Weerstandlassen met tussenliggende lagen VIS-CO 080732 – “TAPEWELD” 23 november 2010 Patrick Van Rymenant (Lessius Mechelen Campus De Nayer Instituut) Indien verdere info over (alle) resultaten van dit project, patrick.van.rymenant@mechelen.lessius.eu

OPZET PROJECT Moeilijkheden komen meer en meer tot uiting bij « nieuwere » verbindingen Conventioneel puntlassen heeft weinig of geen antwoord op deze moeilijkheden  Weerstandlassen met procestape

Samenvatting

PROJECTPROGRAMMA WP1 Literatuurstudie WP2 DP1 Lassen van gelijksoortige gecoate staalsoorten of non-ferrolegeringen met gelijke dikte (maximaal dikteverschil : 30%) en enkel voor tweeplaatverbindingen. Vb. AlMg3 (1 mm) lassen aan AlMg3 (1 mm) DP2 Lassen van gelijksoortige ongecoate staalsoorten met ongelijke dikte (minimaal dikteverschil : 30%, maximaal dikteverschil: 500%) en enkel voor tweeplaatverbindingen. Vb. lassen van een DC01 (1 mm) aan DC01( 2 mm) DP3 Lassen van ongelijksoortige ongecoate staalsoorten en/of non-ferrolegeringen met gelijke dikte (maximaal dikteverschil : 30%) en enkel voor tweeplaatverbindingen. Vb. Lassen van AlMg3 (1 mm) aan staal (1 mm) DP4 Lassen van gelijksoortige ongecoate staalsoorten met gelijke dikte (maximaal dikteverschil : 30%) en enkel voor meerplaatverbindingen. Vb. Lassen van DC01 (1 mm) aan DC01 (1 mm) aan DC01 (1 mm) WP3 Lassen van een combinatie van voorgaande. Vb. Lassen van DC01 (1 mm) aan AlMg3 (2 mm) aan AISI304 (0.8 mm) WP4 Modelleren (SORPAS)

WP1: LITERATUURSTUDIE Initieel  Bescherming rolnaadlaselektroden (lost wire) 199. (o.a. BMW)  Bescherming puntlaselektroden  Verschillende materialen/coatings werden beproefd

WP1: LITERATUURSTUDIE 2006  Fronius Deltaspot  Puntlasmachine (1kHz) met geïntegreerd aanvoer-systeem voor tape  Bescherming puntlaselektroden  Maar ook lassen van meerplaatcombinaties, heterogene verbindingen,…

WP1: LITERATUURSTUDIE 2007  BIL/HDNI (VIS-CO 50738) voert preliminaire proeven uit met tape (Ni – 0.025 mm) manueel tussen plaat en elektrode  Zwarting van alupuntlassen na geel-chromaatbehandeling  Zwarting verdwijnt + lasstroom  voor zelfde laslens Laslens  elipsvorming; laslens = kokervormig Massieve zwarting

WP1: LITERATUURSTUDIE Conclusie (theoretisch): Reeds lang gepatenteerd maar nooit een echte doorbraak In sommige gevallen enige mogelijkheid voor (economisch) verbinden Complexiteit en betrouwbaarheid vormen de zwakke schakel

WP1: LITERATUURSTUDIE - Tapemateriaal * Zie volgende slide TapeCode Materiaal Coating Weerstand* Lengte [m] Toepassing (Fronius) PT2000 Koper --- Laag 52 Dieptrekstaal, (A)HSS PT2110 Nikkel laag (A)HSS PT1200 Staal medium 70 AA6XXX PT1205 PT3000 RVS hoog Staal aan aluminium PT1407 staal AA1XXX, AA5XXX

WP1: LITERATUURSTUDIE - Tapemateriaal Weerstandsmetingen uitgevoerd op de tape, ingeklemd tussen de conventionele laselektroden (CuCrZr) = totale weerstand (R) TapeCode Materiaal Weerstand Totale R [µ] Invloed tape op de R Geen tape CuCrZr --- 16.98 PT2000 Koper Laag 13.25 -3.73 PT2110 laag 15.85 -1.13 PT1200 Staal medium 20.90 3.92 PT1205 PT3000 RVS hoog 128.51 111.53 PT1407 staal 28.21 11.23

WP1: LITERATUURSTUDIE – Tapemateriaal Invloed van de tape soms negatief = warmteontrekkend Vergroting contactoppervlak  Idichtheid 

