Verschilvak

Lassen is een snelle en betrouwbare verbindingstechniek die andere permanente verbindingsprocessen bijna heeft vervangen. Het kan worden gedefinieerd als een verbindingsproces waarbij twee of meer materialen permanent kunnen worden samengevoegd met of zonder de toepassing van warmte, druk en vulmiddel. Het kan op overweldigende wijze worden gebruikt voor het verbinden van niet alleen metalen, maar ook andere soorten materialen, waaronder kunststoffen en keramiek. Om te voldoen aan de behoefte om een grote verscheidenheid van materialen op verschillende manieren te verbinden, bestaat er een groot aantal lasprocessen die in grote lijnen kunnen worden ingedeeld als smeltlassen en lassen in vaste toestand. Bij smeltlassen wordt warmte van buitenaf toegepast om de smeltende oppervlakken van het moedermetaal te smelten tot een samensmelting. De hitte kan op verschillende manieren worden toegepast zoals door elektrische boog, gasvlam, weerstandsverhitting, hoge energiestraal, enz.

Overeenstemmend, vallen alle booglassen, gaslassen, weerstandslassen en intense energiestraal lassenprocessen binnen het omhulsel van het fusielassen. Bij het booglassen wordt een elektrische boog gevormd tussen een puntelektrode en de geleidende basismetalen. Deze boog is de belangrijkste warmtebron voor het smelten van de te smelten oppervlakken en de toevoegmaterialen. Er bestaan heel wat van dergelijke processen – zij volgen allemaal hetzelfde basisprincipe, maar verschillen aanzienlijk wat betreft procedure, voordelen, beperkingen en haalbare toepassingsgebieden. Afgeschermd metaalbooglassen (SMAW), gasmetaalbooglassen (GMAW) en gas-wolfraam booglassen (GTAW) zijn drie van dergelijke booglasprocessen – elk van hen biedt bepaalde voordelen boven de andere. De verschillen tussen SMAW-, GMAW- en GTAW-lasprocessen worden hieronder besproken.

Consumeerbare en niet-consumeerbare elektrode: De elektrode is een integraal onderdeel van elk booglasproces voor het tot stand brengen en handhaven van de vlamboog. Er zijn twee soorten elektroden: verbruikbare en niet-verbruikbare. Een elektrode voor consumptie smelt tijdens het lassen door verhitting van de boog en zet zich vervolgens af op de lasparel die uiteindelijk een integraal deel van de lasverbinding wordt. Een niet-verbruikbare elektrode daarentegen smelt niet tijdens het lassen en blijft intact. Bij een bepaald booglasproces wordt slechts één type gebruikt. Met betrekking tot verbruikbare en niet-verbruikbare aard van de elektrode, vergelijking tussen SMAW, GMAW en GTAW lasprocessen is hieronder opgesomd.

• SMAW-Consumable elektrode.
• GMAW-Consumable elektrode.
• GTAW-Non-consumable elektrode.

Toepassing van vullermetaal: Filler metaal is nodig om te leveren voor het opvullen van de wortel spleet. Wanneer de root gap aanzienlijk groter is (>2mm) en/of rand is voorbereid dan vulmiddel moet worden toegepast. Met een verbruikselektrode smelt de elektrode zelf en zet zich af op de lasparel. Er is dus geen extra toevoegmateriaal nodig. Dergelijke elektrode gedraagt zich als vulstof en de toevoersnelheid van de elektrode kan worden geregeld om de afzettingssnelheid van de vulstof te manipuleren. Niet-elektrode daarentegen levert geen vulstof op de lasnaad. Dus als vulmiddel nodig is, moet het afzonderlijk worden geleverd.

• SMAW-Niet nodig extra vulmiddel. Elektrode fungeert als vulmiddel.
• GMAW-Niet nodig extra vulmiddel. Elektrode fungeert als vulmiddel.
• GTAW-Elektrode is niet verbruikbaar. Dus extra vulmateriaal in de vorm van staafjes met een kleine diameter wordt geleverd, alleen wanneer het nodig is, door het constant onder de boogkolom te voeden.

Continue aard van elektrode/vulmateriaal: Het toevoegmateriaal, hetzij in de vorm van elektrode of een afzonderlijke, smelt voortdurend af en zet zich af op de lasparel. De lengte ervan wordt dus geleidelijk korter naarmate de lastijd vordert. Als deze vulmateriaallengte te kort is, moet het vaak door een nieuwe worden vervangen. Dit vermindert de productiesnelheid en onderbreekt het proces. Anderzijds kan een lange vulstof voor langere tijd zonder onderbreking continu naar de laszone worden gevoerd. Dergelijke methode is productief, maar vereist bulkopslag van dure vuller.

