Hoe een geavanceerde lastechniek uit Nederland levens redt in F1

Hoewel er aanvankelijk veel weerstand was tegen de komst van de halo, heeft de boog over de cockpit zijn waarde inmiddels bewezen. In de afgelopen zes jaar hebben we meerdere keren een coureur ongedeerd zien uitstappen na een ongeluk dat zonder halo waarschijnlijk heel anders was afgelopen.

Neem de crash van Zhou Guanyu bij de start van de Britse Grand Prix van 2022, waarbij de Chinees tientallen meters ondersteboven over het asfalt schraapte, alvorens zijn Alfa Romeo na een trip door de grindbak over de bandenstapels werd gekatapulteerd om uiteindelijk in de hekken te eindigen. Of de clash tussen Max Verstappen en Lewis Hamilton in de Italiaanse Grand Prix van 2021, waarbij de Nederlander bovenop de Mercedes van de Brit belandde. Of de angstaanjagende crash van Romain Grosjean in de Grand Prix van Bahrein van 2020; de Fransman wist zichzelf uit een brandende Haas te bevrijden nadat de auto in tweeën was gebroken en het deel met de cockpit zich in de vangrail had geboord. Het zijn een paar voorbeelden van ongelukken waarbij de halo een belangrijke rol vervulde bij het beschermen van de coureur. En deze lijst met incidenten wordt alleen maar langer.

De huiveringwekkende crash van Guanyu Zhou op Silverstone.

Foto door: Mark Sutton / Motorsport Images

Het probleem

De halo had in 2018 echter niet geïntroduceerd kunnen worden zonder de betrokkenheid van het Nederlandse LKN WeldCompany BV. De bedrijven die meededen aan de tender die de FIA had uitgeschreven voor de productie van de halo, inclusief de partij die de opdracht uiteindelijk in de wacht sleepte, hadden zelf niet de technische mogelijkheden in huis om de vijf titanium onderdelen waaruit de halo bestaat met de hoogst mogelijke kwaliteit aan elkaar te lassen.

Zoekend naar een oplossing kwam men eind 2017 - de tijd begon inmiddels te dringen - uit bij LKN WeldTitan, de in titanium gespecialiseerde divisie van het in Amersfoort gevestigde bedrijf. Zij slaagden er na bijna vier weken van intensief onderzoek en ontwikkeling in om de onderdelen aan elkaar te lassen op een manier waarbij de technische eigenschappen van het titanium compleet behouden bleven, zodat de halo aan de strenge normen van de FIA voldeed. Zo moest de halo onder andere robuust genoeg zijn om een Engelse dubbeldeksbus te kunnen houden.

Het lassen van titanium is een delicaat proces, als je wil dat het metaal zoveel mogelijk van zijn sterkte behoudt, legt Patrick Wouterse, eigenaar en CEO van LKN WeldCompany BV, uit aan Motorsport.com. "Titanium is een reactief metaal en dat betekent dat het reageert met stoffen in de buitenlucht. Daar is in koude toestand al sprake van in de vorm van oxidatie. Als metaal oxideert, dan krijg je oxidatie, en in het geval van staal heet dat roest. Maar bij een reactief metaal is dat proces nog veel ernstiger. En doordat het heel snel 'roest', ontstaat er een soort laagje aan de buitenkant van het titanium. Dat laagje werkt net als verf: het sluit het titanium af waardoor het niet verder oxideert." Zodoende is titanium goed bestand tegen verdere oxidatie. "Dat is het voordeel van een reactief metaal en de reden waarom titanium voornamelijk gebruikt wordt in situaties waarin oxidatiebestendigheid erg belangrijk is, zoals bij chemische processen."

Patrick Wouterse, de eigenaar en CEO van LKN WeldCompany BV.

"Maar bij de halo gaat het vooral om een andere belangrijke eigenschap van titanium: de verhouding sterkte-gewicht", vervolgt Wouterse. "Je wil een sterk metaal zodat je heel dun kunt construeren, maar dat nog wel dezelfde sterkte behaalt als staal of RVS. Je hebt bijvoorbeeld RVS met een wanddikte van 15 millimeter of misschien wel meer nodig om dezelfde sterkte te halen als titanium met een wanddikte van 5 millimeter. Titanium - en vooral de grade 5-legering die voor de productie van de halo wordt gebruikt - is dus een veel sterker metaal, waardoor je lichter kunt construeren. Om die reden maakt men in de luchtvaartindustrie veel gebruik van titanium en is voor de halo dus ook voor dit metaal gekozen. Je wil immers een zo sterk mogelijk onderdeel hebben voor het gewicht wat je aan de auto toevoegt."

