Belgisch Instituut voor Lastechniek
Joining your future.

 

Weerstandlassen van non-Ferro legeringen

Laatst gewijzigd: 
20-12-2017

Aanleiding van het project

Het weerstandslassen van non-ferro legeringen (Al-, en daarnaast ook Cu- en Ni-legeringen) kent een aantal hindernissen die de toepassing ervan sterkt beperkt. Zo is de oxidehuid van aluminium een elektrische isolator die varieert met de voorgeschiedenis van het materiaal. Een ander probleem is de (te) goede geleidbaarheid (zowel elektrische als warmtegeleidbaarheid) van het metaal zelf, vooral voor Al en Cu.

De standtijd van de laserelektroden is dan ook meestal veel lager dan voor staal. Er zijn ook weinig gegevens beschikbaar over de weerstandslasbaarheid van non-ferro legeringen (i.h.b. voor projectielassen en voor Ni).

Doel van het project

Nieuwere ontwikkelingen in stroombronnen op basis van hogere frequenties of condensatorontlading om op kortere tijd meer energie te kunnen toevoeren, bieden echter een aantrekkelijk perspectief om ook de moeilijk lasbare materialen op een kwalitatieve manier te weerstandslassen. Aangepaste elektrodematerialen en op te offeren tussenelektrodemateriaal ("lost wire") kunnen de elektrodestandtijd verhogen.

Het gebruik van softwarepakketten was ook een interessant gegeven met het oog op simulatie en benadering van het weerstandslasproces. Dit kan de gebruiker de mogelijkheid geven om op een eenvoudige manier een goed beeld te verkrijgen van het weerstandslasproces.

Ook werden twee aspecten onder de loupe genomen die dikwijls ten onrechte onderschat worden. Enderzijds is er de invloed van de nokgeometrie bij het projectielassen. Er werd nagegaan in welke mate een aanpassing van de projectievorm leidt tot een verbetering van de kwaliteit/verbindingsefficiëntie van de weerstandslasverbinding. Anderzijds zijn er de aandruksystemen die ervoor zorgen dat de laslens tijdens en na het lassen optimaal wordt ondersteund. Daartoe zijn er ontwikkelingen gedaan die toelaten om de aandrukkracht gedurende de volledige lascyclus te laten variëren en zo ervoor kunnen zorgen dat bijvoorbeeld holten bij aluminiumlegeringen sterk gereduceerd worden.

Resultaten

Het weerstandlassen van aluminiumlegeringen wordt geconfronteerd met een aantal problemen die de kwaliteit van de lassen sterk beïnvloeden. Zo beïnvloedt de oxidehuid niet alleen de contactweerstand maar ook de spreiding op de contactweerstand. Daarnaast zorgt de betere plastische vervormbaarheid van aluminiumlegeringen (in vergelijking met staal en zeker bij hogere temperatuur) ervoor dat het verbindingsproces kritischer wordt (vooral bij projectielassen). Immers, wanneer een te grote plastische vervorming optreedt tengevolge van een te hoge laskracht al dan niet in combinatie met de laswarmte, zal op die plaats de contactkracht tussen de te verbinden onderdelen verminderen. De contactweerstand op deze plaatsen is te groot voor het vormen van een laslens. De laslens zal ontstaan waar de combinatie contactweerstand/stroomdichtheid gunstiger is. Over de exacte locatie, de grootte van de laslensdiameter en het feit of er al dan niet een laslens gevormd wordt, heeft men bijgevolg geen zekerheid. Het komt er in deze gevallen dus op aan om de warmte zo snel mogelijk over te dragen aan de te lassen onderdelen en de laskracht zo klein mogelijk te houden, zodat de plastische vervorming beperkt blijft. Hierbij moet men er ook voor zorgen dat de lastijd niet te kort is zodat de laslens de tijd krijgt om voldoende te groeien en dat de laskracht toch voldoende groot is om spatvorming te voorkomen. Het werkingsgebied voor het weerstandlassen van non-ferrolegeringen en aluminiumlegeringen in het bijzonder, is bijgevolg merkelijk kleiner dan bij staalsoorten. Voor sommige (projectielas)toepassingen is het zelfs zo dat de implementatie van een hardwarematig systeem (veersysteem) op de machinetafel of in de laskop een noodzaak is voor het realiseren van een lasverbinding en/of het verbeteren van de bestaande laskwaliteit.

 

Daar bij het puntlassen van verschillende aluminiumlegeringen veelvuldig interne imperfecties werden vastgesteld, werden er proeven uitgevoerd waarbij de invloed van dergelijke imperfecties op de laslenssterkte werd onderzocht. Hiertoe werden interne imperfecties in de laslens gesimuleerd via het boren van gaten in het midden van de laslens. De diameter van deze gaten werd gevarieerd van 1,5 tot 3 mm. De gelaste proefplaten werden vervolgens op trek belast (shear tension tests - langse trekproeven) en vergeleken met trekproeven op ongeboorde proefplaten. Er kon worden vastgesteld dat interne imperfecties weinig of geen nefaste invloed uitoefent op de mechanische eigenschappen van de lasverbindingen.

 

In het kader van dit project werd ook onderzoek uitgevoerd naar de elektrodelevensduur. Hiertoe werden o.a. gemodificeerde elektroden (CuCrZr-elektroden voorzien van een TiC-deklaagje) vergeleken met referentie-elektroden (CuCrZr). Daarnaast werd eveneens de invloed van de oxidehuid op de levensduur van de elektroden bestudeerd. Een opmerkelijk besluit daarbij was dat het gebruik van gemodificeerde elektroden de levensduur ervan met 20-25% verlengt.

De invloed van de oxidehuid op de levensduur van de elektroden is vergelijkbaar als deze van het gebruik van de gemodificeerde elektroden. Een verlenging van de levensduur van ongeveer een 20-25% kon bereikt worden wanneer de oxidehuid (chemisch) verwijderd werd. Wanneer zowel de oxidehuid wordt verwijderd (courante praktijk) en wanneer gebruik gemaakt wordt van gemodificeerde elektroden kan de levensduur van de laselektroden ongeveer verdubbeld worden in vergelijking met de referentie-elektroden waarbij de oxidehuid niet van de platen verwijderd werd.

 

Verder werd ook een lost-wire systeem onderzocht. Bij een dergelijk systeem wordt gebruik gemaakt van een bandelektrode die gepositioneerd wordt tussen de feitelijke laselektrode en het te verlassen oppervlak. Na elke puntlas schuift de band vervolgens een klein stukje op. Op deze manier worden de feitelijke laselektroden beschermd. Een ander bijkomend voordeel van een dergelijk systeem is dat het extra weerstand en dus extra warmte introduceert in de lasopstelling. Dit heeft als gevolg dat er kan gelast worden met een lagere lasstroom. 

Meer informatie