Verbinden van aluminium

Afhankelijk van de eisen die worden gesteld aan de verbinding is aluminium op verschillende manieren aan elkaar te verbinden. De ontwerper moet weten of het product nog demonteerbaar moet zijn, of dat het product door middel van vaste verbindingen kan worden verbonden.

Verbindingen zijn in een aantal groepen in te delen, te weten:

  • Losneembare verbindingen
  • Beperkt losneembare verbindingen
  • Vaste verbindingen

Losneembare verbindingen
Bout en moerverbindingen worden gemonteerd in voorgeboorde gaten. Bij dunne platen is het noodzakelijk om de schroefdraad tot onder de kop te hebben, de zogenaamde tapbouten.
Bij deze verbinding hebben we een zeskante boutkop en ook zeskante moeren.

Codering: sopral P40
Deze bout wordt voor algemene toepassingen gebruikt, waar geen zeer hoge mechanische eisen aan worden gesteld, maar waar wel een hoge weerstand tegen corrosie nodig is.

Codering: sopral P60
Met zijn uitstekende mechanische eigenschappen, die overeenkomen met de staalklasse 5.8 en de roestvast- staal klasse 50, zijn deze bouten geschikt voor onder andere aluminium constructies. De weerstand tegen corrosie is van deze bouten ook erg groot.

Schroeven zijn er in twee hoofdvormen, de zelfborende schroeven en de zelftappende schroeven. De meeste schroeven worden gecombineerd met ringen om de draagkracht van de legering te vergroten of het waterdicht maken van de verbinding. Ook worden er wel kunststof ringen toegepast voor een aanvullende corrosiewering. Zelfborende schroeven boren zelf in één arbeidsgang een gat in het materiaal en vormt de schroefdraad. Deze schroeven worden gemaakt van gehard verzinkt koolstofstaal en van RVS (Waarbij een speciale punt is aangebracht van gehard koolstofstaal).
Zelftappende schroeven worden toegepast in een voorgeboord gat waar draad is in getapt. Draadeind is een bevestigingsmethode waarbij, als de onderplaat dik genoeg is, draad in de onderplaat wordt getapt. Of als deze onderplaat niet dik genoeg is wordt er aan deze onderplaat een moer gemonteerd, waar het draadeind weer ingeschroefd kan worden.

Snelsluitingen
Kwartslagsluitingen en camloc sluitingen
Dit type sluitingen is ontworpen om afgesloten ruimten snel en eenvoudig toegankelijk te maken. Door deze sluiting een kwartslag te draaien komt deze los uit zijn gesloten stand. Het sluiten van het geheel gebeurt door de sluiting weer een kwartslag te draaien. Voor de bouten en draadeinden zijn er diverse moeren beschikbaar om de „losneembare verbinding‟ vast te draaien.

Hieronder staan een aantal moeren genoemd:

  • Klinkmoer
  • Zetmoer (zelfponsende moer)
  • Kooimoer 
  • Plaatmoer
  • Vleugelmoer
  • Blindklinkmoer
  • Heli-coil

Beperkt losneembare verbindingen
In alle gevallen waar de versteviging of de warmtebehandeling van te verbinden delen van aluminium niet mag verminderen wegens het verlies aan sterkte en waar een warmte-behandeling van het geheel achteraf niet mogelijk is, kunnen lassen en solderen niet worden gebruikt. Hiervoor moeten andere verbindingstechnieken worden toegepast. In de vliegtuigbouw wordt hierdoor veelal geklonken en gelijmd.

Blindklinknagel
Dit is een stift met een stuikkop waarop een holle nagelbuis is gemonteerd. Vlak onder de kop zit een inkeping in de stift. Deze inkeping dient voor het afbreken van de stift op de juiste plaats als de juiste breukspanning is bereikt. Deze verbindingsmethode is geschikt als de achterzijde van de constructie niet of moeilijk is te bereiken. Zoals bij holle profielen.

