Upload
bram
View
81
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
mechanische bewerkingen
Citation preview
dictaat_construeren_mechanische_bewerkingen.pdf
dictaat mechanische bewerkingen
Technische Universiteit Delft | Construeren
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
Dictaat:
Mechanische bewerking
MT14
T.W. Baijards, K.L. Hageman, J.B.A. Maartens, E.L. Scheffers & M.A. Versluis
Vak: MT1451
Datum: 13 December 2013
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
2
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Inhoud Hoofdstuk 1: Metaal Persen en Walsen .................................................................................................. 4
Metaal Walsen..................................................................................................................................... 4
Staalplaatproductie ......................................................................................................................... 4
Metaal Persen ..................................................................................................................................... 8
Vouw- en zetbanken ........................................................................................................................ 8
Drukbanken ..................................................................................................................................... 8
Conclusie ............................................................................................................................................. 9
Bibliografie ........................................................................................................................................ 10
Hoofdstuk 2: Metaal Snijden ................................................................................................................. 11
Geschiedenis ..................................................................................................................................... 11
Autogeen snijden............................................................................................................................... 12
Plasmasnijden .................................................................................................................................... 13
Lasersnijden ....................................................................................................................................... 14
Waterstraalsnijden ............................................................................................................................ 16
Innovatie ............................................................................................................................................ 17
Conclusie ........................................................................................................................................... 18
Bibliografie ........................................................................................................................................ 18
Hoofdstuk 3: Metaal Verbinden ............................................................................................................ 20
Geschiedenis ..................................................................................................................................... 20
Verschillende soorten en de werking ................................................................................................ 20
Thermisch verbinden ..................................................................................................................... 20
Fysisch-chemisch verbinden .......................................................................................................... 25
Mechanisch verbinden .................................................................................................................. 25
Algemene innovatie .......................................................................................................................... 26
Toepassingen in de scheepsbouw ..................................................................................................... 26
Conclusie ........................................................................................................................................... 27
Bibliografie ........................................................................................................................................ 27
Hoofdstuk 4: Plaat en Profiel Buigen ..................................................................................................... 29
Profielbuigen ..................................................................................................................................... 29
Plaatbuigen ........................................................................................................................................ 30
Buigbank ........................................................................................................................................ 30
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
3
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Zetbank .......................................................................................................................................... 31
Innovatie ............................................................................................................................................ 32
Bibliografie ........................................................................................................................................ 32
Hoofdstuk 5: Conserveren ..................................................................................................................... 33
Geschiedenis van de bewerking [1] ................................................................................................... 33
Verschillende soorten conserveer methodes ................................................................................... 34
Poedercoaten [2] ........................................................................................................................... 34
Verzinken [3] ................................................................................................................................. 34
Natlakken [4] ................................................................................................................................. 35
Passiveren [5] ................................................................................................................................ 36
Innovatie algemeen en innovatie scheepsbouw [6] ......................................................................... 36
Conclusie ........................................................................................................................................... 37
Bibliografie ........................................................................................................................................ 37
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
4
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Hoofdstuk 1: Metaal Persen en Walsen T.W. Baijards - Studienummer 4290593
In de scheepsbouw worden verscheidene metaal bewerkingen uitgelegd. In dit hoofdstuk worden 2
van de bewerkingen verklaard. Bij het bouwen van een schip wordt bijna altijd metaal gebruikt
omdat het een sterkere en goedkopere optie is dan bijvoorbeeld composiet of hout. Een blok metaal
moet voordat het gebruikt kan worden een aantal bewerkingen ondergaan. Een massief blok metaal
kan niet worden gebruikt in de scheepsbouw hiervoor moet het blok metaal worden gewalst tot een
dunne plaat. Met de gewalste platen kan de romp van het schip worden bekleed. Wanneer er
andere specifiekere vormen nodig zijn kan het metaal worden geperst. Bij het walsen van metaal
ontstaan er alleen maar rechte platen die verder worden bewerkt tot onderdelen van een schip.
Persen daarentegen is een vorm van bewerking die al veel meer op de vorm van het onderdeel
inspeelt.
Metaal Walsen Op het gebied van metaal walsen zijn er verschillende methoden van walsen. Een stuk metaal kan
koud of warm worden gewalst. Wanneer een stuk staal koud wordt gewalst wil dat zeggen dat de
temperatuur van het metaal nog onder het smeltpunt ligt. Bij warm walsen ligt de temperatuur van
het metaal boven het smeltpunt waardoor het makkelijker gewalst kan worden.
Eerst wordt er uitgelegd hoe de stalen platen worden gemaakt zodat ze in rouwe vorm op een
scheepswerf aankomen. Het deel erna verklaart welke bewerkingen er worden verricht om de stalen
platen daadwerkelijk tot onderdelen te maken.
Staalplaatproductie
In de staal productie zijn er verscheidene processen voor nodig om een uiteindelijk een staal plaat te
maken. De processen bewerken het staal totdat het gebruikt kan worden voor bijvoorbeeld de
scheepsbouw. De verschillende processen zijn door de jaren heen veranderd en geoptimaliseerd. Er
worden drie vormen van walsen aangekaart die er voor zorgen dat van een massief blok staal een
plaat kan worden gemaakt die sterk genoeg is om te fungeren in de scheepsbouw. De afbeelding
hieronder laat duidelijk zien welke bewerkingen en processen veranderd en bedacht zijn in de staal
productie.
Figuur 1: Overzicht productie lijn Hoogovens. (figuur 1.5, 'Ondernemen in Ontwikkeling' Hollander F.)
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
5
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Blokwalsproces
Het begint allemaal met het maken van blokken staal. De blokken worden gegoten in een mal
wanneer de blokken voldoende zijn gestold kunnen ze uit de mal worden gehaald. De blokken
worden weer verhit tot een temperatuur van ongeveer 1300°C waardoor ze door de blokwals
kunnen. De blokwals zorgt met 1 walstuig voor de gewenste afmetingen van de klant. Met de op
maat gemaakte blokken zorgt de producent dat er bijna geen aanpassingen hoeven worden verricht
in het verdere walsen van het staal. Hierdoor houden ze minder (afval) staal over waardoor de
kosten omlaag worden gebracht. De blokken staal zijn nu klaar voor hun verdere bewerkingen door
de warmwals en de koudwals.
Rond 1990 is het blokwalsproces vervangen door een continu-gietproces waardoor de hele
productieketen een stuk sneller achter elkaar kon gaan werken. Hierdoor is het een stuk goedkoper
om staal te maken.
Figuur 2: Blokwals (http://www.oldhamgas.com/sites/oldhamgas 1)
Warmbandwalsen
Een warmbandwalserij zorgt ervoor dat stalen plakken van een variërende dikte van 140 tot 200 mm
worden uitgewalst tot een warmgewalste band met een dikte tussen de 1.6 mm en de 8 mm.
Voordat de stalen plakken door de wals gaan worden ze opgewarmd tot een temperatuur van 15°C
tot 1250°C. Wanneer de plakken uit de ovens komen zit er een oxydehuid op die eerst moet worden
verwijderd voordat de plakken in wals kunnen. De oxydehuid wordt verwijderd d.m.v. de
oxydebreker en hogedrukspuiten. Vervolgens wordt de plak in de voorwals in de vijf stappen
verdund tot 27 mm dikte. Na het voorwalsen wordt de temperatuur van de plak opgemeten en
verplaatst naar een wachttafel. Op de wachttafel heeft de plak staal de tijd om af te koelen. Als de
plak de juiste temperatuur heeft kan die naar het eindwalsproces. Het eindwalsproces bestaat uit
een reeks gekoppelde walstuigen die de plak op de gewenste einddikte walst. Het laatste onderdeel
is het laten afkoeling van de stalen plaat d.m.v. een aanstal sprinklers waard de plaat onderdoor
gaat. Aan het eind van de band wordt de plaat opgerold op een haspel.
Het warmwalsproces is van grote waarde doordat het staal bij hoge temperaturen goed vervormbaar
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
6
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
is en makkelijker te bewerken.
Figuur 3: Schema Warmbandwalserij (figuur 1.2, 'Ondernemen in Ontwikkeling', Hollander F.)
Figuur 4: Warmbandwalserij (http://images18.knack.be/images/resized/ 1)
Koudbandwalsen
Na het warmbandwalsen van een stuk staal moet het nog door de koudbandwals om de kwaliteit van
de rol met staal te verbeteren. Het koudbandproces bestaat uit een aantal stappen die niet aan
elkaar zijn gekoppeld zijn.
1. “Het beitsen: conditioneren van het oppervlak van de warmgewalste band;
2. Het koudwalsen: het realiseren van gewenste einddikte;
3. Het gloeien: het conditioneren van de microstuctuur ten behoeve van de
materiaaleigenschappen;
4. Het nawalsen: het optimaliseren van de producteigenschappen :
-onderdrukken van de vloeivlag
-hardheid
-aanbrengen van ruwheid”
(Hollander F (1993), Deel I-3.2-p.6)
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
7
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
De rol met staal wordt afgewikkeld voor het koudwalsproces. Tijdens het proces wordt de plaat tot
een einddikte gebracht van ongeveer 0.6- 0.4 mm. De plaat wordt door een reeks van walstuigen
gevoerd waardoor de gewenste dikte wordt bereikt. Na het koudwalsproces is het staal heel hard en
stijf om het niet gerekristalliseerd wordt. Om het staal een zachtere en meer bewerkbare eigenschap
te geven moet het staal een aantal dagen in een gloeioven om het metaal te laten rekristalliseren. Na
de gloeioven is het staal beter te behandelen.
Staalwalsen in de Scheepsbouw
In scheepsbouw komen de ruwe platen staal binnen van de vorige behandelde processen. De platen
zijn nog niet meteen geschikt om te fungeren als scheepsonderdelen daarom moeten de onderdelen
eerst nog bewerkt worden. Er zijn verschillende walsbewerkingen maar in de scheepsbouw worden
vooral vlakwalsen en vormwalsen gebruikt.
