Slotevent 'Verbinden van ongelijksoortige materialen' - Overzicht van recente innovatis in verbinden van ongelijksoortige materialen en van minder gekende las- en/of soldeertechnieken

1. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
1
ONDERZOEK ADVIES OPLEIDING INFOTHEEK
©2015BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-CompanyConfidential
Overzicht van recente innovaties in verbinden van
ongelijksoortige materialen en van minder gekende
las- en/of soldeertechnieken
Fleur Maas
23 maart 2017
31/03/2017

2. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
2
31/03/2017
Inhoud
Korte introductie BIL
Inleiding
Overzicht lasprocessen
Problematiek ongelijksoortige verbindingen
Mogelijke processen voor ongelijksoortige verbindingen
Aantal (nieuwe) varianten van lastechnieken
Boogprocessen
Weerstandslassen
Wrijvingslassen
Discussie/conclusie

3. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
3
Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw
Stichtend lid van de International Institute of Welding (IIW)
Ongeveer 260 leden, in zeer uiteenlopende sectoren
Onafhankelijk kenniscentrum op het gebied van verbinden van materialen,
lasbaarheid en corrosie, ten dienste van:
Bedrijven
Opleidings- en kenniscentra
Scholen
Iedereen die actief bezig is met lassen en verbinden van materialen

4. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
4
ONDERZOEK
BIL - Activititeiten
31/03/2017
Corrosie/
Schade-
analyse
Las
advies
Las
Normen
Onderzoek
Mechanische
beproeving
(specialised)
Opleiding
Leden: metaalbewerking,
constructie, (petro)chemie,
lastoevoegmateriaal,
metaalproductie
Belgische vertegenwoordiging voor
CEN en ISO lasnormen
Opleiding: op maat van de klant en
internationaal erkende opleidingen
(IIW en EWF)

5. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
5
ONDERZOEK
Indeling van lasprocessn
31/03/2017
Maar daarnaast ook
alternatieve
verbindingsprocessen:
Boutverbindingen
Soldeerverbindingen
Mechanisch
(clinchen/rivetteren)
Verbinden door
vervormen (bv krimpen)
Chemisch (lijmen)
Hybride verbindingen

6. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
6
31/03/2017
Problemen bij ongelijksoortige verbindingen
Problemen om een lasverbinding te verkrijgen
Verschil in fysische eigenschappen tussen de 2 te verbinden materialen
Smelttemperatuur
Thermische expansie
Thermische geleidbaarheid
Magnetisch effecten
Eigenschap (relatief) koolstofstaal koper aluminium inox
(austenitisch)
Thermische expansie 1,0 1,4 1,9 1,3
Thermische
geleidbaarheid
1,0 7,8 3,1 0,3
Smelttemperatuur 1,0 0,7 0,4 0,9
Verschil in mechanische eigenschappen
Sterkte

7. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
7
31/03/2017
Problemen bij ongelijksoortige verbindingen
Problemen met de lasverbinding zelf:
Corrosie
Ook afhankelijk van de lasvorm: bv overlapverbinding slechter dan stompe las
Diffusie van bepaalde elementen van basismetaal 1 naar basismetaal 2
(bv koolstof- of koperdiffusie)
Warmscheuren in de las: door de chemische analyse van de las (mix
van toevoegmetaal + basismetaal 1 + basismetaal 2), gecombineerd
met spanningen door lasproces (en/of in service)
Intermetallische verbindingen – kan leiden tot verbrossing aan de
lasovergang

8. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
8
31/03/2017
Selectie lasproces
Smelttemperatuur zeer dicht bij elkaar: (standaard) booglasproces
mogelijk (bv koolstofstaal – inox)
TIG
Halfautomaat
Keuze van toevoegdraad belangrijk: zorg dat er geen lasfouten ontstaan door
opmengen van toevoegdraad met beide basismetalen
Als bovenstaande niet mogelijk is, alternatieven:
Processen met lage warmte inbreng tijdens het lassen
Niet-smeltlasprocessen

9. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
9
31/03/2017
Selectie lasproces – voor ongelijksoortige materialen
Smeltlassen Lassen met lage
opmenging
Verbinding zonder smelt
Halfautomaat (MIG/MAG),
TIG, onder
poederdeklassen
Elektronenbundel,
nieuwere varianten
MIG/MAG
Wrijvings(roer)lassen,
explosielassen, solderen
Basismaterialen moeten
(beide) smelten
Relatief klein volume van
basismateriaal (beide)
smelt
Toevoegmateriaal nodig Kleine hoeveelheid
toevoegmateriaal

10. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
10
31/03/2017
Lastechnieken: halfautomaat (MIG/MAG) en TIG
Standaard MIG/MAG en TIG processen
Problematiek ligt in de keuze van toevoegdraad:
Toevoegmateriaal dat warmscheuren moet voorkomen
Toevoegmateriaal dat een lasmetaal geeft met genoeg ductiliteit
Microstructuur van de las moet stabiel blijven op de gebruikstemperatuur
Verschillen in thermische uitzetting van het lasmetaal en de 2 basismetalen mag niet
tot grote spanningen leiden
Lasmetaal moet ook voldoende corrosieweerstand hebben

11. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
11
31/03/2017
Lastechnieken: halfautomaat (MIG/MAG) en TIG
Standaard MIG/MAG en TIG processen
Austenitisch
rvs
koolstofstaal
Voordeel:
mogelijk om zwart-wit verbindingen te realiseren (koolstofstaal aan
roestvaststaal)
Nadeel:
Niet/zeer moeilijk mogelijk voor andere metaalcombinaties

12. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
12
31/03/2017
Lastechnieken: halfautomaat (MIG/MAG) en TIG
MIG/MAG of TIG solderen
De boog wordt gebruikt om het toevoegmateriaal te doen smelten
Bv aluminium aan staal: toevoeg van aluminium, aan de kant van aluminium
smeltverbinding, aan de kant van het staal krijg je een soldeerverbinding
Bij gebruik van koperlegering toevoegdraad: twee soldeerverbindigen

13. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
13
31/03/2017
Lastechnieken: halfautomaat (MIG/MAG) en TIG
MIG/MAG of TIG solderen
Voordeel:
mogelijk om aluminium – (verzinkt) staal verbindingen te creeeren
geen smelt van het staal – geen vorming van mogelijk verbrossende
intermetallische verbindingen
Nadeel:
Moeilijk om het lasproces genoeg te controleren om goede verbindingen te
krijgen
Duurder toevoegmateriaal
Niet/zeer moeilijk mogelijk voor andere metaalcombinaties

14. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
14
31/03/2017
Lastechnieken: halfautomaat (MIG/MAG)
Kortsluitboogprocessen met draadterugtrekking bij het
herontsteken van de boog
Koud(er) lasproces dan gewone halfautomaat

15. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
15
31/03/2017
Lastechnieken: halfautomaat (MIG/MAG)
Kortsluitboogprocessen met draadterugtrekking bij het herontsteken
van de boog voor andere metaalcombinaties
Staal – aluminium tailored blank
Voordeel:
Materiaalvoergang gebeurt in een bijna stroomloze tooestand
Proces met zeer geringe warmte-inbreng, materiaaloverdracht zonder spatten
Mogelijk om aluminium aan verzinkt staal te lassen
Nadeel:
Niet/zeer moeilijk mogelijk voor andere metaalcombinaties

16. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
16
Kortsluitboogprocessen met draadterugtrekking bij het herontsteken
van de boog – MIG solderen
Toepassing van MIG solderen, maar met de voordelen van het ‘kouder lasproces’
Aluminium aan staal: lasverbinding met aluminium, soldeerverbinding met staal
31/03/2017
Lastechnieken: halfautomaat (MIG/MAG)
Voordeel:
Materiaalvoergang gebeurt in een bijna stroomloze tooestand
Proces met zeer geringe warmte-inbreng, materiaaloverdracht zonder spatten
Mogelijk om aluminium aan verzinkt staal te lassen en andere opties waarschijnlijk
ook mogelijk
Nadeel:
Duurder toevoegmateriaal

17. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
17
MIG solderen met CuSi3 MIG CMT solderen met CuSi3
Kortsluitboogprocessen met draadterugtrekking bij het herontsteken van
de boog – MIG solderen
Direct vergelijk MIG solderen en koud proces MIG solderen
31/03/2017
Lastechnieken: halfautomaat (MIG/MAG)

18. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
18
31/03/2017
Lastechnieken: Boogproces
Stiftlassen met extra element (Arc Element Welding, with auxiliary part)
Voordeel:
mogelijk om twee verschillende materialen te verbinden (zelfs metaal –
composiet)
mobiel proces
Nadeel:
Je moet gat boren in bovenste plaat

19. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
19
31/03/2017
Lastechnieken: Weerstandlassen
Puntlassen (Resistance Spot Welding):
Niet geschikt voor ongelijksoortige materialen, maar wel met
procestape: mogelijk om de lokatie van de warmte in de laszone te
controleren
Voordeel:
Volledig geautomatiseerd proces
Nadeel:
Procestape is een consumable, extra kost
Bepalen lasparameters per conditie

20. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
20
Weerstand Element Lassen (Resistance Element Welding)
VW Passat Al -steel
31/03/2017
Lastechnieken: Weerstandlassen
Voordeel:
mogelijk om twee verschillende materialen te verbinden (zelfs metaal – composiet)
er wordt een echte weerstandslas gemaakt
Nadeel:
je voegt extra materiaal toe “lasniet’ – dit is ook extra gewicht
je moet eerst een gat boren

21. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
21
Wrijvings Element Lassen (Friction Element Welding)
31/03/2017
Lastechnieken: Wrijvingslassen
Aluminium – staal (1,2- 1,5 mm)
Voordeel:
mogelijk om twee verschillende metalen te verbinden
er wordt een wrijvingslas gemaakt, zelfs met materiaal dat in de wrijvingsrivet
wordt opgenomen
Nadeel:
je voegt extra materiaal toe – dit is ook extra gewicht

22. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
22
31/03/2017
Lastechnieken: Wrijvingslassen
Wrijvingspuntlassen (Friction Spot Welding)
Wrijvings punt ‘heropvul’ lassen

23. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
23
31/03/2017
Lastechnieken: Wrijvingslassen
Wrijvingspuntlassen (Friction Spot Welding)
aluminium
koper
Voordeel:
mogelijk om twee verschillende metalen te verbinden
geen toevoeging van extra materiaal
Nadeel:
levensduur van de tool is afhankelijk van de te verbinden materialen

24. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
24
31/03/2017
Lastechnieken: Wrijvingslassen
Wrijvingsroer(spot)lassen (Friction Stir (Spot) Welding)
Mazda

25. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
25
31/03/2017
Lastechnieken: Wrijvingslassen
Wrijvingsroer(spot)lassen (Friction Stir (Spot) Welding)
Cu to brass to aluminium (0,5-0,8mm)
Voordeel:
mogelijk om twee verschillende metalen te verbinden
geen toevoeging van extra materiaal
Nadeel:
Per metaalcombinatie lasparameters + juiste tool vinden
‘stir zone’ waarin de 2 metalen samenkomen kan ook verbrossende
intermetallische verbindingen bevatten

26. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
26
ONDERZOEK
Lastechnieken: metaalcombinaties - resultaten
01/10/2011
Onderzochte metaal combinaties: Aluminium EN-AW5182 (AlMg4, 5Mn0.4) – 2mm
Staal: MS-W1200 (HDT1200M) ZE50/50 -1,5mm
Aluminium: EN-AW1050 (H14/24) -1mm
Koper: Cu-ETP (R240) – 1mm
Hoge sterkte staal: HCT780X ZE50/50 – 1,5mm
Inox: H800 (1,4378) – 1,5mm
Aluminium & Staal Non-ferro & non-ferro HSS & inox
Weerstandslassen procestape Mogelijk Mogelijk Mogelijk
Weerstandselementlassen Mogelijk Mogelijk Mogelijk
Wrijvingselementlassen Mogelijk Mogelijk Niet mogelijk
Wrijvings spot lassen Mogelijk Mogelijk Niet mogelijk
Wrijvingsroerlassen Niet mogelijk Mogelijk Niet mogelijk
Laserlassen Niet mogelijk Niet mogelijk Niet mogelijk
Stiftlassen met element Mogelijk Mogelijk Mogelijk
Elektromagnetisch pulslassen Niet mogelijk Mogelijk Niet mogelijk

27. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
27
ONDERZOEK
Lastechnieken: metaalcombinaties - resultaten
01/10/2011
Sterkte van de verschillende verbindingen, en sterkteverlies na corrosietesten

28. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
28
31/03/2017
Conclusie
Welke techniek beste voor welke combinatie?
Afhankelijk van toepassing (corrosie gevoelig j/n?)
Afhankelijk van de specifieke materiaalcombinatie
Afhankelijk van bestaande productietechnieken
Afhankelijk van mogelijkheden in productdesign (geometrie van de verbinding)
Maar: er is ook veel mogelijk en beschikbaar in de technieken
En: er is al veel kennis aanwezig vanuit vroegere onderzoeksprojecten
Dus: mocht u vragen/pistes hebben die u wil laten bekijken – maar
gebruik van de mogelijkheden van het huidige project!

29. ©2011-BelgischInstituutvoorLastechniekvzw-www.bil-ibs.be
29
OPLEIDING 31/03/2017
Contact
Ir. Fleur Maas, IWE
Directeur
09 292 1402
fleur.maas@bil-ibs.be