Wat is kortsluiting en hoe ontstaat kortsluiting?

Kortsluiting is een verbinding die opzettelijk of toevallig tot stand is gebracht tussen twee punten die elektrische stroom geleiden en niet geïsoleerd zijn, waardoor de weerstand in de stoomkring wordt gereduceerd en de stroomsterkte toeneemt. De installatiedraden worden door deze verhoogde stroomsterkte steeds warmer tot een ontoelaatbaar niveau is bereikt en de veiligheid van de elektrische installatie in gevaar komt. Kortsluiting kan bedoelt/ gewenst of onbedoeld/ ongewenst zijn.

Gewenste kortsluiting
In de techniek wordt bij verschillende bewerkingsprocessen gebruik gemaakt van kortsluiting. Hierbij kan men denken aan kortsluitbooglassen waarbij kortsluiting wordt veroorzaakt tussen het uiteinde van de elektrode en het smeltbad. Door deze ‘gewenste’ kortsluiting neemt de lasstroom sterk toe. Dit zorgt voor een elektromagnetische veld. Hierbij wordt het lastoevoegmateriaal aan de elektrodepunt ingesnoerd en ontstaat er een druppel gesmolten materiaal dat naar het smeltbad toe wordt geschoten.

Ook bij vonkverspaning en eroderen maakt men gebruik van kortsluiting. Deze kortsluiting ontstaat tussen elektrodes en zorgt er voor dat er delen van het werkstuk oplossen zodat het werkstuk de gewenste vorm krijgt. Zowel bij eroderen als bij kortsluitbooglassen wordt gebruik gemaakt van kortsluiting. Dit kost echter wel zeer veel elektrische energie.

Naast de toepassing voor bewerkingstechnieken wordt kortsluiting ook gebruikt om bepaalde onderdelen of schakelaars in en uit te schakelen. Een trein maakt bijvoorbeeld kortsluiting tussen beide rails. Hierdoor in het beveiligingscircuit een relais afvalt. Dit zorgt er voor dat de trein gedetecteerd wordt.

Ongewenste kortsluiting
In de vorige alinea zijn een aantal voorbeelden genoemd waarbij kortsluiting bewust tot stand wordt gebracht om een bepaalde bewerking uit te voeren. Hierbij wordt doormiddel van een machine of een technische installatie doelbewust een gecontroleerde kortsluiting veroorzaakt. Bij een ongewenste kortsluiting is er juist sprake van een kortsluiting die niet bewust tot stand wordt gebracht. Een ongewenste kortsluiting kan ontstaan door een defect in een elektrische installatie of omdat een elektrische installatie verkeerd is aangelegd. Ook in een machine of apparaat kan kortsluiting ontstaan. Dit houdt in dat door een beschadiging van de isolatie van draden twee polen met elkaar in contact kunnen komen. De fase en de nul kunnen met elkaar in contact raken in bijvoorbeeld een stekkersnoer. Er kan dan een zeer hoge stroom gaan lopen omdat de weerstand heel laag is. Deze hoge stroom kan er voor zorgen dat kunststof delen zoals isolatiemateriaal kunnen gaan smelten. Dit probeert men te voorkomen door een smeltveiligheid aan te brengen.

Wat is Cold Metal Transfer CMT lastechnologie?

Cold Metal Transfer is een Engelse term die in het Nederlands vertaald kan worden met koude metaaloverdracht. Dit is een lastechnologie die in de praktijk meestal wordt afgekort met CMT. Het CMT-proces is ontwikkelt door de Oostenrijkse lasapparatuurfabrikant Fronius. Deze lastechnologie is met name interessant voor bedrijven waar producten worden gemaakt van dunne plaat. Hierbij kan onder andere gedacht worden aan de auto-industrie, de luchtvaart en ruimtevaart. Verder is  Cold Metal Transfer geschikt voor het verbinden van aluminium aan staal. Ook kan aluminium doormiddel van het CMT-proces aan verzinkt staal worden verbonden. Cold Metal Transfer kan worden gebruikt voor lasrobots. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van alle gangbare basismaterialen en toevoegmaterialen.

Verschillen tussen Cold Metal Transfer en kortsluitbooglassen
Cold Metal Transfer verschilt van kortsluitbooglassen. Het kortsluitbooglassen wordt gedaan doormiddel van het MIG/MAG lasproces. Hierbij tikt de elektrode van het lastoestel (de lasdraad) het werkstuk aan. Hierdoor ontstaat kortsluiting en loopt een hele hoge stroom tussen de elektrode en het werkstuk. Hierdoor smelt de lasdraad af, dit is tevens het toevoegmateriaal voor het smeltbad van het lasproces. De kortsluiting wordt verbroken, maar de voortdurende toevoer van nieuwe lasdraad zorgt er voor dat er weer opnieuw een kortsluiting ontstaat. Er ontstaat als het ware een circuit van kortsluitingen. De Engelse term  “Shortcut Circuit” is daardoor toepasselijk.

