TI.03.13 Verbinden van dunne plaat en buis.pdf - Induteq

innen bedrijven vaak gemaakt op basis van de ervaringdie de constructeur heeft met de verschillende verbindingsprocessenen de beschikbare verbindingsprocessenbinnen het bedrijf. Dit is op zich een goede uitgangspositie.Nieuwe materialen en nieuwe verbindingsprocessen makenechter dat deze wijze van kiezen ter discussie kankomen te staan, waardoor het niet meer zo vanzelfsprekendis, dat op deze manier tot een verantwoorde keuzekan worden gekomen. Indien men kennis heeft vanandere technieken kan men nieuwe kansen creëren!Hiernaast ontstaat er vanuit de organisatie een steedsgrotere druk om efficiënter te produceren tegen lagerekosten. Investeringen in nieuwe verbindingsprocessenvormen niet langer een drempel, mits de kosten verlaagden de kwaliteit verbeterd kunnen worden en liefstbeiden. Voorwaarde is uiteraard wel dat de investeringbinnen een acceptabele tijd wordt terugverdiend. Het isechter kortzichtig te veronderstellen dat alleen met hetin huis halen van een nieuw verbindingsproces de zaakopgelost is. Vaak vraagt het toepassen van een nieuwverbindingsproces om aanpassing van het ontwerp, terwijlhet ook goed mogelijk is dat er logistieke aanpassingenin de productiewerkplaats of het hele bedrijfnoodzakelijk zijn. Het is goed hier van tevoren terdegerekening mee te houden.De keuze voor een bepaald verbindingsproces lijkt ogenschijnlijkeenvoudig en is dit soms ook, zeker als hetaantal keuzemogelijkheden beperkt is tot enkele verbindingsprocessen.Lastiger wordt het als er meerdereverbindingsprocessen bruikbaar zijn uit meerdere groepenvan verbindingsprocessen.De veelheid aan verbindingsprocessen enerzijds en aante beschouwen criteria anderzijds maakt het vrijwelonmogelijk om rekening te houden met alle varianten.Soms is het mogelijk om op basis van de sterke enzwakke punten van de verschillende processen tot eenglobale keuze voor een specifieke groep van verbindingstechniekente komen. Hierna worden kort enige kenmerkenvan de verschillende groepen van verbindingstechniekenbesproken.LassenVan alle verbindingstechnieken is het lassen in veel gevallende verbindingstechniek met de laagste kosten permeter, ondanks het feit dat bij vrijwel alle lasprocessenhet noodzakelijk is, speciale voorzieningen te treffenmet betrekking tot de ARBO- en Milieu-aspecten.Kostenbesparend kan zijn dat veel lasprocessen eenvoudigte mechaniseren zijn (zie figuur 1).Door middel van het lassen kunnen vrijwel alle metalenworden verbonden, zij het niet met alle lasprocessen.Dit maakt dat lassen een zeer veel gebruikte verbindingstechniekis voor het verbinden van dunne plaat en buis.Uit oogpunt van statische en dynamische sterkte is hetlassen vaak een goede keuze; er komt een verbindingtot stand, die bij de meeste materialen vrijwel altijd eengelijke sterkte heeft als de te verbinden materialen.Een belangrijke beperking van lassen is, dat er tijdenshet verbinden vrijwel altijd warmte in het materiaal wordtgebracht. De ingebrachte warmte kan aanleiding zijn tothet optreden van ongewenste vervormingen, maar ook,afhankelijk van de te verbinden metalen, tot een afnamevan de kwaliteit van de verbinding.Bij het handmatig lassen is er vaak een grote mate vanvakmanschap nodig om een goede verbinding tot standte brengen. Hierdoor is de kwaliteit van de verbindingdus deels afhankelijk van het vakmanschap van de lasser.Een punt van zorg is het teruglopende aantal lassersmet voldoende vakmanschap om het lassen handmatiggoed te kunnen uitvoeren.figuur 1 Het gemechaniseerd TIG-lassen van een pijp/pijpverbindingSolderenOok bij het solderen wordt er warmte in de te verbindenmaterialen gebracht. Het verschil met het lassen isechter, dat de temperatuur waarbij de materialen wordenverbonden, over het algemeen lager is dan bij het lassen;immers het soldeer heeft een lager smeltpunt dande te verbinden materialen. Hier staat tegenover dat bijhet solderen vaak een grotere oppervlakte moet wordenverwarmd dan bij het lassen, omdat bij het lassen,wordt gebruikgemaakt van een veel geconcentreerderwarmtebron.Ook bij het solderen is het, evenals bij het lassen, mechanischverbinden en lijmen, belangrijk dat het ontwerpis aangepast om te komen tot een optimale soldeerverbinding.Het ontwerpen van de verbinding met overlapnadenis bij op sterkte belaste constructies vaak eennoodzaak.Ook voor het maken van een goede soldeerverbinding isveel vakmanschap nodig. Mechanisatie van het solderenis echter voor sommige processen goed mogelijk,waardoor het proces minder mensafhankelijk wordt.Het is het vrijwel altijd noodzakelijk de te solderen onderdelengoed voor te bewerken en te behandelen, omdatdit mede de kwaliteit van de soldeerverbindingbepaalt.Bij het solderen kunnen, evenals bij het lassen en lijmen,vrijwel alle metalen worden verbonden (let