H O E K L O O S .

M I G / M A G , T I G

P L A S M A E N L A S E R .

E e n v o o r l i c h t i n g s b r o c h u r e

o v e r d e b e k e n d e l a s - e n s n i j p r o c e s s e n6410.

015

(039

9/30

00)

Hoe

kLo

os b

ehou

dt z

ich

het r

echt

voo

r de

spe

cific

atie

s, z

oals

in d

eze

broc

hure

geg

even

, zon

der

voor

afga

and

beric

ht te

wijz

igen

.

Havenstraat 1Postbus 783100 AB SchiedamTel. (010)2461390Fax (010)2461600Internet http://www.hoekloos.nlE-mail info@hoekloos.nl

Hoek Loos N.V.Tunnelweg 72845 NielBelgiTel. 03/880.85.00Fax 03/844.31.43E-mail hl@hoekloos.be

H O E K L O O S . B R E N G T L U C H T T O T L E V E N .

1paginaVoorwoord 3

1 Inleiding 5Historie van het lassen 5

2 Gasbooglassen 7

2.1 De lichtboog 8Ionisatie 8De boog 8

2.2 Het MlG/MAG-lasproces 10Inleiding 10De apparatuur 11Laspistool 11Draadaanvoermechanisme 12Beschermgasvoorziening 12Koelsysteem 12Stroombron 12Wijze van neersmelting 14Het kortsluitboogproces 14Sproeibooglassen 15Lichtboogprojector 16Pulsbooglassen 16Lasparameters 19Instellen lasapparatuur 19Nieuw type stroombron 19De analoge stroombron 20De secundair geschakelde stroombron 20De primair geschakelde stroombron 20Hybride stroombron 21Regelsystemen 21Synergische regeling 21Zelfregulerende methode 21Het lassen met gevulde draad 22Inleiding 22Soorten gevulde lasdraad 23De vulling 24Desoxidanten 25Gasvormers 25Boogstabilisatie bestanddelen 25Legeringselementen 25Laspraktijk 25Materiaal overdracht 25Staalsoorten 25Neersmeltsnelheden 25Hoogvermogen MAG-lassen 26MAG Tandem en Twin Arc 27Lasfouten 27Efficiency van het MlG/MAG-lassen 28Kenmerken en toepassingsgebied 29

2.3 Het TlG-lasproces 30Introductie 30Het proces 30Sterke geconcentreerde boog 30De TlG-installatie 31De TlG-toorts 31

Inhoud

2paginaDe stroombron 31Hoogfrequent 33EMC-Richtlijn 34Wolfram-elektrode 34Wolfram met dope 34Kenmerken en toepassingsgebied 35

2.4 De Plasma processen 36Plasma-lassen 37Kenmerken en toepassingsgebied 37Plasma-snijden 37Kwaliteit van het snijden 38Fijnstraal plasma-snijden 38

3 Lasers 39Lasertoepassingen 40Laserlassen 40Toegepaste lasergassen 40Snijgassen 41Beschermgassen 41

4 Beschermgassen 42

4.1 Gassen voor het gasbooglassen 42Argon 43Helium 43Laskoolzuur 44Zuurstof 45Waterstof 45

4.2 Menggassen 46Koolzuur als mengcomponent 46Zuurstof als mengcomponent 46

4.3 Beschermgassen voor het MlG/MAG-lassen 47Massieve draad 47Gevulde draad 48

4.4 Beschermgassen voor het TIG- en Plasma-lassen 49

4.5 Gasdebiet 50

4.6 Gassen bij het Plasma-snijden 50

5 Formeren of gasbacking 51

6 Veiligheid 521. Elektrische schok 522. Straling 523. Verontreiniging van de lucht 52

MAC-waarden 53Welke stoffen? 53Fosgeen 54Ozon 54Afzuiging 54Slijpen wolfram-elektroden 55

4. Gecomprimeerde gassen 555. Wegspringend materiaal 55

7 Aanvullende informatie 56Literatuuropgave 56

3De eerste druk van dit boekje werd in augustus 1987 als onderdeelvan het HoekLoos Onderwijs Informatiekoffertje uitgebracht. In deeerste opzet was het bedoeld als hulpmiddel bij het technischonderwijs om de moderne lasprocessen MIG/MAG; TIG en Plasmate kunnen verklaren.

Belangstelling uit het bedrijfsleven en de introductie van variantenvan de genoemde processen hebben ertoe geleid dat deze voor-lichtingsbrochure meerdere malen herdrukt werd.

Zo ook nu weer bij de 6e druk, waarin o.a. aandacht besteed wordtaan een uitbreiding van het MlG/MAG-lassen n.l. het HoogvermogenMAG-proces, dat ondermeer ook onder de namen T.I.M.E. enLINFAST bekend staat.Tevens wordt aandacht besteed aan het gebruik van de laser in delas- en snijtechniek. Deze geconcentreerde energiebron vindt vooraltoepassing bij het met hoge snelheid snijden van een veelheid aanmaterialen. Maar ook het laserlassen is sterk in opkomst.

De inhoud is gebaseerd op diverse onderzoekingen en artikelen diein de loop van de tijd gepubliceerd zijn. Gedetailleerde informatiehierover is vermeld in de literatuuropgave. Daarnaast is gebruikgemaakt van informatie van Linde AG-Werksgruppe TechnischeGase en diverse NlL/FME-voorlichtingsbladen.

De wens is dat de hernieuwde uitgave van deze HoekLoos voor-lichtingsbrochure het begrip voor en de toepassing van de modernelas- en snijprocessen nog meer zal vergroten. Want ook in de 21e

eeuw zal in de Nederlandse metaalindustrie voor de vervaardigingvan producten op grote schaal gelast en gesneden moeten worden.

D.R. J. Lafbre

Schiedam, mei 1999

Voorwoord

4

Als er over lassen gesproken wordtheeft men doorgaans slechts hetautogeen, het weerstandslassen eneen beperkt aantal andere booglas-processen voor ogen. Het aanbodvan lasprocessen is echter vele malengroter, zoals bijvoorbeeld uit afbeel-ding 1 blijkt. Hierbij is gekozen vooreen indeling naar energiebron, zoalselektrische boog, gasvlam, straling endergelijke en de wijze van aanbren-gen, zoals smelten of drukken. In ditboekje zal uitsluitend over de gas-booglas- en snijprocessen gesprokenworden, zoals MIG/MAG-, TIG- enplasma-lassen en het plasma-snijden.Daarnaast zal ook aandacht besteedworden aan twee processen, die zichzeer snel ontwikkelen, namelijk hetlaserlassen en lasersnijden van meta-len. Aangezien een proces en dekwaliteit van de gelaste verbindingmede bepaald worden door degebruikte beschermgassen, zal ditook uitgebreid behandeld worden.

Historie van het lassenVoor het krijgen van een beter begripvan het lassen en om te laten zien,dat hier sprake is van een betrekkelijkjonge techniek, is het wellicht ver-standig even stil te staan bij degeschiedenis van deze verbindings-methode. Alhoewel de lastechniek inzijn huidige vorm slechts iets meerdan 100 jaar oud is, was het verbin-den van metalen reeds langerbekend. Zo heeft men aan de Eufraatgouden juwelen gevonden, die metbehulp van een houtskoolvuur en eenblaaspijp werden gesoldeerd. Detekening van afbeelding 2 getuigt hier-van. Deze afbeelding is naar men ver-moedt rond 1500 jaar voor Christusgemaakt en derhalve zon 3500 jaaroud. Daarnaast is het uit de geschie-denis bekend, dat Tubalkain in 4000v. Chr. reeds brons kon smeedlas-sen.

De voor ons zo belangrijke wrkelijke

ontwikkeling van het lassen is echterpas in de 19e eeuw begonnen. Nadatonder meer Davy in 1821 de elektri-sche lichtboog onderzocht had endoor Desbassayns de Richemont in1838 een brander voor waterstof engecomprimeerde lucht ontwikkeldwerd. Kort daarvoor hadden boven-dien Davy en Berzelin ontdekt dat, alsmen calcium-carbide met water inaanraking brengt, er een gas ontstaatdat wij nu als acetyleen kennen.

Zoals uit het onderstaande overzichtblijkt, volgden de ontdekkingen elkaarna deze tijd steeds sneller op. Dezeopsomming is verre van volledig endient er uitsluitend toe een betere kijkop de ontwikkeling van deze proces-sen te krijgen.

1849 -William Edward Staite (U.K.)krijgt een patent voor het las-sen van metalen met behulpvan een elektrische boog.

1862 -Friedrich Wohler ontdekt hetcalcium-carbide, hetgeenbelangrijk is voor het toe-komstige autogeen lassen.

1877 -Elihu Thomson (U.S.A.) ontdekthet weerstandslassen.

1887 -Bernardos en Olszewiskilassen met koolelektroden opgelijkstroom.

1890 -Slavianoff krijgt patent op hetbooglassen met metaal-elektroden. In Amerika wordtgelijktijdig een soortgelijk

5

1. Inleiding

1. Diverse lasprocessen.

2. Egyptische goudsmid met blaaspijp (1475 vr Christus).

patent aan Charles Coffin ver-leend. In hetzelIde jaar wordthet waterstoflassen ontwikkeld.

1892 -Het lukt Wilson en Moissan opgrote schaal calcium-carbidete produceren, hetgeenbelangrijk is voor de industrileproductie van acetyleen.

1895 -Carl von Linde ziet kans ombij 194 C lucht vloeibaar temaken. Dit is vooral van belangmet het oog op de ontwikke-ling van de autogene proces-sen en de fabricage van dehuidige beschermgassen.

1896 -Bernard Drger ontwikkelt detechnische brander.

1897 -A. Daube krijgt patent op eenacetyleen-ontwikkelaar. Afbeel-ding 3 is een tekening van eendergelijk apparaat.

Met name tijdens de 20e eeuw heb-ben zich een aantal ontwikkelingenvoorgedaan, die tot het huidige hogeniveau van de lastechniek geleid heb-ben. De belangrijkste gebeurtenissen

waren:rond1900 -Ontwikkeling van de waterstof/

zuurstof-snijbranders.

1901 -Fouch en Piccard maken eenhogedruk acetyleen/zuurstof-brander met inwendige gas/zuurstof-menging, terwijl mengebruik maakt van in acetononder druk opgeloste acety-leen.

1902 -Oscar Kjellberg brengt de eer-ste beklede elektroden op demarkt.

1909 -Schnherr ontdekt het begripplasma bij een elektrische ont-lading in een gasatmosfeer.

1917 -Einstein geeft aan dat er naastspontane emissie ook gesti-muleerde emissie (laser) kanoptreden.

1925 -Willem Smit komt met deeerste lastransformatoren uit(zie afbeelding 4).

1936 -Het TlG-lassen wordt voor heteerst in de U.S.A. toegepast.

1940 -1945 -Tijdens de tweede wereld-

oorlog worden de eersteschreden gezet op het gebiedvan het MlG-lassen van mag-nesium vliegtuigstoelframes.

1951 -Koolstofstaal en roestvaststaal

kunnen door een toevoegingvan 5% zuurstof aan het argonnu ook MIG of eigenlijk MAGworden gelast.

1955 -Het Plasma-snijden wordtgentroduceerd.

1956 -Tuthill en Welsh ontwikkelen inde U.S.A. de zogenaamdeConstant Potentiaal gelijk-richter, waardoor het mogelijkwordt in een koolzuur-atmos-feer te lassen.Van der Willigen en Defizekrijgen patent op het CO2-lassen van staal.

1960 -Ontwikkeling van het Plasma-opspuiten.

1960 -Eerste laser gebouwd bijHughes Aircraft Corporation.

1963 - Introductie van het Plasma-las-sen.

1965 - Introductie van het MlG/MAG-Puls-lassen.

Na 1965 wordt de ontwikkeling vanhet gasbooglassen ondermeer doorde volgende zaken bepaald. Aller-eerst het perfectioneren van deapparatuur door de toepassing vande elektronica (thyristor en transistor-gestuurde installaties), alsmedeeen verdere doorvoering van demechanisatie. De toepassing van delasrobot is daarvan een sprekendvoorbeeld.

Ook het MlG/MAG-lassen ondergaateen verdere ontwikkeling o.a. door deintroductie van het synergic MlG-Pulsproces en het lassen met hoge-neer-smelt (T.I.M.E.; LINFAST e.d.).

