Lastechniek

Onderwaterlassen

Lassen is het verbinden van materialen door middel van druk en/of warmte, waarbij het materiaal op de verbindingsplaats in vloeibare of deegachtige toestand wordt gebracht (hoewel er ook uitzonderingen zijn, zie kouddruklassen), terwijl al of niet materiaal met ongeveer dezelfde samenstelling wordt toegevoegd, waarbij continuïteit ontstaat tussen de te verbinden delen.

Anders dan bij solderen smelt bij lassen ook het materiaal van het werkstuk, dus niet alleen het toevoegmateriaal.

Geschiedenis

De geschiedenis van het samenvoegen van materialen gaat enkele eeuwen terug, maar voor het einde van de 19e eeuw, was het enige beschikbare proces smeden. De Grieken wisten in de 1e eeuw v.Chr. al hoe ze staal een warmtebehandeling konden geven, en het is bekend dat andere oude volken basis principes wisten van lassen. Smeden heeft zich snel ontwikkeld in de eerste helft van het 2de millennium, en in 1540, publiceerde Vannoccio Biringuccio het eerste Europese boek wat zich bezig hield met smeden en metallurgie, De la Pirotechnia. De vaklieden uit de Renaissance waren zeer geoefend in het proces, en de industrie groeide hard tijdens de volgende eeuwen. Met de ontdekking van de elektrische boog door Sir Humphrey Davy in 1801, en daaropvolgende ontdekkingen tijdens die eeuw, werd booglassen de meest gebruikte vorm van het metallurgisch verbinden van metalen.

In 1865 werd een Engelsman genaamd Wilde het eerste patent op een lasproces toegewezen. De elektrische boog kreeg pas praktische toepassingen rond 1881. Tijdens dat decennium werd er veel vooruitgang geboekt in de booglas processen. Waar onder het gebruik van een metalen elektrode (in plaats van koolstof) en een geïsoleerd handvat, waardoor er handmatig gelast kon worden (gepatenteerd door de Russische wetenschapper Nikolas de Benardos in 1887). Daar op volgend werden er twee nieuwe lasprocessen ontwikkeld in de laatste twee decennia van de 19e eeuw, namelijk weerstandlassen en autogeenlassen. Autogeen lassen was aanvankelijk populairder vanwege de compactheid en relatief lage kosten. Maar in de loop van de 20e eeuw verdween het langzaam uit de industrie. Het werd grotendeels vervangen door booglassen, daar elektrodebekledingen werden ontwikkeld die de boog stabiliseerden en materiaal beschermde tegen onvolkomenheden.

De Tweede Wereldoorlog bracht een grote toename in het gebruik van lasprocessen teweeg. De verschillende militaire machten probeerden te bepalen welk proces het beste was. De Britten gebruikten voornamelijk booglassen, ze hebben zelfs schepen gebouwd met compleet gelaste romp (wat uitzonderlijk was voor die tijd) genaamd de Libertyschepen. Ze hebben nog tot jaren na de oorlog dienst gedaan als koopvaardijschepen. Tegenwoordig worden alle schepen gelast in plaats van geklonken. De Amerikanen twijfelden in eerste instantie, maar begonnen de voordelen van lassen in te zien toen het proces ze in staat stelde om snel hun schepen te repareren na een Duitse aanval op de haven van New York.

In de jaren 1920-30 werd lassen steeds meer gebruikt. De toepassing van bekledingen werden steeds goedkoper in 1927 toen een uitdrijvingsproces werd ontwikkeld. Deze ontwikkeling leidde tot een enorme toename van de rol van booglassen in de jaren 1930-40 en in de Tweede Wereldoorlog. Tijdens deze jaren werden er verschillende grote ontdekkingen in het gebruik van automatisch lassen, wissel en gelijkstroom en bekledings typen. En ook werd er voor het eerst geëxperimenteerd met het gebruik van inerte beschermgassen. Dit om reagerende metalen als aluminium en magnesium te lassen. Wat weer leidde tot de uitvinding van twee nieuwe lasprocessen, Tungsten Inert Gas (TIG) lassen en plasmalassen.

Een van de beperkingen van TIG lassen is dat het een lage neersmelt (in gewicht) per tijdseenheid heeft en dus niet erg geschikt om zware lassen te maken. Dit leidde tot de ontwikkeling van een proces met constant toegevoerde draad, Metal Inert Gas/Metal Active Gas (MIG/MAG) lassen, aangekondigd in 1948. Tijdens deze periode werden enkele belangrijke ontdekkingen gedaan, zoals het gebruik van metaalpoeder in de mantel van beklede elektroden, het gebruik van argon/helium gasmengsels en uiteindelijk het gebruik van het veel goedkopere kooldioxide. In 1958 debuteerde het gevulde-draad lasproces, waarmee de zelfbeschermende draadelektrode gebruikt kon worden zonder of met weinig gas en automatische apparatuur, wat resulteerde in een toename van de lassnelheden (lees neersmelt).

De ontwikkelingen in de laswereld zijn verdergegaan, maar de nieuwe processen zijn altijd voor specifieke doeleinden ontwikkeld.

