6 Geavanceerde nieuwe lastechnieken in moderne productie

1. Laserlassen

Laserlassen maakt gebruik van laserstraling om het oppervlak van het materiaal te verhitten, waarbij de warmte intern wordt geleid door warmteoverdracht. Door parameters als laserpulsbreedte, energie, piekvermogen en herhalingsfrequentie te regelen, wordt een specifiek smeltbad gevormd op het werkstuk.

Puntlassen van de las

Continu laserlassen

Laserlassen kan worden bereikt door het gebruik van een continue of gepulseerde laserstraal.

Het principe van laserlassen kan worden onderverdeeld in twee categorieën: warmtegeleidingslassen en laser dieptelassen penetratielassen.

• Lassen door warmtegeleiding: Treedt op wanneer de vermogensdichtheid minder is dan 10¹⁰W cm².
• Diep doordringlassen met laser: Treedt op wanneer de vermogensdichtheid hoger is dan 10¹⁰W cm²Het vormen van "gaten" in het metaal door hoge hitte, gekenmerkt door hoge snelheid en een hoge diepte-breedteverhouding.

Laserlastechnologie wordt op grote schaal gebruikt in zeer nauwkeurige productiesectoren zoals auto's, schepen, vliegtuigen en hogesnelheidsspoorwegen. Het heeft de levenskwaliteit van mensen enorm verbeterd en de industrie van huishoudelijke apparaten het tijdperk van de precisiefabricage ingeduwd.

Met name de naadloze lastechnologie van 42 meter die Volkswagen heeft ontwikkeld, heeft de integriteit en stabiliteit van de carrosserie aanzienlijk verbeterd.

Haier Group, een toonaangevende onderneming op het gebied van huishoudelijke apparatuur, heeft met trots de eerste wasmachine gelanceerd die geproduceerd is met behulp van laser naadloze lastechnologie.

De geavanceerde lasertechnologie kan het leven van mensen ingrijpend veranderen.

2. Laser hybride lassen

Laserhybride lassen combineert laserstraallassen en MIG (Metal Inert Gas) lastechnologie om optimale laseffecten te verkrijgen, gekenmerkt door hoge lassnelheden en uitstekende overbrugging van lasnaden. Deze methode maakt gebruik van de precisie en hoge energiedichtheid van laserlassen met de veelzijdigheid en mogelijkheden van toevoegmateriaal van MIG-lassen.

Voordelen van Laser Hybride Lassen

Laserhybride lassen wordt momenteel beschouwd als een van de meest geavanceerde lasmethoden vanwege de vele voordelen:

1. Hoge snelheid: De combinatie van laser- en MIG-lassen zorgt voor hogere lassnelheden in vergelijking met traditionele lasmethoden.
2. Minimale thermische vervorming: De geconcentreerde warmte-inbreng van de laser vermindert de totale warmte-inbreng, waardoor thermische vervorming tot een minimum wordt beperkt.
3. Kleine warmte-beïnvloede zone (HAZ): De nauwkeurige controle van de laser resulteert in een kleinere HAZ, waardoor de metaalstructuur en de mechanische eigenschappen van de las behouden blijven.
4. Uitstekende laskwaliteit: De hybride benadering verbetert de laskwaliteit door de diepe penetratie van laserlassen te combineren met de mogelijkheden van toevoegmateriaal van MIG-lassen.

Toepassingen van Laser Hybride Lassen

Laserhybride lassen is veelzijdig en geschikt voor diverse toepassingen buiten autoplaatconstructies:

1. Auto-industrie: Ideaal voor het lassen van dunne metalen platen in autocarrosserieën, met een hoge precisie en sterkte.
2. Betonpompen en mobiele kraanarmen: In deze toepassingen wordt vaak staal met een hoge sterkte gebruikt en laserhybride lassen vermindert de noodzaak voor extra processen zoals voorverwarmen, waardoor de kosten dalen.
3. Spoorvoertuigen: Zorgt voor sterke en duurzame lassen die nodig zijn voor de structurele integriteit van spoorvoertuigen.
4. Conventionele staalconstructies: Toepasbaar bij de constructie van bruggen, brandstoftanks en andere staalconstructies, voor robuuste en betrouwbare lassen.