op: niet metalle soldeerprocessen!). Door de capillaire werking vanhet soldeer is het mogelijk verbindingen op moeilijk bereikbareplaatsen in het werkstuk te maken.Het solderen kan, afhankelijk van het gekozen soldeerproces,zowel statisch als dynamisch sterke verbindingengeven. Soms wordt het solderen, ten onrechte, indit opzicht wel eens als inferieur gezien ten opzichtevan het lassen. Zelfs met een voor het solderen oneigenlijkeconstructie is het nog mogelijk goede resultaten tebehalen ten aanzien van de sterkte van de verbinding,zoals figuur 2 toont.Het solderen geeft evenals het lassen een metallischeverbinding, dat wil zeggen een verbinding met eengoede elektrische- en warmtegeleidbaarheid. Er kunnenmet het solderen evenals met het lassen en het lijmenvloeistof- en gasdichte verbindingen worden gemaakt.Evenals bij het lijmen wordt er bij het solderen meestalgebruikgemaakt van overlapverbindingen. De spleetwordt hierbij volledig opgevuld door het soldeer, zodater geen kans is op spleetcorrosie. Doordat een afwijkend2 Verbinden van dunne plaat en buis

figuur 2 Vlamgesoldeerde verbinding in aluminium (stompeverbinding in aluminium - EN AW-1050).Na het solderen (links) en na het vervormen vanhet product (rechts)toevoegmateriaal wordt gebruikt ten opzichte van de teverbinden metalen, is er wel kans op galvanische corrosie.De meeste soldeerprocessen maken gebruik van vloeimiddelen.Voor het verwijderen van vloeimiddelresten isvaak een nauwkeurige nabehandeling of nabewerkingnoodzakelijk.LijmenHet lijmen is evenals het lassen en het solderen een verbindingstechniekdie een continue verbinding geeft, waardooreen regelmatige belastingoverdracht kan plaatsvinden.Hier komt nog bij dat een gelijmde verbindingtot stand komt zonder een wezenlijke beïnvloeding vande materiaaleigenschappen van de te verbinden delen.Als bij het lijmen warmte in het materiaal wordt gebracht(voor het uitharden), is de temperatuur hierbij echter zolaag, dat dit bij de meeste metalen geen teruggang vande sterkte geeft. Dit resulteert veelal in kwalitatief hoogwaardigeverbindingen met een hoge statische- en vermoeiingssterkte.Een reden waarom deze techniek steedsmeer wordt gebruikt binnen de automobielindustrie (ziefiguur 3).Een belangrijk voordeel van het lijmen is dat zeer eenvoudigverbindingen tussen ongelijksoortige materialenkunnen worden gemaakt; dit geldt voor metaal-metaalverbindingen, metaal aan niet-metaal verbindingen envoor niet-metaal aan niet-metaal verbindingen.Evenals bij de andere verbindingstechnieken, geldt datbij het ontwerp al rekening moet worden gehouden methet feit dat de onderdelen gelijmd moeten worden.Mechanisch verbindenBij het mechanisch verbinden zijn de verbindingen eenvoudigtot stand te brengen, zonder dat er veel vakmanschapvoor nodig is. Dit maakt deze techniek mindermensafhankelijk. Ook is het mechanisch verbinden,evenals het lassen, eenvoudig te mechaniseren. De reproduceerbaarheidvan de verbindingen is hoog voor, zowelhet gemechaniseerd als het handmatig verbinden.Een belangrijk voordeel van het mechanisch verbindenis, dat vrijwel alle metalen te verbinden zijn en dat opzeer eenvoudige wijze ook metalen aan niet-metalenkunnen worden verbonden, evenals metalen die zijnvoorzien van deklagen.Doordat er geen warmte in het materiaal wordt gebrachttijdens het mechanisch verbinden, worden de teverbinden onderdelen niet verder beïnvloed (verzwakt).De sterkte van de verbinding is over het algemeen vergelijkbaarmet die van de sterkte van de te verbindenbasismaterialen. Bij het drukvoegen, een steeds meertoegepast proces, moeten de te verbinden metalen voldoendevervormingcapaciteit hebben, om verbonden tekunnen worden.Het mechanisch verbinden is een milieuvriendelijke verbindingstechniek,die voor de uitvoerende een beperktebelasting met zich meebrengt.Een beperking van het mechanisch verbinden is, dat deverbinding altijd zichtbaar blijft (zie figuur 4). Dit maaktdat daar waar hoge esthetische eisen gesteld wordenaan het uiterlijk van het product, mechanisch verbindenmeestal niet kan worden toegepast. Voor niet-zichtdelenis er echter geen enkele belemmering om het mechanischverbinden toe te passen.figuur 3 Lotus Elise: verlijmd aluminium frameMet het lijmen kunnen gas- en vloeistofdichte verbindingenworden gerealiseerd, indien de spleet tussen dete verbinden delen wordt opgevuld. Dit laatste is ookuit oogpunt van corrosie een voordeel.Het lijmen kan uitstekend worden gecombineerd metdrukvoegen. Hierdoor wordt enerzijds de sterkte van deverbinding verhoogd en anderzijds wordt op deze manierde te lijmen onderdelen gefixeerd tijdens het uitharden.Dit laatste is een noodzakelijke voorwaarde, omdat demeeste gelijmde verbindingen hun sterkte moeten verkrijgendoor uit te harden bij kamer- of een verhoogdetemperatuur.Voor het maken van een goede