Shotpeenen
03:14
12-10-2017

Shotpeenen verbetert vermoeiingssterkte van metalen

Materiaal dat toepassing vindt in de lucht- en ruimtevaart krijgt het zwaar te verduren. Om het een langere levensduur mee te geven, maken fabrikanten en toeleveranciers al jaren gebruik van een specifieke oppervlaktebehandeling: shotpeenen. Door het oppervlak van het metaal te bombarderen met straalmiddel kan men de inwendige drukspanningen opvoeren. Dit verbetert de corrosieweerstand van het metaal, geeft een hogere vermoeiingssterkte en een langere levensduur en vermindert de kans op krassen en scheuren. Hierdoor zullen ook andere industrieën baat ondervinden van shotpeenen. Overal waar materiaal aan wisselende belastingen wordt blootgesteld, zal deze oppervlaktebehandeling zijn meerwaarde bewijzen.

Bij shotpeenen wordt het substraat gebombardeerd met kogeltjes, waarvan de vorm en het materiaal kan verschillen naargelang het gewenste resultaat. Dit zal als het ware het oppervlak van het substraat dicht hameren. Er wordt immers een drukspanning opgebouwd die het materiaal harder maakt en minder gevoelig voor scheurvorming, spanningsvermoeidheid en corrosie. Dit zal de levensduur aanzienlijk verlengen. Deze techniek ontstond tijdens de Tweede Wereldoorlog om materialen verbeterde mechanische eigenschappen te geven. De volledige doorsijpeling naar de industrie kwam er (vooralsnog) niet, maar in één sector is het de oppervlaktebehandeling bij uitstek: de lucht- en ruimtevaart. Maar ook in de transportsector is shotpeenen wijd ingeburgerd. Daar moeten de materialen immers hoge en wisselende belastingen ondergaan, net waar shotpeenen de ideale remedie tegen biedt. Een typische toepassing zijn bijvoorbeeld assen, die een shotpeenbehandeling ondergaan om vermoeiingscorrosie te voorkomen. Maar in elke sector waarin vermoeiingssterkte van onderdelen een rol speelt, zal shotpeenen een enorme toegevoegde waarde betekenen. De techniek zorgt steevast voor een verbetering van de levensduur van het substraat. De eisen van de klanten worden nu eenmaal veel strenger.

Shotpeenen met lucht of turbine
Om te kunnen shotpeenen moeten de straal­media in beweging gebracht worden. Dat kan door middel van lucht of door middel van een turbine. Het te behandelen object zal in de meeste gevallen dicteren welke techniek de voorkeur geniet. Met lucht werken komt meestal neer op het gebruik van een straalpistool. Dat kan uiteraard manueel, maar gezien de eisen naar precisie en reproduceerbaarheid die gelden in de lucht- en ruimtevaart, kan dit automatisch verlopen met een robotinstallatie. Een straalpistool kan het substraat heel dicht benaderen en dus een heel lokaal en heel precies resultaat neerzetten. Het is de beste keuze wanneer er slechts een deel van het materiaal de behandeling moet ondergaan. Shotpeenen met turbine is dan eerder geschikt voor volledige onderdelen. Het proces verloopt zeer snel en men kan meerdere stukken tegelijk shotpeenen. Wel zal over het algemeen er iets minder controle over de straalmedia zijn. Beide type machines zijn uitgerust met filter- en een recuperatiesysteem. Er komt dus geen vervuilde lucht de productieruimte binnen. Alle straal­media worden gerecupereerd en weer ingezet, zolang ze aan de kwaliteitseisen voldoen.

Shotpeenen
Een straalpistool kan het substraat heel dicht benaderen en dus een heel lokaal en heel precies resultaat neerzetten.  Foto: Laurens Janus Vakfotografie CV.

Parameters perfect afstemmen
De fabrikanten hebben hun machines intussen zodanig afgesteld dat een perfecte controle over het proces mogelijk is. Nochtans is dit geen evidentie want er komen heel wat parameters bij kijken. Allereerst speelt het straalmiddel een rol. Welke straalmedia men moet gebruiken, zal afhangen van de toepassing. Enerzijds het materiaal van het substraat speelt daarin een rol, maar anderzijds ook de gewenste eigenschappen. Er is keuze uit geknipte draad, staal, keramiek en glas. Daarnaast speelt ook de korrelgrootte van het straalmiddel een rol. De bedoeling is om steeds een goede en vooral regelmatige mix te hebben. De grotere korrel zal zorgen dat het gewenste resultaat bereikt kan worden, terwijl de kleinere korrel een goede dekking over de volledige te bestralen oppervlakte garandeert. Een tweede parameter is de impacthoek. Een te grote hoek zal bijvoorbeeld contraproductief werken.

Shotpeenen
Shotpeeninstallaties zijn uitgerust met filter- en een recuperatiesysteem.

Een hoek van ongeveer 15° is een ideale leidraad om aan te houden. De luchtdruk is dan weer van tel om de kracht te bepalen en de snelheid waarmee de straalmedia bewegen. Hou daarbij zeker de nozzle in de gaten. Dit is immers een slijtonderdeel. Schade aan de nozzle kan een invloed hebben op de snelheid en dus op het volledige proces maar ook op de precisie: wordt de hotspot geraakt? Ten slotte moet men nog rekening houden met de afstand. Te ver van het substraat zal uiteraard geen effect hebben, maar als het shotpeenen van te dicht gebeurt kunnen de media breken, wat het effect volledig verandert. Fabrikanten staan u bij in het vinden van de juiste parameters voor uw toepassing.

Controle via Almenstrips
Het is dus zaak om alle parameters in het proces perfect op elkaar af te stemmen om het gewenste resultaat te bereiken. Om te controleren of dat het geval is, hoeft men zich echter niet te beroepen op nattevingerwerk. Daarvoor dienen de Almenstrips. Deze metalen strips worden aangebracht op de plek waar het substraat zou komen, vooral daar waar het resultaat kritisch is. Door de druk van het shotpeenen zal de strip vervormen in een boog. Dit kan gemeten worden voor een perfect beeld van het proces. Er bestaan drie types in (A, N en C), grotendeels in functie van het gekozen straalmiddel.  Daarnaast heeft het automatiseren van het proces een grote rol gespeeld. Hiermee heeft men te allen tijde een perfect beeld over elke parameter in het proces en kan men waar nodig bijsturen. Dat maakt dat bedrijven ook gemakkelijker kunnen investeren in een eigen machine in plaats van shotpeenen uit te besteden. De expertise zit immers in de machine ingebouwd.

Shotpeenen
Almenstrips kunnen worden aangebracht op de kritische punten en het shotpeenproces meten.

Tekst: Valérie Couplez   Beeld: Magistor, Rösler en Straaltechniek International
Uitgelichte foto boven: 
Shotpeenen kan gebeuren in een straalturbine of manueel met straalpistolen.

Shotpeenen
De lucht- en ruimtevaart hebben de voordelen van shotpeenen al ontdekt maar ook in heel wat andere sectoren ligt er potentieel.

Metaalvak België partners

SysteemklimatiseringStraalmiddelen