Blog Ko Buijs - Laserlassen van roestvast staal en andere metalen

Het woord laser betekent 'Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation'. De lasermaterie kan zowel een vaste stof als een gas zijn. Voor het lassen wordt veelal een lasergas gebruikt dat een mengsel is van 60% CO2, 30% N2 en 10% He. De energie die een laserapparaat produceert, is een geconcentreerde monochromatische coherente lichtbundel met een hoge energiedichtheid. Dit is dus licht met één golflengte en die golven zijn met elkaar in fase. De atomen of de moleculen van de laserstof worden door het systeem geactiveerd. Na de terugval naar het oorspronkelijke energieniveau, zendt het atoom of het molecuul energie uit in de vorm van fotonen. Dankzij een speciale constructie en een gestimuleerde emissie versterkt de laserstraal zichzelf. De uittredende energie doet de te verbinden metalen aan elkaar smelten zonder toevoegmateriaal. Aangezien een laserstraal door elke transparante stof kan dringen, zijn er vele mogelijkheden tot bescherming tegen nadelige atmosferische invloeden. Dit lasproces is uitstekend te mechaniseren en te automatiseren. Men kan zowel continu als met pulserend lassen.


Door Ko Buijs - Innomet Consultancy BV
 


Nagenoeg alle metalen kunnen met het laserlasproces gelast worden en er zijn ook diverse metaalcombinaties mogelijk. Hierbij geldt wel de voorwaarde dat die verschillende metalen thermisch verantwoord aan elkaar te verbinden zijn. De materiaaldikte varieert meestal van 0,5 tot 15 mm in afhankelijkheid van het vermogen van de laser. De soort lassen zijn veelal stomp. Men kan bijvoorbeeld zeer goed draad aan plaat lassen en de richting van het lassen is vrijwel onbeperkt te noemen vanwege het gebruik van prisma's en lenzen, die de laserstraal in elke gewenste hoek kan ombuigen. Ook zijn er tegenwoordig volop fabrikanten die buizen van roestvast staal in de langsnaad lassen m.b.v. het laserlasproces.
 


Laser langsnaad gelaste RVS-buis
 

De lasertechniek valt niet meer weg te denken waar het aankomt op nauwkeurige bewerkingen van metalen. Ook roestvast staal laat zich goed met een laser bewerken. Het aantal bedrijven die deze techniek toepassen, neemt steeds meer toe. Dit beperkt zich veelal tot het snijden en lassen van koolstofstaal en roestvast staal. Maar ook metalen zoals aluminium, koper en messing worden ook met de laser bewerkt. Het snijden m.b.v. de laser is tegenwoordig inmiddels niet meer weg te denken. Laserlassen is een zeer betrouwbaar, snel en kwalitatief hoogstaand verbindingsproces. Daarbij is het zaak de juiste instellingen te kiezen zoals het laservermogen, lassnelheid, focussering en het debiet en de samenstelling van het beschermgas. Een zeer groot voordeel van laserlassen is dat de thermische belasting van de te lassen metalen zeer gering is. Dat komt de structuur van de laszone zeer ten goede. Er zijn in afhankelijkheid van de lasintensiteit twee lasprocessen met de laser te onderscheiden t.w.:
 

Smeltlassen m.b.v. lasertechniek.
Hierbij is de intensiteit van de laserstraal relatief laag (enkele kW/cm2) waardoor het materiaal niet verdampt. De warmtegeleiding is hierbij bepalend voor de indringdiepte van de las. Deze blijft beperkt tot enkele tienden van een millimeter. Smeltlassen wordt gebruikt voor het lassen van zeer dunwandige delen en bijvoorbeeld voor componenten in de elektronica-industrie maar ook t.b.v. het langsnaadlassen van dunwandige roestvast stalen buizen.
 

Keyhole-lassen, ook wel dieptelassen genoemd.
Hier is de laserintensiteit in het brandpunt zodanig hoog (hoger dan 6kW/cm2) dat het materiaal verdampt. Er ontstaat een 'keyhole' c.q. sleutelgat over enkele millimeters in de materiaaldoorsnede. In feite is dit een min of meer cilindrisch dampkanaal in het smeltbad, waarbij de dampdruk het gesmolten materiaal op afstand houdt.
De diepte/breedteverhouding ligt in de orde van 4:1 en dat is vele malen groter dan met het conventionele smeltlassen te realiseren is. Het is bijvoorbeeld mogelijk met een 12kW CO2-laser bij een verplaatsingssnelheid van 0,5 m/min 19 mm diepe lasnaden in constructiestaal te realiseren. De warmte beïnvloede zone is daarbij zeer gering. Optimaal keyhole-lassen is vooral een kwestie van evenwicht tussen de energiedichtheid en de verplaatsingssnelheid. Een te hoge energiedichtheid resulteert in een onstabiel gat waardoor de las kan uitzakken. Bovendien zal een te lage energiedichtheid geen verdamping veroorzaken zodat er geen dieptelas kan ontstaan. Een te hoge lassnelheid resulteert in onvoldoende doorlassing of penetratie en een te lage snelheid veroorzaakt een te brede smeltzone met porositeit en uitzakken van het lasbad.