Naast procesfactoren kunnen ook andere factoren tijdens het lasproces, zoals de groefgrootte en de spleetgrootte, de hellingshoek van de elektrode en het werkstuk, en de ruimtelijke positie van de verbinding, van invloed zijn op de lasvorming en de lasgrootte.
Invloed van de lasstroom op de lasvorming
Onder bepaalde omstandigheden neemt de indringdiepte en de versterking van de lasnaad toe naarmate de booglasstroom toeneemt, terwijl de lasbreedte iets groter wordt. De redenen hiervoor zijn als volgt:
1) Naarmate de lasstroom bij booglassen toeneemt, neemt de boogkracht op het werkstuk toe, neemt de warmte-inbreng van de boog in het werkstuk toe en verschuift de warmtebron naar beneden. Dit bevordert de warmtegeleiding in de diepte van het smeltbad en verhoogt de indringdiepte. De indringdiepte is ongeveer evenredig met de lasstroom. De lasindringdiepte H is ongeveer gelijk aan Km × I. In de formule is Km de indringingscoëfficiënt (het aantal millimeters waarmee de lasindringdiepte toeneemt wanneer de lasstroom met 100 A wordt verhoogd). Deze coëfficiënt is afhankelijk van de booglasmethode, draaddiameter, stroomtype, enz., zoals weergegeven in tabel 1-1.
| booglasmethoden | elektrode diameter/mm | lasstroom/A | spanning/V | lassnelheid/mh-1 | penetratiecoëfficiënt/m m-100A-1 |
wolfraam argon booglassen | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
| | 1.6 spuitmondopening | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1.2~2 |
| 3.4 spuitmondopening | 220~300 | 28~36 | 18~30 | 1,5~2,4 |
| | 2 | 200~700 | 32~40 | 15~100 | 1.0~1.7 |
| 5 | 450~1200 | 34~44 | 30~60 | 0,7~1,3 |
smeltelektrode argonbooglassen | 1.2~2.4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| CO2-lassen | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
Tabel 1-1 Smeltdieptecoëfficiënt Km voor verschillende booglasmethoden en -parameters (lasstaal)
2) De smeltsnelheid van de laskern of lasdraad bij booglassen is evenredig met de lasstroom. Omdat een verhoging van de lasstroom bij booglassen leidt tot een verhoging van de smeltsnelheid van de lasdraad, neemt de hoeveelheid gesmolten lasdraad ongeveer evenredig toe, terwijl de lasbreedte minder toeneemt, waardoor de lasversterking toeneemt.
3) Naarmate de lasstroom toeneemt, neemt de diameter van de boogkolom toe. De indringdiepte van de boog in het werkstuk neemt echter toe en het bewegingsbereik van de boogpunt wordt beperkt. Daarom is de toename in lasbreedte relatief klein.
Bij MIG-lassen (metaal inert gaslassen) neemt de indringdiepte toe naarmate de lasstroom hoger wordt. Als de lasstroom te groot is en de stroomdichtheid te hoog, kan er een vingerachtige indringing ontstaan, vooral bij het lassen van aluminium.
Invloed van boogspanning op lasvorming
Onder bepaalde omstandigheden neemt het boogvermogen toe wanneer de boogspanning wordt verhoogd, en daarmee ook de warmte-inbreng in het laswerkstuk. De verhoging van de boogspanning wordt echter bereikt door de booglengte te vergroten. Een grotere booglengte leidt tot een grotere straal van de boogwarmtebron en een grotere warmteafvoer. Hierdoor neemt de energiedichtheid die aan het laswerkstuk wordt toegevoerd af, waardoor de indringdiepte iets kleiner wordt, terwijl de breedte van de lasrups toeneemt. Tegelijkertijd neemt de versterking van de lasrups af, omdat de lasstroom en de hoeveelheid gesmolten lasdraad gelijk blijven.
Bij diverse booglasmethoden is het belangrijk om een goede lasvorming te verkrijgen, dat wil zeggen om een geschikte lasvormingscoëfficiënt φ te behouden. Bij het verhogen van de lasstroom moet de boogspanning navenant worden verhoogd. Het is essentieel dat de boogspanning en de lasstroom op elkaar zijn afgestemd. Dit is met name het geval bij booglassen met verbruikselektroden.
