nl de
laserinnovatie

Laserlassen

Laserlassen in de bouw

Laserlassen tbv puien, gevels en kozijnen. De architecten ontwerpen mooie gevels en puien met slanke profielen die ook zeebestendig moeten kunnen zijn, daartoe is laserlassen een uitstekende verbinding.

Laserlassen van RVS (bijv.) in de plaatproductie

Laserlassen is de consequente voortzetting van de procesketen plaat. De warmte-invoer is gering, de thermische invloedzone minimaal bij een hoge lassnelheid. De lasverbindingen zijn zowel optisch als constructief aantrekkelijk en sneller te vervaardigen dan met conventionele methoden. De deformatie wordt geminimaliseerd, dure nabewerkingen vervallen vrijwel compleet.

Met de laser gelast ventilatiewiel.
Met laserstraal gelast ventilatiewiel.

Laserlasnaden zijn zeer snel en hebben een kleine thermische invloedzone. Daardoor blijft de deformatie bij de voegen van de componenten zo klein mogelijk.

Met het warmtegeleidingslassen kunnen naden in zichtbare kwaliteit worden gemaakt. Verdere nabewerkingen zoals slijpen en bekleden zijn niet meer nodig.

Laserlassen maakt veel pas realiseerbaar. De laser opent geheel nieuwe vormgevingsmogelijkheden in de componentconstructie.

Handmatig spansysteem met kniehefboomspanners.
Handmatig spansysteem met kniehefboomspanners.

Eenvoudig op te bouwen spansystemen, ondersteund door het programmeersysteem TruTops Cell, zorgen voor een smalle voegspleet en garanderen reproduceerbaarheid. Met perslucht of onderdruk geregelde ventielen maken ook de geautomatiseerde productie mogelijk.

Voeghulpen positioneren de te verbinden componenten gedefinieerd. Een reproduceerbare en geautomatiseerde productie is daarmee gegeven.

Warmtegeleidingslassen

Bij het warmtegeleidingslassen smelt de laserstraal de verbindingsdelen langs de naad aan elkaar. De gesmolten materialen vloeien in elkaar en verharden tot een lasnaad.

Bij het warmtegeleidingslassen wordt het oppervlak opgesmolten.
Bij het warmtegeleidingslassen wordt het oppervlak opgesmolten.

Warmtegeleidingslassen wordt toegepast om dunwandige stukken met elkaar te verbinden, bijvoorbeeld voor hoeknaden aan de zichtbare randen van behuizingen. Andere toepassingen behoren tot de elektronica. De laser genereert een gladde, ronde lasnaad, die niet meer hoeft te worden nabewerkt. Voor de genoemde toepassingen zijn vastestoflasers met een pulserende of ononderbroken straal geschikt. De energie komt bij het warmtegeleidingslassen alleen door de warmtegeleiding in het werkstuk terecht. Daarom bedraagt de naaddiepte slechts enkele tiende millimeter tot 1 millimeter. De warmtegeleidbaarheid van het materiaal beperkt de maximale naaddiepte. De naadbreedte is altijd groter dan de naaddiepte. Als de warmte niet snel genoeg kan wegstromen stijgt de bewerkingstemperatuur tot boven de verdampingstemperatuur. Er ontstaat metaaldamp, de inlasdiepte stijgt met sprongen en het proces gaat over in dieptelassen.

 

Dieptelassen

Voor het dieptelassen zijn erg hoge vermogensdichtheden nodig van ongeveer 1 megawatt per vierkante centimeter. De laserstraal smelt het metaal niet alleen op, maar genereert ook damp.

Bij het dieptelassen ontstaat een diepe dampcapillair, de keyhole.
Bij het dieptelassen ontstaat een diepe dampcapillair, de keyhole.

Als de damp wegstroomt oefent deze druk uit op de smelt en verdringt deze gedeeltelijk. Het werkstuk smelt nog verder op. Er wordt een diep, smal met damp gevuld gat gevormd: een dampcapillair – ook keyhole genoemd (Engels voor sleutelgat). De dampcapillair is omgeven door het gesmolten metaal. Als de laserstraal over de voegnaad beweegt, beweegt de dampcapillair mee door het werkstuk. Het gesmolten metaal vloeit om de dampcapillair en wordt aan de achterkant hard. Op deze manier vormt zich een smalle, diepe lasnaad met een gelijkmatige structuur. De naaddiepte is tot 10 keer groter dan de naadbreedte en kan tot 25 millimeter bedragen. Aan de vloeibaar gesmolten wanden van de dampcapillair wordt de laserstraal veelvoudig gereflecteerd. Daarbij absorbeert de smelt de laserstraal bijna helemaal en het rendement van het lasproces stijgt. Als met CO2-lasers wordt gelast absorbeert ook de damp in de keyhole laserlicht en wordt gedeeltelijk geïoniseerd. Er ontstaat plasma. Het plasma brengt eveneens energie in het werkstuk. Dieptelassen kenmerkt zich daarom door een hoog rendement en hoge lassnelheden. Door de hoge snelheid is de thermische invloedzone klein en de deformatie gering. De methode wordt gebruikt wanneer er hoge lasdieptes nodig zijn of meerdere materiaallagen in één keer moeten worden gelast.