Op het gebied van de toevoegmate-rialen heeft de fabricage en de toe-passing van de gevulde lasdraad inde afgelopen jaren een hele evolutiedoorgemaakt. Ook de komende jarenzal dit zeker niet stil blijven staan.Op al deze onderwerpen zal in hethoofdstuk MlG/MAG-lassen naderingegaan worden.

6

3. Acetyleen-ontwikkelaar. 4. Lastransformatoren.

7Het gasbooglassen omvat een aantalprocessen die allemaal een dinggemeen hebben, namelijk dat hetsmeltbad, de elektrode en het toe-voegmateriaal door middel van eengas tegen de negatieve invloed vande omgevingslucht beschermd wor-den. Zoals later zal worden toegelichtkan dit gas inert = edel zijn of actief.

Afbeelding 5 geeft een overzicht vande voorkomende processen, waarbijeen onderscheid gemaakt wordt naarhet lassen met de wel en met de nietafsmeltende elektrode. Hierna zullende volgende processen behandeldworden.

Lassen met de afsmeltende elektrode - MlG-lassen

MAG-lassenMlG/MAG-Puls.

Lassen met de niet afsmeltende elektrode - TlG-lassen

Plasma-lassen.

Tevens zal in aparte hoofdstukkenaandacht besteed worden aan hetPlasma-snijden, het gebruik van delaser voor het snijden en lassen en detoegepaste beschermgassen.

2. Gasbooglassen

Narrowgap

Elektrogas

PlasmaMIG

MAGCCO2-lassen

MAGMmenggas

lassenMAGp HV-MAGlassen

MIGp

Gasbooglassen

TIG-lassen

Plasmalassen

Atomairwaterstof

lassen

MAGMetaal Actief Gas

Lassen met niet afsmeltende elektrode

Lassen met afsmeltendeelektrode

MIGMetaal Inert Gas

5. Overzicht van de diverse gasbooglasprocessen.

Of er nu gesproken wordt over hetlassen met een afsmeltende elektrode(zoals het MIG/MAG-proces) ofmet de niet afsmeltende elektrode,zoals het TIG- en Plasma-lassen,de warmtebron is de lichtboog. Veelzaken, zoals de boogspanning, devorm van de inbranding, de las-snelheid e.d. kunnen verklaardworden aan de hand van de gedra-gingen van de boog. Alvorens dediverse lasprocessen te behandelenzal kort worden stilgestaan bij eenaantal elementen, die het gedrag vande boog bepalen.

IonisatieBij het booglassen is er sprake vaneen elektrische stroom, die door eenstroombron wordt geleverd en diedoor een gesloten circuit loopt. Ditwordt gevormd door de stroombron,de kabels, de werkstukken, de elek-trode en de boog. Nu is het bij hetgasbooglassen gebruikte bescherm-gas in principe niet elektrisch gelei-dend, maar zelfs een uitstekendeisolator. Om het circuit te sluiten ende elektrische stroom rond te latengaan zal er iets met het beschermgasmoeten gebeuren. Het moet elek-trisch geleidend gemaakt worden endit nu noemt men ionisatie.

Alle stoffen zijn opgebouwd uitmoleculen en deze weer uit atomen.Zo is dit ook het geval bij bescherm-gassen. Argon en helium zijn n-atomig, terwijl koolzuur of CO2 uit eenC-atoom en 2 zuurstofatomenbestaat. Elk atoom bestaat op zijnbeurt weer uit een kern en meerdereelektronen. Een voorbeeld van eenhelium-atoom is in afbeelding 6 weer-gegeven, waarbij blijkt dat zich omde kern twee negatief geladen elek-tronen bewegen. Het atoom is daar-door elektrisch gezien in evenwicht.Argon daarentegen bestaat uit eenkern met 18 elektronen en is daneveneens in evenwicht.

Door een hoog spanningsverschil of

door een hoge temperatuur is hetmogelijk een of meer elektronen uithun baan te stoten. Hierdoor wordthet elektrische evenwicht verstoorden wordt het atoom positief geladen.In een dergelijk geval wordt het danniet meer atoom, maar ion genoemd.Een beschermgas, waarbij eengedeelte van de atomen in ionen enelektronen gesplitst is, wordt opdeze manier elektrisch geleidend enkan zodoende de lasstroom transpor-teren.

Bij het lassen bestaat de gasatmos-feer in de boog niet alleen uitbeschermgasatomen, maar (door deaanwezigheid van metaaldamp) ookuit metaalatomen. Uit de literatuur isbekend, dat metaalatomen bij dein de boog aanwezige hoge tempera-tuur zich beter laten ioniseren dangasatomen. Afbeelding 7 laat dit voorde gassen argon en helium en demetaaldampen ijzer en aluminiumzien. Dit nu is de achtergrond van hetfeit, dat het merendeel van de las-stroom getransporteerd wordt doorde van metaaldamp afkomstige elek-tronen. Een dergelijke geoniseerdeen daardoor elektrisch geleidendegaskolom wordt plasma genoemd.

De boogIn de lasboog onderscheidt meneen drietal karakteristieke gebieden,namelijk in afbeelding 8 van bovennaar beneden gezien: de anodeval (ca. 0,01 mm) de boogkolom de kathodeval (ca. 0,01 mm).

De verhoudingen in het anode- enkathodegebied worden zeer sterkbepaald door het anode- en kathode-materiaal, terwijl de boogzuil in sterkemate afhankelijk is van het gebruiktebeschermende gas.

De spanningval door de boog is nietlineair, maar is aan de kathode enanode het grootste en in de boog-kolom of plasma slechts gering.Bij vergelijking van de anode en dekathode is de kathodeval groter dande anodeval.

Voor beide geldt een energiebalans,die door een aantal zaken bepaaldwordt, zoals:

8

2.1 De lichtboog

6. Helium-atoom.

7. Aanwezige metaalionen.

8. Drietal karakteristieke gebieden.

a. De anode-, resp. kathodeval en delasstroom.

b. De warmte, die een gevolg is vande uittree- en thermische energievan de elektronen. Het uittredenvan de elektronen aan de kathodekost energie (koeleffect) en debotsing van de elektronen aan deanode levert energie op.

c. Warmte vanuit de boogzuil, die tengoede komt aan de anode en dekathode.

In de boogkolom gelden twee even-wichten, namelijk:A. die van het elektrische evenwicht

enB. die van het energie-evenwicht.

Met betrekking tot A betekent dit,dat er in de boog evenveel ladings-dragers (elektronen en ionen) wordengevormd als er verloren zijn gegaan,als gevolg van diffusie en recombi-natie.

Voor wat betreft B geldt, dat deenergie die in de boog vrijkomt gelijkis aan de hoeveelheid, die aan hetoppervlak verloren gaat. Deze ver-liezen worden voor het merendeelveroorzaakt door warmtegeleiding enstraling. Bij een plasmakolom meteen grote doorsnede zal door hetgrote verwarmende oppervlak hetmerendeel van het energieverliesdoor de warmtegeleiding veroorzaaktworden. Bij een plasma met eengeringe doorsnede zal (door eenhogere weerstand) ook de tempera-tuur veel hoger zijn. Hierdoor zal hetenergieverlies sterk door de stralingbenvloed worden.

Onderzoeken hebben aangetoond,dat de boog zich automatisch insteltop een doorsnede, waarbij het pro-duct van de energieverliezen doorgeleiding en straling minimaal is.Met andere woorden: de doorsnedevan de boog of plasmakolom wordtin sterke mate bepaald door dewarmtegeleidbaarheid van de om-

geving, oftewel het beschermgas.

Afbeelding 9 laat het warmtegelei-dingsvermogen van een aantal gas-sen zien, die of als beschermgas ofals mengcomponent bij bescherm-gassen toegepast worden. Hierin isduidelijk te herkennen, dat argonslechts een gering warmtegeleidings-vermogen heeft. Bij helium en kool-zuur ligt dit hoger en waterstof alsmengcomponent verhoogt ook heelsterk het warmtegeleidingsvermogen.Het effect van n en ander wordt inafbeelding 10 getoond, waarbij blijktdat de plasmakolom bij een boog ineen argon-atmosfeer een veel groteredoorsnede heeft dan in een CO2-atmosfeer, met een veel groterwarmtegeleidingsvermogen.

Door de geringe doorsnede zal deelektrische weerstand van een boog

in een gasatmosfeer met een grootwarmtegeleidingsvermogen ookgroter zijn. Dit heeft tot gevolg, datde boogspanning bij gelijkblijvendelasstroom hoger zal zijn, met alsgevolg een grotere boogenergie.

9

10. Invloed van het warmtegeleidings-vermogen op de vorm van de boog.

9. Warmtegeleidingsvermogen van beschermgascomponenten.

InleidingDe hier bedoelde methode stondvroeger ook wel bekend onder denaam CO2-lassen. Door de intro-ductie van argonrijke menggassenals beschermgas is het gebruik vanCO2 bijna geheel verdwenen. Slechtsin enkele gevallen wordt het nogtoegepast zoals bijv. bij het lassenmet speciaal daarvoor ontwikkeldegevulde draden.

Tegenwoordig wordt het proces uit-sluitend MlG/MAG-lassen genoemd,waarbij de benaming in rechtstreeksverband met het gebruikte bescherm-gas staat.

MlG-lassen Het gas is inert.

MAG-lassen Het gas is actief ofbevat actieve bestand-delen.

In de Nederlandse lasliteratuur wordtalleen gesproken over het MIG- enhet MAG-lassen.MIG is een afkorting van Metaal InertGas en deze naam slaat dus uitslui-tend op die toepassing, waarbij een100% inert of edel gas gebruikt wordt.MAG is een afkorting van MetaalActief Gas. Het lassen met een gas,dat geheel actief is zoals CO2, of datactieve bestanddelen bevat, zal inhet vervolg MAG-lassen genoemdworden. Dit geldt bijvoorbeeld ookbij gebruik van een beschermgas,dat voor 99% uit argon en slechtsvoor 1% uit zuurstof bestaat.

Het MIG/MAG-lassen is een procesdat sinds 1951 op een steeds grotereschaal wordt toegepast. Tijdens detweede wereldoorlog werd het ineerste instantie ingezet voor hetlassen van magnesium vliegtuigstoel-frames. Daarna, in 1948, werd hetvoor het eerst industrieel toegepastvoor het lassen van aluminium, waar-bij bleek dat het ongeveer 4x zo snelwas als het op dat moment alleenbeschikbare TlG-lassen.

In 1951 werd deze methode voor heteerst met succes gebruikt voor hetlassen van koolstofstaal en roestvaststaal, nadat men vastgesteld had,dat een toevoeging van 5% zuurstofaan het op dat moment gebruiktebeschermgas argon, de druppel-overgang door de boog aanzienlijkdeed verbeteren.

Als stroombron werd in die tijd nogaltijd de gelijkrichter of omvormer meteen normale vallende karakteristiekgebruikt. Een machine, die we nunog kennen voor het verlassen vanbeklede elektroden en het TlG-lassen.Deze statische karakteristiek wordtaangegeven in afbeelding 11.

Hierin kwam verandering toen in 1958Tuthill en Welsh, twee Amerikanen,een patent kregen op het ontwerpvan een lasgelijkrichter met eenzogenaamde horizontale karakteris-tiek, die eveneens in afbeelding 11getekend is.

In Nederland werd in deze tijd aanVan der Willigen en Defize het patentop het CO2-lassen verleend. Dezetwee ontwikkelingen hebben de grote

aanzet gegeven aan deze lasmetho-de, die nu niet meer uit de industrieweg te denken is.Een proces dat goed, snel en efficintis en universeel inzetbaar. Want naasthet lassen van dunne plaat en grond-naden is ook het lassen in positie enhet lassen met een hoge neersmeltmogelijk.Met name op dit laatste gebied heeftde Canadees John Church veelonderzoek gedaan. Het door hemontwikkelde en gepatenteerde procesT.l.M.E. is hiervan het resultaat.

Parallel aan de ontwikkeling van destroombronnen liep ook de ontwikke-ling van de benodigde lasmaterialen,zoals de draden voor het lassen vanlaag en ongelegeerd staal, die nubekend staan onder de coderingG3Si1 en G4Si1 (SG2 en SG3).Daarnaast is er tegenwoordig een uit-gebreid assortiment draden leverbaarvoor het lassen van roestvast staal,aluminium en dergelijke.

Naast de bekende massieve lasdraadmet een diameter van 0,6 tot 1,6 mmworden tegenwoordig ook veelgevulde lasdraden toegepast. Degebruikelijke diameters hierbij zijn 0,9tot 2,4 mm. In een apart hoofdstukHet lassen met gevulde lasdraadworden deze nader besproken.

