Wat is wrijvingsroerlassen en waar wordt dit lasproces toegepast?

Wrijvingsroerlassen wordt in het Engels Friction Stir Welding genoemd en wordt daarom ook wel afgekort met FSW. In het Nederlands wordt dit lasproces wrijvingsroerlassen genoemd. Dit lasproces wordt voornamelijk toegepast voor het maken van lasverbindingen in aluminium. Daarnaast wordt het lasproces ook gebruikt voor het maken van lasverbindingen in kunststoffen.

Geen smeltbad
Tijdens het wrijvingsroerlassen wordt het materiaal van het werkstuk niet gesmolten tot een smeltbad in tegenstelling tot de meeste andere lasprocessen. In plaats daarvan wordt het materiaal aan elkaar gekneed. Daarvoor wordt het materiaal in een soort deegachtige vorm gebracht tijdens het wrijvingsroerlassen. Het wrijvingsroerlassen is nog maar sinds korte tijd in gebruik als men dit lasproces vergelijkt met andere lasprocessen. Het werd uitgevonden in december 1991 door Wayne Thomas en collega’s van The Welding Institute in Cambridge in Groot-Brittannië. Doordat The Welding Institute het lasproces heeft ontwikkelt zijn zij de houders van een aantal octrooien over dit lasproces.

Hoe wordt wrijvingsroerlassen uitgevoerd?
Tijdens het wrijvingsroerlassen wordt, zoals eerder is aangegeven, geen smeltbad gecreëerd. Het materiaal wordt in een deegachtige vorm gebracht. Daardoor hoeft men ook het materiaal van het werkstuk veel minder te verhitten dan men bij andere lasprocessen doet. Door de wrijvingswarmte tijdens het lasproces verandert het materiaal tijdelijk in een plastisch vervormbaar deegachtig materiaal. Het voordeel van dit proces is dat men door de vrij lage temperatuur een groot deel van de kristalstructuur van het materiaal kan behouden.

Tijdens het wrijvingsroerlassen van aluminium wordt de oxidehuid van aluminium naar buiten gedrukt. Hierdoor kan een goede sterke lasverbinding ontstaan. Doormiddel van wrijvingsroerlassen kan men verschillende materialen aan elkaar verbinden. Het is zelfs mogelijk om ongelijke materialen aan elkaar te verbinden tijdens het wrijvingsroerlassen. Daarbij moet men wel in de gaten houden dat men afhankelijk is van de chemische samenstelling van de toegepaste materialen. Als het ene materiaal sterker of elastischer is dan het andere materiaal heeft dat gevolgen voor de mechanische belastbaarheid van de lasverbinding.

Keyholelassen en druklassen
Het wrijvingsroerlassen behoort tot het druklassen. Daarnaast kan men het lasproces ook vergelijken met het keyholelassen. Bij keyholelassen wordt echter veel meer warmte toegepast dan bij wrijvingsroerlassen. Daarnaast maakt men bij wrijvingsroerlassen geen gebruik van een beschermgas.

Men moet echter net als bij keyholelassen de te lassen werkstukdelen stijf tegen elkaar drukken. Daarbij mag geen opening of lasnaad ontstaan. Men gaat vervolgens met een soort lastoorts met een constante snelheid ronddraaien bovenop het werkstuk. Deze lastoorts kan een verschillende vorm hebben. De vorm van de lastoorts is afhankelijk van de toepassing. De lastoorts kan echter zowel boven als onder op het werkstuk worden gedrukt. Tegelijk is ook mogelijk. In het laatste geval bevat de lastoorts een soort flens die de bovenkant en de onderkant van het werkstuk tijdens het wrijvingslassen volgt.

Deze lastoorts draait niet alleen rond, de lastoorts wordt ook met een constante snelheid over het werkstuk heen verplaatst. Doordat de werkstukdelen stijf tegen elkaar worden gedrukt en bovendien worden verhit door de lastoorts worden de delen van het werkstuk die elkaar raken plastisch vervormbaar. Er ontstaat geen smeltbad maar de raakvlakken van de werkstukdelen worden in een deegachtige vorm in elkaar gekneed. Voor de lastoorts wordt het materiaal deegachtig gemaakt en achter de lastoorts gaat het materiaal stollen. Hierdoor ontstaat een onuitneembare lasverbinding.

