Elektromagnetisch puls lassen van koper-staal buis verbindingen voor toepassingen in de electronica &HVAC sector

Transcriptie

1 Elektromagnetisch puls lassen van koper-staal buis verbindingen voor toepassingen in de electronica &HVAC sector Door Irene Kwee en Koen Faes, Belgisch Instituut voor Lastechniek De stijgende eisen op vlak van gewicht en functionaliteit in de industrie leiden tot de noodzaak van het verbinden van ongelijksoortige materialen. Tekortkomingen van de traditionale lastechnieken hebben geleid tot de ontwikkeling van innovatieve verbindingstechnieken, zoals de elektromagnetische puls technologie. Bij deze techniek wordt gebruikt gemaakt wordt van elektromagnetische velden om op een efficiente manier ongelijksoortige materiaalcombinaties te verbinden. Dit resulteert onder meer in een verbeterd lichtgewicht hybride ontwerp met een betere performantie, alsook een positieve impact op het milieu, door onder andere een gereduceerd energieverbruik en een lagere emissie van broeikasgassen. Momenteel loopt aan het Belgisch Instituut voor Lastechniek het Europese H2020 onderzoeksproject Join Em, waar het verbinden van aluminium-koper en koper-staal in buis- en plaatvorm via de elektromagnetische puls technologie centraal staat. Deze ongelijksoortige verbindingen vinden hun toepassingen in verwarming- en koelelementen en elektrische apparatuur in de transport, witgoed, elektronica en HVAC sectoren. Dit artikel geeft een uiteenzetting over de lasbaarheid met behulp van het elektromagnetisch puls lassen van koper aan staal, in buis-staaf en buis-buis verbindingen. 1 Koper-staal buis verbindingen Koper-staal buis verbindingen worden onder meer teruggevonden als onderdeel van een koelcircuit in persluchtdrogers, die gebruikt worden in alle koeltoepassingen in de machinebouwindustrie. Doorheen de koper-staal buisverbinding stroomt een koudemiddel in gas of vloeistofvorm, terwijl de buitenkant blootgesteld is aan een omgevingstemperatuur die kan oplopen tot 45 C. Verder worden koper-staal buisverbindingen gebruikt als inlaatpijpen van persluchtdrogers, waardoor perslucht vloeit dat verzadigd is met waterdampen met een temperatuur van 35 C. Momenteel wordt in het Belgische bedrijf REFCO [1], gespecialiseerd in het mechanisch vervormen en braseren (hardsolderen) van koperen buizen, de koperen buis manueel gebrazeerd aan een koolstofstalen huls met behulp van een acetyleen brander. Voor de buisverbindingen die onderdeel uitmaken van een koelcircuit, wordt de huls vervolgens met een moer bevestigd aan de koelcompressor of aan andere componenten (zie Figuur 1). Voor de buisverbindingen die gebruikt worden als inlaatpijp, wordt het geheel aan een koolstofstalen huls gelast (zie Figuur 2). Het hoofdcriterium waaraan de koper-staal buisverbinding moet voldoen is het verzekeren van de lekdichtheid gedurende de gehele levensduur van de persluchtdroger, die tot 20 jaar bedraagt. Verder is het corroderen van de buisverbinding niet toegelaten. Het gebruik van het elektromagnetisch puls lassen als alternatief voor het braseren, leidt tot een kostenbesparing in het verbinden van ongelijksoortige materialen. Dit is te wijten aan de eliminatie van toevoegmaterialen die nodig zijn voor braseren, alsook het Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 1

