design for laser

Beschrijving van enkele gassen

Stikstof (N2)

Stikstof is een economische oplossing voor het beschermen van de meeste ijzerlegeringen. Een nadeel van stikstof is dat het onder invloed van de laserstraal zal dissociëren. De atomaire stikstof kan in sommige gevallen met het werkstukmateriaal reageren waardoor brosse nitrides gevormd worden. Dit is echter niet van toepassing bij het laserlassen, omdat de smelt hiervoor niet lang genoeg vloeibaar is. Bij hoog reactieve materialen als titanium en zirconium evenals onderdelen waar hele hoge eisen aan gesteld worden, zoals bij de lucht- en ruimtevaart en medische toepassingen, wordt afgeraden stikstof als beschermgas te gebruiken.

Stikstof wordt ook veel gebruikt bij het laser smeltsnijden omdat stikstof het goedkoopste niet-reactieve gas is.

Stikstof is een goedkoop gas omdat het gemakkelijk uit lucht gehaald kan worden (lucht bestaat voor ongeveer 70% uit stikstof). Dit kan zelfs ter plekke van de laserbewerking gebeuren zoals beschreven wordt op in de paragraaf over gasopslag. Stikstof kan vloeibaar opgeslagen worden.

Argon (Ar)

Argon is het meest gebruikte gas bij het laserlassen. Het is een uitstekend beschermgas vanwege de inerte eigenschappen. Verder blijft het makkelijk op het werkstuk liggen, omdat het zwaarder is dan lucht. Argon kan in vloeibare vorm opgeslagen worden en is veel goedkoper dan helium. Argon kan aanleiding geven tot brosse lassen bij sommige staalsoorten.

Argon wordt ook wel bij het laserssnijden gebruikt, maar vanwege de hogere kosten alleen in die gevallen waar zuurstof en stikstof niet gebruikt kunnen worden. Dit is bijvoorbeeld het geval bij het snijden van titanium en titaanlegeringen.

Helium (He)

Helium is een inert gas, dat de hoogste warmtegeleiding heeft van alle gassen. Het is daarom erg geschikt om plasmavorming boven het werkstuk tegen te gaan. Het tegen gaan van plasmavorming is vooral noodzakelijk bij hoogvermogen CO2 lasers, omdat hier door het hoge vermogen eerder plasma ontstaat en het laserlicht van de CO2 laser niet goed in staat is om door het plasma heen te stralen. Helium resulteert in een grotere lasdiepe, in vergelijking met argon of stikstof.

Een nadeel van helium is dat het lichter dan lucht is, waardoor het niet makkelijk de lucht boven het werkstuk zal verdringen. Verder kan helium niet in vloeibare vorm opgeslagen worden, maar alleen in hogedruk tanks wat de kosten opdrijft. Als laatste is helium op zich een duur gas, dat naarmate de wereldvoorraad van dit gas afneemt, alleen nog maar duurder zal worden.

Kooldioxide (CO2)

Kooldioxide (koolstofdioxide) wordt in sommige gevallen in het beschermgasmengsel gebruikt voor het keyhole lassen met een diodelaser. Het wordt dan bijvoorbeeld met argon gemengd. Het nut van de actieve component in het beschermgasmengsel wordt bij de bespreking van zuurstof uitgelegd.

Zuurstof (O2)

Bij het laserbrandsnijden van metalen wordt zuurstof gebruikt om de snijsnelheid te verhogen. Een nadeel van het gebruik van zuurstof is dat er oxidatie op het werkstuk ontstaat. Dit wordt op de koop toe genomen. Ook bij het laserlassen wordt soms zuurstof door het beschermgas gemengd. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij het laserlassen met een diodelaser. Deze laser heeft een een minder goede straalvorm wat de geschiktheid voor het keyhole laserlassen vermindert, maar door het gebruik van zuurstof als actieve component is het keyhole laserlassen met een diodelaser toch mogelijk gebleken. Het blijkt dat actieve componenten als zuurstof en kooldioxide een positieve uitwerking hebben op de vorm van het smeltbad en de doorlassing.

Hoewel dit in eerste instantie niet zo lijkt, is het -ook voor snijgassen - belangrijk om een goede kwaliteit (d.w.z. zuiverheid) gas te gebruiken. Deze hogere kwaliteit levert weliswaar hogere gaskosten op, maar verdient zichzelf terug door de hogere snijsnelheden en daaruit volgende lagere snijkosten die ermee gepaard gaan.

Bij het snijden van hooggelegeerde stalen, titanium en nikkellegeringen, is zuurstof minder geschikt omdat zich dan op de snijrand harde oxides vormen die alleen met veel moeite te verwijderen zijn.

Lucht

Lucht wordt vaak gebruikt als gas om deeltjes weg te blazen van het optiek. Het is wel belangrijk dat de lucht droog en schoon is. Aangezien dit niet altijd beschikbaar is, kan het zijn dat de omgevingslucht eerst gefilterd moet worden, voordat deze gebruikt kan worden.

Waterstof (H2)

Waterstof wordt wel in combinatie met argon gebruikt voor het laserlassen van austenitische roestvrij stalen. Waterstof reduceert plasmavorming en het oxideren van het oppervlak, bovendien beïnvloedt het de viscositeit van de smelt op een positieve manier. Om te voorkomen dat brosheid optreedt, mag waterstof niet gebruikt worden bij het lassen van ferritische stalen evenals aluminium.

Gasmengsels

Gasmengsels worden als lasersgas en als beschermgas gebruikt. Deze mengsels kunnen door de fabrikant kant-en-klaar gemengd aangeleverd worden, maar ook ter plekke gemengd worden. Als beschermgassen worden bijvoorbeeld wel mengsels van argon met CO2 gebruikt net als mengsels van argon met helium.