Print deze pagina
PrintversieHieronder zullen enkele veel voorkomende laserbewerkingen en hun relatie met het gebruik van gassen kort besproken worden.
Lassen en solderen
De gassen die bij het laserlassen gebruikt worden zijn ervoor nodig om het optiek te beschermen, het materiaal tegen oxidatie te beschermen en plasmavorming te onderdrukken.
Onderstaande tabel geeft een overzicht van veel gebruikte beschermgassen voor het laserlassen.
| Eigenschap | Helium | Argon | Stikstof | CO2 | 20% He + 80 Ar |
|---|---|---|---|---|---|
| Zuiverheid | 4.6 | 4.6 | 5.0 | 4.5 | 4.6 |
| Ionisatie-energie [eV] | hoog 25.4 | gem. 15.7 | gem. 15.5 | gem. 15.5 | gem. 15.5 |
| Plasma onderdrukking | zeer goed | redelijk | redelijk | redelijk | goed |
| Bescherming tegen oxidatie | goed | zeer goed | goed | slecht | zeer goed |
| Verbruik [l/min] | 20 à 30 | 30 à 45 | 30 à 45 | 30 à 45 | 23 à 35 |
| Effect op lasgeometrie | verdiepend | verbredend | iets verdiepend | normaal | normaal |
| Kosten | hoogst | gem. | laag | laagst | gem. |
Bron: dictaat Materiaalbewerking met lasers
Bij het lasersolderen worden twee onderdelen aan elkaar verbonden door een derde materiaal te smelten en niet de onderdelen zelf. Omdat dit niet met zulke hoge vermogens gepaard gaat als laserlassen, is er geen pluimvorming. Oxidatiebescherming kan met gas, maar kan ook met vloeistof die al in het verbindingsmateriaal verwerkt zit. Ook het risico voor spatten is niet zo groot.
Snijden en boren
Bij het lasersnijden en -boren moet materiaal verwijderd worden. Dit gebeurt bij het lasersnijden vaak en bij het laserboren soms, met een gas dat het gesmolten materiaal weg moet blazen: het uitdrijfgas. Dit gas wordt coaxiaal aan de laserstraal toegevoerd en kan reactief (zuurstof) of niet-reactief zijn (meestal stikstof). De gassen heten dan respectievelijk brandgassen en snijgassen, de bewerkingen heten respectievelijk laserbrandsnijden en het lasersmeltsnijden. Wanneer een reactief gas gebruikt wordt, zal de laserstraal het materiaal verhitten tot boven de verbrandingstemperatuur waarna het door het reactieve gas tot ontbranding zal worden gebracht. Bij deze verbranding zal warmte vrijkomen die een hogere snijsnelheid mogelijk maakt. Wanneer het niet mogelijk is om een reactief gas te gebruiken (bijvoorbeeld wanneer geen oxidatie op mag treden) kan ook gebruik gemaakt worden van een niet-reactief gas. Omdat het materiaal nu niet tot ontbranding wordt gebracht en er dus geen extra energie vrij komt, is het noodzakelijk om in dit geval de gassen onder een hoge druk toe te voeren om nog een relatief hoge bewerkingssnelheid te realiseren.
Het boren en snijden kan ook gebeuren door het materiaal te sublimeren, er wordt dan gesproken over sublimatieboren en sublimatiesnijden. In dat geval wordt er geen uitdrijfgas gebruikt.
Onderstaande figuur geeft een schematische weergave van lasersnijproces.
Onderstaande tabel laat mogelijke combinaties zien van gebruikte snijgassen en materialen.
| Materiaal | lage druk O2 | hoge druk N2 |
|---|---|---|
| ongelegeerd staal | • |
• |
| laaggelegeerd staal | • |
• |
| hooggelegeerd staal | • |
|
| roestvast staal | • |
|
| verzinkt staal | • |
• |
| geverfd staal | • |
|
| Ni- en Co-basislegeringen | • |
|
| Aluminium en Al-legeringen | • |
|
| Titaan en titaanlegeringen | • (argon) |
|
| Koper en koperlegeringen |
Bron: Hoogvermogen lasers voor het bewerken van metalen, vm 121, februari 2002, FME-CWM.
Oppervlaktebewerkingen
Bij oppervlaktebewerkingen worden gewenste eigenschappen van een productoppervlak (zoals bijvoorbeeld de hardheid) verbeterd. Stikstof en argon worden bij deze bewerkingen vaak gebruikt om oxidatie van het materiaal te voorkomen. Een oppervlaktebewerking die in het bijzonder in dit verslag terugkomt is het lasercladden. Hierbij wordt op het basismateriaal een deklaag aangebracht die zich niet met het basismateriaal mengt. De bewerking verloopt als volgt: eerst wordt het basismateriaal door de laser tot smelten gebracht waarna de clad-deeltjes op het basismateriaal worden gespoten.