Voordelen en nadelen van lassen

· Voordelen:

o Lasverbindingen zijn heel sterk, licht en stijf

o Lasverbindingen zijn vaak eenvoudiger, goedkoper en sneller (geautomatiseerd) te realiseren dan andere verbindingstechnieken zoals bout- of klinkverbindingen: er dienen gaten geboord te worden, monteren duurt langer

o Minder stromingsweerstand, dit is belangrijk voor de binnenkant van pijpen

o Bestand tegen hoge temperaturen

o Goede krachtsoverdracht (beter dan bijvoorbeeld klinknagels)

o Geen verzwakking van de constructie, in tegenstelling tot klinknagels en bouten, die de doorsnede verkleinen;

· Nadelen

o Lasverbindingen zijn niet demonteerbaar

o Bij het lassen treedt structuurveranderingen van gelaste materialen op, wat een verandering in de mechanische eigenschappen (sterkte, hardheid) van het materiaal veroorzaakt

o Lassen en daarmee gepaard gaande sterke opwarming en afkoeling veroorzaakt krimp

o Alleen min of meer gelijke materialen kunnen aan elkaar gelast worden

o Gelaste verbindingen kunnen zijn uitgevoerd als één geheel (stomp gelast), vermoeiingsscheuren lopen door de las

Lasprocessen

Er zijn in de loop van de tijd vele verschillende lasprocessen ontwikkeld allen met specifieke kenmerken en toepassingsgebied. Ze zijn echter in twee hoofdgroepen in te delen, weerstand en booglassen.

Er zijn natuurlijk nog meer lasvormen zoals
Smeltlassen:

heeft als belangrijkste kenmerk dat de gebruikte materialen volledig worden gesmolten en niet alleen in deegachtige toestand worden gebracht zoals bij druklassen. Het smelten van de materialen kan op verschillende manieren worden gedaan; d.m.v. een elektrische boog, een chemische reactie of een laserstraal.

Autogeen lassen: ook: gassmeltlassen, zuurstof-acetyleen lassen, wordt de warmte verkregen door het verbranden van een gas meestal acetyleen in combinatie met zuurstof. Deze twee gassen zorgen samen voor een vlamtemperatuur van meer dan 3100°C. De vlam wordt door de lasser gebruikt om een smeltbad in het werkstuk te creëren en om het apart aangevoerde toevoegmateriaal te smelten. De vlam zorgt tevens voor bescherming van invloeden van de omgevingslucht. Door de lage kosten van de apparatuur was het vroeger een veel gebruikt proces maar door de lage lassnelheid en de beperkte materiaal keuze heeft het nog maar een paar specifieke toepassingen. De installatie is wel erg polyvalent, vele materialen kunnen gelast worden, maar ook solderen of snijbranden is mogelijk. Autogeen lassen wordt dan ook nog in kleine of mobiele werkplaatsen gebruikt, of voor het lassen van dunne plaatdiktes.

·Booglassen met beklede elektrode: BMBE, Engels: shielded metal arc welding, SMAW wordt een elektrische boog getrokken tussen het werkstuk en de elektrode, deze boog zorgt voor de warmte die nodig is om het werkstuk en de elektrode te laten smelten. De elektrode bestaat uit een metalen kerndraad en een bekleding. De kerndraad geleidt de stroom en dient als toevoegmateriaal. Als de boog ontstoken is zullen de kerndraad en de bekleding gaan smelten. Door de stoffen die in de bekleding zijn toegevoegd komen er gassen vrij die helpen de boog in stand te houden en het vloeibare materiaal beschermen tegen de invloeden van de buitenomgeving. Ook vormt er uit de bekleding een slak die over de uiteindelijke las heen zit, ook voor bescherming tegen de invloeden van de buitenomgeving. Verder kan de bekleding extra legeringselementen bevatten, ijzerpoeder om het rendement van de las te verhogen, en gemakkelijk te ioniseren stoffen zodat de boog stabieler wordt. Booglassen met beklede elektrode is een veel gebruikte vorm van lassen. Dit omdat het enorm veelzijdig is door de vele soorten elektrodes die te krijgen zijn. De training voor de lasser en de apparatuur zijn ook redelijk eenvoudig en goedkoop. En je hebt geen logge grote Gasflessen nodig, krachtstroom en elektrodes zijn bij de meeste dhz zaken te koop. Voor bedrijven is het echter minder rendabel dan MIG-lassen omdat de slak steeds weggebikt moet worden, en dat kost tijd. Een nadeel is het hoge stroomverbruik, de gemiddelde lastrafo heeft een uitgang van tot 140 ampere bij 48 volt.

Er zijn drie grote types elektrodebekleding:

1. Cellulose, met een hoog gehalte aan cellulose in bekleding. Dit zorgt weliswaar voor veel rook en spatten tijdens het lassen, maar heeft het lassen gaat snel en de las is relatief ongevoelig voor corrosie;

2. Rutiel, met een hoog gehalte aan SiO2 en TiO2. Dit lastype wordt het meest toepast, het zorgt voor lassen met goede mechanische sterkte, ook in vermoeiing;

3. Basisch, met een hoog gehalte aan krijt (calciumcarbonaat) en vloeispaat. Dit zorgt voor een zuiver schoon lasbad en een las met zeer laag waterstofgehalte

MIG/MAG-lassen

MIG-lassen

Een doorgesneden MIG-toorts

MIG/MAG staat voor Metal Inert Gas/Metal Active Gas. Het zijn eigenlijk twee soorten maar omdat het enige verschil het gebruikte gas is wordt het toch als eenzelfde soort gezien. Bij deze twee lasprocessen wordt er tijdens het lassen continu een draad aangevoerd. Tussen deze draad en het werkstuk wordt de boog in stand gehouden. Het smeltbad wordt beschermd door een beschermgas. Bij MIG-lassen gaat het om een een inert gas (bijvoorbeeld argon of mengsels van argon met waterstofgas en helium); bij MAG om een actief gas (bijvoorbeeld kooldioxide of argonmenggassen met Ar, CO2 en O2). Een inert gas reageert niet (met het smeltbad) en een actief gas wel, dus heeft een actief gas invloed op de samenstelling van de uiteindelijke las. Vaak worden er ook menggassen gebruikt tussen inerte en actieve gassen. MIG/MAG-lassen is tegenwoordig het meest gebruikte lasproces door zijn veelzijdigheid en snelheid: zo'n 50 % van alle toevoegmetaal verkocht in België wordt voor dit proces gebruikt. Het is zo populair wegens de mogelijkheid tot mechanisatie en robotisatie, hoge flexibiliteit en hoge neersmelt.

