Kun je brons of een bronslegering lassen?

Brons is een legering die bestaat uit koper en tin. Het grootste bestandsdeel van deze legering is koper aangevuld met een tingehalte van ongeveer 10 tot 30%. Een gietlegering van brons in combinatie met tin wordt aangeduid als: G Cu Sn 14. Hierbij staat de letter ‘G’ voor het feit dat het om een gietlegering gaat. De letters ‘Cu’ is het scheikundig symbool voor koper, in het Latijns Cuprum, atoomnummer 29. De letters ‘Sn’ vormen het scheikundige symbool van tin, in het Latijns ‘stannum’, atoomnummer 50.

De gietlegering heeft achter de letters ‘Sn’ het getal ‘14’ staan. Dit getal duidt het percentage tin aan ten opzichte van het koper. Omdat koper het eerste wordt genoemd in de legeringssamenstelling is dit het grootste bestandsdeel van de legering. Brons bestaat dus voor het grootste gedeelte uit koper aangevuld met een klein percentage tin.

Waarom wordt tin aan koper toegevoegd?
Tin wordt om verschillende redenen gelegeerd met koper. Koper is een vrij zacht materiaal door de toepassing van tin wordt het de legering met koper ongeveer twee keer zo hard. Daarnaast zorgt tin er voor dat het smeltpunt van de legering lager wordt. Hoe meer tin wordt toegevoegd hoe lager het smeltpunt. Gemiddeld ligt het smeltpunt van brons rond de 950°C (bij een legering van 85% koper en 15% tin) terwijl koper een smeltpunt heeft van 1083°C.

Tin zorgt er verder voor dat koper minder gassen opneemt zodat er tijdens het stollen minder luchtinsluitsels ontstaan. Daarnaast zorgt tin er in combinatie met koper voor dat er minder krimp optreed tijdens het afkoelen. Verder zorgt tin er voor dat de verhitte legeringsmassa een betere vloeibaarheid heeft waardoor de massa beter gegoten kan worden in verschillende vormen.

De lasbaarheid van brons
De toevoeging van tin zorgt voor belangrijke positieve eigenschappen van brons. Een nadeel van tin is echter dat dit metaal een ongunstige invloed heeft op een lasproces. Wanneer brons eenmaal is uitgehard is het materiaal taai en goed bestand tegen corrosie. Er ontstaat echter wel een oxidehuid die het materiaal beschermd tegen invloeden van buitenaf. Tin oxideert echter makkelijker dan koper en daardoor kan tinoxide tijdens het lassen in de las worden ingesloten. Dit is nadelig voor de sterkte van de las.

Verder zorgt tin er voor dat de gevoeligheid voor warmtescheuren met ongeveer 10 procent toeneemt. Omdat tijdens het lassen veel warmte wordt ingebracht om een smeltbad te creëren kunnen warmtescheuren ontstaan rondom het verwarmde metaal en het afgekoelde metaal.

Koper heeft echter ook nadelen die de lasbaarheid ongunstig beïnvloeden. Koper geleid warmte namelijk zeer goed dit warmtegeleidingsvermogen zorgt er voor dat de warmte ook snel weer wordt afgevoerd waardoor bindfouten kunnen ontstaan tijdens het lassen.

Ondanks deze nadelen kan men brons wel lassen. Men zal de eigenschappen van de legering echter wel goed in acht moeten nemen bij de keuzen van het lasproces.

Welke lasprocessen kan men gebruiken om brons te lassen?
Voor het lassen van brons kunnen verschillende lasmethodes worden gehanteerd. Over het algemeen past men MIG lassen en TIG lassen toe. Hierbij wordt gebruik gemaakt van inerte beschermgassen. Dit zijn gassen die geen reactie aangaan met zuurstof en andere stoffen in de omgeving. Door de toepassing van inerte gassen wordt de kans op de ontwikkeling van oxide tijdens het lasproces verkleind. Het beschermgas dat tijdens brons lassen over het algemeen worden gebruikt is argon of een combinatie van argon en helium. Naast MIG en TIG lassen kan ook elektrodelassen worden toegepast maar dit gebeurd bijna nooit.