Vlakwalsen
De platen die binnenkomen op de scheepswerf zijn nog niet van de kwaliteit dat ze meteen kunnen
worden gebruikt voor de productie van een schip. De platen zijn bij het transport of bij het afkoelen
in de fabriek vervormt of beschadigt. De platen kunnen niet meteen worden gelast of af worden
getekend. Het vlakwalsen moet er voor zorgen dat alle deuken, buigingen en spanningen binnen de
platen worden uitgevlakt en weg gehaald. Doormiddel van de vlakwalsen of ook wel mangels
genoemd worden de platen helemaal recht gebogen. De platen gaan tussen walsrollen door van
verschillende grote en met verschillende hoeken waardoor de plaat heen en weer wordt gebogen en
uiteindelijk helemaal vlak uit de wals komt.
Vormwalsen
Wanneer de platen kaarsrecht van het vlakwalsen komen dan kunnen de desbetreffende vormen in
de platen worden gewalst. Elk onderdeel van het schip heeft een andere vorm dus ook een andere
kromming d.m.v. de vormwalsen kunnen er verschillende vormen worden gewalst. De vormwalsen
kunnen bestaan uit drierollen of vierrollen. Het aantal rollen en de stand van de rollen bepaald de
vorm die in de platen kan worden gewalst. Na het walsen moeten de plaatdelen worden verwijderd
Figuur 5: Schema van een vlakwals (Hengst S (1999), Scheepsbouw I)
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
8
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
waardoor meestal de bovenrolondersteuning naar boven kan worden weg geklapt. De vormwalsen
worden over het algemeen het meest gebruikt om cilindrische vormen te walsen.
Figuur 6: Vormwalsen 3 rollen (Hengst S (1999), Scheepsbouw I)
Figuur 7: Vormwalsen 4 rollen (Hengst S (1999), Scheepsbouw I)
Metaal Persen Persen is een bewerking waarbij met een machine druk wordt uitgeoefend op een materiaal zoals
staal of plastic waardoor een bepaalde vorm kan worden gemaakt. De vorm wordt bepaalt door
verschillende mallen die boven en onder het materiaal worden geplaatst. In de scheepsbouw worden
verschillende soorten van persen toegepast. Vouw- en zetbanken en drukbanken zijn de machines
die voor het persen gebruikt worden.
Vouw- en zetbanken
Voor het plaatstaal dat in een relatief kleine kromtestraal moet worden gekomen wordt gevouwen of
gezet door de vouw- en zetbanken. Vouwen houd in dat er één scherpe buiging wordt gemaakt in het
plaatwerk. Een buiging d.m.v. zetten ontstaat onder een reeks van verschillende buigingen waardoor
een bepaalde vorm in het plaatwerk kan worden gemaakt. De vouw en zetbanken worden meestal
via een hydraulische bovenjuk aangedreven. Aan de bovenjuk zit de bovenstempel gemonteerd die
de vorm van het plaatwerk bepaald samen met de sadelstempel die die op de tafel rust.
Drukbanken
Een drukbank wordt gebruikt om plaatselijke rek uit te oefenen op een plaat waardoor er een buiging
ontstaat. De plaat wordt tussen een rekstempel en een vlakke ondermatrijs gelegd en door
herhaaldelijk de rekstempel op de plaat te drukken ontstaat er rek in de plaat waardoor die buigt. Er
bestaan 2 verschillende soorten drukbanken. De eerste is een ‘gap press type’ en de tweede is een
‘portal press type’. Beide drukbanken werken op dezelfde wijze qua bewerking alleen is het mogelijk
om met de ‘portal press type’ grotere platen te verwerken omdat het een soort raamwerk waar de
hydraulische pers in hangt en dus grotere objecten rondom kunnen worden bewerkt. De grote platen
kunnen bijvoorbeeld delen zijn van de romp van het schip aan de voor of achterkant omdat dit
ongelijk gevormde platendelen zijn.
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
9
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Figuur 8: 'Gap press type' drukbank (Hengst S (1999), Scheepsbouw I)
Figuur 9: 'Portal press type' drukbank (Hengst S (1999), Scheepsbouw I)
Conclusie De verschillende bewerkingen die zijn onderzocht hebben hun toepassingen allemaal binnen de
scheepsbouw. Het walsen is een proces dat aan het begin van het produceren van staal tot aan het
daadwerkelijke plaatwerk van een scheep reikt. Het walsen van metaal wordt dus wel degelijk
toegepast in de scheepsbouw, het is een van de basis bewerkingen binnen de werf waardoor de rest
van de bewerkingen binnen de werf verder kunnen. Er zijn verschillende soorten walsen van
blokwalsen tot vormwalsen hebben de methoden allemaal een invloed in de scheepsbouw.
Persen is een methode waarbij druk wordt uigeoefend op een materiaal. Persen kan op verschillende
manieren worden toegepast en zorgt ook voor verschillende eindproducten binnen de scheepsbouw.
Het persen kan worden gebruikt voor plaatwerken en het vormen van de plaatdelen van de romp
van een schip.
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
10
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Bibliografie
1. Hollander F, (1993). Industriële research: “Ondernemen in Ontwikkeling”: Case: de evolutie van de
procestechnologie van het warmwalsproces bij Hoogovens, Universiteit Twente, Enschede
2. Hengst S, (1999). Scheepsbouw I, Universiteit Delft Maritiem, Delft
3. http://thelibraryofmanufacturing.com/metal_rolling.html. [Laatst geraadpleegd op 29 November
2013].
4. http://www.tpub.com/air/1-21.htm. [Laatst geraadpleegd op 29 November 2013].
5. http://www.kawasaki-steel-21st-cf.or.jp/index2.html [Laatst geraadpleegd op 29 November 2013]
6. http://strategis.ic.gc.ca/SSG/mm01289e.html [Laatst geraadpleegd op 29 November 2013]
7. Wusatowski Z, (1969). Fundamentals of rolling Pergamon,
8. Roberts, William L. (1983), Hot Rolling of Steel, CRC Press,
9. Lawrence H. Van Vlack, Elements of Material Science & Engineering, 4th
Edition, Addison Wesley,
1980, p 211-212
10. William D. Callister, Jr, Material Science and Engineering: An Introduction, 3rd
Edition, John Wiley
& Sons, Inc., 1994, p 349
11. William F. Hosford and Robert M. Caddell, Metal Forming: Mechanics and Metallurgy, Prentice-
Hall, Inc., Englewood Cliffs, 1983, p 128-138
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
11
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Hoofdstuk 2: Metaal Snijden J.B.A. Maartens - Studienummer 4318056
Bij het proces van het bouwen van een schip zijn veel bewerkingen van metaal nodig. De vorm
waarin metaal wordt aangeleverd op een scheepswerf is niet de juiste vorm waarmee een schip
daadwerkelijk kan worden gebouwd. Bepaalde segmenten van het schip zijn zodanig ontworpen dat
ze complexe structuren hebben die niet zomaar uit de 'gewone' staalplaten zijn op te bouwen.
Hiervoor is het nodig de staalplaten te bewerken. In dit hoofdstuk van het diktaat wordt ingegaan op
de bewerkingsmethode 'metaal snijden'. Het snijden van platen metaal maakt deze platen kleiner.
Dit verkleinen kan nodig zijn voor de structuur binnen het schip. De boeg heeft bijvoorbeeld een
relatief ingewikkelde structuur waardoor kleinere metalen segmenten benodigd zijn.
Om erachter te komen wat het metaal snijden inhoud, welke verschillende methodes er zijn en wat
er in de toekomst voor mogelijkheden zijn is er een hoofdvraag opgesteld. Op die manier kan er
gericht worden gezocht naar informatie. De hoofdvraag luidt:
Welke methodes van metaal snijden worden er gebruikt in de scheepsbouw en wat houden deze
methodes in?
In dit hoofdstuk zal worden ingegaan op de geschiedenis van het metaal snijden, waarna er
verschillende methodes en machines worden behandeld waarmee metaal kan worden gesneden.
Vervolgens zal worden gekeken naar vernieuwende methodes van metaal snijden en welke daarvan
specifiek voor de scheepsbouw geschikt zijn.
Geschiedenis De eerste technieken die werden gebruikt voor het scheiden van metaal met behulp van snijden
berustten vooral op de thermische eigenschappen van metaal. Als metaal tot een bepaalde
temperatuur verhit wordt, verbrandt dit. Deze eigenschap werd dan ook veel gebruikt in de vorm van
autogeen snijden (ook brandsnijden genoemd).
Sinds de jaren '60 van de vorige eeuw werden er nieuwe snijtechnieken toegepast op industriële
schaal. Door nieuwe technieken, zoals lasersnijden, plasmasnijden en waterstraalsnijden, werd het
mogelijk om metaal net zo snel (ca. 25 meter per minuut) te snijden als andere materialen, zoals
plastic of hout. Ook werd de nauwkeurigheid sterk verbeterd, het was nu mogelijk een naad van
0.25 millimeter te snijden bij een snijsnelheid van 4 meter per minuut.
In de scheepsbouw wordt tegenwoordig voornamelijk het autogeen- en plasmasnijden gebruikt. Dit
zijn thermische snijprocessen, net als het lasersnijden. Het waterstraalsnijden gebruikt geen warmte
om een snijspleet te creeren, maar een dunne en krachtige waterstraal.
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
12
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Autogeen snijden Het autogeen snijden is de oudste bewerkingsmethode. De warmte voor dit snijproces wordt
geleverd door de verbranding van een gasmengsel, meestal een mengsel van acetyleen en zuurstof.
Er worden ook andere gassen als methaan, propaan, Mapp of Apachi gebruikt bij autogeen snijden.
De ontstane gasvlam zorgt ervoor dat het metaal wordt voorverwarmd tot net onder de
ontstekingstemperatuur. Hierna vindt oxidatie van het staal plaats doordat er ook nog zuurstof in het
gasmengsel zit. Dit proces kan worden weergegeven in de volgende reactie:
Door deze oxidatie ontstaat er zoveel warmte dat dit proces zichzelf vervolgens in stand houdt. Toch
is het wel nodig de gasvlam te blijven gebruiken om de ontstane, vloeibare ijzeroxiden weg te blazen.
Daarnaast is de gasvlam nodig om bij onderbrekingen het proces weer op gang te brengen. Ook de
zuurstofstraal van de snijvlam zorgt ervoor dat de ijzeroxiden worden weggeblazen. Voor dit proces
moet het materiaal wel aan een aantal voorwaarden voldoen:
De verbrandingstemperatuur moet lager zijn dan de smelttemperatuur.
Bij de oxidatie van dit materiaal moet genoeg warmte ontstaan zodat het proces zichzelf
daadwerkelijk in stand houdt.
