Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

39
dictaat_construeren_mechanische_bewerkingen.pdf dictaat mechanische bewerkingen Technische Universiteit Delft | Construeren Verspreiden niet toegestaan | Gedownload door: Bram Schouten | E-mail adres: [email protected]

description

mechanische bewerkingen

Transcript of Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

Page 2: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 3: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 4: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 5: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 6: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 7: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 8: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 9: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 10: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 11: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 12: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 13: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 14: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 15: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 16: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 17: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 18: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 19: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 20: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 21: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 22: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 23: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 24: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 25: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 26: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 27: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 28: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 29: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 30: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 31: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 32: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 33: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 34: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 35: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 36: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 37: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 38: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]

Page 39: Dictaat Construeren Mechanische Bewerkingen

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]