1

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

2

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

3

Samenvatting

4

WP1 Literatuurstudie

WP2DP1

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)

WP2DP2

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)

WP2DP3

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)

WP2DP4

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)

WP3Lassen van een combinatie van voorgaande.Vb. Lassen van DC01 (1 mm) aan AlMg3 (2 mm) aan AISI304 (0.8 mm)

WP4 Modelleren (SORPAS)

PROJECTPROGRAMMA

5

WP1: LITERATUURSTUDIE Initieel

Bescherming rolnaadlaselektroden (lost wire)

199. (o.a. BMW)

Bescherming puntlaselektroden

Verschillende materialen/coatings werden beproefd

6

WP1: LITERATUURSTUDIE 2006

Fronius Deltaspot

Puntlasmachine (1kHz) met geïntegreerd aanvoer-systeem voor tape

Bescherming puntlaselektroden

Maar ook lassen van meerplaatcombinaties, heterogene verbindingen,…

7

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

8

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

9

TapeCode

Materiaal

Coating Weerstand*

Lengte [m]

Toepassing (Fronius)

PT2000 Koper --- Laag 52 Dieptrekstaal, (A)HSS

PT2110 Koper Nikkel laag 52 (A)HSS

PT1200 Staal Koper medium 70 AA6XXX

PT1205 Staal Koper medium 70 (A)HSS

PT3000 RVS --- hoog 52 Staal aan aluminium

PT1407 staal Nikkel medium 70 AA1XXX, AA5XXX

WP1: LITERATUURSTUDIE - Tapemateriaal

* Zie volgende slide

10

TapeCodeMateriaa

lWeerstan

dTotale R

[µ]Invloed tape op de R

[µ]

Geen tape CuCrZr --- 16.98 ---

PT2000 Koper Laag 13.25 -3.73

PT2110 Koper laag 15.85 -1.13

PT1200 Staal medium 20.90 3.92

PT1205 Staal medium --- ---

PT3000 RVS hoog 128.51 111.53

PT1407 staal medium 28.21 11.23

WP1: LITERATUURSTUDIE - TapemateriaalWeerstandsmetingen uitgevoerd op de tape, ingeklemd tussen

de conventionele laselektroden (CuCrZr) = totale weerstand (R)

11

WP1: LITERATUURSTUDIE – Tapemateriaal Invloed van de tape soms negatief = warmteontrekkend

Vergroting contactoppervlak Idichtheid

12

WP1: BASISMATERIAALSELECTIE

DP/WP Code Materiaal 1 Dikte

[mm] Materiaal 2 Dikte [mm] Materiaal 3 Dikte

[mm]

DP1 TW-EA2 AA6082-T4 2.0 AA6082-T4 2.0 --- ---

DP1 TW-SYM DC01 - EC 1.5 DC01-EC 1.5 --- ---

DP2 TW-EADUN AA6082-T4 0.6 AA6082-T4 1.0 --- ---

DP2 TW-BIL1 TRIP690 1.8 TRIP690 0.7

DP3 TW-BIL3 AA5051-O 1 TRIP690 0.7 --- ---

DP4 TW-GM4 CR690T/400Y TR 0.7 CR690T/400Y TR 0.7 CR690T/400Y TR 0.7

DP4 TW-GM6 CR210B0 2 CR210B0 2 CR210B0 2

WP3 TWGM764 ST1403-EG32N32N 1.2 CR210B0 2 CR690T/400Y TR 0.7

WP3 TW-VDW S355 1.4 QStE380TM 8.0 S355 1.4

WP3 TW-BIL2 TRIP690 1.8 STD1111-EZ 0.77 --- ---

13

WP2 – BASISONDERZOEK (Lasproeven) Laslensdiameter moet minstens 4.5xt en liefst groter dan

5xt 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

14

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

15

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)

16

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

17

WP2 - DP1 – OCAS

Boven Onder

Tape PT1200 PT1200

Elektrode Ø16 – R+100 Ø16 – R+100

Plaat [mm] 1.0 1.0

Materiaal DC/DX– AZ185 DC/DX – AZ185

Tvoordruk

[ms]Tlas

[ms]Ilas

[kA]Tnadruk

[ms]Fp1

[daN]Fp1 - tijd

[ms]Fp2

[daN]Fp2 - tijd

[ms]

0 300 12.30 60 280 240 400 110

Ø16 elektrode met een positieve afronding (bol) van 100 mm

18

WP2 - DP1 – OCAS ARO CuCrZr F16 laskappen met face dressed diameter van 7 mm

TW-OCAS-A Er werden andere, optimale parameters gekozen

RESULTAAT:o ARO: puntlas < 3.5t bereikt na 200 puntlasseno Deltaspot: puntlas < 3.5t nog niet bereikt na 1000

puntlassen proef gestopt

Tvoordruk

[ms]Tlas – P1

[ms]Ilas – P1

[kA]Trust

[ms]Tlas – P2

[ms]Ilas – P2

[kA]Tnadruk

[ms]F

[daN]

0 60 9.0 20 230 9.5 50 300

19

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)

20

WP2 - DP3 – BIL/DNI

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

[ms]Ilas – P1

[kA]Trust

[ms]Tlas – P2

[ms]Ilas – P2

[kA]Trust

[ms]Tlas – P3

[ms]Ilas – P3

[kA]Tnadruk

[ms]F

[daN]

50 100 9 30 450 17.5 30 100 9 50 300

21

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

22

WP2 - DP3 – BIL/DNI ARO CuCrZr A16 laskappen Gezocht naar een geschikte

parameter die een uitgeknoopte laslens gaf maar niet gevonden (NF Spat)

23

WP2 - DP3 – BIL/DNI

24

WP2 - DP3 – BIL/DNI

Vickers hardheidsmetingen [HV1]

[mm]

25

WP2 - DP3 – BIL/DNI

Shear Cross

Normaalspanning [MPa]Afschuifspanning [MPa]

26

WP2 - Algemene conclusie Lassen met de deltaspotmachine heeft voor- en nadelen

o 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

27

WP2 - Algemene conclusieo 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

28

WP2 - Algemene conclusie Trekproeven

o Simuleren holten en geen scheureno 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 %.

29

WP2 - Algemene conclusie Lasproblemen

Conventioneel: spatten Deltaspot: spatten maar ook sticking (platen en elektrode)

30

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)

31

WP3 - GM BELGIUM

Tvoordruk [ms] Tlas [ms] Tnadruk [ms] Ilas [kA] F [daN]

150 200 150 9.2 500

Boven Midden Onder

Tape PT3200 --- PT1200

Elektrode Ø16 – R+100 --- Ø16 – R+100

Plaat [mm] 1.2 2.0 0.7

Materiaal ST1403-EG32N32N CR210B0 CR690T/400Y TR

32

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?

33

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]

150 200 150 8.3 500

34

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

35

WP3 - GM BELGIUM

36

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

37

WP4 - SORPAS Uitgevoerd op 3 plaatcombinaties uit WP2 en WP3:

TW-GM764

TW-BIL1

TW-BIL3

38

WP4 – TW - GM764 - Input

39

WP4 – TW - GM764 - Input

40

WP4 – TW - GM764 - Input

41

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.

42

Bedankt voor uw aandacht

Vragen?