Punt- en naadlassen begrijpen: technieken, toepassingen en apparatuur

Weerstandspuntlassen (RSW): procesoverzicht

Weerstandspuntlassen is een proces waarbij de aaneengesloten oppervlakken van een lapverbinding worden verbonden door druk en warmte toe te passen die wordt gegenereerd door elektrische weerstand. De gegenereerde warmte wordt geconcentreerd op de lasplaats door de tegenoverliggende elektroden, die worden vervaardigd uit een koperlegering of een koper-wolfraamcombinatie: koperlegeringen worden veel gebruikt vanwege hun hoge mate van geleidbaarheid, terwijl koper-wolfraamcombinaties een betere weerstand bieden tegen slijtage en slijten in die toepassingen die als veeleisend worden beschouwd.

Elektroden bepalen in principe de kwaliteit en grootte van de las. Hoewel een ronde vorm aan de punt van een elektrode de meest gebruikte vorm is, zijn er andere ontwerpen, zoals hexagonale en vierkante punten, ontwikkeld voor speciale doeleinden. Andere elektroden hebben interne waterkoelkanalen die helpen om hun verhitting tijdens het lassen te verminderen, waardoor hun levensduur wordt verlengd.

De brede toepassingen van Resistance Spot Welding zijn te vinden in industrieën zoals de autoproductie, waarbij één autocarrosserie ongeveer 10,000 enkele puntlassen nodig heeft. Andere algemene toepassingen zijn apparaten, metalen meubels en soortgelijke plaatmetalen producten. De prevalentie ervan in massaproductie onderstreept het economische en industriële belang ervan, aangezien de wereldwijde autoproductie alleen al tientallen miljoenen per jaar bereikt.

Puntlasapparatuur

Er zijn drie primaire typen puntlasapparatuur: tuimelaarmachines, perslasmachines en draagbare puntlaspistolen. Elk type is het meest geschikt voor een specifieke toepassing.

Tuimelaar-puntlassers (zoals degene die hieronder te zien is) worden veel gebruikt bij het hanteren van relatief kleine werkstukken. De configuratie omvat een vaste onderste elektrode en een zwevende bovenste elektrode die op een tuimelaararm wordt gedragen. De beweging van de bovenste elektrode wordt aangestuurd door een voetpedaal, waarin een operator deze omhoog of omlaag kan brengen om het werk op te pakken tijdens de laad- en losprocedure. Dergelijke machines zijn bijvoorbeeld toepasbaar voor lichte werkzaamheden en moderne typen bevatten vaak programmeerbare bedieningselementen om kracht en stroom te beheren tijdens de lascyclus.

                   Tuimelaar machine

Voor grotere en zwaardere werkstukken zijn puntlasmachines van het perstype de beste keuze. Dit zijn stationaire machines waarbij een verticaal aangedreven pers, pneumatisch of hydraulisch aangestuurd, wordt gebruikt om de bovenste elektrode in een rechte lijn te bewegen. Dit ontwerp maakt de toepassing van hogere krachten mogelijk en is geschikt voor complexere lascycli, waardoor ze onmisbaar zijn voor grootschalige industriële toepassingen.

In situaties waarin het onpraktisch is om stationaire puntlasmachines te gebruiken om grote en zware onderdelen te hanteren, zijn handbediende draagbare apparaten de effectieve oplossing. Lichtgewicht gereedschappen hebben tegenovergestelde elektroden die in een tangmechanisme zijn ondergebracht, waardoor een menselijke werknemer of industriële robot ze gemakkelijk kan manoeuvreren. Draagbare pistolen worden via flexibele kabels en slangen aangesloten op stroom- en controlesystemen met de optie om waterkoeling voor de elektroden te integreren. Hun aanpasbaarheid maakt ze ook hoekstenen in autoassemblagefabrieken, die op grote schaal worden gebruikt om autocarrosserieën te lassen, vaak onder controle van een robot.

Puntlasproces

Het puntlasproces bestaat uit een reeks gebeurtenissen, de lascyclus genoemd, en omvat het inbrengen van onderdelen, het toepassen van kracht, het regelen van de lastijd en het afkoelen. Elke stap in de cyclus is belangrijk om een ​​sterke en betrouwbare las te krijgen. Stappen in een puntlascyclus worden weergegeven in de onderstaande afbeelding.

De lascyclus 
1. Onderdompeling van onderdelen en primair contact
De metalen onderdelen worden tussen twee koperen elektroden geplaatst. Deze elektroden worden vervolgens in licht contact gebracht met het oppervlak van de metalen, nadat er enige druk op is uitgeoefend. Op microscopisch niveau is het oppervlak van metalen nooit glad; daarom kunnen alleen pieken elkaar in eerste instantie raken. Op zulke punten, wanneer er voldoende contactdruk wordt uitgeoefend, breekt de oxidelaag en worden er een paar metaal-op-metaalbruggen gevormd. Het lasschema zorgt ervoor dat er voldoende tijd is voor de elektrodekracht om 95% van de beoogde laskracht te bereiken voordat de stroom begint te stromen, wat consistentie en nauwkeurigheid garandeert.

