Print deze pagina
PrintversieGassen die gebruikt worden op de plaats waar de laserbewerking plaatsvindt, worden toegevoerd met nozzles. De gassen waar het hier om gaat zijn de snijgassen, de beschermgassen voor het materiaal en tegen plasma en de gassen die gebruikt worden om de clad deeltjes te vervoeren bij het lasercladden. In onderstaande figuur wordt een voorbeeld getoond van een nozzle voor het lasersnijden. In deze paragraaf zullen wat algemene dingen over het gebruik van nozzles verteld worden evenals het gebruik van nozzles in bovengenoemde specifieke gevallen.
Algemeen
Zoals al bij optiekbescherming aan de orde is geweest, kan de gasaanvoer coaxiaal aan de laserstraal plaatsvinden of onder een hoek. Nozzles kunnen aan de laserkop bevestigd zijn, in de laserkop geïntegreerd zijn in het geval van coaxiale gastoevoer, de nozzle kan op een vaste plaats staan of met het werkstuk meebewegen. De keuze van positie en bevestiging van de nozzle zijn onder andere afhankelijk van het proces, of de laserkop dan wel het werkstuk beweegt dan wel beide en welke eisen aan het product gesteld worden.
Factoren waar rekening mee gehouden dient te worden bij het gebruik van nozzles bij de laserbewerking zijn: druk, snelheid en debiet van het beschermgas, de stroming (laminair of turbulent), de positie en richting van de nozzle, de afstand tussen nozzle-opening en werkstuk, de geometrie van de nozzle-opening, etc.. Enkele van deze factoren zullen hieronder verder besproken worden.
Nozzles voor het lasersnijden en -boren
Bij het lasersnijden worden gassen gebruikt om gesmolten materiaal weg te blazen. Zoals eerder vermeld kunnen deze gassen zowel reactief als niet-reactief zijn. Om goed te werken is het belangrijk dat de gassen onder hoge druk en met hoge snelheid ter plekke van de bewerking op het werkstuk geblazen worden. Hierbij is een kleine nozzle-opening van belang. De snijgassen worden altijd coaxiaal aan de laserstraal toegevoerd. Verder is de nozzle-plaatafstand (de afstand tussen het oppervlak van de plaat en de uitstroomopening van de nozzle) een kritische parameter die bij het bewerken constant gehouden dient te worden. Deze afstand ligt meestal tussen 0 en 2,5 mm. De verhouding tussen de nozzle-plaatafstand en de diameter van de nozzle-opening ligt meestal tussen 0,2 en 0,8. Ook de geometrie van de nozzle-uitstroomopening is van belang voor de snijsnelheid en -kwaliteit.
Als de gas(over-)druk hoger is dan 0,2 MPa, is de gasstroom supersoon. Bij gasdrukken hoger dan 0,6 MPa worden speciale nozzles gebruikt. Gasdrukken tot wel 2 MPa komen in de praktijk voor bij het lasersmeltsnijden, bij het laserbrandsnijden blijven de drukken meestal beperkt tot 0,4 MPa.
Omdat nozzles in het bijzonder bij het lasersnijden aan slijtage onderhevig zijn vanwege het feit dat ze zich heel dicht bij het proces bevinden en gassen onder hoge druk en snelheid moeten doorvoeren, zijn ze zo ontworpen dat ze makkelijk te vervangen zijn.
Nozzles voor beschermgastoevoer
Bij beschermgassen is het belangrijk dat de stroom laminair en langzaam het werkstuk op geblazen wordt, zodat er geen turbulentie ontstaat die lucht insluit. Insluiten van lucht heeft tot gevolg dat het beschermgas zijn werk (het materiaal beschermen tegen oxidatie en plasmavorming tegen gaan) over het algemeen niet goed kan doen. Naast het feit dat bij een te hoge uitstroomsnelheid lucht aangezogen kan worden, kan een te hoge snelheid ook een negatieve invloed hebben op het smeltbad bij het laserlassen.
Om turbulentie tegen te gaan, mogen zich geen obstakels tussen de uitstroomopening van het gas en de bewerking bevinden. Ook zal het gasmondstuk een voldoende grote doorlaat moeten hebben om een voldoende debiet bij een lage gassnelheid mogelijk te maken. Bij het voorkomen van het mengen van het beschermgas en lucht is het ook handig wanneer de nozzle het bewerkingsgebied zoveel mogelijk afdekt. Dit kan ook nog een besparing van beschermgas opleveren, in het bijzonder wanneer helium gebruikt wordt dat lichter is dan lucht.
Bij het laserlassen moet de nozzle moet zo gepositioneerd en gericht worden dat het beschermgas de smelt bedekt evenals het gebied dat aan het afkoelen is, omdat oxidatie ook nog steeds kan optreden als het materiaal al weer in vaste toestand is maar de temperatuur nog hoog is. Er wordt in dit geval gesproken over slepende gastoevoer (zie onderstaande figuur). Om zeker te zijn van een goede bescherming, wordt soms de beschermgastoevoer al ingeschakeld voordat de laserbewerking begint en pas uitgeschakeld enkele seconden nadat de laserbewerking al beëindigd is. Er dient dan ook rekening mee gehouden te worden dat de bewerkingskop de juiste positie blijft houden.
Bron: dictaat Materiaalbewerking met lasers
Wanneer bij het laserlassen een volledige doorlas gemaakt wordt, wordt soms zowel aan de boven- als de onderkant van het materiaal beschermgas toegevoerd. Beschermgas dat toegevoerd wordt vanaf de andere kant dan waar de laserstraal vandaan komt, wordt backing gas genoemd. Een backing gas wordt voornamelijk toegepast, wanneer het uiterlijk van de las erg belangrijk is.
In een zeer enkel geval wordt het beschermgas niet ter plekke van een bewerking aan een product toegevoerd, maar bevindt het hele product zich in een overdrukkamer met beschermgas.
Nozzles voor het lasercladden
Bij het lasercladden worden twee procesgassen tegelijk gebruikt: een beschermgas en een transportgas voor de clad deeltjes. Het beschermgas wordt altijd coaxiaal aan de laserstraal toegevoerd. Het gas dat gebruikt wordt om de clad deeltjes mee te voeren (het conveying gas), kan zowel coaxiaal als onder een hoek toegevoerd worden (zie onderstaande figuur).
