Walsen in de plaatbewerking

Walsen is een techniek die wordt gebruikt voor het vervormen van plaatvormig materiaal. Over het algemeen past men het walsen toe in de plaatbewerking van metaalbedrijven. Bij walsen gebruikt men machines die twee of meer walsrollen bevatten. Doormiddel van walsen kan men dik plaatstaal vlak walsen tot dunnere platen. Men kan zowel warmwalsen als koudwalsen. Dit heeft te maken met de temperatuur van het materiaal.

Als metaal heet is wordt de vloeigrens lager, kortom het materiaal is beter vervormbaar. Koudwalsen heeft echter ook voordelen omdat het materiaal daardoor harder wordt, er treed namelijk versteviging op en dat zorgt voor een andere textuur. Of men gaat koudwalsen of warmwalsen is afhankelijk van de eisen die worden gesteld aan het materiaal en de toepassing waar het materiaal voor wordt gebruikt.

Walsen met quarto-walstuigen
Het gebruik van quarto-walstuigen komt veel voor in de walstechniek. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een machine die twee strekwalsen bevat. Tussen deze strekwalsen wordt de plaat gewalst. Daarnaast zijn er twee grotere steunwalsen aangebracht. Deze grote steunwalsen zorgen er voor dat de krachten die op de strekwalsen inwerken worden opgevangen. Tijdens het walsen ontstaan trillingen deze worden opgevangen door de strekwalsen een aantal millimeters naar voren of naar achteren te zetten. Om de gewenste plaatdikte te krijgen worden meestal meerdere koudwalsen achter elkaar neer gezet. Het kan dus voorkomen dat in een bedrijf 3 tot 5 quarto-walstuigen achter elkaar zijn geplaatst.

Verschillende soorten walsrollen
Er worden verschillende soorten walsrollen gebruikt. De meest bekende walsrollen zijn de gewone cilindrische rollen. Deze worden gebruikt om platen dunner te walsen. Bij veel plaatwerk bedrijven worden deze walsrollen gebruikt. Het is goed mogelijk dat deze platen later nog doormiddel van kanten en of zetten in de gewenste vorm worden gebracht. Ook persen, ponsen en stansen kan voorkomen. Plaat kan echter ook in de gewenste vorm worden gesneden met bijvoorbeeld een watersnijder of lasersnijmachine.

Men kan er ook voor kiezen om rollen te gebruiken die een profiel bevatten. Deze rollen worden ook wel geprofileerde walsrollen genoemd. Deze walsrollen bevatten dus een bepaald profiel hierbij kan men denken aan T profielen of I profielen. Ook buizen kunnen in een bepaalde vorm worden gewalst evenals goten. Zelfs voor de vervaardiging van traanplaat worden profielwalsen gebruikt. Ook profielplaat kan later uiteraard in een andere vorm worden gebracht of bewerkt.

Wat zijn de verschillen tussen koudgevormd, koudgewalst en koudgetrokken staal?

In de metaaltechniek kan gebruik worden gemaakt van verschillende technieken om plaatstaat de gewenste vorm of hardheid te geven. Deze verschillende technieken zijn er niet voor niets. De eisen die aan de kwaliteit van staalprofielen worden gesteld zijn in de praktijk verschillend. Soms is buigzaamheid of elasticiteit belangrijk terwijl voor andere constructies juist de hardheid belangrijk is. Naast het warmwalsen van metalen platen en profielen kan metaal ook koud vervormd worden.

Wat is koudvervormen van staal?
Het koudvervormen van staal is een breed begrip voor verschillende processen waarbij staal zonder voorverwarming in de gewenste vorm wordt gebracht. Koudgevormd staal wordt ook wel blank staal genoemd. Men spreekt van koudgevormde staalprofielen wanneer deze profielen worden gevormd bij een omgevingstemperatuur. De profielen worden niet extra koud gemaakt voordat het proces van koudvormen begint. Wel worden de warmgewalste staalprofielen afgekoeld door bijvoorbeeld water. Koudvervormen is een verzamelnaam voor verschillende processen in de metaal. Hierbij kunnen de staalprofielen in de gewenste vorm worden gewalst en getrokken. Het verschil tussen koud trekken van staal en koud walsen van staal is hieronder beschreven.