 

Laserharden

Minder nabewerking en de mogelijkheid ook onregelmatige, driedimensionale werkstukken te bewerken zijn de voordelen van het laserharden. Dankzij de lagere warmte-inbrenging blijft de deformatie gering en de nabewerking vermindert of vervalt helemaal.

Principe van het laserharden: de laserstraal verhit de randlaag van het metaal. Snel afkoelen hardt deze op.
Principe van het laserharden: de laserstraal verhit de randlaag van het metaal. Snel afkoelen hardt deze op.

Laserharden telt tot de methoden voor het harden van randlagen. Dit wordt uitsluitend bij ijzermaterialen toegepast, die gehard kunnen worden. Dat zijn staalsoorten en gietijzersoorten met een koolstofgehalte boven de 0,2 procent.

Om het werkstuk te harden verwarmt de laserstraal tot net onder de smelttemperatuur tot ongeveer 900 tot 1400 graden Celsius. Als de gewenste temperatuur is bereikt beweegt de laserstraal en verwarmt daarbij continu het oppervlak in de verplaatsingsrichting. Door de hoge temperatuur wijzigen de koolstofatomen in het metaal van positie (austenitisering). Op het moment dat de laserstraal verder beweegt, koelt het omgevende materiaal de hete laag zeer snel af. Daarbij spreekt men van de zelfafschrikking. Door het snel afkoelen kan het metaal zich niet meer terugvormen naar de uitgangsvorm en er ontstaat martensiet. Martensiet is een zeer harde metaalsoort. De omvorming in martensiet leidt tot een verhoging van de hardheid.

De lagerpunten op deze as van een turbolader zijn lasergehard.
De lagerpunten op deze as van een turbolader zijn lasergehard.

De laserstraal hardt de randlaag van het werkstuk. Typisch zijn randhardheidsdiepte van 0,1 tot 1,5 millimeter, bij sommige materialen ook 2,5 millimeter of meer. Hoe groter de randhardheidsdiepte moet worden, hoe grote het omgevende volume moet zijn, zodat de warmte snel wordt afgeleid en de hardheidzone snel genoeg afkoelt. Voor het harden zijn relatief lage vermogensdichtheden nodig. Tegelijkertijd moet het werkstuk vlak worden bewerkt. Daarom vormt men de laserstraal zo dat een zo groot mogelijk vlak wordt bestraald. Gangbaar zijn rechthoekige stralingsvlakken. Scanneroptieken worden ook voor het harden gebruikt. Ze bewegen een laserstraal met ronde focus zeer snel heen en weer. Op het werkstuk ontstaat een lijn met vrijwel gelijkmatige vermogensdichtheid. Zo kunnen er hardheidssporen worden gemaakt tot 60 millimeter breedte.

 

Kunststoflassen

Het principe van kunststoflassen

De meeste thermoplasten kunnen worden gelast. Dit komt door de smeltfase en kan dus ook worden gebruikt tijdens het laserlassen. Thermoplasten absorberen slechts een klein gedeelte straling van de solid-state laser bij golflengten tussen 800 en 1,100 nm. Om deze thermoplasten met succes te kunnen smelten en lassen, moet de absorptie worden bereikt d.m.v. additieven zoals pigmenten of roet. Tijdens kunststoflassen met de laser transmissie lasmethode worden twee verschillende typen thermoplastische elkaar verbonden: een component is van doorzichtig kunststof, terwijl de andere absorberend is.

Met deze lasmethode dringt de laserstraal door de bovenste, het doorzichtige plastic en bereikt de absorberende eronder. De laser smelt vervolgens het oppervlak van de absorberende kunststof. Door de warmteoverdracht smelt het transparante gedeelte ook. Het voordeel van het overlap lassen is dat de lasnaad wordt gemaakt in de structurele component zonder deeltjes van deze aard vrijgegeven. Zo ontstaat een esthetische en bijna onzichtbare naad. Een groot voordeel van laser is dat warmte plaatselijk wordt overgedragen - dus lasnaden kunnen worden gecreëerd in bijvoorbeeld, de onmiddellijke nabijheid van elektronische componenten.

Voor het lasproces is de toetreding tot druk essentieel: een klemwerktuig drukt de twee las componenten samen, hierdoor ontstaat er druk die nodig is voor de warmteoverdracht tussen de twee componenten. Gelijkmatige klemming van de onderdelen die is aangepast aan de vorm van de gelaste kunststof is een voorwaarde voor hoge verwerkingskwaliteit en een reproduceerbare lasresultaat.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen vier verschillende soorten kunststoflassen:

  • contourlassen
  • gelijktijdig lassen met scanners
  • gelijktijdig lassen
  • masker lassen

Tijdens het laserlassen van kunststoffen, kan de output van de laser tot ongeveer 300 Watt worden gebruikt.

 

 

Bron: Trumpf