Wrijvingsroerlassen (FSW) Uitgelegd: Proces, Voordelen en Toepassingen

Wat is Wrijvingsroerlassen?

Wrijvingsroerlassen (FSW) is een vastestof-verbindingsproces dat wrijvingswarmte gebruikt, gegenereerd door een roterend gereedschap, om twee tegenoverliggende werkstukken te verbinden zonder het basismateriaal te laten smelten. Warmte ontstaat door wrijving tussen het roterende gereedschap en het werkstukmateriaal, wat leidt tot een verzacht gebied nabij het FSW-gereedschap.

Terwijl het gereedschap langs de naadlijn beweegt, mengt het de twee metalen mechanisch door elkaar en smeedt het verzachte, hete metaal door de mechanische druk die het gereedschap uitoefent, vergelijkbaar met het samenvoegen van klei of deeg.

Het wordt voornamelijk gebruikt op gesmeed of geëxtrudeerd aluminium, met name voor constructies die zeer hoge lassterkte vereisen. FSW kan aluminiumlegeringen, koperlegeringen, titaniumlegeringen, zachte staal, roestvrij staal en magnesiumlegeringen verbinden. Recent met succes toegepast bij het lassen van polymeren. Ook het verbinden van ongelijksoortige metalen, zoals aluminium met magnesiumlegeringen, is recentelijk bereikt. Toepassingen in moderne scheepsbouw, treinen en luchtvaart.

Werkingsprincipe

De voortgang van het gereedschap door de naad, met de laszone en het door de gereedschapsschouder beïnvloede gebied.

FSW wordt uitgevoerd met een roterend cilindervormig gereedschap met een geprofieleerde pen met een kleinere diameter dan de schouder. Tijdens het lassen wordt het gereedschap in een stootnaad tussen twee gespande werkstukken geduwd tot de pen in het werkstuk penetrateert en de schouder het werkvlak raakt.

De pen is iets korter dan de vereiste lasdiepte, met de schouder rustend op het werkvlak. Na een korte wachttijd beweegt het gereedschap vooruit langs de naadlijn met de vooringestelde lassnelheid.

Wrijvingswarmte ontstaat tussen het slijtvaste gereedschap en de werkstukken. Deze warmte, samen met die van het mechanische mengproces en de adiabatische warmte in het materiaal, zorgt ervoor dat de geroerde materialen verzachten zonder te smelten.

Naarmate het gereedschap vooruit beweegt, dwingt een speciaal profiel op de pen geplasticeerd materiaal van de voorste flank naar de achterkant, waar hoge krachten helpen bij een gesmede consolidatie van de las.

Dit proces van het gereedschap dat langs de laslijn beweegt in een geplasticeerde tubulaire schacht metaal resulteert in zware vastestofdeformatie met dynamische herkristallisatie van het basismateriaal.

Het Proces van Wrijvingsroerlassen

Wrijvingsroerlassen gebruikt een speciaal ontworpen gereedschap dat met hoge snelheid roeert over de naden die gelast moeten worden. Als het gereedschap over het metaal roteert, ontstaat warmte waardoor de metalen plastisch worden en in elkaar vloeien. FSW kan twee typen lassen:

• Overlappende lassen (Lap Joints)
• Stootlassen (Butt Joints)

Het gereedschap heeft twee delen: een cilindervormig deel (schouder) dat op de naad roteert, en een geprofieleerde pen die uit de schouder uitsteekt. De pen wordt eerst in de naad geboord. Dan roteert de schouder boven het werkstuk tot een optimale temperatuur bereikt en geabsorbeerd is. Vervolgens beweegt het gereedschap over de naad, wat een continue las creëert. Dit is mogelijk door de volumetrische verwarming door het gereedschap en het mengen van metaaldeeltjes door de geprofieleerde pen. Van de pen die in het werkstuk gaat en de verzachte deeltjes roert ("Stir"), komt de naam.

Toepassingen van Wrijvingsroerlassen

Het FSW-proces is oorspronkelijk gepatenteerd door TWI in de meeste geïndustrialiseerde landen en gelicentieerd aan meer dan 183 gebruikers. FSW en varianten (wrijvingsroerpuntlassen, wrijvingsroerbewerking) worden gebruikt voor: scheepsbouw en offshore, luchtvaart, auto, spoorwegmaterieel, algemene fabricage, robotica, computers.

FSW vindt toepassing in diverse industrieën die aluminium gebruiken.

Scheepsbouw: FSW werd eerst gebruikt voor het lassen van holle aluminiumpanelen voor visboten. Vandaag gangbaar bij het lassen van aluminiumvriespanelen in scheepsromp en -huid. Door minimale vervorming houden aluminiumpanelen hun vorm zelfs bij lange lassen.

Luchtvaart: Aluminiumbrandstoftanks in ruimtevaartuigen voor cryogene zuurstof gebruiken FSW. De kuppels worden aan de cilindrische structuur gelast. Boeing gebruikte FSW in de Interstage Module van een Delta II rakette met succesvolle lancering augustus 1999. Ook voor lichte aluminiumframes in vliegtuigrumpf, lichter dan bouten of nieten.

Spoorwegen: FSW bij holle profielen en T-verstijvingsextrusies voor hoge-snelheidstreinen.

Automobielindustrie: Aluminium als optimale materiaal voor chasses; grote adopter van FSW. Conventionele lasmethoden kunnen geen hoge-tolerantie delen produceren als FSW. Snelle lastijden maken FSW aantrekkelijker voor aluminium.

Wrijvingsroerlassen vs Wrijvingslassen – Het Verschil

Verschillende lastechnieken gebruiken wrijving voor warmteopwekking; de meest voorkomende is wrijvingslassen. Bij typisch wrijvingslassen ontstaat warmte tussen twee werkstukken door er één ten opzichte van de ander te bewegen aan de naad. De wrijving tussen de oppervlakken zorgt voor smelting en vertering.

Dit beperkt wrijvingslassen qua werkstukopstelling, omdat een werkstuk met hoge snelheid lineair heen en weer moet kunnen bewegen. FSW overkomt dit door de werkstukken vast te zetten en het gereedschap langs de naad te bewegen.

Voordelen van Wrijvingsroerlassen

De voordelen voortkomend uit de unieke las zonder verbruiksmaterialen of beschermingstechnieken:

• De afgeronde las is naadloos en esthetisch
• Kan anders onlasbare legeringen lassen zoals Aluminium 2xxx en 7xxx series
• Volledig geautomatiseerd proces
• Geen flux of beschermingsmiddel vereist
• Lage piektemperaturen voorkomen krimp en porositeit van scheuren

Nadelen van Wrijvingsroerlassen

• Gecompliceerde of speciale spanoverstelling vereist
• Creëert een zichtbaar gat in lasplaten
• Hoge initiële of instelkosten
• Minder flexibel dan booglasproces
• FSW kan geen vullassen maken
• Niet-smeedbaar materiaal kan niet gelast worden