Wat is koudtrekken van staal?
Bij het koudtrekken van staal wordt toegepast bij verschillende staalprofielen. Voor stalen platen wordt koudtrekken meestal niet toegepast. Voor ronde staven of vierkante balken kan koudtrekken als bewerkingstechniek echter goed worden toegepast. Door het trekken van staal treed er versteviging op in het staal. Het staalprofiel wordt hierdoor harder en langer. Een nadeel van getrokken staal is dat de elasticiteit en taaiheid van het staal afnemen. Daardoor kan getrokken staal niet goed vervormd of gebogen worden. Doet men dit wel dan is de kans op scheuren en breuk groter dan bij warmgewalst staal. Voor het koudtrekken van staal maakt men gebruik van staal dat eerst warmgewalst is. Het koudtrekken is een extra bewerking. Daardoor is koudgetrokken staal over het algemeen minder goedkoop dan warmgewalst staal.

Wat is koudwalsen van staal?
Koudwalsen van staal word gedaan om dunne maar harde staalplaten de vervaardigen. Hier gaat een proces van warmwalsen van staal aan vooraf. Warmgewalst staal is buigzamer en taaier dan koudgewalst staal. Voor sommige toepassingen is het echter van belang om stalen platen van voldoende hardheid te voorzien. Dit wordt gedaan nadat de warmgewalste platen zijn afgekoeld. De plaat wordt tussen walsen gelegd die de plaat steeds dunner walsen. Hierbij wordt de ruimte tussen de walsen verkleind. Koudwalsen van staal wordt gebruikt voor de vervaardiging van blik voor conservenblikken. Daarnaast wordt het proces ook toegepast voor plaatstaal van oliedrums en auto´s. Koudgewalste platen zijn harder dan warmgewalste platen. Een nadeel is echter dat de platen wel minder taai en elastisch zijn. Dunne koudgewalste platen kunnen daardoor niet vaak verbogen worden omdat dan vermoeiing optreed. Dit wordt ook wel metaalmoeheid genoemd.

Wat is metaalmoeheid en wat zijn de oorzaken van metaalmoeheid?

Metaal kan door langdurige zware belasting of frequente kortdurende belasting bepaalde eigenschappen verliezen die verband houden met de sterkte, elasticiteit en hardheid van metaal. Dit verschijnsel wordt ook wel metaalmoeheid genoemd. Wanneer metaalmoeheid in een staalconstructie optreedt kan het staal door de voortdurende belasting gaan vervormen. Hierdoor worden de  eigenschappen van de staalconstructie minder. Het is belangrijk dat metaalmoeheid in een constructie tijdig wordt geconstateerd. Wanneer dit namelijk niet gebeurd zal metaalmoeheid  de kwaliteit van de constructie steeds verder aantasten. Uiteindelijk kan door metaalmoeheid een deel van de metaalprofielen gaan verbuigen, scheuren of zelfs breken. Metaalmoeheid wordt ook wel vermoeiing van metaal genoemd.

Oorzaken van metaalmoeheid
Metaalmoeheid uit zich pas wanneer de staalconstructie al een tijd in gebruik is genomen en onder belasting is komen te staan. De oorzaak van metaalmoeheid kan liggen in het verkeerd bouwen van een staalconstructie. Bepaalde delen van een staalconstructie kunnen tijdens het bouwen onder spanning komen te staan. Daarnaast kan gebruik zijn gemaakt van beschadigde profielen of van profielen die niet de gewenste sterkte hebben. Voor bijvoorbeeld de bouw van loodsen is het belangrijk dat de staalconstructie op een stevig fundament staat. Wanneer dit niet gebeurd kunnen bepaalde delen van de staalconstructie zwaarder belast worden omdat de constructie kan verzakken.

Een belangrijk deel van de metaalmoeheid kan worden voorkomen tijdens het ontwerpen van de constructie in de tekenkamer. Een constructeur moet bij het ontwerp van een constructie goed rekening houden met de belasting waaraan de constructie in de praktijk komt bloot te staan. Het ontwerp is gebaseerd op een uitgangsbelasting. Stalen liggers worden normaal gesproken in een ontwerp verwerkt op basis van tachtig procent van de verwachte capaciteit. Ook van andere onderdelen van bijvoorbeeld een loods of machine is van te voren de verwachte belasting in kaart gebracht. Metaalmoeheid kan zowel in statische objecten plaatsvinden als in roterende metalen objecten. Bij de ontwikkeling van machines en constructies wordt door de constructeur rekening gehouden met deze belasting.

