en Lassen
Schrijen-Consultancy
H.Schrijen 10
H. Schrijen – CCM, 37Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Fe – C Diagram ijzer – koolstof diagram
Fe – Fe3C Diagram ijzer –cementiet diagram
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 38Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Evenwicht situatie t = 14 jaar
Lassen
Tijd : Seconden
% C
Schrijen-Consultancy
Diam. Arc time
2.5 mm ≈ 42 s
3.25 mm ≈ 60 s4 mm ≈ 75 s
H. Schrijen – CCM, 39Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
ijzer – koolstof diagram
stabile Fe - C
meta-stabile Fe – Fe3C
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 40Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Element Oplosbaarheid
in Austeniet
Fe -Si 1.9
Al 1.8
Cr 13.4W 5.0
Mo 2.9V 1.5
Nb 1.5Ti 1.2
B 0.1
Fe -Ni 100
Mn 100Co 100
C 2.1N 2.8
Cu 13
Ferr
ietv
orm
ers
Aust
enie
tvorm
ers
Eutectoid
Austeniet
γγγγ Ferrietvormers
Austenietvormers
+ Carbidenαααα
H.Schrijen 11
H. Schrijen – CCM, 41Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
staal
Eutectoid
Eutecticum
gietijzer
Austeniet
Temp. ºC
+ Carbiden
+ Carbiden
γγγγ
γγγγ
+ αααααααα
αααα
Ferriet
Vloeistof
lasbaar
% Koolstof
A3
A1
ijzer
γγγγ
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 42Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
0,2 % C 0,4 % C Ferriet
Perliet = Fe + Fe3C
Schrijen-Consultancy
0,01 % C. Ferriet
0.2 0.4 0.8 C
H. Schrijen – CCM, 43Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Transformatie Diagrammen
Er zijn drie types van transformatie diagrammen
• Tijd Temperatuur Transformatie T.T.T
• Continuous Cooling Tranformation C.CT
• Piek Temperatuur Afkoel Tijd Diagram P.T.A.T
Schrijen-Consultancy
Tijd : Seconden
H. Schrijen – CCM, 44Harry. Schrijen
Harry Schrijen
Relatie tussen TTT –Diagram en Fe-C Diagram
Ms
10 -1 10 0 101 102 103 104
800
600
200
400
1000
0
Martensiet
Temperatuur ºC
Tijd s
Schrijen-Consultancy
Door toename afkoelsnelheid verandert ijzer-koolstof diagram
H.Schrijen 12
H. Schrijen – CCM, 45Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Introductie van afkoeltijd
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 46Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Isotherme Transformatie
T.T.T - Diagram
Temperatuur Tijd Transformatie
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 47Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Isotherme Transformatie
Einde omzetting
Begin omzetting
Temperatuur ºF
tijd
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 48Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Tijd
Verschuiving door grovere korrel
Te
mp
era
tuu
r
ºC
Grovere korrel
A 1
A 3
Martensiet + Austeniet
Martensiet
Ferriet + Austeniet
Bainiet
Ferriet + Perliet
Schrijen-Consultancy
Ms
Mf
H.Schrijen 13
H. Schrijen – CCM, 49Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Continues Cooling Transformation
C.C.T - Diagram
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 50Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
C.C.T - Diagram voor StE.355
Kritische afkoeltijd
Schrijen-Consultancy
Ms
440 410 305 270 210 170Hv
(s)
H. Schrijen – CCM, 51Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
25 CrMo4
C.C.T - Diagrammen
C15
verschuiving door legeren
1050 ºC / 15 min
1050 ºC / 15 min
Schrijen-Consultancy
530 510 455 285 260 240
375 315 250 205 180 155
H. Schrijen – CCM, 52Harry. Schrijen
Harry Schrijen LZL - 2010Schrijen-Consultancy
Hv
13 CrMo 44 / 1 Cr – 0.5 Mo
H.Schrijen 14
H. Schrijen – CCM, 53Harry. Schrijen
Harry Schrijen LZL - 2010Schrijen-Consultancy
10
H. Schrijen – CCM, 54Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Austeniet
Bainiet
Perliet
Martensiet
Ms
Verschuiving door hogere piek temperatuur
Tijd
Te
mp
era
tuu
r
ºC
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 55Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Koolstof %
Temp. ºC
H. Schrijen – CCM, 56Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Piek Temperatuur Afkoel Tijd –Diagram
P.T.A.T - Diagram
Schrijen-Consultancy
Meest “realistisch
H.Schrijen 15
H. Schrijen – CCM, 57Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Microstructuur en Hardheid HAZ na het lassen
Tpiek ºC
∆ t 800 ºC – 500 ºC s
Hardheid
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 58Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
0.10 C / 1.4 Mn
0.18 C / 1.5 Mn
Voorbeelden
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 59Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Lassen
Tijd is Seconden
?
?
Fe-C TTT
CCT
PTAT
?
H. Schrijen – CCM, 60Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Piek Temperatuur en Afkoelsnelheid zijn de meest belangrijke
parameters voor de materiaal eigenschappen.
H.Schrijen 16
H. Schrijen – CCM, 61Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Structuur
H. Schrijen – CCM, 62Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Microstructuur Basis materiaal
• korrel structuur : korrelig of hoekig
Ferritisch Cr-staal
Austeniet CrNi Ferriet - Austeniet
C – C Mn staal
H. Schrijen – CCM, 63Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Dendrieten
Gietstructuur
Dendriet structuur = Lassen en Gieten
Schrijen-Consultancy
H. Schrijen – CCM, 64Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Warmte Beïnvloede Zone H.A.Z
rekristallisatie
gedeeltelijke transformatie
temper zone
korrel groei smeltlijn
H.Schrijen 17
H. Schrijen – CCM, 65Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-ConsultancySchrijen-Consultancy
Piek temperatuur
H. Schrijen – CCM, 66Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Ontstaan van martensiet.
• Austeniet dat snel wordt afgekoeld vormt Martensiet zonder diffusie van
atomen, door omklappen (afschuiven) van het KVG rooster en aanwezigheid
van koolstof atomen ontstaat een opgerekt tetragonaal KRG rooster.
• Het omklappen gebeurt bij de Ms temperatuur.
• Alle koolstof atomen worden ingevroren in het onder spanning staande
tetragonale rooster.
• De spanning in het rooster geeft Martensiet zijn hardheid.
Schrijen-Consultancy
Martensiet
H. Schrijen – CCM, 67Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
KVG KRG KVG
14 punts 9 punts
Overgang van KVG rooster naar KRG rooster
Schrijen-Consultancy
Austeniet Martensiet Austeniet
Ruimtelijk Gecenterd Tetragonaal
4.3% volume toename
H. Schrijen – CCM, 68Harry. Schrijen
Harry Schrijen Schrijen-Consultancy
Langzame afkoeling Gemiddelde afkoeling Snelle afkoeling + PWHT
T > 900 °C
Start
Structuur veranderingen
Austeniet
Ferriet – Perliet Bainiet Martensiet
Schrijen-Consultancy