WP1: BASISMATERIAALSELECTIE DP/WP Code Materiaal 1 Dikte [mm] Materiaal 2 Materiaal 3 DP1 TW-EA2 AA6082-T4 2.0 --- TW-SYM DC01 - EC 1.5 DC01-EC DP2 TW-EADUN 0.6 1.0 TW-BIL1 TRIP690 1.8 0.7 DP3 TW-BIL3 AA5051-O 1 DP4 TW-GM4 CR690T/400Y TR TW-GM6 CR210B0 2 WP3 TWGM764 ST1403-EG32N32N 1.2 TW-VDW S355 1.4 QStE380TM 8.0 TW-BIL2 STD1111-EZ 0.77

WP2 – BASISONDERZOEK (Lasproeven) Laslensdiameter moet minstens 4.5xt en liefst groter dan 5xt zijn met t de plaatdikte van de dunste plaat in de te lassen plaatcombinatie Er wordt gestreefd naar een zo goed mogelijke laskwaliteit met zo weinig mogelijk interne imperfecties Er wordt vooral op zoek gegaan naar een ideale parameter ipv naar een lasvenster

WP2 – BASISONDERZOEK (Lasproeven) Ideale instelling conventioneel (1kHz MFDC): F16 CuCrZr elektrodekappen met face dressed diameter volgens AWS/SAE D8.9-97 voor staal A16 elektrodekappen voor aluminium Ideale parameterinstelling Ideale instelling Deltaspot: Ideale tapecombinatie Ideale lascurve Ideale elektrode

WP2 - DP1 Lassen van gelijksoortige gecoate staalsoorten of non-ferrolegeringen met gelijke dikte (maximaal dikteverschil : 30%) en enkel voor tweeplaatverbindingen 2 verbindingen: 1 non-ferrolegering: TW-EA2 (EADS) 1 gecoate staalsoort: TW-SYM (H.Symons) (TW-OCAS: dieptrekstaal AZ185  alleen levensduur)

WP2 - DP1 – OCAS Alleen levensduurtesten Eerst gezocht naar ideale parameter op basis van pelproeven AWS/SAE D8.9M:2002 Vertrokken 5t Gestopt vanaf/onder 3.5t

WP2 - DP1 – OCAS Tvoordruk [ms] Tlas Ilas [kA] Tnadruk Fp1 [daN] Ø16 elektrode met een positieve afronding (bol) van 100 mm Boven Onder Tape PT1200 Elektrode Ø16 – R+100 Plaat [mm] 1.0 Materiaal DC/DX– AZ185 DC/DX – AZ185 Tvoordruk [ms] Tlas Ilas [kA] Tnadruk Fp1 [daN] Fp1 - tijd Fp2 Fp2 - tijd 300 12.30 60 280 240 400 110

WP2 - DP1 – OCAS ARO CuCrZr F16 laskappen met face dressed diameter van 7 mm  TW-OCAS-A Er werden andere, optimale parameters gekozen RESULTAAT: ARO: puntlas < 3.5t  bereikt na 200 puntlassen Deltaspot: puntlas < 3.5t  nog niet bereikt na 1000 puntlassen  proef gestopt Tvoordruk [ms] Tlas – P1 Ilas – P1 [kA] Trust Tlas – P2 Ilas – P2 Tnadruk F [daN] 60 9.0 20 230 9.5 50 300

WP2 - DP3 Lassen van ongelijksoortige ongecoate staalsoorten en/of non-ferrolegeringen met gelijke dikte (maximaal dikteverschil : 30%) en enkel voor tweeplaatverbindingen. 1 verbinding: TW-BIL3 (BIL/DNI)

WP2 - DP3 – BIL/DNI Tvoordruk [ms] Tlas – P1 Ilas – P1 [kA] Trust Boven Onder Tape PT1407 PT2000 Elektrode Ø16 – R+70 Ø16 – R+150 Plaat [mm] 1 0.77 Materiaal AA5051-O STD1111-HD Tvoordruk [ms] Tlas – P1 Ilas – P1 [kA] Trust Tlas – P2 Ilas – P2 Tlas – P3 Ilas – P3 Tnadruk F [daN] 50 100 9 30 450 17.5 300

WP2 - DP3 – BIL/DNI TW-BIL3 – Plaatdikte 0.77 mm  3.9 < Ønugget < 4.4 of  Ønugget = 100% aanvaardbaar (Kleine) porositeit in 50% van de samples OK

WP2 - DP3 – BIL/DNI ARO CuCrZr A16 laskappen Gezocht naar een geschikte parameter die een uitgeknoopte laslens gaf maar niet gevonden (NF  Spat)

WP2 - DP3 – BIL/DNI

Vickers hardheidsmetingen [HV1] WP2 - DP3 – BIL/DNI Vickers hardheidsmetingen [HV1] [mm]