Maar een nadeel van een reactief metaal als titanium is dat als het op een normale manier gelast wordt, het minder sterk wordt. "Als je gaat lassen, wordt metaal natuurlijk vloeibaar. Maar een reactief metaal reageert vloeibaar nog erger op andere stoffen in de lucht dan in koude toestand. Het zuigt alles op wat het op kan zuigen, als een spons in een emmer water. Denk aan zuurstof en waterstof, maar ook aan vuil - zelfs achtergebleven vingervet van een lichte aanraking in het gebied waar je aan het lassen bent, heeft al grote gevolgen." En als het titanium met andere stoffen reageert, dan verandert de samenstelling zodanig dat je het eigenlijk geen titanium meer kunt noemen. "De oxidatiebestendigheid gaat hierdoor heel erg naar beneden, maar vooral ook de sterkte - in het gebied waar het metaal andere stoffen in zich heeft opgenomen tot wel 75 procent."

"Waarvoor je dus moet zorgen tijdens het lasproces, is dat op het moment dat het metaal heet en vloeibaar is, er geen andere elementen bij in de buurt kunnen komen", gaat Wouterse verder. "Dat doen we in het lassen door het gebied waar gelast wordt, met een inert gas [een gas dat nauwelijks reageert met andere stoffen] te bedekken. Je legt dan als het ware een deken van gas over het lasgebied waardoor het beschermd is. Bij een normaal proces doe je dat heel lokaal, alleen op de plek waar je aan het lassen bent."

Maar alles buiten die beschermde zone, komt dan dus wel in aanraking met zuurstof en andere stoffen, wat niet zonder gevolgen is. "Als je last, dan wordt alles natuurlijk heel heet. De temperatuur van de vlamboog zelf kan oplopen tot wel 14.000 graden, waardoor het metaal lokaal binnen milliseconden smelt. Maar ook de omgeving van de las wordt honderden graden. Daar kan de temperatuur ook nog oplopen tot zo'n 1.000 graden. En de opname van zuurstof gebeurt al vanaf 150 graden. Dus overal waar je het metaal niet bedekt met dat deken van inert gas, maar waar het wel warmer wordt dan 150 graden, daar krijg je verandering. Weliswaar is de verandering op die plek niet zo groot als waar het metaal vloeibaar wordt, maar er treedt nog steeds verandering op, wat je kunt zien aan dat het titanium allerlei kleurtjes krijgt." Als de kleur zilver is, heeft het materiaal zijn eigenschappen behouden, terwijl een licht gouden kleur een heel kleine achteruitgang aangeeft. Bij andere kleuren als bruin, roze, paars, blauw of groen, heeft het materiaal al zijn sterkte verloren en kan het titanium eigenlijk worden weggegooid.

De oplossing

"Wat je dus moet doen, is een situatie creëren waarin het gehele product - of in elk geval alles wat warm kan worden door het lassen - constant beschermd wordt door een inert gas. Maar de vraag is: hoe doe je dat?" En dit is waar de expertise van het bedrijf van Wouterse om de hoek komt kijken. "Bijna twintig jaar geleden ben ik begonnen met het zoeken naar een oplossing hiervoor." Die oplossing kwam in de vorm van een couveuse waarin het hele product geplaatst kan worden, zodat er in een afgesloten ruimte gevuld met inert gas kan worden gelast. "Dat klinkt misschien heel makkelijk, maar dat is nog bijzonder ingewikkeld", benadrukt Wouterse. "Het is niet even een doorzichtige doos maken, het product erin leggen, de doos vol met argon pompen en lassen maar."

Nog een incident waarbij de halo een belangrijke rol speelde: de clash van Hamilton en Verstappen in Monza.

Foto door: Zak Mauger / Motorsport Images

Het probleem is namelijk dat je altijd een kleine hoeveelheid zuurstof in de couveuse blijft houden. "Wij vullen de couveuse voornamelijk met argon, helium en neon. Argon is zwaar, zuurstof licht en helium nog lichter. Zodra je met je handen, die je in handschoenen steekt, de couveuse in gaat, ontstaan er wervelingen tussen die gassen, met als gevolg dat ze gaan mixen. En daardoor haal je niet langer dezelfde lage zuurstofwaarden als wanneer alles bedekt is met alleen maar inert gas."

