Blog Ko Buijs: Lassen van aluminium aan staal

Aluminium aan staal is met thermische processen een moeilijke opgave omdat boven de 315⁰C een intermetallische verbinding (AlFe3) zal ontstaan die hard en bros is. Dat betreft slechts een dun bros laagje dat qua dikte wel verder gaat groeien als deze langer op deze temperatuur blijft. Iedere ketting is zo sterk als de zwakste schakel dus dat dunne brosse laagje kan door een mechanische impact snel tot breukvorming komen.


Door Ko Buijs - www.innometconsultancy.nl


Op afbeelding 1 is de afschuifwaarde in N/mm2 te zien nadat een gelast monster staal/aluminium 200 uur op een bepaalde temperatuur is gehouden. Boven de 315⁰C is duidelijk te zien hoe snel deze waarde naar beneden gaat. Dat moet dus in elk geval voorkomen worden.



Afbeelding 1: afschuifwaarde aluminium/staal verbinding als functie van de temperatuur.

Om toch tot een verantwoorde en goede lasverbinding te komen, is praktisch gezien het explosief lassen de ultieme oplossing omdat dit proces zich bij omgevingstemperatuur afspeelt. Het wordt dan ook wel kouddruklassen genoemd. Ook zijn er nog andere processen bekend die ook tot acceptabele verbindingen leiden en dat zijn o.a. walsplateren, wrijvingslassen en afbrandstuiklassen. Bij deze verbindingstechnieken is de tijd te kort om die gevreesde intermetallische verbindingen te krijgen. Toch blijkt in de praktijk dat het explosief plateren veelal de voorkeur geniet. Dat heeft vooral te maken met de veel grotere afmetingen die daarmee te bereiken zijn. Daarom zal in deze blog daar verder bij stilgestaan worden. In de reeds verschenen blogs is er al eerder aandacht besteed aan dit unieke lasproces, (U kunt dat blog hier bekijken)

 

Maar in deze nieuwe blog wordt vooral ingegaan op de mogelijkheden die explosief gelaste verbindingselementen van koolstofstaal/aluminium bieden aan de scheeps- en jachtbouw. Nadat een geslepen staalplaat en twee aluminium platen op een bepaalde afstand op elkaar worden geplaatst, zal een explosieve lading deze drie lagen metallisch aan elkaar verbinden. De toplaag is de aluminiummagnesium kwaliteit Alloy 5083 die ook wordt gebruikt voor de opbouw of stuurhut van een jacht of schip. De overgangslaag is het zachte commercieel zuivere aluminium Alloy 1050A die dankzij het ductiele gedrag voor een optimale verbinding zorgdraagt (afbeelding 2). Na het explosief lassen, worden deze platen uitvoerig getest en gevlakt. Daarna worden deze tot stroken gezaagd waardoor er superieure verbindingselementen ontstaan zoals te zien is op afbeelding 3. De verbinding tussen staal en aluminium is zelfs sterker dan de zachte aluminium tussenlaag.

Afbeelding 2: Triplate verbindingselement.

Het explosieve lasproces kan zowel in de open lucht als in vacuüm plaatsvinden. Beide processen leveren goede producten op maar in een vacuüm omgeving geniet men toch van specifieke voordelen die sterk het overwegen waard zijn. Doordat er geen lucht aanwezig is tussen de platen, kan men volstaan met veel minder explosieven waardoor er geen turbulentie in de overgang zal ontstaan. Daardoor worden er veel minder metaaloxides ingevangen in het schokgolfpatroon die tijdens het cladden loskomen. Deze oxides worden dan probleemloos voor het detonatiefront uitgedreven. Bij bepaalde gebruikers zijn dergelijke oxides ongewenst. 




Afbeelding 3: Triplate verbindingselementen na het in lengterichting zagen van een complete plaat van 3800 mm lang.

Vroeger moest voor dergelijke verbindingen veelal een bout/moer verbinding gemaakt worden. Ook werd er gebruik gemaakt van klinknagels om zo aluminium aan het staal te verbinden. Een vereiste is dan dat die twee metalen zorgvuldig van elkaar geïsoleerd moesten worden. Dat werd gedaan met isolatieband en nylon busjes. Dat was altijd een zeer arbeidsintensieve en kostbare activiteit. Ondanks alle voorzorgsmaatregelen, kon er toch weer vocht tussen de verbinding kruipen dat tot corrosie leidde. Dat heeft vooral te maken met het grote verschil in uitzettingscoëfficiënt. Met explosief gelaste verbindingen zijn dergelijke problemen verleden tijd. Op afbeelding 4 zijn deze verbindingselementen duidelijk te zien tussen het staal en het aluminium.

Afbeelding 4: Triplate verbindingstrippen tussen het staal en de aluminium opbouw van een megajacht.

I.p.v. staal kan ook roestvast staal AISI316L als basis worden gebruikt i.p.v. koolstofstaal. Op deze wijze ontstaat een product waarmee RVS-bolders en andere roestvast staal equipment op een aluminium dek kunnen worden gelast. Om een goede verbinding te krijgen tussen roestvast staal en aluminium wordt er een dun laagje titanium grade 1 tussengevoegd waardoor er vier lagen metaal ontstaan. Ondanks deze hoeveelheid lagen blijft het product Inox-Triplate heten (afbeelding 5).




Afbeelding 5: Inox-Triplate met een basis van 316L en een titanium grade 1 tussenlaag en daarboven de twee gebruikelijke aluminiumkwaliteiten.