TI.07.34 Laserlassen vs. Conventionele Lastechnieken

TI.07.34 - “Laserlassen vs. conventionele lastechnieken (voorbereidingstraject)” 1

Tech-Info-blad Laserlassen vs. conventionele lastechniekennr. TI.07.34februari 2007

Een vergelijking van lastechnieken voor kleine series producten(voorbereidingstraject)De veelheid van eisen enerzijds en verbindingstechnieken anderzijds maken eenjuiste keuze van het verbindingsproces moeilijk. De FME heeft het initiatief genomenom samen met andere partijen als de FDP, TNO, Syntens, NIMR, NIL, TU-Delft enUniversiteit Twente, te komen tot kennisoverdracht op dit gebied. Dit initiatief isondersteund door een financiële bijdrage van het Ministerie van Economische zaken(SenterNovem) en heeft geleid tot vele publicaties en de ontwikkeling van de web-site www.dunneplaat-online.nl. Via deze website kan de gebruiker komen tot de se-lectie van een verbindingsproces voor zijn specifieke situatie. Ten aanzien van hetverbinden geldt de proceskeuze voor een materiaaldikte van 0,3 mm tot 3 mm, ter-wijl voor het lassen de proceskeuze geldig is voor materiaaldikten van 0,3 tot 20 mm.De verbindingsproceskeuze matrix wordt voortdurend aangevuld met de laatsteontwikkelingen en beschikbare informatie (nieuwe materialen, nieuwe verbindings-processen), zodat de gebruiker altijd verzekerd is van de meest recente informatie.

Inhoud 1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Ontwikkeling lasprocessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 Procesomschrijvingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

3.1 Laserlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.1.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.1.2 CO2-laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.1.3 Nd:YAG-laser (staaf) . . . . . . . . . . . . . . . . 43.1.4 Nd:YAG-laser (disc) . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.1.5 Diodelaser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1.6 Fiberlaser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.2 Enkele moderne lasprocessen . . . . . . . . . . . . . . 63.2.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.2.2 PPAW lassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.2.3 “Koude “ varianten van het MIG/MAG lassen 7

3.3 Conventionele lasprocessen . . . . . . . . . . . . . . . 73.3.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.3.2 Booglassen met beklede elektroden (Bmbe) 73.3.3 MIG/MAG lassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.3.4 TIG lassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.3.5 Weerstandlassen (puntlassen) . . . . . . . . . 10

4 Lasdetails bij laserlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.2 Ontwerpen voor laserlassen: algemene

aandachtspunten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.3 Gestileerd product: lasnaadtypes . . . . . . . . . . . 11

4.3.1 Lasnaadtypes plaat/plaat . . . . . . . . . . . . 114.3.2 Lasnaadtypes buis/plaat . . . . . . . . . . . . . 134.3.3 Lasnaadtypes buis/buis . . . . . . . . . . . . . 14

4.4 Voorbeelden construeren naar laserlassen . . . . . 14 5 Kiezen van het juiste lasproces . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.2 Voorbeelden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.3 Keuzematrix lasprocessen . . . . . . . . . . . . . . . . 175.4 Kosten laserlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175.5 Minimum en maximum te lassen materiaaldikte

voor verschillende lasprocessen . . . . . . . . . . . . 21 6 Opleidingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

6.1 Opleidingen laserlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246.2 Conventionele lasprocessen . . . . . . . . . . . . . . 25

7 Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 8 Literatuur en bronvermelding . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 9 Websites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2610 Case proces en conceptkeuze voor het produceren van

stalen legborden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1 InleidingDeze publicatie is tot stand gekomen door de inspanningvan boven genoemde partijen en heeft tot doel de gebrui-ker een vergelijkend overzicht te bieden ten aanzien vanhet laserlassen met een aantal conventionele en recentelasprocessen. De publicatie is met name gericht op Neder-landse MKB bedrijven die over het algemeen te makenhebben met het vervaardigen van kleine series producten.Hoewel het moeilijk is aan te geven waar de grens ligtten aanzien van kleine series producten, wordt in dezepublicatie een grens van maximaal 500 producten aange-houden voor kleine series. Uiteraard kunnen ook dit soortseries als ze herhalend over het jaar terugkomen uitgroei-en tot middelgrootte (500<n<5000) dan wel groteseries (>5000) producten. Deze publicatie richt de aan-

dacht op het voorbereidingstraject ten aanzien van hetlassen. De fabricage aspecten worden uitgebreid behan-deld in de publicatie “Laserlassen/conventionele lastech-nieken - een vergelijking van lastechnieken voor kleineseries producten (fabricagetraject)”.Beide publicaties tezamen behandelen het totale trajectvan de voorbereiding en daadwerkelijke fabricage vanproducten.In de beperkte omvang van deze publicatie is het goed tebeseffen dat een dergelijke vergelijking nooit volledigkan zijn, omdat er vele varianten zijn die een rol spelen.Varianten waarvan de gebruiker bepaalt of ze belangrijkzijn of niet. Door de betrokkenen is bij het samenstellenvan deze publicatie daarom een keuze gemaakt ten aan-zien van de onderwerpen die in deze brochure aan bodkomen. Meer informatie kan worden gevonden op deeerder genoemde website.

2 Ontwikkeling lasprocessenZo'n zestig jaar geleden werd het lassen bijna altijd metde hand en meestal met behulp van het booglassen metbeklede elektroden (Bmbe) uitgevoerd; er was sprake vaneen zeer beperkte mogelijkheid waar het de keuze vanhet lasproces betrof. Tot de jaren 60 was het lassen metbeklede elektroden de standaard in de industrie.Weliswaar waren er voor de zestiger jaren reeds diverselasmethoden ontwikkeld, zoals het autogeen lassen, TIG-lassen, MIG/MAG-lassen, alsmede een aantal andere pro-cessen; deze technieken hadden echter nog geen alge-mene ingang gevonden in het productieproces. De in-dustrie was in deze periode vooral geïnteresseerd in demogelijkheden van MIG/MAG-lassen. Na een moeizameintroductieperiode, menige techniek zou het niet hebbengehaald, bleek MIG/MAG-lassen zoveel voordelen te bie-den dat het alsnog doorbrak voor productietoepassingen.Hierbij gaven vooral de economische voordelen en flexi-biliteit van het proces de uiteindelijke doorslag.

In de jaren 70 vond een geleidelijke overgang plaats naarhet toepassen van dunnere materialen en het accent tenaanzien van de ontwikkelingen van lasprocessen ver-schoof in deze periode daardoor eveneens naar geringemateriaaldikten. In deze jaren gaven ook de ontwikke-lingen in de elektronica nieuwe mogelijkheden voor ge-avanceerdere procesbesturingen van stroombronnen. Erkwamen tal van nieuwe typen stroombronnen op demarkt, waarvan de inverter stroombron de meest succes-volle bleek te zijn. Het puls-MIG-lassen kwam tot eensnelle ontwikkeling, eveneens mogelijk gemaakt door demogelijkheden van de moderne elektronica. Hoewel deeerste ontwikkelingen gericht waren op het puls-MIG-lassen van aluminium, volgden later staal, roestvaststaalen talrijke andere metalen. In dezelfde tijd werden deeerste lasers toegepast voor metaalbewerking, al be-perkte dit zich nog tot boren en snijden.

2 TI.07.34 - “Laserlassen vs. conventionele lastechnieken (voorbereidingstraject)”

Lasrobots deden hierna hun intrede, waarbij met name hetMIG/MAG-proces gekoppeld werd aan een robot. De in-dustrie had vele vragen ten aanzien van het gebruik vanlasrobots: wat zijn de mogelijkheden, welke parameterszijn van belang, is de investering wel terug te verdienen,moeten mijn producten aan speciale eisen voldoen, is deapparatuur bedrijfszeker, enz, enz? Onderzoekprogram-ma's werden opgestart om de industrie te voorzien vanantwoorden op al deze vragen. Maar ook vragen als: moe-ten de producten aangepast worden om ze geschikt te ma-ken voor het robotlassen, welke mogelijkheden biedt hetoff-line programmeren, en het gebruik van sensoren vroe-gen om een antwoord. Tevens was er in de jaren 80 eenverschuiving zichtbaar van de toepassing van staal naaraluminium. Dit bracht de vraag mee welke lasprocessenhet meest geschikt waren voor het lassen van aluminium.

De jaren 90 kenmerkten zich door de doorbraak van delaser als productiemiddel. Eerst voor het snijden en borenen later voor het lassen. Aanvankelijk waren dit de CO2-en Nd:YAG-laser, later aangevuld met varianten van dezetypen of volledig nieuwe typen lasers. Ook het traditio-nele MAG-kortsluitbooglassen, dat als nadeel kent dathet veel spat, kreeg in deze periode door de ontwikke-ling van de elektronica nieuwe kansen. Door een juistesturing van de procesparameters bleek het mogelijk tezijn het MAG-kortsluitbooglassen uit te voeren zonderspatten met als bijkomend voordeel een minimum aanwarmte-inbreng en dus vervormingen.

Eind negentiger jaren en begin 2000 vonden zowel be-langrijke ontwikkelingen op het gebied van het laserlas-sen, als ten aanzien van het traditionele lassen plaats.Poeder plasmalassen, tandem-arc en twin-arc MIG/MAG-lassen en hoogvermogen MIG/MAG-lassen zijn in dezejaren tot ontwikkeling gekomen. Deze lasprocessen zijnvooral ontwikkeld met als doel om de lassnelheid en/ofneersmeltsnelheid te verhogen.

Anno 2006 gaan deze ontwikkelingen nog steeds door,waarbij een tendens waarneembaar lijkt, dat lasproces-sen gecombineerd worden in de vorm van zogenaamdehybride technieken. Hierbij wordt vooral veel aandachtgeschonken aan de combinatie van het laserlassen metMIG/MAG-lassen.In de komende jaren zullen deze ontwikkelingen verderworden geoptimaliseerd, doordat bedrijven steeds snel-ler en tegen lagere kosten hun producten willen lassen.

De motor voor verdere automatisering van het lassen ismet name het feit dat mensuren gewoon te duur zijn.Verder is er de roep vanuit het bedrijfsleven om een steedsverdere procesbeheersing met een voorspelbare kwali-teit van de lassen. Kwaliteitsbeheersing vraagt onderandere om de voorspelbaarheid van vervormingen. Omhier iets over te kunnen zeggen, zijn heel veel gegevensnoodzakelijk. Gegevens die gebruikt kunnen worden ommodellen op te zetten, die een voorspellend karakter heb-ben ten aanzien van het vervormingsgedrag van mate-rialen en producten. Het effect van de warmte-inbrengop de vervorming is bijvoorbeeld voor het puntlassenuitgebreid onderzocht, maar voor andere lasprocessenis hier veel minder van bekend.Ook het off-line programmeren, ontwerpen voor (laser)-lassen en sensortechniek zijn onderwerpen die nog veelaandacht verdienen de komende jaren. Maar ook de om-gevingscondities en arbeidsomstandigheden voor lasserszijn onderwerpen waar, door toename van de regelge-ving, de nodige aandacht aan zal moeten worden besteed.

De ontwikkeling van nieuwe materialen zoals hoge sterktestaalsoorten, hybride materialen, multimaterialen, mag-nesium, enz, zijn nieuwe uitdagingen ten aanzien vanhet verbinden. Hierbij blijft het lassen, door de voort-durende concurrentie met andere verbindingstechniekenzoals mechanisch verbinden, solderen en lijmen, eentechniek die constant in ontwikkeling zal blijven.

3 Procesomschrijvingen3.1 Laserlassen3.1.1 InleidingLaserlassen is een verbindingstechniek waarbij met be-hulp van een laserbundel de te verbinden onderdelen totsmelten worden gebracht (zie figuur 3.1). Een sterkeverbinding, die in het algemeen geen nabewerking ver-eist, is het gevolg. In Duitstalige gebieden wordt van 'La-serstrahlschweissen' gesproken, terwijl in de Engelstaligegebieden wordt gesproken van 'Laser (Beam) Welding'.

figuur 3.1 Laserlassen, geleidingslassen (links) enkeyhole of dieplassen (rechts)

In vergelijking met conventionele lastechnieken (TIG/MIGvoor plaat en pijp en puntlassen voor plaat) is het lassenmet een hoogvermogen laser snel (tot wel 15 m/min) ennauwkeurig. Bovendien vertoont laserlassen een geringewarmte beïnvloede zone in het materiaal (minder dan0,5 mm). Dit laatste heeft als voordeel dat er mindervervorming van het product optreedt. In het algemeenbehoeft een laserlas geen nabewerking (slijpen, polijs-ten). Bovendien is laserlassen flexibel in termen vanmateriaalkeuze, productgeometrie en automatisering.Nadelen van het lassen met een laser zijn de hoge eisenaan de toleranties van de te verbinden onderdelen (circa0,5 mm en minder) en dus ook hoge eisen aan de pro-ductopspanning (lasmallen). Een ander nadeel is de rela-tief hoge investering in een laserlasinstallatie, die echterin veel gevallen snel kan worden terugverdiend in ver-band met de hoge lassnelheden.