lijmverbinding is, evenalsdit bij veel andere verbindingstechnieken het gevalis, vakmanschap nodig. Tevens is het noodzakelijk dete verbinden delen goed voor te bewerken en te behandelen.Als dit laatste niet zorgvuldig gebeurt, gaat ditbijna altijd ten koste van de kwaliteit van de lijmverbinding.figuur 4 Indrukkingen in productdelen, die zijn verbondendoor middel van het drukvoegenEen andere beperking van het mechanisch verbinden is,dat er bijna alleen overlapverbindingen kunnen wordengemaakt. Dit maakt dat er tijdens het ontwerp van hetproduct al rekening moet worden gehouden met het feitdat de onderdelen mechanisch verbonden gaan worden.Hiernaast is het zo dat er altijd een spleet aanwezig blijfttussen de te verbinden delen. Dit is uit oogpunt van corrosieminder gewenst. Door het mechanisch verbindente combineren met bijvoorbeeld het lijmen, kitten of solderen,kan de spleet worden opgevuld en spleetcorrosieop een effectieve manier worden voorkomen. Een anderemogelijkheid is het gebruik van rubber afdichtringen.Verbinden van dunne plaat en buis 3

In veel gevallen is een voorbewerking noodzakelijk bijhet mechanisch verbinden. Deze bestaat normaliter uithet aanbrengen van een gat in het plaatmateriaal.Kosten van het verbindenDe keuze voor een verbindingstechniek wordt zowelgemaakt op technische als op economische gronden.De selectiemethodiek (op de Website) voorziet alleen ineen technische selectie, omdat de kosten vaak zeer productspecifiekzijn. Dit geldt uiteraard niet voor de investeringskosten,deze zijn rechtstreeks gekoppeld aan hetverbindingsproces of de gewenste uitvoering hiervan.Een generiek model voor het bepalen van productkostenis echter niet beschikbaar, omdat elk product zijnspecifieke eisen en kenmerken kent. Het is aan de gebruikerom de kosten voor het productspecifieke deelzelf nader te beschouwen.3 Ontwerpen voor verbindenBepalend voor het succes van de keuze voor een verbindingstechniekis, of er tijdens het ontwerp al rekeningis gehouden met de toe te passen verbindingstechniek,met andere woorden of de constructie optimaal is aangepastaan de toe te passen verbindingstechniek. Het ismeestal niet mogelijk een constructie, die bijvoorbeeldvoor het mechanisch verbinden is geoptimaliseerd, metdezelfde efficiëntie te lassen of omgekeerd. Zondigentegen deze grondregel verhindert een optimale inzet vande gekozen verbindingstechniek uit oogpunt van technischemogelijkheden en verhoogt bijna altijd de kostenvoor de uitvoering en dus de totale productkosten.Productiegericht ontwerpen staat dan ook in toenemendemate in de belangstelling. Het besef groeit, dat vooreen werkelijk efficiënte productie nog een aanmerkelijkeinspanning nodig is in het traject waar het product ende wijze van produceren worden gedefinieerd. Optimaliserenvan de fabricage en montage begint dus al in deontwerpfase. Een meer productiegerichte aanpak kanaanzienlijke kostenbesparingen opleveren. In veel gevallenwordt 60 tot 70% van de kostprijs van een productal vastgelegd in het ontwerp. De productie heeft vaakmaar een marginale ruimte om de kosten te kunnenbeïnvloeden. Door het gemakkelijk toegankelijk makenvan kennis van (nieuwe) verbindingstechnieken of hethergebruiken van bestaande informatie, kunnen tijdensde ontwerpfase en de werkvoorbereiding de efficiëntieaanzienlijk verhoogd en dus de kosten verlaagd worden.Het is voor de constructeur van groot belang bij te blijventen aanzien van de nieuwste ontwikkelingen op hetgebied van nieuwe materialen en het verbinden hiervan.Het vakgebied “verbindingstechnologie” is voortdurendin beweging, waarbij de volgende aspecten kenmerkenden zelfs soms tegenstrijdig zijn: Ontwikkelingen op het gebied van nieuwe verbindingstechnieken(lassen, lijmen, mechanisch verbinden,solderen); Ontwikkelingen op het gebied van materialen, zoalskunststoffen, gelamineerde plaat, metallisch en nietmetallischbeklede plaat, vezelversterkte kunststoffen,hybride materialen (composiet materialen) enkeramiek, ‘complex phase’ stalen, microgelegeerdestaalsoorten, Bake Hardened (BH) staalsoorten, DualPhase staalsoorten, TRIP staal, High Strength SSSuperaustenieten, Duplex staal, enz.; Ontwikkelingen op het gebied van de scheidings- enomvormtechnologie; bijvoorbeeld het maken van lasergesnedenpen-gat/sleuf verbindingen als voorbewerkingvoor het lassen; De verschuivingen in toepassing van zwaardere naarsteeds lichtere constructies; bijvoorbeeld constructiesdie zijn opgebouwd uit sandwich en hoogsterke materialen. Bij de materiaalselectie en selectie voor een verbindingsproceszal de recyclebaarheid van de producteneen steeds belangrijker plaats in gaan nemen (Designfor Disassembly); Een veranderende ontwerpfilosofie; bijvoorbeeld hetreduceren van het aantal onderdelen door DFAanalyses (Design For Assembly); Het ontwerpen op maakbaarheid krijgt (terecht) intoenemende mate aandacht.Om op al deze veranderingen in te kunnen blijven spelen,is het van toenemend belang, al in een zo vroegmogelijk stadium van het ontwerp, de juiste afwegingte maken ten aanzien van de keuze voor de meest geschikteverbindingstechniek. Een juiste afweging vanverbindingstechnieken vraagt een systematische evaluatievan kenmerken, zoals belastbaarheid en bestendigheidvan de verbinding in de constructie en productieconsequenties.Het ontwerp start meestal vanuit de functionele eisenvan het product.Zijn eenmaal de productspecifieke of functionele eisenbekend, dan spelen voor de constructeur drie aspecteneen doorslaggevende rol. Een en ander wordt schematischweergegeven in de bekende driehoek (figuur 5).figuur 5 Invloedsfactoren op het ontwerp van een productIn een vroegtijdig stadium moet al worden nagedachtover de toe te passen verbindingstechniek. Een ontwerper/constructeurziet zich dus voor de vraag gesteldwelke verbindingstechniek moet worden toegepast bijhet maken van een (nieuwe) constructie en zal (vaakonbewust en iteratief ) een gedachtegang doorlopen,zoals aangegeven in figuur 6.Een dergelijke gedachtegang zal zeker plaatsvindenindien de constructie wordt opgebouwd uit materialen,waarmee de constructeur weinig of geen ervaring heeft.De wijze van aanbrengen of het tot stand komen vaneen verbinding hangt sterk af van de gekozen techniekin combinatie met de te verbinden materialen, de vorm,de aard en het toepassingsgebied van het eindproduct,de seriegrootte en de kostprijs. Voor verbindingsprocessengelden dezelfde regels als voor andere productieprocessenten aanzien van bijvoorbeeld de kwaliteit,kostprijs, uitvoerbaarheid, conserveerbaarheid, levensduuren integrale sterkte.Bij het eerste conceptontwerp moeten deze elementenal aandacht krijgen, omdat al tijdens deze fase de basisvoor de praktische uitvoerbaarheid en productkwaliteitwordt gelegd. Hierbij moet worden opgemerkt, dat vaakvele wegen leiden tot acceptabele oplossingen, die elkhun voor- en nadelen, kritische tijdpad én bijbehorendekosten hebben. Het is aan de ontwerper/constructeurom hieruit een gefundeerde keuze te maken.Aandachtspunten vanuit het ontwerpHierna volgt een aantal aandachtspunten waarop moetworden gelet bij het ontwerpen van dunne plaatconstructiesvanuit het oogpunt van verbinden. Het is belangrijkhierbij te beseffen, dat het rendement van deproductie bij dunne plaat producten vaak niet wordt bepaalddoor de verbindingstijd, maar door de combinatievan de totale cyclustijd van een product en de reproduceerbaarheidvan de verbinding.4 Verbinden van dunne plaat en buis

figuur 6 Schematische weergave van de interactieve gedachtegang die een constructeur doorloopt bij de selectie van eenverbindingsprocesProductopbouwEen product dat uit dunne plaat of buis is opgebouwdstelt vaak specifieke eisen aan het samenstellen.Belangrijk hierbij zijn de volgende overwegingen: het verdient aanbeveling reproduceerbare referentiematenof een assenstelsel op te nemen in het productof de mal (dit verhoogt de nauwkeurigheid); de eisen die worden gesteld aan het eindproduct,moeten worden vertaald naar de eisen die aan hetverbindingsproces moeten worden gesteld; de eigenschappenvan de gebruikte materialen en de eisen diemoeten worden gesteld aan eventuele mallen;Verbinden van dunne plaat en buis 5

het gebruik van monodelen heeft vanuit productietechnischoogpunt de voorkeur, aangezien deze:- eenvoudig te fixeren zijn in mallen;- logistiek eenvoudiger te verwerken zijn.Voorbeelden van monodelen zijn o.a.: pers-, zet- enkantbankdelen.Vanuit de functionele eisen die aan het product wordengesteld en die de basis vormen voor het ontwerp, wordenaltijd afgeleide eisen gedefinieerd, die verder moetenworden ingevuld. Dit kunnen onder andere eisen zijnten aanzien van het materiaal, de geometrie van dematerialen (toleranties), de productvoorbewerking, eneisen aan bijvoorbeeld mallen.4. Voorbehandeling en voorbewerking vanonderdelen voor het verbindenVoorbehandelingAfhankelijk van de te verbinden metalen kunnen devoorbewerking en -behandeling verschillen.Uitgangspunt is altijd dat de te verbinden materialenmetallisch blank en schoon moeten zijn. Dit houdt in,dat er geen vet, vuil en verf ter plaatse van de te verbindendelen aanwezig mogen zijn. Bij lijmen en mechanischverbinden mag wel verf aanwezig zijn. Via dezetechnieken zijn ook voorgelakte platen te verbinden.Voor het reinigen van te verbinden delen zijn uitstekendemiddelen in de handel. Als er zich op de te verbindendelen een (dikke) oxidelaag bevindt (walshuid, roest,aluminiumoxide, enz.), dan moet deze altijd worden verwijderd,bij voorkeur door mechanische middelen alsborstelen of slijpen.Bij het borstelen is het gebruikelijk hiervoor een stalenborstel te gebruiken. Voor roestvast staal en non-ferrometalen moet