Het MlG/MAG-lassen biedt degebruiker een aantal zeer duidelijkevoordelen ten opzichte van bijvoor-beeld het lassen met een bekledeelektrode, namelijk:

1. Doordat met blanke eindlozedraad wordt gewerkt vervalt hetslakbikken, wat naast eenschonere werkplaats (geen slaken elektrode-eindjes op de vloer)ook een tijdwinst betekent. Hetrendement van dit proces is veelhoger dan dat van het elektrode-lassen.

2. Door een diepere inbranding zal

10

2.2 Het MIG/MAG-lasproces

11. Vallende- en horizontale statischekarakteristiek.

een sterkere las ontstaan. De stroomdichtheid (A/mm2) bijhet MIG/MAG-lassen is namelijkaanzienlijk hoger dan bij hetelektrodelassen.

3. De warmte-inbreng is in ver-gelijking met het elektrodelassengeringer, wat minder lasspan-ningen betekent, hetgeen weerresulteert in het minder trekkenvan de gelaste constructie. Dit is onder meer in de dunneplaat industrie een zeer belangrijkaspect.

4. Het proces leent zich bij uitstekvoor het verder mechaniseren vanhet lasproces, waarbij men kandenken aan de toepassing vanlasmanipulatoren tot completeautomaten. Hierdoor is de kwaliteitbeter beheersbaar.

5. Het meest belangrijke voordeel iswel de hogere lassnelheid, dieresulteert in een voor de gebruikergoedkopere las. Dit kan onderbepaalde omstandigheden weloplopen tot meer dan 50%.

Het proces kent ook een aantalbeperkingen, zoals:

Apparatuur gecompliceerder.

Het proces vraagt meer concen-tratie en vakmanschap.

Het instellen van de lasparametersvraagt meer inzicht in het proces.

Shopprimers dienen bij voorkeurverwijderd te worden.

Hier geldt echter, dat door de hogereefficiency van het proces de beper-kingen wegvallen tegenover de lagerekostprijs per meter lasnaad. In eenlater stadium zal op deze aspectennader worden ingegaan.

De apparatuurAfbeelding 12 laat de schematischeopbouw van een MlG/MAG-installatie

zien. In principe bestaat deze altijd uitde hieronder beschreven componen-ten.

LaspistoolDeze kunnen geleverd worden indiverse uitvoeringen en capaciteiten,afhankelijk van de toepassing, het telassen materiaal, de gebruiktestroomsterkte en het gebruiktebeschermgas. Zo zal een MlG/MAG-laspistool voor het met de hand las-sen van dunne plaat er anders uitziendan een pistool voor het lassen vangevulde draad met 400 A, of een pis-tool voor montage aan een lasrobot.

Daarnaast kan er ook een keuzegemaakt worden uit laspistolen meten zonder waterkoeling. In het alge-meen kan gesteld worden, dat voor

toepassingen boven de 250 A uitslui-tend laspistolen met waterkoeling inaanmerking komen. Zou in dit gevaleen gasgekoeld pistool gebruikt wor-den, dan zouden de afmetingen der-mate groot worden, dat het praktischniet meer te manipuleren is.

11

12. MIG/MAG-installatie (schematisch).

DraadaanvoermechanismeOok deze zijn in veel uitvoeringenleverbaar, een en ander weer afhan-kelijk van de soort lasdraad en dediameter. Maar alle hebben zehetzelfde doel, namelijk het met dejuiste, instelbare snelheid aanvoerenvan een op een haspel gewondenlasdraad.Aangezien aan het laspistool door-gaans een kabel en draadgeleidingvan circa 3 4 meter is verbonden,is een aandrijfmotor van voldoendevermogen nodig om de draad hiermet constante snelheid doorheen testuwen.Het draadaanvoermechanisme kanin een separate kast zijn onder-gebracht of bijvoorbeeld in destroombron zelf.In het laatste geval spreekt men danvan een compact-installatie. Afbeel-ding 13 laat een aantal varianten zien.

Het aantal aandrijfrollen kan twee ofvier zijn, waarbij het laatste de voor-keur heeft, omdat dit een betere gripop de draad geeft. Hierdoor zal delasdraad beter en met een constantesnelheid worden aangevoerd. Het isvan essentieel belang dat de juisteaandrijfrollen gemonteerd zijn, dat wilzeggen afhankelijk van de draadsoorten de draaddiameter. Bij de draad-soort onderscheidt men harde draad(staal, roestvast staal) gevulde draaden zachte draad (aluminium).De draaddiameters variren van 0,6-2,4 mm, waarbij overigens degrotere draaddiameters uitsluitendvoor gevulde draden gelden.Voor het verlassen van zachte alumi-nium draad met geringe diameterkan gebruik gemaakt worden van eenlaspistool, waarin een klein spoeltjemet draad en een aanvoermotor zijningebouwd.Een variant hierop is het zogenaamdepush-pullsysteem, waarbij wel gebruikgemaakt wordt van een grote draad-haspel. Hierbij wordt zowel op hetdraadaanvoermechanisme alsook inhet laspistool een aandrijfsysteemgemonteerd.Deze laatste twee versies zijnschematisch weergegeven in afbeel-ding 14.

BeschermgasvoorzieningVoor de bescherming van het vloei-bare lasmetaal, de druppels in deboog en het uiteinde van de lasdraad(elektrode) tegen de negatieve invloedvan de omgevingslucht is het nood-zakelijk, dat voldoende beschermgaswordt toegevoerd.Dit gas kan afkomstig zijn uit cilindersof uit een centraal leidingsysteem.In het hoofdstuk Beschermgassenzal nader op de samenstelling vande mengsels en de eigenschappenvan de diverse componenten wordeningegaan.

KoelsysteemBij hoge stroomsterktes en hetgebruik van zogenaamde menggas-

sen, dat wil zeggen gassen diebestaan uit een mengsel van argon,koolzuur en/of zuurstof, is een gefor-ceerde koeling van het laspistooldoor koelwater nodig.Hiertoe wordt de lasinstallatie meteen integraal koelsysteem uitgevoerd,dat in of onder de stroombrongemonteerd kan worden.

StroombronVoor het MlG/MAG-lassen wordtgebruik gemaakt van een stroombrondie gelijkstroom levert en die eenzogenaamde horizontale karakteris-tiek heeft.

Hierbij wordt de +pool van destroombron met de lasdraad verbonden en de pool met hetwerkstuk.In afbeelding 11 is de statische hori-zontale karakteristiek van dit soort

12

13. Diverse combinaties van draadaanvoer-mechanisme en laspistool.

14. Draadaanvoersystemen voor dunnealuminium lasdraad.

stroombronnen aangegeven. Daar-naast is ook de zogenaamde vallendekarakteristiek, zoals deze voorkomtbij lastransformatoren en lasgelijk-richters voor het lassen met bekledeelektroden of het TlG-proces, in dezeafbeelding getekend.De verschillen tussen deze tweetypen stroombronnen zijn in afbeel-ding 15 vermeld.

Bij het MlG/MAG-proces wordtgebruik gemaakt van een draad meteen geringe diameter, in het alge-meen 0,8, 1,0 of 1,2 mm, die meteen constante snelheid wordt aan-gevoerd. Regelmatig afsmelten vande lasdraad kan alleen bij een juisteinstelling van lasstroom en lasspan-ning, respectievelijk booglengteplaatsvinden.

Het is voor een lasser onmogelijk deafstand tussen het laspistool en hetwerkstuk tijdens het werken constantte houden. Het bewegen van dehand en ongelijkheid van het werk-stuk zijn zaken, die deze afstandvoortdurend doen wijzigen. Als er geen maatregelen getroffenzouden zijn zou dit betekenen, datde booglengte en dus ook de boog-spanning zeer sterk tijdens het lassenzouden fluctueren. De booglengteen de boogspanning zijn recht even-redig. Dit betekent, dat vergrotingvan de booglengte ook een ver-groting van de boogspanning totgevolg heeft. Dit zal een negatiefen dus ongewenst effect hebbenop de afsmelting van de druppel.Om nu de booglengte en dus deboogspanning constant te houden,zal het afsmelten van de draad doormiddel van de lasstroom voortdurendbijgeregeld moeten worden. Dit is alleen mogelijk als een geringewijziging van de booglengte eengrote stroomverandering tot gevolgheeft. Alleen bij een stroombron meteen horizontale karakteristiek is ditmogelijk, zoals afbeelding 16 laatzien.

In de praktijk werkt dit als volgt.Bij een constante draadaanvoer-snelheid en de hierbij behorendeboogspanning zal de draad gelijk-matig afsmelten (werkpunt A vanafbeelding 16).

Als het laspistool nu naar het werk-stuk toe bewogen wordt, zal dit ineerste instantie de booglengtebenvloeden; deze wordt korter.Hierdoor zal ook de boogspanningminder worden, waardoor het werk-punt zich van A naar B beweegt ende stroom van IA naar IB.

Een direct gevolg hiervan is weer,dat er meer materiaal afgesmoltenwordt en het werkpunt weer terug

gaat naar A, de oorspronkelijke instel-ling. De horizontale karakteristiekheeft derhalve een zelfregelend effect.

13

16. Stroomwijzigingen bij een vlakke karakteristiek.

Vallende Horizontalekarakteristiek karakteristiek

Open spanning hoog laagInstelling op stroombron stroom spanningKortsluitstroom zeer beperkt zeer hoogReactiesnelheid laag hoog

15. Verschillen tussen een stroombron met een vallende en een horizontale karakteristiek.

of langs electronische weg, kan hetniveau van deze stroom geregeldworden. Een te hoge stroom zal toternstige spatvorming leiden en een telage stroom tot direct weer dovenvan de boog. Een juiste instellingvan deze demping door de fabrikant(of indien mogelijk door de lasser) isderhalve uiterst belangrijk. Als gevolg

krachten veroorzaken vervolgenshet insnoeren en lossmelten van dedraad en daarmee de materiaal-overdracht.Op het moment dat de boog ontstaatis de lasstroom tot een bepaaldewaarde opgelopen. Met behulp vanbijvoorbeeld een smoorspoel in hetsecundaire circuit van de stroombron,

Wijze van neersmeltingBij het MlG/MAG-lassen kan het las-metaal op diverse manieren doorde boog in het smeltbad wordengebracht. De wijze waarop ditgebeurt is sterk afhankelijk van dete verlassen draad, het gebruiktebeschermgas en de lasparameters,zoals spanning en stroom.

De meest bekende methoden zijn:

a. het kortsluitbooglassenb. het sproeibooglassen.

Daarnaast bestaat ook nog het las-sen met een lange boog. Dezemethode wordt in de praktijk niettoegepast, omdat de druppel-overgang grof en zeer onregelmatigis.

c. Als derde methode dient ook noghet lassen met een pulserendeboog genoemd te worden.

Iedere vorm van druppelovergangis afhankelijk van de gekozen las-spanning en lasstroom. Afbeelding 17geeft voor een 1,2 mm lasdraad vanongelegeerd staal de gebieden aan,waarin het kortsluitbooglassen (KB),het sproeibooglassen (SB) en hetovergangsgebied (OB) voorkomt.Door de boven- en de ondergrenswordt het zogenaamde werkgebiedaangegeven, waarbinnen uiteraardook optimale instellingen aanwezigzijn.

Het kortsluitboogprocesHet kortsluitbooglassen kenmerktzich door het regelmatig ontstaanvan een aantal kortsluitingen tussende draad en het smeltbad. Deze methode vindt plaats, zoals uitafbeelding 17 blijkt, bij een relatieflage boogspanning en lasstroom.

Nadat de kortsluiting ontstaan is zalde lasstroom snel oplopen, waardoorde lasdraad sterk verhit en daardoorweek wordt. Elektromagnetische

14

17. Lasdraad SG2, 1,2 mm verlast in menggas (Protegon 20).

18. Kortsluitboogcyclus.

beschermgas: Protegon 20

V optimale instellingX bovengrensY ondergrens

draaddia.: 1,2 mmdraadtype: G3Si1

van de geringe boogspanning en decontinu aangevoerde lasdraad zalde boog slechts tijdelijk aanwezig zijn.De lasdraad zal namelijk weer eenkortsluiting met het smeltbad maken,waarna het proces zich herhaalt.Afbeelding 18 laat een cyclus van hethierboven beschreven kortsluitboog-proces zien, met het daarbij behoren-de verloop van de boogspanning ende lasstroom. Afhankelijk van dedraadsoort, draaddiameter en hetbeschermgas is het aantal kort-sluitingen 50-200 per seconde.Naarmate het aantal kortsluitingen perseconde groter wordt zal de afmetingvan de druppeltjes kleiner worden,hetgeen de kwaliteit en het uiterlijkvan de las ten goede komt. Zo is bijhet lassen van on- en laaggelegeerdstaal de kortsluitfrequentie bij gebruikvan de argonrijke Protegon meng-gassen veel hoger dan bij laskoolzuur.Dit verklaart dan ook, waarom hetgebruik van menggassen zon enormevlucht heeft genomen.

