Materiaalkunde
Lassen: Effect van lassen op materiaaleigenschappen & Lasdefecten
Opgave 1
Welke van onderstaande stellingen is niet waar?
a) De mate van brosheid van high carbon steel zal door het lassen toenemen.
b) Een laskwaliteit staal heeft typisch een koolstofpercentage van minder dan 0.3%.
c) De warmte beïnvloede zone van een lasplaats beperkt zich tot het lasmetaal dat vanuit de smeltfase gestold is.
d) De sterkte van hoge sterkte staalsoorten zal door het lassen degraderen, bij benadering tot die van een staalsoort met een laag koolstofpercentage.
Opgave 2
Welke van onderstaande stellingen is niet waar?
a) Constructiestaal kan worden gelast zonder dat de treksterkte en taaiheid sterk wordt beïnvloed.
b) De temperatuurgradiënt (afkoelsnelheid) is in de fusiezone van de las lager dan in het lasmetaal.
c) Gietijzer is goed lasbaar vanwege een laag koolstofpercentage.
d) De vermoeiingssterkte van hoge sterkte staalsoorten zal door het lassen degraderen, bij benadering tot die van een staalsoort met een laag koolstofpercentage.
Opgave 3
Voor het 3D-printen van grote constructies kan men gebruik maken van het MIG/MAG-lasproces. Hierbij wordt het product laag voor laag opgebouwd door het neersmelten van de lasdraad. Om specifieke eigenschappen te verkrijgen kan men de lasparameters aanpassen. In een dwarsdoorsnede van een blok geprint S690 hoog-sterkte staal zijn drie zones te onderscheiden. De onderste en bovenste zone zijn geprint met een hoge warmte-inbreng, de middelste zone met een lage warmte-inbreng.
Voor de hoge warmte-inbrengzone is de gemiddelde afkoelsnelheid bepaald op 10 \ \frac{\text{K}}{\text{s}}. Voor de lage warmte-inbrengzone is de gemiddelde afkoelsnelheid 80 \ \frac{\text{K}}{\text{s}}. Het Continuous Cooling Transformation (CCT) diagram voor dit staal is gegeven.
Schets het hardheidsverloop als functie van de afstand tot de basisplaat, langs de doorsnede van het geprinte blok. Verklaar het verloop.
Opgave 4
Een hijskraan bestaat uit onderdelen die van warmgewalst constructiestaal (S235JR) zijn vervaardigd en door lassen met elkaar verbonden zijn. Voorgesteld wordt om de hijskraan van een koolstofstaal (C45) te maken. Het koolstofstaal heeft een hogere 0.2% rekgrens en een hogere vermoeiingssterkte. Het eigengewicht kan hierdoor teruggebracht worden, wat in een hogere maximale hijslast zal resulteren.
Wat vind jij van dit voorstel? Motiveer jouw antwoord.
Opgave 5
Bij smeltlasprocessen wordt de zone naast de las beïnvloedt door de warmte-inbreng ten gevolge van het proces. Hierdoor verandert de microstructuur en dus de eigenschappen.
5a
Verklaar het ontstaan van de fijnkorrelige warmtebeïnvloede zone bij het lassen van een laaggelegeerd staal.
5b
Hoe veranderen de mechanische eigenschappen in deze zone?
Opgave 6
6a
Welke van onderstaande stellingen is waar?
a) Krimpscheuren ontstaan wanneer het vloeibare staal in het lasbad overgaat van vloeibaar in vast.
b) Krimpscheuren kunnen worden voorkomen door het te lassen staal van te voren te verhitten.
6b
Welke detectiemethode is het meest geschikt om scheurtjes onder het oppervlak te detecteren (ga uit van wat in het college behandeld is)?
a) Radiografisch onderzoek
b) Ultrasoon onderzoek
c) Penetrant onderzoek
Opgave 7
Twee stalen platen worden door middel van een hoeklas haaks op elkaar gelast. Om te voorkomen dat de platen tijdens het afkoelen naar elkaar toe trekken en de hoek tussen de platen na het lassen kleiner wordt dan 90 graden, worden er zogenaamde dwarsschotten gebruikt waarmee de te lassen platen onder 90 graden worden gehouden tijdens het afkoelen.
