De kunst van het verbinDen - Fiets

De kunst van
het verbinDen
Veel fietsliefhebbers beoordelen
een frame op het design en
nemen daarbij ook het uiterlijk
van de lasverbinding mee. Maar
wat is een las precies? En kun je
aan de buitenkant de kwaliteit
wel beoordelen? Dat vroegen
we aan drie lassers die hun vak
verstaan.
Tekst: Marcel Kruithof / Foto’s: Edwin Haan
Lasles
“Lassen is het verbinden van materialen door
middel van druk en/of warmte, waarbij het
materiaal op de verbindingsplaats in vloeibare
of deegachtige toestand wordt gebracht, terwijl
al of niet materiaal met ongeveer dezelfde
samenstelling wordt toegevoegd, waarbij
continuïteit ontstaat tussen de te verbinden
delen.” Deze definitie van lassen vind je terug
op Wikipedia. Lassen wordt in de fietsindustrie
gebruikt voor het verbinden van de
framebuizen van metalen frames, veelal staal,
aluminium of titanium. Welke lastechnieken
dat precies zijn, hoe ze werken en hoe sterk
het eindresultaat is, vroegen we aan drie echte
vakmannen.
Bij Bakker framebouw houden ze zich al dertig
jaar bezig met het bouwen van frames.
“Motorframes welteverstaan, al hebben we
wel een aantal jaren de downhillframes voor
Be-One gemaakt toen dat nog onderdeel was
van Batavus”, aldus eigenaar Nico Bakker.
“Verder maken we nog wel eens wat op verzoek
of repareren we frames met een scheurtje.
Vooral bij problemen met titanium frames
weten ze ons te vinden. We zijn een van de
weinigen in Nederland die dat kunnen.”
Jan van Dalen van fietsenbouwer Duell soldeerde
tot een jaar of tien geleden zijn frames
nog. (Bij die verbindingstechniek smelten de
framebuizen zelf op de verbindingsplaats niet,
alleen de metaallegering die voor de verbinding
moet zorgen. De temperatuur is lager
dan bij lassen.) “Ik heb lang gewacht om de
overstap naar het lassen te maken”, aldus Van
Dalen. “Maar ik ben blij dat ik het uiteindelijk
onder de knie heb gekregen. Met lassen heb
je zoveel meer mogelijkheden. Ik maak nu net
zo gemakkelijk een recht frame als een sloping
frame. Lassen doe ik overigens alleen
nog maar met staal. Aluminium heb ik wel geprobeerd,
maar staal vind ik een veel mooier
materiaal.”
Ex-marathonschaatser Edward Hagen houdt
juist van aluminium. “Ik ben ooit wel begonnen
met het solderen van staal, maar zag al
snel onder andere Cannondale met aluminium
fietsen komen. Die moest ik ook kunnen maken.
Dus heb ik een paar buizen besteld en ik
ben gaan proberen. Ik heb ook cursussen gedaan,
maar dan kun je nog niet lassen. Je
hebt dan alleen een gebruiksaanwijzing gelezen.
Echt lassen leer je pas als je het veel
doet. Het is het opbouwen van een gevoel.
Hoe houd ik de elektrode vast, hoe het vulmateriaal
en hoe ga ik er voor staan om goed
rondom te kunnen lassen. Onder de naam Edwards
bouw ik nu vooral nog aluminium maatframes.”
26 WWW.FIETS.NL 12-2008 12-2008 WWW.FIETS.NL 27

Een aluminium frame is niet meer dan een aantal aan elkaar gelaste buizen
Elektrisch lassen
Het principe van lassen is eeuwenoud. In de
Renaissance waren vaklieden al zeer geoefend
in het lasproces en in de industriële revolutie
was veel vooruitgang te danken aan lassen.
Pas in 1801, met de ontdekking van de elektrische
boog door Sir Humphrey Davy, werd het
elektrisch lassen ontwikkeld.
Bij elektrisch lassen wordt een elektronenstroom
opgebouwd, doordat de toorts met
elektrode en het te verbinden materiaal (werkstuk)
verschillen van polariteit. Is de elektrode
positief geladen (plus), dan is het werkstuk negatief
geladen (min). Door de stroom die daartussen
gaat lopen, wordt een enorme warmte
ontwikkeld. En dankzij die warmte smelt het
werkstuk en het hecht aan elkaar.