Invloed van de lassnelheid op de lasvorming
Onder bepaalde omstandigheden leidt een hogere lassnelheid tot een lagere warmte-inbreng, waardoor zowel de lasrupsbreedte als de indringing afnemen. Omdat de hoeveelheid afgezette lasdraad per lengte-eenheid omgekeerd evenredig is met de lassnelheid, leidt dit ook tot een vermindering van de lasrupsversterking.
De lassnelheid is een belangrijke indicator voor de productiviteit van het lassen. Om de productiviteit te verhogen, moet de lassnelheid worden verhoogd. Om echter de vereiste lasafmetingen voor constructies te garanderen, moeten bij een hogere lassnelheid ook de lasstroom en de boogspanning navenant worden verhoogd. Deze drie grootheden zijn onderling gerelateerd. Tegelijkertijd moet er rekening mee worden gehouden dat bij een hogere lasstroom, boogspanning en lassnelheid (dat wil zeggen, bij gebruik van een krachtige lasboog en een hoge lassnelheid) lasfouten zoals ondersnijding en scheuren kunnen ontstaan tijdens de vorming en stolling van het smeltbad. Daarom is een verhoging van de lassnelheid beperkt.
Invloed van het type lasstroom, de polariteit en de elektrodeafmetingen op de lasvorming.
1. Soorten en polariteiten van lasstroom
De soorten lasstroom worden onderverdeeld in gelijkstroom en wisselstroom. Gelijkstroombooglassen wordt verder onderverdeeld in constante gelijkstroom en gepulseerde gelijkstroom, afhankelijk van of er een puls in de stroom zit. Gelijkstroombooglassen wordt verder onderverdeeld in gelijkstroom met positieve aansluiting (het werkstuk is aangesloten op de positieve pool) en gelijkstroom met negatieve aansluiting (het werkstuk is aangesloten op de negatieve pool), afhankelijk van de polariteit. Wisselstroombooglassen wordt verder onderverdeeld in sinusvormige wisselstroom en blokgolfwisselstroom, afhankelijk van de verschillende stroomgolfvormen. Het type en de polariteit van de lasstroom beïnvloeden de hoeveelheid warmte die van de boog naar het werkstuk wordt overgebracht, en daarmee de lasvorming. Tegelijkertijd beïnvloeden ze ook het druppeltransport en de verwijdering van de oxidefilm op het oppervlak van het basismetaal.
Bij het lassen van metalen materialen zoals staal en titanium met TIG-lassen (wolfraam inert gas), is de laspenetratie het diepst wanneer gelijkstroom in de positieve richting wordt aangesloten, het ondiepst wanneer gelijkstroom in de negatieve richting wordt aangesloten, en wisselstroom zit daar tussenin. Omdat de laspenetratie het diepst is bij gelijkstroom in de positieve richting en de wolfraamelektrode het minste verbrandingsverlies heeft, moet gelijkstroom in de positieve richting worden gebruikt bij het lassen van metalen materialen zoals staal en titanium. Bij gepulseerd gelijkstroomlassen (PDW-lassen) kan de grootte van de lasvorming naar wens worden geregeld, omdat de pulsparameters kunnen worden aangepast. Bij het lassen van aluminium, magnesium en hun legeringen met TIG-lassen is het noodzakelijk om het kathodereinigende effect van de boog te gebruiken om de oxidefilm op het oppervlak van het basismetaal te verwijderen. Wisselstroom is hiervoor beter geschikt. Doordat de golfvormparameters van de blokgolfwisselstroom kunnen worden aangepast, is het lasresultaat beter.
Bij gasmetaalbooglassen (GMAW) zijn de laspenetratie en lasbreedte groter wanneer de gelijkstroom omgekeerd wordt aangesloten dan bij positieve gelijkstroomaansluiting. De penetratie en breedte van wisselstroomlassen liggen daar tussenin. Daarom wordt bij onderpoederbooglassen (SMAW) over het algemeen gelijkstroom omgekeerd aangesloten om een grotere penetratie te verkrijgen; terwijl bij onderpoederbooglassen (SMAW) positieve gelijkstroomaansluiting wordt gebruikt om de penetratie te verminderen. Bij gasmetaalbooglassen met beschermgas (GMAW) wordt gelijkstroom omgekeerd aangesloten niet alleen gebruikt voor een grote penetratiediepte, maar ook voor een stabielere lasboog en druppeloverdracht dan bij positieve gelijkstroomaansluiting en wisselstroom, en het heeft bovendien een kathodereinigend effect. Daarom wordt gelijkstroom omgekeerd aangesloten en wisselstroom over het algemeen niet gebruikt.
