Wat is laserlassen?

Laserlassen is een lastechniek die wordt gebruikt om twee delen van hetzelfde materiaal aan elkaar te verbinden door deze doormiddel van een sterk geconcentreerd licht met elkaar te versmelten. Er wordt bij laserlassen gebruik gemaakt van een laserstraal. Dit is een coherente bundel infrarood licht. De energiedichtheid van de laserstraal is dusdanig hoog dat men met deze lasmethode diep in de naad van het werkstuk door kan dringen. Ondanks deze diepe penetratie van de lasnaad kan men toch een hoge voortloopsnelheden behalen. Laserlassen is een lasproces dat al jaren wordt toegepast in de metaalindustrie en metaaltechniek. Het lasproces wordt onder andere toegepast in de auto-industrie.

Wat zijn de eigenschappen van laserlassen?
Laserlassen is een uniek lasproces. Het laserlassen behoort tot het bundellassen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een bundel deeltjes waarmee men gericht op het werkstuk straalt om het werkstuk plaatselijk te laten smelten. Bij laserlassen maakt men gebruik van een zeer sterk geconcentreerde binden van infrarood licht.

Laserlassen verschild van elektronenbundellassen omdat er gebruik wordt gemaakt van een andere bundellastechniek. Bij laserlassen is er geen vacuüm nodig en bij elektronenbundellassen wel. Bij laserlassen is er wel sprake van een veel lagere efficiëntie. Dit komt door de verliezen die ontstaan door reflectie tijdens het proces.

Het laserlasproces zorgt voor een diep smeltbad waardoor een sterke lasverbinding ontstaat die zwaar belast kan worden. Hoewel er sprake is van een diep smeltbad is de oppervlakte waarover gelast wordt maar smal. Een laserstraal van ongeveer een millimeter zorgt voor het smelten van het materiaal. Daarbij kan lastoevoegmateriaal worden gebruikt maar dat hoeft niet. Het resultaat van het laserlassen is een zeer glad en egaal oppervlak. Een laserlas heeft daardoor een hoog afwerkingsniveau. Omdat laserlassen een machinaal proces is kan men dit proces gebruiken voor lange lasnaden en grote series.

Welke materialen kan men laserlassen?
Men kan laserlassen zowel bij dun als dik materiaal toepassen. Daarnaast is het lasproces geschikt voor een enorme diversiteit aan materialen. Men kan laserlassen toepassen bij ferro-materiaal zoals staal maar ook voor aluminium, RVS en koper. Laserlassen in een lastmethode die niet elektrisch is. De machine waarmee men het laserlassen uitvoert is weliswaar elektrisch maar het lasproces zelf niet, er wordt namelijk met infrarood licht gelast en niet met een elektrode. Daarom kan men het laserlassen ook gebruiken bij materialen die niet geleiden zoals kunststoffen.

Hoe wordt laserlassen gedaan?
Laserlassen is een machinaal proces. Dit houdt in dat gedurende het lasproces er geen lasser nodig is om een lastoorts te hanteren over het werkstuk. In plaats daarvan wordt gebruik gemaakt van CNC-machine die wordt geprogrammeerd door bijvoorbeeld een lasrobotprogrammeur. Het is wel belangrijk dat men het laserlasproces goed kent voordat men hiermee aan de slag gaat. Men moet de machine goed kunnen instellen en bovendien ook rekening houden dat er zo weinig mogelijk ruimte is tussen de platen die men aan elkaar wil verbinden. Bij een overlaplasnaad is dit iets minder van belang maar bij een stompe lasnaad is slechts een zeer beperkte ruimte tussen de platen toegestaan. Deze ruimte moet kleiner zijn dan 0,15 millimeter. Dit heeft mede te maken met het feit dat de laser ook zeer smal is. Om een goed smeltbad te maken moeten de delen die aan elkaar gelast worden zo dicht mogelijk tegen elkaar worden gedrukt. Daarom moet men bij laserlassen een lasmal gebruiken. Een goede lasmal zorgt er voor dat er niet of nauwelijks een spleet tussen de te lassen delen aanwezig is. Dit bevordert de kwaliteit van de las. Een lasmal zorgt er daarnaast voor dat men eenvoudiger grote series kan lassen met de laserlasmachine.