3. Wrijvingsroerlassen

Wrijvingsroerlassen (FSW) is een innovatieve en zeer effectieve lastechniek die wrijvingswarmte en plastische vervormingswarmte als primaire warmtebronnen gebruikt. Dit proces is vooral opmerkelijk omdat het materialen kan verbinden zonder ze te smelten, waardoor hun oorspronkelijke eigenschappen behouden blijven en defecten tot een minimum worden beperkt.

Procesoverzicht

Bij FSW wordt een cilindrische of speciaal gevormde pen, zoals een cilinder met schroefdraad, in de lasnaad van het werkstuk gestoken. De laskop, waarin de pen zit, draait op hoge snelheid en wrijft tegen het materiaal bij de lasnaad. Deze wrijving genereert warmte, waardoor het materiaal zacht wordt en plastisch wordt zonder het smeltpunt te bereiken.

Belangrijkste stappen in wrijvingsroerlassen

1. Klem: Het werkstuk moet stevig op een steun worden bevestigd om beweging tijdens het lassen te voorkomen.
2. Inbrengen en draaien: De laskop draait op hoge snelheid terwijl de pen in de lasnaad wordt gestoken. De naad van het randwerkstuk beweegt ten opzichte van de laskop.
3. Wrijving en roeren: Het uitstekende deel van de laskop steekt in het materiaal, waardoor wrijving ontstaat en het zacht geworden materiaal wordt geroerd. De schouder van de laskop wrijft tegen het oppervlak van het werkstuk en genereert zo extra warmte. Deze actie helpt het overlopen van plastic materiaal te voorkomen en verwijdert de oxidelaag aan het oppervlak.
4. Sleutelgat Formatie: Aan het einde van het lasproces wordt meestal een sleutelgat achtergelaten op het punt waar de laskop uittreedt. Dit sleutelgat kan indien nodig worden verwijderd of afgedicht met een andere lasmethode.

Voordelen van wrijvingsroerlassen

• Lassen van hoge kwaliteit: FSW produceert sterke lassen van hoge kwaliteit met minimale defecten.
• Veelzijdigheid: Hij kan een verscheidenheid aan ongelijksoortige materialen lassen, waaronder metalen, keramiek en kunststoffen.
• Mechanisatie en automatisering: Het proces is zeer geschikt voor mechanisatie en automatisering, wat leidt tot een consistente kwaliteit.
• Kostenefficiëntie: FSW is een kosteneffectieve methode vanwege de hoge efficiëntie en lage defectpercentages.

Toepassingen

Wrijvingsroerlassen wordt veel gebruikt in industrieën zoals lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie, scheepsbouw en spoorwegen, waar verbindingen met hoge sterkte en hoge kwaliteit essentieel zijn. Het vermogen om ongelijke materialen te verbinden maakt het ook waardevol in productietoepassingen die de combinatie van verschillende materiaaleigenschappen vereisen.

4. Elektronenbundellassen (EBW)

Elektronenbundellassen (EBW) is een geavanceerde lastechniek waarbij gebruik wordt gemaakt van de warmte-energie die wordt opgewekt door een versnelde en gefocusseerde elektronenbundel. Deze bundel bombardeert het te lassen materiaal, al dan niet in een vacuümomgeving, om de gewenste las te maken.

Toepassingen

EBW wordt veel gebruikt in diverse precisie-industrieën, waaronder:

• Ruimtevaart
• Atoomenergie
• Nationale defensie en militairen
• Auto-industrie
• Elektrische instrumenten

De techniek wordt geprefereerd vanwege de vele voordelen, zoals de afwezigheid van elektroden, verminderde oxidatie, uitstekende herhaalbaarheid van het proces en minimale thermische vervorming.

Werkingsprincipe

1. Elektronenemissie: Elektronen worden uitgezonden vanaf de kathode van het elektronenkanon.
2. Versnelling: Onder invloed van een versnellende spanning worden deze elektronen versneld tot snelheden variërend van 0,3 tot 0,7 keer de lichtsnelheid, waarbij ze aanzienlijke kinetische energie opdoen.
3. Scherpstellen: De elektronenbundel met hoge dichtheid wordt gefocust met elektrostatische en elektromagnetische lenzen in het elektronenkanon.
4. Impact en warmteontwikkeling: Wanneer de elektronenbundel het oppervlak van het werkstuk raakt, wordt de kinetische energie omgezet in warmte-energie, waardoor het metaal snel smelt en verdampt.
5. Sleutelgat Formatie: De metaaldamp onder hoge druk creëert een klein gaatje, bekend als een sleutelgat, op het oppervlak van het werkstuk.
6. Lasvorming: Terwijl de elektronenbundel en het werkstuk ten opzichte van elkaar bewegen, stroomt het vloeibare metaal rond het sleutelgat en stolt, waardoor de las aan de achterkant van het smeltbad wordt gevormd.