Het smeltpunt van dit materiaal moet hoger zijn dan het smeltpunt van zijn oxide.
Wanneer niet aan deze volwaarden wordt voldaan zal er geen oxidatie plaatsvinden of zal het proces
niet werken (de instandhouding ontbreekt). Alle materialen die wel aan deze voorwaarden voldoen
zijn ongelegeerde koolstof- en gietstalen, en verscheidene gelegeerde staalsoorten.
Figuur 10: het principe van autogeen snijden via http://www.vanotools.nl/infosite/pages/Techniek%20&%20know%20how/Technische%20informatie%20Autogeen%20snijden%20Hoe%20en%20wat%20.html
Bij autogeen snijden is het eventueel ook nog mogelijk om meerdere branders in een machine te
verwerken. Hierdoor wordt het mogelijk om verschillende snijnaden te branden, zoals in
onderstaande figuur te zien is. Deze verschillende snijnaden kunnen een eventuele lasverbinding
sterker maken, of het makkelijk maken om te lassen.
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
13
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Figuur 11: verschillende ontstane snijnaden via bron 13, pagina 205. A) V-naad B) X-naad C) Y-naad D) K-naad
Bij het snijden van deze laskanten moet er rekening mee worden gehouden dat er nauwkeurig
gewerkt wordt. Er kan vooral bij de hoeken snel teveel materiaal worden weggebrand. Dit wordt
bijna altijd geregeld door de Numerical Controlled (NC) snijmachine, een computer die de brander
stuurt. Dit betekent echter niet altijd dat de plaat nauwkeurig van vorm is. Door de fluctuaties in
temperatuur vervormt de plaat immers continu. Wanneer deze fluctuaties binnen de marges blijven
is er niks aan hand. Als de marges toch overschreden worden zal aanpassing nodig zijn, bijvoorbeeld
door de plaat op een bepaald punt te verhitten en direct weer af te koelen.
Om bij de verbranding ervoor te zorgen dat de ontstane verbrandingsgassen en oxidestoffen niet de
werkplaats verontreinigen, kunnen branders worden uitgerust met watersproeiers. Door deze
zogeheten watermufflers slaan de dampen en stoffen neer.
Deze methode van metaal snijden wordt nog steeds veelvuldig toegepast in de scheepsbouw, vooral
voor het in vorm snijden van platen. De productiviteit kan hierbij worden verhoogd door meerdere
lagen platen in een keer te snijden. Dit wordt pakketsnijden genoemd. Hierbij moet er wel voor
worden gezorgd dat de vlam door alle platen heen gaat en niet ondertussen afbuigt. Dit val te
voorkomen door alle platen stevig op elkaar vast de drukken.
Een bijkomend voordeel van een autogene snijmachine is dat hiermee ook onder water gesneden
kan worden. Dit kan met behulp van een speciale brander, waarbij gecomprimeerde lucht een
scherm vormt tussen de vlam en het water. Deze functie kan handig zijn als er reparaties moet
worden gedaan, of als er een aanpassing moet worden gedaan terwijl het schip al wordt afgebouwd
aan de kade.
Plasmasnijden Plasmasnijden is ook een vorm van thermisch snijden. Er wordt gesneden door een plasmastraal,
bestaande uit perslucht of een inert gas (waterstof, stikstof, argon of een mengsel hiervan). Deze
gasstraal wordt verhit door een elektrische vlamboog, welke gevormd wordt tussen een
wolframkathode en een koperen mondstuk. Dit mondstuk wordt daarbij gekoeld door water, om
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
14
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
vervorming of zelfs verbranding te verkomen. Er wordt een circuit gevormd tussen de kathode en het
materiaal wat moet worden gesneden, met daar tussenin een stroombron.
Figuur 12: het principe van plasmasnijden via http://www.plasma-cutter.com/technical.htm
De verhitting van de gasstraal zorgt ervoor dat het gas ontleed in elektronen, ionen en neutrale
deeltjes. De geïoniseerde gasstraal is de plasmastraal en bereikt een temperatuur rond de 30.000 °C.
Deze wordt door de plasmasnijder geblazen en zal het metaal smelten en wegblazen.
Voordeel ten opzichte van het autogeen snijden is vooral de hogere snijsnelheid. Ook krijgt het
metaal een gladder oppervlak en een nauwere snijspleet. Nadeel is echter de beperkte plaatdikte die
kan worden gesneden. Hierdoor wordt er binnen de scheepsbouw relatief weinig gebruik gemaakt
van plasmasnijders. Ook bij plasmasnijden komen veel schadelijke gassen vrij, waaronder
stikstofoxide en ijzer(III)oxide. Daarom wordt ook bij deze methode gebruik gemaakt van een
watermuffler. Naast het afvoeren van gassen zorgt dit watergordijn ervoor dat het felle geluid van
het snijden enigzins gedempt wordt en dat de lichtintensiteit van de plasmaboog iets vermindert.
Er zijn ook plasmasnijders die onderwater kunnen snijden, maar dit heeft vooral te maken met
koeling en niet zo zeer met functionaliteit. Bovendien staat de machine dan in een laag water van
zo'n 80 millimeter. Voor het snijden in metaal van een schip wat te water ligt is dit dus een zeer
beperkte toepassing. In de scheepsbouw wordt er desondanks wel veel gebruik gemaakt van deze
methode, daar deze methode sneller is dan het autogeen snijden.
Lasersnijden Het lasersnijden kent twee methodes, het smeltend en brandend lasersnijden. Er wordt gesneden
met een lasers, oftewel een Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Bij smeltend
lasersnijden wordt het materiaal in de snijsnede gesmolten door de laser en vervolgens door een gas
(meestal een inert gas) onder hoge druk weggeblazen. Er bestaan ook varianten waarbij het
materiaal in de snijsnede verdampt wordt. Bij het brandend lasersnijden wordt het materiaal in de
snijsnede verhit door de laser terwijl er ook zuurstof (in plaats van gas) onder hoge druk wordt
bijgeblazen. Hierdoor zal het materiaal in de snijsnede oxiderend verbranden. Bij deze verbranding
komt net als bij het autogeen snijden energie in de vorm van warmte vrij, waardoor het proces
zichzelf in stand zal houden. Hierdoor is het brandend lasersnijden een snellere methode dan het
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
15
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
smeltend lasersnijden. Het is overigens ook mogelijk om zonder gassen te snijden, dit heet
lasersublimeersnijden. Dit kan echter niet worden gebruikt om metalen te snijden.
De laser is in feite elektromagnetische straling die zodanig gefocusseerd is dat de diameter van de
straal slecht een fractie van een millimeter bedraagt. Hierdoor is de intensiteit van de straal zo groot
dat metaal kan worden gesmolten of verbrand. De laser wordt opgewekt in een glazen elektronische
buis die gevuld is met zogenaamd lasergas. Dit gas bestaat uit een mengsel van helium-stikstof en
kooldioxide.
Op de kop van de lasersnijder zit een zogenaamde nozzle. Deze zorgt ervoor dat het gas met hoge
druk en snelheid op het werkstuk wordt geblazen.
Figuur 13: het principe van lasersnijden. Het hulpgas bestaat uit zuurstof of een inert gas. Via http://www.vanotools.nl/infosite/pages/Techniek%20&%20know%20how/Technische%20informatie%20Laser%20snijden%20(1)%20.html
Voordeel van het lasersmeltsnijden is dat het resultaat tot snijkanten van een goeie kwaliteit. Nadelig
is echter dat het vrij duur is en dat het relatief langzaam is in vergelijking met het laserbrandsnijden.
Het laserbrandsnijden werkt dus sneller en goedkoper, maar leidt wel tot snijkanten met een minder
goede kwaliteit.
Voordeel van het lasersnijden in het algemeen is vooral dat het leidt tot een zeer fijne snijnaad en
dat er weinig materiaalverlies is. Hierdoor kunnen complexe vormen makkelijk worden uitgesneden.
Ook is de vervorming door warmte relatief klein omdat maar een klein deel van het materiaal aan
warmte wordt blootgesteld. Daarnaast is het een snelle methode en kan er makkelijk geschakeld
worden tussen verschillende werkruimtes. Nadeel is vooral dat deze methode niet erg geschikt is
voor het snijden van relatief dikke platen metaal, er kan slechts worden gesneden tot een dikte van
zo'n 25 millimeter.
In de scheepsbouw zal deze toepassing slechts op kleine schaal worden gebruikt, daar het
lasersnijden vooral ontworpen is voor het snijden van dunne platen metaal en andere materialen.
Tot op heden zijn de hoge benodigde investeringen tevens een reden waarom het voor de
scheepsbouw niet aantrekkelijk is om hier gebruik van te maken. Het grootste voordeel van de hoge
snijkwaliteit is in de scheepsbouw ook niet per se nodig. Het lasersnijden wordt vanwege de
nauwkeurigheid wel veelal toegepast in de elektronische industrie. Ook in de vliegtuigbouw wordt
het veel toegepast: titanium wordt daar veel gebruikt en dit kan makkelijk worden gesneden met een
lasersnijder. Daar kunnen de economische nadelen wel worden gedekt omdat titanium duur is en er
door het lasersnijden weinig materiaal verloren gaat.
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
16
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Waterstraalsnijden Het snijden van metaal met behulp van een waterstraal is de enige bewerking waarbij geen
thermische energie wordt gebruikt. De straal bestaat uit water of uit een mengsel van water en fijne
slijpkorrels. Het snijden met zo'n mengsel heet abrasief waterstraalsnijden. Deze methode van
snijden is in eerste instantie ontwikkeld om zachtere materialen te snijden, maar door de toevoeging
van abrasief is het ook mogelijk geworden om hardere materialen te snijden.
Met een normale waterstraal kan alleen materialen als hout, textiel en rubber worden gesneden.
Voor het snijden van harde materialen als diamant of staal wordt een waterstraal met abrasief
gebruikt. Bij beide methodes wordt er water op druk gebracht tot zo'n 400 MPa, welke door een
spuitstuk op het materiaal worden gespoten. Door de hoge druk heeft de waterstraal een snelheid
tot zo'n 760 meter per seconde, bijna twee en een half keer zo snel als het geluid.
