Wrijvingsroerlassen: goedkoop lassen van staalplaten en andere materialen met een hoog smeltpunt

Publicatiedatum:

2025-06-11

Honda heeft een voor massaproductie geschikte technologie ontwikkeld om staal en aluminiumlegeringen met wrijvingsroerlassen te verbinden. De Tohoku Universiteit in Japan en Hitachi ontwikkelden een roergereedschap van een kobaltlegering waarmee metalen met hoge smeltpunten, zoals staal en titanium, kunnen worden gelast. Wrijvingsroerlassen (FSW: Friction Stir Welding), dat op massaproductieniveau voorheen beperkt was tot laagsmeltende metalen zoals aluminium-, koper- en magnesiumlegeringen, wordt nu ook toegepast op metalen met hogere smeltpunten, zoals staal*1.

*1 Bij standaard atmosferische druk bedraagt het smeltpunt van aluminium 660℃, van koper 1083℃ en van magnesium 651℃. IJzer bereikt daarentegen 1539℃ en titanium 1727℃.

Wrijvingswarmte maakt het metaal zacht tot een slijmachtige toestand

Wrijvingsroerlassen is een techniek waarbij een roergereedschap met een uitsteeksel (roerpen) aan het uiteinde van een cilinder roterend wordt aangedrukt van bovenaf op het te lassen gedeelte van twee tegen elkaar liggende platen (basismaterialen) of twee overlappende platen, zodat de platen aan elkaar worden gelast.

De wrijvingswarmte tussen de draaiende roerpen en de plaat maakt het metaal rond de pen zacht en stroperig, waardoor de draaiende pen in de plaat kan doordringen. Het zacht geworden metaal rond de roerpen wordt zo gemengd (er treedt plastische stroming op), waardoor de twee metalen platen één geheel worden. Ook kunnen op het verbindingsvlak van de platen metaalbindingen ontstaan, waardoor ze één geheel vormen.

Voorheen ontbrak een hittebestendige roerkop

Wrijvingsroerlassen heeft de volgende vier voordelen: (1) doordat het basismateriaal niet hoeft te smelten (lassen in de vaste fase), ontstaan weinig vervormingen en lasfouten, wat de productkwaliteit kan verbeteren en de kosten kan verlagen; (2) het verbruikt minder energie dan smeltlassen; (3) beschermgas is niet nodig; (4) het maakt weinig geluid en produceert geen stof. Bovendien is de techniek zeer doeltreffend voor het lassen van verschillende materialen en krijgt hij daarom veel aandacht in de sector. Door voor elk gedeelte een geschikt materiaal te kiezen, worden onder meer gewichtsbesparingen verwacht*2. Zoals aan het begin is beschreven, waren de materialen die vroeger op massaproductieschaal met wrijvingsroerlassen konden worden verwerkt echter beperkt tot metalen met een laag smeltpunt.

*2 Vergeleken met lassen in de vloeibare fase waarbij het basismateriaal smelt, oftewel smeltlassen, vindt wrijvingsroerlassen bij een lagere temperatuur plaats en is de warmtetoevoer eenvoudig te regelen door de lasomstandigheden in te stellen. Daardoor kan de vorming van intermetallische verbindingen, de voornaamste oorzaak van een lagere lassterkte, gemakkelijk worden beperkt. Een dunnere laag intermetallische verbindingen verhoogt de sterkte van de lasverbinding. Ook bij wrijvingsroerlassen ontstaan veel intermetallische verbindingen wanneer er te sterk wordt geroerd.

De toepassing van wrijvingsroerlassen was vroeger beperkt tot metalen met een laag smeltpunt omdat goedkope, hittebestendige roergereedschappen voor massaproductie ontbraken. Voor het wrijvingsroerlassen van aluminiumlegeringen wordt doorgaans een roergereedschap gebruikt dat van staalmateriaal, zoals gereedschapsstaal, is gemaakt. Bij het lassen van hoog smeltende metalen zoals staal en titaniumlegeringen wordt ook dit gereedschap zacht bij de hoge temperaturen die nodig zijn om die metalen te verweken. Daardoor slijt het gereedschap zo sterk dat het onbruikbaar wordt. Er zijn wel roergereedschappen van niet-staalmaterialen zoals keramiek en wolfraam-reniumlegeringen ontwikkeld, maar die zijn zeer duur en ongeschikt voor massaproductie.

Zonder roeren kan een nieuw staaloppervlak worden blootgelegd

De door Honda ontwikkelde technologie voor het verbinden van staal en aluminiumlegeringen door wrijvingsroerlassen wordt gebruikt om overlappende basismaterialen van staal en aluminiumlegering te verbinden. Het belangrijkste kenmerk is dat alleen de aluminiumlegering wordt geroerd en het staal niet (de onderste afbeelding in figuur 1). Daarmee wordt voorkomen dat de temperatuur van het roergereedschap te hoog wordt.

Staal en een aluminiumlegering kunnen zonder het staal te roeren aan elkaar worden gelast doordat er metaalbindingen tussen ontstaan. Deze technologie roert het staal dus niet, maar verwijdert de coating en oxidefilm van het staaloppervlak. Zo komt een vers staaloppervlak bloot te liggen, dat metaalbindingen vormt met de door het roeren reactiever geworden aluminiumlegering. Door deze metaalbindingen vormen het staal en de aluminiumlegering één geheel*3.