De laserlastechniek wordt met name gemechaniseerdtoegepast. Er zijn echter recentelijk ontwikkelingen inhandmatige systemen gestart voor specifieke toepas-singen. Bij het laserlassen kan een koude-draad toevoerworden gebruikt, enerzijds om de lage (product)toleran-ties te verruimen (vullen van de lasvoeg), anderzijds ommateriaalkundige eigenschappen postitief te beïnvloeden(vermindering scheurgevoeligheid).

Het woord LASER is een acroniem voor Light Amplifi-cation by Stimulated Emission of Radiation, ofwel licht-versterking door gestimuleerde emissie van straling.Een laserbron waarin de laserstraling wordt opgewekt(zie figuur 3.2) bestaat uit: een trilholte (of resonator) die is opgebouwd uit

spiegels, met daartussen een actief medium (bijvoorbeeld CO2 gas bij een CO2-

laser, een kristal bij een Nd:YAG-, een glaskern bijeen fiberlaser en half-geleidermateriaal bij een diode-laser) en

een energiebron, die energie in het medium "pompt".

De keuze voor een bepaald type laserbron voor het laser-lassen hangt af van vele factoren. Enkele belangrijke fac-toren zijn: materiaaltype en -dikte, lasnaadtype, product-vorm en de noodzaak om meerdere bewerkingsstationsvan laserlicht te voorzien vanuit één laserbron (timesharing).


figuur 3.2 Principe opbouw van een laserbron

In tabel 3.1 staat een overzicht van kenmerken van eenaantal lasertypen die het meest geschikt zijn voor hetlaserlassen. In de hierna volgende paragrafen zullen dezelasertypes meer in detail worden behandeld.

3.1.2 CO2-laserHet medium van de CO2-laser is koolzuurgas (CO2),waaraan stikstof en helium is toegevoegd. Stikstof isnodig om de CO2 moleculen in de geëxciteerde toestandte brengen. Het helium is nodig om warmte af te voeren.De golflengte van λ=10,6 µm is ervoor verantwoordelijk,dat de laserbundel slechts via spiegels naar het bewer-kingsstation kan worden geleid.

Doordat het lasermedium gasvormig is, kan de energiedie nodig is voor het opwekken van de laserstraling(pompmechanisme) via een gasontlading in het mediumworden 'gepompt' (zie figuur 3.3). Dit kan door middelvan elektroden, waardoor een gelijkstroom (DC) stroomtof door middel van 'condensator'platen waarover eenwisselspanning (AC) wordt gezet. Het energetisch rende-ment van de CO2-laser is 10 tot 15%. De verlieswarmte(85 tot 90%) wordt afgevoerd door het rondpompen vanhet gas via een warmtewisselaar. In figuur 3.4 staat eenpraktische uitvoering van de CO2-laser weergegeven.

De bundelkwaliteit1 van de CO2 laser is in vergelijking metde Nd:YAG- en de diodelaser hoog. Dit maakt de toe-passing van z.g. 'remote-welding'2 technieken mogelijk.

figuur 3.3 Opbouw van een CO2-laser

figuur 3.4 Laserbewerkingssysteem op basis van eenCO2-laser (bron: Rofin Sinar GmbH)

Gezien de hoge beschikbare vermogens (meer dan 20 kW)worden CO2-lasers toegepast voor het lassen van zoweldunne als dikke metalen (meer dan 3 mm).

tabel 3.1 Kenmerken laserbronnen

Lasertype Pmax[kW]

Rendement[%]

Bundel-kwaliteit

Fiber-koppeling?

Footprint Investering[ke/kW]*1)

Operationelekosten

CO2 20 10-15 ! " ! 80 !Diode direct 10 35 " – !! 80 !! fiber 6 35 " !! !! 90 !!cw Nd:YAG staaf*2) 4/4,5 3/10 !/! !/! "/" 100/120 "/! disc 8 20-25 !! !! ! 120 !Fiber 20 30 !! !! !! 120 !!*1) incl. koeler/bundelgeleiding*2) lamp gepompt/diode gepompt " niet geschikt/slecht ! geschikt/goed!! uitstekend

1) De bundelkwaliteit beschrijft de focusseerbaarheid van een laserbundel. De bundelkwaliteit staat rechtsreeks in verband met de volgendeparameters : spotgrootte (kleiner indien bundelkwaliteit beter is) , werkafstand optiek/werkstuk (groter) , scherpte-diepte (groter) en grootte vande ongefocusseerde laserbundel (kleiner). Meer informatie over bundelkwaliteit is te vinden in voorlichtingspublicatie VM121 'Hoogvermogenlasers voor het bewerken van metalen'.

2) Bij 'remote-welding' wordt de laserbundel gefocusseerd door middel van een scanspiegel. Deze staat op grote afstand van het product watresulteert in een groot scanveld. De scanspiegel is zeer licht en kan hierdoor met grote snelheid en hoge nauwkeurigheid bewogen worden. Ditsysteem maakt het mogelijk om tussen de laserlassen door met zeer hoge snelheid van las naar las te bewegen. Dit kan veel tijdbesparingopleveren. Remote-welding komt het best tot zijn recht bij producten die uit zeer veel lasjes (kettinglassen) bestaan. Remote-welding is echteralleen mogelijk bij een laserbundel die een hoge straalkwaliteit bezit.


3.1.3 Nd:YAG-laser (staaf)Het medium van de Nd:YAG-laser bestaat uit Neodynium(Nd) ionen die zijn ingebed in een Yttrium-Aluminium-Granaat(YAG) kristal, dat een goede warmtegeleiding vertoont.Het principe van een Nd:YAG-laser is weergegeven infiguur 3.5. Het Nd-ion is verantwoordelijk voor het uit-zenden van licht met een golflengte van λ=1,06 µm.Per staaf kan circa 500 W laserenergie worden opgewekt.Voor het verkrijgen van hoge vermogens worden daarommeerdere staven in serie geplaatst (zie figuur 3.6).

figuur 3.5 Opbouw van een Nd:YAG-laser met staaf-vormig kristal en (flits)lampen

figuur 3.6 Een 2 kW Nd:YAG-laser, waarin meerdereresonatoren in serie zijn geplaatst

Omdat het kristal niet elektrisch geleidend is, kan depompenergie niet elektrisch worden toegevoerd, maargebeurt dit optisch met behulp van krypton (flits)lampenof (AlGaAs) diodes. Omdat lampen 'wit' licht produce-ren, waarin alle golflengtes voorkomen, en de Nd-ionenslechts in een beperkte golflengteband licht absorberen,is het energetisch rendement van een lampgepompteNd:YAG-laser slechts 3%.

Door het vervangen van de lampen door diodes wordteen energetisch rendement van ongeveer 10% verkre-gen. De thermische belasting van de Nd:YAG staven ishierdoor lager, wat resulteert in een betere bundelkwali-teit. Bovendien hebben diodes een langere standtijd danlampen. Daarentegen zijn de vervangingskosten vandiodes hoger.

De voordelen van Nd:YAG-lasers t.o.v. CO2-lasers zijno.a. dat het Nd:YAG-laserlicht door een glasfiber kanworden getransporteerd en dat het beter wordt geab-sorbeerd door metalen. Inmiddels zijn Nd:YAG-lasersmet staaf beschikbaar in vermogens tot 4,5kW voorhet bewerken van dikke metalen producten.Nd:YAG-lasers zijn duurder in aanschaf dan CO2-lasers.

3.1.4 Nd:YAG-laser (disc)De golflengte van de Nd:YAG disc-laser is 1,03 µm, het-geen voor een specifiek toepassingsgebied zorgt ten aan-zien van te bewerken metalen en nauwkeurigheden. Disc-lasers met vermogens tot ca. 8 kW zijn tegenwoordigindustrieel verkrijgbaar.

De disc-laser is een diodegepompte Nd:YAG-laser envalt onder de familie van vaste-stof lasers. Qua opbouwis de disc-laser een verdere ontwikkeling op basis vaneen Nd:YAG staaf laser. Het actieve lasermedium is eenplatte schijf bestaande uit een Ytterbium (Yb) gedoopteYttrium Aluminium Granaat (YAG) kristal (zie figuur 3.7).Het kristal wordt door diode-laserpacks opgepompt. Depraktische uitvoering van de disc laser is weergegevenin figuur 3.8.

figuur 3.7 Schematische weergave van de disc-laser

figuur 3.8 Praktische uitvoering van de dis-laser (bron:Trumpf Laser GmbH)

Aan de achterzijde wordt de schijf gekoeld. Het koel-lichaam is eveneens voorzien van een reflecterende laagdie als spiegel dient in de resonator.

De opbouw en wijze van pompen van de disc-laser leverteen aantal specifieke voordelen op in vergelijking met deNd:YAG staaf laser. Het gebruik van een platte schijf inplaats van een staaf resulteert bij het oppompen in eentemperatuursverdeling over de schijf die veel homogeneris. Hierdoor heeft de laserbundel minder de neiging om tedivergeren (het z.g. 'thermal lensing' effect), waardooreen significant hogere bundelkwaliteit kan worden bereikt.Verder bezit de disc-laser een hoog procesrendement(20-25%). Hierdoor kan de laserbron compact qua afme-tingen worden gehouden, is er kleinere koelcapaciteitnoodzakelijk en kan er uiteindelijk bewerkt worden met


lagere operationele kosten. De conceptuele opbouwvan de Nd:YAG disc-laser maakt verdere verhoging vanhet maximale laservermogen in de toekomst mogelijk.

De disc-laser heeft in vergelijking met een Nd:YAG staaflaser een sterk verbeterde bundelkwaliteit. Dit vertaaltzich in een aantal interessante mogelijkheden. Ten eerstekan een kleiner focus worden verkregen. Met dit kleinefocus kunnen bij dunne metalen hogere lassnelhedenworden verkregen. Ook maakt dit kleiner focus de wegvrij voor de inzet van disc-lasers voor lasersnijden. Eenkleiner focus zorgt verder voor hogere intensiteiten bijhet lassen, waardoor met lagere vermogens de lasbe-werking kan plaatsvinden. Voor dikkere metalen kan deverbeterde bundelkwaliteit worden omgezet in een gro-tere werkafstand tussen laskop en werkstuk (verbete-ring bereikbaarheid!) en een vergroting van de scherpte-diepte. Dit maakt de weg vrij voor de toepassing van'remote-welding' technieken, waarbij de laserbundeldoor middel van een scankop zeer snel over het werk-stuk kan worden gemanipuleerd (zie figuur 3.9).

figuur 3.9 Gerobotiseerd remote-welding met grote werk-afstand tussen laskop en werkstuk (bron:Trumpf Laser GmbH)

3.1.5 DiodelaserDe diodelaser is een vaste stof laser, die werkt met eengolflengte tussen λ=0,78 en 1,1 µm. Het principe vande diodelaser is weergegeven in figuur 3.10, terwijl fi-guur 3.11 de (compacte) praktische uitvoering van eendergelijke laser weergeeft. Dit type laser is uitermate ge-schikt voor de metaalbewerking, vanwege de simpele,compacte opbouw en de relatief lage kosten. De huidigegeneratie diodelasers is inmiddels verkrijgbaar tot 10 kWin de direct-diode versie en tot 6 kW in combinatie meteen 1,0 mm fiberkoppeling. Verdere ontwikkelingengaan in de richting van het vergroten van het vermogenen het verbeteren van de bundelkwaliteit.

figuur 3.11 Praktische uitvoering diodelaser metfiberkoppeling (bron: Laserline GmbH)

De diodelaser is wat karakteristieken betreft enigszinsafwijkend in vergelijking tot de ander lasers, zoals deCO2-, Nd:YAG- en fiberlaser. Gezien de geringere bun-delkwaliteit zijn de te bereiken energiedichtheden nietzo hoog als bij de ander lasertypes. Er wordt bij de diode-laser vaak een optiek met kortere focuslengte gebruiktom voldoende energiedichtheid te verkrijgen. Hiermeewordt een kleinere werkafstand tussen laskop en werk-stuk gehanteerd, wat de bereikbaarheid van de laskopten opzichte van het product nadelig kan beïnvloeden.Daar staat tegenover dat met de diodelaser wel een zeerhoge energiedichtheid te behalen is in vergelijking metde conventionele lasprocessen.

3.1.6 FiberlaserDe golflengte van de fiberlaser ligt tussen 1,07-1,08 µm,hetgeen voor een specifiek toepassingsgebied zorgt tenaanzien van te bewerken metalen en nauwkeurigheden.Fiberlasers met vermogens tot ca. 10 kW zijn tegen-woordig industrieel verkrijgbaar.

De fiberlaser is een diodegepompte laser, die onder defamilie van vaste-stof lasers valt. Qua opbouw is defiberlaser een verdere ontwikkeling op basis van eenNd:YAG-laser (zie ook figuur 3.12). De praktische uit-voering van de fiberlaser is weergegeven in figuur 3.13.Het principe achter de fiberlaser is een fiber bestaandeuit kern en een buitenmantel ('dual core fiber'). De kernis gedoopt met Ytterbium (Yb) ionen en kan als actieflasermedium worden gezien. De buitenmantel dient er-voor dat de toegevoerde pompenergie van de diode arrayingevangen wordt en efficiënt te geleiden, zodat deYb-ionen optimaal worden aangeslagen. De opbouw enwijze van pompen van de fiberlaser levert een aantalspecifieke voordelen op in vergelijking met de Nd:YAG-

figuur 3.10 Schematische weergave van een laserdiode (links) en hoe daaruit via een ‘bar’ (midden) en een ’stack’(rechts) een bundel wordt samengesteld van de diodelaser


figuur 3.12 Schematische weergave van de fiberlaser

figuur 3.13 Praktische uitvoering van de fiberlaser (bron:IPG Photronics GmbH)

laser. Een eigenschap van de fiberlaser is het grote op-pervlak van de buitenmantel in relatie tot een zeer dunnekern. Dit vertaalt zich in een grote efficiëntie van inkop-peling van de pompenergie en een zeer efficiënte maniervan koeling. Dit resulteert bij het oppompen in een tem-peratuurverdeling over de kern die zeer homogeen is.