7a
Welke van onderstaande stellingen is waar?
a) De dwarsschotten verhogen de kans op krimpscheuren.
b) De dwarsschotten verkleinen de kans op krimpscheuren.
7b
Voor het realiseren van een hoeklas wordt gebruik gemaakt van elektrode lassen. De elektrodes zouden droog bewaard moeten worden maar dat is met enkele elektroden niet gebeurd. Deze zijn vochtig geworden en alsnog gebruikt. Welk risico wordt hierdoor gelopen?
a) Waterstofscheur
b) Solidification cracking
c) Smeltscheuren
Opgave 8
8a
Welke van onderstaande detectiemethoden is het meest geschikt om een oppervlaktescheur te detecteren in gelaste aluminium plaatdelen?
a) Penetrant onderzoek
b) Magnetisch onderzoek
8b
Welke detectiemethode is het meest geschikt om insluitsels met een andere dichtheid dan die van het lasmateriaal onder het oppervlak te detecteren?
a) Radiografisch onderzoek
b) Ultrasoon onderzoek
Opgave 9
Welke inspectiemethoden zijn geschikt om scheuren in de las die niet aan het oppervlak grenzen te detecteren?
Opgave 10
Na het lassen van twee onderdelen door middel van booglassen met beklede elektrode blijken zogenaamde waterstofscheuren in de las voor te komen.
10a
Benoem drie factoren die in combinatie tot scheurvorming als gevolg van waterstofbrosheid zal leiden.
10b
Benoem de meest logische bron van vervuiling door waterstof bij dit type lasproces.
10c
Benoem twee inspectiemethoden om scheurtjes aan het oppervlak te detecteren.
Opgave 11
Tijdens het booglassen van een V-vormige naad met behulp van het MIG-MAG lasproces kunnen bindingsfouten optreden.
11a
Wat zou een mogelijke oorzaak zijn van een dergelijk defect?
a) Te lage lastoevoersnelheid
b) Te lage lassnelheid
c) Te lage stroom
11b
Welke techniek is niet geschikt om zo’n fout te detecteren?
a) Radiografie
b) Ultrasoon
c) Magnetisch
Opgave 12
Wat is de juiste benaming van het lasdefect dat is afgebeeld?
12a
Wat is de juiste benaming van het lasdefect dat in de figuur is afgebeeld?
12b
Beschrijf een mogelijke oorzaak van het lasdefect en hoe je dit lasdefect zou kunnen voorkomen.
Opgave 13
Twee stalen onderdelen met een zink coating worden door booglassen met elkaar verbonden.
Benoem het type lasdefect dat hier waarschijnlijk op zal treden.
Opgave 14
Wat voor een spanning zou je verwachten vóór een bewegend smeltbad.
a) Trekspanning
b) Drukspanning
c) Geen spanning
Opgave 15
Een staal is een polykristallijn materiaal en bestaat dus uit meerdere kristallen gescheiden door korrelgrenzen. Wat is het verschil tussen de kristallen van dezelfde fase gescheiden door een korrelgrens.
a) Chemische Samenstelling
b) Oriëntatie
c) Inhomogeniteiten
Opgave 16
Wat is de oorzaak van de lasfout getoond in de afbeelding?
a) Spanningsvrijgloeischeur
b) Stollingsscheur
c) Waterstofscheur
Beïnvloeding van materiaal-eigenschappen door bewerkingen
Opgave 1
Tijdens het gietproces worden spanningen geïntroduceerd in het gietstuk. Het ontwerp speelt hierbij een grote rol. Hieronder zijn twee verschillende ontwerpen van een wiel weergegeven: Ontwerp A heeft dikke spaken en een dunne wielband, Ontwerp B heeft dunne spaken en een dikke wielband.
1a
In welk ontwerp worden in de spaken trekspanningen gevormd?
a) Ontwerp A
b) Ontwerp B
1b
Verklaar je antwoord.