2 verkorten van de productiecyclus. Verder wordt een verbetering van de laskwaliteit verwacht, mede door de verhoogde automatisatie. Figuur 1: (a) Onderdelen voor het verbinden van een koperen buis aan een koolstof stalen huls (b) Koper-staal buisverbinding bevestigd aan een koelcompressor, als onderdeel van een koelcircuit Figuur 2: Koperen buis gebraseerd aan een koolstofstalen buis, als inlaatpijp voor een persluchtdroger 2 Nieuwe techniek: elektromagnetisch puls lassen De elektromagnetische puls technologie is een zeer innovatieve geautomatiseerde productietechniek die gebruik maakt van elektromagnetische krachten om werkstukken te vervormen en te lassen. Het basisprincipe van het proces wordt getoond in Figuur 3. Een spoel wordt over de te lassen werkstuk geplaatst, maar maakt er geen contact mee. Tijdens de lascyclus wordt een zeer grote hoeveelheid elektrische energie vrijgegeven in een zeer korte tijd. Sommige systemen kunnen maar liefst 2 miljoen ampères ontladen in slechts 100 microseconden. De hoge energiestroom loopt door de spoel, en deze stroomontlading induceert wervelstromen in het uitwendige werkstuk. Beide stromen induceren een magnetisch veld, die elkaar tegenwerken. De afstoting tussen beide magneetvelden ontwikkelt een kracht, die het uitwendige werkstuk met grote snelheid verplaatst in de richting van het inwendige werkstuk. Dit resulteert in blijvende vervorming, zonder terugveren van het werkstuk. Er bestaan verschillende varianten van het proces: afhankelijk van de opstelling van de spoel en het werkstuk kunnen Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 2

3 buisvormige werkstukken geëxpandeerd of ingedrukt worden of plaatvormige werkstukken aan elkaar verbonden worden. Aangezien enkel het vervormde werkstuk vervaardigd moet zijn uit elektrisch geleidend materiaal, is dit proces geschikt voor het verbinden van gelijksoortige of ongelijksoortige materialen, zoals bv. twee verschillende metalen of tussen metallische en niet-metallische materialen. Figuur 3: Principe van de elektromagnetische puls technologie Specifieke voordelen verbonden aan de elektromagnetische puls technologie maken het mogelijk om snelle en kosten-efficiënte verbindingen tussen ongelijksoortige materialen te bekomen: In vergelijking met conventionele lasprocessen is het magnetisch puls proces een koud proces. Enkel door de wervelstromen en de plastische vervorming warmt het werkstuk op, maar deze temperatuur blijft beperkt tot 50 C. Hierdoor wordt er geen warmte-beïnvloede zone noch thermisch geïnduceerde degradatie gecreëerd, zodanig dat het materiaal zijn eigenschappen niet verliest, Hoge reproduceerbaarheid wegens de nauwkeurige aanpassing van de aangelegde krachten, Hoge productiesnelheid, Ecologisch lasproces aangezien geen warmte, gas, of lasrook geproduceerd wordt. 3 Lasbaarheid van koper-staal buisverbindingen In het kader van het Europese onderzoeksproject H2020 Join Em [2], wordt het elektromagnetisch puls lassen van ongelijksoortige metalen onderzocht meer specifiek het verbinden van aluminium aan koper, koper aan koolstofstaal, en koper aan roestvast staal, en dit zowel in plaat- als buisvorm. De toepassingen van deze ongelijksoortige verbindingen vindt men in terug in verwarming- en koelelementen en elektrische apparatuur in de transport, witgoed, elektronica en HVAC sector. Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 3

4 Dit artikel beschrijft in het bijzonder de lasbaarheid van koperen (Cu-DHP R220) buizen aan koudvervormd koolstofstalen (11SMnPb30+C) staven en buizen. De chemische samenstelling en materiaaleigenschappen worden opgelijst in respectievelijk Tabel 1 & Tabel 2. Tabel 1: Chemische samenstelling van Cu-DHP R220 & 11SMnPb30+C [2],[4] Cu [wt%] P [wt%] Si [wt%] C [wt%] S [wt%] Mn [wt%] Pb [wt%] Cu-DHP R220 99,90 0,015-0, SMnPb30+C - 0,11 0,05 0,14 0,24 0,35 0,90 1,30 0,15 0,35 Tabel 2: Mechanische eigenschappen van Cu-DHP R220 & 11SMnPb30+C [2],[4] Dichtheid [kg/m 3 ] Vloeigrens [MPa] Treksterkte [MPa] Young s modulus [GPa] Rek tot breuk A 50mm [%] Cu-DHP R < SMnPb30+C De configuratie van de werkstukken in de spoel wordt getoond Figuur 4. De overlap is de lengte tussen de spoel en de koperen buis. De vrije lengte is de lengte van de koperen buis die impacteert op de stalen buis/staaf. Samen met de tussenafstand tussen de koperen buis en de stalen buis/staaf bepaalt dit de hoek en de snelheid waarmee de koperen buis op de stalen buis/staaf impacteert. De impacthoek en snelheid bepalen op hun beurt de kwaliteit van de lasverbinding. De koperen buis bezit een buitendiameter van 22,22 mm en een wanddikte van 0,89 mm. De stalen buizen en staven hebben verschillende buitendiameters variërende van 16,44 tot 18,44 mm, om zodoende verschillende tussenafstanden te bekomen. Verder bezitten de stalen buizen 3 verschillende wanddiktes van 1, 2 en 3 mm. Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 4