2. Invloed van de vorm van de wolfraamelektrodepunt, de diameter van de lasdraad en de lengte van de verlengingsdraad
De hoek en vorm van het voorste uiteinde van de lasdraad hebben een grote invloed op de boogconcentratie en de boogdruk. Deze moeten worden gekozen op basis van de lasstroom en de dikte van het werkstuk. Over het algemeen geldt dat hoe geconcentreerder de boog en hoe hoger de boogdruk, hoe groter de indringdiepte, terwijl de lasbreedte navenant afneemt.
Bij gasmetaalbooglassen geldt dat, bij een constante lasstroom, hoe dunner de lasdraad, hoe geconcentreerder de boogverwarming, hoe groter de indringdiepte en hoe kleiner de lasbreedte. Bij de keuze van de lasdraaddiameter in de praktijk moet echter ook rekening worden gehouden met de stroomsterkte en de vorm van het smeltbad om een slechte lasvorming te voorkomen.
Bij gasmetaalbooglassen neemt de draadverlenging toe naarmate de lasstroom door het verlengde deel van de draad langer wordt. Hierdoor neemt de smeltsnelheid van de draad toe, wat resulteert in een betere lassterkte, terwijl de indringdiepte enigszins afneemt. Vanwege de relatief hoge soortelijke weerstand van staallasdraden is de invloed van de draadverlenging op de lasvorming bij het lassen met staal en dunne draden aanzienlijk. De soortelijke weerstand van aluminiumlasdraden is relatief laag, waardoor de invloed minder significant is. Hoewel een langere draadverlenging de smeltcoëfficiënt kan verbeteren, is er, rekening houdend met zowel de smeltstabiliteit van de draad als de lasvorming, een acceptabele variatiemarge voor de draadverlenging.
Invloed van andere procesfactoren op lasvormingsfactoren
Naast de bovengenoemde procesfactoren kunnen ook andere factoren die van invloed zijn op de lasvorming en de lasafmetingen, zoals de groefgrootte en de spleetgrootte, de hellingshoek van de elektrode en het werkstuk, en de ruimtelijke positie van de verbinding.
1. Groef en spleet
Bij het lassen van stompe verbindingen met elektrisch booglassen wordt meestal bepaald of er een opening moet worden aangehouden, de grootte van de opening en de vorm van de groef, afhankelijk van de dikte van de te lassen plaat. Onder bepaalde omstandigheden geldt dat hoe groter de groef of opening, hoe kleiner de versterking van de las, wat overeenkomt met een verschuiving van de laspositie. In dat geval neemt de smeltverhouding af. Het aanhouden van een opening of het maken van een groef kan dus worden gebruikt om de grootte van de versterking te beheersen en de smeltverhouding aan te passen. De warmteafvoeromstandigheden verschillen enigszins tussen het wel of niet aanhouden van een opening en het maken van een groef. Over het algemeen zijn de kristallisatieomstandigheden bij het maken van een groef gunstiger.
2. Hellingshoek van de elektrode (lasdraad)
Bij booglassen wordt, afhankelijk van de relatie tussen de hellingshoek van de elektrode en de lasrichting, onderscheid gemaakt tussen twee typen: voorwaartse en achterwaartse helling van de elektrode. Wanneer de lasdraad gekanteld is, kantelt de boogas dienovereenkomstig mee. Bij een voorwaartse helling van de lasdraad wordt het effect van de boogkracht op de achterwaartse afvoer van het gesmolten metaal verzwakt. De laag vloeibaar metaal onderin het smeltbad wordt dikker, de indringdiepte neemt af, de diepte waarop de boog het laswerk binnendringt wordt kleiner, het bewegingsbereik van de boogpunt wordt groter, de lasbreedte neemt toe en de versterking neemt af. Hoe kleiner de voorwaartse hellingshoek α van de lasdraad, hoe duidelijker dit effect is. Bij een achterwaartse helling van de lasdraad is de situatie omgekeerd. Bij booglassen met beklede elektroden wordt meestal de achterwaartse helling van de elektrode toegepast, waarbij een hellingshoek α tussen 65° en 80° relatief geschikt is.