Wanneer de constructie of machine niet conform de richtlijnen wordt gebouwd is de kans aanwezig dat het metaal onder zwaardere belasting komt te staan dan in het ontwerp is aangegeven. Daarnaast komt het in de praktijk ook voor dat een machine of constructie zwaarder wordt belast dan het oorspronkelijke doel waarvoor het ontworpen werd. Wanneer staal voortdurend maximaal wordt belast of nog zwaarder wordt belast ontstaat er rek in het metaal. Wanneer deze rek te groot wordt ontstaat vervorming. Het materiaal wordt namelijk vermoeit door de voortdurende overbelasting. Vervorming die boven de maximale rekgrens plaatsvind en doorzet zorgt voor blijvende schade aan de constructie wanneer dit niet probaat wordt opgelost. Er wordt in de constructieleer ook wel over vloeigrens gesproken. Deze grens is bijna gelijk aan de rekgrens.

Hoe kan metaalmoeheid worden herkent?
Metaalmoeheid kan worden herkend aan de vervorming van metaal. Deze vervorming kan op verschillende manieren plaatsvinden. Zo kunnen delen van een constructie doorbuigen of gaan scheuren. De manier waarop de vervorming plaatsvind is afhankelijk van het soort metaal of de legering. In de metaalkunde wordt aandacht besteed aan het fenomeen vermoeiing. Er zijn specialisten in de metaalkunde die specifiek geschoold zijn voor het onderzoeken van metaalmoeheid en de gevolgen daarvan. De gegevens die uit deze onderzoeken naar voren komen worden verwerkt in rapporten. Deze informatie is van groot belang voor constructeurs.

Koudgewalst of warmgewalst staal
Er een verschil tussen warmgewalst staal en koudgewalst staal. In een constructie met warm gewalst staal zal de metaalmoeheid geleidelijk optreden. Koudgewalst staal ontstaat wanneer  warmgewalst staal afgekoeld wordt en vervolgens koud wordt  gewalst. Door deze extra bewerking is koudgewalst staal duurder dan warmgewalst staal. Het koudwalsen van staal zorgt er voor dat het metaal harder wordt. Hierdoor neemt de sterkte toe maar de vervormbaarheid af. Wanneer metaalmoeheid optreed bij koudgewalst staal zal er sneller een scheur of breuk ontstaan.

Metaalmoeheid voorkomen
Metaalmoeheid kan voor een groot deel worden voorkomen wanneer de constructeur zich houd aan de eigenschappen van de metaalsoorten en geen constructie ontwerpt die te zwaar belast is of onder normaal gebruik te zwaar belast kan worden. Er kunnen natuurlijk altijd extreme omstandigheden ontstaan waar een constructeur geen rekening mee kan houden. Hierbij kan gedacht worden aan overstromingen, aardbevingen en orkanen. In gebieden waar regelmatig aardbevingen plaatsvinden zorgen constructeurs echter wel voor speciale constructies die een bepaalde elasticiteit hebben. Hierdoor kunnen de gebouwen, bruggen en andere constructies de krachten van een aardbeving redelijk compenseren. Het is natuurlijk de vraag of het gebouw na afloop van de aardbeving nog wel veilig is.

Bij het maken van constructies moeten de monteurs zich houden aan de richtlijnen die op de tekening en beschrijving zijn aangegeven. Desondanks kunnen wel constructiefouten ontstaan. Men kan de tekening niet goed lezen of bepaalde onderdelen van de constructie niet goed aan elkaar bevestigingen. Dit kan gebeuren door uitneembare verbindingen zoals bouten niet voldoende aan te draaien of een las verkeerd te plaatsen. Daarom zijn bedrijven in de staalconstructies tegenwoordig verplicht om hun lasmethodes te beschrijven. Ook de lassers moeten worden gecertificeerd om conform de normen te lassen. Hierdoor kunnen constructiefouten worden voorkomen.