Koper hechten met elektriciteit

[Kheos]

Ik heb begrepen dat onder voldoende druk, temperatuur en tijd je bijvoorbeeld 2 plakjes koper (of lood of ijzer of...)kunt hechten aan elkaar (mits ze schoongemaakt zijn van hun oxidelaag?).
Hechting is op moleculair niveau het overspringen van elektronen van de een baan van het ene atoom naar een baan van het andere (toch? of niet?)
Elektriciteit is een lading elektronen van het ene punt via de kortste weg naar het andere punt.
Zou het dan ook theoretisch mogelijk zijn om 2 plakjes koper (of lood of ijzer of...) te hechten met elektriciteit? Dus waarbij je bijvoorbeeld nog steeds voldoende druk en temperatuur uitoefent, maar dat je door er elektriciteit door te jagen je de tijd naar beneden kunt trekken? Of de temperatuur?

[Mx. Alba]

Volgens mij heb je het over Hot Pressure Welding.

Wikipedia: List of welding processes

Op Wikipedia staat verder over HPW weinig tot niets. Maar bij andere bronnen komt langs dat elektriciteit gebruikt kan worden om de nodige hoge temperatuur (maar nog onder het smeltpunt) te bereiken.

Maar waarover wil je nu eigenlijk discussiëren? Wat is je stelling? Het is niet de bedoeling in WL om gewoon een vraag te stellen, want als het antwoord dan gegeven is, is de discussie weg - terwijl het hier moet gaan om de discussie...

[gambieter]

Kheos schreef op woensdag 20 november 2013 @ 15:20:
Ik heb begrepen dat onder voldoende druk, temperatuur en tijd je bijvoorbeeld 2 plakjes koper (of lood of ijzer of...)kunt hechten aan elkaar (mits ze schoongemaakt zijn van hun oxidelaag?).

Kun je aangeven waar je dit vandaan hebt? Het komt nu allemaal nogal warrig over, en het is niet duidelijk wat je zelf al opgezocht hebt

[Oyster]

TS bedoelt dit. Natuurlijk een interessant onderwerp. Maar daar kan je een aardige (eventueel nutteloze) boom over opzetten als TS niet aangeeft welke richting hij precies op wilt en wat hij zelf weet.

[ Voor 4% gewijzigd door Oyster op 20-11-2013 15:47 ]

[CapTVK]

Is dit niet de techniek waarbij je twee metalen platen aan elkaar hecht met explosieven? Want dit klinkt als explosion welding.

[0rbit]

Dit is toch gewoon "spot welding"?

Wikipedia: Spot welding

[Kheos]

ok, misschien was m'n topic niet helemaal (of helemaal niet) duidelijk.
Simpel gezegd komt het hierop neer:

statement 1)met voldoende temperatuur, druk en tijd kun je 2 metalen met elkaar hechten; daar zijn nog een heel aantal caveats zoals oxidatie en verschillen in smeltpunt maar laten we gewoon het voorbeeld nemen van 2 plakjes koper op elkaar. De meeste historische culturen hadden hier wel een manier voor en die ging altijd over temperatuur, druk en tijd (en het oplossen van de oxidatie issues)
statement 2)'hechting' is overspringen van elektronen van object A naar object B en omgekeerd
statement 3)elektriciteit is overspringen van elektronen

hypothese 1) het is mogelijk om door enkel elektrische stroom door 2 metalen te sturen deze met elkaar te verbinden.
hypothese 2) het is mogelijk om door middel van druk, temperatuur en tijd en elektriciteit 2 metalen te hechten. Een hogere elektrische stroom resulteert in een lagere druk, temperatuur of tijd

Mijn vraag is niet zozeer "hoe heet deze techniek", maar meer "Hoe zit dit nu fysisch allemaal in elkaar?"

[MSalters]

Beide hypotheses zijn onjuist.

Metalen hebben een wolk vrije elektronen tussen de atoomkernen, die behoorlijk vrij kunnen bewegen. Daarom geleiden ze stroom. Als je nu aan de ene kant elektronen van die wol aftapt en aan de andere kant toevoegt, dan schuiven ze in het midden. Maar dat heeft geen enkel effect op de dichtheid van de wolk en dus niet op de binding.

De elektronen in oxides zijn gebonden aan het zuurstofatoom en doen hieraan niet mee.