echter altijd een roestvaststalen borstelworden gebruikt.Het is aan te raden roestvaststaalborstels alleen maarvoor één specifiek materiaal te gebruiken en niet onderlingte wisselen voor de verschillende materialen in verbandmet het overdragen van deeltjes van het ene ophet andere materiaal (contaminatie).Met name bij het lijmen is het noodzakelijk een goedevoorbehandeling van de te verbinden delen toe te passen,daar er anders een minder goede kwaliteit van delijmverbinding ontstaat.Bij het gebruik van elektrisch gereedschap (roterendeborstels en schuur- of slijpschijven), moet de druk niette hoog worden opgevoerd, omdat er anders aanloopkleurenkunnen ontstaan. Deze aanloopkleuren gevenaan, dat er een verbrande oxidehuid is gevormd op hetmetaal. Met name bij roestvast staal is, ter plaatse vande aanloopkleuren, de corrosievastheid van het materiaalverminderd.Afhankelijk van de toepassing kan het soms noodzakelijkzijn de gereinigde oppervlakken niet meer met blotehanden of vuile handschoenen aan te raken, daar er danweer vet op het oppervlak terecht kan komen.VoorbewerkingAfhankelijk van de materiaalsoort, de materiaaldikte, dekwaliteitseisen, de belasting, enz. kan het noodzakelijkzijn de te verbinden delen (bijvoorbeeld bij het lassen)van een afschuining te voorzien. De ervaring leert echter,dat dit zelden het geval is bij dunne plaat (≤ 3 mm). Ditwil echter niet zeggen dat er geen sprake is van eenvoorbewerking van de te verbinden delen. Bij sommigeverbindingsprocessen is het van essentieel belang datde te verbinden delen nauwkeurig zijn voorbewerkt. Ermoet hierbij vaak een compromis worden gevonden tussengewenste kwaliteit en de kosten van het aanbrengen.Meestal wordt ten aanzien van het voorbewerken vande te verbinden delen onderscheid gemaakt tussen nietthermisch(draaien, frezen, schaven, ponsen, nibbelen,knippen, zagen, boren en waterstraalsnijden) en thermischvoorbewerken (autogeen snijden, plasmasnijden,lasersnijden).Alle genoemde technieken zijn in principe geschikt voorhet aanbrengen van rechte sneden in dunne plaat, buisof profiel. Opgemerkt moet echter worden dat het autogeensnijden pas vanaf ongeveer 3 - 4 mm mogelijk is(alleen voor ongelegeerd staal) en dus ongeschikt isvoor het snijden van kleinere materiaaldikten.Enkele voorbewerkingtechnieken voor het voorbewerkenvan plaat- en buisdelen zullen hierna kort wordenbesproken. Meer informatie op dit gebied is te vinden inde FME-CWM voorlichtingspublicaties [1].Niet-thermische scheidingstechniekenNiet-thermische scheidingstechnieken zijn technieken,waarbij geen warmte in het werkstuk wordt ingebracht.De materiaalkundige eigenschappen van het materiaalworden dus niet aangetast. Wel is het zo dat er vaakgrote krachten op de te scheiden materialen wordenuitgeoefend, waardoor een goede ondersteuning van dete scheiden materialen noodzakelijk is.Ponsen en nibbelenPonsen en nibbelen zijn mechanische scheidingstechnieken,waarbij de scheiding tot stand komt door hetafschuiven van materialen. Ponsen is een snel scheidingsproces,omdat in één keer de totale contour wordtgesneden.Voor het ponsen is speciaal gereedschap en een persnodig. Ten aanzien van het maken van vormspecifiekedelen geldt bijvoorbeeld, dat er productgerichte snijstempelsnoodzakelijk zijn. Het ponsen en nibbelen gevenover het algemeen ruwe oppervlakken met kans opmicroscheurtjes in het oppervlak. De maatvoering is beperkt,terwijl bij bijvoorbeeld het nibbelproces vaak ongewenstescherpe (gehakte) punten of ribbels aanwezigzijn, die later voor de nodige (stel)problemen kunnenzorgen.De prijs van een pons- en nibbelsysteem is sterk afhankelijkvan het type systeem en de bewegings- of manipulatie-apparatuur.De investeringen van een pons- ennibbelsysteem kunnen variëren tussen € 20.000,- vooreen zeer eenvoudige tot ca. € 500.000,- voor geavanceerdesystemen.WaterstraalsnijdenHet waterstraalsnijden is ook een mechanisch proces,waarbij met name de materiaaldikte en hardheid bepalendzijn voor het snijgedrag en de kwaliteit van de snede.Bij het waterstraalsnijden wordt water onder eendruk variërend tussen 500 en 5000 bar door een spuitmondmet een doorlaatopening tussen 0,1 en 0,4 mmgeperst. Voor het snijden van metalen die een groteredikte hebben dan 0,05 mm, worden slijpstoffen aan hetwater toegevoegd om de abrasieve werking van hetwater te vergroten..Voor dunne materialen (tot enige millimeters) is desnede nagenoeg recht, voor dikkere materialen begintde snede recht en wordt vervolgens enigszins conisch(divergerend). Hierbij heeft de ruwheid aan de bovenzijdevan de snede een waarde van circa Ra=2 à 3 µmen neemt toe tot Ra=5 à 10 µm aan de onderzijde vande snede. In principe kan nagenoeg braamloos wordengesneden. Het waterstraalsnijden van dunne materialenkan bij onvoldoende ondersteuning van de productdelenproblemen opleveren door de grote reactiekrachten vande waterstraal.De breedte van de snede bedraagt voor zachte en dunnematerialen, zonder toevoeging van abrasief ongeveer0,1 mm. Bij dikkere materialen die met toevoeging vanabrasief gesneden worden, varieert de snedebreedtetussen 1,5 en 2 mm. De nauwkeurigheid, die met hetwaterstraalsnijden kan worden bereikt, is zowel afhankelijkvan de stabiliteit van de straalkarakteristiek als6 Verbinden van dunne plaat en buis