Figuur 14: het principe van waterstraalsnijden met abrasief. Ook hier is een nozzle aanwezig waardoor de waterstraal de machine met hoge druk en snelheid verlaat, onder de juist hoek. Via http://www.viboon.org/2009/09/24/waterjet-%E0%B9%81%E0%B8%A5%E0%B8%B0-abrasive-waterjet-technology-%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%95%E0%B8%B1%E0%B8%94%E0%B8%A7%E0%B8%B1%E0%B8%AA%E0%B8%94%E0%B8%B8%E0%B8%94%E0%B9%89%E0%B8%A7/
Het voordeel van het waterstraalsnijden ten opzichte van de
thermische snijprocessen is vooral dat het materiaal niet wordt
blootgesteld aan extreme warmte. De wrijvingswarmte door de
snijdende waterstraal is te verwaarlozen. Hierdoor zal het
materiaal nooit buiging kunnen vertonen door het snijden ervan. Daarnaast levert de kleine, maar
krachtige waterstraal een hele nauwkeurige snede op. Ook zullen er tijdens het snijproces geen
giftige dampen en stoffen ontstaan.
Het grootste nadeel is dat dit een relatief dure methode is, de benodigde investeringen zijn vrij hoog.
Om dit te verbeteren is nog veel onderzoek nodig. Er wordt op dit moment vooral gebruik gemaakt
om gaten te boren en niet om metaal te snijden. Hierdoor wordt er in de scheepsbouw nog weinig
gebruik van gemaakt. Het is namelijk economisch gezien niet interessant genoeg om een
waterstraalsnijmachine te kopen om alleen gaatjes mee te boren.
Figuur 15: een stalen werkstuk gaten geboord door een waterstraalsnijmachine. Via http://www.flowcut.nl/klanten/flow/media/afbeeldingen/projecten/waterstraalsnijden/marine/Staal%20DH36%20(Small).jpg
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
17
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Innovatie Het metaal snijden is in de scheepsbouw dus veelal van toepassing. Er worden platen op grote schaal
in vorm gesneden voor een sectie, terwijl er op kleine schaal complexe stukken metaal worden
gesneden voor de boeg. Nu wordt nog vooral gebruik gemaakt van autogeen en plasmasnijden. Er
liggen dus nog veel mogelijkheden voor laser- en waterstraalsnijden.
Om dit nog makkelijker en goedkoper te maken wordt er continu onderzoek gedaan. Zo is er in
Hannover, Duitsland een groot onderzoeksinstituut wat onderzoek naar het snijden van materialen,
het European Centre of Excellence for Research and Education in Cutting Technologies (ECCT).
Bedrijven verbeteren huidige methodes, en ontwikkelen soms zelfs nieuwe methodes. Zo heeft
Kranendonk uit Tiel een 'tube and beam cutting system' ontwikkelt (bron 15), waarmee buizen en
balken voor de offshore industrie in een keer kunnen worden gelost, gesneden en weer geladen.
Hierdoor wordt het productie proces sterk verbeterd.
Het waterstraalsnijden is op dit moment de snelst groeiende bewerkingsmethode. De benodigde
investeringen worden steeds lager, terwijl de methode op zich heel efficiënt is aangezien er geen
nabewerking nodig is, een rechte snede wordt geleverd en tegenwoordig ook dikker metaal kan
worden gesneden. De nieuwste waterstraalsnijmachines zijn zo aangepast dat de waterstraal sneller
gefocusseerd kan worden, waardoor de stilstandtijd van de machine verkort wordt (bron 16)).
Hierdoor wordt het productieproces verbeterd. Er wordt dan ook verwacht dat deze methode in
populariteit zal blijven groeien en op den duur de andere snijmethodes zal vervangen.
Waar in de toekomst ook steeds meer naar gekeken zal worden is de duurzaamheid van de
bewerking. Zo ontstaan er bij het autogeen, plasma- en lasersnijden schadelijke stoffen en gassen.
Dit is niet alleen slecht voor de medewerkers, maar ook voor het milieu. Ook hier biedt het
waterstraalsnijden een goed alternatief, daar er geen schadelijke stoffen en gassen ontstaan. Het
onderwater plasmasnijden is overigens ook milieuvriendelijk, deze toepassing wordt vandaag de dag
al toegepast in de scheepsbouw.
Al deze ontwikkelingen hebben natuurlijk effect op de scheepsbouw. Het totale scheepsbouwproces
zal door het verbeterde productie proces sneller worden doorlopen en ook milieuvriendelijker
worden. Veel scheepswerven laten hun staal echter gesneden aanleveren, dus de tijdswinst zal
vooral voordelen hebben voor de leveranciers. Op het snijden van grote platen wordt waarschijnlijk
dus weinig tijdswinst gepakt. Meer tijdswinst kan worden gepakt op de constructie van de
complexere structuren van het schip, zoals de boeg. De onderdelen hiervan kunnen dan immers
sneller worden gesneden.
Alle ontwikkelingen zullen een positieve invloed hebben op de
industrie waarbij het snijden van metaal of gesneden metaal een
onderdeel is van het productieproces. De scheepsbouw heeft hier dus
ook profijt van.
Figuur 16: de waterstraalsnijder zal steeds meer worden gebruikt in de industriële
wereld. Als de huidige trend zo doorzet zal deze snijder de nieuwe norm worden voor het snijden van metaal. Via http://meccanica-plus.it/wp-
content/uploads/sites/4/2010/09/num-1-12837701201.jpg
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
18
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Conclusie Nu het literatuuronderzoek is uitgevoerd kan er een antwoord op de hoofdvraag worden
geformuleerd. De hoofdvraag luidde:
Welke methodes van metaal snijden worden er gebruikt in de scheepsbouw en wat houden deze
methodes in?
Het blijkt dat er voornamelijk twee methodes worden gebruikt in de scheepsbouw, namelijk
autogeen snijden en plasmasnijden. Twee andere methodes om metaal te snijden zijn het laser- en
waterstraalsnijden. Bij de eerste drie methodes wordt er warmte gebruikt om een materiaal door te
snijden. Het autogeen snijden en laserbrandsnijden verbranden het materiaal in de snijsnede onder
invloed van zuurstof of perslucht, waarna het restmateriaal wordt weggeblazen (soms met behulp
van een inert gas). Het plasmasnijden en lasersmeltsnijden smelten het materiaal in de snijsnede
waarna het restmateriaal met behulp van een inert gas wordt weggeblazen. Bij waterstraalsnijden
wordt metaal in de snijsnede weggesneden door een waterstraal met abrasief (fijne korrels).
In de toekomst zal voornamelijk het waterstraalsnijden een grotere rol gaan spelen in de
scheepsbouw en metaal snijden in het algemeen. Door nieuwe technieken en machines zal het
goedkoper, sneller en efficiënter worden om metaal te snijden met een waterstraal.
Bibliografie
1. Castle Metals (2012). The Different Forms and Processes of Metal Cutting. Geraadpleegd op 29
november 2013, van http://www.castlemetalsuk.com/blog/different-forms-processes-metal-cutting/
2. Bas, S. (2011). Watersnijden: De Techniek van Snijden met Water en Abrasief. Geraadpleegd op 29
november 2013, van http://wetenschap.infonu.nl/techniek/67783-watersnijden-de-techniek-van-
snijden-met-water-en-abrasief.html
3. Astakhov, Viktor P. (1999) . Metal Cutting Mechanics. New York: Taylor & Francis Inc.
4. Shaw, Milton C. (1984) . Metal Cutting Principles. Oxford: Oxford University Press.
5. Trent, E.M. (1984) . Metal Cutting. Londen: Butterworths.
6. Arshinov, V.A.. Alekseev, G.A. (1973) . Metal Cutting Theory and Cutting Tool Design. Moskou: MIR.
7. Powell, J. (1998) . CO2 Laser Cutting. New York: Springer Publishing.
8. Stokvis en Zonen: Technische Afdeling (1953) . Gereedschappen en Machines voor Autogeen Lassen en
Snijden en Elektrisch Lassen. Delft: Stokvis.
9. Schepman, J.T.H.C. (1967) . Plasma Snijden, het Elektrisch Lichtboog Snijden van Metalen. Vlissingen:
Kon.Mij. De Schelde.
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
19
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
10. Put, J. van de (2009) . Moderne industriële productie. Pearson Education.
11. Wijt (1951) . Moderne Inzichten over het Lassen en Snijden in de Scheepsbouw. Wijt.
12. NEHA (1992) . Basis-metaal-, Metaalproduktenindustrie en Scheepsbouw: een Geschiedenis en
Bronnenoverzicht. NEHA.
13. Hengst, S. (1999) . Scheepsbouw deel 1. Productiesystemen en productieprocessen. De Maritieme
sector, fabricage en voorbewerking van staal. Delft: Delft University Press.
14. Kals, H.J.J., Buiting-Csikós, Cs., Luttervelt, C.A. van, Moulijn, K.A., Ponsen, J.M. & Streppel, A.H. (2012) .
Industriële Productie. Den Haag: Sdu Uitgevers bv.
15. Kranendonk Production Systems bv (2013) . Tube and beam cutting. Geraadpleegd op 12 december
2013, van http://www.kranendonk.com/en/tube-and-beam-cutting
16. Koopmans, H. (2000) . Waterstraalsnijden van Roestvast Staal Wordt Steeds Aantrekkelijker. RVS, 2000
(9), [elektronische versie].
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
20
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Hoofdstuk 3: Metaal Verbinden K.L. Hageman - Studienummer 4227794
Metaal verbinden, wat is dat nou eigenlijk? Binnen de scheepsbouw is het verbinden van metalen
een erg belangrijk aspect. Zonder metalen te kunnen verbinden ontstaat er geen stalen romp van
een boot. In de loop van de tijd zijn er heel veel verschillende methodes bedacht om metalen aan
elkaar te kunnen koppelen. Veel van deze methodes zijn voor mensen vrijwel onbekend. Iedereen
kent het lassen en solderen wel maar er zijn daarentegen maar weinig mensen die daadwerkelijk
begrijpen hoe lassen en solderen in zijn werking gaan. Je kunt alle soorten metaal verbinden in drie
verschillende groepen plaatsen, thermisch verbinden, fysisch-chemisch verbinden en mechanisch
verbinden. Binnen deze drie groepen heb je heel veel verschillende methodes. Onder lassen is een
thermisch proces, lijmen is een fysisch-chemisch proces en klinken is een mechanisch proces. Al met
al is er maar weinig kennis over hoe dit allemaal werkt. Daarom de vraag wat voor een soorten
metaal verbinden zijn er van toepassing voor de scheepsbouw en hoe werken deze methodes?
