Wat is ultrasoon lassen en wat zijn de eigenschappen van dit lasproces?

Ultrasoon lassen is lasproces dat wordt gebruikt om voorwerpen aan elkaar te verbinden doormiddel van hoogfrequente geluidstrillingen. Dit lasproces is ontwikkelt in de jaren ’60 van de 20e eeuw. Het patent van ultrasoon lassen van thermoplastische kunststoffen werd in 1965 op naam van Robert Soloff and Seymour Linsley gezet. De ontwikkelingen op het gebied van ultrasoon lassen vorderden zeer snel. In 1969 werd het mogelijk om een kunststofauto in zijn geheel te assembleren via ultrasoon lassen. Ultrasoon lassen behoort tot de lascategorie druklassen.

Wat zijn de eigenschappen van ultrasoon lassen?
Ultrasoon lassen is een uniek lasproces waarmee samengedrukte kunststoffen worden versmolten door een zeer krachtige geconcentreerde hoogfrequent geluidsbundel te gebruiken. Ook wordt het lasproces gebruikt om metaalfolies aan elkaar te versmelten. Het proces is dus zowel geschikt voor bepaalde metalen als voor harde en zachte plastics.

De geluidsbundel is echter alleen niet genoeg om het lasproces succesvol te laten verlopen. Er moet ook gebruik worden gemaakt van druk. De materialen moeten dus doormiddel van druk tegen elkaar worden geperst en tegelijkertijd moet de geluidsbundel het materiaal doen smelten. De geluidsbundel zorgt er voor dat er trillingen optreden waardoor de moleculen of atomen aan het oppervlak gaan versmelten.

Lasproces
Het ultrasoon lasproces gaat als volgt te werk. Eerst worden de delen van het werkstuk die aan elkaar gelast moeten worden ingeklemd tussen een sonotrode en een aambeeld. Doormiddel van sonotrode wordt een zeer een krachtige geluidsgolf gericht op werkstruk. De frequentie waarmee dit gebeurd is tussen de 15 en 70 kHz.

Het aambeeld heeft een bepaalde vorm. Hierdoor worden de geluidsgolven gefocusseerd op een klein punt van het werkstuk. Het materiaal gaat op die plaats door de geluidsgolven van de sonotrode smelten en vervloeien. Soms worden de onderdelen, die gelast moeten worden, voorbewerkt. Hierdoor ontstaan er smalle richeltjes waarin de geluidsenergie zich concentreert. Hier zal het smeltbad zich bevinden waarin de onderdelen met elkaar versmelten.

Waaruit bestaat een ultrasoon lasapparaat?
Voor ultrasoon lassen zijn een aantal onderdelen nodig. Zo heeft men bijvoorbeeld een pers nodig om de te lassen delen onder druk te houden tijdens het lasproces.  De te lassen delen worden op een aambeeld geplaatst dat een speciale vorm heeft die er voor zorgt dat de geluidsgolven precies worden gericht op de te lassen plek.

De geluidsbron bestaat uit een piëzo-elektrische transducer en eventueel een versterker. Daarnaast is er de sonotrode. Dit is een onderdeel dat wordt gebruikt om de geluidstrillingen over te brengen op het werkstuk dat op het aanbeeld ligt. Er wordt gebruikt gemaakt van een hoogfrequente wisselstroombron. De frequentie van deze stroombron komt overeen met de lasfrequentie.

De gehele installatie van het ultrasoon lassen is ontworpen om te resoneren bij de werkfrequentie. De werkfrequentie is  kan verschillend zijn, meestal wordt gebruik gemaakt van 20, 30, 35 of 40 kHz.

Wat is weerstandlassen en welke varianten zijn er van dit lasproces?

Weerstandlassen is een lasproces waarbij gebruik wordt gemaakt van een lastoestel dat elektrisch wordt aangedreven. Hierbij worden twee onderdelen van het werkstuk tegen elkaar aangedrukt. Tijdens het lassen loopt er een grote elektrische stroom door de twee onderdelen van een werkstuk die aan elkaar verbonden moeten worden. De weerstand tegen de elektrische stroom is het hoogst op contactvlak van deze onderdelen. Daardoor ontstaat op het contactvlak een behoorlijke temperatuursverhoging. Deze temperatuursverhoging zorgt er voor dat de twee werkstukonderdelen op het contactvlak gaan smelten en een deegachtige substantie vormen.

Geen beschermgas
Bij weerstandlassen maakt men geen gebruik van beschermgas zoals men dat bij andere lasprocessen, bijvoorbeeld MIG/MAG lassen, wel doet. Bij weerstandlassen hoeft geen gebruik gemaakt te worden van beschermgas omdat over het algemeen geen ruimte zit tussen de werkstukonderdelen die aan elkaar gelast moeten worden. Dit gebrek aan ruimte tussen de werkstukonderdelen zorgt er voor dat zuurstof en andere nadelige gasvormige stoffen het lasproces niet nadelig kunnen beïnvloeden. Bij afbrandstuiklassen, een variant van weerstandlassen, ontstaat er aan het begin van het lasproces wel een kleine ruimte. Men maakt bij dit lasproces gebruik van een brandbaar gas zoals aardgas om de aanwezige zuurstof op te branden en de oxide te verwijderen. Over dit weerstandlasproces is onderaan de tekst meer informatie gegeven.