SproeibooglassenZoals in afbeelding 17 reeds werdaangegeven, zal de druppelovergangbij hogere stroomsterktes, maar voor-al ook hogere boogspanningen, over-gaan van het kortsluitbooglassen naarhet sproeibooglassen. Een gebied,waarin de materiaaloverdracht plaats-vindt in de vorm van zeer kleinedruppeltjes, vrij door de lichtboog.Het lassen in dit gebied is alleenmogelijk als er gebruik wordtgemaakt van een menggas. In zuiverkoolzuur zal de druppelovergangbij deze stroomsterktes en lasspan-ning zeer grof en onregelmatig zijn(zie afbeelding 19).Dit laat zich verklaren vanuit hetwarmtegeleidingsvermogen van dekoolzuur en argon. Door de hogerewarmtegeleiding van koolzuur zal deplasmakolom slechts een geringedoorsnede hebben, zoals in afbeel-ding 10 reeds werd aangegeven.Hierdoor grijpt de boog aan deonderzijde van de druppel aan.

Tijdens het lassen werken er een aan-tal krachten in op de druppel, zoals: de zwaartekracht (G) de elektromagnetische Lorentz-

kracht (L) de oppervlaktespanning van het

vloeibare metaal (P) de meeslepende krachten ten

gevolge van het boogplasma ende gasstroom (H)

krachten ten gevolge van deboogdruk (K).

Een overzicht van deze krachtenwordt in afbeelding 20 getoond.

Met name de Lorentzkracht en deoppervlaktespanning spelen eenbelangrijke rol bij de materiaalover-dracht. De Lorentzkracht staat onder90 op een stroomrichting in dedruppel en kan in een radiale (Lr) en

een axiale (La) component ontbondenworden.Doordat de boog bij het lassen in eenkoolzuur-atmosfeer geheel andersaangrijpt op de druppel dan in eenargonrijke atmosfeer is ook het effectvan de Lorentzkracht geheel anders.Bij een argonrijk mengsel zal, zoalsafbeelding 21 laat zien, de radialecomponent Lr de druppelafsplitsingstimuleren en de axiale component Lade eenmaal gevormde druppel naarhet smeltbad stuwen.Bij koolzuur is er enerzijds geensprake van een afsplitsing van de

15

19. Druppelovergang bij diverse beschermgassen in het open boog-gebied.

20. Krachten op de druppel bij een argonrijkmengsel.

21. Kortsluitboogcyclus.

druppel en werkt de axiale compo-nent de druppel zelfs sterk tegen.

De voordelen van het lassen in hetsproeibooggebied zijn: Hogere neersmelt- en dus hogere

lassnelheden. Door de hoge stroomsterktes en

fijne druppelovergang goedeaansmelting en vermijding vanbijvoorbeeld bindingsfouten.

Goede ontgassing, geen poreus-heid.

Fraai, glad uiterlijk van de las.

Een nadeel van deze methode isoverigens, dat zij door de hoge neer-smelt en de dunvloeibaarheid vanhet smeltbad alleen toepasbaar is in

de onder de hand-positie (PA).Bij het lassen in positie, zoals uit dezij (PC) of verticaal op- of neergaand(PF of PG), zal het aanbod van hetdunvloeibare lasmetaal dermate grootzijn, dat het smeltbad niet meerbeheersbaar is. Het resultaat is dan,dat het lasmetaal uit de lasvoegloopt, of (bij verticaal neergaandlassen) voor de boog uit zal gaanlopen met als gevolg een ontoelaat-baar slechte kwaliteit.

LichtboogprojectorDeze fenomenen, die een gevolgzijn van de ingestelde lasparameters,

16

23. Voor- en nadelen van constante stroom bij het MIG/MAG-lassen.

22. De lichtboogprojector met stroomspanningsdiagram en digitale uitlezing van de lasparameters.

Voordeel Nadeel

Positie lassen Beperkte neersmeltWarmte-inbreng laag Kans op bindingsfouten

Kortsluitboog Geringe materiaaldikte Ruwe lasSpatverlies

Hoge neersmeltSpatarm

Sproeiboog Geen bindingsfouten Niet in positieDun vloeibaar bad- Moeilijk beheersbaargladde las Geen dunne plaat

zijn onder normale omstandighedenmet het blote oog nauwelijks waar-neembaar. Alleen met geavanceerdetechnieken, zoals bijvoorbeeld highspeed-opnames, zijn processen alsde kortsluitboog en de sproeiboogzichtbaar te maken.Ook de door Linde ontwikkeldeen gebouwde lichtboogprojector(afbeelding 22) maakt dit mogelijk.Aangezien lasstroom, lasspanning endraadsnelheid belangrijke instel-gegevens zijn, worden deze tijdenshet lassen zowel digitaal als in een

stroomspanningskarakteristiek weer-gegeven.

PulsbooglassenHet MlG/MAG-lassen met eenconstante stroom biedt, naast eenveelheid aan voordelen en goedeeigenschappen, ook een aantal beper-kingen en probleemgebieden.En en ander is schematisch in afbeel-ding 23 weergegeven. Een nadere beschouwing leert, dat devoordelen in het ene geval tot nadelenin het andere geval worden en omge-keerd.

Bij voorkeur zal gezocht worden naareen proces, dat het n met het ande-re combineert en de volgende eigen-schappen in zich heeft: lassen in positie geringe warmte-inbreng dunne plaat lassen hoge neersmelt gering spatverlies

vermijden van bindingsfouten gladde, goed ogende lassen.

Al deze eigenschappen kan menterugvinden in het MlG/MAG-puls-booglassen.

Het principe van het pulsbooglassenhoudt in, dat over een lage basis-stroom, die slechts dienst doet voorhet in stand houden van de boogzonder het vormen van een druppel,een korte hoge piekstroom geplaatstwordt. Deze zorgt voor de vormingen het afsplitsen van een druppel,zoals in afbeelding 24 schematischweergegeven is.

De hoogte van de piekstroom dientboven de zogenaamde overgangs-stroom te liggen. Een waarde, diein grote lijnen bepaald wordt doorde draadsoort, draaddiameter enbeschermgassamenstelling.Boven deze stroom zal bij het juistegas het lassen in het sproeiboog-gebied plaatsvinden. Zie ook afbeel-ding 17.

17

26. Berekening frequentie F en gemiddeldestroom lm.

24. Materiaaloverdracht bij het pulsbooglassen.

25. Lasparameters bij het pulsbooglassen.

Werd bij het MlG/MAG-lassen metconstante stroom uitsluitend de boog-spanning, de draadsnelheid en dusde lasstroom en soms de hellings-hoek van de statische karakteristiekingesteld, bij deze variant dient reke-ning gehouden te worden met de: basisstroom lb basisspanning Eb basistijd tb pulsstroom Ip pulsspanning Ep pulstijd tp.

In afbeelding 25 zijn de begrippenstroom en tijd schematisch weer-gegeven. Uit deze veelheid van para-meters zijn onder meer de frequentieF en de gemiddelde stroom Im teberekenen (afbeelding 26), waarbij detijden in milliseconden worden gere-kend. Al deze parameters benvloe-den op hun eigen wijze de druppel-overgang en het uiterlijk van de las: de pulsstroom dient zorg te

dragen voor de afsmelting vande druppel. De waarde van depulsstroom dient boven de over-gangsstroom te liggen en derhalvein het sproeibooggebied;

de pulsspanning behoort bij depulsstroom. Bij bepaalde systemenwordt deze gebruikt voor het con-stant houden van de booglengte;

de pulstijd is de tijd waarop depulsstroom aanwezig is. De com-binatie van de pulsstroom ende pulstijd bepaalt in grote matede druppelvorm en het aantaldruppels;

de basisstroom dient uitsluitendvoor het in stand houden van deboog en zorgt er bovendien voor,dat het draaduiteinde vloeibaarblijft. De waarde van de basisstroom ligtver onder de overgangsstroom;

de basisspanning is de lasspan-ning die bij de basisstroom hoort;

de basistijd is de tijd waarop debasisstroom aanwezig is. Voorinstallaties met een variabelefrequentie wordt deze doorgaans

gebruikt voor de frequentiebepa-ling.

Het pulsbooglassen is op zich geennieuwe methode. De introductie vond

plaats in het begin van de jaren zestigmet apparatuur, waarbij de puls-frequentie gekoppeld was aan dievan het net. De hieruit voortvloeiendepulsfrequenties waren 25, 33], 50en 100 pulsen per seconde, waarbijvooral de eerste twee voor het hand-lassen afvielen door het visueel sto-rende karakter van de langzame puls.Dit type stroombron had ten opzichtevan conventionele installaties hetvoordeel, dat bij een lage gemiddeldestroomsterkte de materiaaloverdrachttoch plaatsvond in het sproeiboog-gebied. Met alle hierbij behorendevoordelen, zoals een gladdere las,betere ontgassing van het smeltbaden minder kans op bindingsfouten.Van een optimale procesbesturing ishier echter toch geen sprake, omdatde hoeveelheid druppels per puls niet

18

27. Frequentieberekening voor wisselendedraadsnelheden.

28. Verband tussen draadsnelheid en frequentie.

29. De Lindata instelschuif.

controleerbaar is. Bij verschillendestroomsterktes wordt wel de draad-snelheid gewijzigd, maar niet de puls-frequentie, omdat deze gefixeerd isdoor de mogelijkheden van destroombron. Highspeed-opnameshebben ook aangetoond, dat eeneerste ronde druppel met een dia-meter van nagenoeg de lasdraad-diameter gevolgd wordt door eensliert van vloeibaar metaal. Per pulswordt op deze manier een onregel-matige hoeveelheid druppels gepro-duceerd.En optimale procesbeheersing is pasdan mogelijk als per puls slechts eendruppel van constante afmetingenwordt afgesplitst. Eerst dan kangebruik gemaakt worden van devoordelen, zoals: hogere druppelsnelheid, beter

geschikt voor positielassen; lagere druppeltemperatuur, minder

metaaldamp; nagenoeg constante druppel-

grootte, uniforme materiaalover-dracht.

Een druppel van constante afmetingis alleen mogelijk bij een variabelinstelbare frequentie. De frequentie-berekening is weergegeven in afbeel-ding 27. Hierbij is aangenomen, datde druppelgrootte circa 1,1-1,2 mmbedraagt.

Onderzoeken hebben bovendienaangetoond, dat een druppel metdeze afmetingen de meest gunstigelasconditie en gelijkmatige materiaal-overdracht garandeert.De in afbeelding 27 gegeven bereke-ning toont aan dat, uitgaande van delastechnische wens van een druppelper puls, de frequentie van de puls-stroom traploos regelbaar dient te zijnover een groot gebied.Voor een lasdraad voor het lassenvan laag en ongelegeerd staal meteen diameter van 1,2 mm zou datper meter aanvoersnelheid eenfrequentie van 21-27 pulsen perseconde betekenen. Grafisch uitgezet

over een gebied van 3 tot 9 m/min.draadsnelheid geeft dit een beeld alsaangegeven in afbeelding 28.

Metingen hebben aangetoond, datdit niet altijd het geval is. In dezelfdeafbeelding zijn onder meer ook deresultaten van het onderzoek vanJ. Ma en L. R. Apps opgenomen,alsmede een aantal door Linde Mnchen in de praktijk vastgesteldeverhoudingen. Deze laatste zijn alsbasis gebruikt voor de door hen uit-gebrachte zogenaamde Lindatarekenschuif van afbeelding 29.

LasparametersZoals reeds aangegeven zijn de para-meters die het proces bepalen: depulsstroom Ip, de pulstijd tp, de basis-stroom Ib, de basistijd tp en de draad-aanvoersnelheid. Daarnaast is degemiddelde waarde van de boog-spanning of de piekboogspanningbelangrijk voor het constant houdenvan de booglengte. Het vormen vande druppel wordt primair bepaalddoor de pulstijd en de pulsstroom,waarbij blijkt dat over een zekergebied van Ip en tp combinaties,geldt:Ip

2 tp = constant.