Om een optimale verbinding te bereiken moet het juiste klembereik worden aangehouden. Hierbij moet de totale te klinken materiaaldikte bij voorkeur in het onderste gedeelte van het klembereik liggen. Deze verbinding kan zowel trekkracht als schuifkracht opnemen. Bij vele van deze nagelsoorten kan een hoge afschuifkracht worden behaald omdat de stift over de volle lengte in de nagelbus blijft zitten. Ook zijn deze nagels trillingsvast omdat de verbinding geen draaiende delen bevat.
Er zijn verschillende modellen in de handel die niet gas- en waterdicht zijn en er zijn modellen die gas- en waterdicht zijn.

Ponsklinken (dunne plaat)
Bij deze methode worden dunne platen aan elkaar verbonden. De nagel wordt op de te verbinden plaatsen geplaatst en door de platen geperst waardoor hij zijn eigen gat ponst.
Daarna worden de platen door de boven en onderstempel vervormd waardoor ze om de voorgevormde nagel vloeien. Deze constructie wordt toegepast bij de bouw van luchtkanalen en in de auto-industrie.

Klinkbout
Een klinkbout wordt vaak gebruikt in plaats van bout en moerverbindingen. Met één type bout kunnen verschillende plaatdiktes worden bevestigd. De klinkbout is trillingsbestendig en is waterdicht. Deze verbinding is los te maken door de ring door te knippen. Hiervoor is een ringenknipper in de handel zodat de plaat niet beschadigt. Deze constructie wordt gebruikt in de carrosseriebouw, containerbouw, huishoudelijke apparaten, e.d.

Blindklinkbout
De blindklinkbout combineert de eigenschappen van de blindklinknagel en de klinkbout.
Dit systeem is speciaal voor de zwaardere constructies omdat hij een enorm klembereik heeft en goed tegen trillingen bestand is. Deze bevestiging wordt toegepast in bijvoorbeeld vrachtwagens, bussen, auto‟s en containers.

Lijmen
Lijmen wordt veel toegepast bij auto‟s, vliegtuigen en boten. Lijmen geeft gedurende lange tijd een betrouwbare en krachtige verbinding. Lijmen heeft diverse andere verbindingsmethoden vervangen. Door te lijmen nemen de massa‟s minder toe dan bij lassen of solderen.
Om lijm en metaal goed te laten hechten ondergaan de delen achtereenvolgens de onderstaande voorbehandelingen: ontvetten, etsen, spoelen, eventueel anodiseren voor een betere oxidelaag te verkrijgen. Door het onderdeel hierna te drogen is het gereed om te gaan lijmen.

In het algemeen is het wenselijk na de voorbehandeling en vóór het lijmen het metaaloppervlak tegen corrosie te beschermen. De te lijmen oppervlakken mogen dan ook niet meer met de blote handen worden aangeraakt. Men draagt meestal witte handschoenen en schone werkpakken en werkt in een stofvrije ruimte, zowel bij het aftekenen als bij het lijmen.

Enkele redenen waarom vaak gekozen wordt voor een lijmverbinding zijn:

  • Lichter construeren, integratie van delen;
  • Grote vlakken aan elkaar verbinden;
  • Combinatie van verbindende en afdichtende functies;
  • Kortere doorlooptijd en lagere assemblagekosten;
  • Ongelijksoortige materialen verbinden.

De keuze van een toe te passen lijmsoort is alleen goed te maken, wanneer de specificaties van te stellen eisen zo compleet mogelijk zijn. Deze specificaties dienen minstens te bevatten:
Omgevingscondities waaraan de verbinding wordt blootgesteld (bedrijfstemperatuur, relatieve vochtigheid, oplosmiddelen, chemicaliën, enz.); Aard van de belasting (trek-, afschuif-, stoot-, kruip- of wisselbelasting); Afmetingen en vorm van te lijmen delen; Beschikbare productiefaciliteiten (pers, oven, autoclaaf, etc.).

