Juiste gaskeuze van belang voor efficiënt lasersnijden en -lassen

Het aantal laserinstallaties in de metaalbewerking is de afgelopen jaren snel gestegen. De lasertechniek staat inmiddels dan ook bekend als een accurate en efficiënte manier voor het snijden van diverse soorten metaal; het lassen van metalen (waaronder ook roestvaststaal, titanium en aluminium) en voor oppervlaktebehandelingen als harden, legeren en cladding. Om de kwaliteit en de productiviteit van laserprocessen te optimaliseren, is het belangrijk om voor elke toepassing het juiste gas te kiezen.

Marco Ameye (IWE), fabrication technology manager Europe bij Air Products, legt uit waarom de keuze van het gas zo belangrijk is bij lasersystemen. “Gassen zijn een essentieel onderdeel van elk lasersysteem, of dat nu gebruikt wordt voor snijden of voor lassen. Voor het opwekken van het laserlicht wordt in een CO₂-laser CO₂ gebruikt. Daarnaast wordt stikstof gebruikt om de kracht van de laser te vergroten door de energie van de elektrische ontlading door te geven aan de CO₂-moleculen. Helium speelt een rol bij de vergroting van de kracht van de laser door te zorgen voor de hitte-overdracht.

De exacte samenstelling van het lasergas hangt af van het type en de constructie van de laser. De gebruikelijke mengsels bevatten 60 - 85% helium, 13 - 35% stikstof en 1 - 9% kooldioxide. De fabrikanten van laserinstallaties raden het gebruik van gassen met een hoge zuiverheid aan, om zeker te zijn van een goede werking, een hoge productiviteit en een goede kwaliteit. Lasergassen met een hoge zuiverheid stellen echter wel hoge eisen aan het systeem voor de gastoevoer. Als de gastoevoer speciaal ontwikkeld is voor de specifieke gassen, dan kan een hoge gaskwaliteit tijdens de werkzaamheden gegarandeerd worden.

Snijgassen

De meest gebruikte gassen voor het snijden van koolstof staalsoorten zijn zuurstof en stikstof. Stikstof wordt ook gebruikt voor het snijden van roestvaststaal, aluminium en zijn legeringen; argon voor het snijden van magnesium, titanium en andere metalen. De laatste jaren worden voor het snijden van sommige materialen steeds vaker ook stikstof en argon onder hoge druk toegepast. Voor het snijden is een hoge zuiverheid van het gas belangrijk. Voor een maximale productiviteit is echter ook een constante toevoer van een grote hoeveelheid gas noodzakelijk. Daarvoor zijn moderne hoge druk installaties noodzakelijk en een grote gasvoorraad. Air Products levert de gassen daarom in grote cilinderpakketten, maar ook in CryoEase tanks, die met behulp van tankwagens op locatie gevuld worden.

Laserlassen

Bij het gebruik van een lasersysteem voor het lassen met gas, wordt helium over het algemeen beschouwd als het beste beschermgas omdat helium een hoog ionisatiepotentiaal heeft en zich hierdoor minder snel een plasmawolk boven de las vormt, zoals bij argon wel het geval is. Helium is ook dankzij een hoge thermische geleiding en de mogelijkheid om lassen met een uitstekende kwaliteit in combinatie met hoge productiviteit te produceren. Voor laserlassen worden daarnaast ook andere gassen en gasmengsels gebruikt. De beste en meest gebruikte zuivere gassen zijn inerte gassen als helium, maar ook argon of vooral mengsels van argon en helium. Het lasgas heeft meerdere functies. Het is niet alleen een beschermgas, maar het vermindert eveneens de vorming van rook en spatten, waardoor de lasser een beter zicht houdt op het werkstuk. Bij CO₂-lasers vermindert het gas de vorming van plasma. Welk gas het best gebruikt kan worden hangt af van het type laser, de kracht van de laser, de nozzle, het materiaal dat gelast moet worden, de dikte van het materiaal, de mechanische eigenschappen van de las en natuurlijk van de kosten.

Oppervlaktebehandeling

Lasers - vooral met weinig vermogen - kunnen ook gebruikt worden om materialen te markeren. Stikstof is over het algemeen het beste gas voor deze toepassing. Daarnaast kunnen lasers gebruikt worden om bepaalde oppervlaktes in zeer korte tijd te verhitten, waardoor ze geschikt zijn voor bepaalde oppervlaktebehandelingen met warmte, zoals harden, cladding en legeren. Harden met behulp van laser  is ook een veel voorkomende toepassing. Een beschermgas, dat meestal argon of stikstof bevat, beschermt het metaal tegen oxidatie.