van de nauwkeurigheid van het bewegingssysteem.Een nauwkeurigheid van± 0,05 mm is realiseerbaarvoor het snijden zonder abrasief en 0,1 mm voor hetsnijden met abrasief. Voor ongelegeerd staal en roestvaststaal is de snijsnelheid ongeveer 750 mm/min voor1 mm dikte.De belangrijkste voordelen en beperkingen van het waterstraalsnijdenworden aangegeven in tabel 1. Tevensis een vergelijking gemaakt ten aanzien van materialendie wel met behulp van het waterstraalsnijden kunnenworden gesneden, maar niet met het plasma- en lasersnijden;processen die voor het snijden van dunne materialenelkaars concurrenten zijn.De prijs van een waterstraalsnijsysteem is sterk afhankelijkvan de uitvoering met betrekking tot de waterdruk,toepassing van abrasief, waterbehandeling, manipulator,besturing, enz. De prijzen variëren tusseni 50.000,- voor een zeer eenvoudig tot ca.i 500.000,- voor een uitgebreid systeem.Thermische scheidingstechniekenBij thermische scheidingstechnieken is sprake van warmte,die het moedermateriaal tot smelten brengt.In principe zijn er drie basistechnieken ten aanzien vanhet thermisch snijden, die soms worden gecombineerd,te weten: sublimeersnijden (verdampen van het materiaal); smeltsnijden (smelten en wegblazen van het gesmoltenmateriaal); brandsnijden (verbranden en wegblazen van het gesmoltenmateriaal).PlasmasnijdenHet plasmasnijden is ontwikkeld als snijproces voor metalen,waarvan het smeltpunt lager ligt dan dat van zijnoxiden zoals roestvast staal, aluminium, koper, enz. Hetprincipe van het plasmasnijden is voornamelijk gebaseerdop smelten en wegblazen van het materiaal enniet op het verbranden. Om een plasmaboog te creërenwordt eerst een niet-overgedragen hulpboog gestartdoor middel van een hoogfrequente hulpspanning. Deovergedragen plasmaboog bestaat uit een elektrischeboog met een hoge energiedichtheid en hoge boogtemperatuur(ca 24.000°C). Deze (ingesnoerde) plasmaboogzorgt ervoor, dat er metalen kunnen worden gesneden.Bij het plasmasnijden zorgt een aparte gasstroom(transportgas) ervoor, dat het vloeibare materiaal (deeigenlijke snede) wordt weggeblazen. De transportgassenkunnen bestaan uit (mengsels van) stikstof, luchtof zelfs zuivere zuurstof.Bij de vorming van de plasmaboog wordt er veel UVstralingopgewekt. Andere typische problemen bij hetplasmasnijden zijn lawaai en microstof (arbo-onvriendelijke,zeer fijn verdeelde metaaldeeltjes en oxiden). Doorhet injecteren van water rondom de plasmaboog (hiervooris speciale snijkop nodig) kan deze boog verderworden geconcentreerd.De reden voor het toepassen van dit proces is het strevennaar een nog smallere en energierijkere plasmaboogmet als voordelen weinig (plaat)vervorming, minder lawaaien minder emissie. Het plasmasnijden met waterinjectiewordt vooral toegepast voor dunne plaat.Er kan zelfs onder water worden plasmagesneden, wateveneens aantrekkelijk is bij dunne plaat (weinig vervormingen)en weinig stof, straling en geluid veroorzaakt.Momenteel wordt het plasmasnijden steeds vaker gebruiktvoor het snijden van dunne plaat en buis. Er kunnenmet het plasmasnijden metalen worden gesnedenvanaf circa 1 mm materiaaldikte.De prijs van een plasmasnijsysteem is sterk afhankelijkvan het type systeem en de eventuele bewegings- enmanipulatie-apparatuur. De investeringen van een plasmasnijsysteemvariëren van i 10.000,- voor een eenvoudigtot ca. i 50.000,- voor een uitgebreid systeem.LasersnijdenBij het lasersnijden wordt een geconcentreerde lichtbundelvan één golflengte (monochromatisch) opgewekt.Op de plaats waar moet worden gesneden, wordt debundel via lenzen gefocusseerd, waardoor er een zeerhoge energiedichtheid 10 7 W/cm 2 kan worden bereikt.Deze energie wordt op het materiaaloppervlak omgezetin geconcentreerde warmte. Met dezelfde laserbundelkan zowel gelast als gesneden worden. Het type laserbepaalt welke materialen kunnen worden gesneden.Het lasersnijden kan met alle processen worden uitgevoerd:verdampen, smelten en verbranden, ofwel sublimeer-,smelt- en brandsnijden.Er is momenteel een tweetal typen lasers geschikt voorhet snijden van metalen: de CO 2 laser en de Nd:YAGlaser.Beiden hebben hun specifieke voor- en nadelen.De gebruiker kiest op basis van de te snijden materialen,of andere overwegingen voor een specifiek type laser.Belangrijke voordelen van het lasersnijden zijn onderandere: weinig warmte-inbreng; hoge snijsnelheden bij