Vaste verbindingen

Lassen
Er zijn verschillende lastechnieken die toegepast kunnen worden om aluminium aan elkaar te verbinden.

TIG-lassen
Het TIG-lassen is een lasprocédé waarbij een boog wordt getrokken tussen een niet afsmeltende elektrode en het werkstuk. Het smeltbad en de elektrode worden beschermd door een inert (neutraal) gas of gasmengsel. De naam TIG is een afkorting van het Engelse Tungsten Inert Gas (tungsten = wolfram). Als inerte gassen worden in hoofdzaak argon en in sommige gevallen helium of een mengsel van beide gassen gebruikt. Wisselstroom is tot op heden de meest toegepaste stroomsoort voor het lassen van aluminium.

MIG-lassen
Het MIG-lassen (Metal Inert Gas), is een procédé waarbij een boog wordt onderhouden tussen het werkstuk en een continu aangevoerde lasdraad, waarbij de boog is omgeven door een
beschermend neutraal (inert) gas. Het lastoevoegmateriaal (de lasdraad) is op de positieve pool van de gelijkstroombron aangesloten en wordt door een draadaanvoermechanisme met een constante snelheid door de contactbuis naar het smeltbad gevoerd.

Weerstandslassen
Weerstandlassen is een warmdruklasmethode. De belangrijkste weerstandslasmethode is het puntlassen. Hierbij wordt de voor het lassen nodige kracht en stroom op de lasplaats geconcentreerd
met behulp van twee goed geleidende stiften,elektroden genaamd, waardoor een plaatselijke hechte verbinding van de te puntlassen onderdelen wordt verkregen. Het weerstandlassen van
aluminium is geschikt voor materiaaldikten van 0,025-6 mm. De dikteverhouding tussen de te verbinden delen mag hoogstens 1: 3 zijn.

Wrijvingsroerlassen (Friction Stir Welding)
Het is gebaseerd op het in relatief koude toestand vermengen van het materiaal van de te lassen delen. Dit wordt bereikt door een roterende stift door het materiaal te laten lopen. Dewrijvingswarmte is voldoende om de materialen plastisch met elkaar te laten vermengen. Het proces heeft daarom de naam: Friction Stir Welding, of „wrijving roer lassen‟.

Deze nieuwe lastechniek maakt lichtere constructies mogelijk, met de mogelijkheid tot het lassen van kleine wanddiktes, zonder verlies aan sterkte, met weinig tot geen voorbewerking voor
oppervlaktebehandeling.
Friction Stir Welding is een milieuvriendelijk proces. Er wordt geen toevoegmateriaal en beschermgas gebruikt. Tijdens de werking ontstaan geen dampen of rook. Er zijn geen rondvliegende metaal spetters noch vlamboog. Het proces is daarenboven geluidsarm.

Aandachtspunten

  • Door de hoge reflectiegraad van aluminium zal niet alleen de lasser, maar zullen ook omstanders zich moeten beschermen tegen de hoge de stralingsintensiteit.
  • Gebruik voor het lassen van aluminium een daarvoor geschikte stroombron en beschermgas.
  • Zorg voor een schone werkomgeving.
  • Veredelde materialen verliezen rondom de las een aanzienlijk deel van de mechanische eigenschappen, soms wel 50%.
  • Lasfouten ontstaan veelal in de vorm van porositeiten. Deze zijn door eenvoudige maatregelen veelal te voorkomen.
  • Sommige legeringen uit de 6xxx-groep zijn gevoelig voor warmscheuren.

Solderen
Naast lassen is er nog de mogelijkheid om aluminium te solderen. De metalen smelten in tegenstelling tot lassen niet bij het solderen. Het is nog steeds een veelgebruikte vorm van verbinden, vooral in de elektronica, fiets en auto-industrie.