Geschiedenis Mechanisch verbindingen vinden hun oorsprong vanuit de boutbewerkingen. Bij het koppelen van
metaal zijn toen der tijd deze methodes van de houtbewerkingen gekopieerd. Dus de oorsprong
hiervan is duizenden jaren terug. Het thermisch verbinden en fysisch-chemisch verbinden zijn anders
tot stand gekomen . Smeden daar is het binnen het thermisch verbinden allemaal mee begonnen. De
Grieken wisten al hoe de basisprincipes van lassen werkte in de eerste eeuw. Smeden heeft zich na
deze tijd alleen maar verder ontwikkeld. Dit heeft te maken met de middeleeuwen de tijd waar heel
veel gebruikt werd gemaakt van smeden. Tot en met 1801 werd er volop gebruikt gemaakt van deze
methode. In 1801 werd de elektrische boog ontdekt, daardoor kon het booglassen ontdekt worden.
In de 19e eeuw werden autogeenlassen en weerstandslassen ontwikkeld. Vanaf toen zijn er alleen
maar meer methodes bedacht van lassen tot en met de ontwikkelingen waar we nu zijn. Het fysisch-
chemisch verbinden is ook al duizenden jaren oud. Dit is allemaal begonnen in de prehistorie toen
werd er gebruik gemaakt van hars van bomen om dingen aan elkaar te koppelen. Later werd door de
Egyptenaren ontdekt dat het koken van dierenbotten en huiden een kleverig mengsel maakt wat
gebruikt kon worden bij het verbinden van hout. Dit allemaal heeft de basis gelegd van het fysisch-
chemisch verbinden.
Verschillende soorten en de werking Zoals eerder al gezegd, er zijn drie groepen binnen het metaal verbinden: thermisch verbinden,
fysisch-chemisch verbinden en mechanisch verbinden. Binnen deze groepen zitten allemaal
verschillende verbindingstechnieken.
Thermisch verbinden
Onder thermisch verbinden vallen solderen en lassen. Binnen het lassen zijn er heel veel
verschillende manieren in, dit is ook het geval bij solderen. Deze vallen hier onder omdat er bij deze
methodes gebruikt gemaakt word van warmte. Het metaal bij de verbindingsplek wordt verwarmd
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
21
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
waardoor het in een zachte/deegachtige toestand wordt gebracht. Zodra het afkoelt zijn de twee
uiteindes aan elkaar gekoppeld. Het verschil tussen lassen en solderen is dat erbij lassen de twee
metalen onderdelen aan elkaar worden gesmolten en bij solderen wordt er gebruik gemaakt van
soldeermateriaal, wat vaak tin is, om de twee metalen onderdelen aan elkaar te verbinden.
Lassen
Weerstandslassen
Weerstandslassen houd in dat twee elektroden de onderdelen op elkaar drukken. Doordat er stroom
door de elektroden word geleid ontstaat er in het grensvlak de grootste warmte waardoor het
metaal gaat smelten. Als er geen stroom meer door de elektrode heen wordt geleid koelt het metaal
af en gaat het metaal stollen. Er zijn een aantal voorwaarde nodig om dit te bereiken:
- De metalen moeten allebei elektrisch geleidend zijn en moeten ongeveer hetzelfde smeltpunt hebben (bron 1)
- De elektrode moeten goed elektrisch geleidend zijn en een hoog smeltpunt hebben (bron 1) - De overgangsweerstand op de plaats van de las moet hoog genoeg zijn om voldoende
warmte te kunnen ontwikkelen (bron 1) - De overgangsweerstand op de plaats waar de elektrode het werkstuk raken moet lager zijn
dan die ter plaatse van de las, om vastlassen van de elektrode te voorkomen (bron 1) Als er aan deze voorwaardes wordt voldaan dan kan er gebruikt gemaakt worden van
weerstandslassen. Onder het weerstandslassen vallen puntlassen, projectiellassen en rolnaadlassen.
Figuur 17: Een voorbeeld van weerstandslassen, om precies te zijn puntlassen (bron 6)
Wrijvingslassen
Hierbij wordt de benodigde warmte doormiddel van wrijving. Dit houd in dat onderdelen onder een
bepaalde druk heel snel langs elkaar heen bewegen. De makkelijkste manier om deze wrijving te
verkrijgen is een rotatie. Met wrijvingslassen kunnen metalen met een sterk verschil in smeltpunt
aan elkaar gelast worden. Een speciaal onderdeel binnen het wrijvingslassen is ultrasoon lassen.
Hierbij wordt een van te verbinden metalen delen in ultrasone trilling gebracht, met de
bewegingsrichting parallel aan het te verbinden vlak, en op het andere onderdeel gedrukt. Door de
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
22
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
trilling worden de oxide laag en verontreiniging verbroken en ontstaat een eer intensief contact
tussen beide onderdelen.
Booglassen
Bij booglassen wordt er gebruik gemaakt van een elektrische vlamboog. Meestal wordt er tussen een
elektrode en het metaal een boog gevormd. De andere methode is het gebruikt maken van een
afsmeltende elektrode. In allebei de methode ontstaat er een smeltbad. Bij allebei de methodes is
het nodig om het smeltbad te beschermen. Dit kan met doormiddel van een gas of een vaste stof.
Onder booglassen vallen, MIG/MAG lassen, onder poederlassen, onder elektrodelassen en TIG
lassen.
MIG/MAG lassen
MIG/MAG lassen zijn een vorm van booglassen. Bij deze lasmethodes wordt de hele tijd een draad
aangevoerd. Tussen het draad en het metaal ontstaat dan de boog. Met een elektrische vlamboog
worden twee punten die met elkaar verbonden worden verwarmd. Op dit punt ontstaat een
smeltbad ook wel een plasje vloeibaar materiaal. Bij MIG/MAG lassen worden gassen gebruikt bij het
lassen. De gassen zorgen ervoor dat het smeltbad wordt beschermd. Het verschil tussen MIG lassen
en MAG lassen is dat erbij MIG lassen inactieve gassen worden gebruikt en bij MAG lassen actieve
gassen. Dit betekent dus dat bij MAG lassen de gassen invloed hebben op de samenstelling van de
uiteindelijke las. Het MIG/MAG lassen is een proces dat halfautomatisch is. Om op deze manieren te
kunnen lassen het je een MIG/MAG installatie nodig. De MIG/MAG installatie bestaat uit:
- De stroombron
- De gasfles met drukregelaar
- Het draadaanvoermechanisme
- Het slangenpakket met laspistool (bron 6)
Figuur 18: schematisch voorstelling van het MIG/MAG lassen (bron 6)
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
23
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Onder poederlassen
Bij onder poederlassen wordt een massief draad zonder beschermgas gebruikt. De bescherming
wordt gegeven door poeder. Deze methode van lassen is alleen toepasbaar op lasnaden die in een
horizontaalvlak liggen. Onder poederlassen wordt toegepast onder een hoge stroomsterkte,
hierdoor is het mogelijk om dikke metalen platen aan elkaar te lassen.
Figuur 19: eerst een schematische weergave van onder poederlassen daarna een onder poederlasmachine (bron 6)
TIG lassen
Bij TIG lassen is het niet afsmeltende elektrode vervaardigd van wolfraam. De bescherming van het
lasblad vind plaats met behulp van een inert gas. Bij dun materiaal is vaak geen toevoegmateriaal
verreist. Zo nodig wordt toevoegmateriaal aangevoerd in de vorm van een afzonderlijk staaf of
draad. Het proces is geschikt voor het lassen van kleine onderdelen (bron 1).
Figuur 20: schematische weergave van TIG lassen (bron 6)
Beklede elektrode lassen
Deze methode van lassen is gebaseerd op het gebruik van een afsmeltende elektrode. Het is een
methode die onder booglassen valt. De elektrode bestaat uit een kern van metaal en een bekleding.
De bekleding heeft als functie:
- De boog richten op de afgesmolten druppels van het smeltbad
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
24
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
- Het stabiliseren van de boog
- Het beïnvloeden van het stoolgedrag
- Het toevoeren van bestandsdelen
- Het verhogen van het neersmeltrendement
Figuur 21: schematische weergave van beklede elektrode lassen (bron 6)
Autogeenlassen
Bij autogeen lassen wordt de warme die nodig is geleverd door het verbranden van een mengsel van
acetyleen en zuurstof. In de gasbrander worden deze twee gassen gemengd. Wat erg handig is, is dat
de verbrandingsgassen ook dienen als beschermingsgassen. Het toevoegmateriaal wordt net zoals bij
TIG lassen aangevoerd doormiddel van een afzonderlijke staaf.
Figuur 22: schematische weergave van autogeenlassen (bron 6)
Solderen
Bij solderen wordt er een metaal toegevoegd die ervoor zorgt dat de twee metalen onderdelen aan
elkaar koppelen. Hiervoor kunnen meerdere metalen voor gebruikt worden. Solderen wordt dus
toegepast omdat het smelten van de te verbinden onderdelen ongewenst is Er zijn twee
hoofdgroepen binnen het solderen te onderscheiden, zachtsolderen en hardsolderen. Het verschil
tussen deze twee methodes ligt bij de temperatuur die gebruikt word. Bij zachtsolderen wordt er een
temperatuur gebruikt van onder de 450 graden en bij hardsolderen wordt er een temperatuur
gebruikt van boven de 450 graden. Voor het solderen wordt een vloeimiddel aangebracht die ervoor
zorgt dat de oxide laag beschadigd maar ook om de oppervlaktespanning te verlagen.
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
25
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Fysisch-chemisch verbinden
Onder fysisch-chemische verbindingen verstaan we het lijmen van metalen aan elkaar. Lijmen is een
tussenlaag tussen twee metalen onderdelen. De sterkte van de lijmlaag zelf en de verbinding tussen
de lijmlaag en de onderdelen worden afzonderlijk beschouwd. Cohesie de lijmlaag zelf gaat over de
sterkte en de vorm die de lijm aanneemt. Adhesie gaat over de verbinding tussen de lijmlaag en de
metalen onderdelen. Dit is het belangrijkste onderdeel bij lijmen. Het is hierbij belangrijk dat de lijm
goed contact maakt met het contactoppervlakken van de metalen onderdelen. Om een goed lijm
contact te kunnen krijgen tussen het lijm en het metaal moet het metaal heel goed gereinigd zijn.
