naar top
Menu
Logo Print
10/04/2018 - PIET DEBISSCHOP

STRALEN IS DE TECHNIEK VAN DE VEELZIJDIGHEID

Mits een goede processturing kan men met stralen vele kanten uit

Straalprocedés worden in de metaalindustrie voor de meest uiteenlopende toepassingen ingezet. Ze lenen zich immers voor zowel de voorbereidende taken binnen bijvoorbeeld lakapplicaties als voor de afwerking van onder meer roestvrijstalen oppervlakken. Dan is er nog het intermediaire speelveld van de shotpeensystemen, een must bij de fabricatie van hoogwaardige werkstukken voor onder andere de aerospacewereld. Wie stralen uitspreekt, heeft het duidelijk over veelzijdigheid.

Magistor
Foto Magistor Straaltechniek (Frans Dekker)

ALOM AANWEZIG

Stralen is binnen de metaalindustrie een techniek die al meerdere decennia teruggaat.De toepassingen zijn dan ook velerlei, omdat straaltechnieken in diverse processtappen kunnen opduiken: er is het voorbereidende werk zoals het ontroesten, het doelbewust opruwen of afbramen.

Met het gerobotiseerde shotpeenen worden voor automotive en luchtvaartapplicaties werkstukken dan weer gecontroleerd gebombardeerd met stralen of glazen parels. Dit om de in onder meer verspanende processtappen opgebouwde materiaalspanningen te verplaatsen, uit te vlakken, en uiteindelijk weg te masseren. Een kritische processtap die op breuk door geaccumuleerde spanningsopbouw in kritische onderdelen anticipeert.

Ten slotte is er het esthetische en zelfs artistieke speelveld, waarbij straaltechnieken een cruciale rol spelen bij de eindafwerking. Het zo mooie, parelende hamerslageffect bij inox komt er bijvoorbeeld dankzij het afwerkingsstralen met glasparels.

STRAALMEDIA

Alle straaltechnieken hebben een belangrijk gemeenschappelijk raakvlak: ze verwerken allemaal een bepaald medium, de korrel. Deze wordt onder hoge snelheid richting werkstuk bewogen, impacteert het doeloppervlak en beïnvloedt zo de oppervlaktestructuur. Principieel onderscheidt men een drietal belangrijke korrelgroepen:

  • de rondkorrels, die bij impact een hamerend effect zullen uitoefenen;
  • de sterk hoekige en abrasieve korrel die voor ruwheid zal zorgen;
  • de hybridevormen: dit zijn doorgaans gebroken ronde korrels die zowel afgeronde als scherpe kanten vertonen. Voor sommige toepassingen, zoals de nabewerking bij walsprocessen, is deze eigenschap erg gewenst. De korrel bereidt immers met gecontroleerde opruwing de plaatnaden voor op de latere lasfases.

STRAALMACHINES

Het hoofddoel van een straalmachine is steeds om aan de partikels een belangrijke hoeveelheid kinetische energie mee te geven. Deze wordt gegeven door de formule E = ½ mv², en toont vooral dat, veel meer nog dan de massa van de deeltjes, de snelheid bepalend zal zijn voor de uiteindelijke impact op het doeloppervlak. De hoge snelheden worden bereikt via onder andere een krachtige luchtstroom.

Injectorstralen

Dit zogenoemde injectorstralen vindt toepassingen als beperkte allround straalunit die vrijstaand manueel door operatoren bediend kan worden. Het straalmiddel is er per definitie kantig en abrasief, en maakt allerlei voorbereidend en reinigend werk mogelijk.

Werpwielstralen

Het werpwielstralen maakt dan weer gebruik van een schoepenwiel dat de straalpartikels met hoge snelheden richting doeloppervlak weg katapulteert. De techniek leent zich uitstekend voor geautomatiseerde systemen, omdat de straalmiddelenflow zeer nauwkeurig controleerbaar is. Alle korreltypes zijn bovendien inzetbaar. Bij de klassieke luchtstraalcabines haalt men op deze wijze partikelsnelheden van een 50 tot 60 m/s. Werpwielen daarentegen halen 80 tot 100 m/s en zelfs meer. De impact wordt zo bepaald door de kinetische energie, vorm, en ook korrelgrootte en materiaal van de gebruikte straalkorrel.

MATERIALEN EN STANDTIJD

De materiaalkeuze van de korrel is bij straalsystemen een bepalend gegeven. Voor ronde korrels kan glas, rvs, en ook staal worden gebruikt. De standtijden van rondkorrels zijn bovendien beduidend langer dan bij hoekige korrels, omdat de integriteit heel lang blijft bewaard. Voor kantige straalmiddelen krijg je echter een heel ander verhaal. De abrasieve impact houdt immers ook een structureel uiteenvallen van de korrels in. Vaak gebruikt zijn aluminiumsilicaten, korund en garnets. Stuk voor stuk straalmiddelen die aan schaarste onderhevig zijn echter, waardoor de industrie op continue basis naar synthetische alternatieven op zoek zal moeten gaan. Het plaatst ook het aloude gegeven van het éénmalige straalmiddel in perspectief. Het beheer van beschikbare straalmiddelen wordt daarom op termijn duidelijk een kwestie van recuperatie, regeneratie en onderhoud.

