De Invloed van Heat Input en T8/5 op de Kerftaaiheid en Sterkte van Lassen
Bij het lassen van zware constructiedelen of grote secties is de praktijk zelden zo netjes als het ontwerp op papier. Een goedgekeurde WPS (Welding Procedure Specification) kan een vooropening van 4–5 mm voorschrijven, maar bij grote secties in de scheepsbouw of vervormde plaatdelen zijn vooropeningen van 12 tot zelfs 16 mm geen uitzondering.
Een grotere vooropening vraagt meer lasvolume, meer energie en dus een hogere warmte-inbreng.
Daardoor verandert de afkoelsnelheid (T8/5), een kritische parameter die de microstructuur, kerftaaiheid, vloeigrens, treksterkte en hardheid bepaalt.
Voor iedereen die werkt in de lastechniek is het begrijpen van deze belangrijke parameter essentieel om tot een goed resultaat te komen.
De warmte-inbreng bij het lassen is van cruciaal belang omdat het direct de metallurgische veranderingen en de uiteindelijke mechanische eigenschappen van de lasverbinding beïnvloedt. De warmte-inbreng is de hoeveelheid energie per millimeter las:
Warmte-Inbreng (kJ/mm) =
U = spanning (V)
I = stroom (A)
v = lassnelheid (mm/min)
Een lage warmte-inbreng betekent snelle afkoeling, terwijl een hoge warmte-inbreng resulteert in trage afkoeling. Die trage of snelle afkoeling staat in verband met de T8/5.
Geen zin om zelf te rekenen?
Gebruik onze Preheat & Heat Input Calculator om direct de juiste waarden voor jouw project te bepalen.
De T8/5 is de afkoeltijd tussen 800 °C en 500 °C en bepaalt de uiteindelijke microstructuur en mechanische eigenschappen van de lasverbinding.
• Korte T8/5 (snelle afkoeling) resulteert in een hogere hardheid in WBZ, hogere sterkte, lagere kerftaaiheid en meer restspanningen
• Lange T8/5 (langzame afkoeling) resulteert in een lagere hardheid, lagere sterkte, hogere kerftaaiheid en minder restspanningen.
In de praktijk varieert T8/5 van 5 tot 30 seconden en dit is afhankelijk van een aantal belangrijke factoren:
• Warmte-inbreng
• Plaatdikte
• Afkoeling (2D of 3D)
• het basismateriaal (thermische geleidbaarheid),
• Voorwarmtemperatuur
Hoe hoger de warmte-inbreng, hoe langer de T8/5, hoe langzamer de afkoeling.
De afkoelsnelheid (T8/5) bepaalt welke fasen zich vormen bij stolling en afkoeling. Tijdens het afkoelen tussen 800 en 500 °C transformeert austeniet naar andere fasen, als dat te snel gaat heeft het staal geen tijd om zachte structuren te vormen zoals ferriet en perliet.
| T8/5-tijd in sec | Typische structuur | Eigenschappen |
| 2–5 | Martensiet | Zeer hard en bros |
| 5–10 | Bainiet | Hard en redelijk taai |
| 10–25 | Fijn ferriet + perliet | Goede taaiheid |
| 25 | Grof ferriet | Lage sterkte maar hoge taaiheid |
Voor een goede kerftaaiheid wil men doorgaans een optimale, korte T8/5 om de korrelgroei te beperken en de hoeveelheid korrelgrenzen te maximaliseren. De T8/5 moet echter niet te kort zijn omdat dit kan leiden tot de vorming van het brosse martensiet.
Wanneer een las met een te grote vooropening moet worden uitgevoerd, bijvoorbeeld 12–16 mm in plaats van 5 mm, verandert het lasproces fundamenteel: Er moet meer lastoevoegmaterioaal worden toegevoegd, de voortloopsnelheid neemt af waardoor de warmte inbreng fors stijgt (vaak tot boven 2,5 kJ/mm). Hierdoor zal de T8/5 verdubbelen of zelf verdrievoudigen, waardoor de afkoeling véél trager verloopt.
