Wat is bundellassen?

Bundellassen is een verzamelnaam voor lasmethoden waarbij de materialen, die aan elkaar moeten worden verbonden, bestraald worden met een bundel deeltjes zodat een smeltbad ontstaat die bij uitharding een lasverbinding vormt. Er zijn verschillende soorten bundels die kunnen worden gebruikt voor lassen.

Lassen met bundels fotonen
Fotonen zijn lichtdeeltjes. Deze lichtdeeltjes kunnen als ze gebundeld worden een hoge temperatuur creëren op een bepaalde plaats. Een voorbeeld van een lasproces waarmee wordt gewerkt met fotonen is het laserlassen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van geconcentreerd infrarood licht. Dit licht wordt doormiddel van spiegels, lenzen en prisma’s gefocust op een zeer klein oppervlak. Hierdoor ontstaat een laserstraal waarmee een nauwe las kan worden aangebracht die diep in het materiaal doordringt.

Het laserlassen wordt gedaan met een lasrobot, in de praktijk gebruikt men ook vaak een lasmal. Deze lasmal is nodig om de delen die gelast moeten worden goed tegen elkaar te houden. Omdat de las zeer smal is moet er tussen de te lassen delen geen ruimte zijn. De ruimte mag maximaal 0,15 millimeter zijn. Als de ruimte groter is kunnen de twee delen van het werkstuk niet goed in elkaar omsmelten en is de kans groot dat de lasverbinding niet goed wordt.

Lassen met bundels elektronen
Het elektronenbundellassen is een lasproces waarbij men, in plaats van een bundel fotonen, gebruik maakt van een bundel elektronen. Dit lasproces wordt ook wel afgekort met EBW, dit staat voor de Engelse benaming voor dit lasproces: Electron Beam Welding.

Bij elektronenbundellassen wordt gebruik gemaakt van een elektronenkanon. Deze wordt in een ruimte vacuüm gezogen (dit in tegenstelling tot laserlassen waarbij een vacuüm niet nodig is). Het elektronenkanon bestaat uit een niet-afsmeltende negatieve elektrode, deze vormt de kathode. Deze kathode is van zeer hittebestendig materiaal gemaakt zoals wolfraam (net als de toorts die wordt gebruikt voor TIG-lassen). Soms wordt de kathode ook wel van tantaal gemaakt. Op de kathode wordt een hoogspanning aangebracht van 60-200 kV. Deze kathode produceert vrije elektronen.

Deze elektronen bewegen zich richting de holle anode. Vervolgens worden ze door de holte in de anode heen geschoten. Daarbij worden ze versneld en gefocust met behulp van magneetspoelen. Hierdoor ontstaat een bundel elektronen die op een klein gedeelte van het werkstuk wordt gericht. Men kan de elektronenbundel ook op een groter oppervlak richten en zodoende een groter deel van het werkstuk voorverwarmen. Bij sommige lasmethodekwalificaties is dit vereist omdat dit noodzakelijk is voor de dikte of materiaalsoort die gelast moet worden.

Als men de elektronenbundel echter als een smalle geconcentreerde straal op een klein deel van het werkstuk richt wordt er zoveel hitte ingebracht dat het werkstuk plaatselijk gaat smelten, er ontstaat een smeltbad. Als dit smeltbad uithard ontstaat een stevige lasverbinding.

Andere vormen van bundellassen
De bovengenoemde varianten van bundellassen worden op dit moment al veelvuldig gebruikt in de techniek. In theorie zou men ook bundels van andere deeltjes kunnen gebruiken voor het maken van lasverbindingen. Hierbij kan men denken aan protonen of andere ionen. Hiervoor is echter nooit een daadwerkelijk lasapparaat gebouwd. Er is in 1963 wel een patent aangevraagd voor een lasapparaat die met andere deeltjes werkt dan met fotonen en elektronen. Door te lassen met protonen wilde men 1800 maal de energiedichtheid van elektronenbundellassen behalen. Daarnaast was het voor dit nieuwe lasproces niet noodzakelijk om in vacuüm te lassen. Een bundel protonen verstrooid namelijk minder snel dan een bundel elektronen. Misschien dat in de toekomst nog andere vormen van bundellassen worden toegepast.