• SMAW-vuller-elektrode is in de vorm van kleine diameter rechte staaf van lengte 2 – 3ft. Aldus vereist het frequente verandering en onderbreking van proces.
• GMAW-vuller-elektrode is in de vorm van kleine diameter draad die op een draadpool wordt gewikkeld. De vrij lange draadelektrode wordt opgeslagen in die pool en zo kan het lassen onophoudelijk voor langere duur zonder tussentijdse onderbreking voor elektrodenverandering worden uitgevoerd. Deze elektrode wordt continu gevoed door middel van gemechaniseerde regelingen.
• GTAW-elektrode is niet verbruikbaar. Het toevoegmateriaal wordt gewoonlijk geleverd in de vorm van korte staafjes met een kleine diameter, zodat vaak moet worden gestopt om het toevoegmateriaal te vervangen. Er kan echter continu worden gelast als er geen toevoegmateriaal wordt gebruikt.

Voorkeurige lasmethode: Booglassen kan in drie verschillende modi worden uitgevoerd. Zoals eerder vermeld, is het niet nodig vulmiddel toe te voegen wanneer de root gap zeer klein is of de basismaterialen dun zijn. Wanneer het lassen wordt uitgevoerd zonder enig toevoegmateriaal aan te brengen, wordt dit autogene modus genoemd. Echter, als vulstof wordt toegepast en de metallurgische samenstelling van vulstof is vergelijkbaar met die van de oorspronkelijke component, dan wordt het aangeduid als homogene modus. Als de metallurgische samenstelling van het vulmateriaal wezenlijk verschilt van die van het basismateriaal, dan spreekt men van de heterogene wijze. Verschillende lasprocessen zijn geschikt voor verschillende modi.

• SMAW-vulstof is inherent aan dit proces vanwege de elektrode die wordt verbruikt. Dus autogene modus is niet mogelijk. Het is geschikt voor hoofdzakelijk homogeen lassen.
• GMAW- Vergelijkbaar met SMAW, is de vulstof inherent aan dit proces vanwege de elektrode. Dus autogene modus is niet mogelijk. Het is geschikt voor homogeen en heterogeen lassen.
• GTAW-Elektrode is niet verbruikbaar. Dus autogene modus is haalbaar; in feite is TIG-lassen alleen geschikt voor deze modus. Het kan echter ook worden toegepast voor homogeen en heterogeen lassen door gebruik te maken van een optimale set procesparameters.

Elektrodemateriaal: Het elektrodemateriaal van elk booglassenprocédé moet weinig basiskenmerken zoals goed elektrisch geleidend, goede elektronenemissiviteit, gewenst smeltpunt, enz. bezitten. Het is vermeldenswaard dat het toevoegmetaal met het moedermetaal compatibel moet zijn anders zullen zij zich niet behoorlijk mengen leidend tot defect lassen. Bij een elektrode voor consumptie moet het elektrodemateriaal dus worden gekozen op basis van compatibiliteit met het basismetaal. Bij een niet-verbruikbare elektrode moet het toevoegmateriaal worden gekozen op basis van compatibiliteit met het basismetaal, terwijl de elektrode moet worden gemaakt van materiaal met een hoog smeltpunt.

• SMAW-elektrode wordt meestal gemaakt van ijzerhoudende materialen. Het heeft slechts weinig variatie in termen van elektrode materiaal. Aldus is het geschikt voor het homogene verbinden van ijzerhoudende componenten slechts.
• GMAW-Wide verscheidenheid van elektrodematerialen zijn beschikbaar in markt. Hoewel de meeste elektroden ferro zijn, kan hun metallurgische samenstelling worden gevarieerd om het gewenste resultaat te bereiken.
• GTAW-Deze elektrode is gemaakt van wolfraam alleen. Dit is onafhankelijk van basismetaal of vulmetaal als elektrode is niet-verbruikbare. Wolfraam heeft het hoogste smeltpunt (3422°C). Andere gewenste eigenschappen kunnen ook worden gemanipuleerd door legeringselementen in kleine hoeveelheden toe te voegen. Bijvoorbeeld thorium, lanthaanoxyde, ceriumoxyde, zirkoonoxyde, enz. worden toegevoegd met wolfraam voor het verbeteren van verschillende laseigenschappen zoals elektronenemissiviteit, elektrode-erosie, enz.