Elke verontreiniging kan er voor zorgen dat de verbinding niet optimaal is. Ook is het erg slim om de
verbinding sterker te maken door het contactoppervlak van metaal ruw te maken, hierdoor kan de
lijm zich beter aan het metaal hechten. Er zijn drie hoofdgroepen binnen het lijmen, chemisch
uithardend, eencomponentenlijm en tweecomponenten lijm. Chemisch uithardende lijm houd in dat
de lijm door een chemisch reactie heen gaat om uit te harden. Eencomponentenlijm hard uit
doormiddel van de vocht in de omgeving. Tweecomponentenlijm houd in dat het uithard zonder
behulp van de vocht in de omgeving.
Mechanisch verbinden
Bij het mechanisch verbinden van metalen worden er veel al hulpmiddelen gebruikt om de metalen
onderdelen aan elkaar te bevestigen. Hierbij moet je denken aan het koppelen doormiddel van
schroef draad, door het metaal heen slaan met een pin of bijvoorbeeld door een kliksysteem die
vervaardigt is in het metaal. Je kan het mechanisch verbinden in vier groepen indelen, verbinden
door plastische vervorming, verbinden zonder plastische vervorming, verbinden door plastische
vervorming van de onderdelen en verbinden voor elastische vervorming van de onderdelen.
Verbinden door plastische vervorming
Bij deze methode wordt er een staaf of pin door het metaal heen geslagen om twee metalen
onderdelen aan elkaar te koppelen. De belangrijkste methode van verbinden door plastische
vervorming zijn de klinknagels.
Verbinden zonder plastische vervorming
Hieronder vallen alle methodes waarbij gebruikt wordt gemaakt van een schroefdraad. Het is de
meest uitgebreide categorie. Dit komt doordat er al honderden verschillende soorten moeren en
bouten zijn. De kopt van een bout heeft een dubbele functie bij het verbinden van twee metalen
onderdelen. Ten eerste het op elkaar drukken van de twee onderdelen en ten tweede het
vastdraaien van de platen.
Verbinden door plastisch vervormen van de onderdelen
Deze methode wordt vooral toegepast op plaatmetaal. Je moet hier denken aan door-, fels-, kraal-,
lip- en roldrukverbindingen. Veel van deze methodes zijn gas- of vloeistofdicht zonder enig element
toe te voegen.
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
26
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Verbinden door elastische vervorming
Hieronder verstaan we klik- of snapverbindingen en hierbij moeten de onderdelen zich enigszins
elastisch kunnen vervormen. De onderdelen bestaan uit een nok of een snaphaak die dan in een gat
moeten worden geklikt. De onderdelen zijn redelijk duur doordat de vormen wat complexer zijn.
Algemene innovatie Al jaren wordt er gekeken of het lassen dat door mensen wordt gedaan overgenomen kan worden
door een machine. Het gaat hierbij om 3D lassen. De machines die nu gebruikt worden kunnen alleen
nog maar in 2D lassen. Neem bijvoorbeeld de puntlasmachine, deze kan alleen lassen in een
horizontaalvlak. De OP lasmachine die kan ook alleen in 2D lassen. In de afbeelding die te zien is bij
het onderdeel poederlassen is te zien dat de machine aan een karretje is gekoppeld die over een
rechte naad heen rijd. Zodra het de naad verticaal trekt kan deze machine niet meer lassen en is die
dus niet meer te gebruiken. In 2011 is er daarom een robotlasmachine ontwikkeld, deze kan ingezet
worden bij elke fase van de scheepsbouw. De machine is zo goed ontwikkeld dat het zelfs in kleine
ruimtes waar mensen moeilijk kunnen komen goed het metaal aan elkaar kan lassen. Deze machine
beschikt over booglasapparatuur.
Lijmen is de laatste tijd behoorlijk in ontwikkeling, nu speelt lijmen nog geen rol in de
scheepsbouwkunde omdat het nog niet betrouwbaar genoeg is. Vermoeiing technisch is lijmen een
uitstekende verbindingstechniek. Er treden geen spanningspieken op zoals bij het aanbrengen van
schroeven, er is geen spraken van lokale verzwakking bij de gaten van een boutverbinding, er is geen
warmte-beïnvloede zone zoals bij lassen, kortom, het is een materiaalkundig minimaal belastende
techniek (bron 2). De ontwikkelingen zijn hier nog in volle gang om een lijmsoort te vinden die sterk
genoeg is en bestendig is tegen alle klappen die het te voorduren krijgt als het in een schip zit.
Tegenwoordig is er ook een ontwikkeling bij het lassen. Er wordt veel naar gekeken of lassen of er
niet meer arbeidsarm gelast kan worden. De bedoeling daarvan is dat er in plaats van een lasnaad
van 2 meter wordt gebruikt, er een lasnaad van respectievelijk 40 cm wordt gebruikt die de zelfde
sterkte realiseert. Helaas heeft dit niet zo heel veel zin bij de scheepsbouw aangezien het nodig is dat
het schip waterdicht is. Zodra je de romp niet volledig dichtlast zijn er kieren en loopt het water
gewoon naar binnen.
Toepassingen in de scheepsbouw De meest gebruikte verbindingstechniek in scheepsbouw is lassen. Aangezien er heel veel methodes
zijn van lassen moet hierin een onderscheid gemaakt worden. In de scheepsbouw wordt
voornamelijk gebruik gemaakt van puntlassen, MIG/MAG lassen, TIG lassen en onder poederlassen.
Door eerst twee grote platen aan elkaar te koppelen doormiddel van puntlassen zijn deze platen aan
elkaar gekoppeld op een aantal plekken. Dit is nodig omdat het erg lastig is om zware platen netjes
kaarsrecht naast elkaar te lassen met de hand. De volgende stap is de volledige naad aan elkaar
lassen met de hand. Hiervoor worden de andere methodes gebruikt. Als het om hele dikke platen
gaat wordt er gebruik gemaakt van onder poederlassen aangezien deze goed toepasbaar is bij dikke
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
27
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
metalen platen. Al het andere wordt doormiddel van MIG/MAG lassen en TIG lassen gedaan. TIG
lassen wordt gebruikt om kleinere onderdelen in het schip aan elkaar te lassen. MIG/MAG lassen
wordt gebruikt om grote platen aan elkaar te lassen. Bij het puntlassen wordt er gebruik gemaakt
van een machine waarbij meerder punten tegelijk over een horizontale naad gelast worden. Deze
machine kun je je voorstellen als meerdere van de machines, die in figuur 17 wordt weergegeven, die
naast elkaar staan. Voor onder poederlassen wordt een OP lasmachine gebruikt zoals die afgebeeld is
bij figuur 19. Voor MIG/MAG lassen wordt een installatie gebruikt zoals die uitgelegd is bij het
onderdeel MIG/MAG lassen.
Lijmen wordt tot nog toe nog niet gebruikt in de scheepsbouw omdat het nog niet sterk genoeg is om
de zware metalen platen van de scheepsbouw aan elkaar te koppelen. Mechanische verbindingen
worden wel gebruikt in de scheepsbouw. Deze methodes worden niet gebruikt voor de romp, in de
rest van de boot komt het wel erg veel voor. Er worden voornamelijk bouten en moeren gebruikt
omdat deze sterk en makkelijk te gebruiken zijn. Verbinden met plastische vervorming mag niet meer
gebruikt worden in de scheepsbouw omdat het metaal bij deze methode teveel plastisch vervormd
wordt en dat kan gevolgen hebben voor het hele schip.
Conclusie In de scheepsbouw worden best wel wat metaal verbindingsmethodes gebruikt. De belangrijkste
hiervan is lassen. In de scheepsbouw wordt gebruikt gemaakt van, puntlassen, MIG/MAG lassen,
onder poederlassen en TIG lassen. Hoe deze methodes werken is te zien in het begin van het verslag.
Naast lassen worden er ook mechanische verbindingen gebruikt. Bijna alle soorten mechanische
verbinden worden gebruikt in de scheepsbouw. De enige methode die niet meer gebruikt wordt, is
verbinden door plastische vervorming. Deze methode wordt niet meer gebruikt omdat het metaal in
een schip hierdoor teveel wordt aangetast. Hoe deze mechanische verbindingen werken is ook in het
verslag te lezen.
Bibliografie 1. Kals, H.J.J., Buiting-Csikos, Cs, van Luttervelt, C.A., Moulijn, K.A., Ponsen, J.M. & Streppel, A.H. (2012).
Industriële productie: Het voortbrengen van mechanische producten. Den Haag: Sdu Uitgevers bv, 223-244.
2. Klink, H. (2007). Lijmen kan concurrentie aan met lassen, solderen, bouten, schroeven en klinknagels. Geraadpleegd op 26 november 2013, van http://www.metaalmagazine.nl/download/i/Artikel_Lijmen%20kan%20concurrentie%20aan.pdf
3. Ouden, G. den (1986). Lassen in de offshore-industrie. Delft: TH Delft
4. Bodt, H.J.M. & Gales, A. (2003). Verbinden van dunne plaat en buis. Geraadpleegd op 27 november 2007, van http://www.osgbk.nl/lijm/LinkedDocuments/Verbindingsprocessen%20algemeen.pdf
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
28
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
5. Nieuwe lasautomatiseringssysteem voor de scheepsbouw. ( 19 mei 2011). Geraadpleegd op 29 november 2013, van http://www.verbindingstechnieken.nl/753-nieuw-lasautomatiseringssysteem-voor-de-scheepsbouw.html
6. Beek, B van (2008). Lassen van staal constructies. Geraadpleegd op 26 november 2013, van http://www.cybercomm.nl/~cesmetel/kennisweb/lassen/las0_1.htm
7. Metaal verbinden: Lijmen algemeen. (2010). Geraadpleegd op 26 november 2012, van http://www.demetaalgids.nl/index.php?page=technieken&hoofdtechniek=Verbinden&techniek=Lijmen&id=19#
8. Faes, K. & De Waele, W. (2007). Mechanische verbindingstechnieken. Geraadpleegd op 26 november 2013, van http://www.bil-ibs.be/sites/default/files/201202_0157N09_Mechanische%20verbindingstechnieken.pdf
9. Kluiver, H.R (1973). Lassen. Den Haag: Kluwer
10. De Klerk, F.W.K. (2004). Klink los. Amsterdam: Andries Blitz
11. MIG/MAG Lassen. (2010). Geraadpleegd op 26 November 2013, van http://www.rustbuster.nl/Lassen_en_lasgereedschap/Mig_lassen.htm
12. Nederlands Instituut voor Lastechniek, (1979). Lassen en hardsolderen van aluminium en aluminiumlegeringen. Amsterdam: Educabook
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
29
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Hoofdstuk 4: Plaat en Profiel Buigen E.L. Scheffers - Studienummer 4293592
Plaat en profiel buigen behoort tot de categorie omvormende technieken. Zoals het woord
omvormend ook al duidelijk doet maken wordt een stalen plaat of profiel omgevormd van een rechte
vorm naar een vorm met een bepaalde hoek met een bepaalde straal. Het kan ook voorkomen dat
een plaat op meerdere plaatsen gebogen wordt. Voor het bouwen van een schip zijn vrijwel alleen
gebogen platen nodig, rechte platen geven immers een minder gestroomlijnde vorm.