Opgave 2
Een aluminium wiel wordt door middel van metaalgieten vervaardigd. Als het wiel eenmaal is afgekoeld zullen er mogelijk restspanningen in het wiel aanwezig zijn. Welke van onderstaande stellingen is waar?
a) Na het afkoelen zullen er residuele trekspanningen in de wielband (omtrek) van het wiel overblijven.
b) Na het afkoelen zullen er residuele drukspanningen in de wielband (omtrek) van het wiel overblijven.
Opgave 3
Stel dat een in de handel verkrijgbare martensitisch RVS fietsspaak naderhand 1) plaatselijk wordt verhit 2) in water wordt afgeschrokken (quenched) 3) tenslotte over de hele lengte belast wordt met een buigmoment, wat dan? Welke stelling is waar?
a) De fietsspaak zal “in” het warmtebehandelde gebied het eerst plastisch buigen.
b) De fietsspaak zal “naast” het gebied waar deze heet geweest het eerst plastisch buigen.
c) De spaak zal in het gebied waar deze heet geweest is “breken”.
Opgave 4
4a
Wat is het belangrijkste verschil tussen het gieten in een zand en een stalen mal?
4b
Hoe uit zich dit in de microstructuur die ontstaat? Verklaar de verschillen en licht dit eventueel toe met schetsen van de microstructuur.
Corrosie
Opgave 1
Voor de schroefverbinding van een elektromotor zijn de draadstangen en de moertjes van koolstofstaal. De flens is van aluminium. Zowel de moertjes als de flens hebben geen oppervlaktebehandeling ondergaan. De stalen moertjes hebben een anodisch potentiaal van -0{,}6 \ \text{V} ten opzichte van een referentie-electrode. De aluminium flens heeft onder dezelfde omstandigheden een anodisch potentiaal van -0{,}9 \ \text{V}. De motor wordt in een ruimte toegepast met een hoge relatieve vochtigheid.
1a
Selecteer de stelling die waar is.
a) De stalen moertjes zullen eerder oxideren dan de aluminium flens.
b) De stalen moertjes zullen in contact met de aluminium flens versneld oxideren door het grootte-effect.
c) De aluminium flens is in dit geval de anode en zal eerder in oplossing gaan dan de stalen moertjes.
d) Een zinc coating (met een elektrisch potentiaal van -1{,}0 \ \text{V}) aangebracht op de moertjes zou de oxidatiesnelheid van de aluminium flens verhogen.
1b
Welk type corrosie zal er mogelijk optreden in het aanlegvlak tussen de moertjes en de flens? Selecteer 1 van onderstaande opties.
a) Intergranular corrosion
b) Filiform corrosion
c) Stress corrosion
d) Crevice corrosion
1c
Veronderstel dat de draadstangen van koolstofstaal zijn. De moertjes zijn van RVS. Welke failure mode zou dit tot gevolg hebben?
1d
De aluminium behuizing van de DC-motor wordt voorzien van een epoxy coating (organic coating). Bij het monteren van de aluminium flens beschadigt de epoxycoating op de randen van de aluminium behuizing. Welk type corrosie zou dit tot gevolg hebben voor de aluminium behuizing?
a) Filiform corrosion
b) Crevice corrosion
c) Microbial corrosion
d) Galvanic corrosion
Opgave 2
Veronderstel dat de schroefverbinding van de zuigercompressor is ontworpen met een RVS schroef, een aluminium zuiger en een RVS zuigerstang. Het RVS heeft een anodisch potentiaal van -0{,}1 \ \text{V} ten opzichte van een referentie-electrode. Het aluminium heeft onder dezelfde omstandigheden een anodisch potentiaal van -0{,}9 \ \text{V}. De motor wordt in een ruimte toegepast met een relatieve vochtigheid van 50% (normale omgeving in fabricagehal).
2a
Selecteer de stelling hieronder die waar is.
a) De RVS schroef zal in contact met de aluminium flens versneld oxideren door het grootte-effect.
b) Beide onderdelen hebben een passieve oxidehuid waardoor ze in onderling contact niet verder zullen oxideren.
c) De aluminium zuiger zal in elektrisch contact met de RVS schroef verder oxideren.