Om elektrisch te kunnen lassen, heb je een lastransformator
nodig, een elektrodehouder (lastang
of toorts) en een massaklem. De elektrodehouder
en de massaklem zijn via een kabel
met de lastransformator verbonden. De elektronenstroom
veroorzaakt een zogenoemde
vlamboog tussen elektrode en werkstuk. Om
deze vlamboog te krijgen, is een hoge stroom-
Een TIG-lascouveuse voor het lassen van onder andere titanium
sterkte (35-200 ampère) nodig. Het elektriciteitsnet
levert echter een maximale stroomsterkte
van ongeveer 16 ampère met een
potentiaalverschil van 220-230 volt wisselstroom.
Een transformator is daarom nodig om
het potentiaal te transformeren en de stroomsterkte
te verhogen. Dit gebeurt in de lastransformator,
daarin is de stroomsterkte instelbaar.
Handmatige lassers controleren de stroomsterkte
met een voetpedaal. Op gevoel laten ze
Het verend gedeelte van de Bakker-downhill. Ge-extrudeerde delen, plaatwerk,
gedraaide buizen en CNC-gefreesde delen die met elkaar verbonden zijn door TIGlassen
A B C
Figuur 1. Het verschil tussen lassen met gelijkstroom (A en B) en wisselstroom (C). Bij A is de elektrode negatief
waardoor de inbranding groot is, maar de reinigende werking nihil. Bij B, elektrode positief, is dit precies andersom.
De wisselstroom bij C zorgt zowel voor inbranding als reiniging
Om gemakkelijker te kunnen lassen, worden de losse
delen eerst met een hechtlasje vastgezet. De schuine
buis is al TIG-gelast aan de bracketpot
meer of minder stroom lopen. De stroomsterkte
is mede afhankelijk van de dikte van het te
lassen materiaal en de gebruikte elektrode.
Hierbij geldt in het algemeen: hoe dikker het te
lassen materiaal, hoe dikker de elektrode en
hoe hoger de benodigde lasstroom. “Daarbij
geldt”, volgens Bakker, “dat hoe dikker de
buiswand is, des te makkelijker het lassen
wordt. Want als je iets duns last, heb je heel
snel kans dat je er een gat in brandt doordat er
teveel warmte in wordt gestopt.” Voor de dikte
van de elektrode geldt dat een te kleine diameter
zorgt voor oververhitting of het afsmelten
van de elektrode. Een te grote diameter leidt
tot booginstabiliteit en/of een ongunstige diepte-breedteverhouding
van het smeltbad. Het
smeltbad is het gedeelte van het materiaal dat
vloeibaar wordt om de verbinding aan te gaan.
Om de las op te vullen, wordt meestal ook nog
een toevoegmateriaal gebruikt. Dat is niet precies
dezelfde legering als het lasmateriaal zelf.
Hagen verklaart waarom: “Zou je bij lassen met
6060-aluminium als toevoeging ook puur
6060-aluminium gebruiken, dan krijg je dat niet
aan elkaar. Elke keer als dat afkoelt, scheurt
het namelijk weer open. Door bepaalde toevoegmaterialen
komt er wat meer rek op te zitten.
Het meest gebruikte toevoegmateriaal is
AlMg5 (een aluminiumlegering met magnesium).
Dat is heel sterk, maar heeft nog wel een
beetje rek.”
Aluminium lassen
De opkomst begin jaren tachtig van aluminium
in de industrie vroeg om nieuwe lasmethodes.
Aluminium is namelijk altijd bedekt met een
oxidehuid (roest), die zich spontaan vormt aan
de lucht. Deze roesthuid heeft een smeltpunt
van 2050 graden Celsius, terwijl het smeltpunt
van zuiver aluminium slechts 658 graden Celsius
is en het smelttraject van de meeste aluminiumlegeringen
tussen de 575 en 655 graden
Celsius ligt.