Bij Cold Metal Transfer is de draadbeweging in de procesregeling geïntegreerd. De overgang van materiaal is vrijwel stroomloos. Het lastoevoegmateriaal wordt op het werkstuk overgebracht zonder dat daar spatten bij vrijkomen. De lasnaden die doormiddel van Cold Metal Transfer worden gemaakt zijn daardoor vrij van lasspetters. Dit zorgt er voor dat er minder tijd besteed hoeft te worden aan de nabewerking van de lasnaden. Daarnaast kan doormiddel van Cold Metal Transfer ook een verbinding worden gemaakt tussen aluminium en staal. Dit is met het MIG/MAG lasproces niet mogelijk. Ook is MIG/MAG lassen vanwege de grote warmte inbreng en het vrij ‘ruige lasproces’ niet geschikt voor hele dunne plaat. Cold Metal Transfer is daarentegen wel geschikt voor dunne plaat. Met CMT kunnen platen van 0,3 mm worden gelast. Daarnaast is CMT ook geschikt voor stompe naadgeometrie zonder smeltbadondersteuning.

Fronius CMT lastoestel
Fronius heeft voor Cold Metal Transfer verschillende nieuwe componenten ontwikkelt. De stroombron die bij dit lasproces wordt gebruikt is een TPS 3200/4000/5000 CMT. Hiermee kan een maximale stroomsterkte worden gerealiseerd van 320, 400 of 500 Ampère. Deze MIG/MAG inverter stroombron is volledig gedigitaliseerd. De aansturing vindt plaats voormiddel van een microprocessor. De aanvoer van lasdraad vindt plaats doormiddel van twee draadaanvoer-units die digitaal geregeld zijn. De voorste draadaanvoer-unit is een een Robacta Drive CMT robotlastoorts. Deze is uitgevoerd met een hoogdynamische AC-servomotor die geen overbrenging bevat. Deze draadaanvoer-unit beweegt de lasdraad maximaal 70 maal per seconde vooruit en achteruit. De achterste draadaanvoer-unit is een VR 7000 CMT. Deze wordt gebruikt voor het aanvoeren van de lasdraad. Daarnaast is het lastoestel voorzien van een draadbuffer. Deze draadbuffer koppelt beide draadaanvoer-units los van elkaar. Daarnaast biedt de draadbuffer extra opslagcapaciteit voor de lasdraad. Hierdoor wordt de lasdraad bijna krachteloos in beweging gebracht tijdens het lassen.

Voordelen van Cold Metal Transfer CMT lastechnologie
Cold Metal Transfer is een unieke lastechnologie waarmee lasprocessen kunnen worden uitgevoerd die met andere lastechnologieën niet mogelijk zijn. Dit zijn echter niet de enige voordelen van CMT. Het CMT lasproces is een relatief ‘koud’ lasproces. Hierdoor zijn verschillende procesgangen overbodig.

Daarnaast ontstaan geen lasspatten in tegenstelling tot bijvoorbeeld kortsluitbooglassen doormiddel van het MIG/MAG lasproces. Dit scheelt tijd in de nabewerking. Daarnaast is de kans op brandwonden door lasspetters uitgesloten. Verder is de hoeveelheid rook die ontstaat tijdens het lassen ook geringer dan bij kortsluitbooglassen het geval is.

Er is ook geen  smeltbad ondersteuning nodig wanneer men dunne plaat last met een stompe lasnaadgeometrie. Daarnaast is Cold Metal Transfer geschikt voor lasrobots en het automatiseren van het lasproces. Dit komt door de goede spleetoverbrugging. Met het CMT-lastoestel kan een lasser ook MIG-pulsbooglassen.

Het rendement van CMT-lassen is hoger dan de meeste andere lasprocessen. De gastoevoer naar de lastoorts is optimaal. Verder is dit lasproces veilig, CMT bevat een CE- markering en een S-teken. Daarnaast is ook de IP 23 beschermingsklasse toegekend aan Cold Metal Transfer van Fronius.

Welke vier varianten zijn er van het MIG/MAG lasproces?

MIG/MAG lassen wordt zeer veel toegepast in de metaaltechniek en de werktuigbouwkunde. Het lasproces wordt ook wel aangeduid met CO2-lassen. Deze benaming is echter onjuist wanneer deze voor beide lasprocessen wordt gehanteerd. MIG/MAG zijn twee afkortingen die meestal bij elkaar worden genoemd. Toch is MIG niet hetzelfde als MAG-lassen. Het verschil tussen deze twee afkortingen wordt duidelijk wanneer men de afkortingen voluit gaat schrijven.

MIG lassen
MIG is een afkorting die staat voor ‘Metal Inert Gas’, dit maakt duidelijk dat men hierbij gebruik maakt van inerte gassen. Deze gassen zijn niet reactief en gaan dus geen reactie aan met de gassen in de lucht die rondom het lasproces aanwezig is. Voorbeelden van inerte gassen zijn Helium en Argon.

