Weerstandslassen (RW) omvat een reeks smeltlastechnieken die coalescentie bereiken door een mix van hitte en druk. De warmte wordt geproduceerd op de kruising die moet worden gelast door elektrische weerstand tegen de stroom. De belangrijkste elementen van weerstandslassen worden weergegeven in de onderstaande afbeelding voor de meest populaire methode in de groep, weerstandspuntlassen. Te lassen werkonderdelen (vaak plaatwerkdelen), twee tegenover elkaar liggende elektroden, een manier om de onderdelen tussen de elektroden te drukken en een wisselstroombron die een gecontroleerde stroom kan leveren zijn de componenten. Bij puntlassen creëert het proces een versmolten zone tussen de twee componenten, ook wel een lasklompje genoemd.
Weerstandslassen vereist geen beschermgassen, vloeimiddel of toevoegmateriaal zoals booglassen, en de elektroden die de elektrische stroom dragen zijn niet-verbruikbaar. RW wordt gecategoriseerd als smeltlassen omdat de vlakken vrijwel altijd smelten wanneer er warmte wordt toegepast. Er zijn echter bepaalde uitzonderingen. Om fusie te voorkomen, gebruiken bepaalde weerstandsverwarmingsgebaseerde lastechnieken temperaturen die lager zijn dan de smeltpunten van de basismetalen.
Bij het weerstandslasproces zijn verschillende belangrijke variabelen betrokken, zoals de eigenschappen van de elektrode, de lasstroom, de elektrodekracht en de stroomduur. Weerstandlassen is een effectief en snel lasproces, omdat er een stroom nodig is die tien tot honderd keer groter kan zijn dan die bij booglassen, hoewel de werkelijke lastijd meestal minder dan een seconde bedraagt.
Stroombron en warmteopwekking in RW
Bij weerstandslassen (RW) hebben de circuitweerstand, de stroomsterkte en de lengte van de stroomtoepassing allemaal invloed op de warmte-energie die nodig is voor het lassen. De volgende wiskundige uitdrukking vertegenwoordigt deze relatie:
H = Ik2 Rt
waarbij �� de gegenereerde warmte is in joules (om te rekenen naar Btu, delen door 1055); �� is de stroomsterkte in ampère; �� is de elektrische weerstand in ohm; en �� is de tijd in seconden.
Weerstandslasprocessen omvatten vaak zeer hoge stromen (5000 tot 20,000 A) met relatief lage spanningen (meestal onder 10 V). Bij de meeste procedures is de stroomduur (t) klein; bij een standaard puntlasbewerking kan deze bijvoorbeeld 0.1 tot 0.4 seconden duren. Omdat de weerstand in RW zeer laag is (ongeveer 0.0001 V) en het kwadratische deel in de bovenstaande vergelijking het effect van stroom vergroot, wordt een grote stroom gebruikt. De combinatie van de weerstanden van de werkstukken, de elektroden, de contactweerstanden tussen de elektroden en de werkstukken en de contactweerstand van de voedingsoppervlakken resulteert in weerstand in het lascircuit. Daarom wordt er warmte geproduceerd in elk van deze elektrische weerstandszones. Omdat de voorkeurslocatie van de las zich bij de aanliggende oppervlakken bevindt, is het optimaal dat ze de grootste weerstand in de som hebben. Het gebruik van metalen zoals koper, die extreem lage weerstanden hebben, vermindert de weerstand van de elektroden. Om de daar geproduceerde warmte te verspreiden, worden de elektroden vaak gekoeld met water. De werkstukweerstanden worden bepaald door de dikte van het onderdeel en de weerstanden van de basismetalen. De grootte, vorm en contactoppervlakken van de elektrode, evenals de oppervlaktecondities (zoals de kalkaanslag van de elektrode en de reinheid van de werkoppervlakken), bepalen de contactweerstanden tussen de elektroden en de onderdelen.
Uiteindelijk hebben de oppervlakteafwerking, hygiënische omstandigheden, contactoppervlak en druk allemaal invloed op de weerstand van de contactoppervlakken. Er mogen geen onzuiverheden zijn die de contactoppervlakken uit elkaar houden, zoals verf, olie of vuil.
Druk is net zo belangrijk voor het succes van weerstandslassen als warmte. Bij weerstandslassen (RW) is het belangrijkste doel van druk het samendrukken van de vervormbare oppervlakken om coalescentie te bereiken zodra de juiste lastemperatuur is bereikt en om contact tussen de twee werkoppervlakken en de elektroden te forceren voordat de stroom wordt aangelegd.