Deze constante is weer afhankelijkvan draadsoort, draaddiameter enbeschermgassamenstelling. Hierdoorontstaat de mogelijkheid binnen eenbepaald gebied de waarden van Ipen tp te variren, zodat gekozen kanworden uit korte pulsen met eenhoge stroom of langere pulsen meteen lagere stroom.Bij voorkeur dient de verhoudingpulsstroom en pulstijd zodanig geko-zen te worden, dat de druppel tijdensde puls ontstaat, maar pas geduren-de het grondstroomgedeelte door deboog heen wordt getransporteerd.Op dat moment is de temperatuur inde boog voldoende laag om extraverhitting van de druppel en hetontstaan van spatten te voorkomen.De constante voor Ip

2.tp voor las-draad van ongelegeerd staal met eendiameter van 1,2 mm en verlast ineen beschermgas van argon met 5%CO2, is bijvoorbeeld circa 400 A

2s, enbij aluminium met dezelfde diameteren argon als beschermgas 130 A2s.Het wijzigen van de lasparameters Ipen tp binnen de genoemde constantezal geen wijziging in het druppel-volume tot gevolg hebben, mits tpniet te lang gekozen wordt.

Onderzoeken hebben aangetoond,dat inbranding en breedte van de lasvoornamelijk worden bepaald door dedraadaanvoersnelheid en voortloop-

19

30. Verband tussen pulstijd en pulsstroomvoor een lasdraaddiameter 1,2 mm enongelegeerd staal (Z. Smati).

krijgen van een druppel per puls con-stant) wijzigen. In de praktijk betekentdit, dat de pulsfrequentie afhankelijkvan de draadaanvoer wijzigt. Dezesamenwerking, of synergie, tussen

deze in.De draadsnelheid zal dan via n ofander terugkoppelmechanisme deovergebleven variabele lasparameters(Ip en tp waren namelijk voor het ver-

snelheid. Kortom: de pulsstroom ende pulstijd, alsmede de basisstroomkunnen, nadat de optimale para-meters zijn gevonden, constantworden gehouden.

Instellen lasapparatuurHet instellen van een conventioneleMlG/MAG-lasinstallatie beperkt zichdoorgaans tot het kiezen van deboogspanning, de draadsnelheid,en in sommige gevallen het kiezenvan de statische stroombronkarakte-ristiek. Bij het pulsbooglassen wordtde instelling al gecompliceerder,want naast de draadsnelheid moet nuook een keuze gemaakt worden voorde instelling van de pulsstroom,basisstroom, pulstijd en pulsspanningof gemiddelde spanning ter bepalingvan de booglengte. Hierbij dientrekening gehouden te worden metzaken als Ip

2.tp = constant en Ip moetboven de overgangsstroom liggen;een gemiddelde stroom Im moet aan-gepast zijn aan de draadaanvoer.Kortom: een veelheid aan gegevens,die het instellen niet vereenvoudigen.De pulstijd en pulsstroom kunnenmogelijk uit een curve als afgebeeldin afbeelding 30 worden afgeleid,terwijl de frequentie en de relatie totde draadsnelheid, op mathematischewijze bepaald kunnen worden.Recente onderzoekingen hebbenondermeer aangetoond dat de puls-tijd niet geheel vrij gekozen kanworden. Voor een SG2 (G3Si1)-draadvoor het lassen van laag- en ongele-geerd staal dient deze bij voorkeurte liggen tussen 1,5 en 3,0 ms.Hierdoor is afbeelding 30 slechtsbeperkt bruikbaar. Een aantal fabri-kanten hebben deze berekeningenen gegevens in een microprocessorondergebracht, waardoor de bedie-ningsman uitsluitend de keuze metbetrekking tot draadsoort, draad-diameter en gassoort behoeft temaken op het front van de machine.De microprocessor berekent nu dewaarde van de relevante parameters,zoals bijvoorbeeld Ip en tp en stelt

20

31. De analoge stroombron.

32. De secundair geschakelde stroombron.

33. De primair geschakelde stroombron.

draadaanvoer en frequentie hebbendit proces de naam SynergicMlG/MAG-pulslassen gegeven.

Nieuw type stroombronDe grote ontwikkeling van dezevariant is pas gekomen nadat nieuwetypen stroombronnen en besturingende hierboven omschreven wens vaneen druppel per puls praktischmogelijk maakten. Dat wil zeggen,niet alleen het exact instellen van degenoemde parameters, maar ook eensysteem waarbij de stroombron viaeen aantal voorkeuzes van de lasserzoals materiaal, draaddiameter enbeschermgas reeds een aantalgegevens vastlegt. Hierbij is dan tedenken aan de al eerder genoemdeconstante C = Ip

2tp.Door aansluitend en eveneens via debesturing de draadsnelheid aan debasistijd of de frequentie van de pulste koppelen blijft voor de lasser uit-sluitend over de draadsnelheid endus de gemiddelde stroom te kiezenen zonodig de boogspanning tecorrigeren. Dit soort lassersvriendelij-ke stroombronnen zijn in diverse uit-voeringen leverbaar.Hierbij zijn de volgende ontwerpen teonderscheiden, waarvan de prakti-sche verschillen door de gebruiker inde praktijk doorgaans moeilijk vast testellen zijn.

De analoge stroombronBij dit type, waarvan afbeelding 31een schematische weergave is, wordtde wisselspanning naar het lasniveaugetransformeerd, aansluitend gelijk-gericht en dan aan een bank metvermogenstransistoren toegevoerd.Deze doet dienst als een elektronischgeregelde weerstand. Naast eenaantal zeer gunstige eigenschappen,zoals een nauwkeurige regelbaarheid,uitstekende boogstabiliteit en zeergoede laseigenschappen is hetnadeel van dit type o.a. het zeerslechte elektrische rendement.

De secundair geschakelde

stroombronDeze bevat eveneens transistoren,maar hier worden deze niet gebruiktals elektronische weerstand maar alsschakelelement. Dit laatste komt hetrendement ten goede.Afbeelding 32 laat dit type schema-tisch zien. Naast de diverse compo-nenten, laat het schema ook hetstroomverloop als gevolg van hetaan/uit schakelen van de transistorenzien. Alhoewel de gelijkstroom minder

mooi is dan die van de analogestroombron voldoet dit type door zijngoede laseigenschappen en regel-baarheid uitstekend.

De primair geschakelde stroombronOok wordt deze stroombron welinverter genoemd. Een schema wordtgetoond in afbeelding 33. Het wezen-lijke verschil met de voorgaandeontwerpen is dat bij de inverter deprimaire spanning eerst gelijkgerichtwordt tot ca. 600 Volt en daarna doorde transistortrap (inverter) in positieveen negatieve pulsen met instelbarebreedte wordt veranderd. Door dezeer hoge frequentie die boven de20kHz ligt, is voor het naar een lagerniveau transformeren van de span-ning slechts een kleine transformatornodig. Dit komt met name tot uit-drukking in het lichte gewicht en degeringe afmetingen van deze stroom-bronnen.

21

34. De hybride stroombron.

35. Schema van een synergische regeling.

Hybride stroombronEen laatste ontwikkeling op hetgebied van de stroombronnen is diemet een z.g. hybride besturing.Afbeelding 34 toont hiervan hetschema.

Deze biedt de stabiliteit, met namebij de basisstroom van de analogestroombron en het gunstige elek-trische rendement van de secundairgeschakelde stroombron.

De hier genoemde stroombronnenkennen allen de mogelijkheid de laskarakteristiek naar keuze te

veranderen. D.w.z. er kan zowel metvlakke- als een verticale of vallendekarakteristiek gewerkt worden. Dit kan met name bij het pulserendMIG/MAG-lassen een voordeel zijn.

RegelsystemenTeneinde het pulserend MIG/MAG-lassen met de voorwaarde van ndruppel per puls lassersvriendelijk tekunnen toepassen, moeten diverselasparameters via meet- en regel-systemen in de stroombron gekop-peld worden.

Anders gezegd, er dient een even-

wicht te zijn tussen het aantal pulsenper seconde en de hoeveelheid aan-gevoerde lasdraad (druppels las-metaal).

Om dit te bereiken zijn er tweemogelijkheden, de ene is de z.g.synergische regeling en de andere isde zelfregulerende methode.

Synergische regelingHet woord synergie betekent samen-werking (teneinde betere resultaten tebereiken) en in dit geval betekent ditde samenwerking tussen de draad-snelheid en de pulsfrequentie.Een wijziging van de draadsnelheidzal ook een wijziging van de puls-frequentie, met andere woorden hetaantal druppels tot gevolg moetenhebben.

22

36. Synergic MIG-Puls installatie.

Afbeelding 35 laat dit schematischzien.

Hierbij kan de frequentiewijzigingop de volgende manieren tot standgebracht worden:

d.m.v. een dubbele potentiometer

gelijktijdig de draadsnelheid en depulsfrequentie wijzigen;

de pulsfrequentie aan laten sturendoor een signaal vanuit een tacho-meter op de draadaanvoermotor;

de draadsnelheid werkelijk meten

en dit signaal gebruiken om defrequentie aan te sturen.

Het is duidelijk, dat de eerstemethode de meest simpele is en delaatste de meest exacte.

Alle drie de systemen hebben nding gemeen n.l. wijzigingen in deboog zelf worden niet gecompen-seerd.

Zelfregulerende methodeDit systeem gaat uit van de boog-spanning en zal wijzigingen t.o.v. deingestelde waarde gebruiken om debooglengte constant te houden.

Dit kan plaatsvinden door:

het meten van de gemiddeldeboogspanning. Wordt een afwij-king geconstateerd, dan zal eenaanpassing van n of meer vande vrije variabelen plaatsvinden,zoals b.v. de frequentie of debasistijd.

23

37. Gevulde lasdraden.

38. Fabricage gevulde lasdraad.

39. Types gevulde lasdraad.

Deze regeling is de bekendemethode via de horizontalekarakteristiek zoals die ook bij hetconventioneel MlG/MAG-lassenvoorkomt;

het meten van de piekspanning.Wordt een afwijking van deingestelde piekspanning vast-gesteld, dan zal de eerstvolgendebasistijd aangepast worden; hetregelen via de karakteristiek.

In de praktijk worden vaak combina-ties van een synergische (voor-instelling) en een zelfregulerendemethode (meten tijdens het lassen)gebruikt. Afbeelding 36 laat eensynergische MlG-pulsinstallatie in depraktijk zien.

Het lassen met gevulde draad

InleidingEn van de sterke argumenten voorhet gebruik van beklede elektroden isaltijd de flexibele inzetbaarheidgeweest, die veroorzaakt werd doorde toepassing van diverse bekle-dingen.

Vanuit de bekleding zijn zaken,zoals verlasbaarheid in diverseposities en samenstelling van hetneergesmolten materiaal en demechanische eigenschappen, tebenvloeden.

Dit nu is bij het MlG/MAG-lassen metmassieve draad niet mogelijk. Daar ismen afhankelijk van de chemischesamenstelling van de draad en deafbrand van legeringsbestanddelen inde boog, die bij het sproeibooglassenmeer zal zijn dan bijvoorbeeld bijhet kortsluitboogproces of de MIG-Puls-methode.

Het ligt voor de hand dat er gezochtis naar een methode, waarin dekwaliteitsvoordelen van de beklede

elektroden en de economische voor-delen van het MlG/MAG-processamengevoegd zijn.Met andere woorden: het gebruik vangevulde lasdraden, waarvan afbeel-ding 37 een schematische voor-stelling geeft, is een logische ontwik-keling.

De eerste introductie van gevuldelasdraden heeft plaatsgevonden rond1920, maar de werkelijke ontwikke-ling is pas na 1956 ontstaan; het jaar,waarin een patent verleend werd opeen gevulde rutiel draad.

De echte doorbraak kwam in de jarenzestig. Na wat ups en downs doorde jaren heen vonden de gevuldedraden, mede door de ontwikkelingvan nieuwere types en kleinerediameters, in de jaren zeventigwerkelijk acceptatie in de lasindustrie.

24

40. Classificatie gevulde lasdraden volgens de Europese norm EN758 (Bron: Lincoln/Smitweldpublikatie The Source).

Soorten gevulde lasdraadEen gevulde lasdraad is in wezeneen eindloze, binnenste buitengekeerde elektrode, die op eenhaspel gewikkeld is.De fabricage van de gevouwen draadis in afbeelding 38 schematisch aan-gegeven.