Er kan op drie manieren gelast worden:

Kortsluitboog (short arc), bestaande uit herhaalde kortsluitingen

Sproeiboog (spray arc), en Pulsboog (pulsed arc).

TIG-lassen

TIG is de afkorting voor Tungsten Inert Gas, GTAW = Gas Tungsten Arc Welding) en dankt zijn naam aan de Engelse naam voor wolfraam (tungsten) en het gebruik van een inert gas. Bij TIG-lassen wordt de warmte verkregen door een boog te trekken tussen een wolfraam elektrode en het werkstuk. Door de hoge smelttemperatuur van wolfraam (3410 °C) (de temperatuur van het werkstuk ligt tussen de 6000 á 7000 graden, maar door de stroomrichting van het beschermgas en de vlamboog heeft de elektrode maar een derde van de warmte van het werkstuk.) is dit een niet afsmeltende elektrode. Het toevoegmateriaal wordt apart, handmatig, toegevoegd. Het toepassingsgebied van TIG-lassen is vooral hooggelegeerd staal of aluminium. Het wordt ook regelmatig gebruikt voor laaggelegeerd staal met dunne plaatdiktes daar de lassnelheid vrij laag is. Aluminium, aluminiumlegeringen, magnesiumlegeringen en aluminiumbronzen worden met wisselstroom (AC) gelast, de rest met gelijkstroom (DC). TIG lassen is de meest moeilijke vorm van lassen, dit komt omdat, in tegenstelling tot elektrode en MIG/MAG, je hier ook nog de aluminium draad bij moet doen en je een pedaal hebt om de stroom mee te bepalen.

Onderpoederlassen

Onderpoederlassen (en: submerged arc welding, SAW) is een zeer productief proces met een elektrische boog die onder een laag poeder ligt. Het poeder vormt een slak die het smeltbad beschermt tegen de invloeden van de lucht. Bovendien kunnen hiermee de mechanische eigenschappen van de las worden beïnvloed. De stroomsterktes bij onderpoederlassen kunnen heel hoog oplopen waardoor er een dikke draad gebruikt kan worden en de neersmeltsnelheid erg hoog komt te liggen. Overigens gebruikt men meestel draaddiamaters van 2,4 ,3,2 en 4 mm. Door het gebruik van poeder kan er helaas maar in enkele posities gelast worden, namelijk horizontaal onder de hand, een staande hoeklas en horizontaal uit de zij. Naast het lassen met 1 draad zijn er veel verschillende varianten, onder andere met 2 of meer draden (twin, tandem, drie-draads... ) met een strip (0,5 mm dik en 30-120 mm breed voor het oplassen van een cladlaag

Het onder poederdeklassen, ook wel lassen met vast poeder genoemd, berust op het principe van het booglassen, waarbij een boog verwekt wordt tussen de elektrode en het te lassen materiaal. Het maakt gebruik van twee afzonderlijke toevoegproducten; enerzijds een continue elektrode, die bestaat uit een draadhaspel met als dubbele rol deze van toevoegmetaal en als stroomgeleider; anderzijds een poeder, dit wordt uitgestrooid boven de boog om deze te bedekken en dat een soortgelijke functie heeft als de bekleding bij de gewone laselektrode.

Een toestel, laskop wordt daartoe gebruikt en deze zorgt voor:

· Het onder elektrische spanning brengen van de draad door één van de uiteinden ervan door een sleepcontact te doen glijden. Dit contact is verbonden met één pool van de stroombron. De andere pool is verbonden met het te lassen werkstuk.

· Het uitstrooien van het poeder, rond het einde van de draad, van een bepaalde laag laspoeder opgeslagen in een trechter.

· Het afrollen, met een welbepaalde snelheid van de draad, door middel van aandrijfwieltjes, om aldus bij contact met het te lassen werkstuk een elektrische boog te doen ontstaan.

· Na het ontstaan van de boog en het smelten van het uiteinde van de draad en van het omringende laspoeder, gebeurt het afrollen van de draad met dezelfde snelheid als deze van het afsmelten zodat een stabiele boog in stand gehouden wordt.

Plasmalassen

Zoals de naam al doet vermoeden wordt er bij plasmalassen gebruikgemaakt van een plasma. Het plasma wordt gevormd door een hoog spanningsverschil te creëren tussen een wolframelektrode en het werkstuk, hier langs wordt een gas gevoerd. Door het spanningsverschil wordt het gas elektrisch geleidend en ontstaat er een boog tussen elektrode en werkstuk. De boog moet beschermd worden tegen de invloeden van buiten af, dit gebeurt door een beschermgas.

De verschillende types plasma-lassen zijn:

· Microplasmalassen, tot 15 A. Voor het lassen van zeer dunne plaat en dunne draden (vanaf 0,1 mm)

· Melt-in plasmalassen, 15 tot 200 A. Gelijkwaardig aan het TIG lassen, maar een stabielere boog, diepere inbranding.

· Keyhole plasmalassen, boven 100 A. Zorgt voor een grote en diepe inbranding en een hoge lassnelheid.

