Gelaste verbindingen van aluminium kunnen te maken krijgen met algemene, plaatselijke, interkristallijne en spanningsgeassisteerde corrosie. In deze handleiding wordt uitgelegd waarom neerslag van een tweede fase en elektrochemische verschillen interkristallijne aantasting bevorderen en hoe trekspanning en een corrosief medium samen spanningscorrosiescheuren veroorzaken. De gids definieert kritische spanning, KISCC, JISCC, KIC en de driefasige da/dt-K-relatie, en evalueert vervolgens de legeringssamenstelling, de afstemming van het lasmateriaal, de microstructuur van de laszone, restspanning en defecten. Preventie omvat materiaalkeuze, verbruiksartikelen, vermindering van restspanning, warmtebehandeling en oppervlaktebescherming. Het artikel behoudt de notatie uit de breukmechanica en de drempelrelaties die nodig zijn voor technische beoordeling.
Corrosie is schade of vernietiging die wordt veroorzaakt door chemische of elektrochemische interactie tussen een metaal en zijn omgeving. Er wordt onderscheid gemaakt tussen chemische en elektrochemische corrosie, waarbij de meest voorkomende vorm van corrosie de elektrochemische is.
Lasverbindingen kunnen te maken krijgen met algemene corrosie, plaatselijke corrosie of spanningsbevorderde corrosie. Algemene corrosie treft het gehele oppervlak of het grootste deel daarvan; wanneer de corrosiesnelheid overal ongeveer gelijk is, wordt dit uniforme corrosie genoemd. Lokale corrosie ontwikkelt zich bij voorkeur op specifieke plaatsen en verloopt daar veel sneller dan elders, zoals bij interkristallijne corrosie of putcorrosie. Spanning versterkt de aantasting en kan leiden tot spanningscorrosie en spanningscorrosiescheuren.
Algemene corrosie is voorspelbaar en relatief minder gevaarlijk. Plaatselijke corrosie is moeilijk te voorspellen en kan zonder duidelijke waarschuwing tot plotseling falen leiden.
Aluminium is over het algemeen goed bestand tegen corrosie, maar het gedrag hangt af van het type legering, de samenstelling en de omgeving. Niet-warmtebehandelbare aluminium-, Al-Mn- en Al-Mg-legeringen zijn beter bestand tegen corrosie dan warmtebehandelbare Al-Cu-Mg- en Al-Zn-Mg-legeringen. Al-Cu-Mg-legeringen en hun lasnaden zijn gevoelig voor interkristallijne corrosie, terwijl Al-Zn-Mg-legeringen en hun lasnaden gevoelig zijn voor spanningscorrosie en spanningscorrosiescheurtjes. Aluminiumlegeringen zijn over het algemeen bestand tegen atmosferische corrosie, maar presteren minder goed in zeewater en in maritieme klimaten.
Interkristallijne corrosie ontwikkelt zich langs korrelgrenzen of in aangrenzende gebieden en gaat vaak vooraf aan spanningscorrosie.
Het oppervlak vertoont mogelijk slechts lichte aantasting, terwijl een intern netwerk van intergranulaire scheurtjes de sterkte aanzienlijk vermindert. Een belangrijke oorzaak is de neerslag van een tweede fase op korrelgrenzen, waardoor een edeler bestanddeel in de nabijheid wordt uitgeput. In Al-Cu-Mg-duraluminium ontstaat bijvoorbeeld door de neerslag van CuAl₂ een zone met een tekort aan koper. In een gemeenschappelijk medium wordt een metaal met een negatiever potentiaal de galvanische anode en corrodeert het gemakkelijker, terwijl een metaal met een positiever potentiaal de neiging heeft om als kathode te fungeren. Microstructurele veranderingen zijn dus de drijvende kracht achter elektrochemische intergranulaire aantasting. Spanningscorrosie is de belangrijkste corrosiefactor bij het beheersen van breuken in gelaste aluminiumconstructies.
Spanningscorrosiescheurvorming (SCC) is het breken van een verbinding onder statische spanning in een corrosief medium. Het ontstaat door de gecombineerde inwerking van spanning, meestal trekspanning, en een specifieke omgeving. Een verbinding of constructie kan spontaan scheuren bij spanningen die ver onder de vloeigrens liggen, zelfs in een slechts licht corrosieve omgeving. Het is daarom een bijzonder gevaarlijke vorm van brosse breuk bij lage spanning.
De aandrijvingsspanning is de som van de restspanningen als gevolg van fabricage en lassen en de bedrijfsspanning. SCC treedt niet op wanneer de uitgeoefende spanning, de spanningsintensiteitsfactor K of de J-integraal onder de bijbehorende drempelwaarde — de kritische spanning σ — ligt.SCC, drempelwaarde voor de spanningsintensiteitsfactor KISCC, of drempelintegraal JISCC. Een bestaande spanningscorrosiescheur zal zich niet verder uitbreiden tot onder de drempelwaarde. Wanneer de spanningsintensiteitsfactor aan de scheurpunt K overschrijdtISCC, ontstaat de scheur of wordt deze groter; er treedt breuk op wanneer de scheur de kritische toestand van het materiaal bereikt.
