WEERSTANDLASSEN 1

Lasprocessen In tegenstelling tot andere lasprocessen, vereisen de meeste weerstandlasprocessen het aanwenden van een electrodekracht, meer bepaald een drukkracht op het werkstuk. Daarom spreekt men dikwijls over Weerstand Druklasprocessen. In de verdere uiteenzetting, ook al is dit niet volledig correct, spreken we over Weerstandlassen kortweg. Aan de hand van een aantal schematische beelden zullen we een overzicht proberen te geven van de frequent gebruikte weerstandlasprocessen. 2

Overzicht 3

Puntlassen 4

Rolnaadlassen 5

Rolnaadlassen Dwarslas VEHA 6

Projectielassen 7

Voorbeeld lassen tussenschotten

Stuiklassen 9

Afbrandstuiklassen 10

Principe warmte-opwekking Om een laslens te vormen moet het te lassen materiaal in temperatuur kunnen toenemen. De temperatuur die bereikt kan worden volgt volgende formule: ΔT = Q/(m.c) Waarbij ΔT = verschil in temperatuur, Q = warmte, m = te verwarmen materiaalmassa, c = specifieke warmte [J/(kgK)] De warmte opgewekt in het materiaal omwille van het passeren van een electrische stroom: Q = I². R. t Waarbij Q = warmte [J], I = stroom, t = tijd Ons beter bekend als de wet van Joule. 11

Puntlas-cyclus 12

Weerstandlas-machine 13

Weerstanden in het lascircuit Volgens de wet van Joule is er blijkbaar maar één weerstand. In realiteit zijn er vele verschillende weerstanden die een invloed hebben. Bij puntlassen zijn er twee belangrijke types van weerstanden, de materiaalweerstanden en de contactweerstanden. 14

Invloed randvoorwaarden op weerstanden 15

Werkelijk verloop totale weerstand 18

Warmtebalans bij puntlassen 19

Puntlassen praktisch Q( t) t 0 R( t) I 2 ( t) dt F R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 R 7 F 20

Aanbevolen Puntlas-lasparameters De bovenstaande tabel geeft enkel een aantal richtwaarden voor een ruwe basisinstelling van een machine. De fijninstelling dient te gebeuren aan de hand van practische proeven en/of doorgedreven simulaties ter verbetering van de instelling. 21

Veiligheids aanbevelingen Puntlassen is een proces waar grote electrodekrachten aangewend worden, waardoor de uitrusting met de nodige kennis van zaken dient gebruikt te worden. De vooropening tussen de electroden dient steeds zo laag mogelijk ingesteld te worden. Spatten kunnen optreden tijdens het lassen (alhoewel ze uiteraard dienen vermeden te worden). De nodige beschermingsmiddelen dienen gebruikt te worden (veiligheidsbril, handschoenen en een degelijk werkpak). De electrische risico s zijn eerder gering omwille van de lage spanning die in de meeste toepassingen aangewend wordt. (2 tot 20 Volt) 22

Projectielassen Projectielassen van rvs tegen rvs 23

Rolnaadlassen Rolnaadlassen van staalplaat 1mm tegen 1mm 24

Invloed van randvoorwaarden Electroden Geometrie, Materiaal Levensduur Contactoppervlakken Electrisch, Thermisch Mech. Eigenschappen Werkstukken Geometrie, Materiaal Laskwaliteit Machine Electrisch, Mechanisch Eigenschappen Proces Dynamica, Stabiliteit Productiviteit 25

Werkstuk - ontwerp Optimaliseren warmtebalans - Puntlassen Staal 1mm - staal 1mm Staal 1mm - staal 3mm Gelijke warmtebalans Ongelijke warmtebalans 26

Werkstuk - ontwerp Optimaliseren warmtebalans - Projectielassen Projectie hoek: 75 110 Projectie hoogte: 0.5mm 1.0mm 27

Shunt effect Werkstuk - ontwerp Stroomlijnen Geen shunt punt Shunt punt 28

Werkstukken - Materiaal Verschillen in thermische en electrische geleidbaarheid Staal-staal Staal-rvs Messing-rvs 29

Electroden - ontwerp Controle warmtebalans - staal 1mm-staal 3mm Elec. diam.: Ø6 Elec. diam.: Ø6 Elec. diam.: Ø6 Elec. diam.: Ø10 Elec. diam.: Ø10 Elec. diam.: Ø6 30