Waar wordt wrijvingsroerlassen toegepast?
Wrijvingsroerlassen wordt onder andere in de scheepsbouw toegepast. Daarnaast wordt wrijvingsroerlassen ook in de offshore toegepast. Men kan bij de toepassing dekken aan de bouw van schepen zoals het verbinden van huidplaten aan de spanten. Verder kan men dekpanelen aan elkaar lassen doormiddel van wrijvingsroerlassen. Het lasproces wordt ook in de luchtvaartindustrie gebruikt voor het bevestigen van aluminium vliegtuigdelen.

Verder wordt wrijvingsroerlassen toegepast in de autoindustrie voor bijvoorbeeld motorkappen, deuren en brandstoftanks. Dit zijn slechts enkele voorbeelden. De toepassing van wrijvingsroerlassen is zo breed dat men deze zelfs gebruikt in de ruimtevaart en nucleaire technologie. oerlassen toegepast in de autoindustrie voor bijvoorbeeld motorkappen, deuren en brandstoftanks. Dit zijn slechts enkele voorbeelden. De toepassing van wrijvingsroerlassen is zo breed dat men deze zelfs gebruikt in de ruimtevaart en nucleaire technologie. sroerlassen is zo breed dat men deze zelfs gebruikt in de ruimtevaart en nucleaire technologie.

Wat is keyholelassen of dieplassen en waar wordt dit lasproces voor gebruikt?

Keyholelassen wordt ook wel dieplassen genoemd. Voor deze manier van lassen kan men verschillende lasprocessen gebruiken. Men kan bijvoorbeeld keyholelassen doormiddel van laserlassen, elektonenbundellassen plasmalassen en wrijvingsroerlassen. Tijdens het lassen ontstaat een gat in het werkstuk in de vorm van een sleutelgat. Daar is de naam keyholelassen van afgeleid.

Waar wordt keyholelassen toegepast?
Keyholelassen is een lasproces dat wordt gebruikt voor het lassen van zeer dikke plaat of buis. Doormiddel van keyholelassen kan men een diepe doorlassing maken en is de kans op insluitsels gering. Men kan tot een diepte van enkele centimeters een lasnaad aanbrengen. Als men elektronenbundellassen toepast, dit proces wordt gekort tot EBW van het Engelse Electron Beam Welding, kan men zelfs tot op een diepte van 30 cm een lasnaad aanbrengen. Men kan met keyholelassen ook materialen lassen die voorzien zijn van een beschermlaag zoals gegalvaniseerd staal.

Hoe wordt keyholelassen uitgevoerd?
Men kan keyholelassen met lasmethodes waarbij de energie tot ver in het werkstuk kan doordringen. Bij keyholelassen wordt net als bij de meeste andere lasprocessen een beschermgas toegepast. Voordat men gaat lassen worden de werkstukdelen stijf tegen elkaar aan geklemd. Er mag geen lasnaad ontstaan en geen opening. Er wordt tijdens het keyholelassen geen toevoegmateriaal gebruikt. Men kan daardoor geen openingen opvullen tijdens het lassen. In bepaalde gevallen kan men wel lastoevoegmateriaal gebruiken maar dan zal men de toevoersnelheid en de plaats van de toevoer nauwkeurig moeten bepalen. Deze aspecten zijn namelijk van groot belang voor het lasproces en de kwaliteit van het resultaat.

Men gebruikt tijdens het keyholelassen een energiebundel zoals een elektronenbundel. Deze wordt loodrecht op het werkstuk aangebracht en smelt de beide werkstukdelen aan elkaar vast. Een klein deel van het werkstuk wordt verdampt tot plasma. Dit plasma zorgt voor een gaatje dat door het werkstuk heen ontstaat. Dit gaatje lijkt op een soort sleutelgat waar de naam keyholelassen aan is ontleent.

Er moet tijdens het lasproces voldoende plasma worden gevormd om er voor te zorgen dat de gasdruk van de plasma de oppervlaktespanning van het smeltbad kan weer staan. De plasma zorgt er dus voor dat het keyhole blijft bestaan. De keyhole wordt echter voordurend verplaatst doordat de elektronenbundel zich verplaatst. Aan de voorkant van deze bundel wordt nieuw werkstukmateriaal gesmolten terwijl aan de achterkant van deze bundel het materiaal gaat stollen. Tijdens dit stollen, of uitharden van materiaal, ontstaat een stevige onuitneembare lasverbinding.