Exothermisch lassen

Bij het exothermisch lassen wordt gebruikgemaakt van een zeer snel verlopende chemische reactie, waarbij veel warmte vrijkomt. Hierdoor worden de te verbinden delen bij de naad vloeibaar, terwijl er tegelijkertijd met een gietkroes vloeibaar materiaal toegevoegd wordt. Het thermisch lassen wordt onder andere gebruikt voor het aan elkaar lassen van spoorstaven en het verbinden van koperen draden. Bij dit laatste proces wordt de warmte opgewekt doordat aluminium koper reduceert, waarbij veel energie vrijkomt, en het koper vloeibaar wordt. Een ander proces is de reductie van aluminium door ijzer, de thermietreactie:

Fe2O3(s) + 2Al(s) → Al2O3(s) + 2Fe(s); ΔH = -851.5 kJ/mol.

Druklassen

Druklassen is historisch gezien de eerste vorm van lassen, het vindt zijn oorsprong in het smidsvuur. Wellen of smeden genaamd. Het door hitte in een deegachtige toestand gebrachte metaal wordt vervolgens onder druk van hamerslagen aan elkaar gelast. Men onderscheid kouddruklassen en warmdruklassen. Bij kouddruklassen worden werkstukken zonder toevoeging van warmte, dus allen onder invloed van (zeer grote) druk aan elkaar gelast. Overigens wordt dit procedé tegenwoordig als verouderd beschouwd en hierdoor wordt steeds minder vaak toegepast. Verder worden verschillende warmdruklassentechnieken beschreven.

Explosielassen

Explosielassen is een uitermate gewelddadig proces dat alleen door gespecialiseerde bedrijven kan worden uitgevoerd. Met explosielassen, ook wel schokgolflassen genoemd, kunnen (zeer) ongelijksoortige metalen toch tot een volkomen intermetallische verbinding komen. Het wordt voornamelijk gebruikt om twee platen van verschillende materialen, zoals staal en aluminium, op elkaar te lassen. De twee platen worden met een bepaalde tussenruimte op elkaar gelegd en op de bovenste plaat wordt een explosieve laag aangebracht. Als deze lading tot ontploffen komt, worden de platen door de eenmalige schokgolf onder extreme druk met elkaar verbonden. Bij dit proces speelt smelthitte geen noemenswaardige rol. Bij explosielassen is de las zo sterk als de zwakste van de gebruikte onderdelen.

Stiftlassen

Stiftlassen wordt vooral gebruikt om kleine bouten, stukken rond of andere kleine dingen op een plaat te bevestigen. De te lassen stift wordt in een pistool gebracht en bij het inschakelen van de machine wordt er kortstondig een elektrische boog tussen de stift en het materiaal getrokken. Als het materiaal en de stift zijn gesmolten wordt de stift met grote kracht het materiaal in geschoten. Door de aanwezigheid van een elektrische boog en een smeltbad hoort stiftlassen eigenlijk bij zowel druklassen als smeltlassen.

Weerstandlassen

Weerstandlassen van vandaag de dag wordt met machines en elektriciteit gedaan. De warmte die nodig is om het materiaal in deegachtige toestand te brengen wordt verkregen door de weerstand die ontstaat op de overgang tussen de te lassen delen door er een zeer hoge stroom doorheen te jagen. Deze stroom overschrijdt de weerstand van het materiaal waardoor het smelt. Als het materiaal in deegachtige toestand is wordt er druk uitgeoefend op de lasplaats waardoor er een lasverbinding ontstaat. De lasspanning bij dit proces is slechts enkele Volt maar de stroomsterkte kan oplopen tot 20.000 ampère.

Belangrijke parameters bij het weerstandlassen zijn elektrodedruk/tijd/stroom en de elektrodegeometrie.

Het vlak op de elektroden waartussen het materiaal wordt ingeklemd moet een zekere radius hebben. Hierdoor wordt oa.de lasdiameter bepaald.

Puntlassen

Puntlassen is tegenwoordig het meest voorkomende weerstandlasproces. Het vindt zijn toepassing onder andere bij het maken van overlapverbindingen in dunne plaat. Vooral de automobielindustrie maakt er op grote schaal gebruik van. De te verbinden delen worden tussen twee koperen elektrodes geleid waardoor een hoge stroom gaat lopen en tegelijkertijd worden de elektroden onder druk gezet waardoor een lasverbinding ontstaat. De elektroden zijn de belangrijkste delen van een puntlasmachine, deze moeten zo weinig mogelijk weerstand bieden aan de lasstroom en bestand zijn tegen de krachten die erop komen te staan. Daarom wordt er meestal gekozen voor koper/chroom legeringen daar dit een compromis levert tussen een lage soortelijke weerstand en hoge sterkte tegen vervorming die kan ontstaan door warmte en druk. Vanwege de hoge temperaturen die bij het proces vrij komen worden de elektroden meestal inwendig gekoeld met vloeistof (meestal met gewoon water).

Rolnaadlassen

Rolnaadlassen is te vergelijken met puntlassen, alleen worden de puntvormige elektroden vervangen door koperen rollen. Deze worden aangedreven door een elektromotor met vertraging waarvan de snelheid nauwkeurig in te stellen is. Door druk en een pulserende stroom door de rollen te sturen kan worden gelast. Door de snelheid in combinatie met het aantal laspulsen per tijdseenheid nauwkeurig in te stellen kunnen veel lasvormen ingesteld worden. Denk hierbij bijvoorbeeld aan brandstoftanks van auto's. Vanwege de gewenste vloeistofdichtheid moeten de lassen elkaar overlappen. Ook kunnen, door anders in te stellen, (punt)lassen met een regelmatige afstand ten opzichte van elkaar worden gelegd.