5 Figuur 4: Configuratie van de koperen en stalen buis in de spoel Verschillende testreeksen werden uitgevoerd, waarin telkens de geometrische configuratie en de lasparameters gevarieerd werden. De buis-buis verbindingen werden bekomen met inwendig stalen buizen met 3 verschillende wanddiktes (1, 2 en 3 mm) zonder gebruik van een inwendige ondersteuning. Vervolgens werden de buis-buisverbindingen met een stalen wanddikte van 1 mm herhaald met gebruik van een inwendige ondersteuning. Deze bestaat uit een polyurethaan holle staaf (Shore hardheid van A 90 5) [5], die met behulp van een bout en moer wordt opgespannen tot de buitendiameter gelijk was aan de binnendiameter van de inwendig stalen buis. De Shore hardheid is een maat voor de weerstand dat een materiaal biedt tegen indentatie. Figuur 5: Dwarsdoorsnede van de koper-staal buis-buis verbinding met een polyurethaan inwendig ondersteuning De laskarakterisatie bestond uit het bepalen van de lekdichtheid door middel van een lektest met lucht tot 8 bar. Vervolgens werden de verbindingen in de langsrichting doorgesneden aan de kant van de spleet van de veldconcentrator en metallografisch geanalyseerd. Het accent lag op de morfologie aan de lasinterface, de laslengte en de vervorming van de inwendige stalen buis. Aangezien de laslengte bepaald wordt aan weerszijden van de dwarsdoorsnede (zowel aan de zijde van de spleet van de veldconcentrator als aan de Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 5

6 tegenoverstelde zijde), wordt een arbitraire parameter gedefinieerd, namelijk de laskwaliteitsindicator (WQI). Deze parameter wordt gedefinieerd als volgt: (L1 + L2) (0,5 (L1 L2)) WQI = A + 1 Hierbij is L1 de laslengte aan de spleet van de veldconcentrator, L2 de laslengte aan de overkant van de spleet van de veldconcentrator en A het aantal keer dat geen las aanwezig is. Deze las kwaliteitsindicator houdt dus rekening met het verschil in laslengte aan beide zijden van de veldconcentrator alsook met de afwezigheid van een las, aangezien de aanwezigheid van beide fenomenen de laskwaliteit bepalen. Om een uniforme vergelijking te maken van de laskwaliteitsindicator, wordt de relatieve laskwaliteitsindicator berekend door de laskwaliteitsindicator te delen door de hoogst behaalde laskwaliteitsindicator. Een eerste vergelijking werd gemaakt tussen de buis-staaf en de buis-buis verbindingen zonder inwendige ondersteuning. Hierbij werd het effect van de wanddikte van de inwendige stalen buis en de lasparameters op de lekdichtheid, de laslengte en de vermindering van de binnendiameter van de inwendige buis bepaald. Bij een tweede vergelijking tussen de buis-buis verbindingen zonder en mét inwendige ondersteuning werd het effect van de inwendige ondersteuning en de lasparameters op dezelfde laskarakteristieken bekeken. 3.1 Staaf-buis en buis-buis verbindingen zonder inwendige ondersteuning Figuur 6 toont een koper-staal buis-staaf verbinding, gelast via elektromagnetisch puls lassen. Een metallografische dwarsdoorsnede van deze verbinding, alsook van de buis-buis verbindingen met de 3 verschillende wanddiktes van de inwendig stalen buis (resp. 1, 2 en 3 mm) wordt geïllustreerd in Figuur 7. De reductie van de binnendiameter van de inwendige stalen buis wordt aangeduid door de gele pijl. Figuur 8a toont een typische metallografische dwarsdoorsnede van een buis-staaf verbinding en details van deze doorsnede zonder (Figuur 8b) en met defecten (Figuur 8b). Afhankelijk van de gebruikte lasparameters worden intermetallische lagen, scheuren en porositeiten geobserveerd aan de lastinterface. Een intermetallische laag met verschillende diktes kan ontstaan op 2 manieren. Een eerste manier is via een vermenging van de 2 materialen in een plastisch-viskeuze toestand, tijdens dewelke sterke plastische vervorming plaatsvindt. Een andere manier is het optreden van een lokale temperatuursverhoging aan de lasinterface wegens de impact van de koperen buis op de stalen buis/staaf, waarna het grensvlak zeer snel afkoelt en de vorming van een intermetallische laag ontstaat. Transversale scheurtjes in de tussenlaag zijn het resultaat van afschuifspanningen die ontstaan zijn tijdens het stollen. Deze afschuifspanningen kunnen ontstaan wegens het verschil in thermische uitzettingscoefficient van het koper en het staal. Daarentegen treden longitudinale scheurtjes op wegens het mogelijke brosse karakter van de intermetallische laag. Porositeiten ontstaan omwille van het smelten en stollen. Figuur 9 toont dat verschillende soorten lasinterfaces aanwezig zijn: (a) een continue lasinterface met een volledige gelaste zone (b) een continue lasinterface met een volledige gelaste zone maar met porositeiten in het centrum, (c) een discontinue lasinterface met een gelaste zone aan het begin en einde en een niet-gelaste zone in het centrum (d) een Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 6