WP2 - DP3 – BIL/DNI Shear Cross Afschuifspanning [MPa] Normaalspanning [MPa]

WP2 - Algemene conclusie Lassen met de deltaspotmachine heeft voor- en nadelen Voordelen: Lassen van gecoate plaat en aluminium  langere standtijd Gebruiksvriendelijke interface Lasbaarheidsgebieden van de beproefde verbindingen net iets groter bij de Deltaspotmachine in vergelijking met conventioneel Voor dikkere aluminiumplaten verschuift de lasbaarheid naar lagere stromen  kleinere transformator kan in sommige gevallen

WP2 - Algemene conclusie Nadelen: Ontelbare instelmogelijkheden  juiste instelling vinden is moeilijk werk (FEA kan hier oplossing bieden) Complex om dezelfde tang te gebruiken voor verschillende verbindingen  in slechtste geval moeten tape en elektrode telkens vervangen worden  niet interessant in productieomgeving met grote oplages Tape is verbruiksproduct  moet manueel vervangen worden  proces ligt stil. Bij conventioneel kan « stepper » -functie gebruikt worden en worden de elektroden op interval gefreesd. Plakken van de tape aan het werkstuk of de elektrode  proces ligt stil

WP2 - Algemene conclusie Trekproeven Simuleren holten en geen scheuren Bij een holte van 2.5 mm is er slechts een reductie van maximum 20 % op zowel de afschuif- en normaalspanning. Gemiddelde reductie rond 10 %.

WP2 - Algemene conclusie Lasproblemen Conventioneel: spatten Deltaspot: spatten maar ook sticking (platen en elektrode)

WP3 Lassen van een combinatie van voorgaande. Dit wil zeggen dat er minstens 2 aspecten van de deelpaketten van werkpakket 2 moeten voorkomen in deze materiaalcombinaties 3 verbindingen: TW-GM764: Comb. van DP1, DP2, DP4 (GM Belgium) TW-BIL2: Comb. van DP1, DP2 (BIL/DNI) TW-VDW*: Comb. van DP2, DP4 (VandeWiele)

WP3 - GM BELGIUM Boven Midden Onder Tape PT3200 --- PT1200 Elektrode Plaat [mm] 1.2 2.0 0.7 Materiaal ST1403-EG32N32N CR210B0 CR690T/400Y TR Tvoordruk [ms] Tlas [ms] Tnadruk [ms] Ilas [kA] F [daN] 150 200 9.2 500

WP3 - GM BELGIUM TW-GM764-FRODN: Dikte 2 mm  6.4 < Ønugget < 7.1 of  Ønugget = 100% aanvaardbaar (de verbinding van de dunste plaat aan de middenste plaat is overal groter dan 7.1 mm) Porositeit in 100% van de samples (1.5 mm max.) OK?

WP3 - GM BELGIUM ARO CuCrZr F16 laskappen met een face dressed diameter van 5mm aan de dunste plaatkant en 6 mm aan de dikste plaatkant. De lasparameters die hier gebruikt werden zijn nagenoeg dezelfde als bij de Deltaspot 1 trial Tvoordruk [ms] Tlas [ms] Tnadruk [ms] Ilas [kA] F [daN] 150 200 8.3 500

WP3 - GM BELGIUM TW-GM764-A: Dikte 2 mm  6.4 < Ønugget < 7.1 of  Ønugget – onderste plaat = 0% aanvaardbaar Ønugget – bovenste plaat = 100% aanvaardbaar (meer dan 7.1 mm) Porositeit in 0% van de samples NOK

WP3 - GM BELGIUM

WP3 - Algemene conclusie Lassen met de deltaspotmachine heeft voor-en nadelen, zelfde besluiten kunnen getrokken worden als in WP2. Hoewel de combinatie van VDW met de conventionele machine aanvaardbare resultaten gaf naar de puntlasdiameter toe, wordt dergelijke verbinding meer geschikt geacht voor een projectielasverbinding

WP4 - SORPAS Uitgevoerd op 3 plaatcombinaties uit WP2 en WP3: TW-GM764 TW-BIL1 TW-BIL3

WP4 – TW - GM764 - Input

WP4 – TW - GM764 - Input

WP4 – TW - GM764 - Input

WP4 – TW - GM764 - Input Gemakkelijke import van data Resultaten komen qua vorm en afmetingen van de laslens goed overeen met deze gevonden uit het metallografisch onderzoek Handige tool om lasbaarheidsgebieden te bepalen éénmaal de input gefinetuned is.

Bedankt voor uw aandacht Vragen?