Lassen/Lasprocessen

Procesbeschrijving

In de metaalverwerkende industrie moeten vaak verschillende materialen met elkaar worden verbonden. De meeste van deze verbindingen zijn niet- losneembare verbindingen. Tot deze belangrijke groep behoren de lasverbindingen. Lassen is een verbindingstechniek, waarbij delen van meestal identieke materialen met elkaar worden verbonden door gebruik te maken van warmte en/of druk. Hierbij worden deze materialen in vloeibare of deegachtige toestand gebracht, waarbij soms toevoegmateriaal met dezelfde of ongeveer dezelfde smelttemperatuur wordt gebruikt. De warmte hiervoor zal, afhankelijk van het proces, afkomstig zijn van een elektrische boog, een brandbaar gasmengsel of een chemische reactie. Uiteindelijke bedoeling is dat een continuïteit tussen de verbonden delen ontstaat. Vanwege de enorme diversiteit aan metalen is een groot aantal lasprocédés ontwikkeld.

Een mogelijke manier om de verschillende lasprocessen in te delen, is gebaseerd op de toestand van het basismateriaal tijdens het lassen. Volgens deze methode worden de lasprocessen ingedeeld in de hoofdgroepen smeltlassen en druklassen.

Bij het smeltlassen wordt de lasverbinding tot stand gebracht via de vloeibare fase: er wordt primair gebruik gemaakt van warmte om de lasverbinding te realiseren. Bij het druklassen gebeurt dit via de vaste fase: hier wordt primair druk toegepast.

Hieronder volgt een korte beschrijving van de belangrijkste lasprocessen 1, 2, 3, 4, 10, 11. Kennis van deze lasprocessen kan voor de arbeidsgeneesheer bijdragen tot een betere evaluatie van de gezondheidsrisico’s gezien de invloed van het proces op de ontwikkeling van lasrook.

Elektrisch booglassen

Bij het booglassen wordt de voor het lassen benodigde warmte verkregen door een elektrische boog, die tussen de elektrode en het te lassen materiaal wordt getrokken. Omdat daarbij een smeltbad ontstaat, spreekt men ook van smeltlassen. De meeste toegepaste booglasprocessen zijn booglassen met beklede elektrode, MIG/MAG lassen, TIG lassen en in mindere mate onderpoederdeklassen. De in de omgevingslucht aanwezige gassen zuurstof, stikstof en waterstof hebben de eigenschap in het vloeibare materiaal te diffunderen. Zij vormen allerlei verbindingen die het (las)metaal negatieve eigenschappen geven. Een bekend fenomeen is bijvoorbeeld de veroudering van staal waardoor de taaieigenschappen met verloop van de tijd afnemen door vorming van ijzernitriden. Het gevormde smeltbad en de van de elektrode afkomende metaaldruppels dienen dus beschermd te worden tegen de inwerking van de gassen uit de omgevingslucht. Hiervoor worden verschillende toevoegmaterialen en hulpstoffen gebruikt ter van bescherming van het smeltbad. De meest bekende zijn:

• bescherming door slak en gas
• bescherming door slak
• bescherming door extra toegevoerd gas
• bescherming door een vacuüm (sporadisch)

Booglassen: MIG/MAG-lassen (halfautomaat)

Deze manier van lassen werd ontwikkeld in de jaren 50 en kreeg verschillende benamingen, zoals CO2 lassen, halfautomaat lassen, MIG lassen (MIG=Metaltransfer Inert Gas) en MAG lassen (Metaltransfer Active Gas), TIG lassen (Tungsten Inert Gas), lassen met beklede elektrode.

Bij het MIG/MAG lassen wordt een boog onderhouden tussen een afsmeltend lastoevoegmateriaal en het werkstuk. Het lastoevoegmateriaal wordt wordt continu afgevoerd vanaf een spoel. Het lastoevoegmateriaal, de elektrische boog en het smeltbad worden omringd door een beschermgas dat deze afschermt tegen de invloed van de omringende lucht. Wanneer dit beschermgas inert is (gassen die niet reageren met het smeltbad), spreekt men van MIG lassen (Metaltransfer Inert Gas). Als inert gas kunnen argon, helium en mengsels daarvan gebruikt worden. MIG lassen wordt voornamelijk gebruikt voor het lassen van aluminium en non-ferrometalen. Wanneer actieve gassen (gassen die reageren met het smeltbad) worden gebruikt zoals CO2 en mengsels van argon en CO2 en/of zuurstof, spreekt men van MAG lassen (Metaltransfer Ative Gas). MAG lassen wordt toegepast voor het lassen van staal en roestvrij staal. Als toevoegmateriaal worden meestal massieve draden toegepast. Voor staal en roestvrij staal kan men ook gevulde draden gebruiken (continu aangevoerde holle draad, inwendig gevuld met legeringselementen en slakvormers).

Booglassen: TIG-lassen

Bij-TIG lassen (Tungsten Inert Gas, ook wel Argon Arc Lassen genoemd) wordt een boog getrokken tussen een niet afsmeltende wolfraam elektrode en het werkstuk. Elektrode, lasboog en lasbad worden afgeschermd tegen de invloed van de omringende lucht door een inert gas (fig.4). Als inert gas wordt meestal argon gebruikt, soms worden ook argon-helium gasmengsels toegepast. Desgewenst wordt zijdelings materiaal in het smeltbad gedoopt waardoor dit afsmelt. Door de jaren werd de toepassing van het TIG lassen uitgebreid tot bijna alle denkbare materialen. De twee essentiële componenten van dit procédé zijn de wolfraamelektrode en het inert gas.

