Ontwerp bedenken

Friction stir welding vergroot ontwerpvrijheid en verlaagt kosten

Wojciech Osikowicz, Hydro aug. 02, 2018

Na 2 decennia doorontwikkelen heeft de friction stir welding techniek het lassen van aluminium getransformeerd. Toch vertrouwen sommige mensen de FSW techniek nog niet. Die gedachte zouden ze moeten heroverwegen. Waarom? Dat zal ik uitleggen.

Friction Stir Welding

Friction stir welding, wrijvingsroerlassen in het Nederlands, wordt al 20 jaar commercieel toegepast. Boeing was één van de early adopters in de vliegtuigindustrie en in 2012 gebruikte Apple friction stir welding om de iMac te verbeteren. Toch vind ik nog steeds mensen die bang zijn om deze technologie toe te passen.

Maar je kunt erop vertrouwen, laat mij vertellen waarom.

Wat is friction stir welding?

Met friction stir welding wordt het verbinden van twee stukken metaal gedaan door een roterende tool, zonder het materiaal te smelten. Frictie tussen de tool en het materiaal genereert warmte, dat leidt tot lokale verzwakking van het materiaal rondom de tool. De verbinding wordt gemaakt als de tool beweegt over de laslijn, waarbij het materiaal van beide stukken metaal wordt gemixt en samengesmeed. Hoewel FSW wordt toegepast op verschillende materialen, wordt deze techniek het meest toegepast op geëxtrudeerd aluminium voor constructies die een hoge sterkte en een hoge kwaliteit van de las vragen.

Voordelen van friction stir welding

Friction stir welding biedt enkele belangrijke voordelen. Doordat het materiaal tijdens het proces in vaste toestand blijft, elimineert friction stir welding smeltgerelateerde problemen, zoals poreusheid en scheuren. Daarnaast is het gevolg van warmtevervorming en verandering van materiaaleigenschappen minimaal doordat de temperatuur tijdens het lasproces onder de smelttemperatuur blijft. Hierdoor is het gemakkelijker om deformatie te controleren. Dit is een belangrijke reden waarom de vlakheid van friction stir welding panelen superieur is ten opzichte van andere lasmethoden die worden toegepast op plaat of profielen.

FSW maakt het mogelijk om met excellente laseigenschappen verschillende materialen met elkaar te verbinden. Combinaties van verschillende aluminiumlegeringen of zelfs aluminium en koper of aluminium en staal zijn mogelijk, hoewel de laatste combinatie nog niet volledig commercieel wordt toegepast.

Friction stir welding levert een hogere sterkte van de verbinding op, in vergelijking tot traditionele lastechnieken en is bovendien eenvoudiger repeteerbaar in vergelijking met andere lasmethodes, doordat de consistentie hoger is. Toevoegmateriaal, voorverhitting of beschermgas is allemaal niet nodig. FSW levert een mooi en schoon oppervlak op, dat normaal gesproken geen nabehandeling nodig heeft.

Waarom friction stir welding toepassen?

Ben je een aluminium product aan het ontwerpen waarbij lange lasverbindingen noodzakelijk zijn? Of een sterk en ondoordringbaar aluminium frame dat batterijen beschermt in een electrische auto? Wellicht zoek je mogelijkheden om de onderhoudskosten van een offshore toepassing te reduceren? Of zijn je designopties gelimiteerd?

In het kort is dit wat je krijgt als je voor friction stir welding kiest, in vergelijking tot traditionele lasmethodes:

Hogere sterkte
Betere afsluiting met lekvrije verbindingen
Een las waarbij het lasmateriaal gelijk is aan het moedermateriaal
Kleine toleranties door beperking van de warmtebeïnvloede zone
Vergelijkbare sterkte van de verbinding met dunner materiaal
Minder training van personeel

De treksterkte van alumnium legeringen die middels friction stir welding zijn gelast is superieur in vergelijking tot booglassen, met consistent betere verbindingseigenschappen. Data laat ook zien dat het vermoeiingsgedrag van friction stir welding superieur is ten opzichte van booglasverbindingen.

Zorgen voor FSW verbindingen van hoge kwaliteit

Aandacht voor een aantal belangrijke factoren zorgt voor consistente FSW verbindingen van een hoge kwaliteit. Een machine die grote krachten tijdens het proces kan verdragen en uitgerust is met sterke opspangereedschappen en klemmen die het materiaal op hun plek houden tijdens het lasproces, zijn een must. Gereedschappen van duurzame materialen en ontwerp van gereedschappen op basis van de eigenschappen van het te verwerken materiaal, materiaaldikte en geometrie van de verbinding zijn de sleutel tot een efficiënt proces. Voor een stabiel proces is het daarnaast belangrijk om te werken met de juiste procesparameters om een consistente verbinding van hoge kwaliteit te realiseren. Controle van de variatie in het materiaal is belangrijk, want nauwe toleranties en goede passing zijn van groot belang.