Waar wordt bundellassen toegepast?
Als men las met een bundel elektronen of een bundel fotonen dan krijg men een lasverbinding van een hele hoge kwaliteit. Zowel laserlassen als elektronenbundellassen wordt gebruikt voor hoogwaardige lasverbindingen. Als men gaat elektronenbundellassen zal men geleidbare materialen moeten lassen. Dit kunnen ferro-metalen en ferro-legeringen zijn, zoals staal dat als hoofdbestandsdeel ijzer heeft. Men kan ook non-ferro metalen en non-ferro-legeringen lassen zoals messing, brons en aluminium. Ook roestvast staal kan men met dit lasproces lassen.

Bij laserlassen kan men ook geleidbare materialen lassen maar dat is niet noodzakelijk. Met laserlassen kan men ook kunststoffen en andere materialen lassen die onder hitte gesmolten kunnen worden en onder een reguliere omgevingstemperatuur kunnen uitharden.

Men gebruikt bundellassen vaak in seriematige processen waarbij hoge kwaliteit noodzakelijk is. Dit kan bijvoorbeeld in de machinebouw zijn of in de vliegtuigindustrie. Ook onderdelen voor de olie- en gasindustrie kunnen doormiddel van bundellassen worden gemaakt.

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.

Wat is een koolstofdioxidelaser en waar wordt deze voor gebruikt?

Een koolstofdioxidelaser wordt ook wel een CO2-laser genoemd. Dit is een machine die uitgerust is met een gaslaser die elektrisch is aangedreven. Het gas van deze gaslaser bevindt zich in een ontladingsbuis en bestaat uit een mengsel van de volgende gassen:

· Koolstofdioxide
· Stikstofgas
· Waterstofgas
· Helium
CO2-lasers zenden een infrarood licht uit. Dit licht heeft een goflengte tussen de 9600 en 10640 nanometer. In 1964 werd de koolstofdioxidelaser uitgevonden door Kumar Patel een Indiaas natuurkundige en elektrotechnicus. Hij vond de koolstofdioxidelaser uit toen hij in New Jersey werkte voor Bell Labs. De koolstofdioxidelaser behoort tot de meest veelzijdige lasertypes die er bestaan.

Hoe werkt een koolstofdioxidelaser?
Een koolstofdioxidelaser is een werktuig die een afgesloten buis bevat waarvan aan de ene kant een spiegel is geplaatst van gepolijst metaal en aan de andere kant en deelsdoorlatende spiegel is aangebracht. Stikstofmoleculen worden doormiddel van een elektrische stroom in trilling gebracht. Stikstof is een homonucleair molecuul en kan daardoor zijn energie niet kwijt door de afgifte van fotonen. In plaats daarvan raakt stikstof de energie kwijt door koolstofdioxidemoleculen aan te slaan. Dit zorgt er voor dat het infrarode laserlicht tot stand komt. Helium is aan het gasmengsel toegevoegd om bij te dragen aan de gasvorming door de hitte van de elektrische ontlading. Daarnaast zorgt helium er voor dat de koolstofdioxidemoleculen na excitatie terug kunnen keren naar de basistoestand.

Waar wordt de koolstofdioxidelaser voor gebruikt?
De meest bekende toepassing van de koolstofdioxidelaser is in de metaaltechniek. Voor het bewerken van metaal is de koolstofdioxidelaser uitermate geschikt. Met een koolstofdioxidelaser kan men metaal lassen en snijden. Een koolstofdioxidelaser wordt in de metaaltechniek ook wel een lasersnijder genoemd. De bewerking die men daar mee uitvoert is lasersnijden en de persoon die de koolstofdioxidelaser bedient wordt ook wel een lasersnijder genoemd.

