Vermoeiing van lasverbindingen

De meeste schadegevallen aan gelaste constructies zijn geen breuk door overbelasting maar vermoeiingsbreuk: een scheur die bij spanningen ver onder de vloeigrens langzaam groeit tot de rest van de doorsnede het begeeft. Bij lasverbindingen is dat bijna altijd een ontwerpvraagstuk, niet een vakmanschapsvraagstuk.

Dit artikel legt uit waarom de vorm van de verbinding belangrijker is dan de sterkte van het staal, hoe kerfklassen werken en wat u kunt doen om de levensduur te verlengen.

Waarom staalsterkte nauwelijks helpt

Bij ongelast staal stijgt de vermoeiingssterkte met de treksterkte. Bij gelast staal is dat niet zo. In een lasverbinding zitten altijd microscopische kerven aan de lasteen en restspanningen ter hoogte van de vloeigrens. Daardoor start een scheur vrijwel meteen, en de levensduur wordt bepaald door scheurgroei, niet door scheurinitiatie.

Het gevolg is dat S690 en S235 in een gelast detail vrijwel dezelfde vermoeiingssterkte hebben. Overstappen op sterker staal om vermoeiingsproblemen op te lossen werkt dus niet; de geometrie aanpassen wel.

Kerfklassen volgens EN 1993-1-9

Eurocode 3 deel 1-9 deelt constructiedetails in kerfklassen in, aangeduid met een getal dat de spanningswisseling in N/mm2 weergeeft die het detail twee miljoen wisselingen volhoudt. Een vlak afgewerkte doorlassing haalt klasse 112 of 125, een gewone doorlassing 80 tot 90, een hoeklas op een dwarsplaat 71 of lager, en een niet-doorgelaste kruisverbinding kan naar 36 zakken.

Dat verschil is een factor drie in toelaatbare spanning en daarmee een factor vele malen in levensduur, bij exact hetzelfde staal en dezelfde lasser. De ontwerpkeuze om een aanhechting net wel of net niet in een spanningsconcentratie te plaatsen is daarmee bepalender dan welke lasparameter ook.

Wat de lasser kan beinvloeden

Drie dingen zijn in de werkplaats bepalend. Ten eerste de vorm van de lasteen: een vloeiende overgang met een ruime straal presteert aanzienlijk beter dan een scherpe, steile overgang. Ten tweede randinkartelingen: die zijn bij statische belasting soms acceptabel, bij vermoeiing vrijwel nooit.

Ten derde ontsteekplekken en resten van tijdelijke aanhechtingen buiten de naad. Een ontsteekplek is een plaatselijk verhard, gekerfd puntje op het basismateriaal, en meer dan eens is dat het startpunt van de breuk geweest. Beide moeten worden weggeslepen en nagekeken.

Nabehandeling die echt werkt

Er zijn beproefde methoden om de lasteen te verbeteren. Slijpen met een frees geeft een ruime overgangsstraal en verwijdert tegelijk de kleine insluitsels aan de teen. Hamerbehandeling, TIG-dressing en high frequency mechanical impact treatment brengen daarnaast drukspanning aan, wat scheurgroei tegenwerkt.

Die methoden kunnen de kerfklasse een of twee stappen verhogen, mits ze volgens een gekwalificeerde procedure worden uitgevoerd en gecontroleerd. Het IIW heeft daar aanbevelingen voor. Ze zijn wel arbeidsintensief, dus pas ze gericht toe op de maatgevende details in plaats van overal.