[Kheos]

MSalters schreef op maandag 25 november 2013 @ 23:57:
Beide hypotheses zijn onjuist.

Metalen hebben een wolk vrije elektronen tussen de atoomkernen, die behoorlijk vrij kunnen bewegen. Daarom geleiden ze stroom. Als je nu aan de ene kant elektronen van die wol aftapt en aan de andere kant toevoegt, dan schuiven ze in het midden. Maar dat heeft geen enkel effect op de dichtheid van de wolk en dus niet op de binding.

De elektronen in oxides zijn gebonden aan het zuurstofatoom en doen hieraan niet mee.

Kijk, dat is dus naar waar ik op zoek was.
Begrijp ik dan dat hechting het overspringen is van niet vrije elektronen en elektrische geleiding van vrije elektronen?

[MSalters]

"Hechting" is een woord met nogal wat betekenissen. Statische elektriciteit kan er bijvoorbeeld zorgen dat twee vellen plastic aan elkaar plakken. Is dat ook hechting? Sommige lijmsoorten (met name voor het verlijmen van polymeren) werken chemisch, op moleculen. Je kunt zo'n breed woord niet met 1 natuurkundig verschijnsel verklaren.

[AlexanderB]

Ik heb hier laatst nog een Talk over gevolgd, ben ff de titel kwijt, maar het ging wel precies over wat jij zoekt.

Onder invloed van voldoende druk, temperatuur, en tijd, kan je 2 delen aan elkaar krijgen doordat de kristallen in het materiaal over de grens heen groeien tussen de 2 stukken. Vereist dat de stukken allebei zo glad zijn als maar gaat, en op elkaar gedrukt worden, zodat de grenslaag zo strak als maar gaat tegen elkaar aan zit. anders krijgt die kristalgroei natuurlijk geen kans.

Zal ff voor je opzoeken hoe het ookalweer heet.. Maar het bestaat. Electriciteit had dr echter niks mee te maken..

[ Voor 4% gewijzigd door AlexanderB op 09-12-2013 18:01 ]

[Juup]

Wikipedia: Cold welding?

[GoldenSample]

Cold/contact welding, is al genoemd, ontstaat onder druk en miniscule bewegingen tussen zeer gladde onvervuilde metaaloppervlakken. Dat is onder andere waarom het zo vaak gebeurd dat RVS bouten kapot vast zitten en dan toch opeens springen: Die zitten helemaal niet vast maar het schroefdraad is kouddrukgelast. Dit komt ook voor bij sommige constructie delen en is erg verradelijk, het lijkt allemaal vast te zitten via de gebruikte verbinding (bijvoorbeeld bouten en moeren) maar deze verbinding kan zelfs totaal kapot zijn maar bij elkaar gehouden worden door een kouddruklas.

Met 'gewoon' lassen met behulp van een puntlasapparaat moet je juist wel een oxidelaag hebben, die zorgt er voor dat je weerstand krijgt (zoals al uitgelegd gaat zonder de oxide het elektronen transport net zo makkelijk alsof het 1 stuk metaal is) waardoor het aan elkaar last.

[Kheos]

AlexanderB schreef op maandag 09 december 2013 @ 17:58:
Onder invloed van voldoende druk, temperatuur, en tijd, kan je 2 delen aan elkaar krijgen doordat de kristallen in het materiaal over de grens heen groeien tussen de 2 stukken. Vereist dat de stukken allebei zo glad zijn als maar gaat, en op elkaar gedrukt worden, zodat de grenslaag zo strak als maar gaat tegen elkaar aan zit. anders krijgt die kristalgroei natuurlijk geen kans.

maar wat zijn die kristallen dan? gewoon atoomrasters? en hoe groeien die over de grens? doordat ze uitzetten door de temperatuur? maar krimpen ze dan niet terug bij afkoeling tot waar ze vandaan komen?

[GoldenSample]

Temperatuur is irrelevant. Verder zitten atomen bij een metaal in een metaalrooster als je gewoon even google gebruikt kom je daar wel op uit.
Wikipedia: Metaalbinding

De elektronen van de metaal atomen kunnen in het geval van cold welding ook een verbinding met atomen van het andere stuk metaal aan gaan (De buitenste elektronen worden gedeeld tussen atomen in metalen). Die verbinding/dit delen van een elektron heeft een bepaalde sterkte en zorgt dus ook (samen met nog veel meer van dit soort verbindingen) voor een verbinding op voor de mens waarneembaar niveau zorgen.