2b
Welk type corrosie zal er mogelijk optreden in een vochtige omgeving in het aanlegvlak van een RVS schroefkop met een aluminium zuiger?
a) Intergranular corrosion
b) Crevice corrosion
c) Stress corrosion
d) Filiform corrosion
2c
In een binnenzwembad wordt een frame van een systeemplafond opgehangen met draadeinden. Welk materiaal voor de draadeinden zou je zeker niet mogen gebruiken?
a) Staal verzinkt
b) Aluminium
c) Austenitisch RVS
Opgave 3
Zie onderstaande uitingsvormen van corrosie: (A) betreft een koolstofstalen moer op een roestvaststalen bout; in (B) is corrosie van een aluminium raamkozijn weergegeven.
3a
Welke vormen van corrosie vinden hier plaats?
a) (A) putvormige corrosie (pitting corrosion) en (B) filiforme corrosie (filiform corrosion)
b) (A) galvanische corrosie en (B) spleetcorrosie
c) (A) spleetcorrosie (crevice corrosion) en (B) galvanische corrosie (galvanic corrosion)
d) (A) spanningscorrosie (stress corrosion) en (B) spleetcorrosie
e) (A) galvanische corrosie en (B) filiforme corrosie
f) (A) putvormige corrosie en (B) spleetcorrosie
3b
In corrosie-terminologie wordt vaak het woord ‘Anode’ gebruikt. Wat is de juiste definitie van anode?
a) Het metallisch pad waar elektronentransport langs plaatsvindt.
b) De locatie aan een elektrode waar de reductiereactie plaatsvindt.
c) De locatie aan een elektrode waar de oxidatiereactie plaatsvindt.
d) Het corrosief milieu waaraan een elektrode wordt blootgesteld.
e) Het metallisch pad waar ionentransport langs plaatsvindt.
3c
Een bout-moerverbinding is van gegalvaniseerd staal gemaakt (reductiepotentiaal van Zn is -1{,}0 \ \text{V}) en de te verbinden platen van roestvast staal (reductiepotentiaal van -0{,}2 \ \text{V}). Selecteer de stelling hieronder die waar is:
a) De verzinkte stalen bout-moerverbinding zal minder hard corroderen in dit geval dan in de situatie wanneer de platen van gegalvaniseerd staal gemaakt zouden zijn.
b) De verzinkte stalen bout-moerverbinding zal versneld corroderen door het galvanisch contact met het edeler roestvast staal.
c) De verzinkte stalen bout-moerverbinding zal de corrosie van de roestvaststalen platen versnellen door extra kathodische activiteit ter plaatse van de verzinkte stalen verbinding.
d) De edeler roestvaststalen platen zullen de onedeler verzinkte stalen bout-moerverbinding beschermen tegen corrosie.
Opgave 4
Hiernaast is een flensverbinding weergegeven. Wanneer dit type verbinding gebruikt wordt in een chloridehoudend milieu, zoals zeewater, is er een risico op spleetcorrosie.
4a
Welke van de volgende beweringen over deze flensverbinding is juist?
a) Bij spleetcorrosie wordt migratie van positief geladen chlorides richting de spleet veroorzaakt door een verhoging van de pH in de spleet.
b) Bij spleetcorrosie van een overlapverbinding zal de corrosie juist buiten de overlap plaatsvinden.
c) Propagatie van spleetvormige corrosie gaat gepaard met een verlaging van de pH in de overlap.
d) Tijdens voortschrijding van spleetvormige corrosie wordt de spleet verrijkt in zuurstofconcentratie.
4b
Hiernaast zijn twee varianten van een klinkverbinding weergegeven:
- een koolstofstalen klinknagel die twee roestvaststalen platen verbindt
- een roestvaststalen klinknagel die twee koolstofstalen platen verbindt
Het koolstofstaal heeft een reductiepotentiaal van -0{,}7 \ \text{V} en roestvast staal een reductiepotentiaal van -0{,}2 \ \text{V}. Deze verbinding zal worden ondergedompeld in een corrosief milieu op een niet-inspecteerbare locatie.