7 discontinue lasinterface met een gelaste zone aan het einde en een niet-gelaste zone in het centrum en in het begin (e) geen gelaste interface. De overgang van een las met een continue lasinterface naar een discontinue lastinterface met niet-gelaste zones vindt plaats wanneer de wanddikte van de inwendige stalen buis vermindert. Figuur 6: Koper-staal buis-staaf verbinding, gelast via elektromagnetisch puls lassen Figuur 7: Metallografisch dwarsdoorsneden; van links naar rechts: buis-staaf en buis-buis verbindingen van een koperen buis met een inwendige stalen buis met wanddiktes gelijk aan 3, 2 en 1 mm (gele pijl duidt de vermindering van de binnendiameter van de inwendige stalen buis aan) Figuur 8: Metallografische dwarsdoorsnede van een koper-staal buis-staaf verbinding en bijbehorende detailopnames zonder en met defecten Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 7

8 Figuur 9: Verschillende lasinterfaces (a) Continu lasinterface met volledig gelaste zone (b) Continu lasinterface met porositeiten in het centrum (c) Discontinu lasinterface met gelaste zone aan het begin en het einde (d) Discontinu lasinterface met gelaste zone aan het einde (e) Geen gelaste verbinding Tabel 3 toont het bereik van de laslengtes en de reductie van de binnendiameter voor lekdichte buis-staaf en buis-buis verbindingen met een wanddikte van 3, 2 en 1 mm van de inwendige buis, zonder inwendige ondersteuning. De grootste laslengtes worden gemeten in de buis-staaf verbindingen. De kleinste reductie van de binnendiameter van de inwendige buis wordt bekomen voor buis-buis verbindingen met een wanddikte van de inwendige buis gelijk aan 3 mm. In het algemeen wordt vastgesteld dat voornamelijk de tussenafstand een rol speelt voor de grootte van de laslengte. Een grotere tussenafstand van 2 mm resulteert meestal in de grootste laslengte, wat aantoont dat er voldoende afstand is waarover de koperen buis kan versnellen. In tegenstelling wordt de reductie van de binnendiameter van de stalen buis bepaald door zowel de tussenafstand als het energieniveau. Een hoger energieniveau en een grotere tussenafstand leiden tot een grotere reductie van de binnendiameter van het stalen binnenstuk. Dit toont aan dat de koperen buis nog niet is vertraagd bij de gegeven tussenafstand en dus nog steeds een verhoogde impactsnelheid heeft. Tabel 3: Bereik van de gemeten laslengtes en reductie van de binnendiameter van de inwendige buis voor lekdichte buis-staaf en buis-buis verbindingen, met wanddikte van de inwendige buis gelijk aan 3, 2 en 1 mm, en zonder inwendige ondersteuning Buis-staaf verbinding Buis-buis verbinding. Wanddikte inwendige buis: 3 mm Buis-buis verbinding. Wanddikte inwendige buis: 2 mm Buis-buis verbinding. Wanddikte inwendige buis: 1 mm Laslengte [mm] 2,3 6,7 1,1 5,6 1,4 4,9 1,1 2,9 Reductie van de binnendiameter van de inwendige buis [mm] 0,9 1,3 2,4 3,0 5,7 7,7 Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 8