Electroden - ontwerp Grote electrode levensduur - minimaliseren thermische belasting Electrode hoek: 30 63 31

Electroden - Materiaal Controle warmtebalans - messing 1mm-rvs 1mm Gelijk electrode materiaal Ongelijk electrode materiaal 32

Machine - Electrisch Systeem AC-stroom DC-stroom 33

Machine - Mechanisch Systeem Follow-up probleem Perfecte follow-up 34

Tussenlagen - Contact Weerstanden Zuivere tegen vervuilde platen Lage contactweerstand Hoge contactweerstand cont =40 at 20ºC cont =120 at 20ºC 35

Tussenlagen - Deklagen Staal 1mm-staal 1mm Gegalv. staal 1mm-gegalv. staal 1mm I RMS =10.3kA I RMS =10.3kA I RMS =18.2kA 36

Ontwikkelings Methoden 37

Gereedschappen voor optimalisering van het lassen Normen en aanbevelingen Specifieke dikte en materialen Persoonlijke ervaring en trial-and-error Random en subjectieve selectie van parameters Database en expert systemen Voorspellingen gebaseerd op bewezen lasgegevens Numerische simulatie Creatief (geen beperkingen voor selecteren van parameters) Beter begrijpen van de beïnvloedende parameters 38

Numerische Modellen in SORPAS Mechanisch model Spannings- en rek verdeling Geometrie van werkstukken en electroden, contact omgeving Electrisch model Stroom / spannings verdeling Opwekking van warmte Thermisch model Warmte transport Temperatuurs verdeling Metallurgisch model Temperatuurs afhankelijke materiaaleigenschappen Fase transformaties 39

Koppeling van Numerische Modellen Input Mechanisch model Fully coupled Electr. model Thermisch model & Metallurg. model Nieuwe stap Output 40

Output van SORPAS Parametrische curven Spanning Lasstroom Vermogen Ohmse weerstand Electrode kracht Verplaatsing Animatie van parameters Temperatuur Stroom dichtheid Spanning Mechanische spanning Mechanische rek 41

Verificatie van SORPAS Puntlassen van rvs (2mm) tegen staal (2 mm) 42

Nut van numerische simulatie Bedrijven die het weerstandlassen toepassen de mogelijkheid bieden om: 1. Betrouwbare en objectieve data te verwerven voor ontwerp van weerstandlasmachines, secundaire stroomkringen, keuze en ontwerp van elektroden, ; 2. Geoptimaliseerde lasinstellingen te vinden voor bestaande processen zonder in eindeloos trial and error testwerk te hoeven vervallen; 3. De voordelen van de weerstandlastechniek te leren kennen; 4. Te werken in de zo optimaal mogelijke omstandigheden bij opstart van nieuwe producten; 5. Stukken te lassen met het weerstandlassen die nu bij gebrek aan kennis met minder efficiente (doch meer populaire) lasprocessen gelast worden; 6. Een volledige elektrische en mechanische identificatie te maken van weerstandlasmachines in hun eigen productie-omgeving (in situ); 7. Dynamische opvolg systemen (follow-up) te ontwikkelen; 8. Onderhoud aan weerstandlasmachines een meer predictief karakter te geven; 9. Nieuwe medewerkers beter en sneller vertrouwd maken met het lassen met één van de beschikbare weerstandlas processen. 43

Simulatie gebaseerd op elektr. & mech. karakterisering van machines Mechanische karakterisering = Mechanisch opvolggedrag van een machine Elektrische karakterisering = Elektrisch gedrag van een machine Dient gekend te zijn voor accurate simulaties 44

Mechanische karakterisering Wat is het mechanisch opvolggedrag tijdens het lassen? F F = constante I als t => Opvolggedrag = OK F = niet constant t => Opvolggedrag = NOK F r 45

Slecht opvolggedrag kan leiden tot spatten Nadelen? - verlies van lasmetaal - grotere indrukking na het lassen - kwalitatief slechtere las - storend voor de omgeving 46