Lasdraad voor brons lassen
Het lassen van brons vereist niet alleen een speciale lasmethode en beschermgas, ook aan de lasdraad van brons worden eisen gesteld. Deze lasdraad moet namelijk passen bij het materiaal dat gelast moet worden. Brons bestaat hoofdzakelijk uit koper en tin. Daarom wordt bij het lassen van brons speciaal brons lasdraad toegepast. Er zijn die varianten brons lasdraad:

  • CuSn,
  • CuSn6
  • CuSn12

De legering CuSn12 wordt over het algemeen gebruikt bij het verrichten van laswerkzaamheden aan bronzen producten die zijn gegoten. Dit komt omdat deze legeringen over het algemeen een percentage van ongeveer 12 procent tin bevatten. De overige twee lasdraden worden gebruikt bij het lassen van koper en lagerbrons. Hierbij zorgt tin als element in de samenstelling voor gunstiger mechanische waarden zoals loop eigenschappen en een beter vloei van de las tijdens het lasproces.

Wat zijn hoofdgroepmetalen en welke elementen behoren bij deze categorie?

Hoofdgroepmetalen zijn elementen waarbij een p-orbitaal het laatst toegevoegde elektron bevat. Hoofdgroepmetalen zijn de zwaardere elementen van de boorgroep, de stikstofgroep en de koolstofgroep. Door de aanduiding hoofdgroepmetalen worden deze elementen onderscheiden van overgangsmetalen, de actiniden en de lanthaniden. Men kan het begrip hoofdgroepmetalen ook breder bekijken door bijvoorbeeld ook elementen waarbij het elektron ook in een s-orbitaal geplaatst mag zijn tot de hoofdgroepmetalen te rekenen. In dat geval worden de aardalkalimetalen en de alkalimetalen ook tot gerekend tot de hoofdgroepmetalen.

Periodiek systeem der elementen
De indeling van hoofdgroepmetalen kan verschillen. Voor de verduidelijking wordt een tabel gehanteerd. Hoofdgroepmetalen staan in het ‘periodiek systeem der elementen’. Dit  is een tabel waarin alle scheikundige elementen systematisch zijn weergegeven. Door deze systematische weergave kunnen de fysische en chemische eigenschappen van elementen in kaart worden gebracht. Het is door deze tabel zelfs mogelijk om te voorspellen welke chemische en fysische eigenschappen elementen hebben. Het periodiek systeem der elementen wordt ook wel de tabel van Mendelejev genoemd. Dmitri Ivanovitsj Mendelejev was een Russische scheikundige en hij wordt gezien als de grondlegger van het periodiek systeem dat vandaag de dag wordt gebruikt. In het periodiek systeem staan alle bekende elementen op volgorde van atoomnummer. Deze indeling is zodanig dat alle elementen uit dezelfde periode naast elkaar gerangschikt zijn en elementen uit dezelfde groep boven elkaar staan. Ook elementen uit hetzelfde blok en uit dezelfde reeks staan in de buurt van elkaar in het periodiek systeem der elementen.

Eigenschappen van hoofdgroepmetalen
Hoofdgroepmetalen hebben eigenschappen met elkaar gemeen. Een belangrijke eigenschap van hoofdgroepmetalen is dat het metallieke geleiders zijn. De band waarin deze metallieke geleiding plaats vindt bestaat voornamelijk uit p- of s-golffuncties. De geleiding bestaat niet uit d- of f-functies. De p- en s-banden hebben een grotere overlap en zijn breder. Hierdoor benaderen de elektronen meer het ideaal van een vrij elektronengas. Verder is de chemie van hoofdgroepmetalen eenvoudiger. Dit komt omdat er minder oxidatietoestanden zijn die met elkaar kunnen concurreren. Omdat er minder concurrerende oxidatietoestanden zijn kan een betere geleiding plaatsvinden.

Zwaardere elementen kunnen wel te maken krijgen met het optreden van inertie in de s-orbitaal. De ionlading die het meest voorkomt wordt twee lager dan het groepsnummer. De ionen bevatten meestal geen kleur in tegenstelling tot de d- en f-metalen.