REGENERATIE EN ONDERHOUDVAN STRAALMIDDELEN

Straalmiddelen hebben uiteindelijk ook een zekere levensduur, en kunnen niet bij wijze van een oneindige cyclus worden ingezet. Vooral de harde, kantige straalmedia zijn onderhevig aan breuk. Hoe robuust de korrel ook is, men krijgt steeds een evolutie in de granulometrie van het mengsel richting fijnere korrelgroottes. De procescontrole van straalsystemen houdt daarom steeds het opvolgen van de zo belangrijke korrelverdeling van hun straalmedia in. Concreet komt dit neer op het cumulatief bepalen van de relatieve gewichtsfracties bij verschillende zeefopeningen. Het is een zeefanalyse die bij vers straalmiddel een correct resultaat ten opzichte van de voorgedefinieerde standaardcurve moet opleveren. Intensief gebruik zal de curve meer en meer richting kleinere fracties doen verschuiven, tot de tolerantie bereikt wordt en men het straalmiddel moet regenereren.

BELANG VAN REGENERATIE

Bij klassieke, manueel bediende luchtstroommachines is het bewaken van de korrelgroottes zelden of nooit aan de orde. Dit om twee redenen.

  • De toepassingen zoals reinigen, ontroesten of ontlakken, zijn om te beginnen niet van die aard dat de ruwheid een kritische parameter wordt.
  • Bovendien wordt in ongeveer 100% van de gevallen met éénmalig grit gewerkt, waarvan de korrelgrootte binnen het proces per definitie nooit kan veranderen.

Voor automatische systemen die tijdens de straalcyclus ook aan recuperatie van straalmiddel doen, ziet het plaatje er enigszins anders uit. Bij met name abrasieve systemen is de te halen oppervlakteruwheid vaak aan een klanteneis gerelateerde norm verbonden. Dit vaak in het kader van latere lakprocessen.

RUWHEID EN STANDAARDISATIE

De sectie van elk, met kantig medium gestraald oppervlak vormt een cascade van diktepieken- en dalen die netto de uiteindelijke ruwheid uitmaken. Deze wordt gedefinieerd door de hoogteverschillen tussen de hoogste en laagste pieken van de sectie. De eindkwaliteit van bijvoorbeeld uitgeharde poederlakken wordt echter in hoge mate bepaald door die onderliggende ruwheid, omdat deze ook evenredig is met het netto contactoppervlak tussen coating en substraat, een basiscriterium voor duurzame adhesie. Tegelijkertijd mogen geen materiaalpieken boven de laklaag uitsteken. Eindafwerking, hechtingsbasis en afgeleverde oppervlakteruwheid gaan met andere woorden hand in hand, omdat de gecontroleerde ruwheid voor vele processen een belangrijke hechtingsbasis vormt. Naargelang van de geviseerde eindruwheid, kan de gebruiker dan een adequate keuze maken uit meer of minder agressieve, of ook hybride korrelsystemen, en de bekomen resultaten bewaken.

DE RUWHEID IN PERSPECTIEF

De ruwheid van een metaaloppervlak vormt sinds jaren een boeiend gespreksthema. Dit verwondert niet, te weten dat de definitie feitelijk aan heel veel onderliggende details voorbijgaat. Strikt genomen tellen immers louter de bepaalde Ra- en Rz-waardes. Ra is hierbij het rekenkundig gemiddelde van alle afwijkingen in de sectie ten opzichte van de nullijn. De Rz-waarde geeft de gemiddelde hoogte aan van de ruwheidsdiepte, ook binnen de gemeten sectie. Hier knelt vaak het schoentje, omdat de meting een of meerdere steekproeven omvat waarvan het representatieve ten opzichte van het totale oppervlak niet bewezen is. Je werkt immers met gemiddeldes in combinatie met uiterste waarden, terwijl niet geweten is hoe deze zich verder op het werkstuk verhouden. Hier biedt als complementair hulpmiddel een fotografische vergelijking vaak een prima oplossing, omdat deze een veel beter idee geeft van de uniformiteit van het straalbeeld. Men combineert zo de objectieve evaluatie, de meting, met een subjectieve, de visuele. Ra en Rz -waardes zijn hoe dan ook bepalende parameters voor de optimale procesbeheersing bij lakprocedés, waarbij de korrelverdeling proactief gesurveilleerd wordt. Zo verbeteren de standtijden, zijn er geringere afvalstromen, en wordt er een veel betere constante in het straalproces gehouden. Immers, hoe langer men de zelfde korrelverdeling blijft houden, hoe constanter en uniformer het straalprofiel in het werkstuk. Regelmatig zeefanalyses doen blijft daarom de boodschap. Zo niet gaan op termijn de grotere deeltjesfracties er uit door breuk, waardoor men wel nog een abrasieve werking behoudt, maar nooit nog het beoogde ruwheidsprofiel haalt.

Met dank aan Rösler, Straaltechniek en Magistor