dunne plaat; een kleine snijvoeg (< 0,1 mm); het snijden van contouren vormt geen probleem; specifiek geschikt voor het snijden van dunne plaaten buis.tabel 1Voor- en nadelen van het waterstraalsnijden en de belangrijkste verschillen met lasersnijdenVoordelen waterstraalsnijden BeperkingenWel snijdbaar met water,echter niet met plasmacontactloos procesmondstukslijtage bij het snijden met gelamineerde materialenabrasief (korte standtijd)geen warmteontwikkeling ‘nat’ proces vezel-versterktekunststoffengeen vervorming grote investering hybride materialen(composieten)geen rook- of stofproductie snijsnelheid is langzamer naarmate poreuze materialenhet materiaal harder isCNC-proces dus eenvoudig teprogrammerengeen beperkingen ten aanzienvan het soort materiaalgering materiaalverlies doorsmalle snede (snede 0,1 – 2 mm)goede ondersteuning van de productdelenbij dunne plaat noodzakelijkdiverse kunststoffen, incl.rubberWel snijdbaar met water,echter niet met lasergelamineerde materialenvezel-versterktekunststoffenhybride materialen(composieten)poreuze materialenmetalen met grote dikte (>50 mm) te snijdenhoogreflecterende metalendiverse kunststoffen, incl.rubberVerbinden van dunne plaat en buis 7

Hiernaast zijn er uiteraard ook beperkingen waaronder: hoge investering noodzakelijk; opharden van de gesneden kanten (staal); uitgebreide veiligheidsvoorzieningen noodzakelijk.Het lasersnijden verkeert, ten aanzien van het snijdenvan dunne plaat, in een constante concurrentie met hetplasmasnijden en het waterstraalsnijden. Het grote voordeelvan het laatste proces is de betrekkelijk geringeinvestering die noodzakelijk is ten opzichte van hetlasersnijden.De prijs van een lasersnijsysteem is sterk afhankelijkvan het type laser en de bewegings- c.q. manipulatieapparatuur.De investeringen van een laser, inclusiefveiligheidsvoorzieningen variëren van i 100.000,- vooreen zeer eenvoudig tot ca. i 1.000.000,- voor een uitgebreidsysteem.Op het gebied van laserbewerkingen is een aantal voorlichtingspublicatiesuitgegeven door de Vereniging FME-CWMKeuze van de scheidingstechniekUitgangspunt bij de keuze van een scheidingstechniekvormt de productspecificatie met de eisen betreffendede toe te passen materialen, de vorm- en maatnauwkeurighedenen de kwaliteit van de snijkanten. Na deselectie van de in aanmerking komende scheidingstechniekenop basis van deze eisen, vindt de definitievekeuze plaats op basis van een economische afweging.Ten aanzien van de technische aspecten spelen de volgendeselectiecriteria een belangrijke rol: de materiaalsoort; de materiaaldikte; de vorm van de snede: rechte of gebogen lijnen; de geëiste nauwkeurigheid.Ten aanzien van de economie spelen onder andere eenbelangrijke rol: de investering (apparatuur, veiligheidsvoorzieningen,voorzieningen ten behoeve van arbo en milieuzorg); de operationele kosten (mens, apparatuur); de kosten van slijtdelen.De technische keuze is in veel gevallen eenvoudig temaken. De economische aspecten kunnen eveneensvaak betrekkelijk eenvoudig worden doorgerekend aande hand van bijvoorbeeld de investeringskosten, deseriegrootte en de gewenste kwaliteit van de gesnedenonderdelen. Voor een aantal bewerkingsprocessen is ereen duidelijke overlap in toepassing. Dat betreffen hetpons-nibbelen, plasmasnijden, lasersnijden en waterstraalsnijdenvoor de kleinere materiaaldikten.5. Keuze verbindingsprocessenGeen enkel verbindingsproces is geschikt voor alle toepassingen,daarvoor lopen de toepassingen eenvoudigwegveel te ver uiteen. Er moet dus altijd een keuzeworden gemaakt voor een specifiek verbindingsproces,gebaseerd op de te verbinden onderdelen en kwaliteitseisen.Technische aspecten als te verbinden materialen,materiaalafmetingen, toelaatbare toleranties zijn belangrijkecriteria voor de selectie van het juiste verbindingsproces.Ook de kosten van de investeringen en uitvoeringbepalen in belangrijke mate de processelectie.Om het juiste verbindingsproces te kunnen kiezen, zijndus selectiecriteria nodig. De geroutineerde werkvoorbereiderkiest een verbindingsproces op basis van zijnervaring. Meestal kiest hij uit de in het bedrijf beschikbaremogelijkheden. Dat houdt het gevaar in dat hij nietop de hoogte is van betere mogelijkheden bij anderen(uitbesteden) of met de nieuwere apparatuur op demarkt (investeren).Een andere, door de historie gegroeide beperking is vaak,dat iemand alles weet van bijvoorbeeld mechanischeverbindingsprocessen en weinig van bijvoorbeeld hetlijmen of omgekeerd. Dat is meestal afhankelijk van deaard van het bedrijf waarin men werkzaam is (bedrijfsblindheid).In het kader van het in de inleiding genoemde FME-CWMproject, is een eerste opzet gemaakt van een keuzemethodiekvoor het selecteren van een verbindingsprocesvoor dunne plaat, aan de hand van door de gebruikerin te geven selectiecriteria.