Welke hoofdgroepmetalen zijn er?
De indeling van elementen in de categorie hoofdgroepmetalen kan verschillen. Over het algemeen worden de volgende metalen tot de hoofdgroepmetalen gerekend:

  • Aluminium, symbool Al en atoomnummer 13
  • Gallium, symbool Ga en atoomnummer 31.
  • Indium, symbool In en atoomnummer 49.
  • Thallium, symbool Tl en atoomnummer 81.
  • Tin, symbool Sn en atoomnummer 50.
  • Lood, symbool Pb en atoomnummer 82.

Wat is soldeer en waarvoor wordt soldeertin gebruikt?

Soldeertin wordt gebruikt als toevoegmateriaal bij solderen. Soldeertin wordt ook wel soldeer genoemd. Soldeertin is een legering van metalen. De samenstelling van de legering kan verschillen en heeft onder andere te maken met de smelttemperatuur van de bestandsdelen van de legering. Voor het solderen van elektronica wordt meestal een andere legering toegepast dan wanneer metalen plaatjes aan elkaar vast gesoldeerd moeten worden. Wanneer we het voorbeeld nemen van elektronica dan werd vaak een soldeerlegering gebruikt van 62% tin, 37% lood en 1% koper. In de praktijk komen ook legeringen van soldeer voor die smeltbaar moeten zijn bij lage temperaturen. Hiervoor wordt ook wel de verhouding 51% tin, 31% lood en 18% cadmium gebruikt. Bij de meeste soldeerlegeringen waren de twee grootste bestandsdelen tin en lood. Wanneer soldeertin echter wordt gebruikt voor het maken van bevestigingen in waterleidingen mag geen lood worden gebruikt. Lood is namelijk giftig. Vanaf juli 2006 moeten de meeste soldeerlegering voor elektronica ook volgens de  RoHS-richtlijn vrij zijn van lood in Europa.

Eutecticum
Wanneer een soldeerlegering over één smeltpunt moet beschikken wordt dat wel een eutecticum genoemd. Een eutecticum is een legering die bestaat uit een aantal metalen die gecombineerd een lager smeltpunt hebben dan de metalen afzonderlijk. Een dergelijke legering heeft geen smelttraject.

Solderen in elektronica
Solderen wordt veel toegepast in de elektronica bijvoorbeeld bij het solderen van componenten op een printplaat. Daarnaast worden in de elektronica ook andere elektrische verbindingen gemaakt doormiddel van solderen. Deze verbindingen moeten over voldoende stevigheid beschikken maar dat is niet de belangrijkste eigenschap waarop wordt gelet. Solderen wordt vaak gebruikt om verbindingen tot stand te brengen die naast stevig ook goed geleiden. Deze elektrische eigenschappen zijn erg belangrijk voor een goede geleiding van de elektronen. De elektrische geleiding is het belangrijkste aspect voor het verbinden van componenten en andere onderdelen in de elektronica. Soldeer heeft zoals eerder genoemd een speciale samenstelling wanneer deze in elektronica wordt gebruikt. Hoewel de samenstelling specifiek op elektronica is aangepast is soldeer nooit een hele sterke verbinding. Een zware belasting van de gesoldeerde onderdelen moet worden voorkomen.

Wat is een soldeerbout en waarvoor wordt en soldeerbout gebruikt?

Een soldeerbout wordt gebruikt voor het solderen van materialen. Wanneer mens soldeert worden twee metalen delen van een werkstuk met elkaar verbonden doormiddel van een door warmte gesmolten metaalsoort. De metalen onderdelen van het werkstuk die met elkaar verbonden moeten worden zullen eerst, op de plaats waar de verbinding tot stand moet worden gebracht, moeten worden verwarmd. Wanneer deze verbindingsplaatsen zijn verwarmd wordt het soldeer als verbindingsmateriaal toegevoegd. Dit soldeer bestaat uit metaal of een legering van metalen die een lager smeltpunt hebben dan de werkstukonderdelen die aan elkaar bevestigd moeten worden. Door dit lagere smeltpunt smelt het soldeer eerder dan de onderdelen van het werkstuk. Voor het verwarmen van de onderdelen van het werkstuk die aan elkaar verbonden moeten worden en het laten smelten van het soldeer maakt men gebruik van een specifiek gereedschap, de soldeerbout.