Voor- en nadelen van weerstandslassen
Weerstandslassen is een gebruikelijke optie voor industriële toepassingen vanwege de vele voordelen. De efficiëntie en snelheid, die grote productiesnelheden mogelijk maken, zijn twee belangrijke voordelen. Er zijn geen vulmetalen nodig voor het proces en omdat de warmte gelokaliseerd is, is er minder kans dat aangrenzende componenten buigen. Weerstandslassen leent zich ook uitstekend voor automatisering, waardoor het perfect is voor productie op grote schaal. Omdat de warmte nauwkeurig kan worden geregeld, zijn de resulterende lassen robuust, exact en nauwkeurig. Deze aanpak is ook kosteneffectiever omdat er minder afwerkingswerk en minder energie voor nodig is dan vele andere, en veiliger dan vele andere omdat er geen dampen of vonken vrijkomen.
Weerstandslassen heeft echter verschillende nadelen. Voor sommige operaties kan het moeilijk zijn om aan de benodigde apparatuur te komen, omdat deze vaak kostbaar en gespecialiseerd is. Het beperkt de soorten metalen die kunnen worden gelast door alleen te werken met materialen die een hoge elektrische weerstand hebben. Vanwege de beperkte hitte zijn grote stukken moeilijk te lassen, en een nauwkeurige uitlijning van de componenten is essentieel om zwakke verbindingen te voorkomen. Door warmte veroorzaakte ongelijkmatige uitzetting of samentrekking van materialen kan tot vervorming leiden, wat mogelijk een probleem kan zijn. Ondanks deze moeilijkheden is weerstandslassen nog steeds een nuttige technologie in veel productiecontexten.
Belangrijke weerstandslasprocessen
De drie belangrijkste weerstandslasprocessen van commercieel belang zijn weerstandspuntlassen (RSW), weerstandsnaadlassen (RSEW) en projectielassen (RPW).
Weerstandspuntlassen (RSW)
Weerstandspuntlassen (RSW) is de meest gebruikelijke methode in zijn klasse en wordt veelvuldig gebruikt bij de massaproductie van apparaten, auto's, metalen meubels en andere plaatwerkproducten. De economische betekenis van weerstandspuntlassen wordt duidelijk als men bedenkt dat de gemiddelde carrosserie van een auto ongeveer 10,000 puntlassen heeft en dat de jaarlijkse productie van auto's wereldwijd tientallen miljoenen bedraagt.
Weerstandspuntlassen (RSW) is een RW-methode waarbij tegenover elkaar liggende elektroden de faying-oppervlakken van een overlappingsverbinding op één locatie samensmelten. Deze methode wordt toegepast op plaatwerkcomponenten met een dikte van 3 mm (0.125 inch) of minder wanneer een luchtdichte montage niet nodig is. Om de componenten met elkaar te verbinden, wordt een reeks puntlassen gebruikt. Hoewel ronde elektroden de meest voorkomende elektrodevorm zijn, kunnen ook vierkante, zeshoekige en andere vormen worden gebruikt, waarbij de elektrodepunt de grootte en vorm van de lasplek bepaalt.
De resulterende lasnugget is meestal tussen de 5 en 10 mm (0.2 en 0.4 inch) in diameter en de basismetalen liggen iets voorbij de nugget waar de warmte-beïnvloede zone zich uitstrekt. De sterkte van de las moet vergelijkbaar zijn met het omringende metaal als deze correct is geproduceerd. De volgende afbeelding illustreert de stappen die betrokken zijn bij een puntlascyclus.
Er worden twee primaire categorieën materialen gebruikt om RSW-elektroden te maken: legeringen op basis van koper en samenstellingen van vuurvaste metalen, zoals koper en wolfraam. De grotere slijtvastheid van de tweede groep is bekend. Bij puntlassen, zoals bij de meeste productieprocessen, veroudert het gereedschap geleidelijk door gebruik. De elektroden worden indien mogelijk gemaakt met interne waterkoelingskanalen. Puntlassen kan worden gedaan met een verscheidenheid aan gereedschappen en technieken vanwege het uitgebreide industriële gebruik. Het apparaat bestaat uit draagbare puntlaspistolen en puntlasmachines met pers- en tuimelaarstijl. De tuimelaarpuntlasmachines omvatten een bovenste elektrode die beweegbaar is en kan worden opgetild en neergelaten om het laden en lossen te vergemakkelijken. De onderste elektrode blijft stationair. De bovenste elektrode is bevestigd aan een tuimelaararm - vandaar de naam - waarvan de beweging wordt beheerd door het voetpedaal van de werknemer.
