Keuze van beschermgas bij laserlassen
Hebt u last gehad van lasfouten zoals overmatige spatten, onaantrekkelijke lasvorming en talloze poriën na het lassen? Terwijl u zich wellicht afvraagt of dit te wijten is aan onjuiste instellingen van de parameters voor het laserlasproces, bent u zich ervan bewust dat het juiste gebruik van beschermgas ook een cruciale factor is die van invloed is op lasvorming en -prestaties? Het kiezen van het optimale beschermgas is in feite een manier om de laskwaliteit en -efficiëntie te verbeteren.
Aangezien beschermgas zo belangrijk is, wat is dan precies zijn functie? Hoe kiest u het juiste type beschermgas? Hoe moet het beschermgas tijdens het lassen worden toegevoerd?
De rol van beschermgas
Bij laserlassen beïnvloedt het beschermgas de vorming van de las, de laskwaliteit, de lasdiepte en de lasbreedte. In de meeste gevallen heeft het aanblazen met beschermgas een positief effect op de las, maar het kan ook nadelige effecten hebben.
Positieve effecten
1) Een correct toegevoerd beschermgas beschermt effectief de lasbad, waardoor oxidatie wordt verminderd of zelfs voorkomen.
2) Een correct toegevoerd beschermgas vermindert effectief de spattenvorming tijdens het lassen.
3) Een correct toegevoerd beschermgas bevordert een uniforme verspreiding van het lasbad tijdens het stollen, wat resulteert in een uniforme en esthetisch aantrekkelijke las.
4) Een correct toegevoerd beschermgas vermindert effectief het afschermeffect van metaaldamppluimen of plasmawolken op de laser, waardoor het effectieve gebruik van de laser toeneemt.
5) Een correct toegevoerd beschermgas vermindert effectief de porositeit van de las.
Zolang het gassoort, de gasstroom en de toevoegmethode correct zijn gekozen, kunnen ideale resultaten worden bereikt.
Echter kan een onjuist gebruik van beschermgas ook negatief van invloed zijn op het lassen.
1) Een onjuiste toepassing van beschermgas kan de lasverbinding verder verslechteren:
① Het kiezen van het verkeerde gassoort kan lasbarsten veroorzaken en de mechanische eigenschappen van de lasverbinding verminderen;
② Het kiezen van een onjuiste gasstroom kan leiden tot ernstigere lasoxidatie (zowel bij een te hoge als bij een te lage stroom), en kan ook ernstige verstoring van de lasbad veroorzaken, wat resulteert in instorting van de lasverbinding of ongelijkmatige vorming;
③ Het kiezen van een onjuiste methode voor gasaanvoer kan leiden tot onvoldoende of zelfs geheel ontbrekende bescherming, of negatief van invloed zijn op de vorming van de lasverbinding;
2) De toepassing van beschermgas kan de lasdoordringing beïnvloeden, met name bij het lassen van dunne platen, waardoor de lasdoordringing afneemt.
Soorten beschermgassen
Veelgebruikte beschermgassen voor laserlassen zijn N2, Ar en He. Hun fysicochemische eigenschappen verschillen, en daarom varieert hun effect op de lasverbinding.
Stikstof (N2)
De goedkoopste, maar ongeschikt voor het lassen van bepaalde roestvrijstalen. Stikstof (N2) heeft een matige ionisatie-energie, hoger dan Ar maar lager dan He. Onder laserbestraling is de ionisatiegraad over het algemeen laag, waardoor de vorming van een plasmawolk effectief wordt verminderd en de effectieve benuttingsgraad van de laser dus toeneemt. Stikstof kan echter bij bepaalde temperaturen chemisch reageren met aluminiumlegeringen en koolstofstaal, waarbij nitriden worden gevormd. Dit verhoogt de broosheid van de lasnaad en verlaagt de taaiheid, wat een aanzienlijke negatieve invloed heeft op de mechanische eigenschappen van de lasverbinding. Daarom wordt stikstof niet aanbevolen als beschermgas bij het lassen van aluminiumlegeringen en koolstofstaal.
Aan de andere kant kunnen de nitriden die ontstaan door de chemische reactie van stikstof met roestvrijstaal de sterkte van de lasverbinding verhogen en zo de mechanische eigenschappen verbeteren. Daarom kan stikstof worden gebruikt als beschermgas bij het lassen van roestvrijstaal.
Argon (Ar)
is relatief goedkoop, heeft een hoge dichtheid en biedt goede bescherming. Het lasoppervlak is gladder dan bij helium. Het wordt echter gemakkelijk geïoniseerd door plasma van hoogtemperatuurmetaal, wat een deel van de laserstraal kan afschermen zodat deze niet het werkstuk bereikt; dit vermindert het effectieve lasvermogen en belemmert de las snelheid en doordringing. Ar (Argon) heeft de laagste ionisatie-energie, maar zijn graad van ionisatie is relatief hoog onder laserbestraling, wat niet gunstig is voor het beheersen van de vorming van plasmawolken en een zekere invloed heeft op het effectieve gebruik van de laser. Argon is echter weinig reactief en reageert moeilijk chemisch met veelvoorkomende metalen. Bovendien is argon goedkoop. Daarnaast heeft argon een hoge dichtheid, wat bevordert dat het zich boven de lasbad afzet en daardoor betere bescherming biedt voor het lasbad. Daarom kan het worden gebruikt als conventioneel beschermgas.