9 Figuur 10 illustreert het verloop van relatieve laskwaliteitsindicator als functie van de wanddikte van het stalen binnenstuk, bekomen voor de verschillende energieniveaus en tussenafstanden. De grootste relatieve laskwaliteitsindicator wordt bekomen voor buis-staaf verbindingen, waarna de waarden dalen naarmate de wanddikte van de inwendige stalen buis vermindert. Dit stemt overeen met de metallografische dwarsdoorsnede van de verbindingen, waar een overgang van een continue lasinterface met een volledige gelaste zone naar een lasinterface zonder gelaste zone plaats vindt bij een vermindering van de wanddikte van de stalen inwendige buis (zie Figuur 9). In het bijzonder toont Figuur 11 het effect van de tussenafstand op de relatieve laskwaliteitsindicator: een grotere tussenafstand resulteert doorgaans in een hogere laskwaliteitsindicator voor de buis-staaf en alle buis-buis verbindingen met de 3 verschillende wanddiktes. De oranje punten duiden een discontinue lasinterface aan, dat voornamelijk waargenomen wordt in verbindingen geproduceerd met de kleinste tussenafstand van 1 mm. Dit toont aan dat in dat geval de koperen buis niet voldoende afstand heeft om te versnellen. Figuur 10: Relatieve laskwaliteitsindicator als functie van de wanddikte van het stalen binnenstuk (geen wanddikte duidt aan op een buis-staaf verbinding) Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 9

10 Figuur 11: Relatieve laskwaliteitsindicator als functie van de wanddikte van het stalen binnenstuk en de tussenafstand Figuur 12 toont aan dat naarmate de wanddikte van de inwendige buis vermindert, de procentuele reductie van de binnendiameter van de inwendige buis toeneemt. Bij buis-buis verbindingen met een wanddikte van 1 mm van de inwendige buis treedt zelfs een nietuniforme vervorming op, wat duidt op de noodzaak van het gebruik van een inwendige ondersteuning. In het bijzonder toont Figuur 13 het effect van de tussenafstand op de reductie van de binnendiameter van het inwendige stuk: een grotere tussenafstand van 2 mm resulteert doorgaans in een grotere reductie voor buis-buis verbindingen met wanddikte 2 en 3 mm. Een tussenafstand van 1 en 1,5 mm leidt voor beide verbindingen tot ongeveer dezelfde reductie. Enkel voor buis-buis verbindingen met wanddikte 1 mm leidt een kleinere tussenafstand van 1 mm tot de grootste reductie en een tussenafstand van 1,5 mm tot de kleinste reductie. Dit afwijkende gedrag kan te wijten zijn aan de niet-uniforme vervorming van de buis, waardoor de reductie van de binnendiameter eveneens niet uniform is op verschillende locaties. Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 10

11 Figuur 12: Procentuele reductie van de binnendiameter van het stalen binnenstuk als functie van de wanddikte van het stalen binnenstuk Figuur 13: Procentuele reductie van de binnendiameter van het stalen binnenstuk als functie van de wanddikte van het stalen binnenstuk en de tussenafstand De lekdichtheid van de buis-staaf en de buis-buis verbindingen als functie van de tussenafstand en het energieniveau wordt geïllustreerd in Figuur 14. Een complete lekdichtheid wordt bekomen voor een verbindingen met een grotere tussenafstand, buisbuis verbindingen met een grotere wanddikte en buis-staaf verbindingen. De lekdichtheid is Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 11