Profielbuigen In grote lijnen zijn er twee manieren voor het buigen van platen: de koude manier op buigbanken en
de warme manier, die warmbuigen heet. Over het algemeen wordt voor zowel platen als profielen
de buigbank boven het warmbuigen verkozen, maar voordat de buigbanken voor profielen waren
uitgevonden werden deze altijd warm gebogen.
Professor ir. S. Hengst (1999, p. 237) zegt over profielbuigen:
Voor de introductie van de buigbanken voor profielen werden deze warm gebogen. Het
verwarmde profiel werd met een temperatuur van rond de 800 graden Celsius opgespannen
op een spanvloer. Vervolgens werd, met behulp van een pneumatische drukcyliner, het
profiel langs mallen of plaatselijke malblokken gebogen. Deze methode wordt nu alleen nog
bij profielen toegepast welke men niet mechanisch kan buigen, omdat ze daarvoor te groot
zijn. De methode van het warm buigen werd in de loop der jaren vervangen door het buigen
met profielenbuigmachines omdat deze goedkoper produceren. Het warmbuigen vergt grote
hoeveelheden energie die nodig zijn voor het verhitten en een vrij kostbare verhittingsoven.
De arbeidsomstandigheden bij het warm buigen zijn bovendien ongunstig in vergelijking met
werken met een buigbank.
Tegenwoordig worden profielen dus bij voorkeur op buigbanken gebogen. Belangrijk is hierbij dat het
profiel zo wordt ondersteund dat er geen plooien in komen. Daarnaast is ook belangrijk dat de flens
loodrecht op het lijf blijft staan.
Het profielbuigen wordt in de scheepsbouw voornamelijk gebruikt voor de spanten aan de
binnenkant van de romp. De buitenkant van het schip bestaat uit grote gebogen platen, maar deze
hebben op zichzelf weinig stevigheid. Vandaar dat er profielen aan de binnenkant nodig zijn die de
vorm van de platen volgen voor stevigheid van het schip.
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
30
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Figuur 23: Spantenbuigmachine (Professor ir. S. Hengst (1999, p. 237))
In figuur 23 is het klassieke type buigplank voor profielen. Hierin wordt het profiel aan twee armen
vastgezet. De ronde onderdelen te zien in het figuur zijn de steunpunten voor het profiel. Hier wordt
het profiel tegenaan gelegd zodat het gecontroleerd kan worden gebogen. Alle klemmen waartussen
het profiel is geklemd zijn draaibaar.
Plaatbuigen
Buigbank
Plaatbuigen is in feite een simpele variant van profielbuigen aangezien begonnen wordt met een
tweedimensionaal vlak in plaats van met een driedimensionale vorm. Hierdoor kunnen er in een
even grote machine grotere onderdelen worden gebogen doordat de hele breedte van de
buigcilinders gebruikt kan worden en er niet een deel hoeft uit te steken door de aanwezigheid van
een flens. Een buigbank heeft het meest weg van een grote uitgeverij. De te buigen plaat moet
tussen twee metalen rollen worden gelegd. Beide rollen draaien een tegengestelde kant op. Hierdoor
wordt de plaat naar binnen gerold tot hij in de juiste positie zit. Dan worden de rollers tegen de plaat
aangeduwd zodat de juiste buiging ontstaat. Deze techniek wordt voornamelijk gebruikt voor de
grote rompplaten op het schip. Een dergelijke buigbank is te zien in figuur 24.
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
31
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Figuur 24 Buigbank MGSRL © (2013)
Zetbank
Voor kleinere hoeken dan te bereiken met een buigbank wordt een zetbank gebruikt. Hierover
schrijft Sue Fournier (1989 p. 37):
A press brake or brake press, is a very efficient bending machine. Press brakes are rated in
two main categories: by tonnage and bed width. … The press brake differs from the leaf
brake in that it bends metal by pressing it between two bending dies. The upper die rides up
and down on the rams- hydraulic cylinders. The lower die is stationary. As the top die is
lowered onto the metal it forces the metal into a V-groove in de bottom die. This quickly
forms the bend.
Figuur 25: Zetbank 400 ton
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
32
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Er zijn veel verschillende voormaten zetbanken. De kleinere zetbanken worden met de hand door
middel van hefbomen bediend. Grotere zetbanken werken vaak hydraulisch, sommigen ook
mechanisch of elektrisch. Het aantal ton geeft de kracht aan waarmee de buiging wordt gemaakt.
Afhankelijk hiervan is ook de dikte van de platen die buigbaar zijn. De width (breedte) van de
machine geeft aan hoe groot de te buigen platen kunnen zijn. Dit is niet per se de afmeting van de
machine maar de grootte van de plaat die door de machine buigbaar is. Deze techniek wordt in de
scheepsbouw minder voor de buitenkant en meer voor de binnenkant van het schip gebruikt. Ook
worden hiermee soms profielen gemaakt wanneer het aan elkaar lassen van twee onderdelen niet
kan of minder functioneel is. Een nadeel van het zetten is wel dat de staalplaat op de plek van de
buiging minder stevig is.
Innovatie Innovatie binnen het plaat en profiel buigen zit vooral in de software om de machines heen. Hoe
minder mensen zelf hoeven te doen, hoe minder menselijke fouten kunnen worden gemaakt. Dit is
veiliger en zorgt voor meer precisie. Op dit moment wordt er vooral gekeken hoe hoeken op de
honderdste graden nauwkeurig kunnen worden gemeten. In de scheepsbouw, maar ook daarbuiten,
is dit van groot belang om de platen onder een lagere spanning te laten aansluiten. Het geheel wordt
steviger en door een dunnere lasnaad gaat ook het gewicht van het schip naar beneden. Daarnaast
moet de hoek precies kloppen om ook het laseren te kunnen automatiseren. De maten moeten
kloppen met de gegeven maten om een automatische lasser te laten functioneren.
Bibliografie 1. Bochten. Gelezen: 29-11-2013. http://www.rijsoort.nl/nl/buigtechnieken/profiel-buigen/bochten
2. Plaatbuigen. Gelezen: 29-11-2013. http://www.kersteneurope.com/nl/plaatbuigen
3. Profielbuigen. Gelezen: 29-11-2013. http://www.kersteneurope.com/nl/profielbuigen
4. Timoshenko, S. and Woinowsky-Krieger, S., (1959), Theory of plates and shells, McGraw-Hill New York
5. E. Reissner and M. Stein. Torsion and transverse bending of cantilever plates. Technical Note 2369,
National Advisory Committee for Aeronautics,Washington, 1951
6. Sue Fournier, (1989), Sheet Metal Handbook, New York: HPBooks
7. Prof.ir. S. Hengst (1999), Scheepsbouw deel 1, Delft: Delft University Press
8. Tomberg, R (2012) . Beheerst plaatbuigen vereist proceskennis. Metaalmagazine, jaargang 50(afleveringsnummer 9 ), 20 t/m 23
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
33
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Hoofdstuk 5: Conserveren M.A. Versluis - Studienummer 4312961
Schepen varen lange afstanden en zijn altijd blootgesteld aan veel verschillende
milieuomstandigheden. Doordat ze constant in het water en altijd buiten liggen zal er snel corrosie
kunnen ontstaan. Deze corrosie zorgt ervoor dat de schepen snel beschadigd zullen raken en niet
voor langere tijd kunnen varen. Staal dient dus te worden beschermd om corrosie te voorkomen.
Langdurige bescherming van de buitenzijde wordt bewerkstelligd door het aanbrengen van onder
andere een permanente coating, laklaag, metaallaag.
Afhankelijk van de toepassing zijn er verschillende methoden om een tijdelijke bescherming aan te
brengen. Wat zijn de middelen om corrosie tegen te gaan en welke methodes heb je daarvoor?
De cijfers tussen de brackets zijn verwijzingen naar de bibliografie.
Geschiedenis van de bewerking [1] Vroeger was in de scheepsbouw eikenhout het favoriete materiaal voor romp van het schip. Het is
sterk, vrij hard en splijt niet zo snel. Alleen het nadeel is dat het een stuk duurder is dan het veel
sneller groeiende vurenhout zodat er voor werd gekozen om voor alles eikenhout te kiezen.
Tot het midden van de 19de eeuw was hout het
enige bouwmateriaal voor schepen, het zou echter
tot het begin van de 20ste eeuw duren voordat ijzer
en staal het hout begon te verdringen. De laatste
houten vrachtschepen van enig formaat zijn begin
jaren 20 gebouwd. Voor vissersschepen en andere
boten die op zoutwater voeren heeft men tot in de
jaren 40 hout blijven gebruiken. Kleine open
vaartuigjes hebben het nog een twintigtal jaren
langer uitgehouden. Traditionele jachten is men in
hout blijven bouwen.
Het grote probleem bij houten schepen is dat ze rotten na een tijdje. Hier zijn een hele aantal
oplossingen voor verzonnen om het hout te conserveren.
Voor de romp werd meestal koolteer gebruikt. Bij de buitenvaarders werd de nog natte teer vaak
met kalk, ter wering van aangroei en ter bestrijding van paalworm besmeerd. Bepaalde delen van de
romp, vooral aan kop en de spiegel werden soms geschilderd. Voor de dekken gebruikte men
koolteer of bruine teer. Verder werd er lijn- of standolie gebruikt. Lijnolie is oorspronkelijk tamelijk
doorzichtig, maar door inwerking van weer en wind wordt het zwart. Standolie heeft dit verschijnsel
niet. Ook de verf was op lijnolie basis. Het was zaak alles regelmatig van een nieuw laagje te
voorzien, want wat men er ook opsmeerde: het moest goed waterafstotend en elastisch blijven. Na
verloop van tijd werden de opgebrachte lagen te dik en moesten ze er weer afgekrabd worden.