Naast toepassingen in de metaaltechniek worden koolstofdioxidelasers ook gebruikt voor de geneeskunde. Zo worden deze lasers gebruikt in de tandheelkunde, Gynaecologie, Urologie, KNO-heelkunde en de Plastische chirurgie.

Wat is lasersnijden en waarvoor wordt lasersnijden toegepast?

Lasersnijden is een bewerkingstechniek waarmee materialen doormiddel van een laser op maat en in de juiste vorm worden gesneden. Laser is een Engelse afkorting die voluit als volgt geschreven wordt: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Deze omschrijving kan in het Nederlands worden vertaald met een lichtversterking die door een gestimuleerde uitzending van straling tot strand wordt gebracht. Lasers zijn elektromagnetische stralingsbronnen. Het licht van deze stralingsbronnen wordt in een bijna evenwijdige bundel uitgezonden. De bundel moet licht uitstalen van een zeer hoge intensiteit. De breedte van de bundel is slechts een fractie van een millimeter. Hierdoor is de intensiteit van de lichtstaal op een zeer klein vlak gefocust. Deze intensiteit zorgt er voor dat er gesneden kan worden.

Waarvoor wordt een lasersnijder gebruikt?
De laser vormt een belangrijk onderdeel van de lasersnijmachine. Met de intensiteit van de laserstraal kan materiaal worden gesneden. Dit snijden gebeurd doordat het materiaal dat onder de laser wordt aangebracht smelt en verdampt door de enorme plaatselijke hitte van de laserstraal. Omdat de laser de lichtbundel slechts een fractie van een millimeter is kan een zeer dunne gleuf worden gemaakt in het materiaal. Lasersnijders worden gebruikt voor metalen platen en profielen. Er zijn specifieke machines voor het snijden van plaatmateriaal en het snijden van buizen. De laatste variant wordt ook wel een buizenlaser genoemd. Het snijden van metaal gebeurd met een vermogen vanaf 100 watt. Lasersnijden gebeurd zeer snel. Per minuut kan een lasersnijmachine ongeveer een halve meter metaal snijden. Dit is natuurlijk afhankelijk van de dikte van het metaal en het vermogen dat wordt gebruikt.

Naast metalen kunnen ook andere materialen doormiddel van een lasersnijder in de juiste vorm worden gebracht. Hierbij valt te denken aan glas, hout, textiel en een grote diversiteit aan kunststoffen. Voor het snijden van deze materialen is over het algemeen minder vermogen nodig dan voor het snijden van metaal. Over het algemeen is 12 watt voldoende voor het snijden van niet-metalen. Het snijden van niet-metalen gaat over het algemeen sneller dan het snijden van metalen. Per minuut kan wel tien meter kunststof worden doorgesneden met een lasersnijder.

Voordelen van lasersnijden
Lasersnijmachines kunnen complexe vormen uitsnijden. Deze worden in een computer voorgeprogrammeerd. De vormvrijheid van lasersnijmachines is zeer groot. Daarnaast kunnen ook producten worden gegrafeerd in een lasersnijmachine. Een ander belangrijk voordeel van lasersnijden is de snelheid waarmee gewerkt kan worden. Binnen een paar minuten kan doormiddel van een lasersnijmachine een complexe vorm uit plaatstaal worden gemaakt. daarnaast is de snede zeer nauwkeurig. Hierdoor ontstaat nauwelijks materiaalverlies. Een laser kan in het midden of op elke plek van de plaat beginnen met snijden. In een computerprogramma kan een berekening worden gemaakt hoeveel vormen er maximaal uit een plaat kunnen worden gehaald. Veel lasersnijmachines berekenen automatisch hoe de verschillende vormen als een soort puzzel uit een plaat moeten worden gehaald om het materiaalverlies zoveel mogelijk te beperken.