Vanaf een haspel wordt bandstaaldoor middel van een aantal rollen ineen U-vorm gebracht. Vanuit eenpoederdoseersysteem wordt hetpoeder met alle bestanddelen gelijk-matig aangebracht. Met name devulling van de draad is vele jaren eenwezenlijk probleem geweest. Eenonvolledige vulling heeft namelijk eenzeer negatieve invloed op de kwaliteitvan de las, zoals onvoldoendelegering, verminderde mechanischeeigenschappen en kans op poreus-heid.

Na het aanbrengen van het poederwordt de U-vorm tot een buisgesloten en aansluitend op degewenste diameter getrokken.

Bij de fabricage van de geheelgesloten draad wordt een anderemethode toegepast. Hier wordt uit-gegaan van een buis van 10 mm,die aansluitend door trekken op degewenste draaddiameter gebrachtwordt.

Waren in het verleden slechts dradenmet een diameter van 2,0, 2,4 en3,2 mm leverbaar, nu heeft menook de beschikking over zeer dunnelasdraden, t.w. vanaf 0,9 mm.Ook de vorm van de gevulde las-draad kan afhankelijk van de fabrikant

verschillen. In afbeelding 39 wordeneen aantal, doorsnedes weergegeven.De meeste toegepaste types zijn degeheel gesloten draad en de stompgesloten draad.In een dergelijk geval maakt demantel 85% van het gewicht uit en65% van de doorsnede.

Een veel gebruikt classificatiesysteemom gevulde draden aan te geven isdat volgens de American WeldingSociety (AWS).

25

41. Invloed stand van de toorts.

Maar sinds enige tijd bestaat er nuook een Europese norm, te wetenEN 758, waarin alle gevulde las-draden, ook die zonder beschermgasverlast worden, ondergebracht zijn.Afbeelding 40 laat de samenvattingzien van de eisen en eigenschappenvan gevulde lasdraden in relatie tot decodering.

De vullingHet in de draad aanwezige poeder,dat 35% uitmaakt van de doorsnede,moet voor het verkrijgen van dekwaliteitslas homogeen en gelijkmatigverdeeld zijn.

In principe bestaat het poeder uit: Slakvormers Desoxidanten en stikstofbinders Gasvormers Bestanddelen voor boogstabilisatie Legeringselementen (indien nodig) Basismateriaal (indien van toepas-

sing).

Van al deze bestanddelen zijn deslakvormers veruit het belangrijkste;deze bepalen namelijk het typegevulde draad en daardoor hetkarakter van het neergesmoltenmateriaal.

Hierdoor onderscheiden zich devolgende soorten n.l.:a. Rutiel gevulde draad, met las-

eigenschappen, die qua karaktermet de rutielelectrode overeen-komen. Hierbij is dan nog eenonderscheid te maken in het snel-stollende type (P) voor het lassenin positie en het langzaamstollendetype (R)

b. Basisch gevulde draadc. Metaalpoeder gevulde draadd. Gasloze draad.

Bij de rutiel gevulde lasdraad is hethoofdbestanddeel van de vulling rutiel(TiO2), wat wel tot 50% kan oplopen.Het zure karakter van de rutiel slakveroorzaakt een materiaaloverdrachtin de boog, die gekenmerkt wordt

door een fijne druppelovergang.Evenals bij de rutiel elektrode zal delas bij rutiel gevulde lasdraad eengoed glad uiterlijk hebben.

Naast de normale rutieldraad bestaater nu ook een microgelegeerdedraadsoort. Met name de eigen-schappen van het lasmetaal zijn doorde microlegeringselementen sterkverbeterd. Bij de basische lasdradenbestaat de vulling uit CaO en MgOen grote hoeveelheden vloeispaat(CaF2).

Bij het MAG-lassen met gevuldelasdraad zal de druppel door de slakomgeven zijn, waardoor de metal-lurgische inwerking (met name bijde basische draden) al direct bij dedruppelovergang begint. Bovendienis de druppel daardoor beschermd enzal geen afbrand van legerings-elementen plaatsvinden. De druppel-overgang is mede daardoor bij dittype nogal grof, met als gevolg ookeen duidelijk ruwere lasnaad dan diebij rutiel draad.De metallurgische inwerking van debasische slak op het smeltbad heefteen hogere zuiverheid tot gevolg,met als direct resultaat beteremechanische eigenschappen, zoals

goede kerfslagwaarden, ook bij lagetemperaturen.Bij de metaalpoeder gevulde draadbestaat de vulling voor het merendeeluit metaalpoeders. Slakbestanddelenzijn nagenoeg niet aanwezig, waar-door zonder slakverwijderen direct devolgende laag gelast kan worden.

Lastechnisch gezien gedraagt eendergelijke draad zich in grote lijnenals een massieve draad. Alleen is destroomdichtheid bij gelijke diameterbij een gevulde lasdraad hoger,doordat de stroom hoofdzakelijkdoor de mantel wordt overgebracht.

26

42. De z.g. Rotating Arc.

43. Boogsystemen bij het hoogvermogen MAG-lassen.

Hierdoor is de inbranding brederen dieper en zal de neersmelt doorhet I2R-effect 5-10% hoger liggendan bij een massieve draad.

Zoals al aangegeven is de vierdesoort de zogenaamde gaslozegevulde draad. Deze wijken inkarakter en wijze van lassen zeersterk af van de gebruikelijke gevuldelasdraadsoorten.Door de zeer sterke emissie aan las-rook worden deze draden in de regelalleen buiten toegepast.

DesoxidantenZoals bij ieder lasproces dient hetsmeltbad goed gedesoxideerd teworden. Zowel uit het poeder alsookuit het beschermgas CO2 zal eenhoeveelheid zuurstof in de boog vrij-komen. Dit kan oxides veroorzaken,die als insluitingen de mechanischeeigenschappen van de las negatiefbenvloeden. Als desoxidant wordenin het poeder ijzer-mangaan, ijzer-silicium, ijzer-titaan en aluminiumlegeringen gebruikt.

GasvormersOmdat deze gevulde draden al in

een beschermgasatmosfeer verlastworden is het aandeel van de gas-vormende bestanddelen in hetpoeder doorgaans gering. Dit is uiter-aard bij de gasloze gevulde lasdradenanders.

Boogstabilisatie bestanddelenVoor een goede ionisatie in de boog,dat wil zeggen een verbetering vande boogstabiliteit, worden kalium-houdende stoffen toegevoegd.

LegeringselementenGevulde lasdraden worden door-gaans van ongelegeerde stalen bandgemaakt. Alle benodigde legerings-

elementen moeten derhalve vanuithet poeder worden aangevoerd.

LaspraktijkHet merendeel van de gevulde las-draden wordt onder de hand verlast,waarbij dan ook het voordeel van dehoge neersmelt het best tot zijn rechtkomt.Afhankelijk van het type lasdraad,de hoeveelheid slakbestanddelen ende stolsnelheid van de slak kunnengevulde lasdraden ook in positieverlast worden.

Bij de basisch gevulde lasdraadwordt dan doorgaans gebruik

27

44. Draadaanvoer zoals ontwikkeld voor hetT.I.M.E. proces.

45. Bindingsfouten en poreusheid.

gemaakt van een negatieve polingvan de draad, d.w.z. in tegenstellingtot de normale situatie wordt delasdraad nu met de min-pool van destroombron verbonden.Een ander verschil met het lassenmet massieve draad is de stand vande lastoorts. Normaal wordt stekendgelast, dat wil zeggen de draadsteekt schuin naar voren. Dezemethode leidt bij gevulde draadvaak tot lasfouten en een ongunstiglasuiterlijk. Alleen bij het lassen inpositie kan deze stand van de toortsworden toegepast. Optimale resul-taten worden behaald met het zoge-naamde slepend lassen zie afbeel-ding 41.

Materiaal overdrachtBij het MlG/MAG-lassen met mas-sieve draden wordt het lasmateriaal,afhankelijk van de stroomsterkte ende spanning in het kortsluitboog-gebied of het sproeibooggebiedovergebracht. Bij de gevulde las-draden is dit echter anders omdatdoor het a-centrale afsmelten van dedruppels de boog staat n.l. tussende mantel en het smeltbad eensproeiboog nooit ontstaat.

Het lassen in het kortsluitbooggebiedkomt bij de basische- en metaal-gevulde lasdraden wel voor.

Ook het gebruikte beschermgas heefteen invloed op het afsmelten van dedraad.

StaalsoortenEen uitgebreid assortiment gevuldelasdraden is momenteel leverbaar.Dit varieert van lasdraden voor deongelegeerde staalsoorten via fijn-korrel bouwstalen tot hooggelegeerdestalen.

NeersmeltsnelhedenHet is voor de hand liggend deefficiency, de mogelijkheden en debeperkingen van de gevulde dradente vergelijken met die van de massieve draad.Slechts op rele gronden is eengoede keuze te maken.

De wezenlijke verschillen zijn: De neersmeltsnelheid van de

gevulde draad is hoger dan vande massieve draad. Neersmelt-snelheden tot 8 kg/hr (circa 400 A)mogelijk.

Hoge kwaliteit van het lasmetaalen aanzienlijk minder kans op las-fouten.

Uitstekende inbranding door eenhogere stroomdichtheid.

Verminderde gevoeligheid voorzgn. shop-primers.

Via het poeder in de draad isde chemische samenstelling vande las goed benvloedbaar.

Per kg lasdraad duurder danmassieve draad.

Het zijn met name de onderstaandefactoren, die de toepassing vangevulde lasdraden bepalen: Hoge neersmeltsnelheid. Hoge kwaliteit lasmetaal. Hoge prijs per kg lasdraad.

De eerste twee zijn duidelijk in hetvoordeel van de gevulde lasdraad ende laatste houdt de toepassing tegen.Deze factoren kunnen niet afzonderlijkbeschouwd worden, maar altijd inrelatie tot elkaar.

De hogere aanschafprijs zal ingevallen, waar optimaal van de neer-smeltsnelheid gebruik kan wordengemaakt, geen enkel beletsel zijn.In die gevallen, waar de vereistekwaliteit van de las (bijvoorbeeld inde off-shore-industrie) alleen metgevulde draad bereikt kan worden,worden zaken als de prijs van dedraad secundair. Daarnaast zal erook een breed scala van toepas-singen zijn, waar de voordelen vande gevulde draad minder sterk zijnen de massieve draad op zijn plaatsis.

In deze gevallen, waar de kwaliteitvan de met massieve draad gelasteverbinding aan alle gestelde eisenvoldoet, zal blijken dat de kostprijsper meter gelaste naad bij gevuldedraad hoger kan liggen en het procesdan minder op zijn plaats is.De ontwikkeling van de gevuldelasdraad staat zeker niet stil, metname van die voor het in positielassen. Het is daarom te verwachten,dat het toepassingsgebied van degevulde draad zich in de toekomst

28

46. Randinkarteling.

47. Kostprijs MIG/MAG-lassen vs. bekledeelektroden.

nog verder zal uitbreiden.

Hoogvermogen MAG-lassenWaren de ontwikkelingen bij hetMlG/MAG-lassen de laatste jarensterk gericht op de beheersing vanhet proces d.m.v. moderne stroom-bronnen, het hier genoemde procesis speciaal gericht op hoge neersmeltmet behoud van een goede kwaliteit.

Het hoogvermogen MAG-lassenwerd in Europa in het begin van dejaren tachtig onder de naam T.l.M.E.-lassen gentroduceerd.

T.l.M.E. is een in Canada ontwikkeldeen door patenten beschermde variantvan het MlG/MAG-proces.Hierbij wordt gelast met een 1,2 mmdraad, waarbij draadsnelheden tot40 50 m/minuut toegepast kunnenworden.

Door gebruik te maken van eenspeciaal 4-componenten menggasdat eveneens tot het patent behoort,vindt de druppelovergang plaats inhet gebied van de z.g. rotating arc,of roterende boog. Deze methodevan materiaal overdracht uit afbeel-ding 42 was al eerder bekend maarpraktisch niet toepasbaar omdat hetnormaal niet goed te beheersen is.

Slechts eenmaal eerder werd gebruikgemaakt van dit boogsysteem n.l. bijhet eertijds door Philips ontwikkeldePlasma/MIG-proces.