12 gerelateerd aan de kwaliteit van de lasinterface, aangezien een discontinue lasinterface resulteert in een matige lekdichtheid. Deze discontinue lasinterface wordt bekomen bij kleinere tussenafstanden en voor stalen binnenstukken met een kleinere wanddikte. Figuur 14: Lekdichtheid voor de buis-staaf en de buis-buis verbindingen met 3 verschillende wanddiktes van het inwendig stalen stuk, als functie van de tussenafstand en het energieniveau 3.2 Buis-buis verbindingen met & zonder inwendinge ondersteuning Figuur 15 toont een koper-staal buis-buis verbinding met een wanddikte van de inwendige buis gelijk aan 1 mm, geproduceerd met een polyurethaan inwendige oversteuning. Een vergroting van de buitendiameter t.o.v. de originale buitendiameter van de stalen buis wordt vastgesteld op 5 mm naast de impactzone van de koperen buis op de stalen buis. Dit is te wijten aan de samendrukking van de polyurethaan ondersteuning die zich vlak onder de impactzone bevindt. Dit heeft als gevolg dat het polyurethaan gedeelte vlak naast de impactzone expandeert, waardoor de buitendiameter van de inwendige buis vergroot. Een opmeting van de minimale, maximale en originale binnendiameter van de inwendige buis met inwendige ondersteuning wordt weerweergegeven in Figuur 16. Figuur 15: Koper-staal buis-buis verbinding met een inwendige ondersteuning, gelast via elektromagnetisch puls lassen Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 12

13 Figuur 16: Verandering van de binnendiameter van de stalen inwendige buis na elektromagnetisch puls lassen Figuur 17 en Figuur 18 illustreren de reductie van de binnendiameter van de inwendige stalen buis als functie van de tussenafstand en het energieniveau voor buis-buis verbindingen met een wanddikte van de inwendige buis gelijk aan 1 mm, geproduceerd met en zonder inwendige ondersteuning. Het gebruik van een inwendig ondersteuning leidt tot een vermindering van de reductie van de binnendiameter met een factor 3,4. Bovendien vertonen de waarden voor de reductie van de binnendiameter van buis-buis verbindingen met een inwendige ondersteuning een kleinere spreiding en zijn ze minder afhankelijk van de tussenafstand en het energieniveau. Het bereik van de reductie van de binnendiameter van buis-buisverbindingen met een inwendige ondersteuning varieert van 1,2 tot 2,2 mm, wat vergelijkbaar is met de waarden bekomen voor buis-buis verbindingen met een wanddikte van de inwendige buis van 2 en 3 mm, zonder inwendige ondersteuning. Lekdichte buis-buis verbindingen met en zonder inwendige ondersteuning, gecombineerd met de kleinste reductie van de binnendiameter, worden behaald bij een tussenafstand van 2 mm en een energieniveau van 18 kj. Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 13

14 Figuur 17: Reductie van de binnendiameter van de inwendige stalen buis voor buis-buis verbindingen met en zonder inwendige ondersteuning, als functie van de tussenafstand Figuur 18: Reductie van de binnendiameter van de inwendige stalen buis voor buis-buis verbindingen met en zonder inwendige ondersteuning, als functie van het energieniveau Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 14

15 Figuur 19 en Figuur 20 geven de relatieve laskwaliteitsindicator weer in functie van de tussenafstand en het energieniveau voor buis-buis verbindingen met en zonder inwendige ondersteuning. Ook in dit geval leidt het gebruik van een inwendig ondersteuning tot een verhoging van de relatieve laskwaliteitsindicator met een factor 3,4. Echter, de waarden voor de relatieve laskwaliteitsindicator van buis-buis verbindingen met een inwendige ondersteuning vertonen een grotere spreiding. Het bereik van de opgemeten laslengtes van buis-buis verbindingen met een inwendige ondersteuning varieert van 1,5 tot 5,7 mm. Lekdichte buis-buis verbindingen met de grootste relatieve laskwaliteitsindicator worden bekomen voor een tussenafstand van 2 mm, in combatie met een energieniveau van 19 kj voor buis-buis verbindingen met inwendige ondersteuning, en met een energieniveau van 18 kj voor buis-buis verbindingen zonder inwendige ondersteuning. Figuur 19: Relatieve laskwaliteitsindicator van de buis-buis verbindingen met en zonder inwendige ondersteuning, als functie van de tussenafstand Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 15

