De oorzaken en controlemethoden van gasporiën in lasnaden bij laserlassen

I. Inleiding

Laserlassen biedt voordelen zoals een hoge energiedichtheid, een kleine warmtebeïnvloede zone, goede lasvorming en weinig vervorming. Het wordt veel gebruikt in plaatwerkverwerking, consumentenelektronica, batterijproductie, medische apparatuur en de automobielindustrie. In praktijktoepassingen treden echter vaak porositeitsfouten op in of op het oppervlak van lassen, veroorzaakt door de gecombineerde invloed van materiaal-, apparatuur- en procesfactoren. Deze fouten hebben negatieve gevolgen voor de lassterkte, dichtheid en esthetische kwaliteit. Daarom is het noodzakelijk om de mechanismen van porositeitsvorming te analyseren en effectieve maatregelen voor te stellen om de lastabiliteit en productkwaliteit te verbeteren.

II. Belangrijkste oorzaken van lasporositeit

Porositeit bij lassen wordt meestal veroorzaakt door ingesloten gas, neerslag van opgelost gas of verdamping van materiaal. De belangrijkste oorzaken zijn:

1. Oppervlakteverontreiniging van materialen

Wanneer lasoppervlakken olie, vocht, roest of coatings bevatten, ontleden deze bij hoge temperaturen en ontstaan er gassen die in de smeltbad terechtkomen. Bijvoorbeeld:

Olieverontreiniging → veroorzaakt koolwaterstofgassen

Vocht → veroorzaakt H₂ en O₂

Coatings → ontleden tot organische of anorganische gassen

Als het smeltbad snel stolt, kunnen deze gassen niet op tijd ontsnappen en ontstaan poriën.

2. Hoog gasgehalte in materialen

Bepaalde materialen bevatten hogere concentraties waterstof, zuurstof, stikstof of insluitingen, die tijdens het smelten kunnen neerslaan en bellen vormen. Bijvoorbeeld:

Aluminiumlegeringen zijn gevoelig voor waterstof

Staal is gevoelig voor zuurstof

Koperlegeringen zijn gevoelig voor stikstof

Als de tijd van het smeltbad onvoldoende is of de koeling te snel verloopt, blijven de gassen opgesloten en vormen poriën.

3. Onvoldoende of onstabiele laserenergie-invoer

Als de energiedichtheid onvoldoende is, wordt het smeltbad ondiep en heeft het een slechte vloeibaarheid, waardoor het moeilijk wordt voor gassen om te ontsnappen. Energiefluctuaties kunnen ook leiden tot inconsistente afsluiting van het smeltbad, wat vastzittende luchtbellen veroorzaakt.

Veelvoorkomende verschijningsvormen zijn:

Laservermogenfluctuaties

Brandpuntsafwijking die leidt tot verminderde vermogensdichtheid

Te hoge lasnelheid die onvolledige doordringing veroorzaakt

4. Onjuiste beschermgasbedekking

Onvoldoende afscherming of onjuiste afschermingrichting zorgt ervoor dat lucht in het smeltbad komt en gasreacties veroorzaakt. Een te hoge gasstroom kan turbulentie of luchtopsluiting veroorzaken.

Veelvoorkomende problemen zijn:

Te hoge argonstroom die werveling veroorzaakt

Gasverkeerdligging leidend tot onvolledige afscherming

Verontreiniging van de sproeikop die verstoring van stromingsvelden veroorzaakt

5. Mismatch tussen toevoegmateriaal en basismetaal

Bij draadautogeenlassen kan, indien de samenstelling van de toevoegdraad, het gasgehalte of de schoonheid onvoldoende is, extra gas of insluitingen worden ingebracht.