Door met een grotere uitsteeklengteen dit uit argon, helium, koolzuur enzuurstof bestaande menggas tewerken kan nu wel gebruik gemaaktworden van de roterende boog.Naast het genoemde 4-componentenmenggas zijn er nu ook 3-componen-ten mengsels verschenen die hethoogvermogen MAG-lassen mogelijkmaken. Deze bestaan uit argon,helium en koolzuur of zuurstof.Hierdoor zijn nu ook andere boog-systemen mogelijk, zoals de hoog-vermogen kortsluitboog en dehoogvermogen sproeiboog.Afbeelding 43 Iaat de plaats vandeze boogsystemen in de stroom-spanningskarakteristiek zien.

In de praktijk worden draadsnelhedentot 35 m/min. toegepast, wat over-eenkomt met neersmeltsnelheden tot18,5 kg/uur.Dit maakt dat dit proces met namevoor gemechaniseerde toepassingeen interessante variant is.Dergelijke draadsnelheden stellen niet

29

48. Schematische weergave van hetMIG/MAG-proces.

49. Efficiency-verschil tussen het MIG/MAG-proces en het elektrodelassen.

IntroductieUit het overzicht gasbooglasproces-sen van afbeelding 5 is het TlG-proces het volgende, dat in dit boekjebehandeld zal worden.Dit is zeker geen nieuw proces,aangezien het zijn oorsprong ver voorde 2e wereldoorlog vindt in Amerika.In 1936 wordt het proces onder dehandelsnamen Heliarc en Argonarcgentroduceerd.Het werd toen als verbindings-methode voor zogenaamde moeilijklasbare materialen gebruikt. Hoerelatief het begrip moeilijk lasbaarkan zijn, blijkt wel uit het feit, dat toencorrosievaste staalsoorten alsmedealuminium en magnesium hiertoegerekend werden. De naam TIG iseen afkorting van de Engelse aan-duiding Tungsten Inert Gas.

Het procesDe benodigde warmte bij het TlG-lassen wordt geproduceerd dooreen lichtboog, die onderhoudenwordt tussen een niet afsmeltendewolfram-elektrode en het werkstuk.De verhitte zone, het smeltbad, dewolfram-elektrode en eventueel hettoevoegmateriaal worden beschermdtegen de negatieve inwerking van deomgevingslucht door een deken vaninert gas, dat uit de toorts toegevoerdwordt. De temperatuur van de lasboog iszeer hoog en kan oplopen tot circa14.000C. Met de TlG-boog wordtalleen het materiaal tot smeltengebracht. Als er toevoegmateriaalnodig is, kan dit met de hand wordenaangevoerd, zoals dit ook het geval isbij het autogeen lassen.Ten opzichte van andere lasproces-sen heeft het TlG-proces een aantalvoordelen, die het tot een op bredeschaal toegepaste methode hebbengemaakt, namelijk:

Sterke geconcentreerde boogDe zeer hete boog is sterk gecon-centreerd, hetgeen tot gevolg heeft,dat hiermee ook materialen met een

hoge warmtegeleidbaarheid gelastkunnen worden.

Inert gas Het gebruikte gas dientalleen ter bescherming van het smelt-bad. Het is onbrandbaar, reageertniet chemisch met andere elementenen voegt niets toe of wijzigt niets aande te lassen materialen.

Geen rook Het proces zelf produ-ceert geen rook of damp. De enigedamp of rook kan afkomstig zijnvan het te lassen materiaal of hieropaanwezige verontreinigingen. Het is daarom dan ook altijd belang-rijk het werkstuk voor het lassengrondig schoon te maken. Gebruik hiervoor echter nooitontvettingsmiddelen als Tri of Tetra,

aangezien deze onder invloed vanultraviolet licht zeer giftige gassenproduceren.Zie ook hoofdstuk 6 Veiligheid.

Geen vonken of spatten Doordater bij het TlG-lassen geen materiaal-overdracht door de boog plaatsvindt,dus geen gesmolten metaaldruppelsaanwezig zijn, is dit een vonk- enspatvrij proces, zodat het werkstukdirect naast de las ook zeer schoonblijft.

Alle posities Met het TlG-proceskan uitstekend in alle posities gelastworden.

Goed zicht op de las Doordat inde boog geen slak aanwezig is en de

30

2.3 Het TIG-lasproces

50. TIG-installatie (schematisch).

verkregen. Dat wil zeggen: de gas-snelheid is op alle plaatsen in hetmondstuk gelijk, waardoor turbulentiewordt voorkomen en de gaskolomzeer stabiel is.

In de praktijk biedt dit de volgendevoordelen:

a. Verbeterde afscherming van hetsmeltbad en dus minder kans oplasfouten.

b. Uitsteeklengte van de elektrodegroter dat wil zeggen een beterzicht op de las, ook bij het lassenvan diepe naden.

Afbeelding 53 laat naast elkaar eentoorts met een standaard gasmond-stuk en een met een gaslens zien.

De stroombronBij het TlG-lassen wordt gebruik

Afhankelijk van de capaciteit zal dekoeling van de toorts door hetgebruikte beschermgas of door koel-water plaatsvinden. In het laatstegeval is de installatie voorzien van eenkoelsysteem.

Naast de normale gasmondstukkenkan men ook gebruik maken vanzogenaamde gaslenzen. De achter-grond hiervan is het volgende:Bij de standaard gasmondstukkenzal altijd een zekere werveling vanhet uitstromende gas optreden, het-geen er toe kan leiden dat lucht in deboog wordt aangezogen. Om dit tevoorkomen mag, zoals uit afbeelding52 blijkt, de uitsteeklengte van dewolfram-elektrode niet te groot zijn(maximaal de helft van de inwendigedoorsnede van het gasmondstuk).Door het gebruik van een gaslenswordt een laminaire uitstroming

elektrode, zeker bij het gebruik vangaslenzen, ver buiten het gasmond-stuk uitsteekt, is het zicht op hetsmeltbad uitstekend.De beheersbaarheid van het procesis erg groot, omdat de gekozenstroomsterkte niet afhankelijk is vande hoeveelheid lasmetaal. Zowelbij het elektrode-lassen als hetMIG/MAG-proces zijn deze wel aanelkaar gekoppeld, wat betekent datbij een bepaalde lasstroom ook eenevenredige hoeveelheid lasmetaalhoort.

De TlG-installatieAlhoewel de gebruikte apparatuurafhankelijk van de toepassing sterkkan verschillen, zal deze toch altijd uitdezelfbe basiscomponenten bestaan.In afbeelding 50 is de schematischeopbouw van een TlG-installatie weer-gegeven.Hierin zijn de volgende onderdelen teherkennen:

De TlG-toortsDeze zijn, afhankelijk van de beno-digde capaciteit en de toepassing,in vele uitvoeringen leverbaar. In detoorts wordt de wolfram-elektrodedoor middel van een klemnippelgemonteerd, die tevens dienst doetals stroomgeleider voor de lasstroom.In principe kan in iedere TlG-toortseen reeks van wolfram-elektrodesmet diameters varirend van 0,5-5,0 mm gebruikt worden, terwijlbovendien ook een assortimentgasmondstukken in lengte en dia-meter varirend ter beschikkingstaat.

De doorlaat van het gasmondstukwordt in principe bepaald door degebruikte lasstroom.Naarmate deze hoger wordt zal ookhet smeltbad breder zijn, waardoorook een bredere gasbeschermingnodig is. Afbeelding 51 geeft voorzowel gelijkstroom als wisselstroomde aanbevolen doorlaat van het gas-mondstuk aan.

52. Gasuitstroming bij een normaal gas-mondstuk en een gaslens. 53. Gasmondstukken voot een TIG-toorts.

DoorlaatLasstroom

Gasmondstuk Gelijkstroom Wisselstroom( aan elektrode)

6,5 mm 500 A

51. Verband tussen lasstroom en de inwendige diameter van het gasmondstuk (AWS).

gemaakt van een stroombron meteen zogenaamde vallende karakte-ristiek en een open spanning vancirca 70 Volt (zie ook afbeelding 11).Dit geldt zowel voor een installatie diegelijkstroom levert, alsook voor eenwisselstroommachine.Naarmate de karakteristiek in hetwerkgebied steiler is zal ook eenverschil in booglengte minder invloedop de lasstroom hebben. Dit komtde kwaliteit van het lassen ten goede.Voor het TlG-lassen komen eendrietal typen stroombronnen in aan-merking, te weten:

Transformatoren wisselstroom Gelijkrichters gelijkstroom Dubbelstroommachines gelijk-

en wisselstroom.

Met uitzondering van aluminium enAl-legeringen zijn alle materialen metgelijkstroom te lassen.

Hierbij heeft men ogenschijnlijk dekeuze de elektrode met de min- of depluspool te verbinden. De praktijkleert echter, dat de minpool aan deelektrode de enig juiste keuze is.De achtergrond hiervan is, dat deelektronenstroom in de boog vanmin naar plus loopt en dat door hetelektronenbombardement aan depluspool circa 70% van alle warmtehier ontstaat. Daarnaast loopt erook een ionenstroom in omgekeerderichting van de pluspool naar de minpool.In het geval de elektrode met deplus- en het werkstuk met de minpool verbonden wordt zal deelektrode door de grote hoeveelheidwarmte extra dik gekozen moetenworden. Hierdoor zal de lichtbooguiterst onstabiel worden. Het werk-stuk dat gelast moet worden zaldaarentegen slechts een geringehoeveelheid warmte toegevoerd krij-gen, zoals in afbeelding 54 te zien is.Bij de minpoling van de elektrode kanmet relatief dunne wolfram-elektroden

en daardoor een geconcentreerdeboog worden gewerkt, terwijl deinbranding in het werkstuk diep zalzijn.

Bij het lassen van aluminium en zijnlegeringen wordt men echter met eenander probleem geconfronteerd.Aluminium is door zijn affiniteit totzuurstof altijd voorzien van eenoxidehuid, waaraan het materiaaloverigens zijn goede corrosiebesten-dige eigenschappen ontleent.Deze oxidehuid heeft een smelttem-peratuur van circa 2000C, terwijl hetaluminium zelf (afhankelijk van desamenstelling) een smelttraject heeftdat tussen de 580 en 660C ligt.Deze hechte oxidehuid is bij hetlassen een storende factor, waarmeeterdege rekening gehouden moetworden. Ter verkrijging van eenkwaliteitslas zal deze eerst geheelverwijderd moeten worden.

Bij het TlG-lassen is dit mogelijkdoor de elektrode positief en hetwerkstuk negatief te polen. Zoalsuiteengezet ontstaat er nu eenelektronenstroom van het werkstuknaar de elektrode en een ionen-stroom in omgekeerde richting.De ionenstroom, die uit zowel gas-als metaalionen bestaat, zal de oxide-huid bombarderen. Hierdoor wordtdeze verwijderd en zal onder invloedvan het beschermgas het schonesmeltbad overblijven.De consequentie van deze omge-keerde polariteit is wel, dat door dezeer grote hoeveelheid warmte die bijde elektrode ontstaat deze zal gaansmelten.

Dit kan wel voorkomen worden, maardan is een elektrode met een circa4 maal grotere diameter nodig, metals gevolg een uiterst onrustige boog.Bovendien zal als gevolg van degeringe warmte in het werkstuk slechts een geringe inbrandingontstaan. Bij de minpool aan de elek-trode, zoals dit gebruikelijk is, zal

geen reinigende werking optreden,maar wel een goede inbranding.Een en ander wordt in afbeelding 55nog eens schematisch weergegeven.