Wat is elektronenbundellassen en waar wordt dit lasproces toegepast?

Elektronenbundellassen is een uniek lasproces waarbij gebruik wordt gemaakt van een bundel elektronen. Dit lasproces wordt ook wel afgekort met EBW. Deze afkorting staat voor het Engelse Electron Beam Welding. Het EBW lasproces is ontwikkelt in 1958 door de Duitse natuurkundige Karl-Heinz Steigerwald. Hij had in dat jaar de eerste praktische elektronenbundellasmachine ontworpen en gemaakt.

Hoe wordt elektronenbundellassen uitgevoerd?
Net als elk ander lasproces is ook bij elektronenbundellassen energie nodig. Deze energie wordt bij elektronenbundellassen aan het werkstuk toegevoegd door gebruik te maken van een bundel elektronen in een elektronenkanon. In het elektronenkanon wordt een bundel elektronen vrijgemaakt. De elektronen worden gefocusseerd en daarnaast worden ze versneld. De versnelling van de elektronen is enorm en gaat wel tot de helft van de snelheid van licht. De elektronensnelheid is daardoor 150.000 km per seconde. De elektronen worden door het elektronenkanon op het werkstuk gericht. Als voldoende vermogen wordt gebruikt zal het metaal plaatselijk op de smelttemperatuur worden gebracht en gaan smelten. Als er nog meer vermogen wordt toegevoegd kan het metaal zelfs gaan verdampen. Met elektronenbundellassen kunnen temperaturen worden behaald van 25.000 Kelvin.

Met de bundel elektronen wordt het werkstuk in bestookt. Elektronenbundellassen kan alleen in een vacuüm worden gedaan omdat een elektronenbundel in gas snel zal verstrooien. Dit is niet erg praktisch, daarom wordt elektronenbundellassen in de praktijk nauwelijks gebruikt. Voor het elektronenbundellassen zal een ruimte eerst vacuüm moeten worden gezogen.

Een belangrijk voordeel van deze lasmethode is dat de bundel elektronen goed kan worden gestuurd. In het vacuüm is geen zuurstof aanwezig. Hierdoor ontstaat geen nieuwe oxide op het metaal tijdens het lasproces. Daarnaast kan de aanwezige oxide doormiddel van het lasproces worden verdampt. Dit is vooral praktisch bij het lassen van aluminium. Bij aluminium is de oxidehuid namelijk een stevige beschermlaag die harder is dan het aluminium dat onder de oxidehuid aanwezig is.

Elektronenbundellassen is geschikt voor verschillende plaatdiktes. In werkstukken met dikke platen kunnen smalle lassen worden gemaakt met elektronenbundels. Zo kunnen in platen van 150 mm dik lasnaden worden aangebracht met een breedte van 5 mm. Hierbij wordt gebruik gemaakt van keyhole techniek net als bij laserlassen.

Waar wordt elektronenbundellassen voor gebruikt?
Met elektronenbundellassen kunnen hoogwaardige lassen worden gemaakt. Dit is een belangrijk voordeel van dit lasproces. Dit voordeel is in sommige gevallen belangrijker dan de praktische uitvoerbaarheid van het lasproces. Onder andere bij gasturbines en de vliegtuigbouw moeten zeer hoogwaardige lassen worden aangebracht op kritische onderdelen. Dit is ook het geval bij onderdelen zoals tandwielen en assen en verschillende soorten aandrijvingen. Deze werkstukken moeten gelast worden op een zeer nauwkeurig niveau. Daarom is elektronenbundellassen voor deze werkstukken wel interessant ondanks het feit dat een vacuümruimte gerealiseerd moet worden alvorens men gaat lassen.

Elektronenbundellassen is overigens ook geschikt voor het verbinden van verschillende metaalsoorten aan elkaar. Zo kan men met dit lasproces aluminium aan staal lassen en kan men brons ook aan staal lassen. Verder is het mogelijk om met elektronenbundellassen gewoon koolstofstaal aan roestvast staal te lassen.

De keuze voor een bepaald lasproces is beschreven in een lasmethodebeschrijving LMB of een Welding Procedure Specification WPS. Mochten er onduidelijkheden zijn over het gewenste lasproces dan is het verstandig of zelfs verplicht om een expert op lastechnisch gebied in te schakelen. Dit kan bijvoorbeeld een lasbaas zijn, een Middelbaar Lastechnicus MLT of een International Welding Specialist IWT.