Rolnaadlassen wordt veel gebruikt in de radiator industrie en bij de productie van staal.

Projectielassen

Projectielassen is ook een vorm van weerstandlassen met het verschil dat er op de te lassen delen een kraagje is aangebracht. Deze verdikkingen zitten op de lasplaatsen en vormen een soort toevoegmateriaal. Na het indrukken door de machine in combinatie met een hoge lasstroom zijn deze verdikkingen geheel opgegaan in de las. Dit proces wordt onder andere veel toegepast in de automobielindustrie, bijvoorbeeld de op het plaatwerk gelaste moeren, onder andere te zien onder de motorkap van een auto.

Drukstuiklassen

Bij drukstuiklassen worden de twee voorwerpen met elkaar in contact gebracht. Men laat een elektrische stroom door de twee voorwerpen lopen. Deze zorgt voor een temperatuursverhoging in het contactvlak tussen de twee voorwerpen, zodat het metaal in het contactvlak smelt. De twee stukken worden dan met grote kracht tegen elkaar geduwd, zodat de twee voorwerpen aan elkaar verbonden worden. Deze methode wordt minder gebruikt dan het afbrandstuiklassen, omdat de kwaliteit (vooral in vermoeiing) lager is en bij dit proces een goede oppervlaktekwaliteit vereist is.

Afbrandstuiklassen

Dit proces is speciaal ontwikkeld voor het aan elkaar lassen van stukken rond, vierkant en profielen. Afbrandstuiklassen wordt ook toegepast in productielijnen in staalfabrieken om rollen staal aan elkaar te lassen als ze in bijvoorbeeld een beitserij worden gevoed. De te lassen delen worden na het inschakelen van de stroom afwisselend van en naar (of alleen naar)elkaar toegebracht, waardoor er bij aanraking kortsluiting ontstaat en vlak voor de aanraking een vlamboog. Dit veroorzaakt de hitte die nodig is om de te lassen delen in deegachtige toestand te brengen. Als de aanrakingsvlakken in de juiste toestand zijn worden ze met grote kracht op elkaar gedrukt waarna de lasverbinding ontstaat. Door dit aandrukken ontstaat een uitstulping aan de buitenzijden van de las die evt kan worden afgeschaafd (in geval van productielijnen in staalfabrieken). Bijkomend voordeel is dat in principe geen schermgas hoeft te worden gebruikt omdat eventuele oxides tijdens het stuiken naar buiten worden gedrukt. Bij afbrandstuiklassen wordt in de praktijk vaak gewoon aardgas gebruikt dat tijdens het lassen ontbrand en zo alle zuurstof verbruikt. Bijkomend voordeel hierbij is dat het procesvenster wordt vergroot, dwz dat er minder ver hoeft te worden getuikt om toch een goede oxidevrije verbinding te krijgen. Zo kunnen hardere staalsoorten of dikkere plaat toch worden gelast.

Laserlassen

Laserlassen is een lasproces dat vooral wordt toegepast in de automobielindustrie. Industriele lasers hebben doorgaans een uitgaand vermogen -in de vorm van infrarood licht- dat ligt tussen de 2 en 10 kW. Dit vermogen wordt via optieken (lenzen en spiegels) gefocusseerd tot een laserspot van ongeveer een halve millimeter doorsnee. De energiedichtheid is zo hoog dat dit proces uitstekend geschikt is om grote penetratiedieptes te bereiken en toch zeer hoge voortloopsnelheden kan behalen. Voor een 2 mm dikke plaat staal waarbij gebruik wordt gemaakt van een 6 kW laser kan de lassnelheid oplopen tot zo'n 5 meter per minuut. Bij laserlassen ontstaat -indien het plaatmateriaal betreft- een gaatje dat meeloopt met de laser en zich continue sluit achter de spot. Deze manier van lassen wordt keyhole lassen genoemd. Een ander groot voordeel van laserlassen is dat ondanks de hoge energiedichtheid toch met een relatief lage warmte-inbreng wordt gelast. Dat komt doordat de las zeer smal is en door de hoge energiedichtheid zeer snel. Slechts een kleine hoeveelheid metaal wordt hierdoor gesmolten. Dit biedt grote voordelen wanneer het aankomt op het lassen van zogenaamde hoge sterkte vervormingstalen zoals Dual Phase en TRIP staal omdat de warmte-beinvloede zone veel kleiner is en daardoor de kristalstruktuur zo min mogelijk wordt verstoord. Ook wordt veel minder spanning in de plaat gebracht waardoor minder vervorming optreedt na het lassen. Verder heeft laserlassen in carosserieën van auto's het voordeel dat de auto stijver wordt omdat een laserlas platen staal over een lijn met elkaar verbind in plaats van op punten zoals bij puntlassen.

Volkswagen heeft in zijn fabrieken grote aantallen laserlasstations (> 200). Omdat dit een grote investering betekent, volgen andere autofabrikanten mondjesmaat. Laserlassen worden in Nederland vooral toegepast bij Corus in IJmuiden bij de productie van staal. In beitsbaan 22 worden rollen staal aan elkaar verbonden alvorens deze worden gevoed in de productielijn. Corus Hyfo gebruikt een laserlasmachine voor de productie van buizen. Er wordt verder veel onderzoek gedaan naar laserlassen bij Corus Research development and technology in IJmuiden en aan de universiteiten van Twente en Delft. Lasersnijden is inmiddels de meest gebruikte techniek voor het snijden van vormen uit plaat in Nederland.