Het gevolg is een grovere microstructuur, drastisch verminderde kerftaaiheid en een grotere warmte-beïnvloede zone (WBZ). Daarnaast blijft de WBZ langer boven 723 °C, wat ongewenste korrelgroei en carbidevorming kan veroorzaken.
De kerftaaiheid geeft aan hoeveel energie een materiaal kan opnemen bij breuk en wordt gemeten in Joule (J).
Bij een korte T8/5 (snelle afkoeling) ontstaan fijne bainiet- of ferrietstructuren die veel energie kunnen opnemen. De meest gewenste structuur die hierbij kan ontstaan is aciculair ferriet (naaldvormig ferriet). Dit is een unieke structuur van microscopisch kleine naaldjes die volledig kriskras door elkaar liggen. Zie het als een dicht, ondoordringbaar braamstruikgewas: wanneer een scheur hier doorheen probeert te breken, botst de scheurtip constant op naaldjes die in een andere richting liggen. De scheur raakt hopeloos verdwaald, moet constant van richting veranderen en loopt uiteindelijk dood. Dit geeft de las zijn legendarische taaiheid, zelfs in extreme vrieskou.
Bij een lange T8/5 (>25 s) vormen zich grove ferrietkorrels die scheurvoortplanting nauwelijks tegenhouden.
Veel kleine korrels hebben veel korrelgrenzen die tegen elkaar aan liggen. Deze korrelgrenzen dwingen een scheur om continue van richting te veranderen waardoor de energie wordt geabsorbeerd en de scheurvorming wordt vertraagd, dit maakt het materiaal taai.
Grove korrels bieden dus een kleine weerstand tegen scheurvorming. De energie wordt slecht geabsorbeerd en de scheur kan zich relatief makkelijk vormen, dit betekend dat het materiaal bros is.
| 0,8 kJ/mm | 7 s | 80–90 J | Zeer fijnkorrelig, hoge taaiheid |
| 1,5 kJ/mm | 12 s | 60–70 J | Evenwichtige structuur |
| 2,3 kJ/mm | 20 s | 40–50 J | Duidelijk lagere taaiheid |
| >2,5 kJ/mm | >25 s | <30 J | Grofkorrelig, bros gedrag |
Het resultaat: bij grote vooropeningen (en dus hoge warmte-inbreng en T8/5) daalt de kerftaaiheid, tenzij het lastoevoegmateriaal hiervoor geoptimaliseerd is.
Een langere T8/5 leidt niet alleen tot lagere kerftaaiheid, maar door de grove korrelstructuur (vorming van grofkorrelig ferriet en perliet in plaats van fijn, naaldvormig aciculair ferriet) kunnen ook de rekgrens (Re) en treksterkte (Rm) van de verbinding onder de minimaal vereiste waarden zakken.
Bij snelle afkoeling ontstaat een hardere, sterkere structuur (meer martensiet/bainiet), maar dit gaat ten koste van ductiliteit en verhoogt de kans op koudscheuren.
Bij trage afkoeling daarentegen wordt de las minder hard en taaier bij kamertemperatuur, maar brosser bij lage temperatuur.
Een goed uitgebalanceerd lasmetaal behoudt zowel sterkte als taaiheid binnen het gewenste bereik van:
- Treksterkte: 480–600 MPa
- Rek: > 20 %
- Kerftaaiheid (-40 °C): ≥ 47 J
Eigenschappen van de HAZ: Waarom de warmtebeïnvloede zone kritisch is
Onderstaand schema laat zien hoe de eigenschappen rond een las veranderen: in de HAZ ontstaan pieken in hardheid (scheurgevoelig) en dalen in taaiheid (brosser), waardoor dit vaak de meest kritische zone van de las is.
In de CGHAZ (vlak naast het lasmetaal) zie je een enorme piek in de hardheid (rood) en de treksterkte (blauw). Omdat het materiaal hier heel snel is afgekoeld na extreme verhitting, ontstaat er een harde, maar zeer brosse structuur (vaak martensiet). Dit brengt een verhoogd risico op koudscheuren (Cold Cracking Risk) met zich mee.