Het lassen vindt plaats doormiddel van een laserstraal, deze straal wordt opgewekt in een laserbron. Deze infrarood straal wordt gebundeld door een glasvezelkabel. Men kan ook gebruik maken van een stelsel van spiegels, lenzen of prisma’s om de laserstraal te bundelen. Doormiddel van de machine wordt het gebundelde licht geleid naar een watergekoelde optiek. Met dit systeem kan de programmeur het brandpunt (smeltpunt) van de laserstraal gaan bepalen. Als de laserstraal optimaal wordt gericht kan lokaal een zeer hoge temperatuur ontstaan waardoor het materiaal gaat smelten. Dit smeltbad kan tot diep in de lasnaad worden aangebracht waardoor een goede doorlassing kan ontstaan.

Voordelen van laserlassen
Laserlassen is een lasproces dat afwijkt van andere lasprocessen. Daardoor heeft dit lasproces een aantal unieke eigenschappen. Dit zorgt er voor dat laserlassen voor bepaalde lasverbindingen wel geschikt is en voor andere lasverbindingen een minder voor de hand liggende keuze is. Kortom het lasproces heeft een aantal voordelen en een aantal nadelen. Laten we beginnen met de voordelen van lasserlassen:

  • Laserlassen is een lasproces dat zeer geschikt is voor lasrobots en het lassen van grote series.
  • Doormiddel van laserlassen kunnen uiteenlopende materialen worden gelast. Dit kunnen geleidbare materialen zijn zoals metalen maar ook kunststoffen en andere materialen die wel gesmolten kunnen worden maar niet-geleidend zijn.
  • Er kan een zeer smalle lasverbinding worden gemaakt
  • De lasverbinding is zeer stevig
  • De warmte-inbreng is laag en kort. Daardoor is de warmte-beïnvloede zone erg klein. Dit zorgt er ook voor dat er minder spanning in de plaat of het materiaal wordt gebracht. Er treed weinig vervorming op na het lassen.
  • Laserlassen is een lasproces dat heel geschikt is voor dun plaatmateriaal.
  • De lassnelheid van laserlassen is hoog.
  • Men kan de laser gebruiken voor snijden en lassen. Hierdoor kan men meerdere processen met dezelfde machine worden uitgevoerd.
  • Het afwerkingsniveau van een laserlas is hoogwaardig.

Nadelen van laserlassen
Alle bewerkingsprocessen hebben voordelen en nadelen. Dat is ook het geval bij lasprocessen. Laserlassen heeft ook een aantal nadelen ten opzichte van andere lasprocessen. De nadelen van dit lasproces zijn:

  • De CNC-laserlasmachine heeft een hoge aanschafwaarde.
  • Het lasproces kan alleen worden uitgevoerd als er praktisch geen spleet tussen de te lassen materialen aanwezig is.
  • Men dient zich tijdens het laserlassen goed te beschermen tegen de straling die tijdens dit lasproces vrij komt. Tussen de tachtig en negentig procent van de straling reflecteert op het lasoppervlak dat wordt gelast.
  • Ten opzichte van handmatig lassen zijn de opstartkosten hoog. De CNC-laserlasrobot moet namelijk geprogrammeerd worden. Ook dient men een lasmal te gebruiken om de ruimte tussen de materiaaldelen zoveel mogelijk te beperken. Door deze opstartkosten en voorbereiding is het laserlassen voornamelijk geschikt voor het lassen van grotere series.

Waarom heet een spaarlamp een spaarlamp?

Een spaarlamp is een compact fluorescentie lamp en wordt afgekort met CFL. Deze lamp is in de jaren zeventig ontwikkeld en is in de jaren tachtig op de markt gekomen. De eerste spaarlampen waren vrij kostbaar in de aanschaf. Daarnaast hadden de oude spaarlampen niet een beduidend hoger rendement dan de gloeilampen. Met een spaarlamp ‘bespaarde’ je dus niet veel meer energie dan een gloeilamp. De ontwikkeling van spaarlampen stond echter niet stil. Er ontstonden verschillende generaties spaarlampen. De huidige generatie spaarlampen wordt ook wel de vierde generatie spaarlampen genoemd. Deze spaarlampen zijn wel beduidend energiezuiniger dan de gloeilampen.

Een spaarlamp bespaard
Met een spaarlamp bespaard men omdat deze lamp verhoudingsgewijs weinig energie verbruikt. Daarnaast produceert een spaarlamp ook veel minder warmte dan bijvoorbeeld een gloeilamp. Een gloeilamp is in feite een soort staalkachel die in een fitting past. Omdat gloeilampen zoveel energie verbruiken, is het gebruik van deze lampen in de EU inmiddels verboden. Dat is niet verwonderlijk want lampen verbruiken verhoudingsgewijs veel energie in woningen. Sinds 2012 kan een consument geen spaarlampen meer aanschaffen.

