Het bewerken van staal: methoden van vervorming en bewerking

Een zeer bewerkelijk en veel toegepast materiaal is staal. Van oudsher wordt het grootschalig toegepast binnen de bruggen-, hoogbouw, maar ook voor kleine constructies in en om huis. Het is binnen onze maatschappij een onmisbaar materiaal geworden, aangezien het bij relatief weinig materiaalgebruik hoge sterkte eigenschappen heeft. Staal kan in iedere vorm worden gemaakt en daardoor wordt het binnen ieder vakgebied toegepast. Hoe wordt het materiaal gemaakt, bewerkt en vervormd zodat wij er gebruik van kunnen maken?

Het bewerken van staal

• Wat is koud vervormen?
• Machinale vervorming
• Verwijderen van materiaal
• Complexe vormen snijden
• Verbinden en bewerken van staal

Wat is koud vervormen?

Er bestaan twee hoofdgroepen qua het veranderen van de vorm van staal. Betreft het de vervorming van een blok staal naar een profiel dan wordt dat warm gewalst. Het houdt in dat het materiaal op hoge temperatuur de juiste vorm krijgt, waarna het afkoelt. Indien het materiaal wordt belast dan vervormt het elastisch (rechtlijnige vervorming bij spanningstoename) tot de vloeigrens, waarna onherstelbare vervormingen voor het bezwijken optreden. Bij het in koude vorm vervormen van het materiaal is het reeds de vloeigrens gepasseerd, waardoor de waarschuwende functie bij elastische vervorming verloren is gegaan. Oftewel indien het bezwijkt dan treedt het direct op zonder dat het vooraf herkenbaar is. Het koud vervormen van staal heeft ook voordelen aangezien het materiaal tegen relatief beperkte kosten qua vorm wordt aangepast.

Machinale vervorming

Dun staal of blik materiaal kan handig in iedere vorm koud worden vervormd, zodat de gewenste vorm zonder problemen wordt verkregen. Daarbij kan het gaan om de volgende methoden van vervorming.

Buigbalk

Het blik wordt op de juiste maat in een buigbalk geplaatst en vastgezet. Door een handmatige beweging kan het materiaal onder ieder gewenste hoek worden vervormd (sommige hoekstalen). Het kan ook machinaal worden gedaan, waarbij het grootschalig voor dikker materiaal wordt geknikt en gericht onder de juiste hoek (meestal negentig graden). Op kleinere schaal wordt dit ook gedaan door een plaatje vast te zetten in een bankschroef en het met een hamer in de juiste hoek te timmeren.

Matrijs

Het gebruik van een matrijs. Daarbij kan het materiaal in iedere gewenste vorm worden geslagen doordat het matrijs de vorm bepaalt. Dit geldt ook indien er sprake is van dieptrekken waarbij het materiaal tot een U-vorm wordt getrokken (UNP).

Rolvorm

Het alternatief op de buigbalk is de rolvorm. Daarbij gaat het plaatmateriaal tussen drie rollen (twee kleine rollen onderkant, een grote rol bovenkant) door, waarmee een gewenste ronding wordt bereikt. Dit kan om kleine strips gaan maar ook compleet langwerpig dik staalplaat tussen de rolbuiger (koker).

Verwijderen van materiaal

Voor de beëindiging of het toepassen van een speciaal inwendig gat bestaan er meerdere bewerkingsmethoden. Het kan zijn dat het een bepaalde lengte moet hebben of dat er een doorvoer voor leidingen moet worden aangebracht. In dat geval kan er worden:

Knippen
Bij relatief dun plaatmateriaal kan met een staalschaar het op de juiste lengte worden geknipt. Anderzijds worden bijvoorbeeld hoekstalen machinaal geknipt in tegenstelling tot zagen.

Zagen

Bij forse doorsneden zal het noodzakelijk zijn om zware knipmachines te gebruiken of juist te zagen. In dat geval wordt met een staalzaag de vastgezette balk in tweeën gedeeld.

Ponsen

Dit is het proces waarbij uit het staal plaatselijk een stuk wordt verwijderd door het te perforeren. Met veel geweld wordt het materiaal in de juiste vorm uitgestanst, zodat er een gat ontstaat. Dat kan in iedere vorm zijn: rond, vierkant, ovaal of een andere complexe esthetische vorm.

Boren

Daarbij wordt het staal geleidelijk aan uitgehold tot er een complete verbinding naar de andere kant ontstaat. Dit kan worden gecombineerd met zagen zodat ook complexe figuren in het materiaal kunnen worden gemaakt.

Complexe vormen snijden

Betreffen het complexe vormen bestaande uit dik plaatmateriaal of profielen dan kunnen voorgaande methoden ontoereikend zijn. Het neemt veel tijd in beslag en dus dient er op een andere manier te worden gehandeld. Thermisch snijden maakt gebruik van plasmagas in combinatie met wolfraam elektrode, waardoor het via een toorts onder hoge druk lokaal het staal verhit. Daarbij stijgt de temperatuur dermate, dat het staal smelt en de vlamboog door het materiaal gaat. Anderzijds kan er ook het autogeen snijden worden toegepast, waarbij van een snijzuurstofstraal wordt gebruikgemaakt. In beide gevallen ontstaat er een praktisch perfecte snede, waardoor zeer secuur staal kan worden gesneden. Let wel met het thermisch snijden kunnen hoge kwaliteit staal worden gesneden, waarbij de snede netter is ten opzichte van de autogene methode.

Verbinden en bewerken van staal

Zijn de platen en liggers eenmaal van de juiste vorm dan kan het aan elkaar worden gezet. Daartoe kunnen reeds in de werkplaats delen worden gemaakt maar ook op de bouw dienen elementen worden verbonden. Denk aan de volgende methoden.

Felsen

Dit is het ombuigen van plaatmateriaal, zodat een koude verbinding wordt gerealiseerd. Het doel is om een waterdichte verbinding (regen) te maken waarbij voldoende sterkte is bereikt.

Lassen
Het materiaal wordt aan elkaar gebakken door lasnaden aan te brengen. Daarbij heeft de las evenveel opnamecapaciteit als het te verbinden staalprofiel. Uiteraard moet de las voldoende dikte hebben. Denk aan minimaal drie tot vijf millimeter dikte. Het kan gaan om elektrode- of poederdeklassen.

Klinken

Hierbij worden stalen platen middels hete bouten aan elkaar verbonden zodat een hechte waterdichte verbinding ontstaat. Het werd daarom veelal binnen de scheepsbouw toegepast.

Bouten

Niet iedere constructie kan worden gelast en dus wordt gekozen om te bouten. Denk aan staalhoogbouw waarbij het staal skelet op duizelingwekkende hoogte aan elkaar wordt gezet. Het is een bouwpakket waarbij de bouten de krachten overdragen. Uiteraard dienen hierbij voldoende stabiliserende elementen (kruisen en windverbanden) aangebracht te worden om overmatige belasting op de bouten te voorkomen.

Lees verder

• Het verschil tussen koud gevormd en warm gewalst staal!
• De elasticiteitsmodulus van staal
• Herkennen bestaande HE stalen ligger voor gewijzigde functie
• Onder spanning brengen stalen ligger doorbraak noodzakelijk!