16 Figuur 20: Relatieve laskwaliteitsindicator van de buis-buis verbindingen met en zonder inwendige ondersteuning, als functie van het energieniveau Figuur 21 toont aan dat het gebruik van een inwendige ondersteuning leidt tot een volledige lekdichtheid voor buis-buisverbindingen met een tussenafstand van 2 mm en een energieniveau 19 kj, alsook voor een tussenafstand van 1,0 mm en een energieniveau van 20 kj. Buis-buisverbindingen met diezelfde parameters, maar geproduceerd zonder inwending ondersteuning, vertonen lekken. Figuur 21: Lekdichtheid voor de buis-staafverbindingen en de buis-buisverbindingen met 3 verschillende wanddiktes van de inwendige buis, in functie van de tussenafstand en het energieniveau Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 16

17 4 Samenvatting Uit voorgaande onderzoeksresultaten kan het volgende besloten worden: Voor buis-staaf verbindingen en buis-buis verbindingen zonder inwendige ondersteuning worden de grootste laslengtes behaald bij de grootste tussenafstand en bij een grotere wanddikte van de inwendige buis. De kleinste reductie van de binnendiameter van het inwendige stalen stuk wordt doorgaans bekomen wordt voor het laagste energieniveau, de kleinste tussenafstand en een grotere wanddikte. De tussenafstand speelt een belangrijke rol bij het bepalen van de laskwaliteit: bij de grootste tussenafstand is de koperen buis waarschijnlijk nog steeds in versnelling en heeft dus zijn maximale impactsnelheid nog niet behaald. Dit verklaart alsmede de grootste behaalde laslengtes, alsook de grootste reductie van de binnendiameter van de inwendige stalen buis. Het gebruik van een polyurethaan inwendige ondersteuning voor buis-buis verbindingen met een wanddikte van 1 mm van de inwendige stalen buis leidt tot een vermindering van de reductie van de stalen binnendiameter en verhoging van de laslengtes met een factor 3,4 (in vergelijking met buis-buis verbindingen met een wanddikte van 1 mm van de inwendige buis, zonder inwendige ondersteuning). Verder resulteert de inwendige ondersteuning ook voor bepaalde buis-buis verbindingen in het behalen van een volledige lekdichtheid. De kleinste reductie van de binnendiameter van de inwendige stalen buis treedt op bij een tussenafstand van 2 mm, een energieniveau van 18 kj en een overlap lengte van 8 mm, voor buis-buis verbindingen met en zonder inwendige ondersteuning. De grootste laslengtes wordt behaald bij een tussenafstand van 2 mm, een overlap lengte van 8 mm, gecombineerd met een energieniveau van 18 kj voor buis-buis verbindingen zonder inwendige ondersteuning en een energieniveau van 19 kj voor buis-buis verbindingen met inwendige ondersteuning. 5 Interesse? De resultaten beschreven in dit artikel maken deel uit van het Europees onderzoeksproject Join Em: Dit project heeft financiering ontvangen van Horizon 2020, het kaderprogramma van de Europese Unie voor onderzoek en innovatie, onder subsidieovereenkomst nr. H2020-FoF JOIN EM. Voor meer informatie omtrent de mogelijkheden van de elektromagnetische puls technologie, contacteer: Koen Faes - Koen.Faes@bil-ibs.be Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 17

18 6 Referenties [1] Refco N.V. Online beschikbaar: [2] Project Join Em. Online beschikbaar: [3] Koper Cu-DHP R220. Online beschikbaar: ustrial%20rolled/4_alloys/cu-dhp.pdf [4] Staal 11SMnPB30+C. Online beschikbaar: [5] P+S. Elastomeer diepothan. Online beschikbaar: Belgisch Instituut voor Lastechniek vzw pg. 18