Parameters voor weerstandlassen
De spanning die gebruikt wordt bij weerstandlassen is slechts enkele Volt. De stroomsterkte is echter behoorlijk en kan oplopen tot wel 100.000 Ampère. De stroomsterkte is zeer belangrijk bij weerstandlassen. Daarnaast is ook druk van de elektrode belangrijk voor dit lasproces. Verder is de elektrodegeometrie en de lastijd belangrijk. Deze verschillende parameters moeten goed op elkaar worden afgestemd als men een goede verbinding wil maken.

De elektroden bij weerstandlassen kunnen een verschillende vorm hebben. Bij puntlassen heeft de elektrode, zoals de naam van dit lasproces al doet vermoeden, een puntige vorm. Bij rolnaadlassen wordt gebruik gemaakt van elektroderollen waartussen de platen van het werkstuk worden gerold. Welke elektrodevariant ook wordt gebruikt het raakvlak van de elektrodes moet een bepaalde oppervlakte hebben. De oppervlakte waartussen de werkstukonderdelen worden ingeklemd bepalen onder andere de lasdiameter.

Varianten van weerstandlassen
Er zijn verschillende varianten van weerstandlassen. Hieronder zijn een aantal bekende varianten van het weerstandlassen beschreven.

Puntlassen is een variant van weerstandlassen die onder andere wordt gebruikt bij dun plaatwerk. Hierbij worden twee platen tussen twee puntvormige elektrodes geplaatst. De elektrodes drukken aan beide kanten tegen de twee platen van het werkstuk. Terwijl dat gebeurd wordt er een behoorlijk sterke stroom door het werkstuk heen gestuurd. Hierdoor worden de twee platen van het werkstuk op het contactpunt verhit zodat ze aan elkaar smelten. Puntlasmachine ’s worden onder andere gebruikt in de auto-industrie. Dit lasproces behoort tot het meest gebruikte lasproces dat onder de categorie weerstandlassen valt.

Rolnaadlassen lijkt veel op puntlassen alleen wordt hierbij gebruik gemaakt van grote elektroderollen. Tussen deze twee elektroderollen worden platen ‘getransporteerd’. Dit gebeurd met een bepaalde snelheid. Tijdens het ‘transporteren’ van de plaat tussen de rolelektrodes wordt druk uitgeoefend. Daarnaast worden er met een bepaalde regelmaat puntlassen gemaakt. Hierdoor ontstaat een soort stippellijn. Deze stippellijn verbind de platen aan elkaar.

Projectielassen bij projectielassen wordt gebruik gemaakt van vlakke elektroden. Tussen de vlakke elektroden worden de platen van het werkstuk ingeklemd. Daarna laat men door het contactpunt van de werkstukdelen (dus tussen de elektroden) een grote elektrische stroom lopen. Deze elektrische stroom zorgt er voor dat het contactvlak wordt verhit. Het contactvlak of een deel van het contactvlak wordt tot smelten gebracht en daarnaast wordt door de elektroden druk uitgeoefend op het contactvlak van de platen. Hierdoor smelten de twee delen van het werkstuk aan elkaar vast.

Weerstandstuiklassen wordt ook wel drukstuiklassen genoemd. Dit wordt onder gedaan bij het maken van lasverbindingen tussen buizen. De uiteinden van buizen (of andere materialen) worden door twee elektrisch geleidende klemmen tegen elkaar gedrukt. Terwijl dit gebeurd wordt een grote stoom gestuurd door deze overgang. Omdat de meeste elektrische weerstand ontstaat op de overgang tussen de twee oppervlaktes die aan elkaar verbonden moeten worden, ontstaat daar de meeste hitte. Hierdoor smelten de oppervlakken. Door de druk die wordt uitgeoefend met de klemmen worden de twee gesmolten oppervlaktes tegen elkaar gedrukt zodat ze aan elkaar smelten. Weerstandstuiklassen is een effectief lasproces waarbij geen materiaal verloren gaat.

Afbrandstuiklassen wordt in het Engels ook wel Flash butt welding genoemd. Hierbij wordt ook gebruik gemaakt van elektrische stroom. De onderdelen die aan elkaar gelast moeten worden direct na het inschakelen van stroom iets uit elkaar gehouden. Hierdoor ontstaat een elektrische boog tussen de twee werkstukonderdelen. Deze elektrische boog creëert hitte waarmee de oppervlaktes van de werkstukraakvlakken wordt schoongebrand.  Hierbij wordt ook gebruik gemaakt van een brandbaar gas zoals aardgas. De hitte verwijdert de oxide zoals roest van metaal waardoor een goede las tot stand kan worden gebracht.

Daarnaast verbrand de elektrische boog ook de zuurstof die tussen de werkstukraakvlakken aanwezig is. Verder zorgt de hitte van de elektrische boog er voor dat de raakvlakken smelten. Na dit smelten worden de werkstukdelen met zeer grote druk tegen elkaar aangedrukt. Hierdoor komt de lasverbinding tot stand. Het aandrukken zorgt er voor dat er een uitstulping ontstaat aan de buitenkant van de lasverbinding. Deze uitstulping kan na het afbrandstuiklassen van het werkstuk worden verwijdert in de nabewerking.