Bakker: “Zwaar geoxideerd aluminium kun je
daarom niet zomaar lassen. Je staat het oppervlak
nog te verhitten, terwijl het vlak onder
het oppervlak al aan het vloeien is. Je ziet niet
wat er gebeurt. Het aluminium onder de huid
verandert van structuur, omdat je de temperatuur
te hoog moet opvoeren.”
De oxidehuid kan enkel mechanisch, chemisch
of door de inwerking van de lasboog worden
verwijderd. Met een lasboog de oxidehuid verwijderen,
gebeurt door te lassen met wisselstroom.
Per halve periode wisselen dan de
elektrode en het werkstuk van polariteit. In de
fase dat de elektrode positief is, werkt de boog
vooral reinigend. Door de elektronenstroom
vanuit het werkstuk naar de elektrode, wordt
de oxidehuid opengebroken. De inbranding is
dan minimaal. In de fase dat de elektrode negatief
is, is de inbranding groot, maar de reinigende
werking nihil (zie figuur 1).
Om het lassen met aluminium te vergemakkelijken,
is onder andere Tungsten Inert Gas (TIG)
lassen ontwikkeld. Bij TIG-lassen wordt de benodigde
warmte verkregen door een boog te
trekken tussen een tungsten (Engelse naam
voor wolfraam) elektrode en het te lassen werkstuk.
Door de hoge smelttemperatuur van
wolfraam (3410 graden Celsius), smelt de elektrode
niet. Elektrode, lasboog en smeltbad
worden door een inert gas beschermd tegen
de invloed van de omringende lucht. Als inert
gas wordt hoofdzakelijk argon toegepast. Bij
TIG-lassen kun je lassen met wisselstroom of
gelijkstoom. Bij gelijkstroom kan de elektrode
zowel negatief als positief geladen zijn.
Hagen: “Je last aluminium sowieso met wisselstroom,
om de oxidehuid te verwijderen.
Staal las je altijd met gelijkstroom.” Van Dalen:
“Stalen frames las ik bovendien pulserend (de
stroom wordt regelmatig onderbroken), omdat
het materiaal met de dunne buisdiktes van 0,5
millimeter anders te warm wordt. De pulseerfrequentie
moet je niet alleen afstellen op het
materiaal, maar ook op de snelheid waarmee
je met je arm kunt bewegen in de richting van
de las. In de pauze moet ik mijn hand verzetten.”
Gasstroom
Beschermgas wordt gebruikt om te voorkomen
dat het op hoge temperatuur gebrachte
werkstuk, het smeltbad en de elektrode verbranden
door zuurstof uit de omgeving, en om
de opname van stikstof en waterstof uit de omgeving
tegen te gaan. Bij TIG-lassen wordt
meestal het niet-brandbare gas argon gebruikt.
“Met argon sluit je de las af van zuurstof. Daardoor
heb je veel minder structuurverandering
van het materiaal dan bijvoorbeeld bij solderen”,
aldus Van Dalen. “Mede daardoor komt
ook breuk veel minder voor.”
Bij lassen moet je er bovendien voor zorgen
28 WWW.FIETS.NL 12-2008 12-2008 WWW.FIETS.NL 29

In een stevige mal kan het frame worden ingeklemd om op de juiste wijze te worden gelast
dat je voldoende nastroom hebt van het beschermgas
na het onderbreken van de boog.
Van Dalen: “Zo voorkom je dat er direct zuurstof
bijkomt en de warme wolfraam elektrode
en de las verbranden. De nastroom zorgt ervoor
dat de las netjes zonder zuurstof kan afkoelen.”
Bij sommige materialen, waaronder titanium, is
een stroom argon niet voldoende. Hier mag helemaal
geen zuurstof in de buurt zijn tijdens het
lassen. “Titanium buizen moeten in een afgesloten
ruimte worden gelast”, vertelt Bakker.
“Zo’n ruimte, bijvoorbeeld een tent, wordt volledig
gevuld met het juiste gas. Pas als alle
zuurstof er uit is, mag worden gelast. Als je namelijk
goed last, wordt ook de binnenkant van
de buis meegenomen. Als daar nog zuurstof
zit, kunnen het product en de las verbranden.
Het werken in een tent betekent wel dat van te
voren ook alle benodigdheden, dus ook de
hulpgereedschappen, in de tent moeten worden
geplaatst.”