Welke van de volgende stellingen over de klinkverbinding is juist?
a) Configuratie (a) heeft de voorkeur boven die van (b) want het edeler roestvaststalen oppervlak is groter dan die van de klinknagel.
b) Configuratie (a) heeft de voorkeur boven die van (b) want de edele roestvaststalen platen zullen de onedeler klinknagels beschermen.
c) Configuratie (a) heeft niet de voorkeur boven die van (b) want de roestvaststalen klinknagels zullen de koolstofstalen platen beschermen in configuratie (b).
d) Configuratie (a) heeft niet de voorkeur boven die van (b) want de koolstofstalen klinknagels zullen snel corroderen door het galvanisch contact met de roestvaststalen platen in configuratie (a).
4c
In corrosie-terminologie wordt vaak het woord ‘kathode’ gebruikt. Wat is de juiste definitie van kathode?
a) Het metallisch pad waar elektronentransport langs plaatsvindt.
b) Het corrosief milieu waaraan een elektrode wordt blootgesteld.
c) De locatie aan een elektrode waar de reductiereactie plaatsvindt.
d) De locatie aan een elektrode waar de oxidatiereactie plaatsvindt.
e) Het metallisch pad waar ionentransport langs plaatsvindt.
Opgave 5
Schroeven van 10.9 en 12.9 kwaliteit zijn vaak voorzien van een black oxide coating terwijl 8.8 boutjes vaak galvanisch verzinkt zijn.
5a
Welk type faalmechanisme van de 10.9 of 12.9 boutjes zou kunnen optreden als deze galvanisch verzinkt zouden worden?
a) Crevice corrosion
b) Intergranular corrosion
c) Hydrogen embrittlement
d) Fretting corrosion
e) Stress corrosion
5b
Voor de schroefverbinding van een flensverbinding zijn verzinkte schroeven gebruikt met staalkwaliteit 8.8. Zink heeft een anodisch potentiaal in zeewater van -1{,}0 \\ \\text{V} ten opzichte van een referentie electrode. De flens en de buis zijn van constructiestaal en hebben onder dezelfde omstandigheden een anodisch potentiaal van -0{,}6 \\ \\text{V}. Selecteer de stelling hieronder die waar is.
a) De stalen flensverbinding zal eerder oxideren dan de verzinkte schroeven.
b) De verzinkte schroeven zullen in contact met de stalen flensverbinding versneld oxideren door het grootte effect.
c) De stalen buis met flens zijn in dit geval de anode. De verzinkte schroeven de kathode.
5c
Welk type corrosie zal er mogelijk optreden in het aanlegvlak tussen de beide flanzen? Selecteer 1 van onderstaande opties.
a) Galvanic corrosion
b) Filiform corrosion
c) Intergranular corrosion
d) Crevice corrosion
Opgave 6
In de afbeelding bij deze opgave is de montage van een gegalvaniseerde schutting afgebeeld (staal met een deklaag die is aangebracht door middel van elektroplating).
6a
Welke van onderstaande beweringen is juist, indien je er vanuit kunt gaan dat door het productie- en montageproces op bepaalde locaties deels beschadigingen van de plaat tot in de kern kunnen optreden?
a) De buitenste lagen dienen edeler dan de kern te zijn.
b) De buitenste lagen dienen onedeler dan de kern te zijn.
6b
Welke schroeven zou je het best kunnen gebruiken om de schutting te bevestigen?
a) Stalen schroeven
b) RVS schroeven
Opgave 7
In de afbeelding bij deze opgave is een aluminium raamkozijn weergegeven bedekt met een organische coating.
Welke vorm van corrosie is hier opgetreden?
a) Galvanische corrosie
b) Filiforme corrosie
c) Spleet corrosie
Opgave 8
In een toepassing waarbij een klinknagelverbinding zal worden ondergedompeld in een corrosief milieu op een niet-inspecteerbare locatie worden twee materiaalcombinaties voorgesteld.