Belangrijkste kenmerken

1. Penetratie en vermogensdichtheid: De elektronenbundel heeft een sterke penetratie en een hoge vermogensdichtheid, wat resulteert in een grote diepte-breedteverhouding van de las, die kan oplopen tot 50:1. Dit maakt het mogelijk om materialen van grote dikte in één keer te lassen, met een maximale lasdikte tot 300 mm. Hierdoor kunnen materialen met een grote dikte in één keer worden gelast, met een maximale lasdikte tot 300 mm.
2. Toegankelijkheid en snelheid: EBW biedt een uitstekende toegankelijkheid en hoge lassnelheden, meestal meer dan 1m/min.
3. Door hitte getroffen zone: Het proces produceert een kleine warmte-beïnvloede zone, wat leidt tot minimale lasvervorming en hoge structurele precisie.
4. Veelzijdigheid: De energie van de elektronenbundel kan worden aangepast voor een breed scala aan metaaldiktes, van 0,05 mm tot 300 mm, zonder dat er een groef nodig is. Dit maakt EBW een veelzijdige optie in vergelijking met andere lasmethoden.
5. Materiaal compatibiliteit: EBW is geschikt voor het lassen van diverse materialen, met name actieve metalen, vuurvaste metalen en werkstukken van hoge kwaliteit.

5. Ultrasoon lassen van metaal

Ultrasoon metaallassen is een unieke en geavanceerde methode om gelijksoortige of ongelijksoortige metalen te verbinden door gebruik te maken van de mechanische trillingsenergie van de ultrasone frequentie. In tegenstelling tot traditionele lasmethoden vereist ultrasoon metaallassen geen elektrische stroom of hittebron op hoge temperatuur die op het werkstuk wordt toegepast.

Werkingsprincipe

Bij ultrasoon metaallassen wordt de trillingsenergie van de ultrasone transducer onder statische druk omgezet in wrijvingsarbeid, vervormingsenergie en een beperkte temperatuurstijging. Dit proces resulteert in metallurgische hechting tussen de verbindingen, waardoor een las in vaste toestand ontstaat zonder de basismetalen te smelten. De mechanische trillingen zorgen ervoor dat de metaaloppervlakken tegen elkaar wrijven, waardoor oppervlakteoxiden en verontreinigingen worden afgebroken en de schone metaaloppervlakken zich op moleculair niveau kunnen hechten.

Voordelen

Ultrasoon lassen van metaal biedt verschillende voordelen:

• Snelheid: Het lasproces verloopt snel, vaak in een fractie van een seconde.
• Energie-efficiëntie: Het verbruikt minder energie in vergelijking met traditionele lasmethoden.
• Hoge fusiesterkte: De geproduceerde lassen zijn sterk en duurzaam.
• Goed geleidingsvermogen: Het proces behoudt de elektrische en thermische geleidbaarheid van de materialen.
• Gebrek aan vonken: Er is geen vonkvorming, waardoor het veiliger en schoner is.
• Koude verwerking: Het proces is vergelijkbaar met koud bewerken, waarbij thermische vervorming en restspanningen tot een minimum worden beperkt.

Toepassingen

Deze lastechniek is veelzijdig en kan worden gebruikt voor:

• Enkel puntlassen: Ideaal voor kleine, precieze lasnaden.
• Meerpuntlassen: Geschikt voor toepassingen waarbij meerdere laspunten nodig zijn.
• Kort bandlassen: Effectief voor het verbinden van korte lengtes metalen strips.

Materialen die vaak worden gelast met ultrasoon metaallassen zijn onder andere:

• Koper
• Zilver
• Aluminium
• Nikkel
• Andere non-ferro draden of platen

De technologie wordt op grote schaal gebruikt in verschillende industrieën voor toepassingen zoals:

• Lassen van SCR (Silicon-Controlled Rectifier)-kabels
• Zekeringen
• Elektrische kabels
• Lithium batterij poolstukken
• Poologen

Beperkingen

Ondanks de voordelen heeft ultrasoon metaallassen enkele beperkingen:

• Dikte: De gelaste metalen onderdelen mogen over het algemeen niet dikker zijn dan 5 mm.
• Grootte laspunt: Het laspunt mag niet te groot zijn.
• Vereiste druk: Er moet voldoende druk worden uitgeoefend om een succesvolle las te verkrijgen.