Wat is een soldeerbout?
Een soldeerbout brengt de onderdelen van het werkstuk die aan elkaar bevestigd moeten lokaal op dezelfde temperatuur als het soldeer dat toegevoegd wordt. Hierdoor kunnen het soldeer en de onderdelen van het werkstuk samengevoegd worden tot één geheel. De warmte die de soldeerbout hiervoor gebruikt is indirecte warmte. De soldeerbout neemt eerst warmte op en brengt daarmee zowel de werkstukonderdelen als het soldeer op de juiste temperatuur.

Voor dit proces is het belangrijk dat de soldeerbout snel veel warmte kan opnemen. Daarnaast moet de soldeerbout ook snel weer warmte af kunnen staan aan het materiaal dat bevestigd moet worden. Een soldeerbout moet dus goed warmte kunnen geleiden. Een veel gebruikt materiaal voor soldeerbouten is koper. Vroeger werd een soldeerbout doormiddel van een vlam verwarmt. Hiervoor werd meestal een gasvlam gebruikt. Tegenwoordig is het effectiever en veiliger om gebruik te maken van elektriciteit. Daarom zijn de meeste soldeerbouten die nu gebruikt worden elektrische soldeerbouten.

Elektrische soldeerbout
Een elektrische soldeerbout heeft grote voordelen. Er hoeft geen gebruik te worden gemaakt van brandbaar gas. Hierdoor is de kans op brand kleiner. Toch moet er ook met een elektrisch soldeerbout voorzichtig worden omgegaan. Een elektrische soldeerbout kan net als een soldeerbout waarbij gebruik wordt gemaakt van een gasvlam, erg heet worden. Een elektrische soldeerbout kan direct op het elektriciteitsnet worden aangesloten. Een soldeerbout die gebruik maakt van elektriciteit om op de juiste temperatuur te komen bestaat uit een ingebouwd verwarmingselement. Dit verwarmingselement verwarmt een koperen bout (vandaar de naam soldeerbout). De koperen bout neemt de warmte op en staat deze warmte vervolgens weer af. De koperen bout  kan worden gebruikt om de bevestigingsonderdelen van een werkstuk te verwarmen en om het toevoegmateriaal (soldeer) te laten smelten. Wanneer er gebruik wordt gemaakt van een elektrisch soldeerstation kan de temperatuur naar wens worden ingesteld. Hierdoor blijft de temperatuur constant tijdens het solderen.

Soldeerbout beschermen tegen oxideren
Koper heeft als voordeel dat het uitstekend geleid en goed warmte opneemt en afstand. Een nadeel van koper is dat het materiaal oxideert. Hoewel dit in sommige gevallen (bijvoorbeeld voor dakbedekking)een fraaie aanblik geeft is het oxideren bij het solderen niet gewenst. Daarom wordt het koper van de soldeerbout voorzien van een dun laagje tin. Het vertinnen van de soldeerbout gebeurt doormiddel van warmte. De soldeerbout moet op de juiste temperatuur worden gebracht. De punt van de soldeerbout moet goed schoon worden gemaakt. Hiervoor kan een vijl worden gebruikt. Wanneer de punt goed schoon is gemaakt wordt deze ingestreken met soldeervloeimiddel. Nadat dit is gebeurd wordt er een dun laagje soldeermateriaal (soldeertin) over de soldeerbout heen gestreken. De tinlaag moet gelijkmatig over de soldeerkop heen worden aangebracht. Wanneer dit is gedaan is het belangrijk dat deze laag er niet vanaf brand. Wanneer dit namelijk gebeurd moet er een nieuwe tinlaag worden aangebracht.