MAG lassen
De afkorting MAG staat voor ‘Metal Active Gas’. Deze afkorting maakt duidelijk dat bij MAG lassen wel gebruik wordt gemaakt van een actief gas, dit in tegenstelling tot MIG lassen. Een actief gas reageert wel op de gassen in de omgeving. Meestal wordt bij MAG lassen CO2 gebruikt of een mengsel dat bestaat uit CO2 en Argon. Voordeel van actieve gassen is dat deze gassen goedkoper zijn dan inerte gassen.

Vier verschillende varianten van MIG/Mag lassen
Naast de twee verschillende soorten gassen die worden gebruikt tijdens het MIG/MAG lassen zijn er ook nog vier verschillende varianten die bij het MIG/Mag lassen horen. Deze varianten zijn kortsluitbooglassen, pulserend lassen, lassen met gevulde draad en openbooglassen. Deze varianten zijn hieronder kort toegelicht.

  • Kortsluitbooglassen is een lasproces waarbij de elektrode van het lastoestel het werkstuk aantikt. Door dit aantikken ontstaat kortsluiting tussen het werkstuk en de elektrode. Hierdoor loopt een zeer hoge stroom door de laselektrode. De laselektrode is de lasdraad die op een rol toegevoerd wordt. De hoge stroom zorgt er voor dat de lasdraad afsmelt. Vervolgens wordt de korsluiting afgebroken. De draad wordt echter vanaf de rol voortdurend toegevoerd. Hierdoor ontstaat een circuit aan kortsluitingen. Daarom wordt kortsluitbooglassen in het Engels ook wel “Shortcut Circuit” genoemd.
  • Pulserend lassen is een lasproces waarbij twee verschillen stroomsterktes worden gebruikt. De basisstroom is constant en zorgt er voor dat de lasboog in stand wordt gehouden. Daarnaast is er nog een pulserende stroom. Deze pulsstroom komt over de basisstroom heen. De pulserende stroom zorgt er voor dat het toevoegmateriaal (de toevoegdraad) smelt. Hierdoor smelten er druppels toevoegmateriaal in het smeltbad. Pulserend lassen zorgt voor minder warmte inbreng tijdens het lasproces. Daardoor kan men beter in verschillende lasposities lassen.
  • Lassen met gevulde draad is een lasproces dat ook bij MIG/MAG lassen kan worden toegepast. De draad die wordt toegevoegd tijdens het lassen is, zoals de naam van het lasproces al duidelijk maakt, gevuld. De draad bevat een poeder die er voor zorgt dat er een slak ontstaat op het smeltbad. Een voorbeeld van poeder dat in de gevulde draad wordt toegepast is rutiel. MIG/MAG lassen met een draad die rutiel gevuld is wordt ook wel lassen met ‘rutiel gevulde draad’ genoemd. Lassen met gevulde draad zorgt er voor dat het smeltbad goed wordt beschermd door een slak, dit gebeurd ook met BMBE lassen (lassen met beklede elektrode). Daarom is MIG/MAG lassen met (rutiel) gevulde draad geschikt voor een omgeving waarbij wind en tocht invloed hebben op het lasproces. Uiteraard dient wind en tocht zoveel mogelijk vermeden te worden tijdens het lassen.
  • Openbooglassen kan ook met MIG/MAG lassen worden gedaan. Hierbij worden deeltjes van de elektrodedraad naar het werkstuk gesproeid. Het werkstuk wordt daarbij niet aangeraakt door de elektrode. De boogspanning is veel hoger dan wanneer men met een gesloten boog last en het werkstuk wel raakt met de elektrode. Tijdens lassen met open boog verstuiven kleine druppeltjes van de elektrode en belanden deze in het smeltbad dat tijdens het lasproces ontstaat. Het openbooglassen is een heet lasproces de draadsnelheid is groter dan bij kortsluitbooglassen.

De keuze van de variant van het MIG/MAG lasproces dat men kiest is afhankelijk van verschillende factoren. Tijd en snelheid kunnen belangrijke factoren zijn voor de keuze van een lasproces. Daarnaast is een goede verbinding en een mooie las ook belangrijk. In een lasmethodebeschrijving of Welding Procedure Specification (WPS) is duidelijk aangegeven welke lasmethode toegepast moet worden en welk toevoegmateriaal gebruikt moet worden. Daarnaast hebben de meeste bedrijven ook een Middelbaar Lastechnicus (MLT) of een International Welding Technologist (IWT) die veel kennis heeft van lasprocessen. Zowel de MLT als de IWT kunnen belangrijke informatie verschaffen over lasprocessen. Deze informatie kan de lasser gebruiken om de juiste lasmethode te gebruiken zodat de gewenste kwaliteit wordt geleverd.