*3 Wanneer water of iets dergelijks tussen staal en een aluminiumlegering binnendringt, ontstaat bimetaalcorrosie (elektrocorrosie). Deze technologie voorkomt dit verschijnsel door een siliciumfilm tussen het staal en de aluminiumlegering aan te brengen.

Honda heeft deze technologie toegepast in het voorste subframe van de nieuwe «Accord» voor de Noord-Amerikaanse markt en daarmee verschillende resultaten bereikt (figuur 2). Het gewicht is ten opzichte van het oorspronkelijke stalen subframe met 25％ verminderd en het elektriciteitsverbruik bij het lassen met ongeveer 50％. Ook is met deze technologie de constructie van de bevestiging tussen subframe en wielophanging aangepast, waardoor de stijfheid van het bevestigingsgedeelte met 20％ is verhoogd. Dit draagt bij aan betere dynamische voertuigprestaties.

Uitbreiding van toepassingsgebieden met nieuwe materialen

Anderzijds hebben de Tohoku-universiteit, Hitachi en Hitachi Metals Precision Instruments een relatief goedkoop roergereedschap ontwikkeld dat bestand is tegen hoge temperaturen, waardoor het toepassingsgebied van wrijvingsroerlassen is uitgebreid (figuur 3). Het materiaal van dit gereedschap is gezamenlijk ontwikkeld door de Tohoku-universiteit en Hitachi. De massaproductietechnologie voor dit materiaal en het roergereedschap (gietstuk) is gezamenlijk succesvol ontwikkeld door Hitachi en Hitachi Metals Precision. Het gereedschap kan worden gebruikt voor het wrijvingsroerlassen van metalen met hoge smeltpunten, zoals staal, titaniumlegeringen en zirkoniumlegeringen. De verkoopstart was gepland voor het najaar van 2013. Hoewel Hitachi Metals Precision Instruments aangaf dat «de prijs later zal worden besproken», wordt een prijsniveau verwacht dat gebruik op massaproductieschaal mogelijk maakt.

Het materiaal dat onder meer de Tohoku-universiteit voor het roergereedschap voor wrijvingsroerlassen heeft ontwikkeld, is een kobaltlegering met daarin intermetallische verbindingen die ook bij hoge temperaturen een hoge sterkte behouden. Concreet is Co3(Al, W) verdeeld in een legering op kobaltbasis. Het belangrijkste is hoe Co3(Al, W) gelijkmatig en fijn verdeeld kan worden en hoe de hoeveelheid en de vorm van de korrelgrenzen dicht bij de gewenste toestand kunnen worden gebracht. Hiervoor zijn beter passende samenstellingen en warmtebehandelingsmethoden gebruikt.

De materialen waarvoor dit roergereedschap momenteel wordt overwogen, zijn koolstofstaal, hoogsterktestaal, titaniumlegeringen (zoals Ti-6Al-4V), zuiver titanium en koperlegeringen. Hoewel het gereedschap bij sommige materialen moeilijk toepasbaar is vanwege onder meer sterkte en dikte, gaat het in grote lijnen om materialen waarbij de temperatuur van het roergereedschap (verbindingstemperatuur) tijdens wrijvingsroerlassen maximaal ongeveer 1000℃ bedraagt.

Vorige pagina

Langere levensduur voor metalen constructies: zelfherstellend corrosiewerend middel Jufudun succesvol ontwikkeld

FCSE | Grensverleggend onderzoek: een door zonlicht aangedreven ‘zelfherstellende’ corrosiewerende coating

Volgende pagina

Vorige pagina:

Langere levensduur voor metalen constructies: zelfherstellend corrosiewerend middel Jufudun succesvol ontwikkeld

Volgende pagina:

FCSE | Grensverleggend onderzoek: een door zonlicht aangedreven ‘zelfherstellende’ corrosiewerende coating

Gerelateerd nieuws

Introductie van verspaningsproducten in 2026: professionele oplossingen van Wuhan Kaiming High-Tech voor herstel van metaaloppervlakken van machines

2026-08-15

Gedetailleerde uitleg van de werkingsprincipes van verspaning in 2026: praktische vakkennis over herstel van metaaloppervlakken van machines

2026-07-31

Volledige uitleg van veelvoorkomende verspaningsproblemen in 2026: praktische gids voor processtoringen en efficiënte optimalisatie

2026-07-16

Aandachtspunten voor het volledige verspaningsproces in 2026: praktische gids om kosten te verlagen, kwaliteit te verbeteren en storingen te voorkomen

2026-07-01

Overzicht van verspaningstoepassingen in alle sectoren in 2026: gids voor lagere kosten en hogere efficiëntie met aanvullend herstel van metaaloppervlakken

2026-06-16

Het laatste nieuws over de verspaningssector in 2026: volledige analyse van technologische modernisering, kostenverlaging en efficiëntieverhoging voor productiebedrijven

2026-06-01

Delen op

Terug naar de lijst