Het TIG lassen wordt vooral gebruikt voor het lassen van dun materiaal (tot ongeveer 3mm), voor het lassen van buizen en voor het lassen van roestvrij staal waarbij hoge eisen aan de afwerking worden gesteld (zeer fijne en propere lasnaad). Dit is veruit de meest gebruikte methode in de Piping industrie.

Booglassen: lassen met beklede elektrode

Bij het lassen met beklede elektrode wordt een elektrische boog getrokken tussen de kerndraad van de elektrode en het werkstuk. Hierbij wordt geen gebruik gemaakt van extra toegevoerd beschermgas. De met de kerndraad mee afsmeltende bekleding zal immers instaan voor de bescherming door vorming vaan een vloeibare slak die de druppels omringt tijdens het transport van de elektrode naar het smeltbad. Hier aangekomen vormt de slak een beschermende laag op het stollend smeltbad. Daarnaast ontstaan vanuit stoffen in de bekleding nog een extra afschermende gaskegel. Vrijwel alle materialen kunnen gelast worden met dit type elektrode. Nadeel is een belangrijke rookontwikkeling.

De bekleding van basische elektroden bestaat uit CaF2, waterglas (Na2SiO3, K2SiO3) en aardalkalicarbonaat. Door de aanwezigheid van CaF2 worden fluorcomponenten geëmitteerd. K2O, Na2O en SiO2 worden geëmitteerd vanwege aardalkalicarbonaat. Door het smelten verdampt het metaal en worden ook Fe2O3, SiO2 en MnO gevormd. De bekleding op basis van rutiel (TiO2) wordt gebruikt bij het lassen van hoog-gelegeerd staal en roestvrijstaal. Om roestvrij staal betere mechanische eigenschappen te geven wordt het gelegeerd met nikkel, molybdeen, titanium en niobium. Door het basisch-rutile karakter van de elektroden zitten Fe2O3, MnO, SiO2 en soortgelijke componenten in de lasrook. Als de elektroden voor het lassen van hoog-gelegeerd staal chroom en nikkel bevatten, worden ook chroom- en nikkeloxiden gevormd, het chroom is tri- of hexavalent.

Booglassen: onderpoederdeklassen (OP-lassen)

Bij dit lasproces wordt eerst een poeder (te vergelijken met de bekleding van de beklede elektrode) op de plaat gestort en wordt dan de lasdraad continu toegevoegd. Er wordt een boog getrokken tussen de lasdraad en het werkstuk. Het poeder smelt gedeeltelijk, geeft een gasbescherming en vormt een slak welke de las beschermt. Dit proces wordt wordt toegepast voor staal, gelegeerd staal en roestvrijstaal. Omdat de lasboog wordt afgeschermd door het laspoeder is er geen zichtbare lasboog en geen UV straling.

Plasma-lassen

Plasma lassen is te vergelijken met TIG lassen. Bij plasma lassen wordt eveneens een lasboog getrokken tussen een niet-afsmeltende elektrode en het werkstuk, maar de lasboog wordt omgeven door een watergekoelde opening. Daardoor wordt de lasboog ingesnoerd waardoor een kolomvormige lasboog wordt verkregen met een hoge energiedichtheid.

Autogeen lassen

Bij autogeen lassen wordt de nodige warmte afgeleverd door verbranding van het gas acetyleen. Voor de verbranding wordt altijd zuivere zuurstof gebruikt. Als toevoegmateriaal worden onbeklede lasstaven gebruikt en worden er geen additionele beschermgassen gebruikt, de verbrandingsgassen zorgen hier zelf voor.

Weerstandslassen

Bij het weerstandslassen wordt een hoge elektrische stroom door de te verbinden delen geleid. Door de elektrische weerstand van het materiaal wordt het materiaal verhit. Gelijktijdig wordt op de verbinding een uitwendige druk uitgeoefend. Er wordt geen toevoegmateriaal gebruikt. Zo onderscheid men puntlassen, rolnaadlassen, doordruklassen en drukstuiklassen

Laserlassen

Bij het laserlassen (light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) wordt licht gebruikt als warmtebron. De laser is een zeer geconcentreerde lichtbundel van hoge energie, waardoor plaatselijk hoge temperaturen kunnen worden bereikt. De indringdiepte is regelbaar, waardoor deze techniek kan worden toegepast voor zeer dunne tot dikkere platen. Met de CO2-laser kunnen in bepaalde gevallen platen tot 25 mm worden gelast.

De geïnteresseerde zal in de Angelsaksische literatuur geconfronteerd worden met een verschillende terminologie. De American Welding Society identificeerde meer dan 80 lasprocessen 11. De belangrijkste proberen we dan ook hieronder samen te vatten:

• Manual Metal Arc Welding (MMAW): booglassen zonder beschermgas met beklede electrode
• Gas Metal Arc Welding (GMAW): halfautomatisch lassen. Metal Inert Gas lassen (MIG) of Metal Active Gas lassen (MAG) naargelang het gebruikte beschermgas
• Flux-cored Arc Welding (FCAW): booglassen met gevulde draad.
• Gas Tungsten Arc Welding (GTAW): TIG-lassen (Tungsten Inert Gas)
• Plasma Arc Welding (PAW): Plasma-lassen
• Submerged Arc Welding (SAW): onder poederdeklassen (zonder beschermgas).

Tenslotte volgt een kort schematisch overzicht van de verschillende types elektrisch booglassen 4 :

• Zonder beschermgas:
• Beklede elektrode
• Onder poederdeklassen
• Met beschermgas:
• TIG lassen
• Plasma lassen
• MIG/MAG lassen (halfautomatisch lassen)
• Gevulde draad lassen (halfautomatisch lassen)