Gecoate of naakte elektrode: Elektrode kan worden bekleed om het te beschermen tegen oxidatie of atmosferische verontreiniging. Naast bescherming tegen oxidatie, biedt het coaten ook andere voordelen zoals het leveren van beschermgas, het verminderen van spatten, het stabiliseren van de boog, het induceren van chemische elementen in de lasparel, enz. Een beklede elektrode is echter duur en kan na verloop van tijd beschadigen. Verschillende processen maken gebruik van verschillende soorten bekleding, elk met de gewenste functie.

• SMAW-Gebruikt dikke flux beklede elektrode. Deze flux beschermt niet alleen de elektrode, maar levert ook beschermgas.
• GMAW-Niet voorzien van een fluxcoating op de elektrode. Er wordt echter een dunne coating van stabiel materiaal aangebracht om het elektrodemateriaal tegen oxidatie te beschermen.
• GTAW-Gebruikt blanke wolframelektrode. Er wordt geen coating op de elektrode aangebracht.

Voorziening van beschermgas: Schermgas wordt bij het booglassen toegevoerd om de zuurstof uit de laszone te verdrijven en een omhulsel van inerte gassen rond de lasparel te creëren. Zijn primaire functie is de hete lasparel te beschermen tegen oxidatie. Dergelijk beschermgas kan rechtstreeks uit een gasfles worden geleverd of indirect door het uiteenvallen van andere chemische elementen tijdens het lassen.

• SMAW-Fluxbekleding van de elektrode valt tijdens het lassen uiteen en produceert beschermgas. Er wordt geen afzonderlijk beschermgas toegepast.
• GMAW-(inert of actief) beschermgas wordt geleverd uit gascilinder.
• GTAW-Inert beschermgas wordt geleverd uit gascilinder.

Spattenprobleem: Spatten zijn kleine druppeltjes gesmolten toevoegmetaal die ontstaan door verstrooiing van de vlamboog en uit de laszone naar buiten komen. Dit spatten veroorzaakt verlies van toevoegmetaal en dus een niet-uniforme neersmelt die soms leidt tot verschillende lasdefecten waaronder negatieve wapening en maatonnauwkeurigheid. Het belemmert ook het uitzicht en vereist slijpen na het lassen om het te verwijderen.

• SMAW-Produceert bovenmatig spatten zelfs met optimale reeks procesparameters.
• GMAW-It produceert ook spatten; echter, kan worden verminderd door gebruik te maken van optimale reeks procesparameters.
• GTAW-It is meestal vrij van spatten.

Handmatig en automatisering: Afgeschermd metaalbooglassen wordt handmatig uitgevoerd en daarom wordt het ook wel handmatig metaalbooglassen (MMAW) genoemd. Booglassen met gasmetaal kan gemakkelijk worden geautomatiseerd, waarbij de elektrodedraad continu van de spoel wordt gevoerd met behulp van een gemechaniseerde regeling en tegelijkertijd de toorts wordt bewogen door een ander automatisch voertuig. Gas wolfraam booglassen wordt meestal handmatig uitgevoerd, maar kan ook worden geautomatiseerd, met name de beweging van de toorts. Een geautomatiseerd proces is snel en productiever; maar het handmatige proces is flexibeler en heeft vrijwel geen beperking van de plaats voor de toepassing ervan.

Productiviteits- en kwaliteitsproblemen: SMAW biedt geen verbinding van goede kwaliteit. Daarom wordt het vooral gebruikt voor huishoudelijke en algemene industriële toepassingen. Het veelvuldig wisselen van elektroden veroorzaakt onderbrekingen in het proces en is dus niet geschikt voor langdurig lassen. GMAW is zeer productief en kan gedurende lange tijd continu worden uitgevoerd. Het kan gemakkelijk worden geautomatiseerd. De volumedepositiesnelheid is ook zeer hoog. Het is dus geschikt wanneer er een brede grondspleet bestaat, randen in U- of V-vorm worden gemaakt, langere verbindingseisen worden gesteld of zelfs voor cladden. Hoewel het minder vatbaar is voor defecten, is de kwaliteit van de verbinding niet erg goed. Spatten belemmeren ook het uiterlijk van de lasnaad. Wat de kwaliteit betreft, is GTAW de beste van de drie. Het geeft een superieure verbinding met een prachtig uiterlijk. Het is minder gevoelig voor defecten, maar de neersmelt of lassnelheid is relatief laag.

Wetenschappelijke vergelijking tussen booglassen met afgeschermd metaal (SMAW), booglassen met gasmetaal (GMAW) en booglassen met gas wolfraam (GTAW) wordt in dit artikel gepresenteerd. De auteur stelt ook voor om de volgende referenties door te nemen voor een beter begrip van het onderwerp.