6. Stuiklassen

Stuiklassen is een gespecialiseerde lastechniek die wordt gebruikt om twee metalen stukken samen te voegen door ze te verhitten met elektrische weerstand en vervolgens druk uit te oefenen om ze samen te smeden. Deze methode is bijzonder effectief voor het verbinden van metalen met een hoog elektrisch geleidingsvermogen en wordt veel gebruikt in verschillende industriële toepassingen, waaronder de productie van treinrails, pijpen en structurele onderdelen.

Principe van stomplassen

Het principe van stuiklassen houdt in dat je een stuiklasmachine gebruikt om de twee uiteinden van de metalen stukken met elkaar in contact te brengen. Hier volgt een gedetailleerd overzicht van het proces:

1. Eerste contact en verwarming:
   • De twee metalen stukken die gelast moeten worden, worden op hun plaats gehouden door twee klemelektroden die verbonden zijn met een voeding.
   • Er wordt een lage spanning en hoge stroom toegepast, waardoor het metaal op het contactpunt warm wordt door de elektrische weerstand.
   • Als de beweegbare klem wordt bewogen, maken de twee eindvlakken van de stukken licht contact, waardoor ze worden geëlektriseerd en verhit.
2. Vorming van Flash:
   • De verhitting zorgt ervoor dat het metaal op het contactpunt een gesmolten toestand bereikt, wat leidt tot de vorming van een vonk of flits wanneer het vloeibare metaal explodeert.
   • Dit knipperen gaat door naarmate de beweegbare armatuur vordert, waardoor beide uiteinden van de stukken verder worden verwarmd.
3. Smeden en lassen:
   • Zodra het metaal de gewenste temperatuur heeft bereikt en voldoende zacht is geworden, worden de uiteinden van de twee werkstukken samen geëxtrudeerd.
   • De lasstroom wordt uitgeschakeld en er wordt snel axiale druk uitgeoefend om de stukken aan elkaar te smeden, waardoor de verbinding stolt.
   • De weerstand van de las helpt om de hitte vast te houden en zorgt voor een sterke las.

Gedetailleerde procesbeschrijving

• Klemmen en vermogenstoepassing:
  • De metalen stukken worden stevig vastgehouden door klemelektroden.
  • De voeding wordt geactiveerd en er stroomt een hoge stroom door het contactpunt, waardoor weerstandswarmte wordt gegenereerd.
• Verwarming en Flash-vorming:
  • Het aanvankelijke lichte contact tussen de metalen stukken veroorzaakt plaatselijke verhitting.
  • Als het metaal opwarmt en een gesmolten toestand bereikt, wordt er een flits geproduceerd vanwege de explosieve aard van het vloeibare metaal op het contactpunt.
  • Dit knipperen gaat door naarmate de beweegbare klem vordert, zodat beide uiteinden voldoende worden verwarmd.
• Definitief smeden en stollen:
  • Bij het bereiken van de optimale temperatuur wordt het lasvermogen uitgeschakeld.
  • Er wordt axiale druk uitgeoefend om de metalen stukken aan elkaar te smeden, waardoor een solide en sterke lasverbinding ontstaat.

Voorbeeld: Stalen stomplassen

Bij het stomplassen van staal worden twee stalen staven in een stomplas geplaatst. De lasstroom die door het contactpunt loopt, genereert weerstandswarmte, waardoor het metaal smelt en er een sterke vonk ontstaat. Bij deze vonk komen spoormoleculen vrij die vaak gepaard gaan met een penetrante geur. Het lasproces wordt voltooid door snel smeedkracht toe te passen, wat resulteert in een robuuste en duurzame las.

Voordelen van Flash Stuiklassen

• Hoogwaardige verbindingen: Produceert sterke en betrouwbare lassen met uitstekende mechanische eigenschappen.
• Efficiëntie: Het proces verloopt relatief snel en kan worden geautomatiseerd voor hoge productiesnelheden.
• Veelzijdigheid: Geschikt voor een breed scala aan metalen en toepassingen, waaronder grootschalige industriële projecten.