De kunst van het verbinDen - Fiets

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