Helium (He)
Het is duurder, maar heeft het beste effect, waardoor de laser ongehinderd direct naar het werkstukoppervlak kan doordringen. Het heeft de hoogste ionisatie-energie, maar de ionisatiegraad is zeer laag onder laserbestraling, wat een effectieve controle op de vorming van plasmawolken mogelijk maakt. De laser werkt goed op metalen en helium (He) is zeer weinig reactief; het reageert vrijwel niet chemisch met metalen. Het is een uitstekend beschermgas voor lasnaden. Echter, helium is te duur en wordt over het algemeen niet gebruikt voor massaproductie. Het wordt meestal toegepast in wetenschappelijk onderzoek of bij producten met een hoge toegevoegde waarde.
Methoden voor het toedienen van beschermgas
Er zijn momenteel twee hoofdmethoden om beschermgassen toe te voeren: de eerste is zijwaartse, excentrische toevoer van beschermgas… Parallelle zijwaartse toevoer van beschermgas
Een andere methode is coaxiale toevoer van beschermgas.
Coaxiaal beschermgas
De keuze tussen deze twee toepassingsmethoden hangt af van een combinatie van factoren, maar zijwaartse toevoer van beschermgas wordt over het algemeen aanbevolen.
Principes voor het kiezen van methoden voor het blazen van afschermd gas
Ten eerste is het belangrijk om duidelijk te stellen dat de term "lasoxidatie" een informele uitdrukking is. Theoretisch verwijst deze naar een chemische reactie tussen de lasverbinding en schadelijke bestanddelen in de lucht, wat leidt tot een verslechtering van de lasgekwaliteit. Veelvoorkomende voorbeelden zijn de reactie van het lasmetaal met zuurstof, stikstof en waterstof in de lucht bij bepaalde temperaturen.
Het voorkomen van lasoxidatie houdt in dat contact tussen deze schadelijke bestanddelen en het lasmetaal bij hoge temperatuur wordt verminderd of vermeden. Deze hoge temperatuur verwijst niet alleen naar het gesmolten bad, maar ook naar de gehele periode vanaf het moment dat het lasmetaal smelt tot het uiteindelijk stolt en de temperatuur onder een bepaald niveau daalt.
Bijvoorbeeld bij het lassen van titaniumlegeringen wordt waterstof boven 300 °°C snel opgenomen, zuurstof boven 450 °°C en stikstof boven 600 °C. Daarom vereisen titaniumlegeringslassen effectieve bescherming na stolling en tijdens de periode waarin de temperatuur onder de 300 °C daalt °C; anders worden ze "geoxideerd."
Zoals uit bovenstaande beschrijving blijkt, moet het geblazen beschermgas niet alleen de laspoel tijdig beschermen, maar ook het pas gestolde gebied. Daarom wordt over het algemeen de excentrische zijwaartse beschermgasmethode zoals weergegeven in figuur 1 gebruikt, omdat deze een breder beschermingsbereik biedt dan de coaxiale beschermingsmethode zoals weergegeven in figuur 2, met name betere bescherming van het pas gestolde lasgebied.
Voor technische toepassingen is excentrisch zijwaarts geblazen beschermgas niet geschikt voor alle producten. Voor bepaalde specifieke producten kan uitsluitend coaxiaal beschermgas worden gebruikt. De keuze moet worden afgestemd op de productstructuur en het verbindingstype.
Specifieke keuze van de beschermgasblaasmethode
1) Rechte lassen
Zoals weergegeven in figuur 3 is de lasvorm van het product recht. Het verbindingstype kan een stuitverbinding, een overlappende verbinding, een hoekverbinding of een overlappende las zijn. Voor dit type product wordt de excentrische zijwaartse beschermgasmethode, zoals weergegeven in wordt verkozen.
2) Vlakke gesloten vormen van lassingen
De lasvorm van het product is een gesloten vorm, zoals een vlakke cirkel, een vlakke veelhoek of een vlakke meervoudige lijn. Het verbindingstype kan een stuitverbinding, een overlappende verbinding of een overlappende lasverbinding zijn. Voor dit type product wordt coaxiaal beschermgas verkozen.
Vlakke gesloten lasvorm
De keuze van het afschermdgas beïnvloedt direct de kwaliteit, efficiëntie en kosten van de lasproductie. Vanwege de diversiteit aan lasmaterialen is de keuze van het lasgas bij daadwerkelijk lassen echter vrij complex. Er moet een alomvattende overweging plaatsvinden van het lasmateriaal, de lasmethode, de laspositie en het gewenste lasresultaat. Alleen via lasproeven kan een geschikter lasgas worden geselecteerd om betere lasresultaten te bereiken.
