Basisprincipes van lassen

Een las kan worden gedefinieerd als een samensmelting van metalen die wordt geproduceerd door verhitting tot een geschikte temperatuur, met of zonder toepassing van druk, en met of zonder gebruik van een vulmateriaal.

Bij smeltlassen genereert een warmtebron voldoende warmte om een ​​gesmolten plas metaal van de vereiste grootte te creëren en in stand te houden. De warmte kan worden geleverd door elektriciteit of door een gasvlam. Elektrisch weerstandslassen kan als smeltlassen worden beschouwd omdat er een beetje gesmolten metaal wordt gevormd.

---

Solid-phase-processen produceren lassen zonder het basismateriaal te smelten en zonder de toevoeging van een vulmetaal. Er wordt altijd druk uitgeoefend en doorgaans wordt er enige warmte verschaft. Wrijvingswarmte wordt ontwikkeld bij ultrasone verbindingen en wrijvingsverbindingen, en ovenverwarming wordt gewoonlijk gebruikt bij diffusieverbindingen.

De elektrische boog die bij het lassen wordt gebruikt, is een ontlading met hoge stroomsterkte en lage spanning, doorgaans in het bereik van 10–2.000 ampère bij 10–50 volt. Een boogkolom is complex, maar bestaat in grote lijnen uit een kathode die elektronen uitzendt, een gasplasma voor stroomgeleiding en een anodegebied dat door elektronenbombardement relatief heter wordt dan de kathode. Meestal wordt een gelijkstroomboog (DC) gebruikt, maar er kunnen ook wisselstroombogen (AC) worden gebruikt.

De totale energie-input bij alle lasprocessen overschrijdt de hoeveelheid die nodig is om een ​​verbinding te produceren, omdat niet alle gegenereerde warmte effectief kan worden benut. De efficiëntie varieert van 60 tot 90 procent, afhankelijk van het proces; sommige speciale processen wijken sterk af van dit cijfer. Warmte gaat verloren door geleiding door het basismetaal en door straling naar de omgeving.

De meeste metalen reageren bij verhitting met de atmosfeer of andere nabijgelegen metalen. Deze reacties kunnen zeer schadelijk zijn voor de eigenschappen van een lasverbinding. De meeste metalen oxideren bijvoorbeeld snel wanneer ze worden gesmolten. Een laagje oxide kan een goede hechting van het metaal verhinderen. Druppels gesmolten metaal bedekt met oxide raken gevangen in de las en maken de verbinding broos. Sommige waardevolle materialen die vanwege specifieke eigenschappen worden toegevoegd, reageren zo snel bij blootstelling aan de lucht dat het afgezette metaal niet meer dezelfde samenstelling heeft als aanvankelijk. Deze problemen hebben geleid tot het gebruik van vloeimiddelen en inerte atmosferen.

Bij smeltlassen speelt het vloeimiddel een beschermende rol bij het faciliteren van een gecontroleerde reactie van het metaal en het vervolgens voorkomen van oxidatie door een deken over het gesmolten materiaal te vormen. Fluxen kunnen actief zijn en helpen bij het proces, of inactief en eenvoudigweg de oppervlakken beschermen tijdens het verbinden.

Inerte atmosferen spelen een beschermende rol die vergelijkbaar is met die van fluxen. Bij gasbeschermd metaalbooglassen en gasbeschermd wolfraambooglassen stroomt een inert gas (meestal argon) uit een ring die de toorts omringt in een continue stroom, waardoor de lucht rond de boog wordt verdrongen. Het gas reageert niet chemisch met het metaal, maar beschermt het eenvoudigweg tegen contact met de zuurstof in de lucht.

De metallurgie van metaalverbindingen is belangrijk voor de functionele mogelijkheden van de verbinding. De booglas illustreert alle basiskenmerken van een verbinding. Drie zones ontstaan ​​door de passage van een lasboog: (1) de lasmetaal- of smeltzone, (2) de door hitte beïnvloede zone en (3) de niet-beïnvloede zone. Het lasmetaal is dat deel van de verbinding dat tijdens het lassen is gesmolten. De door hitte beïnvloede zone is een gebied grenzend aan het lasmetaal dat niet is gelast, maar een verandering in microstructuur of mechanische eigenschappen heeft ondergaan als gevolg van de hitte van het lassen. Het onaangetaste materiaal is het materiaal dat niet voldoende is verwarmd om de eigenschappen ervan te veranderen.

De samenstelling van het lasmetaal en de omstandigheden waaronder het bevriest (stolt) hebben een aanzienlijke invloed op het vermogen van de verbinding om aan de servicevereisten te voldoen. Bij booglassen bestaat het lasmetaal uit vulmateriaal plus het gesmolten basismetaal. Nadat de boog voorbij is, vindt een snelle afkoeling van het lasmetaal plaats. Een las in één doorgang heeft een gegoten structuur met kolomvormige korrels die zich uitstrekken van de rand van het gesmolten bad naar het midden van de las. Bij een multipass-las kan deze gegoten structuur worden aangepast, afhankelijk van het specifieke metaal dat wordt gelast.

Het basismetaal dat grenst aan de las, of de door hitte beïnvloede zone, wordt onderworpen aan een reeks temperatuurcycli, en de verandering in structuur houdt rechtstreeks verband met de piektemperatuur op een bepaald punt, de tijd van blootstelling en de afkoelsnelheden. De soorten basismetalen zijn te talrijk om hier te bespreken, maar ze kunnen in drie klassen worden gegroepeerd: (1) materialen die niet worden beïnvloed door laswarmte, (2) materialen die zijn gehard door structurele veranderingen, (3) materialen die zijn gehard door neerslagprocessen.

Lassen veroorzaakt spanningen in materialen. Deze krachten worden veroorzaakt door samentrekking van het lasmetaal en door uitzetting en vervolgens samentrekking van de door hitte beïnvloede zone. Het onverwarmde metaal legt een beperking op het bovenstaande, en naarmate de samentrekking de overhand heeft, kan het lasmetaal niet vrij samentrekken en wordt er spanning opgebouwd in de verbinding. Dit staat algemeen bekend als restspanning en moet voor sommige kritische toepassingen worden verwijderd door een warmtebehandeling van de gehele fabricage. Restspanning is onvermijdelijk in alle gelaste constructies en als deze niet gecontroleerd wordt, zal er buiging of vervorming van het laswerk optreden. Controle wordt uitgeoefend door lastechniek, mallen en armaturen, fabricageprocedures en uiteindelijke warmtebehandeling.