Hierdoor heeft de laserbundel minder de neiging om tedivergeren (het z.g. 'thermal lensing' effect), waardooreen significant hogere bundelkwaliteit kan worden bereikt.

Verder bezit de fiberlaser een hoog procesrendement(tot 30%). Hierdoor kan de laserbron compact qua afme-tingen worden gehouden, is er kleinere koelcapaciteitnoodzakelijk en kan er uiteindelijk bewerkt worden metlagere operationele kosten. De conceptuele opbouw vande fiberlaser maakt verdere uitbreiding van maximalelaservermogens in de toekomst mogelijk.

De fiberlaser heeft in vergelijking met een Nd:YAG-lasereen sterk verbeterde bundelkwaliteit. Dit vertaalt zich ineen aantal interessante mogelijkheden. Ten eerste kaneen kleiner focus worden verkregen. Met dit kleine focuskunnen bij dunne metalen hogere lassnelheden wordenverkregen. Ook maakt dit kleiner focus de weg vrij voorde inzet van fiberlasers voor lasersnijden. Een kleinerfocus zorgt verder voor hogere intensiteiten bij het lassen,waardoor de lasbewerking met lagere vermogens kanplaatsvinden. Voor dikkere metalen kan de verbeterdebundelkwaliteit worden omgezet in een grotere werkaf-stand tussen laskop en werkstuk (verbetering bereikbaar-heid!) en een vergroting van de scherpte-diepte. Dit maaktde weg vrij voor de toepassing van 'remote-welding'technieken, waarbij de laserbundel door middel van eenscankop zeer snel over het werkstuk gemanipuleerd kanworden.

3.2 Enkele moderne lasprocessen3.2.1 InleidingEr zijn de achterliggende jaren vele nieuwe lasprocessenen/of procesvarianten van bestaande lasprocessen op demarkt gekomen waardoor het moeilijk is een keuze temaken. In deze publicatie is gekozen voor twee varian-ten van bestaande processen, te weten: het poeder plas-malassen en het MIG/MAG lassen met lage warmte-in-breng. Deze procesvarianten zijn bij uitstek geschiktvoor het lassen van betrekkelijk geringe materiaaldikten.In tabel 3.2 is een overzicht gegeven van de belangrijk-ste kenmerken van deze lasprocessen.

3.2.2 PPAW lassenBij het conventionele plasmalassen wordt een elektrischeboog getrokken tussen een niet afsmeltende wolframelektrode en het werkstuk. De lasboog wordt ingesnoerddoor een stroomvoerend en watergekoeld koperen mond-stuk met nauwe opening. Hierdoor ontstaat een zeerenergiedichte en smalle plasmaboog. Naar keuze kangebruik worden gemaakt van lastoevoegmateriaal.Kenmerkend voor het conventionele plasmalassen is dater gelast wordt met een ingesnoerde lasboog, waarbij aldan niet een koude (niet stroomvoerende) toevoegdraadin de lasboog kan worden toegevoerd. Poeder plasma-lassen is een variant van het conventionele plasmalas-sen, waarbij de koude draadtoevoer is vervangen dooreen poeder.

In figuur 3.14 is schematisch het principe van het poe-der plasmalassen weergegeven.

tabel 3.2 Overzicht van de belangrijkste kenmerken van een aantal moderne lasprocessen

Lasprocessen Te lassenmaterialen

Materiaaldikten[mm] Lasposities Sterke punten Minder sterke punten

PPAW Staal en RVS 6 PA, PB, PC, PF Sneller dan TIG-lassenStabiele lasboogWeinig lasrook

Iets ruw uiterlijkGrotere investering dan traditio- neel plasmalassen

CMT, ColdArc alle 4 alle Lage warmte-inbrengZeer geschikt voor dunne plaatWeinig lasrook

Alleen geschikt voor dunne plaatGrotere investering dan standaard MIG/MAG apparatuurSTT Staal en RVS 4 alle


figuur 3.14 Schematische weergave van het poederplasmalasproces

Evenals bij het plasmalassen wordt bij het poeder plas-malassen de boog, die tussen de elektrode en het werk-stuk ontstaat, door een watergekoeld koperen mondstukingesnoerd. Vanuit een poederdoseringseenheid wordtin de plasmaboog met behulp van een transportgas eenmetallisch poeder toegevoegd. Dit poeder wordt in deplasmaboog verhit en tot smelten gebracht. Om de plas-maboog en het mondstuk tegen atmosferische invloedente beschermen, wordt gebruik gemaakt van een extrabeschermgasstroom van argon, helium of argon/water-stof mengsels. Vanwege de hoge temperatuur van deplasmaboog kunnen metalen zeer efficiënt gelast worden.

Het gebruik van poeder ten opzichte van een koude las-draad heeft de volgende voordelen: de hoeveelheid toevoegmateriaal kan nauwkeurig

worden afgestemd op het lasnaadvolume; poeder is makkelijk te mengen zodat eigen poeder-

mengsels gemaakt kunnen worden (speciaal van be-lang bij het lassen van bijzondere metalen);

door het gebruik van een poeder is geen extra (7e)as nodig bij het lassen met een robot.

Als beperking kan worden genoemd dat poeders duur-der zijn dan lasdraad en dat er een enigszins ruwe lasontstaat, die veroorzaakt wordt doordat de poeder-deeltjes niet volledig gesmolten zijn.

Het toepassingsgebied van het poeder plasmalassen om-vat het gebied van het TIG lassen en het conventioneleplasmalassen. Het proces kan zowel met de hand alsgemechaniseerd worden uitgevoerd.

3.2.3 "Koude" varianten van het MIG/MAGlassen

Koude varianten van het MIG/MAG lassen zijn gebaseerdop een betere beheersing van het traditionele kortsluit-booglassen. De ontwikkeling van deze nieuwe variantenvan het MIG/MAG lassen zijn mogelijk gemaakt door devoortschrijdende ontwikkelingen in de moderne elektro-nica gecombineerd met verder gaand begrip van hetMIG/MAG lassen. In de industrie zijn dit soort processenover het algemeen bekend onder hun handelsnamen,waarvan de meest bekende zijn het STT (Surface Ten-sion Transfer) lassen (Lincoln-Smitweld), het CMT (ColdMetal Transfer) lassen (Fronius) en het ColdArc lassen(EWM). Het STT, CMT en het ColdArc lassen zijn ont-wikkeld om bij het kortsluitbooglassen een betere kwa-liteit (minder spatten, beter aangevloeide lassen, minderwarmte-inbreng/vervormingen) te realiseren.

Het STT lassen wordt voornamelijk ingezet voor het las-sen van ongelegeerd staal, terwijl de andere processen(CMT, ColdArc) ook voor het lassen van aluminium enroestvaststaal ingezet kunnen worden. De belangrijkste

toepassingen voor deze processen zijn onder andere: spatvrij kortsluitbooglassen; dunne plaat lassen (staal, aluminium, roestvaststaal); lassen van staal en aluminium met zeer lage warmte-

inbreng; maken van doorlassingen in pijpen.

Met behulp van het CMT en ColdArc proces is het ookmogelijk MIG te solderen, waardoor bijvoorbeeld het ver-binden van verzinkte plaat met hoge lassnelheden en goe-de kwaliteit tot de mogelijkheden behoort. In figuur 3.15is te zien dat het werkgebied voor de 'koude variantenof geregelde kortsluitbogen' van het MIG/MAG zich qualasparameters onder het werkgebied van het MAG kort-sluitbooglassen bevindt. Hiermee wordt aangetoond datde hoeveelheid ingebrachte warmte in alle gevallen min-der is dan bij het MAG kortsluitbooglassen. Figuur 3.15geeft de positionering ten aanzien van het ontwikkeldeboogvermogen aan van deze MIG/MAG varianten vanhet gestuurd kortsluitbooglassen.

figuur 3.15 Schematische ligging van het werkgebiedvan de ‘koude’ varianten van het MIG/MAGlassen (=geregelde kortsluitboog)

Als belangrijkste voordelen van het lassen met een gere-gelde kortsluitboog kunnen genoemd worden: spatloos lassen in alle posities; lage lasrookemissie; stabiele procesvoering en dus hoge kwaliteit van de

lassen; lage warmte-inbreng en dus geringe vervormingen.

Beperkingen zijn gelegen in het risico van bindingfoutenten gevolge van de beperkte warmte-inbreng waardooreen hoge concentratie van de lasser vereist is.

3.3 Conventionele lasprocessen3.3.1 InleidingAls referentie ten aanzien van de nieuwe lasprocessenen procesvarianten worden hierna kort vier conventio-nele lasprocessen besproken. Het MIG/MAG lassen, TIGlassen, en booglassen met beklede elektroden (Bmbe)vertegenwoordigen minimaal 85 % van de lasprocessendie tegenwoordig in de industrie worden ingezet. In ta-bel 3.3 is een overzicht gegeven van de belangrijkstekenmerken van deze lasprocessen.

3.3.2 Booglassen met beklede elektroden(Bmbe)

Het Bmbe is een booglasproces, hetgeen wil zeggen dater gebruik wordt gemaakt van een elektrische vlamboogom de te verbinden materialen tot smelten te brengen(zie figuur 3.16). De elektrode bestaat uit een metalenkerndraad, waar omheen een bekleding is aangebracht.


tabel 3.3 Overzicht van de belangrijkste kenmerken van een aantal conventionele lasprocessen

Lasprocessen Te lassenmaterialen

Materiaal-dikten [mm]

Las-posities Sterke punten Minder sterke punten

Bmbe Staal en RVS onbeperkt alle Zeer flexibel lasprocesBuiten te gebruikenKeuze uit vele elektrodenZowel dunne als dikke metalen te lassen

Alleen handmatig toe te passenRelatief langzaam procesRelatief veel lasrook

MIG/MAG alle onbeperkt alle Zeer flexibel lasprocesEconomisch aantrekkelijkHandmatig en gemechaniseerd lassen

Niet zonder speciale voorzieningen te gebruikenSoms veel lasrookPG kritische positie

TIG alle 10 alle Hoge laskwaliteitGeschikt voor dunne materialenHandmatig en gemechaniseerd toe te passenWeinig lasrookLassen zonder toevoegmateriaal mogelijk

Hoge warmte-inbreng bij dikke materialenLage lassnelheid bij grotere materiaaldiktenNiet zonder speciale hulpmiddelen buiten te gebruiken

Puntlassen alle 2×4 alle Handmatig en gemechaniseerd toe te passenRuime procestolerantiesRuime materiaaltolerantiesEr kunnen relatief eenvoudige hulpmiddelen worden gebruiktGeen lasrook

Alleen overlapverbindingenGeen dicht lassen mogelijk (wel bij rolnaadlassen)Plaat met metallische deklagen korte standtijd elektroden

figuur 3.16 Schematische weergave van het Bmbe

De bekleding heeft als belangrijkste doel het smeltbaden de overgaande metaaldruppels te beschermen tegende omringende lucht. De lasstaaf heeft naast de functievan elektrode (warmteoverdracht) ook die van lastoe-voegmateriaal. Het Bmbe is een zeer flexibel lasprocesen kan praktisch voor alle metalen, overal en in alle las-standen worden toegepast. De aard van de bekledingbepaalt het stollingsgedrag van het smeltbad en hier-door mede het toepassingsgebied. Naast het lassen metwisselstroom wordt ook gelijkstroom gebruikt, waarbijbeiden hun specifieke toepassingsgebied kennen.

Bescherming van het smeltbadDe bescherming van het smeltbad bij het Bmbe wordtverkregen door de aanwezigheid van gasvormendestoffen en een beschermende slaklaag waarvoor in beidegevallen de elektrodebekleding verantwoordelijk is.

Elektrode typenDe meest toegepaste elektrodediameters lopen van 1,6tot 6,3 mm. Het neergesmolten metaal moet mechanischeen/of chemische eigenschappen bezitten die zoveel mo-gelijk overeenkomen met die van het basismetaal. De sa-menstelling van de bekleding speelt een belangrijke rolmet betrekking tot de kwaliteit van de las en de toepas-singsmogelijkheden van de elektrode. De bekendste elek-trodetypen zijn de rutiel en basische elektroden. Van deonderscheiden types elektrodebekledingen komt alleenhet rutiel-type in aanmerking voor het lassen van geringemateriaaldikten.

KwaliteitsaspectenMet het Bmbe is een hoge kwaliteit van het laswerkhaalbaar, waardoor in veel branches juist dit proces nogdwingend wordt voorgeschreven door keuringsinstanties.Naast de grote flexibiliteit van het proces is de hoge

kwaliteit veelal de belangrijkste overweging om hetBmbe lassen in te zetten.

