Laser lassen

Laserlassen

In vergelijking met conventionele lasprocessen (MAG, TIG, enz.) biedt laserstraallassen een meer gerichte warmte-inbreng, minder vervorming en hoge lassnelheden

Het door de laserstraal opgewekte plasma kan zodanig door het werkgas worden beïnvloed dat een stabiel en veilig lasproces wordt bereikt. De keuze van het procesgas kan derhalve doorslaggevend zijn voor de economische efficiëntie van het laserlassen. Zo zijn aluminium, messing, thermoplastische kunststoffen en staal geschikt voor laserstraallassen. Helium, argon, stikstof en gemengde gassen in LASGON®-kwaliteit worden gebruikt als beschermings- en procesgassen.

Functioneel beginsel

De in de straalbron opgewekte laserstraal wordt, afhankelijk van het lasertype, met spiegelsystemen of optische vezels naar het werkstuk geleid en vervolgens op het werkstuk gefocusseerd. Op het werkstukoppervlak wordt het laserlicht geabsorbeerd en omgezet in warmte. Tijdens de relatieve beweging tussen de gefocusseerde laserstraal en het werkstuk, smelt het werkstuk door de energie van de laser en ontstaat een lasnaad. Niet elke lasnaadopstelling is geschikt voor laserlassen. Er zijn vier standaardtypes:

• Stuikverbinding (I-naad)
• Overlapverbinding (hoeklas)
• Overlapverbinding (I-naad)
• Gezichtslas

Bij het laserstraallassen is het bijzonder belangrijk dat de verbindingspartners correct en zo spleetvrij mogelijk worden vastgeklemd en uitgelijnd. Als de opening groter is dan ca. 10% van de plaatdikte, kan de laserstraal geen energie meer overbrengen en straalt hij gewoon door de naad. Lasfouten zijn het gevolg. Een geschikte oppervlaktestructuur is even belangrijk. Als het werkstukoppervlak te weerspiegelend is, kan de laserenergie niet door het werkstuk worden geabsorbeerd en smelt het dus niet. Dit effect kan zich bijvoorbeeld voordoen bij blank aluminium.

Procesvarianten

Er zijn in wezen twee verschillende manieren om met de laserstraal te lassen:

• Warmtegeleidend lassen: Door warmtegeleiding vloeit de aan het oppervlak ingebrachte energie af naar het werkstuk.
• Diep penetrerend lassen: Door de vorming van een dampcapillair dringt de laserstraal diep in het materiaal door.

Warmtegeleidingslassen zijn typisch voor lassen met een lager vermogen van de laserstraal (<500 W), hier is de intensiteit niet voldoende om een dampcapillair te vormen. De lasnaad is relatief breed en vlak. Diep lassen wordt waargenomen wanneer de intensiteit van de laserstraal ten minste 105 W/mm2 bedraagt, d.w.z. regelmatig wanneer lasers met een hoog vermogen worden gebruikt. Het materiaal wordt daarbij gesmolten en gedeeltelijk verdampt. De dampdruk verplaatst de smelt zodat zich een dampcapillair (sleutelgat) kan vormen. De absorptiesnelheid van de laserstraling is bijzonder hoog in het dampcapillair, aangezien de laserstraling verscheidene malen op de wanden wordt weerkaatst, waarbij telkens energie aan het materiaal wordt overgedragen. Hierdoor kunnen diepe, slanke lasnaden tot 20 mm diepte en meer worden vervaardigd. Tijdens het dieptelassen zijn in het dampcapillair soms omstandigheden aanwezig die in de natuurkunde "plasma" worden genoemd, b.v. geïoniseerde metaaldamp en hoge temperaturen van ver boven 10.000 K. Het plasma absorbeert de laserstraling. Het plasma absorbeert de laserstraling zeer goed en helpt om de energie van de laserstraal in het materiaal over te brengen. De resulterende hoge druk in het dampcapillair duwt metaaldamp/plasma naar boven en vormt een plasmavlam of plasmawolk. Afhankelijk van de uitbreiding van deze lichtvlek of wolk wordt de laserstraling ook geabsorbeerd, onscherp gemaakt en uitgebreid, waardoor de brandpuntsvlekgrootte, de focuspositie en de intensiteit veranderen. Dit resulteert in een geringere lasdiepte en een T-vormige naaddoorsnede als gevolg van de hogere warmte-inbreng door de plasmawolk aan de bovenzijde van het werkstuk. Indien de absorptie door de plasmawolk te sterk is, breekt het lasproces zelfs volledig af. De plasmawolk wordt gekenmerkt door een intensieve blauwe gloed en bestaat uit metaalatomen, ionen en elektronen, alsmede uit componenten van de omringende gasatmosfeer. Een plasma kan ook worden opgewekt in een zuivere gasatmosfeer, vooral wanneer argon wordt gebruikt. Door de kortere golflengte van de Nd:YAG laserstraling in vergelijking met de CO2 laserstraling is er minder interactie met de plasmawolk boven het dampcapillair boven het werkstuk. Daarom komen dit soort problemen hier veel minder voor.

Lasergassen

Voor de metaalindustrie is de laser een belangrijk productiemiddel geworden. Bewerkingen zoals het snijden, lassen en oppervlaktebehandeling worden dankzij de hoge kwaliteit en hoge snelheid steeds meer met behulp van een industriële laser uitgevoerd. Lasers die hiervoor toegepast worden, zijn de bekende vaste-stof-lasers en de CO2-lasers. Binnen de techniek van de lasertoepassingen spelen de laser- en procesgassen een zeer belangrijke rol. Deze bepalen namelijk niet alleen de kwaliteit en het vermogen van de laserbundel, maar zijn ook essentieel voor het resultaat. Of dit nu de kwaliteit van de snede en de snijsnelheid is of de kwaliteit van de laserlas, het juiste type gas, de zuiverheid en de beschikbaarheid spelen een grote rol. Linde Gas realiseert zich dit terdege en besteedt daarom alle aandacht aan deze aspecten. Omdat de kwaliteit en de zuiverheid van de gebruikte gassen en gasmengsels voor het optimaal functioneren van de laser uiterst belangrijk zijn, is door Linde Gas Benelux een aparte productlijn ontwikkeld, herkenbaar aan het SpeciaLaser® logo. Voor lasergassen komen kooldioxide, stikstof en helium of een mengsel van deze drie componenten in aanmerking, die onder de naam SpeciaLaser® worden geleverd. Bij de procesgassen wordt een onderscheid gemaakt tussen de gassen voor het snijden (zuurstof en stikstof) en de beschermgassen voor het laserlassen.