Breuktest-mechanisme in de praktijk Op labo-testmachine 47

Meetopstelling voor breektest 48

Breuktest mechanisme in detail 49

Breuktest-mechanisme in de praktijk Op een rolnaadlasmachine 50

Breuktest-mechanisme gemonteerd op een Bihler semi-automatische µ - projectie lasmachine 51

Resultaten van breektesten gemonteerd op een Bihler semi-automatische µ - projectie lasmachine 52

Wat kan er tijdens de breuktest worden opgemeten? - verplaatsing, snelheid van de beweegbare laskop - verplaatsing onderelektrode - aandrukkrachtsverloop 53

Wat kan er tijdens de breuktest worden opgemeten? - verplaatsing, snelheid van de beweegbare laskop - verplaatsing onderelektrode - aandrukkrachtsverloop 55

Typisch snelheids- en aandrukrachtsverloop bij een breuktest Snelheid Aandrukkracht 56

Op basis van de gemeten verplaatsing, snelheid en versnelling van de beweegbare laskop kan : het beweegbare gedeelte theoretisch gemodelleerd worden F * m b b Y( t) * exp t t 1 2 b m m de drukval tijdens het lassen worden berekend F => massa m en dempingfactor b gekend F => Drukval F gekend t 57

Weerstandlassen: processimulatie op basis van elektrische en mechanische machine karakterisering Mechanische karakterisering = Mechanisch opvolggedrag van een machine Elektrische karakterisering = Elektrisch gedrag van een machine Dient gekend te zijn voor accurate simulaties 58

Elektrische karakterisering van een weerstandlasstroombron (>1500A) = het kennen van de U-I-karakteristieken van de stroombron van een weerstandlasmachine Doel? indien de elektrische karakteristiek gekend is, is de uitwisselbaarheid van lasparameters van de ene machine naar de andere mogelijk. Hoe opmeten? De stroom wordt op een vaste waarde ingesteld De belasting van de stroombron wordt van oneindig (nullast) tot (bijna) nul (kortsluiting) discreet gevarieerd. Procedure wordt herhaald voor andere stromen 59

Variabele belasting in de praktijk Aanspanmoment M = constant Koperen contactblok bovenelektrode Staven uit Hasteloy 276C isolator Koperen contactblok onderelektrode Verbindingstuk Handvat 60

I Hoe is de belasting regelbaar? F I R Tot klein, belasting groot F R Tot groot, belasting klein 61

De primaire U-I -karakteristieken van onze AWL labo weerstandlasmachine 62

De primaire vermogen-karakteristieken van onze AWL labo weerstandlasmachine 63

De secundaire U-I-karakteristieken van onze AWL labo weerstandlasmachine 64

De secundaire vermogen-karakteristieken van onze AWL labo weerstandlasmachine 65

Weerstandlassen: processimulatie op basis van elektrische en mechanische machine karakterisering Mechanische karakterisering = Mechanisch opvolggedrag van een machine Elektrische karakterisering = Elektrisch gedrag van een machine Dient gekend te zijn voor accurate simulaties 66

Welke parameters kunnen we tijdens het lassen opmeten? - verplaatsing, snelheid van de beweegbare laskop - verplaatsing onderelektrode - aandrukkrachtsverloop - Stroomverloop - Spanningsverloop 67

Meting tijdens het lassen op een Bihler semi-automatische µ - projectie lasmachine 68

Vergelijking tussen Machines Bihler semi-automatic; prototype; productie µ - projectie lasmachines Machine Production Prototype Semi - aut Type Proj Proj Proj Power [kva] 130 70 130 Current pk [ka] 10,5 12,5 11,1 Current RMS 8,1 9,7 7,9 Voltage pk [V] 2,5 2,5 4,5 Voltage RMS 1,8 1,8 2,9 Freq [Hz] DC DC DC Force [dan Kg] 160 45 90 Weld time [ms] 10 6 9 Displacement 0,19 0,19 0,08 Fracture data Max Acc [mm/s 2 ] 426000 390000 272000 Max Spd [mm/s] 453 440 475 69

In Situ Meting op een zware projectie lasmachine met Rubberveren opvolg systeem 70

In Situ Meting op zware projectie lasmachine met opvolgsysteem Resultaten van breektesten met opvolging 71

In Situ Meting op zware projectielasmachine met opvolgsysteem Resultaten van metingen tijdens het lassen 72

Dank voor uw aandacht!!! 73