Voorbeelden zijn:

Vochtige of vochtabsorberende lastoevoegdraad

Slechte opslagomstandigheden

Onvoldoende reiniging van de draad

III. Belangrijkste gevaren van lasporositeit

Porositeitsfouten beïnvloeden de productkwaliteit voornamelijk via:

Verminderde lassterkte en vermoeiingslevensduur

Verslechterde afdichting en barrièrefunctie

Verlaagde kwaliteit van het uiterlijk

Verminderde betrouwbaarheid in kritieke toepassingen

Industrieën zoals accu-behuizingen, medische apparatuur en gasdichte structuren kunnen producten volledig afwijzen vanwege porositeitsfouten.

IV. Controlemethoden voor lasporositeitsfouten

Om de kwaliteit van laserslassen te verbeteren, moet optimalisatie plaatsvinden op het gebied van materialen, apparatuur, processen en omgeving.

1. Juiste oppervlaktevoorbehandeling toepassen

Het reinigen van het lasoppervlak vermindert aanzienlijk het risico op porositeit. Veelgebruikte methoden zijn:

Mechanische reiniging (slijpen, borstelen)

Oplosmiddelreiniging (alcohol, aceton)

Laserreiniging (geschikt voor massaproductie)

Drogen en ontvochtigen (met name voor aluminiumlegeringen)

Belangrijke gebieden zijn de laszone en de interne contactvlakken van overlappende verbindingen.

2. Controleer materiaalkwaliteit en opslagomstandigheden

Op basis van de gasabsorptie-eigenschappen van het materiaal:

Aluminiumlegeringen moeten droog worden gehouden om vochtopname te voorkomen

Koperonderdelen moeten worden beschermd tegen oxidatie door gas of een coating

Staal moet ernstige roestvorming en verontreinigingen vermijden

Bij toevoegdraadlassen moet de draad droog en schoon blijven.

3. Optimaliseer laserenergieparameters

Juiste procesafstemming is cruciaal voor het ontsnappen van gas. Optimaliseringsrichtingen zijn:

Verhogen van de vermogensdichtheid → verbetert doordringing en vloeibaarheid

Verminderen van de lasnelheid → verlengt de open tijdsduur van het smeltbad

Aanpassen van de brandpuntspositie → verbetert de stabiliteit van het smeltbad

Stabiliseren van de laseruitvoer → voorkomt energiefluctuaties

Bij dieplassingen kan negatieve defocus de doordringing en stromingsgedrag verbeteren.

4. Verbeteren van de afdekgassystemen

Optimalisatie van afdekgas omvat:

Het selecteren van geschikte gassen (bijv. argon voor aluminiumlassen)

Het regelen van de juiste debieten (turbulentie vermijden)

Het optimaliseren van de nozzlehoek en de afstand tot het werkstuk

Verhoogde bescherming om luchtinsluiting te voorkomen

Voor het lassen van aluminium wordt vaak gebruikgemaakt van dubbele gas- of omsloten afscherming om porositeit te verminderen.

5. Optimaliseer de voegontwerpen en lastoestand

Het ontwerp van de voeg beïnvloedt het ontsnappen van gassen:

Geef de voorkeur aan stootvoegen boven overlappende voegen wanneer mogelijk

Zorg voor ontluchtingskanalen bij overlappende voegen indien onvermijdelijk

Vermijd gesloten structuren die gas kunnen opsluiten tijdens snel afkoelen

Een correct constructief ontwerp vermindert spanning en verbetert de efficiëntie van gasafvoer.

V. Conclusie

Laslasporositeit is een typisch defect dat ontstaat door de gecombineerde invloed van materialen, processen en omgevingsomstandigheden. Het vormingsmechanisme is sterk gekoppeld aan meerdere factoren. Door de reinheid van materialen te verbeteren, de parameters van de laser- en afschermgasoptimalisatie te verfijnen en geschikte lasverbindingontwerpen toe te passen, kan de kwaliteit en prestatie van de laskwaliteit aanzienlijk worden verbeterd. In productieomgevingen kan de integratie van online bewaking en closed-loop kwaliteitscontrolesystemen de laskwaliteit verder stabiliseren en bredere industriële toepassing van lasertechnologie ondersteunen.