Wat is een spaarlamp precies?
Een spaarlamp is in feite een soort tl lamp. Deze is echter in een speciale vorm geproduceerd. Een spaarlamp past in een normale lampfitting met schroefdraadverbinding. Een spaarlamp is aangesloten op het lichtnet of op een fitting met een andere stroombron. De elektrische stroom gaat door een glazen buis die gevuld is met kwikdamp. De elektronen uit de elektrische stroom botsen tegen de kwikatomen aan en daarbij worden andere elektronen uit de baan gestoten. Bij het terugvallen vande aangeslagen toestand naar de grondtoestand komt energie vrij in de vorm van ultraviolette straling. Deze straling is echter onzichtbaar. Daarom zit aan de binnenkant van de glazen buizen een dun laagje wit poeder. Deze zorgt voor verschillende fluorescenties vandaar de naam compact fluorescentie lamp. De naam spaarlamp wordt gebruikt omdat deze lamp energiebesparend is.

Wat is een databus in de elektronica?

Het woord ‘bus’ wordt in de elektronica regelmatig gebruikt. Een ‘bus’ wordt in de elektronica gebruikt als een gemeenschappelijk transportmedium waarmee elektronische signalen kunnen worden getransporteerd. Een databus wordt gebruikt voor het transport van digitale data. De databus wordt in de computertechniek gebruikt als gestandaardiseerde verbinding tussen diverse onderdelen in combinatie met een adresbus en een besturingsbus.

Parallelle en seriële bussen
Bussen kunnen worden verdeeld in parallelle en seriële bussen. Het belangrijkste kenmerk van een parallelle bus is dat deze bus meerdere databits tegelijk kan versturen. Dit zijn meestal 8, 16, 32, 64, enzovoort. Bij een seriële bus worden de bits juist niet tegelijk of parallel verzonden.  Seriële bussen verzenden de bits na elkaar. Parallelle bussen zijn over het algemeen sneller. De afstand tussen de componenten moet echter klein blijven. Bij seriële bussen is dit omgekeerd.

Prijs van bussen
De prijzen van bussen zijn verschillend. Een seriële busverbinding heeft ten opzichte van een parallelle bus een beperkt aantal geleiders en verbindingen. Daarom is een seriële bus goedkoper. Een ander voordeel van de seriële bus is dat deze bus minder storingsgevoelig is omdat het aantal verbindingen en geleiders beperkt is.

Wat is een potentiaalverschil en hoe ontstaat stroom?

Een potentiaalverschil kan het omschreven worden als een verschil in potentiële energie een verschil in potentiële energie per lading. Het woord potentiaalverschil wordt in elektrotechniek veel gebruikt. Wanneer men de eerder genoemde omschrijving van potentiaalverschil hanteert in de elektrotechniek heeft men het over het algemeen over de hoeveelheid arbeid die per ladingseenheid verricht dient te worden om elektrische lading van één bepaald punt naar een ander punt te verplaatsen.

Elektrisch potentiaalverschil en stroom
Men spreekt van een elektrisch potentiaalverschil als de hoeveelheid elektronen aan beide polen verschillend is. Hierdoor kan het elektrisch potentiaalverschil aanleiding geven tot een elektrische spanning tussen twee polen. Elektrische spanning is het verschil in elektrische potentiële energie per lading tussen twee punten, zoals in de eerste alinea is aangegeven. Tussen deze punten ontstaat een elektrische stroom uitgedrukt door de verplaatsing van positieve lading. Deze elektrische stroom kan tot stand worden gebracht wanneer deze goed wordt geleid van de ene pool naar de andere pool. Dit kan bijvoorbeeld doormiddel van elektrolytisch koper of door gebruik te maken van plasmagas zoals bijvoorbeeld gebeurd met plasmalassen. De stroom elektronen zal net zolang door blijven stromen totdat de hoeveelheid elektronen tussen beide polen weer in evenwicht is. Zodra dit evenwicht tot stand is gekomen is het potentiaalverschil nul.