3. Hellingshoek van het lasstuk
In de praktijk komen lasnaden vaak voor en kunnen we ze onderverdelen in opwaartse en neerwaartse lasnaden. Onder invloed van de zwaartekracht stroomt het smeltbad naar beneden langs de helling. Bij opwaartse lasnaden zorgt de zwaartekracht ervoor dat het smeltbad naar de staart van het smeltbad wordt afgevoerd, waardoor de indringing diep is, de lasbreedte smal en de versterking hoog. Wanneer de opwaartse hoek α tussen de 6° en 12° ligt, is de versterking te groot en ontstaan er gemakkelijk ondersnijdingen aan beide zijden. Bij neerwaartse lasnaden wordt voorkomen dat het smeltbad naar de staart van het smeltbad wordt afgevoerd. De boog kan het metaal onderin het smeltbad niet diep genoeg verhitten, waardoor de indringing afneemt, het bewegingsbereik van de boogpunt groter wordt, de lasbreedte toeneemt en de versterking afneemt. Als de hellingshoek van de lasnaad te groot is, leidt dit tot onvoldoende indringing en overloop van het smeltbad.
4. Lasmateriaal en dikte
De indringdiepte van een las hangt samen met de lasstroom, de thermische geleidbaarheid en de volumetrische warmtecapaciteit van het materiaal. Hoe beter de thermische geleidbaarheid van het materiaal en hoe groter de volumetrische warmtecapaciteit, hoe meer warmte er nodig is om een eenheidsvolume metaal te smelten en de temperatuur met dezelfde hoeveelheid te verhogen. Daarom zullen onder bepaalde andere omstandigheden, zoals de lasstroom, de indringdiepte en de lasbreedte afnemen. Hoe hoger de dichtheid of de viscositeit van het materiaal, hoe moeilijker het voor de lasboog is om het gesmolten metaalbad te verdringen, en hoe geringer de indringdiepte. De dikte van het te lassen onderdeel beïnvloedt de warmtegeleiding binnenin het onderdeel. Bij gelijke overige omstandigheden neemt de warmteafvoer toe naarmate de dikte van het te lassen onderdeel toeneemt, waardoor zowel de lasbreedte als de indringdiepte afnemen.
5. Vloeimiddel, elektrodebekleding en beschermgas
De verschillende samenstellingen van fluxen of elektrodecoatings leiden tot verschillende spanningsverliezen in de elektrodegebieden van de boog en verschillende potentiaalgradiënten in de boogkolom, wat onvermijdelijk de lasvorming beïnvloedt. Wanneer de flux een lage dichtheid, grote deeltjesgrootte of kleine stapelhoogte heeft, is de druk rond de boog laag, zet de boogkolom uit en heeft de boogvlek een groot bewegingsbereik. Daardoor is de indringing gering, de lasbreedte groot en de versterking gering. Bij het lassen van dikke werkstukken met een hoge-vermogensboog kan het gebruik van puimsteenachtige flux de boogdruk verlagen, de indringing verminderen en de lasbreedte vergroten. Daarnaast moet de lasslak een geschikte viscositeit en smelttemperatuur hebben. Als de viscositeit te hoog is of de smelttemperatuur relatief hoog, zal de slak slecht ontluchten en kunnen er gemakkelijk veel deukjes op het lasoppervlak ontstaan, wat resulteert in een slechte lasvorming.
De samenstelling van beschermgassen voor booglassen (zoals Ar, He, N2, CO2) verschilt, en ook hun fysische eigenschappen, zoals de thermische geleidbaarheid, zijn verschillend. Dit zorgt ervoor dat de spanningsval in het poolgebied van de boog, de potentiaalgradiënt van de boogkolom, de geleidende doorsnede van de boogkolom, de plasmastroomkracht en de verdeling van de soortelijke warmteflux verschillen. Al deze factoren beïnvloeden de vorming van lasnaden.
Kortom, er zijn veel factoren die de lasvorming beïnvloeden. Om een goede lasvorming te verkrijgen, is het noodzakelijk om de juiste lasmethoden en lasomstandigheden te kiezen, afhankelijk van het materiaal en de dikte van het te lassen onderdeel, de positie van de las, de vorm van de verbinding, de werkomstandigheden, de eisen aan de prestaties van de verbinding en de afmetingen van de las. Tegelijkertijd is de houding van de lasser ten opzichte van het lassen het allerbelangrijkste! Anders voldoen de lasvorming en de prestaties mogelijk niet aan de eisen, en kunnen er zelfs diverse lasfouten ontstaan.