Kracht en stroom gedurende de lascyclus kunnen worden geregeld door programmering in moderne apparatuur. Puntlasmachines met persen zijn bedoeld voor zwaardere klussen. Een verticale pers aangedreven door hydraulische of pneumatische kracht produceert een rechtlijnige beweging voor de bovenste elektrode. Dankzij de persactie kunnen grotere krachten worden gebruikt, en ingewikkelde lascycli kunnen doorgaans met behulp van de bedieningselementen worden geprogrammeerd. De taak wordt overgebracht naar de voorgaande twee machinetypes, die beide stationaire puntlasmachines zijn. Het is een uitdaging om het onderdeel over te brengen en te positioneren in stationaire machines voor enorme, zware taken. Draagbare puntlaspistolen zijn verkrijgbaar in verschillende maten en combinaties, passend bij deze situaties. Twee tegenover elkaar liggende elektroden, vastgehouden in een tangmechanisme, vormen deze apparaten. Omdat elk item licht van gewicht is, kan een industriële robot of een menselijke arbeider het vastpakken en bedienen. Er wordt gebruik gemaakt van flexibele elektrische kabels en luchtslangen om het kanon te verbinden met zijn eigen stroom- en besturingsbron. Indien nodig kan ook een waterslang worden gebruikt om waterkoeling voor de elektroden te verzorgen. Het puntlassen van carrosserieën is een veel voorkomende taak voor mobiele puntlaspistolen in autoassemblagefabrieken. Hoewel mensen sommige van deze wapens nog steeds bedienen, zijn industriële robots nu de technologie bij uitstek.
Weerstandsnaadlassen (RSEW)
Resistance Seam Welding (RSEW) is een techniek die een reeks overlappende puntlassen langs een overlappingsverbinding produceert door gebruik te maken van roterende wielen in plaats van stokvormige elektroden zoals bij puntlassen. Deze procedure, die in de onderstaande figuur wordt weergegeven, wordt vaak toegepast bij de productie van plaatstalen containers, uitlaatdempers voor auto's en benzinetanks, omdat hierdoor luchtdichte verbindingen ontstaan. Hoewel puntlassen en RSEW in wezen identiek zijn, brengt RSEW extra complexiteit met zich mee vanwege de wielelektroden en het continue aspect van de bewerking.
De continue werking bij RSEW betekent dat de naden langs een rechte of gelijkmatig gebogen lijn moeten liggen, omdat scherpe hoeken en discontinuïteiten voor uitdagingen kunnen zorgen. Bovendien is het kromtrekken van de onderdelen een groter probleem, waardoor armaturen nodig zijn om de werkstukken op hun plaats te houden en vervorming te minimaliseren.
De toepassing van de lasstroom en de beweging van de elektrodewielen in RSEW bepalen de afstand tussen de lasklompjes. Bij de meest populaire techniek, continu bewegingslassen genoemd, wordt de juiste afstand tussen puntlassen bereikt door de stroom periodiek te pulseren terwijl de wielen met een constante snelheid draaien. Overlappende lasgebieden zijn doorgaans het gevolg van deze configuratie. Aan de andere kant zorgt een proces dat bekend staat als rolpuntlassen ervoor dat er openingen ontstaan tussen de laspunten als de stroomfrequentie wordt verlaagd. Als alternatief kan een continue lasnaad worden bereikt door een constante lasstroom te handhaven. Onderstaande figuur laat deze variaties zien.
Een andere RSEW-variatie is intermitterend bewegingslassen, waarbij elke puntlas wordt geproduceerd door het elektrodewiel dat regelmatig stopt. De afstand tussen de lasgebieden wordt bepaald door de beweging van het wiel tussen stops, wat resulteert in patronen die lijken op die in figuren (a) en (b) hierboven.
Terwijl elektrodewielen worden gebruikt in plaats van stokvormige elektroden, zijn naadlasmachines vergelijkbaar met puntlasmachines van het perstype. Tijdens RSEW is vaak koeling van het werkstuk en de elektrodewielen vereist. Om deze koeling te bewerkstelligen wordt gewoonlijk water op de boven- en onderkant van de werkstukoppervlakken in de buurt van de elektrodewielen gericht.