Het was zaak om een manier te vinden om het aantal deeltjes zuurstof op een miljoen deeltjes argon - het ppm, oftewel parts per million - zo laag mogelijk te houden. "Eigenlijk wil je absoluut nul zuurstof hebben, maar dat heb je nergens - zelfs in titanium zelf zit een heel klein beetje zuurstof. Het doel is echter om zo laag mogelijk te komen. En daar zijn allerlei trucjes voor. Zo kun je bijvoorbeeld kijken naar de vorm van de kamer of de wandafwerking, aangezien zuurstof een beetje aan de wand blijft plakken." Het inerte gas dat in de couveuse wordt gepompt, moet de zuurstof zoveel mogelijk verdrijven. "En eigenlijk moet alles symmetrisch zijn, zodat alle zuurstof naar één punt wordt gebracht. Als je dat niet perfect voor elkaar hebt, gaat alles weer door elkaar. Dus dat is allemaal nog heel ingewikkeld. En zo zijn er zeker nog vijftien andere variabelen die allemaal perfect moeten kloppen om de juiste waarden te bereiken."

De afgelopen twee decennia heeft Wouterse zich hierin gespecialiseerd. Met LKN WeldCompany BV heeft hij een sterke reputatie opgebouwd, waardoor zijn bedrijf over de gehele wereld wordt ingeschakeld voor specifieke lasklussen in sectoren als de chemie, energie en lucht- en ruimtevaart, en hijzelf regelmatig door andere bedrijven als consultant wordt ingehuurd om naar hun processen te kijken. Via een gezamenlijke leverancier kwam de partij die de halo moest produceren voor de FIA, bij het bedrijf van Wouterse uit.

"We hebben een speciale couveuse ontwikkeld die groot genoeg is om de halo - de onderdelen worden in een mal geplaatst - in te lassen én rekening houdt met het feit dat de halo totaal niet symmetrisch en hol van binnen is", aldus Wouterse. "Daarin hebben we een prototype gelast en die bleek ruimschoots aan de eisen van de FIA te voldoen. Vervolgens hebben we het proces gekwalificeerd en daarna zijn we in snel tempo begonnen met produceren." Zo was LKN WeldTitan begin 2018 als onderaannemer betrokken bij de fabricage van de eerste honderd halo's voor de Formule 1.

Romain Grosjean komt tevoorschijn uit de vlammenzee.

Foto door: Andy Hone / Motorsport Images

Bedankje van Grosjean

Wouterse is erg trots op de bijdrage die hij en zijn bedrijf hebben geleverd aan de totstandkoming van de halo. Gevraagd hoe het is om beelden van een incident te zien waarbij de halo een belangrijke rol speelt, laat Wouterse weten: "Je hoopt natuurlijk dat er niets gebeurt, want het is eigenlijk niet positief als de halo zijn dienst moet bewijzen. Maar als er iets gebeurt, dan is het toch maar mooi dat er een halo op de auto zit. En dat geeft dan ook wel een trots gevoel. Zo van: 'Daar hebben we toch even voor gezorgd.'"

"Zeker in het begin waren er heel veel mensen die de halo helemaal niets vonden", herinnert Wouterse zich. "Die vonden het maar lelijk. En sommige coureurs klaagden dat het hun zicht belemmerde. Maar toen de eerste crash gebeurde waarbij de halo het verschil maakte, verstomde alle kritiek en was iedereen het erover eens dat het goed is dat de halo er is. Dat was mooi om te zien."

Een ongeluk dat bij Wouterse in het geheugen gegrift staat, is eerdergenoemd voorval van Romain Grosjean in Bahrein. "Dat was natuurlijk een hele heftige crash. Als je naar simulaties kijkt die van dat moment gemaakt zijn, dan zie je hoe de halo de vangrail vervormt zodat zijn hoofd er net doorheen kan. Je moet er niet aan denken dat de halo er op dat moment niet was geweest. Dan was het denk ik meteen klaar geweest. En dankzij de halo kon hij uiteindelijk ook nog uit dat brandende wrak klimmen."

"Ik heb later nog contact met Romain gehad via LinkedIn", zegt Wouterse, die later dit jaar een bezoek zal brengen aan de F1 Exhibition in Amsterdam om de uitgebrande Formule 1-auto van Grosjean met eigen ogen te zien. "Ik stuurde hem een kort bericht waarin ik hem uitlegde wat onze rol is geweest. 'Dan denk ik dat ik je moet bedanken', reageerde hij. Aangezien ik zelf een groot Formule 1-fan ben, was dat natuurlijk wel extra leuk."

Patrick Wouterse, eigenaar en CEO van LKN WeldCompany BV, met zijn team.

Foto door: LKN WeldCompany BV