Een potentiaalverschil tussen twee polen leid niet automatisch tot een stroom elektronen. Deze stroom komt, zoals eerder genoemd, alleen tot stand wanneer deze stroom wordt geleid. Dit geleiden gebeurd door materialen of gassen die weinig weerstand bieden aan elektronen. Het genoemde plasmagas en elektrolytisch koper zijn bekende voorbeelden die worden gebruikt in de techniek. Wanneer er materialen worden gebruikt die een sterke oneindige weerstand bieden tegen elektronen zal het potentiaalverschil niet leiden tot een stroom elektronen. Het potentiaalverschil zal dan blijven bestaan mits men niet door andere factoren de hoeveelheid elektronen van de beide polen verandert.

Wat is elektronenbundellassen en waar wordt dit lasproces toegepast?

Elektronenbundellassen is een uniek lasproces waarbij gebruik wordt gemaakt van een bundel elektronen. Dit lasproces wordt ook wel afgekort met EBW. Deze afkorting staat voor het Engelse Electron Beam Welding. Het EBW lasproces is ontwikkelt in 1958 door de Duitse natuurkundige Karl-Heinz Steigerwald. Hij had in dat jaar de eerste praktische elektronenbundellasmachine ontworpen en gemaakt.

Hoe wordt elektronenbundellassen uitgevoerd?
Net als elk ander lasproces is ook bij elektronenbundellassen energie nodig. Deze energie wordt bij elektronenbundellassen aan het werkstuk toegevoegd door gebruik te maken van een bundel elektronen in een elektronenkanon. In het elektronenkanon wordt een bundel elektronen vrijgemaakt. De elektronen worden gefocusseerd en daarnaast worden ze versneld. De versnelling van de elektronen is enorm en gaat wel tot de helft van de snelheid van licht. De elektronensnelheid is daardoor 150.000 km per seconde. De elektronen worden door het elektronenkanon op het werkstuk gericht. Als voldoende vermogen wordt gebruikt zal het metaal plaatselijk op de smelttemperatuur worden gebracht en gaan smelten. Als er nog meer vermogen wordt toegevoegd kan het metaal zelfs gaan verdampen. Met elektronenbundellassen kunnen temperaturen worden behaald van 25.000 Kelvin.

Met de bundel elektronen wordt het werkstuk in bestookt. Elektronenbundellassen kan alleen in een vacuüm worden gedaan omdat een elektronenbundel in gas snel zal verstrooien. Dit is niet erg praktisch, daarom wordt elektronenbundellassen in de praktijk nauwelijks gebruikt. Voor het elektronenbundellassen zal een ruimte eerst vacuüm moeten worden gezogen.

Een belangrijk voordeel van deze lasmethode is dat de bundel elektronen goed kan worden gestuurd. In het vacuüm is geen zuurstof aanwezig. Hierdoor ontstaat geen nieuwe oxide op het metaal tijdens het lasproces. Daarnaast kan de aanwezige oxide doormiddel van het lasproces worden verdampt. Dit is vooral praktisch bij het lassen van aluminium. Bij aluminium is de oxidehuid namelijk een stevige beschermlaag die harder is dan het aluminium dat onder de oxidehuid aanwezig is.

Elektronenbundellassen is geschikt voor verschillende plaatdiktes. In werkstukken met dikke platen kunnen smalle lassen worden gemaakt met elektronenbundels. Zo kunnen in platen van 150 mm dik lasnaden worden aangebracht met een breedte van 5 mm. Hierbij wordt gebruik gemaakt van keyhole techniek net als bij laserlassen.

Waar wordt elektronenbundellassen voor gebruikt?
Met elektronenbundellassen kunnen hoogwaardige lassen worden gemaakt. Dit is een belangrijk voordeel van dit lasproces. Dit voordeel is in sommige gevallen belangrijker dan de praktische uitvoerbaarheid van het lasproces. Onder andere bij gasturbines en de vliegtuigbouw moeten zeer hoogwaardige lassen worden aangebracht op kritische onderdelen. Dit is ook het geval bij onderdelen zoals tandwielen en assen en verschillende soorten aandrijvingen. Deze werkstukken moeten gelast worden op een zeer nauwkeurig niveau. Daarom is elektronenbundellassen voor deze werkstukken wel interessant ondanks het feit dat een vacuümruimte gerealiseerd moet worden alvorens men gaat lassen.

Elektronenbundellassen is overigens ook geschikt voor het verbinden van verschillende metaalsoorten aan elkaar. Zo kan men met dit lasproces aluminium aan staal lassen en kan men brons ook aan staal lassen. Verder is het mogelijk om met elektronenbundellassen gewoon koolstofstaal aan roestvast staal te lassen.