Weerstandsprojectielassen (RPW)
Weerstandsprojectielassen (RPW) is een weerstandslasproces waarbij coalescentie optreedt bij kleine, vooraf bepaalde contactpunten op de te verbinden onderdelen. Deze contactpunten kunnen uitsteeksels, reliëfs of gelokaliseerde verbindingen zijn die in de onderdelen zelf zijn ingebouwd. Wanneer u bijvoorbeeld twee plaatmetalen componenten aan elkaar verbindt, kan het bovenste component worden geconstrueerd met verzonken randen die als eerste in contact komen met het onderste component, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. De kostenbesparingen door lassen kunnen de reliëfprocedure in evenwicht brengen, ondanks dat het lijkt alsof het de kosten van het onderdeel verhoogt.
Weerstandsprojectielassen kent twee varianten, die in de onderstaande afbeelding zijn afgebeeld. Eén variant stelt RPW in staat om bevestigingsmiddelen met gevormde of bewerkte projecties permanent aan een plaat of plaat te koppelen, waardoor toekomstige montageprocedures eenvoudiger worden. Voor de vervaardiging van gelaste draadartikelen zoals winkelwagentjes, fornuisroosters en draadhekken wordt een andere versie gebruikt die bekend staat als kruisdraadlassen. De ronde draden die elkaar raken, fungeren in dit proces als projecties, wat helpt om de weerstandswarmte die nodig is voor het lassen te lokaliseren.
Andere weerstandslaswerkzaamheden
Naast de belangrijkste weerstandslasprocedures die eerder werden behandeld, vallen de volgende alternatieve methoden onder deze categorie en moeten ook worden erkend: flitslassen (FW), stuiklassen (UW), percussielassen (PEW) en hoogfrequente weerstand. lassen (HFRW).
Flitslassen (FW)
Flitslassen (FW) wordt voornamelijk gebruikt voor stootvoegen. Het proces houdt in dat de te lassen oppervlakken dicht bij elkaar worden gebracht en met behulp van elektrische stroom tot het punt van smelten worden verwarmd. Afhankelijk van de mate van oppervlaktecontact, gaat dit proces gepaard met vonken, ook wel flitsen genoemd. FW wordt daarom af en toe opgenomen in de booglasgroep. De oppervlakken worden na verwarming samengedrukt om de las te produceren, wat vaak extra bewerking vereist om consistente verbindingsafmetingen te garanderen. FW wordt gebruikt in snelle, economische processen, waaronder het verbinden van draadeinden bij draadtrekken en stomplassen van stalen strips in walserijen.
Verstuikt lassen (UW)
Net als bij FW combineert stuiklassen (UW) de verwarmings- en persfasen in één enkele procescyclus. In tegenstelling tot FW verwarmt UW alleen door elektrische weerstand op de contactoppervlakken – boogvorming is niet inbegrepen. Bij het bereiken van een temperatuur beneden het smeltpunt, coalesceren de vervagende oppervlakken onder verhoogde druk, waardoor de materialen in het contactgebied verstoord raken. Hoewel UW verschillende toepassingen deelt met FW, zoals het verbinden van draad, pijpen en buizen, is het niet bepaald een smeltlastechniek zoals sommige van de andere genoemde.
Slaglassen (PEW)
Net als FW gebruikt percussielassen (PEW) ongelooflijk korte lascycli, tussen één en tien milliseconden. Wanneer er abrupt elektrische energie vrijkomt tussen oppervlakken die moeten worden verbonden, resulteert dit in snelle verhitting. De componenten worden vervolgens samengesmolten door een percussiekracht toe te passen. Voor elektronische toepassingen waarbij compacte afmetingen en aangrenzende componenten die gevoelig zijn voor hitte essentieel zijn, is de lokale verhitting van PEW perfect.
Hoogfrequent weerstandslassen (HFRW)
Bij hoogfrequent weerstandslassen (HFRW) wordt hoogfrequente wisselstroom gebruikt om de metalen oppervlakken te verwarmen voordat er een stuikkracht wordt uitgeoefend om de las af te werken. Deze techniek, die werkt op frequenties van 10 tot 500 kHz, garandeert dat het skin-effect van de hoogfrequente stroom de warmte concentreert op de lasverbinding. Bij een vergelijkbare procedure, genaamd High-Frequency Induction Welding (HFIW), wordt een inductiespoel gebruikt om stroom te creëren in plaats van direct elektrisch contact te maken. Voor continue laswerkzaamheden, zoals het verbinden van langsnaden van metalen buizen en pijpen, zijn HFRW en HFIW geschikt. Deze technieken zijn nuttig voor een verscheidenheid aan industriële processen vanwege hun vermogen om consistente, hoogwaardige lassen te produceren in productiesituaties met hoge snelheid.
Referenties
Groover, MP, 2010. Grondbeginselen van de moderne productie: materialen, processen en systemen. 4e druk. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc.