Er is veel ontwikkeling op het gebied van laserlassen. Een van de grootste fabrikanten ter wereld van industriële lasers is de fa Trumph uit Ditzingen, Duitsland. De meest toegepaste lasers zijn CO2-lasers, waarbij het 'lasing medium' bestaat uit een mengsel van gassen, waaronder CO2. Een andere veel toegepaste laser is de YAG laser. Een YAG-laser is een laser gebaseerd op een Yttrium-aluminium-granaat kristal. Het kristal kan met verschillende scheikundige elementen gedopeerd worden, de lasers worden genoemd naar het gebruikte element. Doperen wil zeggen, dat typisch 1 % van de Yttrium atomen vervangen worden door een ander atoom b.v. Neodymium. De golflengtes zijn respectievelijk ca 10.000 en 1000 nanometer. De CO2 laser wordt het meest gebruikt voor het lassen of snijden van staal. De YAG-laser kan worden gebruikt voor zowel staal als aluminium. Het voordeel van de laatste is de flexibiliteit, ook omdat de laserstraal kan worden geleidt door een glasfiber en zo gemakkelijk op een robot kan worden geplaatst waar dit bij een CO2 laser moet gaan door een ingewikkeld stelsel van straalbuizen waarbij elke afbuiging van de straal moet worden bewerkstelligd door een koperen watergekoelde spiegel. Per kW is een CO2 laser echter goedkoper en de maximaal verkrijgbare vermogens zijn ook hoger. De kwaliteit van een in een CO2 laser opgewekte laserstraal is ook beter waardoor deze beter geschikt is voor snijden dan een YAG-laser. De nieuwste ontwikkeling op het gebied van lasers zijn zg disklasers waarbij het lasing medium in de vorm van een schijf is gemaakt zodat deze door opwarming minder wordt beinvloed. De straal die uit de laser komt zal hierdoor minder last hebben van 'heen en weer zwaaien' tijdens zijn levensduur of tijdens een lasproces. Een andere ontwikkeling is de 'fiberlaser' die in theorie een oneindig hoog vermogen kan halen door het serieel schakelen van losse units. Bovendien is de straal kwaliteit hoger en de behuizing kleiner. De firma die de fiber laser ontwikeld is echter niet Duits maar Russisch en wordt daarom niet omarmd door de belangrijkste autofabrikanten.

Diffusie lasprocessen

Diffusielassen wordt weinig toegepast en is zo genoemd, omdat door de toenemende temperatuur de moleculen naar open plaatsen gaan (diffunderen) en zo de holten en poriën opvullen. Dit gebeurt voornamelijk op het grensvlak.

Bij deze methode kunnen ook verschillende soorten materiaal met elkaar verbonden worden.

De te lassen delen moeten na een mechanische voorbewerking zeer schoon gemaakt en onder druk in een inerte of vacuümomgeving tegen elkaar gehouden worden.

Materialen

Door alle technologische ontwikkelingen binnen de laswereld zijn er inmiddels een enorm groot aantal materialen te lassen. Staal is wel de meest gebruikte maar ook roestvast staal en non-ferro metalen (zoals aluminium) en zelfs sommige kunststoffen zijn uitstekend lasbaar. Wel vereisen sommige materialen speciale voorzorgsmaatregelen, bijvoorbeeld voorverwarmen, speciaal toevoegmateriaal of een warmtebehandeling achteraf. Ook zijn lang niet alle lasprocessen bruikbaar voor alle materialen.

Kwaliteit

De laatste decennia is het accent van ontwikkelingen in de laswereld vooral komen te liggen op kwaliteitsverhoging. Dit kan gebeuren door het ontwikkelen van specifieke lasprocessen, maar gebeurt vooral door het optimaliseren van de bestaande processen en de opleiding van lassers. Kwaliteitscontrole van lassen gebeurt vaak d.m.v. röntgenonderzoek of bijvoorbeeld met ultrasone apparatuur. Er zijn nog vele andere onderzoeksmethoden. Zij hebben alle tot doel naar het inwendige van de las te kijken. Dit noemt men niet destructief onderzoek (ndo). In die gevallen waar ndo niet toepasbaar is wordt ook wel destructief onderzoek gebruikt. Men last dan bijvoorbeeld proefstroken mee waar dan buigproeven/trekproeven enz. van kunnen worden gemaakt.

Fouten

De eisen die aan een lasverbinding worden gesteld zijn een direct gevolg van de functie van de construcite waar zij in zitten. Het streven is dan ook de lasverbindingen aan deze eisen te laten voldoen. Echter moet men ook altijd rekening houden met fouten die in de lasverbinding voor kunnen komen.

In essentie is het lassen een brutaal proces: het materiaal wordt op hoge temperaturen gebracht en wordt snel opgewarmd en afgekoeld. Dit resulteert in krimp, eigenspanningen en structuurveranderingen. Ook kunnen er fouten ontstaan door het foutief handelen van de lasser of fouten tijdens het voorbereidend werk en/of nabehandeling.