Het breukproces verloopt in drie fasen: het ontstaan van scheuren, stabiele subkritische groei en onstabiele groei. Pitcorrosie en interkristallijne corrosie vormen vaak de bron van scheuren en verkorten de tijd die nodig is voor het ontstaan ervan. Een ontstane scheur vertakt zich als een boomwortel; één vertakking kan uitgroeien tot de snel groeiende hoofdscheur, terwijl andere vertakkingen stoppen of langzaam groeien. Zodra de scheur zich heeft gevormd, groeit deze met een vrijwel constante snelheid totdat mechanische instabiliteit optreedt.
De scheurgroeisnelheid da/dt in functie van de spanningsintensiteitsfactor K aan de scheurpunt vertoont doorgaans drie gebieden. In gebied I daalt da/dt sterk naarmate K afneemt, en onder K vindt er geen groei plaatsISCC. Regio II vertoont een stabiele groei met da/dtII. Wanneer K de breuktaaiheid K bereiktIC, Regio III begint en de onstabiele groei leidt nog steeds tot breuken.
Vanuit technisch oogpunt is KISCC en da/dtII zijn nuttige weerstandsindexen voor materialen en lasverbindingen.
Macroscopisch gezien staat de breuk meestal loodrecht op de hoofdspanning en vertakt de scheur zich. Door de ophoping van corrosieproducten verdwijnt de metaalglans op de breukbron en in het subkritische groeigebied. De breukbron kan putcorrosie, interkristallijne corrosie of een lasfout vertonen. Het uiteindelijke instabiele gebied kan radiale of chevronpatronen vertonen. Microscopisch gezien kunnen scheuren interkristallijn, transkristallijn of gemengd zijn, afhankelijk van de omgeving en de spanning. Breukvlakken vertonen vaak sporen van plastische vervorming met patronen die lijken op suikerspin, schelpen of veren.
Warmtebehandelbare legeringen met hoge sterkte, met name ultrahoge-sterkte Al-Zn-Mg- en Al-Zn-Mg-Cu-legeringen, zijn zeer gevoelig voor spanningscorrosie (SCC) in lasnaden. Zelfs corrosiebestendige, niet-warmtebehandelbare Al-Mg-legeringen worden bij een hoog magnesiumgehalte gevoelig voor spanningscorrosie.
Bij de keuze van vulmateriaal ligt de nadruk vaak op lasbaarheid, samenstelling, sterkte, ductiliteit en taaiheid. Dit kan leiden tot grote verschillen in samenstelling en microstructuur tussen het lasmetaal en het basismetaal, en daarmee samenhangende elektrochemische verschillen die de gevoeligheid voor spanningscorrosie (SCC) kunnen vergroten.
Lassen kan leiden tot korrelvergroting, smelten aan de korrelgrenzen en broosheid aan de korrelgrenzen in de lasnaad, de smeltzone en de door de warmte beïnvloede zone. Dergelijke ongelijkmatige of niet-evenwichtige structuren kunnen de gevoeligheid voor spanningscorrosie (SCC) vergroten. Een thermodynamisch in evenwicht zijnde roosterstructuur biedt over het algemeen de hoogste weerstand, terwijl een structuur die ver van het evenwicht verwijderd is, gevoeliger is.
Restspanning heeft een grote invloed. Zelfs zonder externe belasting kan resttrekspanning al voldoende zijn om SCC te veroorzaken.
Vlakke defecten, met name stollings- of vloeischeuren, veroorzaken ernstige spanningsconcentraties. Hun wisselwerking met resttrekspanning bevordert in hoge mate spanningscorrosie (SCC).
Omdat de samenstelling, microstructuur en mechanische eigenschappen binnen een lasnaad variëren, ligt de weerstand tegen spanningscorrosie (SCC) vaak onder die van het basismetaal, zelfs bij een juiste materiaalkeuze en procesbeheersing. In een vloeibaar medium dat 3% NaCl bevat, bijvoorbeeld, σSCC/ReL bedraagt 0,6 voor het basismetaal (aluminium) en 0,5 voor de lasverbinding.
Deel uw tekening, materiaal, tolerantiedoel of toepassingsvraag. Ons engineeringteam kan de bewerkingsroute bekijken en een praktische volgende stap voorstellen.
Materiaalgids
Dikke, zeer sterke gelaste aluminiumconstructies vereisen een hoge warmte-inbreng, maar vervormen gemakkelijk als gevolg van snelle warmtegeleiding en thermische uitzetting. In deze handleiding wordt uitgelegd...
Artikel lezenMateriaalgids
De vermoeidheidssterkte neemt toe wanneer bij gelaste constructies spanningsconcentraties tot een minimum worden beperkt, geschikte verbindingsvormen worden gebruikt, een vloeiende lasgeometrie wordt gehandhaafd en vlakke defecten worden vermeden. Dit...
Artikel lezenMateriaalgids
De fysische en chemische eigenschappen van aluminium leiden tot zes veelvoorkomende uitdagingen bij het lassen: een vuurvaste oxidefilm, waterstofporositeit, doorbranden, warmtescheuren, verzachting van de door warmte beïnvloede zone, en...
Artikel lezenCasestudy's / Projecten
Dunwandige halfronde schalen van aluminium hebben een lage stijfheid en vervormen gemakkelijk tijdens het CNC-draaien. Bij direct vastpakken of aandrukken wordt de schaal niet ondersteund,...
Artikel lezen