Economische aspectenHet Bmbe behoort tot de lasprocessen die werken meteen relatief lage lassnelheid en inschakelduur en zijn omdeze reden meestal minder economisch. Het gebruik vanzogenaamde hoogrendement elektroden kan hier verbe-tering in brengen.

ToepassingHet Bmbe wordt nog veel ingezet vanwege een aantalfactoren waarvan de belangrijkste zijn: grote flexibiliteit; makkelijk buiten te gebruiken; zeer veel elektrode typen beschikbaar; eenvoudige en weinig storingsgevoelige apparatuur.

3.3.3 MIG/MAG lassenHet MIG lassen wordt uitgevoerd onder een inert be-schermgas (argon of helium), terwijl het MAG lassenwordt uitgevoerd onder een actief beschermgas (bij-voorbeeld Ar+O2, Ar+CO2, enz.). Het principe van hetMIG/MAG lassen is weergegeven in figuur 3.17.Het MAG lassen behoort tot de groep gasbooglaspro-cessen. Bij het MAG lassen wordt een elektrische booggetrokken tussen een afsmeltende elektrode en hetwerkstuk. De elektrode is een lasdraad die op een haspelgespoeld is. Het MAG lassen wordt half gemechaniseerdof volledig gemechaniseerd toegepast. Het starten vande lasboog vindt plaats door middel van kortsluitingtussen lasdraad en werkstuk.

figuur 3.17 Schematische weergave van het MIG/MAGlassen


BoogtypenHet MAG lassen dankt zijn grote toepasbaarheid medeaan het feit dat er met verschillende boogtypen gelastkan worden, die elk hun specifieke toepassingsgebiedkennen. Bij het kortsluitbooglassen wordt gewerkt meteen relatief lage stroomsterkte en spanning, terwijl bijhet sproeibooglassen gewerkt wordt met hoge stromenen spanningen en dus neersmeltsnelheden.

LastoevoegmaterialenHet MAG lassen kan niet zonder lastoevoegmateriaalworden uitgevoerd. Afhankelijk van het te lassen mate-riaal en de toepassing kan gekozen worden uit veel ver-schillende lastoevoegmaterialen, met elk hun specifiekekenmerken en eigenschappen. Naast de keuze van hetsoort lastoevoegmateriaal moet ook worden gekozenvoor de diameter van het lastoevoegmateriaal (0,8 tot1,6 mm). De diameter van het lastoevoegmateriaal wordtover het algemeen afgestemd op de te lassen materiaal-dikte, materiaalsoort en de laspositie waarin gelast moetworden. Er kan worden gekozen voor massieve lastoe-voegmaterialen, die over het algemeen een zelfde che-mische samenstelling hebben als het te lassen materiaal.Gevulde draden worden gebruikt als er hogere eisenworden gesteld aan de mechanische eigenschappen vande verbinding (basische gevulde lasdraden), of om degeometrie van de lassen te verbeteren (rutiel gevuldelasdraden). Tevens is het mogelijk met gevulde lasdradende neersmelt aanzienlijk te verhogen ten opzichte vanmassieve lasdraden. Voor het lassen met robots in meer-dere lagen wordt in verband met de afwezigheid van slakop het smeltbad meestal gekozen voor metaalgevuldelasdraden.

ToepasbaarheidHet belangrijkste toepassingsgebied van het MAG lassenligt vooral bij het lassen van ongelegeerd staal vanaf eenmateriaaldikte van 2 mm. Er is geen bovengrens aan dete lassen materiaaldikte. In sommige gevallen kunnen bijgrotere materiaaldikten met succes andere lasprocessenworden ingezet (bijvoorbeeld het onderpoeder lassen).Met het MAG lassen kunnen zowel platen als pijpen ofandere vormen worden gelast, waarbij zowel doorlas-singen kunnen worden gemaakt, als lasnaden wordenafgevuld. Het MAG lassen wordt voornamelijk binnengebruikt, hoewel er ook een variant is ontwikkeld voorhet lassen in de buitenlucht zonder extra gasbescher-ming (gasloze draad lassen). De belangrijkste brancheswaar we het MAG lassen tegenkomen zijn onder anderede ketel- en apparatenbouw, scheepsbouw, spoorwegen,offshore, auto-industrie, staalconstructie industrie enmeubelindustrie.

KwaliteitsaspectenHet MAG lassen wordt veelal ingezet vanuit economischeoverwegingen en de universele inzetbaarheid van hetproces. Relatief hoge neersmeltsnelheden, lassnelhedenen een groot materiaaldikte bereik gecombineerd metde vele te lassen materiaalsoorten maken dat het MAGlassen een proces is dat op ruime schaal kan wordeningezet.

Economische aspectenDe laskosten zijn voor een belangrijk deel opgebouwduit loonkosten, materiaalkosten (elektrode, beschermgas)en afschrijving van de apparatuur. De loonkosten zijnhierbij verreweg de grootste kostenpost. Lasprocessendie een relatief lage lassnelheid hebben zijn om deze re-den meestal niet erg aantrekkelijk uit economisch oog-punt. Het MAG lassen wordt gezien als een economischaantrekkelijk proces vanwege de relatief hoge inschakel-duur alsmede hoge las- en grote neersmeltsnelheden.

3.3.4 TIG lassenHet TIG lassen behoort tot de groep gasbooglasprocessen.Bij het TIG lassen wordt een elektrische boog getrokkentussen een niet-afsmeltende elektrode en het werkstuk.De elektrode is gemaakt van wolfraam. Soms zijn hier-aan geringe percentages (0,5 tot 4 %) aan 'dopes' toe-gevoegd, voornamelijk om de emissie-eigenschappen teverbeteren. De lasboog en het smeltbad worden be-schermd door een inert gas (argon, helium of mengselshiervan). Bij het TIG lassen kan worden gekozen voorhet lassen zonder of met lastoevoegmateriaal. Het las-toevoegmateriaal heeft veelal een gelijke chemischesamenstelling als het te lassen basismateriaal. Het pro-ces kan zowel met de hand als gemechaniseerd wordenuitgevoerd. Het principe van het TIG lassen is schema-tisch weergegeven in figuur 3.18.

figuur 3.18 Schematische weergave van het TIG lassen

UitvoeringHet TIG lassen kan zowel met wisselstroom als gelijk-stroom worden uitgevoerd. Aluminium en magnesiumen hun legeringen worden met wisselstroom gelast omde oxidehuid te verwijderen; alle andere gangbare metaal-legeringen worden met gelijkstroom gelast. Bij het lassenmet gelijkstroom kan gekozen worden uit een continuegelijkstroom dan wel een pulserende gelijkstroom. De bescherming van het smeltbad bij het TIG lassen isgebaseerd op het verdringen van de omgevingsluchtdoor een inert gas.

KwaliteitsaspectenDe hoge kwaliteit die met het TIG lassen haalbaar is,vormt vaak de belangrijkste overweging het proces inte zetten, zelfs als uit economische overwegingen moge-lijk beter voor een ander lasproces gekozen zou kunnenworden. Het TIG lassen wordt ingezet vanwege het ver-krijgen van een zeer mooi visueel uiterlijk of de afwezig-heid van slak aan de binnenzijde bij bijvoorbeeld hetlassen van roestvaststalen pijpen.

Economische aspectenLaskosten zijn voor een belangrijk deel opgebouwd uitloonkosten, materiaalkosten (elektrode, beschermgas) enafschrijving van de apparatuur. De loonkosten zijn hierbijverreweg de grootste kostenpost. Het TIG lassen van gro-tere materiaaldikten (>4 mm) wordt uitgevoerd met relatieflage lassnelheden en is om deze reden niet erg economisch.

ToepassingHet TIG lassen wordt veel ingezet vanwege een aantalfactoren waarvan de belangrijkste zijn: hoge kwaliteit van de verbinding haalbaar; geschikt voor het lassen van relatief dunne materiaal-

dikten; vrijwel alle smeltlasbare legeringen te lassen; grote flexibiliteit van het proces.


3.3.5 Weerstandlassen (puntlassen)Alle weerstandlasprocessen kenmerken zich doordat tij-dens de stroomdoorgang de verbinding tot stand komtop de plaats waar zich de hoogste overgangsweerstandbevindt.De belangrijkste representanten van het weerstandlas-sen zijn het puntlassen en rolnaadlassen. Bij het punt-lassen bevinden de werkstukdelen zich veelal tussentwee stroomvoerende elektroden. Na het samendrukkenvan de te lassen delen tussen de elektroden ondervindtde stroom verschillende weerstanden, waarbij de hoog-ste weestand zich tussen de plaatdelen moet bevinden.De elektroden zelf moeten een zo gering mogelijke elek-trische weerstand hebben en bestand zijn tegen een hogemechanische druk in combinatie met een verhoogdetemperatuur. Om aan deze eisen te kunnen voldoen,worden de elektroden onder andere van koper/chroomlegeringen gemaakt. Om de temperatuur op de contact-plaats van elektrode en werkstuk laag te houden, wor-den de elektroden met water gekoeld. De lastijd is bijpuntlassen zeer kort, omdat de warmte zich anders te-veel over het werkstuk verspreidt. Bovendien heeft eente sterke verhitting een ongunstige invloed op de kwali-teit van de las(lens). De las(lens) wordt volledig ingeslo-ten door de te verbinden delen en hoeft niet te wordenbeschermd tegen atmosferisch invloeden. Omdat vrijwelalle puntlasapparatuur op wisselspanning aangeslotenwordt, gebruikt men de netfrequentie (in Europa 50 Hz)als tijdsbasis (sturing) voor het puntlassen. Het principevan het puntlassen is schematisch weergegeven in fi-guur 3.19.

figuur 3.19 Schematische weergave van het puntlassen

KwaliteitsaspectenBij het puntlassen is in principe een goede kwaliteit vande lasverbinding realiseerbaar. Hierbij speelt de oppervlakte-conditie van de te verbinden metalen een belangrijke rol.Een probleem vormt echter de controle van de puntlas-verbinding, omdat deze op geen enkele wijze direct visu-eel controleerbaar is, terwijl ook de bekende niet-des-tructieve onderzoekmethoden zoals ultrasoon- en röntgen-onderzoek beperkt toepasbaar zijn.

Economische aspectenAltijd worden bij het puntlassen overlapverbindingen ge-maakt, zodat geen lasnaadvoorbewerking hoeft te wor-den uitgevoerd en er geen nauwkeurige toleranties vande productdelen vereist zijn. Afhankelijk van de wensenlopen de kosten van de apparatuur uiteen van relatieflaag (simpele handlasapparatuur) tot zeer hoog (toepas-singen met robots).

ToepassingHet puntlassen wordt ingezet voor het lassen van over-lapverbindingen in dunne plaat. De hoge productiesnel-heden die met het puntlassen realiseerbaar zijn, vormenvaak de belangrijkste overweging het proces in te zetten.

Een belangrijk voordeel van het puntlassen is, dat devoorbewerkte productdelen niet nauwkeurig gepositio-neerd hoeven te worden terwijl niet al te grote spletentussen de te verbinden plaatdelen door het aandrukkenvan de elektroden, worden dichtgedrukt. Ten aanzienvan laserlassen kent het puntlassen als voordeel, dat denoodzakelijke hulpgereedschappen veel minder kritischen dus goedkoper zijn.Het puntlassen kent natuurlijk ook zijn beperkingen, zo-als de lastige procesbeheersing en de controle van degemaakte verbindingen. Voor het lassen van aluminiumgeldt dat de (speciale) puntlasapparatuur een grotereinvestering vergt. Een andere beperking die genoemdwordt voor het puntlassen is de standtijd van de elek-trode. Er zijn echter oplossingen voorhanden om destandtijd van de elektrode aanzienlijk te verlengen. Debekendste zijn: puntlassen met vlakke elektrodes en waarbij er, van-

wege de grote contactvlakken, nagenoeg geen slijta-ge optreedt;

indien een vlakke elektrode niet gebruikt kan of magworden, dan is het aan te bevelen een elektrode meteen zo groot mogelijke radius te gebruiken;

een optimale instelling van de procesparameters (aan-drukkracht, lastijd en lasstroom) kan de elektrode-slijtage aanzienlijk beperken.

Van oudsher is het grootste toepassingsgebied van hetpuntlassen de auto-industrie. Door het gebruik van nieuwe,moeilijk te puntlassen materialen in de auto-industriewordt het puntlassen hier tegenwoordig steeds meer ver-vangen door het laserlassen en het mechanisch verbinden.

4 Lasdetails bij laserlassen4.1 InleidingIn § 3.1.1 zijn enkele kenmerken van het laserlassenreeds aan bod gekomen. Voordelen van het laserlassenzijn: de hoge lassnelheid, een geringe warmte-inbreng eneen hoge resulterende laskwaliteit, waardoor in de meestegevallen nabewerking weggelaten kan worden. De lage(product)toleranties kunnen tot de nadelen van het laser-lassen worden gerekend. Een sleutel tot succes in toe-passing van de laserlastechnologie ligt in het vermogenom handig om te gaan met deze strikte toleranties inhet productontwerp. Meer nog dan bij het traditionelelassen is het van belang uit te gaan van het feit dat hetproduct of de te verbinden productdelen door middel vanlaserlassen verbonden moeten worden. Een optimaalontwerp voor het laserlassen kan het verschil uitmakentussen het wel of niet rendabel kunnen inzetten vaneen laser. Het laserlassen begint dus al bij het ontwerp.