Maar goed dit kun je gewoon opzoeken.

[ Voor 3% gewijzigd door GoldenSample op 10-12-2013 21:43 ]

[Kheos]

GoldenSample schreef op dinsdag 10 december 2013 @ 21:43:
Temperatuur is irrelevant.

Is dat wel zo? ik weet van een aantal ferro metalen (waarschijnlijk allemaal?) dat het rooster wel degelijk uitzet bij hogere temperatuur en weer krimpt bij lagere (da's trouwens hoe en waarom je staal kunt harden)

GoldenSample schreef op dinsdag 10 december 2013 @ 21:43:
De elektronen van de metaal atomen kunnen in het geval van cold welding ook een verbinding met atomen van het andere stuk metaal aan gaan (De buitenste elektronen worden gedeeld tussen atomen in metalen). Die verbinding/dit delen van een elektron heeft een bepaalde sterkte en zorgt dus ook (samen met nog veel meer van dit soort verbindingen) voor een verbinding op voor de mens waarneembaar niveau zorgen.

maar je kunt dus niet 'kunstmatig' elektronen toevoegen (bijvoorbeeld door er stroom door te jagen) die dan gedeeld worden tussen atomen in de metalen?

[Arrim]

Theoretisch kan dat, dat noem je het overspringen van een vonk tussen twee verschillend geladen metalen. Maar wat je hier bedoelt lijkt me onmogelijk, of tenminste erg lastig met een conventioneel metaal als koper. Voor de 'hechting' moeten niet zozeer de elektronen overspringen, maar moet er een metaalrooster vormen. Dát is wat je probeert als je wilt 'hechten', je maakt dat twee afzonderlijke metaalroosters één worden. Daarom las je ook altijd bij hoge temperatuur: je smelt de beide metalen, en in vloeibare fase raken ze elkaar. Als het dan weer afkoelt, heb je één geheel. Maar in vaste fase lijkt het me onmogelijk om het metaalrooster zo te laten bewegen dat dat je van twee stukken 1 maakt. Daarvoor moeten de atomen erg beweeglijk zijn, en dan spreken we over een vloeistof. Wellicht dat er exotische materialen zijn waarbij het wel kan, of dat het kan bij zeer hoge druk, maar bij een normaal stukje koper gaat het in ieder geval niet gebeuren.

[Kheos]

eigenlijk kun je wel degelijk koper aan koper hechten in vaste vorm. in de edelsmeedkunst heb je daar genoeg voorbeelden van, maar als je bijvoorbeeld kijkt naar Wikipedia: Mokume-gane zie je dat ze in Japan koper op koper (of koper op messing) kunnen hechten zonder te smelten en zonder te lassen.
Gewoon onder invloed van tijd, druk en temperatuur (en oppervlaktegesteldheid).

Zou het dan theoretisch mogelijk zijn om als je daar dan voldoende stroom door jaagt, een van die andere parameters kunt verlagen?
Bijvoorbeeld: leg 2 gepolijste plaatjes koper op elkaar, oefen een bepaalde druk uit, breng het naar een bepaalde temperatuur. Onder die omstandigheden duurt het X minuten om de 2 te hechten
Doe nu exact hetzelfde, maar laat er een bepaalde elektrische stroom door gaan. Zou tijd dan korter kunnen zijn? Of temperatuur?

Het idee is idd dat er dan "meer" of "sneller" elektronen overspringen vanwege de elektriciteit (wat ook een stroom elektronen is) en dus die roosters sneller gevormd worden

[Techneut]

Ik ken deze bewerking eigenlijk alleen maar als puntlassen. Niet alleen bij koper en messing, maar ook bij plaatstaal zoals b.v. in de carrosseriebouw De twee puntvormige electroden worden aan beide kanten stijf op de twee delen gedrukt, waarna met behulp van de lastransformator met een lage secundaire spanning een hoge stroom door het materiaal wordt gestuurd. Door die zeer plaatselijke druk concentreert die stroom (soms wel 1000 A of meer) zich op die ene plek, zodat daar de temperatuur zo hoog oploopt dat het materiaal terplekke in elkaar smelt. Bij ervaren lassers zie je er daarna nauwelijks iets van.