32

54. Invloed van min- en pluspool op deelektrode-diameter.

55. Invloed van de polariteit op reinigendewerking en de inbranding.

De oplossing is het lassen metwisselstroom. Tijdens de sinus-vormige wisselstroom zal, zoals aan-gegeven in afbeelding 56, de enehelft van de sinus de elektrode plusen de andere helft min gepoold zijn.Dat wil zeggen, dat gedurende deene helft de reinigende werking vande boog de oxidehuid verwijdert ende aansluitende helft, de elektrode degelegenheid krijgt af te koelen en deinbranding in het werkstuk verzorgdwordt.De consequentie van het gebruik vanwisselstroom is, dat de boog iederehonderdste seconde door het nulpuntgaat en gedoofd wordt. Aangeziengeen ioniserende, dat wil zeggenelektrisch geleidende bestanddelenaanwezig zijn, is het herstarten uit-sluitend mogelijk door het constantaanwezig zijn van een hoogfrequentespanning.Het wisselen van de polariteit heeftook invloed op het stroomverloopdoor de boog. Een wolfram-elektrodezal namelijk makkelijker elektronenemitteren dan het aluminium werk-stuk met daarop een oxidehuid.Van deze laatste gaat daardoor eengelijkrichtende werking uit. Hierdoorontstaat een ongebalanceerde wissel-stroom met een kleinere positieveamplitude en dus een beperkte reini-gende werking (zie afbeelding 57).Het verschil tussen het positieve ennegatieve gedeelte van de cyclusopenbaart zich in de stroombron alswarmte. Daarom kan het ook makke-lijk voorkomen, dat een transformatordie niet speciaal is aangepast, bij hetTlG-lassen van aluminium door degrote hoeveelheid warmte verbrandt.In het algemeen kan gesteld worden,dat een amplitudeverhouding van30% plus en 70% min voldoendereinigende werking geeft vooraluminium, dat voor het lassenmechanisch is ontdaan van zoveelmogelijk oxidehuid. Bij de moderneelektronisch gestuurde apparatuurwordt het mogelijk een wisselstroommet een blokvorm op de klemmen af

te geven.Hierbij kan bovendien de tijd dat deelektrode plus en min is binnen decyclus gevarieerd worden. Hierdoorontstaat de mogelijkheid te kiezentussen een boog met maximalepenetratie, maximale lassnelheid ofmaximale reinigende werking. Inafbeelding 58 wordt dit weergegeven.De doorgang door het nulpunt is bijdit type stroombronnen dermatesnel, dat vanaf circa 75 A ook zondereen continu ingeschakelde hoog-frequente spanning gewerkt kanworden. Dit type stroombron leentzich daarnaast ook voor het lassenmet pulserende stroom, waardooreen betere beheersing van het smelt-

bad en een gecontroleerde door-lassing verkregen wordt.

33

56. Sinusvormige wisselstroom.

57. Wisselstroom in onbelans bij het TIG-lassen van aluminium.

58. Instelling polariteit van max. reinigendewerking tot max. penetratie.

HoogfrequentAangezien de gassen die bij het TIG-lassen gebruikt worden nietelektrisch geleidend zijn zou men omde boog te starten met de wolfram-elektrode eerst het werkstuk moetenaanraken, alvorens tot lassen overte kunnen gaan. Aangezien dit deelektrode verontreinigt en de kansbestaat dat wolfram-deeltjes in hetsmeltbad achterblijven, dient eenandere methode te worden toege-past.

Hiertoe heeft men de Hoogfrequentstartinrichting en boogstabilisatorontwikkeld. Deze is schematisch inafbeelding 59 afgebeeld.De in de stroombron aanwezige hulp-spanning van 110 of 220 V - 50 Hzwordt in de H.F.-transformatoropgetransformeerd naar 3000 V -50 Hz.

Via het secundaire circuit wordt dezehoge spanning toegevoerd aan eencondensator, die zich aansluitendontlaadt over een vonkenbrug enzodoende een stroomloop creertnaar de andere zijde van de conden-sator. Vervolgens gebeurt hetzelfde,

maar dan weer in omgekeerderichting. De frequentie waarmee deontladingen plaatsvinden kan oplopentot circa 10.000 Hz.

Deze hoogfrequente spanning wordtvia een lucht- of H.F.-spoel in hetsecundaire circuit van de stroombronovergebracht en openbaart zich alskleine vonkjes tussen de wolfram-elektrode en het werkstuk. Wanneerde toorts voldoende dicht bij hetwerkstuk wordt gehouden, zullende H.F.-vonken naar het werkstukoverspringen en het aanwezige gasioniseren. Dat wil zeggen elektrischgeleidend maken, waarna het las-stroomcircuit gesloten is en de boogwordt gestart.

Wanneer met gelijkstroom wordtgelast zal door middel van een open-spanningsrelais de hoogfrequentna het starten van de boog wordenuitgeschakeld.Bij het wisselstroom lassen, waarbijde spanning iedere honderdsteseconde door de nullijn gaat, zal deH.F. continu in bedrijf zijn om degedoofde boog iedere keer weer tekunnen herstarten.

EMC-RichtlijnOnder invloed van nieuwe wetgeving,die bekend staat onder de EMC-Richtlijn is het verboden dat appa-raten elektromagnetische storingenuitzenden waarmede andere appa-raten of systemen nadelig benvloedworden. Als gevolg hiervan mogen denu geproduceerde TIG lasmachinesniet meer met deze HF-start-inrichtingen uitgevoerd worden.Hiervoor in de plaats worden deze nuvoorzien van o.a. impulsgeneratoren.Deze worden door de netfrequentiegestuurd en geven alleen bij de starten bij wisselstroom bij iedere nul-doorgang een korte HF-puls. Hierdoorwordt de storing voor radio's,computers en andere elektronischeapparatuur beduidend verminderd.Een andere methode, die overigensalleen bij het lassen met gelijkstroomkan worden toegepast, is het touchstart systeem, dat ook wel bekendstaat als Lift-TIG. Een dergelijkelektronisch startcircuit zorgt ervoordat de stroombron, nadat dewolframelektrode het werkstuk heeftaangeraakt, een lage stroom van 3-8 A afgeeft. Hierdoor wordt deelektrodepunt verwarmd zonder totsmelten te komen. Na het liften vande elektrode zal het verbreken van delage stroom het signaal zijn omgedurende enkele milliseconden eenhoge stroomstoot af te geven, waar-door de boog gestart wordt. Mochttijdens het lassen per ongeluk weercontact ontstaan tussen de elektrodeen het smeltbad, dan zal de las-stroom automatisch terugvallen tot degenoemde waarde van 3-8 A. Als deelektrode dan weer gelift wordt voor-dat het smeldbad gestold is, zal deboog perfect herstarten zonder datde wolframelektrode vervuild is.

Wolfram-elektrodeWolfram is een metaal dat een zeerhoge smelttemperatuur heeft en datbij hoge temperaturen zijn hardheidniet verliest. Dit maakt dit materiaal

34

59. Schematische voorstelling van een hoogfrequent.

zo geschikt als elektrode voor hetTlG-proces.Voor het lassen zijn elektroden metdiverse diameters en lengtes lever-baar. De meest gangbare soortenzijn wolfram rein en met thoriumoxidegelegeerde elektrodes.Daarnaast worden ook wolfram-elek-trodes gebruikt, die met zirkonium,cerium of lanthaanoxide zijn gele-geerd.

Wolfram rein Dit type elektrodewordt voornamelijk voor het lassenmet wisselstroom gebruikt. Het vormtzeer snel een goede bol aan heteinde van de elektrode en geeft eenstabiele boog onder invloed van hetelektronenbombardement bij plus-poling.Wolfram rein kan overigens ookvoor gelijkstroom worden gebruikt,maar de stroombelastbaarheid iskleiner dan de gelegeerde wolfram-elektroden. Dit heeft tot gevolg, datvoor dezelfde stroomsterkte eendikkere elektrode gebruikt moetworden.

Wolfram met dopeIn het verleden werd voor de ver-betering van de elektronen emissie-eigenschappen uitsluitend van een2% thoriumoxide toevoeging aan dewolfram als dope gebruik gemaakt.Hierdoor kan bij een gelijke elektrode-diameter een veel hogere stroom-belasting toegepast worden.

Aangezien thoriumoxide echter licht

radio-actief is bij het slijpen vandergelijke elektrodes dient danook altijd zorgvuldig afgezogen teworden is er de laatste tijd gezochtnaar alternatieven.

Als dope komen nu naast thorium-oxide vooral lantaanoxide (La2O3) enceriumoxide (CeO2) in aanmerking.Uit onderzoek is gebleken dat metname wolfram-elektrodes met 2%La2O3 en 2% CeO2 een veel langerestandtijd hebben.Teneinde geen wolfram-insluitingenin het smeltbad te krijgen is hetnoodzakelijk de juiste elektrode ende juiste diameter bij de benodigdelasstroom te kiezen. Afbeelding 60kan hierbij behulpzaam zijn. Er dientechter rekening mee gehouden teworden, dat het hier gaat om richt-waarden.De wolfram rein elektrode zal zijnbolvorm tijdens het lassen metwisselstroom automatisch aannemen.De met een dope gelegeerde elektro-den moeten geslepen worden alvo-rens ermee wordt gelast. Hierbij is hetbelangrijk, dat de puntvorm doorslijpen in de lengterichting van deelektrode wordt verkregen en niet(zoals vaak gedaan wordt) door hetslijpen in dwarsrichting.Een slijpsteen, waarop wolfram-elektroden worden geslepen, magnergens anders voor gebruiktworden, aangezien anders de elek-trode al tijdens het slijpen veront-reinigd kan worden. Naar de invloed van de elektrode

tophoek op de inbrandingsdiepteis veel onderzoek gedaan. In zijnalgemeenheid kan gesteld wordendat een grotere tophoek ook eendiepere inbranding tot gevolg heeft.

Voor stroomsterktes van 100 A enhoger wordt doorgaans een tophoekvan 30 aanbevolen. Het is wel aante bevelen de punt iets te breken.Voor stroomsterktes onder de 100 Averdient een tophoek van 20 devoorkeur.

35

60. Belastbaarheid van wolfram-elektroden bij gelijk- en wisselstroom.

DiameterGelijkstroom (A)

Wisselstroom (A)(mm)

Wolfram met dopeWolfram rein

Minpool Pluspool

1,0 80 10- 601,6 150 10 50-1002,4 250 15 100-1603,2 400 25 150-2104,0 500 40 200-2754,8 800 55 250-350

Per definitie is een plasma een gas,dat door verhitting geheel of gedeel-telijk geoniseerd is en daardoorin staat een elektrische stroom tegeleiden.Dat wil dus zeggen, dat een plasmabij alle booglasprocessen zoalsonder andere ook het MIG/MAG- enhet TlG-proces voorkomt. Wanneermen echter over plasma spreekt,zal men doorgaans niet aan hetbovengenoemde fenomeen denken,maar aan een proces waarbij delichtboog niet meer vrij naar deandere pool of elektrode overgaat,maar waarbij deze door middelvan een kleine opening in de toortsingesnoerd wordt.

Het principe van deze toorts wordtin afbeelding 61 schematisch weer-gegeven.

In vergelijking met het open boog-systeem, zoals dit voorkomt bij hetTlG-proces, biedt de insnoering vande boog een aantal voordelen.De plasma-boog of plasma-kolomis uiterst smal en stabiel, terwijlde energiedichtheid mede dooreen verhoogde boogspanning grootis.

Het plasma-proces kent een aantaltoepassingen, zoals het plasma-lassen, het plasma-snijden en het

plasma spuiten. Alleen de eerste tweezullen hier behandeld worden.

Principieel zijn het lassen en hetsnijden aan elkaar gelijk. Het verschilzit voornamelijk in de boogspanning,de stroom en de gebruikte gassen.Afbeelding 62 laat de schematischeopbouw van een plasma-installatiezien. Dit geldt zowel voor een las-als een snij-installatie.

Stroombron De bij het plasma-proces gebruikte stroombron is eengelijkrichter met een vallende karak-teristiek. Afhankelijk of deze voorhet lassen of het snijden gebruiktwordt is de open spanning circa 70,respectievelijk 200-400 Volt.De stroombron wordt zodanig aan-gesloten, dat de minpool met de

elektrode en de pluspool met hetwerkstuk verbonden is.

Regelkast Het starten van deboog gebeurt door middel van eenhulpboogcircuit. In de regelkast is eenkleine stroombron met een zeer laagvermogen ondergebracht, waarvande minpool weer aan de elektrodeen de pluspool met het las- of snij-mondstuk verbonden is. Door middelvan een hoogfrequent wordt eenboog met laag vermogen tussende elektrode en het mondstukgecreerd. Deze boog, die zoals reeds eerderbeschreven een geoniseerde gas-kolom is, zal bij aanraking met hetwerkstuk er voor zorgdragen, dat dehoofdstroom ingeschakeld wordt.Bij dit systeem spreekt men dan ook

36

2.4 De Plasma processen

61. Schema plasma-toorts.

62. Plasma-installatie (schematisch).

van een zogenaamde doorgetrokkenboog.

Bij het plasma-proces wordt door-gaans gebruik gemaakt van eentweetal gassen, te weten het plasma-gas en het beschermgas.De magneetkleppen voor dezegassen, alsmede de hoofdfrequent,de stroomvoorziening voor dehulpboog en alle andere regel-elementen zijn ondergebracht inde regelkast of in het besturings-gedeelte, als er sprake is van eencompact installatie.

Koelsysteem In verband met dehoge temperatuur van de plasma-boog, die op sommige plaatsen de20.000C te boven gaat, is eengeforceerde koeling van de toortsnood