Verschillende boutkoppen
Een soldeerbout bevat een kop die verschillende vormen kan hebben. Hierdoor kan een soldeerbout zowel voor iets grotere oppervlaktes worden gebruikt als voor kleinere oppervlakten voor zeer nauwkeurig soldeerwerk. Het spreekt voor zich dat men de soldeerbout van de juiste soldeerkop moet voorzien voor de aanvang van de werkzaamheden. Wanneer men eenmaal de soldeerbout op temperatuur heeft gebracht zal men moeten wachten tot deze is afgekoeld om brandwonden te voorkomen. Een soldeerkop kan de vorm hebben van een punt voor het nauwkeurig soldeerwerk. Voor het grovere werk wordt vaak een soldeerbout gebruikt die hamervormig is of wordt een grote boutkop gebruikt die taps afloopt.

Wanneer spreek je van blik en waarvoor wordt blik gebruikt?

In de volksmond wordt regelmatig de term ‘blik’ gebruikt wanneer men het heeft over dun metaal in bijvoorbeeld verpakkingsmateriaal (conservenblik) of in de auto-industrie (blikschade). Blik is gewalst plaatstaal van geringe dikte. De dikte van blik is ligt onder een millimeter. Blik is gewalst om het sterker te maken. Vroeger werd dunne plaat doormiddel van een hamer tot de gewenste dikte geslagen. Dit was een zeer tijdrovende bewerking. Tegenwoordig wordt er gebruik gemaakt van grote mechanische walsmachines. Hierdoor kan sneller en nauwkeuriger worden gewerkt. Door de mechanische walsen kan blik sneller en goedkoper worden geproduceerd en kan het wegens de lage kostprijs op veel verschillende manieren worden toegepast.

Blik beschermen tegen corrosie
Blik zal zonder extra behandeling gaan roesten wanneer het in contact komt met zuurstof en water. Blik bestaat voor een groot deel uit ijzer (ferro) en is daardoor vanuit het product zelf niet bestand tegen corrosie. Soms wordt er op blik een speciale laag aangebracht om de ontwikkeling van roest tegen te houden. Vroeger werd daarvoor tin gebruikt. De toepassing van tin is nog terug te vinden in het Engelse woord voor conservenblik: ‘tin can’. Tin werd vroeger aangebracht op blik door blik in een bad gesmolten tin onder te dompelen. Tegenwoordig wordt op blik vaak een kunststof toegepast die op epoxy is gebaseerd. Door deze technieken is blik ook geschikt voor de voedingsmiddelenindustrie.

Toepassing van blik
Een bekende toepassing van blik in het dagelijks leven is het conservenblik. Blik wordt gebruikt om verschillende soorten voedsel te beschermen tegen bederf. Daarnaast wordt blik ook gebruikt in bijvoorbeeld frisdrankblikjes. De coating die op het blik is aangebracht kan verschillen. Wanneer er zure levensmiddelen in blik worden geconserveerd wordt een speciale coating toegepast die goed bestand is tegen de destructieve inwerking van zuren. De inhoud in een conservenblik zorgt er tevens voor dat het blik een bepaalde stevigheid krijgt. De bodem, de top en de wanden van conservenblikken en frisdrankblikken verschillen maar zijn echter allemaal ruim onder de halve millimeter. Dit is echter zo dun dat het blik wel goed gewalst moet worden om het deze sterkte te geven. Tegenwoordig wordt voor het verpakken van frisdrankblikjes ook wel een aluminiumlegering gebruikt die op de juiste dikte gewalst wordt. Daarnaast worden ook opbergblikken en opbergboxen tegenwoordig nog van blik gemaakt. Voordat er kunststoffen werden gebruikt in de Nederlandse productie-industrie werd blik veel meer toegepast in huishoudelijke artikelen en speelgoed. Blik wordt tegenwoordig ook steeds meer vervangen door kunststoffen in de automotive. Kunststoffen zijn vaak lichter en goedkoper te produceren. Daarnaast is kunststof nog beter vervormbaar en kan kunststof niet roesten. Hierdoor is kunststof een grote concurrent voor de beplating van auto’s en andere voertuigen.