[Verwijderd]

Kheos schreef op vrijdag 13 december 2013 @ 09:31:
als je bijvoorbeeld kijkt naar Wikipedia: Mokume-gane zie je dat ze in Japan koper op koper (of koper op messing) kunnen hechten zonder te smelten en zonder te lassen.

Volgens mij gebeurt dat met roodgloeiend materiaal en de lagen worden aan elkaar gehamerd.
Het is dus een combinatie van (bijna) vloeien en (zeer) hoge druk.
Ik zeg dit onder voorbehoud hoor. Het fijne weet ik er niet van.

[Techneut]

Ook wellen van metalen, zie ook voorgaand bericht, gebeurt bij hoge temperaturen (bijna smeltpunt). Door bijvoorbeeld hameren treden plaatselijk smeltpunten op. Alleen is dit vrees ik niet wat TS bedoelt.
Eén vraag, wat heeft dit onderwerp nou met wetenschap of levensbeschouwing te maken? Ik realiseerde me nu pas dat het in die categorie geplaatst was. Zoiets bijzonders is het toch niet?

[ Voor 50% gewijzigd door Techneut op 20-12-2013 15:30 ]

[Verwijderd]

Volgens mij gaat het over metallurgie. Dat lijkt me wetenschap.

[The Eagle]

Ik weet dat er op GoT een metallurg rondliep. Ben alleen zijn nickname kwijt. Zal eens rondvragen

[JumpStart]

Goed, er is dus rondgevraagd en hier is de Materiaalkundige.

Als je twee perfect atomair vlakke zuivere metaaloppervlakten samenbrengt zitten ze aan elkaar vast. Dan moet je dat wel doen in perfect vacuüm. Daar is verder geen stroom voor nodig.

Theorie is leuk, praktijk is lastiger. Om een paar cm² aan atomair vlak metaaloppervlak te krijgen mag de trukendoos bij, bijvoorbeeld, ASML opengetrokken worden. Die kunnen ook helpen met ultrahoog vacuüm.

Heb je geen perfect vlak en zuiver oppervlak en perfect vacuüm, dan komen de twee vlakken nooit binnen atoomafstand van elkaar.

Als we wat creatiever zijn, en de stroom flink opvoeren zodat je plaatselijk (op de contactpunten) de temperatuur stevig ophoogt, dan wordt het weer een ander verhaal.

[soulrider]

hypothese 1) het is mogelijk om door enkel elektrische stroom door 2 metalen te sturen deze met elkaar te verbinden.
hypothese 2) het is mogelijk om door middel van druk, temperatuur en tijd en elektriciteit 2 metalen te hechten. Een hogere elektrische stroom resulteert in een lagere druk, temperatuur of tijd

reactie:

MSalters schreef op maandag 25 november 2013 @ 23:57:
Beide hypotheses zijn onjuist.

Metalen hebben een wolk vrije elektronen tussen de atoomkernen, die behoorlijk vrij kunnen bewegen. Daarom geleiden ze stroom. Als je nu aan de ene kant elektronen van die wol aftapt en aan de andere kant toevoegt, dan schuiven ze in het midden. Maar dat heeft geen enkel effect op de dichtheid van de wolk en dus niet op de binding.

De elektronen in oxides zijn gebonden aan het zuurstofatoom en doen hieraan niet mee.

nooit een 'plakkend relais/contact' meegemaakt of ervan gehoord in de lessen elektronica/elektriciteit?

er staat een max. aan stroom op voor een reden: stuur je er teveel door dan kleven beide contacteinden aan elkaar en zijn ze in weze gelast mbv enkel elektriciteit (stroom er doorheen).

hypothese 1 is dus perfect mogelijk:
je kunt 2 metalen perfect enkel mbv een voldoende hoge stroom erdoorheen aan elkaar lassen!

hoge stromen kunnen koperkabel doen smelten: waarom is er anders een smeltzekering nodig in je huisinstallatie:
liever de smeltzekering stuk wegens makkelijk te vervangen (of met een automaat: terug aan te zetten) dan de kabels in de muur te ontvangen:
aan elkaar 'lassen' is gewoon een kwestie van 2 gesmolten einden tegen elkaar te houden tijdens het koelen

over stevigheid enzo spreek ik me niet uit.