‘Dunne Plaat Online’De website ‘DunnePlaat-Online’ is ontstaan uit de behoefteom de keuzeproblematiek op een duidelijke entoegankelijke manier beschikbaar te stellen aan hetMKB. De website is bereikbaar vanuit de websites vaneen aantal van de deelnemende partners in het projectwaaronder: FME-CWM, FDP en NIL.Bij binnenkomst op www.dunneplaat-online.nl ziet menhet bovenstaande schermbeeld. Naast de tekst is directde menu-structuur zichtbaar, die tijdens het geheleverdere selectieproces zichtbaar en dus bruikbaar blijft.Het menu bestaat uit achtereenvolgens:HomeHiermee keert men telkens weer terug naar de homepagevan waaruit men kan beginnen (zie figuur 7).figuur 7 Homepage van www.dunneplaat-online.nlWaarom deze site?Onder deze knop wordt u kort op de hoogte gesteldvan de achtergrond van het project waarin uiteindelijkdeze keuzemethodiek tot stand is gekomen.ProceskeuzeOnder deze knop treft u een zoekprogramma aan, dat uondersteunt in het selecteren van mogelijk geschikteverbindingstechnieken, echter voorafgegaan door eenkorte gebruiksaanwijzing.Na lezing hiervan (of direct), kunt u door naar de werkelijkekeuzesystematiek door op de tekstbutton ‘Naar hetprogramma voor de proceskeuze’ te klikken.Na akkoord gegaan te zijn met de voorwaarden komt uin het selectiescherm.ProcesomschrijvingenOnder de knop ‘procesomschrijvingen’ treft u een totaaloverzichtaan van de processen en procesvarianten dieonder voorwaarden kunnen worden toegepast bij hetverbinden van dunne plaat. Het zijn er voorlopig146,alfabetisch gerangschikt per hoofdgroep.Een druk op de knop ‘info’ achter het betreffende procesbrengt u gedetailleerde informatie over het betreffendeproces. Deze informatie krijgt u ook te zien als u via dekeuzematrix op de gesuggereerde processen drukt.8 Verbinden van dunne plaat en buis

Indien u een overzichtelijk aantal suggesties heeft, kuntu gaan kijken welke processen dit zijn. Dit doet u doorop de button ‘Laat de suggesties zien’ te drukken. Ukrijgt dan een overzicht van de voorgestelde processenin tabelvorm te zien (zie figuur 12).figuur 14Overzichtstabel aan het einde van deprocesbeschrijvingfiguur 12Overzicht van voorgestelde processenDoor op het proces van uw keuze te drukken, kunt umeer achtergrondgegevens van het betreffende procesbekijken (figuur 13), inclusief een overzichtstabel onderaande pagina (figuur 14). U kunt deze eventueel uitprinten.Achter sommige processen staat de opmerking“meer info”. Deze linkt dan door naar een pagina waarinlinks aanwezig zijn naar bedrijven die zich op het gebiedvan het betreffende proces begeven.figuur 13Voorbeeld van een procesomschrijving10 Verbinden van dunne plaat en buis

Verbinden van dunne plaat en buis 11

AuteursDeze voorlichtingsbrochure is tot stand gekomen, middelseen samenwerkingsverband van de Federatie Dunne PlaatFDP), het Hechtingsinstituut, het Nederlands Instituut voorLastechniek (NIL), het Netherlands Institute for MetalsResearch (NIMR), Syntens, TNO Industrie en de VerenigingFME-CWM.De auteurs, H.J.M. Bodt LPI (NIL) en A. Gales (TNO Industrie)werden ondersteund door een werkgroep bestaande uit:P. Boers (FME-CWM), H. de Kruijk (TNO Industrie),M. de Nooij (TNO Industrie), H. Poulis (Hechtingsinstituut),J. van de Put (Syntens) en H.H. van der Sluis (adviseurTNO Industrie).Technische informatie:Voor technisch inhoudelijke informatie over de in dezevoorlichtingspublicatie behandelde onderwerpen kunt u zichrichten tot de auteurs A. Gales (tel.: 040-2650247, e-mail:a.gales@ind.tno.nl) en H.J.M. Bodt LPI (tel.: 071-5601079,e-mail: bodt@nil.nl).Informatie over, en bestelling van VM-publicaties,Praktijkaanbevelingen en Tech-Info-bladen:Vereniging FME-CWM / Industrieel Technologie Centrum (ITC)Bezoekadres: Boerhaavelaan 40,2713 HX ZOETERMEERCorrespondentie-adres: Postbus 190,2700 AD ZOETERMEERTelefoon: (079) 353 11 00/353 13 41Fax: (079) 353 13 65E-mail:pbo@fme.nlInternet:http://www.fme-cwm.nlNederlands Instituut voor Lastechniek (NIL)Adres: Krimkade 20,2251 KA VOORSCHOTENTelefoon: (071) 560 10 70Fax: (071) 561 14 26E-mail:info@nil.nlInternet:http://www.nil.nl© Vereniging FME-CWM/mei 2003Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaaktdoor middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke ander wijze ookzonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.Hoewel grote zorg is besteed aan de waarborging van een correcte en,waar nodig, volledige uiteenzetting van relevante informatie, wijzen debij de totstandkoming van de onderhavige publicatie betrokkenen alleaansprakelijkheid voor schade als gevolg van onjuistheden en/ofonvolkomenheden in deze publicatie van de hand.Vereniging FME-CWMafdeling Technische BedrijfskundePostbus 190, 2700 AD Zoetermeertelefoon 079 - 353 11 00telefax 079 - 353 13 65e-mail: pbo@fme.nlinternet: http://www.fme-cwm.nl12 Verbinden van dunne plaat en buis