In de volgende paragraaf wordt een aantal aandachts-punten genoemd, waarmee rekening gehouden moetworden als men een laser in wil zetten voor het lassen.

4.2 Ontwerpen voor laserlassen: algemeneaandachtspunten

De toepassing van de laserlastechnologie voor kleineseries producten stelt hoge eisen aan het productont-werp. De volgende aandachtspunten in relatie tot pro-ductontwerp dienen in ogenschouw te worden genomen: De toepassing van laserlastechnologie stelt hogere

eisen aan de nauwkeurigheid van de productdelen(producttoleranties) en positionering (positionering-toleranties). Deze nauwkeurigheid is vaak een ordehoger vergeleken met de conventionele lasmethodiek.

Door handig gebruik te maken van de mogelijkhedenvan laserlassen (bijvoorbeeld het slim positionerenvan een lasnaad op een minder tolerantiegevoeligproductdeel of door een ander lasnaadtype te kiezen)kan in sommige gevallen de tolerantiegevoeligheidworden omzeild.

Er dient ernaar te worden gestreefd om het aantal


productonderdelen te beperken, immers de beste lasis geen las!

Iedere voorbewerkingstap (buigen/zetten) van pro-ductdelen brengt de introductie van onnauwkeurig-heden met zich mee (optelsom van procestoleranties).

Het lasersnijden levert productdelen op met hogenauwkeurigheid, welke zich dan ook uitstekend lenenvoor het laserlassen als vervolgstap.

Toepassing van lasersnijden levert tegelijkertijd eenaantal interessante ontwerpmogelijkheden op voorkleine serie producten bestaande uit plaatdelen. Eenvoorbeeld hiervan is het toepassen van pen/gatver-bindingen in productsamenstellingen die enerzijdsdoor middel van laserlassen eenvoudig te verbindenzijn en anderzijds zorgen voor een vormvaste, samen-gestelde constructie, waarbij de productopspanningeenvoudig kan worden gehouden. Een ander voor-beeld is het aanbrengen van perforaties in plaatdelenzodat via z.g. handbuigen de plaat eenvoudig en metvoldoende nauwkeurigheid kan worden gezet. Op dezemanier kan een meer complexe buig- of zetbewerkingachterwege worden gelaten.

De hoge nauwkeurigheidseisen van het laserlassenkomen eveneens tot uiting in de opspanmal. Wel heefthet laserlassen als voordeel, dat de methodiek con-tactloos is en zich kenmerkt door lage heat-input watzich vertaalt in minimale thermische vervormingen.Dit vertaalt zich in een andere benadering in construc-tie en opbouw van een laserlasmal in vergelijkingmet conventionele lastechnieken.

Een voordeel van een uitgekiende positionering vaneen lasnaad, dan wel een juiste keuze van lasnaad-type, is dat vaak volstaan kan worden met een een-voudige lasmal. Met name bij kleine series productenkan dit ook de nodige besparingen opleveren.

Bij het ontwerpen voor laserlassen speelt de bereik-baarheid van de laserbundel/laskop een grote rol.Ook bij het ontwerpen van de productopspanningdient een optimale bereikbaarheid één van de uit-gangspunten te zijn. Indien de laserlasbewerkingvanuit 1 positie plaats kan vinden, kan tijdens delascyclus omstellen achterwege worden gelaten.

In de hierna volgende paragrafen worden voorbeeldengegeven, waarbij de mogelijkheden van laserlassen inrelatie tot het productontwerp worden geïllustreerd.

4.3 Gestileerd product: lasnaadtypesOp basis van een gestileerd producten (zie figuur 4.1)zullen de lasnaadtypes voor de volgende verbindingenbesproken worden: lasnaadtypes voor plaat/plaat verbinding; lasnaadtypes voor plaat/buis (kokerprofiel) verbinding; lasnaadtypes voor buis/buis verbinding.

4.3.1 Lasnaadtypes plaat/plaatDe volgende lasnaadtypes voor een plaat/plaat verbin-ding zijn te onderscheiden: I-naad; overlapnaad; afsmeltnaad; binnen-/ buitenhoeknaad; voegnaad. randlas.

I-naad (zie figuur 4.2)Lasposities:PA, PC, PF; PG

figuur 4.2 De I-naad

Kenmerken: Het toepassen van een I-naad (stompe naad) in een

productontwerp heeft het voordeel, dat een goedekrachtdoorleiding plaats kan vinden. Tevens is dittype naad de juiste keuze uit oogpunt van het be-perken van corrosie.

De I-naad is over het algemeen goed bereikbaarvoor de laserlaskop, ongeacht de gebruiktefocuslengte van de optiek.

figuur 4.1 Gestileerd product


Bij toepassing van de laserlastechnologie kunnenmaterialen van ongelijke diktes worden verbonden(de z.g. Tailored Welded Blanks) welke bijv. ruimetoepassing vindt in de automobielindustrie.

Toleranties: Er dient rekening mee te worden gehouden, dat bij

het laserlassen een goede kantvoorbereiding nood-zakelijk is om aan de tolerantie-eisen van de spleette voldoen. Richtwaarden voor toelaatbare spletenliggen in de orde van 0,1-0,15 mm.

De positioneringtoleranties liggen in de orde van0,1-0,2 mm.

Om de spleettoleranties te verruimen kan een koude-draadtoevoer oplossing bieden. Ook met behulp vantwin-spot technieken, waarbij de lasspots naastelkaar worden gelegd kunnen spleettoleranties ver-ruimd worden. Dit kan eventueel worden uitgebreidmet een koude-draad toevoer om de spleten goedte vullen.

Overlapnaad (zie figuur 4.3)Lasposities:PA, PC, PF, PG

figuur 4.3 De overlapnaad

Kenmerken De overlapnaad is een niet-stompe lasnaad die in

relatie tot het laserlassen ongevoelig is voor product-en positioneringtoleranties en valt voor veel toe-passingen te preferen.

De overlapnaad is minder geschikt, indien een ade-quate krachtdoorleiding vereist is en uit oogpuntvan corrosie.

De toegankelijkheid van de lasnaad is voor de laser-laskop in de meeste gevallen goed.

De sterkte van de lasverbinding wordt bepaald doorde lasbreedte op de interface van de plaatdelen enniet door de lasdiepte.

Toleranties: De positionering- en maattolerantie eisen zijn voor

een overlapnaad minder van belang (in samenhangmet de procestoleranties).

Binnenhoeknaad (zie figuur 4.4)Lasposities:PA, PB, PF/PG

figuur 4.4 De binnenhoeknaad

Kenmerken: Bij toepassing van de binnenhoeknaad dient de

laserbundel enigszins op het verticale plaatdeel teworden gepositioneerd om een goed vloeigedragop gang te brengen.

De toegankelijkheid van de binnenhoeknaad voorde laserlaskop kan in sommige gevallen kritisch zijn.

Om het materiaal goed te laten vloeien wordt veelaleen lagere lassnelheid toegepast (in vergelijking metde stompe lasnaad configuratie). Hiermee wordtextra warmte in het materiaal ingebracht welke denodige vervormingen kan veroorzaken. Indien geencontinue lasnaad vereist is, biedt de toepassingvan kettinglassen (stitch-welds) uitkomst.

Om verbindingen met goede mechanische eigen-schappen (opbouwen van a-hoogte) te verkrijgen,kan het toepassen van een koudedraad vereist zijn.

Een slimme variant van de binnenhoeknaad is detoepassing van z.g. pen-gat constructies. Hierbijwordt de tolerantie kritische naadvorm vervangendoor een zeer tolerante overlapnaad (zie § 4.4).

Toleranties: De positionering- en maattolerantie eisen van een

binnenhoeknaad zijn vergelijkbaar met de stompenaad en ligt in de orde van 0,1-0,2 mm. Dit stelthoge eisen aan de kantenvoorbereiding en nauw-keurigheid van de productdelen enproductopspanning.

Buitenhoeknaad (zie figuur 4.5)Lasposities:PA, PB, PF/PG

figuur 4.5 De buitenhoeknaad

Kenmerken: De buitenhoeknaad is bijzonder kritisch voor het

ontstaan van lasdefecten. De plaatdelen dienen bijde buitenhoeknaad reproduceerbaar aan te sluiten,wat hoge eisen stelt aan de nauwkeurigheid vande productdelen.

Door toepassing van koude-draadtoevoer wordt delasconfiguratie minder gevoelig voor het ontstaanvan lasdefecten en wordt een betere vulling vande lasnaad bereikt.

De koude-draadtoevoer verbetert eveneens demechanische eigenschappen van de lasverbinding.

De toegankelijkheid van de buitenhoeknaad voor delaserlaskop is in de meeste gevallen niet kritisch.

Indien geen continue lasnaad vereist is, biedt detoepassing van kettinglassen (stitch-welds) uitkomst.


buitenhoeknaad zijn vergelijkbaar met de stompenaad en ligt in de orde van 0,1-0,2 mm. Dit steltzeer hoge eisen aan de kantenvoorbereiding ennauwkeurigheid van de productdelen en product-opspanning.


Voegnaad (zie figuur 4.6)Lasposities:PA, PB, PF/PG

figuur 4.6 De voegnaad

Kenmerken: De voegnaad is uitstekend met laser te lassen. De

kantenvoorbereiding is daarbij niet kritisch; weldient ervoor gezorgd te worden,dat de spleet goedwordt dichtgedrukt, wat op zich eisen in de pro-ductopspanning met zich meebrengt.

De voegnaad is minder geschikt, indien een ade-quate krachtdoorleiding vereist is.

De toegankelijkheid van de lasnaad is voor de laser-laskop in de meeste gevallen goed.

Om de naadvulling te verbeteren kan koude-draad-toevoer worden toegepast; dit is echter geen vereiste.

Het lasersolderen is een verbindingstechniek dieeveneens zeer geschikt is om een voegnaad teverbinden.

Toleranties: De maattolerantie-eisen zijn voor een voegnaad

minder van belang (in samenhang met de proces-toleranties); positioneringtoleranties liggen in deorde van 0,2 mm.

Randlas (zie figuur 4.7)Lasposities:PA, PB, PF/PG

figuur 4.7 De randlas

Kenmerken: De randlas is uitstekend met laser te lassen. De

kantenvoorbereiding is daarbij minder kritisch. De randlasnaad is minder geschikt indien een ade-

quate krachtdoorleiding vereist is. De toegankelijkheid van de lasnaad is voor de

laserlaskop in de meeste gevallen goed. Bij kleinere materiaaldiktes kan de randlas zodanig

worden uitgevoerd, dat een gladde afronding kanontstaan.

Toleranties: De maattolerantie eisen zijn voor een randlasnaad

minder van belang (in samenhang met de proces-toleranties); positioneringtoleranties liggen in deorde van 0,2 mm.

4.3.2 Lasnaadtypes buis/plaatDe volgende lasnaadtypes voor plaat/buis verbindingzijn te onderscheiden: buis/plaat binnenhoeknaad; buis/plaat stompe naad; buis/plaat doorlas.

Buis/plaat binnenhoeknaad (zie figuur 4.8)Lasposities:PA, PB, PF/PG

figuur 4.8 De binnenhoeknaad voor buis/plaat verbinding

Kenmerken: De buis/plaat binnenhoeknaad is een lasdetail wel-

ke als variant van de binnenhoeknaad voor plaat-verbindingen kan worden gekenmerkt.

Voor verdere details wordt verwezen naar de bin-nenhoeknaad voor plaatverbindingen.

Toleranties:Zie binnenhoeknaad voor plaatverbindingen.

Buis/plaat stompe naad (zie figuur 4.9)Lasposities:PA, PC, PF/PG

figuur 4.9 Stompe naad voor buis/plaat verbinding

Kenmerken: De buis/plaat doorlas is een variant van de stompe

naad voor plaatverbindingen welke axiaal encirculair wordt uitgevoerd.

Voor verder details wordt verwezen naar destompe naad voor plaatverbindingen

Toleranties: Zie stompe naad voor plaatverbindingen.


Buis/plaat doorlas (zie figuur 4.10)Lasposities:PA, PC, PF/PG

figuur 4.10 Doorlas voor buis/plaat verbinding

Kenmerken: De buis/plaat doorlas is in feite een overlaplas wel-

ke axiaal en circulair wordt aangebracht. De doorlasis een lasdetail welke een bijzondere variant is vande overlapnaad voor plaatverbindingen.

Afwijkend voor de doorlasverbinding voor buis/plaatis, dat er bij deze variant wel stringente positione-ringen nauwkeurheidstoleranties van de laser-bundel en opspanmal gelden.

Voor verdere details wordt verwezen naar de over-lapnaad voor plaatverbindingen.


buis/plaat doorlas liggen in de orde van 0,1-0,2 mm.Dit stelt hoge eisen aan de nauwkeurigheid van deproductdelen en productopspanning.