ps: bij elektrisch lassen met elektrodes('bagetten') doet men toch ook juist dat: jaag hoge stroom door je elektrode en hou het vlakbij het werkstuk dat je wilt lassen (en aan massa hangt) en voila: het metaal van je elektrode bevestigd zich aan je werkstuk.
enkel zijn die elektrodes vaak omgeven met andere materialen die vooral de onzuiverheden buiten moeten houden en een beetje helpen om de temp. omhoog te drijven, maar verder:
metaal aan metaal mbv (hoge) elektrische stroom...


voor hypothese 2: frictie lassen ?
hoge druk mbv wrijving (= temp. die wordt opgedreven) geeft op termijn (=tijd) ook een las.
Dit wordt onderhande toegepast bij een belgisch/nederlandse vrachtwagen fabrikant bij de productie van de assen (voor-/achter-/sleepassen): die metalen zijn vaak te dik om te lassen mbv enige elektrische of gas-lasapparatuur, maar nog handelbaar genoeg voor frictielassen.
de druk wordt daarbij serieus hoog opgevoerd en op enkele seconden zie je het contactoppervlakte roodgloeiend worden, alhoewel je schijnbaar geen beweging zien in beide kanten.
(tot je krijtlijntjes zet overeen de voeg, dan valt de slechts kleine verschuiving die nodig is op)

[ Voor 34% gewijzigd door soulrider op 22-12-2013 00:55 ]

[JumpStart]

soulrider schreef op zondag 22 december 2013 @ 00:44:
[...]

reactie:

[...]


nooit een 'plakkend relais/contact' meegemaakt of ervan gehoord in de lessen elektronica/elektriciteit?

er staat een max. aan stroom op voor een reden: stuur je er teveel door dan kleven beide contacteinden aan elkaar en zijn ze in weze gelast mbv enkel elektriciteit (stroom er doorheen).

hypothese 1 is dus perfect mogelijk:
je kunt 2 metalen perfect enkel mbv een voldoende hoge stroom erdoorheen aan elkaar lassen!

hoge stromen kunnen koperkabel doen smelten: waarom is er anders een smeltzekering nodig in je huisinstallatie:
liever de smeltzekering stuk wegens makkelijk te vervangen (of met een automaat: terug aan te zetten) dan de kabels in de muur te ontvangen:
aan elkaar 'lassen' is gewoon een kwestie van 2 gesmolten einden tegen elkaar te houden tijdens het koelen

over stevigheid enzo spreek ik me niet uit.

ps: bij elektrisch lassen met elektrodes('bagetten') doet men toch ook juist dat: jaag hoge stroom door je elektrode en hou het vlakbij het werkstuk dat je wilt lassen (en aan massa hangt) en voila: het metaal van je elektrode bevestigd zich aan je werkstuk.
enkel zijn die elektrodes vaak omgeven met andere materialen die vooral de onzuiverheden buiten moeten houden en een beetje helpen om de temp. omhoog te drijven, maar verder:
metaal aan metaal mbv (hoge) elektrische stroom...


voor hypothese 2: frictie lassen ?
hoge druk mbv wrijving (= temp. die wordt opgedreven) geeft op termijn (=tijd) ook een las.
Dit wordt onderhande toegepast bij een belgisch/nederlandse vrachtwagen fabrikant bij de productie van de assen (voor-/achter-/sleepassen): die metalen zijn vaak te dik om te lassen mbv enige elektrische of gas-lasapparatuur, maar nog handelbaar genoeg voor frictielassen.
de druk wordt daarbij serieus hoog opgevoerd en op enkele seconden zie je het contactoppervlakte roodgloeiend worden, alhoewel je schijnbaar geen beweging zien in beide kanten.
(tot je krijtlijntjes zet overeen de voeg, dan valt de slechts kleine verschuiving die nodig is op)

Wat je noemt, of het nou lassen door frictie of door stroom is, is lassen door warmteontwikkeling.

Hypothese 1 is strikt genomen dus niet juist. Een electrische stroom hecht niet. De door weerstand opgewekte warmte hecht eventueel wel.

En op dezelfde manier klopt hypothese 2 onder voorbehoud. Als je temperatuur maar hoog genoeg is werkt de combinatie van temperatuur en druk om tot een las te komen. Hierbij speelt ook nog de combinatie van gekozen metalen een rol, want er kan sprake zijn van diffusie, waarbij de metalen overspringen op het andere metaal en er in oplossen. Dat is dan onder verhoogde druk en temperatuur, en heet diffusielassen.