8a
Welke zou de voorkeur moeten hebben?
a) (a) heeft de voorkeur
b) (b) heeft de voorkeur
8b
In corrosie-terminologie wordt vaak het woord ‘Anode’ gebruikt. Wat is de juiste definitie van anode?
a) Het metallisch pad waar elektronentransport langs plaatsvindt
b) Het corrosief milieu waaraan een elektrode wordt blootgesteld
c) De locatie aan een elektrode waar de reductiereactie plaatsvindt
d) De locatie aan een elektrode waar de oxidatiereactie plaatsvindt
e) Het metallisch pad waar ionentransport langs plaatsvindt.
8c
In welke richting verplaatsen de electronen bij galvanische corrosie?
a) Van anode naar kathode
b) Van kathode naar anode
Opgave 9
Een koperen dakgoot kan worden vastgezet met RVS spijkers of met C-stalen spijkers. Welke spijkers zou je kiezen?
a) C-stalen spijkers
b) RVS spijkers
Opgave 10
Wat is de Engelse benaming van het type corrosie dat hier is opgetreden aan een RVS bout?
a) Galvanic Corrosion
b) Filiform Corrosion
c) Stress Corrosion Cracking
Opgave 11
Een gegalvaniseerde (zink coating) dakgoot kan worden vastgezet met RVS spijkers of met C-stalen spijkers. Welke spijkers zou je kiezen? Verklaar waarom.
a) RVS spijkers
b) C-stalen spijkers
Opgave 12
Welke van de volgende beweringen is/zijn onjuist met betrekking tot spleetcorrosie in een chloride-houdend milieu zoals zeewater? Verklaar waarom.
12a
Propagatie van spleetvormige corrosie gaat gepaard met een verlaging van de pH in de overlap.
12b
Tijdens voortschrijding van spleetvormige corrosie wordt de spleet verrijkt in zuurstofconcentratie.
Opgave 13
In de afbeelding bij deze opgave is een schroefverbinding gegeven waarbij het gevaar van galvanische corrosie op de loer ligt. Beschouw de volgende opties:
- Optie a) twee roestvaststalen platen die op elkaar geklemd worden door middel van een koolstofstalen schroef.
- Optie b) twee koolstofstalen platen die op elkaar geklemd worden door middel van een roestvaststalen schroef.
13a
Welke optie heeft de voorkeur en verklaar waarom.
13b
Welk type corrosie zal hier naast galvanische corrosie het corrosie proces in een vochtige of natte omgeving versnellen?
Opgave 14
14a
Benoem het type corrosie dat op zal treden bij het gebruik van RVS schroeven en RVS platen in een chloride (zwembad) omgeving. Het gaat hier om het type corrosie dat typisch met RVS schroeven op zal treden.
14b
Welke twee factoren zijn van invloed op het faalmechanisme beschreven in deze casus?
Opgave 15
Bovenstaand is een klinknagelverbinding weergegeven. Deze verbinding wordt blootgesteld aan een corrosief milieu op een niet-inspecteerbare locatie. Welke materiaalcombinatie heeft uw voorkeur? Verklaar kort waarom.
Opgave 16
Bij corrosieprocessen in vochtig, neutraal en zuurstofrijk milieu kan aan een elektrode-oppervlak de volgende elektrochemische reactie plaatsvinden: 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 + 4\text{e}^- \rightarrow 4\text{OH}^-.
Welke van de volgende beweringen is juist:
a) De locatie aan een elektrode waar waterstofgasontwikkeling plaatsvindt is een kathode en de reactie is een reductiereactie.
b) De locatie aan een elektrode waar de waterstofreductie plaatsvindt is een anode en de pH zal ter plaatse lokaal toenemen.
c) De locatie aan een elektrode waar zuurstofreductie plaatsvindt is een kathode en de pH zal lokaal toenemen.
d) De locatie aan een elektrode waar waterreductie plaatsvindt is een kathode en het corrosief milieu zal ter plaatse zuurder worden.
e) De locatie aan een elektrode waar waterreductie plaatsvindt is een anode en de pH zal ter plaatse meer alkalisch worden.
Opgave 17
In de afbeelding is een koolstofstalen buis weergegeven die is opgelegd op een gelijksoortige koolstofstalen support. Het geheel is bedekt met een organische coating.
Welke vorm van corrosie is hier opgetreden?
a) Galvanische corrosie
b) Filiforme corrosie
c) Spleet corrosie