Vervorming
Vervorming tijdens het lassen moet zoveel mogelijk
worden voorkomen. Het is daarom verstandig
om de te lassen onderdelen in een mal
op te spannen en eventueel alvast te hechten
met een hechtlas. Deze hechtlas wordt bij het
leggen van de definitieve las als het goed is
weer weggevloeid. Als dit niet gebeurt, bestaat
de mogelijkheid dat de hechtlas onder de definitieve
las komt, breekt en een tik veroorzaakt
in je frame.
Het opspannen moet gebeuren in een mal met
voldoende stijfheid. Ook als je, zoals bij Bakker,
veel enkelstuksproducten maakt, moet je
daarvoor een goede mal maken. “Het eigenlijke
lassen is misschien wel minder werk dan
het maken van de mal”, aldus Bakker.
Daarnaast kun je met zo’n mal de delen voorspannen
in een richting tegenovergesteld aan
de te verwachten lasspanning. Edward Hagen:
“De achtervork trekt bijvoorbeeld altijd
iets naar binnen. Dit komt doordat het lasgedeelte
aan de buitenkant van de bracketpot
minder tegenwerking heeft dan de las aan de
binnenkant. Door de achtervork iets breder op
te zetten, te lassen en rustig te laten afkoelen,
kom je uiteindelijk toch op de goede breedte.”
Jan van Dalen soldeert vanwege het risico van
vervorming nog altijd een gedeelte van de
achtervork. Hierdoor houdt hij de mogelijkheid
om de achterbrug nog iets na te richten. Van
Dalen: “Zo zijn mijn frames tot op de tiende
millimeter recht. Maar als ik hier massaproductieframes
nameet, die snel en goedkoop in
elkaar gelast zijn, kom ik afwijkingen tegen die
eigenlijk niet zouden mogen. Dat is het verschil
in vakwerk, maar daar betaal je dan ook
voor.”
Kwaliteit
Hoe zit het nu met de kwaliteit van een las?
“Een goede las is uiteindelijk sterker dan het
moedermateriaal”, zegt Bakker. “Grove afwijkingen
kun je aan de buitenkant zien. Maar wil
je de werkelijke kwaliteit van de las zien, bijvoorbeeld
of hij wel ‘door en door’ is, dan zul je
hem moeten doorslijpen. Onder een laklaag
kun je helemaal niks zien.”
Hagen maakt zich om de kwaliteit van de las
niet al te druk: “Als je een stukje materiaal hebt
van anderhalve millimeter en een las van 3 tot
4 millimeter, dan gaat het echt niet op de las
scheuren. Dan gaat het frame altijd op de buis
kapot. Dat is ook wat je ziet gebeuren.” Daarbij
legt hij zelf wel het liefst gladde lassen: “Aluminium
is niet bestand tegen scherpe hoeken.
Scheurt een frame met een dikke vette las, dan
gebeurt dat niet voor niks vaak net naast de
las.” Ook de nabehandeling is hiervoor belangrijk.
De hitte kan de eigenschappen van som-
mige materialen, bijvoorbeeld AL7075, veranderen.
Deze materialen hebben na het lassen
nog een behandeling nodig om weer ‘op sterkte’
te komen.Krijgt het deze behandeling niet,
dan is het materiaal rond de las zwakker. Helaas
is het alleen niet te zien of je frame deze
nabehandeling heeft gehad.
Is een robotlasser dan misschien nog een verbetering?
Een robot is tenslotte altijd even
nauwkeurig. Bakker: “Wat is nauwkeurig? Een
goed ingestelde robot doet inderdaad elke
keer hetzelfde, maar wie moet die robot instellen?
Dat is zoveel werk, dat pas bij echte massaproductie
robotlassen beter kan zijn. Bij ons
moet de maandagochtendlas gewoon goed
genoeg zijn.”
Op het lasapparaat is zowel het voltage als het amperage
zichtbaar en instelbaar
Met het voetpedaal kan het amperage worden geregeld
Een TIG-toorts. Langs de wolfraam elektrode stroomt
het argon gas
30 WWW.FIETS.NL 12-2008
Info
www.edwards-sportstechnology.com
www.bakker-framebouw.nl
www.duell.nl