De keuze voor een bepaald lasproces is beschreven in een lasmethodebeschrijving LMB of een Welding Procedure Specification WPS. Mochten er onduidelijkheden zijn over het gewenste lasproces dan is het verstandig of zelfs verplicht om een expert op lastechnisch gebied in te schakelen. Dit kan bijvoorbeeld een lasbaas zijn, een Middelbaar Lastechnicus MLT of een International Welding Specialist IWT.

Wat is elektriciteit en wat zijn elektronen?

Elektriciteit is overal aanwezig of je nu thuis bent of op je werk. We kunnen in onze Westerse wereld bijna niet zonder elektriciteit. Wanneer er geen elektriciteit meer zou bestaan zouden mensen in hun dagelijks leven ernstig beperkt worden. Computers, verlichting, wasmachines, drogers, koelkasten en andere machines en apparaten kunnen niet draaien zonder elektriciteit. Daarom is elektriciteit belangrijk.

Het begrip elektriciteit is afkomstig uit de natuurkunde. In de natuurkunde wordt een onderscheid gemaakt tussen elektrostatica en elektrodynamica.  Elektrostatica gaat over de bestudering van statische elektrische ladingen. Elektrodynamica gaat over bewegende elektrische ladingen. Elektriciteit draait vooral om de stroom die ontstaat doormiddel van elektronen.

Wat zijn  elektronen?
Elektronen draaien om de kern van een atoom. De kern van een atoom bestaat uit protonen en neutronen. De elektronen die om de kern van een atoom heen draaien zijn kleiner dan de kern van de atoom. De elektronen zijn niet per definitie vast aan een atoom verbonden. Verschillende materialen kunnen er voor zorgen dat een elektron los gemaakt kan worden van het atoom zodat het zich vrij kan bewegen tussen andere atomen door. De materialen waarin elektronen goed vrij gemaakt kunnen worden van atomen zijn goede geleiders.

De elektronen stromen namelijk door een materiaal dat goed geleid. Elektrotechnische bedrading in woningen is vaak gemaakt van blank koper dat ook wel elektrolytisch koper wordt genoemd. Elektrolytisch koper bestaat voor 99,95 procent uit koper. Dit hoge percentage koper is noodzakelijk om een optimale geleiding te creëren. Verontreinigingen van het koper zorgen er voor dat het geleidingsvermogen afneemt. Elektronen kunnen het beste stromen door een optimaal geleidend materiaal. Hoe beter het materiaal geleid hoe minder de weerstand.

Wat is elektrische stroom?
Elektrische stroom kan het beste worden vergeleken met een water stroom. Wanneer water door een bepaalde buis heen stroomt verplaatst het zich van een beginpunt naar een eindpunt. Door een bepaalde waterdruk kan iets in beweging worden gebracht. Hierbij kan gedacht worden aan een schoepenrad. De waterdruk zorgt er voor dat het schoepenrad gaat draaien. De stoomkring van water moet echter gesloten zijn. Anders raakt het water in een buis op en kan de druk van het water moeilijk worden geregeld.

Zo werkt het ook met de stroom van elektronen. Ook hierbij moet de stroomkring gesloten zijn. Denk hierbij aan een gloeilamp met een stekker. Er vindt een aanvoer van elektronen plaatst naar de gloeilamp. Het wolfraam draadje in de gloeilamp gaat gloeien. Dit komt door de grote weerstand die de elektronen ondervinden wanneer ze door het zeer dunne wolfraam draadje heen moeten. Wanneer de elektronen door het wolfraam draadje heen zijn geweest hebben ze hun ‘werk’ gedaan en stromen ze via een andere draad weer terug naar het stopcontact.

Watt, Ohm, Volt en Ampère
Bij het voorbeeld van de gloeilamp komen een aantal termen aan de orde die verband houden met elektrotechniek. Het aantal Watt is het vermogen dat moet worden geleverd om de lamp te laten branden. De weerstand van de elektrische bedrading en het wolfraam draadje wordt aangegeven in Ohm. Daarnaast moet er een bepaalde spanning worden gegeven om de elektronen door de bedrading te laten stromen. Deze spanning wordt aangegeven in Volt. Naast de spanning wordt ook gekeken naar het aantal elektronen dat per seconde door de bedrading stroomt. Dit is de sterkte van de stroom. De sterkte van de stroom wordt aangegeven in Ampère.