4.3.3 Lasnaadtypes buis/buisDe volgende lasnaadtypes voor een buis/buis verbindingzijn te onderscheiden: buis/buis stompe lasnaad buis/buis zadelcontour

Buis/buis stompe lasnaad (zie figuur 4.11)Lasposities:PA, PB

figuur 4.11 Stompe lasnaad voor buis/buis verbinding

Kenmerken: De buis/buis stompe lasnaad is een lasdetail welke

als variant van de stompe lasnaad voor plaatver-bindingen kan worden gekenmerkt.

Voor verdere details wordt verwezen naar de stom-pe lasnaad voor plaatverbindingen.

Toleranties: Zie stompe lasnaad voor plaatverbindingen.

Buis/buis zadelcontour (zie figuur 4.12)Lasposities:PA, PB

figuur 4.12 Zadelcontour voor buis/buis verbinding

Kenmerken: De buis/buis zadelcontour is een lasdetail welke

als variant van de binnenhoeknaad kan wordengekenmerkt.

Voor verdere details wordt verwezen naar de bin-nenhoeknaad voor plaatverbindingen.

Toleranties: Zie binnenhoeknaad voor plaatverbindingen.

4.4 Voorbeelden construeren naar laserlassenIn deze paragraaf worden een aantal voorbeelden gege-ven van lasdetails waarin de mogelijkheden van laser-lassen goed worden benut, dan wel waarin lasdetails zoworden uitgekiend, dat de stringente tolerantie-eisen,die aan het laserlassen kleven, worden omzeild.

Het slim construeren van een buitenhoeknaadDe combinatie van lasersnijden als scheidingstechniekvoorafgaande aan het laserlassen kan bij de constructievan een buitenhoeknaad leiden tot ontwerpoplossingendie het lasdetail minder kritisch maken (zie figuur 4.13).Bij conventioneel stansen in combinatie met buigentreedt er in veel gevallen een 'open-hoek' probleem op,wat zich uit in het niet goed aansluiten van de plaatdelen.Verder is het lassen van dit hoekdetail bijzonder kritischte noemen, omdat er eenvoudigweg materiaal ontbreekt.Bij het toepassen van lasersnijden kan ter plaatse vanhet hoekdetail een complexer gevormde uitsparing wor-den aangebracht, waardoor de plaatdelen beter aansluiten.

figuur 4.13 Lasersnijden van een buitenhoeknaad die hetlasdetail minder kritisch maakt

Het toepassen van pen-gat verbindingenDoor z.g. pen-gat verbindingen toe te passen kunnenvormvaste samenstellingen ontstaan, welke door laser-lassen eenvoudig te verbinden zijn (zie figuur 4.14).Bijkomend voordeel is, dat de opspanmal eveneens een-voudig kan blijven. Toepassing van pen-gat verbindingenis uitermate geschikt in relatie tot klein-serie productie.


figuur 4.14 Pen-gat verbindingen door middel van lasersnijden

Buigen in plaats van laserlassenIn veel gevallen kan een kostenbesparing worden bereikt,indien het lassen kan worden vervangen door een extrabuigstap. Het plaatdeel blijft vormvast, assemblage en op-spanstappen kunnen worden weggelaten en lasvervor-mingen treden in mindere mate op. In figuur 4.15 is eenvoorbeeld van een uitgekiende productontwerp gegeven.

Het vervangen van een stompe lasnaad dooroverlap of voegnaadHet is aan te bevelen om bij de toepassing van laser-lassen naar overlapnaden te construeren als vervangingvan de stompe lasnaad. Een ander alternatief is toepas-sing van een voeglas (zie figuur 4.16).

De overlapnaad en voegnaad zijn minder tolerantiege-voelig, waardoor de productopspanning minder complexbehoeft te zijn. In het voorbeeld van figuur 4.16 is eendoosvormige constructie opgebouwd uit 2 productdelendie door middel van een voegnaad verbonden kunnenworden. De verstevigingschotten worden via een pen-gatconstructie bevestigd en zorgen voor extra stijfheid.

Het vervangen van een binnenhoeknaad door eendoorlassingIndien een binnenhoeknaad voor de laserlaskop moeilijkbereikbaar is (bijvoorbeeld indien deze zich in een doos-vormige constructie bevindt) dan kan het toepassen vaneen doorlassing door de buitenplaat van de constructie

figuur 4.15 Een voorbeeld van een uitgekiend productontwerp

figuur 4.16 Gebruik van een voeglas


uitkomst bieden (zie figuur 4.17). Bij toepassing vandunne plaat (tot 1,5 mm) kan deze verbinding in eenenkele las gemaakt worden. Indien de plaatdikte >2 mmis, verdient het aanbeveling om de verbinding op te bou-wen uit twee separate lassen, omdat anders de lassnel-heid te veel verlaagd dient te worden om voldoende las-breedte ter plaatse van de materiaalinterface te verkrijgen.Dit heeft als nadeel, dat er onevenredig veel warmte inde constructie gaat ontstaan.

figuur 4.17 Voorbeeld van een doorlassing door het volleplaatmateriaal

Lassen op minder kritische plaatsenMet moderne voorbewerkingstechnieken als bijvoor-beeld het omzetten, is het mogelijk lassen op minderkritische plaatsen te leggen. Een goed voorbeeld hier-van toont figuur 4.18. In dit product is door middel vanhet zetten de las uit de hoek gehaald. Dit heeft als resul-taat, dat het maken van deze lasverbinding minder kri-tisch is geworden ten opzichte van het op de hoek las-sen. Een bijkomend voordeel is, dat de las minder zicht-baar is en hierdoor het visuele aspect van het productverbeterd wordt.

figuur 4.18 Lasnaad verplaatst vanuit de hoek naar dezijkant van het product door het op eenslimme manier zetten van het product

Streven naar goede bereikbaarheid laserlassenZorg er bij het laserlassen altijd voor, dat de lasnadengoed bereikbaar zijn. Soms kan met eenvoudige wijzi-gingen van het constructiedetail, zonder de functioneleeigenschappen aan te tasten, de bereikbaarheid aan-zienlijk worden verbeterd. Figuur 4.19 geeft hiervaneen aantal voorbeelden.

SLECHT GOED

figuur 4.19 Op simpele manier verbeteren van debereikbaarheid van lasnaden

5 Kiezen van het juiste lasproces5.1 InleidingHet feit dat er zoveel verschillende lasprocessen zijngeeft al aan dat er geen enkel lasproces is dat geschiktis voor alle toepassingen; daarvoor lopen de toepassin-gen eenvoudigweg veel te ver uiteen. Er moet dus altijdeen keuze worden gemaakt voor een specifiek lasproces,gebaseerd op tal van factoren, waaronder de te verbin-den materialen en de kwaliteitseisen.

De keuze van het lasproces wordt altijd bepaald doorenerzijds technische en anderzijds economische aspec-ten. Technische aspecten betreffen de chemische samen-stelling van de te verbinden metalen, materiaalafmetin-gen, toelaatbare toleranties, lasposities, kwaliteitseisenen vele anderen. Bij economische aspecten zijn de kos-ten van de investeringen en uitvoering bepalend voor deprocesselectie. De economische aspecten worden vaakbepaald aan de hand van de laskosten per product ofper meter laslengte. Zijn zowel de technische als econo-mische aspecten bekend, dan kan een verantwoordeafweging worden gemaakt ten aanzien van de proces-keuze. Dit zal echter altijd een compromis zijn, omdatnooit aan alle gewenste voorwaarden zal kunnen wor-den voldaan.

Als hulpmiddel bij de selectie van het juiste lasproceskan het selectieprogramma dienen dat in het kader vaneen project van de Vereniging FME in samenwerkingmet onder meer Federatie Dunne Plaat, NIL, Hechtings-instituut, NIMR en TNO Industrie en Techniek is ont-wikkeld en dat via verschillende websites te vinden is(www.dunneplaat-online.nl , www.nil.nl, www.fdp.nl).Dit programma is voor de keuze van het juiste lasprocesbruikbaar voor materiaaldikten van 0,3 tot 20 mm. Opbasis van, door de gebruiker in te vullen gegevens, geefthet programma suggesties voor toe te passen lasprocessen.

5.2 VoorbeeldenDe overwegingen om te kiezen voor een specifiek las-proces kunnen talrijk zijn en worden door zeer veel fac-toren bepaald. Hieronder wordt kort een aantal voor-beeld beschreven, waarom vanuit de bestaande laspro-cessen gekozen is voor het laserlassen.


Plaatvormig product van roestvaststaal (van TIGnaar laserlassen)Bij roestvaststalen producten is veelal een eis dat delassen "onzichtbaar" moeten zijn. Dit is natuurlijk onzin,maar de praktijk is wel dat veel lassen net zolang wordennabewerkt, totdat ze vrijwel niet meer te zien zijn. Hierbijgeldt dat, hoe minder de las nabewerkt hoeft te worden,des te lager de kosten hiervan zullen zijn. Bedrijven gaandus op zoek naar lasprocessen die na het lassen een zeermooi uiterlijk geven. Het laserlassen is één van dezelasprocessen.In figuur 4.1 is een product weergegeven dat TIG metde hand gelast wordt.Door over te stappen op het laserlassen konden de vol-gende voordelen worden bereikt: de lastijd ging van 15 minuten (TIG) naar 3 minuten

(laser); de nabewerkingstijd ging van 13 minuten (TIG) naar

0 minuten (laser); de kosten per product gingen van e 12,-- (TIG) naare 7,-- (laser).

figuur 5.1 Product van roestvast staal met een diode-laser gelast

Plaatvormig product van staal (van puntlassen naarlaserlassen)Een ander voorbeeld is een stalen product, waarbij isovergegaan van het puntlassen naar het laserlassen.Bij het puntlassen werd gebruik gemaakt van een tradi-tionele overlapverbinding, terwijl de lasnaadvorm voorhet laserlassen is weergegeven in figuur 5.2 De uitein-delijke laserlas wordt getoond in figuur 5.3.

figuur 5.2 Lasnaadvorm voor het laserlassen

figuur 5.3 Lasuiterlijk van de laserlas

5.3 Keuzematrix lasprocessenZoals eerder aangegeven, is de selectie van het juistelasproces een complexe aangelegenheid. Om een indrukte geven van de vele variabelen die hierbij een rol spelenen dus van de opzet van de matrix die ten grondslagligt aan de selectiemethodiek, is in een drietal tabellen(5.1 t/m 5.3) weergegeven hoe gekomen wordt tot deselectie van een lasproces op basis van een aantal crite-ria. Deze tabellen zijn een zeer klein deel van de matrixdie aan de basis staat van de proceskeuzematrix die tevinden is via de eerder genoemde websites. De drie ta-bellen geven tevens een goed inzicht in de complexheidvan de beslissingsboom. In tabel 5.1 worden alle laspro-cessen weergegeven die geschikt zijn voor materiaal-dikten tot 20 mm, met als belangrijkste criteria enkelelasnaadvormen, te lassen materialen en de materiaaldikte.

In tabel 5.2 wordt een afweging gemaakt ten aanzienvan met name de mechanisatie van het lassen en detoleranties, terwijl in tabel 5.3 geselecteerd wordt opinvesteringen, Arbo aspecten en een aantal lastechni-sche variabelen.

Op de website wordt de beslissingsboom gevolgd opbasis van de antwoorden die de gebruiker geeft op dehem gestelde vragen en wordt op deze manier gekomentot de selectie van de meest geschikte lasprocessen. Inde matrix zijn 56 verschillende lasprocessen opgenomendie aan ruim 100 verschillende criteria worden getoetst. In deze publicatie wordt een vergelijking gemaakt tussende verschillende varianten van het laserlassen en eenaantal nieuwe en conventionele lasprocessen. De belang-rijkste kenmerken van al deze processen zijn kort om-schreven in hoofdstuk 2, terwijl meer informatie te vin-den is over de betreffende lasprocessen op de eerdergenoemde website.