Lasonvolkomenheden volgens NEN-ISO 6520

1. Scheuren

1. langsscheuren

2. dwarsscheuren

3. radiaalscheuren

4. kraterscheuren

5. groep van scheuren

2. Holten

1. gasholten

2. krimpholten

3. Vaste insluitsels

1. slakinsluitsel

2. poederinsluitsel

3. oxide-insluitsel

4. metaalinsluitsel

4. Bindingsfouten en onvolkomen doorlassing

1. bindingsfout

2. onvoldoende doorlassing

5. Geometrische afwijking

1. inkarteling

2. te bolle sluitlaag bij stompe lassen

3. te bolle hoeklas

4. te zware doorlassing

5. ongunstige overgang tussen plaatoppervlak en sluitlaag

6. overblousing

7. hoogteverschillen tussen te lassen delen

8. uitlijnigheid tussen de te lassen delen

9. uitgezakte laslaag

10. gerepareerde doorbrandingen

11. onvoldoende gevulde sluitlaag

12. afgezakte hoeklas

13. las met onregelmatige breedte

14. onregelmatig lasoppervlak

15. krimpgroef in het doorgelaste materiaal

16. oppervlakte poreusheid

17. foutive aanhechting

6. Overige onvolkomenheden

1. aantikplaats

2. lasspatten

3. beschadigingen door verwijderen hechtplaten

4. beschadigingen door slijpen

5. beschadigingen door hakken

6. diktevermindering door overmatig slijpen

Scheuren

Een scheur is een plaats in het de constructie waar het materiaal uiteengetrokken is. Scheuren in een constructie zijn zeer gevaarlijk en als deze in een lasverbinding geconstateerd worden moet de verbinding ook altijd afgekeurd worden. Eventueel kan de scheur gerepareerd worden d.m.v. gutsen, autogeen branden of slijpen, waarna de lasverbinding opnieuw tot stand kan worden gebracht.

Scheuren zijn er in veel verschillende soorten en maten en kunnen ook veel verschillende oorzaken hebben:

Stollingsscheuren

Deze scheuren worden ook wel h/b scheuren genoemd. H/b staat dan voor hoogte/breedte en slaat op de verhouding tussen de hoogte en de breedte, daar deze scheuren meestal voorkomen bij lasverbindingen waar de hoogte groter is dan de breedte. De scheur ontstaat door dat de las, door de grote v/d las langzaam van buiten naar binnen stolt en omdat de eventuele aanwezige verontreinigingen een lager smeltpunt hebben als het lasmateriaal worden deze naar binnen gedrongen. Als alle verontreinigingen in het midden opgehoopt zitten is dit een zwak punt geworden in de lasverbinding en kan de las ofwel door krimpspanning ofwel door belasting van de constructie gaan inscheuren.

Waterstofscheuren
dit type scheuren treedt op in harde metaallegeringen, wanneer er door het lassen veel waterstof (H) in de las opgenomen werd. Samen met trekspanningen ontstaan hierdoor scheuren, soms tot 48u na het lassen. Het proces van de scheurvorming is niet goed bekend, maar verondersteld wordt dat de waterstof diffundeert naar insluitsels en poriën, daar waterstofgas, H2 vormt en zo tot zeer hoge drukken leidt. Het gevaar op dit type scheuren kan beperkt worden door lastoevoegmateriaal met weinig waterstof te gebruiken, niet op vette en vuile oppervlaktes te lassen en het materiaal na te gloeien

Spanningsvrijgloeischeuren
deze intergranulaire scheuren ontstaan door de warmtebehandeling. Hierdoor treden carbide-precipitatie op, waardoor het inwendige van de korrels versterkt wordt. Verder segregeren onzuiverheden (S, P, Sn, As) naar de korrelgrenzen, zodat deze verzwakken. De meeste vervorming treedt nu op langs die (verzwakte) grenzen, zodat daar scheuren ontstaan.

Lamellaire scheuren
deze ontstaan bij de aanwezigheid van niet-metallische insluitsels in het lasmetaal. Deze insluitels zijn ontstaan in de staalfabriek, tijdens het gieten is er een veronreiniging in het staal terecht gekomen. Als het gegoten blok dan wordt uitgewalst tot plaat wordt de verontreiging er tevens uitgewalst. En misschien was de verontreiniging nog acceptabel in blokvorm als hij uitgewalst is is dit totaal onacceptabel. Als er namelijk een lasverbinding ter hoogte van de verontreiniging geplaatst wordt zal door de krimpspanning de verontreiniging splijten en inscheuren. Met de huidige techniek van het continu-gietproces komen deze verontreinigingen en dus deze scheuren haast niet meer voor.

Holten

Gasholten

kunnen ontstaan door een aantal oorzaken, waarvan er een aantal op elk lasproces van toepassing zijn en een aantal specifiek voor een bepaald lasproces zijn. De oorzaken die op elk proces van toepassing zijn hebben voornamelijk te maken met verontreinigde naadflanken. Deze verontreingingen kunnen zijn: verf, vuil, vocht, roest, vet, enz. Bij booglassen met beklede elektrode zijn de oorzaken meestal een onjuiste elektrodestand, een vochtige elektrode of plaatselijke gasholten door start of herstart. Bij MIG/MAG lassen zijn de oorzaken vrij talrijk; dit proces is vele malen gevoeliger voor gasholten dan BMBE lassen. Onder de oorzaken behoren: onvoldoende gasbescherming (door bijvoorbeeld een onjuiste instelling, wind of een onjuiste stand van het laspistool), verkeerde gas/draad combinatie, een vervuild, excentrisch of te heet gasmondstuk. De oorzaken voor het TIG lassen zijn vrijwel gelijk aan die van het MIG/MAG lassen.

Vaste insluitsels

Slakinsluitsel

Een slakinsluitsel ontstaat door het niet goed wegbikken van de slak van een vorige laag bij lassen die uit meerdere lagen bestaan, maar kan ook ontstaan door verkeerde handelingen van de lasser tijdens het lassen.

Poederinsluitsel

Een poederinsluitsel komt alleen voor bij onderpoederlassen en wordt veroorzaakt door een te grote hoeveelheid poeder op de boog of door het niet goed verwijderen van poeder alvorens aan een volgende laag te beginnen.

