Wat is laserlassen?

[Patrick]

Laserlassen is een lasprocedé met een laser. Het kan zowel dienen voor naadlassen als voor puntlassen. Laserlassen is een lasproces dat vooral wordt toegepast in de automobielindustrie. Industriële lasers hebben doorgaans een uitgaand vermogen -in de vorm van infrarood licht- dat ligt tussen de 0,4 en 10 kilowatt. Dit vermogen wordt via optieken (lenzen of spiegels) gefocusseerd tot een laserspot van ongeveer een halve millimeter doorsnee. De energiedichtheid is zo hoog dat dit proces uitstekend geschikt is om grote penetratiedieptes te bereiken en toch zeer hoge voortloopsnelheden kan behalen. Voor een 2 mm dikke plaat staal waarbij gebruik wordt gemaakt van een 6 kW laser koolstofdioxidelaser kan de lassnelheid oplopen tot zo'n 5 meter per minuut. Bij laserlassen ontstaat -indien het plaatmateriaal betreft- een gaatje dat meeloopt met de laser en zich continu sluit achter de spot. Deze manier van lassen wordt keyhole lassen genoemd. Een ander groot voordeel van laserlassen is dat ondanks de hoge energiedichtheid toch met een relatief lage warmte-inbreng wordt gelast. Dat komt doordat de las zeer smal is en door de hoge energiedichtheid zeer snel. Slechts een kleine hoeveelheid metaal wordt hierdoor gesmolten. Dit biedt grote voordelen wanneer het aankomt op het lassen van zogenaamde hoge sterkte vervormingstalen zoals Dual Phase en TRIP staal omdat de warmte-beïnvloede zone veel kleiner is en daardoor de kristalstructuur zo min mogelijk wordt verstoord. Ook wordt veel minder spanning in de plaat gebracht, waardoor minder vervorming optreedt na het lassen. Verder biedt laserlassen in carrosserieën van auto's het voordeel, dat de auto stijver wordt, omdat een laserlas platen staal over een lijn met elkaar verbindt in plaats van op punten zoals bij puntlassen. Laserlassen laat ook toe te werken met dunnere plaat, hetgeen gewichtsbesparing oplevert en dus lager brandstofverbruik. Snijden en lassen kunnen ook gecombineerd worden, zelfs met dezelfde laser.

Laserlassen worden in Nederland vooral toegepast bij Corus in IJmuiden bij de productie van staal maar ook de auto-industrie begint nu de laserlasmethode te ontdekken.
Er is veel ontwikkeling op het gebied van laserlassen.
De meest toegepaste lasers zijn CO2-lasers, waarbij het 'lasing medium' bestaat uit een mengsel van gassen, waaronder CO2. De golflengte bedraagt 10,6 micrometer, dit is dus ver infrarood.

Een andere veel toegepaste laser is de Nd-YAG laser. Een Nd:YAG-laser is een laser gebaseerd op een Yttrium-aluminium-granaat kristal. Het kristal kan met verschillende scheikundige elementen gedopeerd worden, de lasers worden genoemd naar het gebruikte element. Doperen wil zeggen, dat typisch 1 % van de Yttrium atomen vervangen worden door een ander atoom b.v. Neodymium. De golflengte bedraagt 1064 nanometer, dit is dus nabij infrarood.

De CO2 laser wordt het meest gebruikt voor het lassen of snijden van staal. De Nd:YAG-laser kan worden gebruikt voor zowel staal als aluminium. Het voordeel van de Nd:YAG laser is de flexibiliteit, ook omdat de laserstraal kan worden geleid door een glasfiber en zo gemakkelijk op een robot kan worden geplaatst waar dit bij een CO2 laser moet gaan door een ingewikkeld stelsel van straalbuizen waarbij elke afbuiging van de straal moet worden bewerkstelligd door een koperen watergekoelde spiegel. Per kW is een CO2 laser echter goedkoper en de maximaal verkrijgbare vermogens zijn ook hoger.

Behalve in de automobielnijverheid wordt naadlassen met lasers in de industrie ook toegepast voor leidingen in koelkasten, om roestvast stalen oren aan kookpotten te lassen. Het betreft hier geautomatiseerde lasprocessen met Nd:YAG lasers over glasvezel voor productie van grote series.

De nieuwste ontwikkeling op het gebied van lasers zijn zogenaamde disklasers waarbij het lasing medium in de vorm van een schijf is gemaakt zodat deze door opwarming minder wordt beïnvloed. Een andere ontwikkeling is de 'fiberlaser' die in theorie een willekeurig hoog vermogen kan halen door het serieel schakelen van losse units. Bovendien ligt de straal kwaliteit hoger en de behuizing kleiner. De firma die de fiber laser ontwikkelt is Russisch.

Behalve naadlassen komt in de industrie veel puntlassen met lasers voor. Zo bij vervaardiging van veren, bimetalen, transformatoren, spoelkernen, halfgeleiders. Dit gebeurt vrijwel uitsluitend met Nd:YAG lasers, meestal over glasvezel.