5.4 Kosten laserlassenEen belangrijk selectiecriterium, naast de chemischesamenstelling van de te verbinden metalen, is de mate-riaaldikte die gelast moet kunnen worden. Dit geldt vooralle lasprocessen, maar voor lasers in het bijzonder. Dekracht van lasers ligt vooral bij het lassen van geringemateriaaldikten met hoge snelheden. Dit wil echter nietzeggen dat lasers alleen maar geschikt zijn voor het las-sen van dunne materialen. Afhankelijk van het beschik-bare laservermogen kunnen materiaaldikten tot 20 mmworden gelast met acceptabele lassnelheden. De inves-teringskosten nemen echter sterkt toe als het vermogenvan de laser toeneemt. Dit is goed te zien in tabel 5.4,waar voor de verschillende typen laser de prijs voor ver-schillende maximale laservermogens is weergegeven.

tabel 5.4 Prijsindicaties (2006) in Euro’s van de verschillendetypen lasers voor verschillende vermogens

type laser vermogen[W]

investeringskosten (incl.koeler) [×1000 e]

CO2-laserdiffusiegekoeld/slab

1000 90 - 1302000 130 - 1704000 225 - 2708000 350 - 410

cw Nd:YAG-laserlampengepompt

2000 220 - 2404000 400 - 450

cw Nd:YAG-laserdiodegepompt

2000 300 - 3504000 500 - 530

diodelaserdirect

1000 75 - 1002000 100 - 1504000 200 - 225

diodelaserfiberkoppeling

1000 125 - 1502000 175 - 2004000 250 - 275

disc-laser 4000 380 - 4006000 510 - 530

fiber-laser 2000 210 - 2303000 290 - 310


tabel 5.1 Overzicht van de in deze brochure genoemde lasprocessen en een aantal belangrijke selectiecriteria (product-vormen, materialen en materiaaldikten). J = ja of mogelijk; N = nee of niet mogelijk


tabel 5.2 Overzicht van de in deze publicatie genoemde lasprocessen en een aantal belangrijke selectiecriteria (mechani-satie en toleranties). J = ja of mogelijk; N = nee of niet mogelijk


tabel 5.3 Overzicht van de in deze publicatie genoemde lasprocessen en een aantal belangrijke selectiecriteria (investe-ringen, Arbo en een aantal lastechnische variabelen). J = ja of mogelijk; N = nee of niet mogelijk


Programma voor het berekenen van de laskosten bijhet laserlassenHet berekenen van de laskosten is geen eenvoudige zaakals het gaat om producten met een geringe materiaal-dikte. Voor het berekenen van de lasten voor groteremateriaaldikten is er het uitstekende kostprijsberekenings-programma van het Nederlands Instituut voor Lastech-niek (NIL) beschikbaar (COSTCOMP®). Dit programmais echter opgezet om de laskosten te berekenen voorproducten met grotere materiaaldikte, waarbij de neer-smeltsnelheid de belangrijkste factor is. Bij het lassenvan producten met een geringere materiaaldikte is echterde lassnelheid dominant en niet de neersmeltsnelheid.Dit maakt dat het COSTCOMP® programma niet geschiktis voor het berekenen van de laskosten voor bijvoorbeeldhet laserlassen, een techniek die voornamelijk voor ma-terialen met een geringe materiaaldikte wordt toegepast.Het zal duidelijk zijn dat de laskosten in veel gevallenslechts een beperkt deel uitmaken van de kostenop-bouw van producten. Deze worden mede bepaald doormateriaalkosten en logistieke aspecten, zoals aan- enafvoer van producten en insteltijden.

In het kader van dit kennisoverdrachtproject is een pro-gramma ontwikkeld voor het berekenen van de laskos-ten bij het laserlassen. Dit programma is voor iedereenbeschikbaar op de website www.dunneplaat-online.nl. In het kort wordt een overzicht gegeven van de moge-lijkheden die dit programma biedt.

Er kan door de gebruiker worden gekozen om gebruik temaken van een zogenaamde "wizard", waarmee staps-gewijs de noodzakelijke data in het programma kan wor-den ingevoerd of voor een overzichtscherm, waarin allenoodzakelijke data kunnen worden ingevuld. Om een in-druk te geven van de data die moeten worden ingevulddoor de gebruiker, is het totaalscherm afgedrukt in fi-guur 5.4.

Zoals te zien is op het overzichtsscherm (rechts onder)worden de totale kosten voor het laserlassen berekendin euro per product.Op deze manier is het eenvoudig de kosten voor hetlaserlassen te vergelijken met de huidige productkosten.

Het is waarschijnlijk dat de gebruiker niet alle relevantegegevens in kan vullen, of dat onduidelijk is wat de ver-schillende gegevens inhouden. In dit geval is er de moge-lijkheid extra informatie te vragen door op het onder-staande symbool naast het betreffende onderwerp teklikken.

Een voorbeeld van de extra informatie die beschikbaaris, wordt weergegeven in figuur 5.5. Deze gegevenszijn gedateerd, maar in het programma welke via dewebsite is te downloaden, zullen recentere waardenworden weergegeven.

5.5 Minimum en maximum te lassen mate-riaaldikte voor verschillende lasprocessen

Zoals eerder aangegeven is een belangrijk selectiecrite-rium, naast de chemische samenstelling van de te ver-binden metalen, de materiaaldikte die gelast moet kun-nen worden.

Figuur 5.6 geeft grafisch de minimum en maximum telassen materiaaldikte weer met de verschillende laspro-cessen. Het gebied wordt afgebakend aan de onderkantdoor een minimum materiaaldikte van 0,3 mm en aande bovenkant door een maximum materiaaldikte van20 mm. Zoals te zien is in figuur 5.6 is circa de helftvan de lasprocessen geschikt voor het lassen van mate-riaaldikten boven de 8 mm.

In de figuren 5.7, 5.8 en 5.9 staan voor staal, roestvast-staal en aluminium de maximale lassnelheid weergege-ven als functie van de lasdiepte voor verschillende laser-bronnen.

figuur 5.4 Overzichtscherm van het laserlaskostenprogramma


figuur 5.5 Overzicht van de aanschafkosten van de verschillende lasers afhankelijk van het gewenste vermogen (dezegegevens zijn gedateerd; de bijgewerkte gegevens zijn op de website te vinden)

figuur 5.6 Minimum en maximum te lassen materiaaldikte met de verschillende lasprocessen. Het gebied wordtafgebakend aan de onderkant door een minimum materiaaldikte van 0,3 mm en aan de bovenkant door eenmaximum materiaaldikte van 20 mm


figuur 5.7 Laserlassnelheid voor staal als functie van de lasdiepte

figuur 5.8 Laserlassnelheid voor roestvast staal als functie van de lasdiepte


figuur 5.9 Laserlassnelheid voor aluminium als functie van de lasdiepte

6 Opleidingen6.1 Opleidingen laserlassenTen aanzien van toegepaste lasertechnologie in het alge-meen en laserlassen in het bijzondere zijn er in Nederland,zowel in het onderwijs als bij brancheorganisaties en in-stellingen, verschillende opleidingsmogelijkheden voor-handen. Hieronder volgt een overzicht.

Opleidingen met lasergerichte vakken/modulesMBO/HBO niveau Verschillende Regionale Opleiding Centrum (ROC)

vestigingen bieden lasergerichte modules aan in hetopleidingstraject. Als voorbeeld kan het Deltion col-lege te Zwolle worden genoemd. Het Deltion collegeheeft een bijdrage geleverd in de ontwikkeling vanon-line lesmateriaal op het gebied van plaatbewerking,waarbij de mogelijkheden van laser(lassen) uitvoerigwordt behandeld (www.plaatbewerker.nl).

Het Windesheim college (HBO) te Zwolle heeft eenmodule laserbewerkingen, waaronder laserlassen, inde opleiding Werktuigbouwkunde ingebouwd. Ookhiervan verschijnt een on-line versie.

Universitair niveau Aan de Universiteit Twente, faculteit Construerende

Technische wetenschappen, kan men een laserge-richte opleiding volgen binnen de leerstoel Toege-paste Lasertechnologie.

European Laser Engineer De Euro Laser Academy

(http://info.tuwien.ac.at/iflt/leonardo/ela.html) isopgericht in het kader van een Europees LeonardoDaVinci project. De ELA is een samenwerkingsver-band tussen verschillende instituten waar de opleidingtot European Laser Engineer kan worden gevolgd.Universiteiten en onderzoeksgroepen in onder meerWenen, Aken, Berlijn, Valencia en Athene zijn hierinbetrokken.

Laser welding course EWF (European Federation forWelding, Joining and Cutting) De EWF (www.ewf.be) heeft een speciale opleidings-

module 'laser welding' voor welding engineers. HetNIL (www.nil.nl) vertegenwoordigt EWF in Nederland.

Laserlascursussen bij brancheorganisaties eninstellingenNaast de reguliere opleidingen zijn er in Nederland ver-schillende brancheorganisaties en instellingen die trainingverzorgen op het gebied van materiaalbewerking metlasers. De volgende initiatieven op het gebied van laser-lassen zijn voorhanden:

Federatie Dunne Plaat (FDP) - www.fdp.nlDe FDP heeft verschillende laserlasmodules in hetkennisoverdrachtspakket, waaronder een beginners-cursus en verschillende vervolgcursussen (waaronderde cursus 'laserlassen van verzinkt staal'). Verderbiedt de FDP een 3-daagse workshop 'construerennaar laserlassen' aan voor leden.

Metaalunie/ Laser Applicatie Centrum (LAC) -www.lac-online.nlHet Laser Applicatie Centrum (LAC) heeft als onder-deel van de Metaalunie eveneens een beginnerscur-sus laserlassen op het programma staan. Daarnaastworden 1-daagse workshops 'design for laser' geor-ganiseerd, waarbij de mogelijkheden van lasersnijdenen -lassen in relatie tot een productontwerp wordengeanalyseerd.

Samenwerking LaserDe brancheorganisaties: Syntens, FME, NIL, FDP enMetaalunie/LAC hebben tezamen met TNO en NIMReen gemeenschappelijke agenda gedefinieerd voorkennisoverdrachtsactiviteiten op het gebied van laser-lassen. Dit heeft geleid tot de organisatie van eenpakket laserlascursussen (beginners en gevorderden)en workshops 'design for laser' eveneens op twee ni-veaus. Meer informatie is te vinden op www.syntens.nl.


Mikrocentrum - www.mikrocentrum.nlBij het Mikrocentrum zijn op het gebied van laser-lassen de volgende cursussen te volgen: Laserlastechnologie Introductiecursus. Laserlastechnologie voor engineers en onderhoud.

6.2 Conventionele lasprocessenTen aanzien van het conventionele lassen is er in deloop der jaren een hele duidelijke structuur opgezet vanhandvaardigheid tot de kaderopleidingen. Deze structuuris Europees afgestemd binnen het kader van het EWF(European Welding Federation), waarvan alle nationalelasinstituten deel uitmaken (voor Nederland is dit hetNederlands Instituut voor Lastechniek - NIL).De kaderopleidingen zijn Europees geharmoniseerd, zo-dat de behaalde diploma's binnen heel Europa geldig zijn.In figuur 6.1 is schematisch de structuur van de oplei-dingen voor het lassen weergegeven.

figuur 6.1 Structuur van de lasopleidingen in Nederland

Verder zijn er tal van aanverwante opleidingen waarvande belangrijkste zijn: beoordelaar van lasserskwalificaties; Europees lasinspecteur; lasrobotbeheerder; lasrobotoperator; lasinstructeur.

Uitgebreide informatie over al deze cursussen is te vin-den op de website van het Nederlands Instituut voorLastechniek. Hier zijn ook de adressen te vinden vanopleidingsinstituten die deze cursussen verzorgen.

7 NormenDe lijst van Nederlandse normen op het gebied van hetlassen is zodanig van omvang, dat het ondoenlijk is dezeallemaal te noemen. Hierna wordt slechts volstaan methet noemen van een aantal algemene normen die betrek-king hebben op het lassen en die ook relevant zijn voorde selectietabellen die genoemd zijn in deze publicatie.Meer gedetailleerde bibliografische informatie is te vin-den op www.nen.nl onder: Normshop.

Woordenlijst E/F/DTermen en definities lassen:

NEN-EN 1792:2003;

NEN-EN 1792:1997;NPR-CR 14599;NEN 2064.

Lasprocessen:Definities

EN ISO 17659.Nummering lasprocessen

EN 14610; NEN-ISO 857-1;NEN-EN-ISO 4063 (nl);NEN-ISO 4063 (nl).

Aanduiding van smeltlasverbindingen op tekeningNEN EN ISO 2553.

LaspositiesDefinities

NEN-EN-ISO 6947 (nl).Vergelijking van Europese. en Amerikaanse lasposities

CEN/TR 14633 DTR.

LaserlasnormenDeel 6 van de Europese standaard NEN-EN 1011 geefteen overzicht en richtlijnen voor de productie van goedelaserlassen, alsook een overzicht van mogelijke (las)pro-blemen en hoe die te voorkomen. De nadruk ligt op hetlassen van metalen, maar ook niet-metalen worden be-handeld. In de NEN-EN ISO 15609-4 wordt de lasmetho-debeschrijving voor gebruik bij het laserlassen gegeven.De kwalificatie van de lasprocedure wordt beschrevenin NEN-EN ISO 15614-7 voor deklaaglassen met delaser en NEN-EN ISO 15614-11 voor verbindingslassenmet de laser. De definitie van de kwaliteit van laser-lassen (in staal en aluminium) is vastgelegd in deNEN-EN-ISO 13919 norm. Hierbij worden kwaliteits-niveaus gedefinieerd op basis van het aantal scheuren,poreusheid en een aantal geometrische defecten, waar-onder ondersnijding. Afnametests voor twee-dimensionaleCO2-lasersnij- en lasinstallaties zijn vastgelegd in deNEN-EN-ISO 15616 norm. In de voorlichtingspublicatieVM121 'Hoogvermogen lasers voor het bewerken vanmetalen' wordt nader op de mogelijkheden en beperkin-gen van lasers ingegaan, inclusief tabellen en figurenmet procesinstellingen.

8 Literatuur en bronvermelding [1] Van website www.dunneplaat-online.nl de volgende

publicaties:1a Verbinden van dunne plaat en buis - TI.03.131b Lasprocessen voor dunne plaat en buis - TI.03.14

[2] R. Killing. Der Praktiker 2/2006, Mit geringemWärmeeintrag schnell und sicher verbinden)Übersicht über die energiearmen MSG -Verfahren

[3] Koud en spatloos lassen Theo Luijendijk Lastech-niek; november 2005

[4] ColdArc - EWM Folder "The cold arc joining process [5] Forcearc een krachtige variant van het MIG/MAG

lassen. Merchel Kaspers. Lastechniek; september2006.