Metaalinsluitsel

Metaalinsluitsels ontstaan doordat er metalen in het smeltbad aanwezig zijn die niet meegesmolten worden. Deze metalen zijn onder andere koper en wolfraam en kunnen in het smeltbad terecht komen door het afbreken van de TIG-laselektrode of vanaf de koperen smeltbadondersteuning.

Bindingsfouten en onvolkomen doorlassing

Bindingsfout

Een bindingsfout, ook wel plakfout genoemd is, evenals een scheur, een zeer ernstige onvolkomenheid en dient ook altijd afgekeurd te worden. De fout ontstaat doordat er vloeibaar materiaal in aanraking komt met niet-gesmolten materiaal i.p.v. dat al het materiaal gesmolten wordt. De bindingsfout fungeert als beginnende scheur en kan onder spanning verder scheuren. De bindingsfout is ook zeer moeilijk te constateren d.m.v. lasonderzoek en wordt daardoor vaak als ernstiger gezien dan een scheur.

Onvolkomendoorlassing

Deze fout komt aleen voor bij stompelassen en houdt in dat de grondlaag van de las niet ver genoeg door de vooropening heen komt. Dus uiteindelijk wordt de lasnaad niet volledig gevuld. Dit kan voorkomen als de voorbewerking niet goed uitgevoerd is; een te geringe vooropening, ongelijkheid in de laskanten, onvoldoende boogenergie of onervarenheid van de lasser.

Geometrische fouten

Geometrische fouten zijn alle fouten die betrekking hebben op de geometrie: de vorm van de las. Ze worden vaak veroorzaakt door een onjuiste instelling van de lasstroom of een verkeerde stand van de elektrode.

Inkarteling

Inkartelingen ontstaan als er materiaal wordt weggesmolten en vervolgens niet opgevuld met toevoegmateriaal. Oorzaken hiervan zijn een te hoge stroom-instelling of een verkeerde stand van de elektrode/het laspistool.

ongunstige overgang tussen plaatoppervlak en sluitlaag

In verband met het gunstig laten verlopen van de krachtlijnen door de lasverbinding moet de las een vloeiend verloop hebben, d.w.z. geen scherpe hoeken. Zijn er toch scherpe hoeken aanwezig in de lasverbinding dan zullen de krachtlijnen hier bijeen komen en een grote spanning veroorzaken waardoor de kans op scheuren ernstig vergroot wordt.

Overblousing

Overblousing wordt tevens veroorzaakt door een te hoge stroom of verkeerde stand van het laspistool/de elektrode. Het houdt in dat een las overmatig gevuld is waardoor de sluitlaag is gaan overhangen. Het komt meestal voor bij lassen die in postitie gemaakt zijn.

· hoogteverschillen tussen te lassen delen

· uitlijnigheid tussen de te lassen delen

Deze fouten worden beiden tijdens de voorbewerking al gemaakt. Als de lasser dit constateert voordat hij begint met lassen moet hij de laswerkzaamheden uitstellen om de fouten te laten corrigeren.

Afgezakte hoeklas

Een hoeklas moet altijd in het midden van de hoek liggen d.w.z. bij een dwarsdoorsnede moet de lijn vanuit de hoek van de lasnaad naar het midden van het oppervlak van de las 45° maken. Bij een afgezakte hoeklas is deze hoek kleiner en ligt de hoeklas dus te ver naar beneden.

Overige onvolkomenheden

De fouten uit deze groep kunnen voorkomen worden door de nabewerking juist uit te voeren. Onder aantikplaats wordt verstaan het punt waar bij BMBE-lassen de elektrode tot ontbranding is gebracht. Doordat er op dat punt een kortsluiting plaats vindt kan het materiaal hierdoor beschadigen. Een simpele oplossing is het punt licht te slijpen. Lasspatten moetten te allen tijde verwijderd worden, indien een constructie na montage geverfd wordt zal de verf niet goed hechten als er nog lasspatten aanwezig zijn. De overige fouten uit deze groep worden voorkomen door tijdens de nabewerking voorzichtig te werk te gaan en goed op de eisen te letten.

Toevoegmaterialen

Vooral de kwaliteit van lastoevoegmaterialen is enorm toegenomen. De fabrikanten hebben het fabricage proces verbeterd en hebben betere toevoegmaterialen ontwikkeld ook het totale aanbod is flink vergroot, waardoor er voor meer materialen specifieke toevoegmaterialen zijn. De kwaliteit van de toevoegmaterialen zit vooral in de bekleding van een elektrode, de vulling van een lasdraad of het poeder voor onder poederdek lassen. Door te experimenteren met andere fluxmengsels werden andere resultaten gehaald met lassen. Ook metallurgisch gezien heeft men het productieproces van zowel lasdraad als ruw materiaal tegenwoordig zeer goed in de hand. Hierdoor ontstaat een hogere kwaliteitsborging.

Veiligheid

Bij het lassen is, zoals bij ieder ander productieproces, de veiligheid van groot belang. De gloeiende metaalspetters kunnen brandplekken geven. Daarom zijn lange handschoenen en eventueel een beschermend schort nodig. Ook mag er geen brandbaar materiaal in de omgeving liggen. De vlamboog geeft een zeer fel licht af, met vooral schadelijke UV-stralen. Een laskap met een donker glaasje beschermt de ogen en het gezicht. Er komen ook schadelijke gassen vrij (onder andere ozon), het heeft daarom de voorkeur dat er geforceerde ventilatie is (dat de lucht wordt weggezogen).

http://www.westfalengassen.nl

Linken

· Sagox

· Lasergas

· Acetyleen

· Ammoniak

· Argon

· Helium

· koolzuur

· Lucht

· Stikstof

· Waterstof