Precies op de plek waar de hardheid het hoogst is (in de grofkorrelige CGHAZ), maakt de taaiheid (groene lijn) een diepe duikvlucht. Grote korrels in het metaal kunnen minder goed energie absorberen. Dit betekent dat het materiaal hier lokaal erg bros is en bij een impact gemakkelijk kan scheuren.
In het midden (het lasmetaal) stabiliseren de lijnen zich weer op een gemiddeld niveau. Dit komt door dilution (opmenging): het lasmetaal is een homogene chemische mix van het moedermateriaal en de laselektrode/draad. De uiteindelijke eigenschappen hier hangen sterk af van de keuze van het juiste toevoegmateriaal.
De keuze van het lastoevoegmateriaal bepaalt in grote mate hoe de las zich gedraagt bij hoge warmte-inbreng en lange T8/5.
CEWELD® AA R400 is ontwikkeld om in deze situaties goed te presteren. Deze naadloze rutiel gevulde draad heeft een balanceerde chemische samenstelling die zorgt voor:
• stabiele aciculaire (naaldvormige) ferrietvorming, zelfs bij trage afkoeling;
• verbeterde kerftaaiheid tot -40 °C;
• laag waterstofaabod (minder risico op koudscheuren);
• een glad, spatvrij lasbeeld.
In een praktijktest werd een plaat gelast van 15mm dikte met een vooropening van maar liefst 15 mm en een warmte-inbreng van 2,3 kJ/mm in positie PF/3G op keramische backingstrip met verschillende merken lastoevoegmaterialen.
De resultaten van CEWELD AA R400 bij -40 °C bleven bevredigend, wat bewijst dat het juiste chemische samenstelling de nadelige effecten van een lange T8/5 kan compenseren.
| Charpy V-Notch impact test [KV8] | |||||||
| Test method: ISO 148-1 | |||||||
| Specimen | Direction of specimen / Notch | Size (mm) | Temp | Absorbed Energy [J] | |||
| 48969-1 / 1,2,3 | Midwel ½ t | 10x10 | -40 | 1 | 2 | 3 | average |
| 38 | 51 | 52 | 47 | ||||
| 48969-2 / 1,2,3 Part A |
Midwel ½ t | 10x10 | -40 | 1 | 2 | 3 | average |
| 6 | 7 | 8 | 7 | ||||
| 48969-2 / 1,2,3 Part B |
Midwel ½ t | 10x10 | -40 | 1 | 2 | 3 | average |
| 9 | 9 | 7 | 8 | ||||
Kerfslagproef van verschillende merken lastoevoegmaterialen, Specimen 48969-1 is CEWELD AA R400
De T8/5 is de sleutel tot het begrijpen van de relatie tussen warmte-inbreng en mechanische prestaties van een las.
Bij grote vooropeningen stijgt de warmte-inbreng, vertraagt de afkoeling en neemt T8/5 toe wat kan leiden tot grovere microstructuren, lagere kerftaaiheid en verminderde sterkte.
Toch hoeft dit geen probleem te zijn als:
- de lasparameters zorgvuldig worden beheerst,
- de interpass-temperatuur wordt beperkt,
- en het lastoevoegmateriaal hierop is afgestemd.
De CEWELD AA R400 heeft bewezen dat ook bij een T8/5 van >20 sec en een warmte-inbreng van 2,3 kJ/mm nog uitstekende resultaten behaald kunnen worden, zelfs bij -40 °C.
De T8/5 is de thermometer van de taaiheid — beheers die, en de las blijft sterk, zelfs bij extreme omstandigheden.
In deze blog hebben we gezien hoe cruciaal de beheersing van de warmte-inbreng en de T8/5-tijd is voor een sterke en taaie lasverbinding. Wil je deze parameters voor jouw specifieke projecten nauwkeurig in kaart brengen? Onze geavanceerde calculator helpt je bij het bepalen van de ideale afkoeltijd en voorwarmtemperatuur.