[6] De volgende FME en NIL publicaties, PraktijkAanbe-velingen en Technische Informatiebladen (op deVM 121 na worden al deze publicaties binnenkortherzien): VM 81 - TIG-/plasmalassen; 1990 VM 111 - Materialen (vormgeven van dunne

metaalplaat); 1996 TI.99.08 - Laserlassen van beklede plaat; 1999 VM 121 - Hoogvermogen lasers voor het be-

werken van metalen; 2002 PA.02.12 - Lassen van metalen met hoogver-

mogen lasers; 2002 NIL 1 - MIG/MAG-lassen; 1999 NIL 2 - Onderpoeder lassen NIL 4 - Weerstandlassen, dunne plaat; 1986 NIL 5 - Booglassen, dunne plaat; 1987

[7] Fascinating world of sheet metal, Trumpf GmbH+ Co., Ditzingen (Ger); 2005


[8] Introduction to industrial laser material processing,Rofin Sinar, Hamburg (Ger); 2004

[9] Erste Erfahrungen und Anwendungsuntersuchungenmit einem 10kW Faserlaser, T. Seefeld et al. ,Dresden; oktober 2004

[10] Handbook of the EuroLaser Acadamy - volume 1:Lasers, D. Schuöcker; 1998

[11] Handbook of the EuroLaser Acadamy - volume 2:Processes, D. Schuöcker; 1998

[12] Collegedictaat Materiaalbewerkingen met lasers(vakcode 113740), J. Meijer, G.R.B.E. Römer,Universiteit Twente; 2002

9 WebsitesAlgemeenwww.dunneplaat-online.nlwww.fme.nlwww.fdp.nlwww.tno.nlwww.nimr.nlwww.nil.nlwww.utwente.nlwww.tudelft.nlwww.syntens.nlwww.awl.nlwww.hollandia.s3c.nlwww.lasrook-online.nlwww.demarlaser.nlwww.plaatbewerker.nlwww.ewf.bewww.iiw-iis.orghttp://info.tuwien.ac.at/iflt/leonardo/ela.htmlwww.lac-online.nlwww.syntens.nlwww.mikrocentrum.nlwww.moller-metaal.nl

laserfabrikantenwww.trumpf-laser.comwww.rofin.comwww.ipgphotonics.com/www.laserline.de www.alphatron.nl

10 Case proces en conceptkeuzevoor het produceren van stalenlegborden 3

In deze case wordt een methodiek aangegeven vooreen vergelijking tussen het laserlassen, projectielassenen het puntlassen. Het gaat hierbij om het maken vanstalen legborden voor gebruik in stalen kasten Uiteraardontbreekt de volledige uitwerking van de selectie, des-alniettemin geeft deze case een goed beeld van een tevolgen methodiek om te komen tot de selectie voor eenlasproces. In principe is de selectie ten aanzien van hetjuiste verbindingsproces al teruggebracht tot 3 technie-ken. De overwegingen voor de verdere selectie van degewenste verbindingstechniek wordt hierna verder uit-gewerkt.

Afhankelijk van seriegroottes en eisen die worden gesteldaan producten en productieprocessen, alsmede de loon-kosten van bedieners, kunnen klantspecifieke installatie-concepten voor het lassen worden vervaardigd. Daarbijmoeten de juiste keuzes worden gemaakt met betrek-king tot de toe te passen lasprocessen. Deze case gaatin op het produceren van stalen legborden, waarbij eenaantal afwegingen worden beschreven. Vanwege deenorme diversiteit aan projectspecifieke eisen en klant-specificaties worden in dit artikel alleen de hoofdlijnenweergegeven. Het gaat in deze case meer om de tevolgen methodiek dan om de exacte uitkomst.

Voor het ontwikkelen en bouwen van duurzame produc-tiemiddelen, zoals lasinstallaties, moet in de beginfaseeen aantal afwegingen worden gemaakt. Het primairedoel is altijd om een machine te ontwikkelen die econo-misch te verantwoorden is en die technisch gezien zowelfunctionele als innovatieve vernieuwing met zich mee-brengt. Om deze doelstellingen te bereiken is het nood-zakelijk om alle relevante informatie met betrekking totproduct en productieproces te specificeren in een pro-gramma van eisen (PVE). Concreet betekent dit dat zo-wel het product als het (gewenste) productieproces ge-specificeerd moeten worden. Wat voor kwaliteitseisenworden er aan het product/de verbinding gesteld, hoe-veel productvarianten moeten er geproduceerd worden,wat is de jaarlijkse output, enz..

Zonder teveel in details te treden of volledig te kunnenzijn, wordt als voorbeeld het bepalen van een machine-concept voor "stalen legborden" (zie figuur 10.1) hierkort beschreven.

figuur 10.1 Legbord voorzien van vijf versterkingsprofielen

Aan stalen legborden worden onder andere de volgendeeisen gesteld: Laskwaliteit: de lasverbinding moet bij mechanische

overbelasting buiten de lasverbinding breken. Zichtkwaliteit: de producten worden na het lassen

gelakt. De lassen aan de zichtzijde mogen na hetlakproces (nagenoeg) niet zichtbaar zijn.

Bovenstaande producteisen in combinatie met gesteldeproductie-eisen (productievolumes - cyclustijd en product-varianten (flexibiliteit)) zijn van doorslaggevend belangom installatieconcepten vast te kunnen leggen. Tenslotte dient het onderhoud (slijt- en reservedelen) vande installatie als overweging meegenomen te worden inde ontwerpfase.

Wanneer aan de bovenstaande producten productie-eisen moet worden voldaan, kan voor het lassen vanstalen legborden in de ontwerpfase een keuze gemaaktworden uit de volgende lasprocessen: puntlassen; projectielassen; laserlassen.

Deze lasprocessen zijn zowel in een eenvoudig als ookin een volledig geautomatiseerd machineconcept onderte brengen.

Doorslaggevend bij de keus tussen deze concepten is(voor deze fictieve klant) de gevraagde cyclustijd (out-put) van de machine bij een bepaalde productvariant.Dat het aantal lasverbindingen per product bepalend iszal geen verrassing zijn.

Punt- en projectielassen kunnen zowel in een (relatiefeenvoudig) lasportaal met één of meerdere lascilindersworden gelast, maar ook met behulp van een robot dievoorzien is van een lastang. In de eerste situatie dientdoor een machinebediener het product voor elk te lassenpunt onder de laselektroden te worden gepositioneerd.

In de tweede situatie (m.b.v. een robot) wordt het pro-duct eenmaal door de machinebediener in een lasmalgeplaatst, waarna de robot het product volledig aflast.

3) Case beschikbaar gesteld door AWL-Techniek. AWL-Techniek weet door een jarenlange ervaring op het gebied van verbindingstechnologie incombinatie met speciaalmachinebouw, klantspecifieke wensen te vertalen naar betrouwbare productieprocessen.


Met betrekking tot de uiteindelijke visuele kwaliteit ge-niet het lassen met een lasportaal de voorkeur bovenhet lassen met een robot.

Wanneer grote productievolumes geproduceerd moetenworden, waarbij tevens sprake is van productfamilies,is het ontwikkelen van een project-/klantspecifieke las-machine een voor de hand liggende keuze. In een derge-lijke "speciaalmachine" kunnen eveneens de genoemdeverbindingsprocessen geïntegreerd worden.

Voor bijvoorbeeld het punten projectielassen kunnen,wanneer een groot aantal lascilinders en meerdere las-transformatoren voorzien zijn, een groot aantal laspun-ten in één keer of in cascade worden gelast. Het paneelen het vereiste aantal versterkingsprofielen worden hier-bij automatisch toegevoerd, na positionering direct ge-last en aansluitend automatisch afgevoerd. Ter illustra-tie: het product als aangegeven in figuur 10.2 voorzienvan drie versterkingsprofielen en in totaal 3×16 lassenkan, bij voldoende equipement, in circa 16 secondenworden gelast. Als dit product met behulp van een lasrobot of een een-voudig lasportaal wordt gelast, bedraagt de cyclustijdcirca 96 seconden.

figuur 10.2 Legbord voorzien van drie versterkings-profielen

Tenslotte bestaat de mogelijkheid om legborden metbehulp van een remote laser te produceren, omdat allelassen in het horizontale vlak liggen. Hierbij dienen depanelen en versterkingsprofielen in een lasmal te wordenopgespannen, waarbij moet worden acht gegeven opeen reproduceerbare aandrukkracht ter plaatse van delaspunten. Nadat de onderdelen zijn geplaatst, kunnenmet behulp van de remote laser in een korte tijd allelassen worden geproduceerd.Voor het lassen van het product als aangegeven infiguur 10.1 bedraagt de cyclustijd circa 10 seconden.

Aangezien de investeringskosten voor een laser hogerliggen dan de reeds genoemde machinevarianten, is hetnoodzakelijk dat vergelijkbare (vlakke) producten op deinstallatie geproduceerd kunnen worden.

In figuur 10.3 is schematisch het gevolde traject weer-gegeven.Duidelijk blijkt uit deze figuur dat de selectie van het uit-eindelijke concept en de hierbinnen gebruikte lasproces-sen, alsmede de gekozen vorm van het machineconcept,in dit geval bepaald wordt door de gewenste cyclustijd.Dit is echter lang niet altijd het geval, waardoor hetmoeilijk is om een generiek model te maken, omdat elkecase op detailniveau weer anders is. De grote lijnen omte komen tot een selectie en een uiteindelijke beslissingzijn echter wel toepasbaar voor de meeste cases en ditis wat getracht is aan te geven.

figuur 10.3 Schematisch overzicht van de beslissings-boom gebaseerd op de case van het inlegbord

tabel 10.1 Overzicht van de geselecteerde mogelijkheden met een aantal voordelen, beperkingen en een indicatie tenaanzien van de investeringen

soort installatie snelheid voordelen beperkingen indicatieve verhoudinginvesteringskosten

lasportaal gemiddeld goede laskwaliteitrelatief lage investering

lage outputhogere kosten vanwege positioneren doorbediener

100

robot voorzienvan laspistool langzaam hogere flexibiliteit

aangezien punt na punt wordt gelast, een zeerlage output en goede laskwaliteit echter metaftekening

150

speciaalmachine hooghoge outputgoede laskwaliteitgeen bedieners

hogere investeringskostengeschikt voor productfamilie 300

laser (remote) hoog hoge flexibiliteithoge output hoge investeringen onderhoudskosten 500


AuteurDeze voorlichtingspublicatie is opgesteld in opdracht vande Vereniging FME-CWM in het kader van het project‘Proceskeuze voor de fabricage van producten met hogenauwkeurigheidseisen te vervaardigen in kleine series(PKS)’. Hierbij waren de volgende organisaties betrokken:SenterNovem, FDP, NIL, NIMR, Syntens, TNO, UniversiteitTwente, TU Delft en de Vereniging FME-CWM/IndustrieelTechnologie Centrum (ITC).De auteurs, J. Olde Benneker (NIMR) en A. Gales (TNO)werden ondersteund door een begeleidingsgroep bestaandeuit: H.J.M. Bodt (NIL), H.J.M. Raaijmakers (FDP),P. ter Horst (Demar Lasers), J.F.P. Dijk (Trumpf LaserNederland), M. Hermans (TU Delft), R.R.G.M. Pieters (TUDelft), R. Vogels (Hollandia), F. Meeske (AWL), F. Bax(3D TEC), T. Vonk (Möller Metaal), J. van de Put(Syntens), R. Verstraeten (Trumpf Laser Nederland),P. Scheyvaerts (Rofin Baasel), P.F. Senster (TNO Industrieen Techniek), G. Vaessen (GVA), P. van Ackooij (FME) enP. Boers (FME).

Technische informatie:Voor technisch inhoudelijke informatie over de in deze voor-lichtingspublicatie behandelde onderwerpen kunt u zichrichten tot de auteurs J. Olde Benneker (tel.: 053-4892432,e-mail: [email protected]) en A. Gales (tel.:040-2650247, e-mail: [email protected]).

Informatie over, en bestelling van VM-publicaties,Praktijkaanbevelingen en Tech-Info-bladen:Vereniging FME-CWM/Industrieel Technologie Centrum (ITC)Bezoekadres: Boerhaavelaan 40,

2713 HX ZOETERMEERCorrespondentie-adres: Postbus 190,

2700 AD ZOETERMEERTelefoon: (079) 353 11 00/353 13 41Fax: (079) 353 13 65E-mail: [email protected]: www.fme.nl

© Vereniging FME-CWM/februari 2007 - 05

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaargemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke anderwijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Hoewel grote zorg is besteed aan de waarborging van een correcte en,waar nodig, volledige uiteenzetting van relevante informatie, wijzen debij de totstandkoming van de onderhavige publicatie betrokkenen alleaansprakelijkheid voor schade als gevolg van onjuistheden en/ofonvolkomenheden in deze publicatie van de hand.

Vereniging FME-CWMafdeling Technologie & InnovatiePostbus 190, 2700 AD Zoetermeertelefoon 079 - 353 11 00telefax 079 - 353 13 65e-mail: [email protected]: www.fme.nl

TI.07.34 Laserlassen vs. Conventionele Lastechnieken

Documents

Transcript of TI.07.34 Laserlassen vs. Conventionele Lastechnieken