2. Lasstroom toepassen
Wanneer de vereiste druk is bereikt, wordt er gedurende een zeer korte periode een hoge elektrische stroom door de elektroden geleid. Terwijl de stroom door het bulkmetaal zich verspreidt naar een groot gebied, stroomt de stroom op de interface waar de metalen elkaar raken door de metalen bruggen en wordt de stroomdichtheid op dit punt zeer hoog. De stroomdichtheid ontwikkelt op dit punt genoeg hitte om de metalen bruggen te smelten.

Wanneer deze eerste bruggen smelten en instorten, komen andere pieken op de metalen oppervlakken met elkaar in contact om nieuwe bruggen te vormen. De weerstand van het gesmolten metaal is hoger vergeleken met de nieuw gevormde bruggen, en de stroom verschuift naar de nieuw gevormde paden. Het proces van overgang van de ene brug naar de andere herhaalt zich totdat de volledige interface is gesmolten en er een nugget is gevormd.

Energie-input op de lasplek hangt af van de materiaalweerstand, de grootte van de stroom en de lastijd. Er moet een balans zijn; te weinig energie-input zorgt voor onvolledig smelten, wat een zwakke las oplevert; overtollige energie zorgt voor oversmelten, zelfs tot het uitstoten van het gesmolten materiaal, wat soms een gat door de verbinding prikt.

3. Afkoeling en stolling

Zodra de stroom stopt, wordt de elektrodekracht gedurende een korte tijd gehandhaafd, zodat het gesmolten metaal kan afkoelen en onder druk kan stollen. In de meeste lassystemen hebben de elektroden koelgaten die deze afkoeling versnellen door het werkstuk lokaal te koelen.

Aan het einde van deze procesfase wordt een ronde nugget gevormd, met een diameter van 4 tot 7 millimeter. Zo'n nugget zorgt voor een sterke verbinding zonder lasrups aan beide kanten van de plaat, waardoor de structurele integriteit en het oppervlakte-uiterlijk van het werkstuk behouden blijven.

Weerstandsnaadlassen (RSEW)

Resistance Seam Welding (RSEW) is een meer geperfectioneerde variant van weerstandspuntlassen waarbij staafvormige elektroden worden vervangen door roterende wielen, zoals geïllustreerd in de onderstaande afbeelding. De opstelling biedt een aantal overlappende lassen in een lapverbinding en zorgt voor sterke, lekvrije naden. Weerstandsnaadlassen wordt veel gebruikt bij de fabricage van tanks en de productie van autodempers en andere gefabriceerde plaatstalen containers. Het blijft een zeer belangrijk verbindingsproces bij de productie van duurzame, afgedichte componenten voor veel industrieën.

Belangrijkste procesdetails

Naadlassen wordt over het algemeen continu uitgevoerd en de naden moeten recht of gelijkmatig gebogen zijn vanwege de problemen die optreden met scherpe hoeken en discontinuïteiten. Er zijn bevestigingen nodig om de werkstukken te positioneren en kromtrekken te voorkomen, wat het grootste probleem is bij naadlassen.
De drie varianten van RSEW (Continu bewegingslassen, Rolpuntlassen en Continue naadlassen) worden grafisch weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Deze technieken laten de flexibiliteit van het proces zien:

Continue bewegingslassen: Dit is het belangrijkste proces waarbij elektrodewielen continu met een constante snelheid roteren en de lasstroom met regelmatige tussenpozen pulseert. Overlappende lasnuggets worden zo gecreëerd door de timing voor een consistente en sterke naad.
Rolweerstand puntlassen: Dit houdt in dat er openingen tussen de lasnuggets worden geïntroduceerd door de frequentie van de lasstroompuls te verlagen. Zo worden er intermitterende laspunten langs de naad gecreëerd en zijn ze het meest geschikt waar minder continuïteit van de las nodig is.
Doorlopende naadlassen:Bij deze variant is de lasstroom continu, waardoor er een volledig ononderbroken naad ontstaat langs de gehele verbinding.
Een andere methode, intermitterend bewegingslassen, stopt het elektrodewiel cyclisch om de lassen te maken. Het wiel draait tussen stops en daarom kan de afstand tussen de lasnuggets patronen creëren zoals die in a) en b) van de afbeelding hierboven.

Apparatuur en koeling

Seam-welding machines lijken op pers-type puntlasmachines, behalve dat hun elektroden wielvormig zijn in plaats van staafvormig. Koeling is ook nodig in RSEW om overmatige verhitting van zowel het werkstuk als de elektrodewielen te voorkomen. Dit kan worden gedaan door water te richten op de boven- en onderkant van de werkstukoppervlakken grenzend aan de elektrodewielen.

Samenvatting Vergelijking van puntlassen en naadlassen