Later werden de schepen gebouwd van staal maar ook hier is conserveren erg belangrijk onderdeel
zodat ze de schepen lang mee kunnen.
Figuur 26
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
34
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Verschillende soorten conserveer methodes
Poedercoaten [2]
Het aanbrengen van een kunststof laklaag met verf wordt poedercoaten genoemd. Het poeder wordt
verhit tot 180 graden zodat het smelt. Op het staal vloeit dan een het gesmolten poeder uit tot een
gesloten deklaag.
Poedercoaten is het aanbrengen van een
kunststof laklaag met verf in poedervorm
als uitgangsmateriaal. Het poeder wordt
gesmolten door het te verhitten; vanaf 180
graden smelt het poeder. Poedercoaten is
dan ook alleen maar geschikt voor
hittebestendige materialen. De coating is
hard en slijtvast. Het beschermt het staal
tegen corrosie en weersinvloeden. Vaak
worden er dan twee lagen op boten
aangebracht dit omdat het veel bloot staat
aan weersinvloeden.
Er zijn verschillende manieren om deze poedercoating aan te brengen:
- Poederspuiten. Dit kan pneumatisch, dan wordt het voorwerp voorverwarmd. Of dit kan
elektrostatisch waarbij het product de poeder aantrekt.
- Wervelsinter. Hierbij worden de verwarmde onderdelen door een bak met wervelend poeder
gehaald.
- Vlamspuiten, waarbij poeder met een vlam wordt gesmolten en vervolgens wordt
opgespoten.
Verzinken [3]
Het verzinken beschermt het ijzer tegen roest. Dit komt door drie dingen. In eerste instantie reageert
het met zuurstof in de lucht of in het water daardoor ontstaat er een oxidelaag. Deze sluit zich na
verloop van tijd geheel af voor zuurstofmoleculen. Hierdoor kunnen de zuurstofmoleculen het ijzer
niet bereiken en zal het niet gaat roesten.
Doordat zink reageert met zuurstof zullen die moleculen uitzetten en vormt er zich een goed
gesloten laag.
Als derde voordeel is het dat zink een kathodische werking heeft. Omdat zink dus een lager
potentiaal heeft dan ijzer in waterige milieus, blijven beschadigingen boorgaten voor bouten en
schroeven beschermt tegen roest.
Er zijn verschillende manieren van verzinken.
Figuur 27
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
35
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Thermisch verzinken
Tijdens dit proces moet ervoor gezorgd worden dat er een legering ontstaat tussen staal of ijzer en
zink, met daaromheen een laagje met alleen zink. Als eerste wordt het staal ontvet door een hete,
sterk alkalische oplossing. Vervolgens gebeitst om alle oppervlakte onzuiverheden of resten roest te
verwijderen, dit vindt plaats in zoutzuur. Hier is niet alleen de pH-waarde van belang maar ook de
temperaturen de chloride-concentratie zodat het zoutzuur het ijzer niet aantast. Daarna wordt het
ondergedompeld in een vloeimiddel, dat ervoor zorgt dat zink beter contact maakt met ijzer. Dat kan
op twee manieren. De ene manier drijft er een laag van de vloeistof op een afgesloten gedeelte van
het zinkbad waar het voorwerp eerst doorheen gehaald wordt. De andere manier is het om het eerst
te besproeien en dan de oven in en het ten slotte in het bad terecht komt. Ten slotte wordt het staal
ondergedompeld in gesmolten zink met een temperatuur van ongeveer 450 graden. Door de
temperatuur ontstaat er een legering.
Galvaniseren
Dit is een methode die gebruik maakt van elektriciteit om een voorwerp te bedekken met een laagje
metaal. Hierdoor kan je op ijzer een laagje zink, nikkel of chroom aan brengen dat voorkomt dat er
corrosie ontstaat.
Er zijn twee manieren om te galvaniseren
De eerste manier is met behulp van een externe
stroombron. Het voorwerp wordt ondergedompeld in
een zoutoplossing. Waar dan door die externe bron er
stroom erdoorheen geleid wordt. Hierdoor treedt er
een redoxreactie op. Hierdoor kan er een laag worden
aangebracht op het metaal
Je kan het ook doen zonder externe stroombron waarbij
er een reductiemiddel nodig is. Dit wordt vooral
gebruikt bij nikkelafscheiding.
Natlakken [4]
Natlakken is het aanbrengen van een of meerdere verflagen. Deze methode kan op bijna alle
materialen worden toegepast. Om te kunnen natlakken moet een product namelijk goed
voorbehandeld worden. Zo zal een stalen constructie vaak gestraald, geprimered (aanbrengen van
grondlaag) moeten worden voordat er een afdeklaag aangebracht kan worden en zullen er meerdere
lagen moeten worden aangebracht op schepen.
Kleinere onderdelen kunnen in spuitcabines worden
gespoten. Als de romp van het schip meerdere verflagen
worden aangebracht, zie je dat eerst het gehele schip
wordt ingepakt door steigers en afdekfolie. Ze creëren hier
een soort eigen spuitcabine.
Figuur 28
Figuur 29
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
36
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Passiveren [5]
De behandeling om staal chemisch te passiveren bestaat uit een aantal stappen. Eerst zijn er een
aantal voorreinigingen noodzakelijk voordat met het passivatie proces gestart kan worden.
Ontvetten, om al het eventueel aanwezig organisch materiaal die het proces kunnen verstoren, te
verwijderen, en beitsen, om alle eventueel aanwezige corrosie producten (wals-, gloei-, en lashuid)
volledig te verwijderen (zie figuur 30). Omdat na een beitsbehandeling het staal actief is, zal er zeer
snel vliegroest ontstaan. Door gebruik te maken
van citroenzuur wordt de vliegroest verwijderd en wordt het passiveren gestart door dosering van
ammonia en een oxidator. Het gebruik van citroenzuur is tevens noodzakelijk omdat de oplossing
wordt geneutraliseerd tot een alkalische pH. De passivatie is gereed wanneer de potentiaal van de
passivatievloeistof voldoende is gestegen door toevoeging van de oxidator en dan kan de passivatie
vloeistof kan worden afgelaten.
Innovatie algemeen en innovatie scheepsbouw [6] Bij industrieel proces is innovatie belangrijk. Zeker in scheepsbouw is conserveren heel belangrijk
omdat schepen altijd veel worden blootgesteld aan zware milieuomstandigheden. Om de corrosie
nog meer tegen te gaan wordt er continue gezocht naar betere legeringen of lagen op het staal. Dit
bevordert de levensduur en de betrouwbaarheid van de schepen. Wat de laatste tijd vooral ook van
belang is de duurzaamheid van conserveren en of je het kan recyclen. Het opzoek gaan naar milieu
vriendelijkere methodes van de samenstelling en het productieproces. Ook het lichter maken van de
laag of legering kan ervoor zorgen dat het schip zich goedkoper kan voortbewegen wat natuurlijk ook
kostenbesparing met zich meebrengt. Het recyclen van oudere coatings die niet meer gebruikt
worden zijn ze mee bezig om die om een rendabel te maken. Ook blijft er innovatie in het proces om
op een steeds betere en makkelijkere manieren de conserveer methodes toe te passen. Zeker bij
schepen is het van belang dat het om grote voorwerpen gaat waarbij dit proces zal plaats vinden. Als
dit zonder dingen sneller gaan dan zal dat minder bouwtijd kosten waardoor het schip minder lang
op de helling zal liggen en er meer boten te watergelaten kunnen worden. Dit levert natuurlijk meer
winst op.
Figuur 30 Figuur 31
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
37
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Conclusie Conserveren van staal is heel belangrijk in de scheepsbouw, anders zou de levensduur van schip niet
zo lang zijn. Dit zal tot gevolg hebben dat we minder gebruik zouden maken van schepen. Doordat de
corrosie wordt voorkomen op deze manieren zoals hierboven beschreven hebben we langer plezier
van onze schepen.
Bibliografie
[1] http://www.debinnenvaart.nl/binnenvaarttaal/aanvullende_teksten/teksten.php?tekst=houtrotlaatst geraadpleegd op 11-12-2013
[2]
http://nl.wikipedia.org/wiki/Poederlakken Laatst geraadpleegd op 10-12-13
http://www.kepser.nl/?pid=73&t=12-conserveren Laatst geraadpleegd op 10-12-13
[3]
http://www.kepser.nl/?pid=73&t=12-conserveren Laatst geraadpleegd op 10-12-13
http://nl.wikipedia.org/wiki/Verzinken laatst geraadpleegd op 10-12-13
http://www.zinkinfobenelux.com/sites/default/files/files/VER_FV_04_11_NL_Screen.pdf Laatst geraadpleegd op 10-12-13
[4]
http://www.cobla.nl/natlakken.html Laatst geraadpleegd 9-12-13
[5]
http://www.vecom.nl/documentatie/tb/TB-2005-17-ned.pdf Laatst geraadpleegd op 10-12-2013
http://www.kepser.nl/?pid=73&t=12-conserveren Laatst geraadpleegd op 10-12-2013
[6]
http://www.oppervlaktetechnieken.com/files/2008/12/08dec_Staalbouwdag2.pdf Laatst geraadpleegd 12-12-13
Afbeelding 26
http://www.katwijksmuseum.nl/visserij geraadpleegd op 13-12-13
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]
38
Dictaat Mechanische Bewerkingen - MT14 - december 2013
Afbeelding 27
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/Pulverlack-Applikation.JPG geraadpleegd op 13-12-13
Afbeelding 28
http://www.memax.nl/veiling_15/metalen/buis-profiel/4-stuks-thermisch-verzinkt-hoek-150x100x12-ca-6-mtr_1514 geraadpleegd op 13-12-13
Afbeelding 29
http://www.cobla.nl/natlakken.html geraadpleegd op 13-12-13
afbeelding 30
http://www.vecom.nl/documentatie/tb/TB-2005-17-ned.pdf geraadpleegd op 13-12-13
afbeelding 31
http://www.corrosioncontrol.nl/disciplines-en-expertises/reinigenbehandelen/ geraadpleegd op 13-12-13
Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]