Inhoudsopgave
Inleiding Lassen van staalconstructies
Deel 1
Lasprocessen
Soorten lasprocessen
Lasprocessen
Deel 2
Normen en procedures
Lasposities
Lassymbolen
Lasnaadvormen
Kwaliteitseisen
Lasonderzoek
Toelaatbare lasfouten
Deel 3
Praktijktips
Krimp
Schaarwerking door krimp
Lasvolgorde
Richten
Invloed van krimpspanningen
Parallellen met andere vormen van verhitten
Deel 4
Vaktaal
Begrippenlijst


Dit is een bewerking van hoofdstuk 6 "Lassen" uit het dictaat "Fabricage en montage van staalconstructies" van ir. Bert van Beek.

Lassen van staalconstructies

Soorten lasprocessen

Smeltlassen

Bij smeltlassen wordt het moedermateriaal door toevoer van warmte vloeibaar gemaakt. Soms wordt er druk aangewend en eventueel wordt er een toevoegmateriaal toegepast. Er moet worden voorkomen dat er zuurstof (O2) en stikstof (N) uit de lucht wordt opgenomen. Deze stoffen zijn in staal verantwoordelijk voor scheuren en verouderen. Daarom moet het gesmolten materiaal (het smeltbad) worden afgeschermd van de lucht.

Er kan een beschermgas (bij MIG/MAG lassen) of slak (lassen met beklede elektrode, onder poederdek lassen) worden gebruikt of een combinatie van beide. De bekleding van de elektrode of de vulling van de draad bevat bestanddelen Silicium (Si), Mangaan (Mn), Aluminium (Al) of Calcium (Ca). Deze elementen binden de in het smeltbad aanwezige zuurstof tot slak.

Druklassen

Bij Druklassen komt de verbinding onder druk tot stand, bij deze technieken komt er geen toevoegmateriaal aan te pas. Er worden twee vormen van druklassen onderscheiden: warmdruklassen en kouddruklassen.

Bij Warmdruklassen bevindt het materiaal zich in een deegachtige toestand en wordt er een relatief geringe druk toegepast. Voorbeelden zijn: stiftlassen, lassen van deuvels, puntlassen en rollassen.

Een bekende toepassing van de Warmdruklastechniek is het lassen van deuvels. Een voorbeeld van Warmdruklassen is het lassen van deuvels. Veel toegepast bij staalplaatbetonvloeren. Rechtsboven zijn de deuvels zichtbaar die al zijn bevestigd.

Bij Kouddruklassen is het materiaal koud en wordt er onder hoge druk gelast. Het komt in de constructiebranche nauwelijks voor.

Lasprocessen

De Amerikaanse norm ASME gebruikt de volgende benamingen voor lasprocessen
SMAW "Shielded Metal Arc Welding" handlassen met beklede elektrode
GMAW "Gas Metal Arc Welding" MIG/MAG-lassen
FCAW "Fluxed Core Arc Welding" MIG/MAG-lassen met gevulde draad
SAW "Submerged Arc Welding" onder poederdek lassen (OP)
STAW "Shielded Tungsten Arc Welding" TIG-lassen
schema smeltlasprocessen

De meest voorkomende lasprocessen in Nederland zijn:

  1. handlassen met beklede elektroden
  2. MIG/MAG-lassen
  3. onder poederdek lassen
  4. TIG-lassen
  5. autogeen lassen

Voor constructiestaal worden de drie eerstgenoemde processen op grote schaal toegepast, waarbij handlassen steeds meer wordt verdrongen door het MIG/MAG-lassen. Ten opzichte van Duitsland wordt er in Nederland nog altijd veel met de hand gelast. Dit is deels het gevolg van het feit dat er in Nederland veel offshore werk wordt uitgevoerd. Hierbij wordt vaak geëist, dat er met de hand wordt gelast.
Autogeen en TIG-lassen hebben de bijzondere eigenschap, dat de toevoer van materiaal en toevoer van warmte onafhankelijk van elkaar regelbaar zijn.
Behalve autogeen lassen zijn de genoemde processen alle booglasprocessen, d.w.z. er wordt gelast met een elektrodestroom.

Bij een booglasproces zorgt de warmte, die ontwikkeld wordt in de boog tussen elektrode en werkstuk, dat er een smeltbad ontstaat. Dit is vergelijkbaar met het doorverbindingen van de beide polen van een accu. Als de draad de pool aanraakt, onstaat er een vonkenregen. Deze vonken ontstaan door ionisatie van de lucht: de atomen in de lucht krijgen er een elektron bij of staan er juist één af, waardoor ze elektrisch geladen worden. Hierdoor wordt de lucht geleidend en ontstaat er warmte. Als vervolgens de draad langzaam wordt verwijderd van de pool, blijft de vonkenregen en dus de stroom bestaan. De geleidende lucht wordt het plasma genoemd. De elektrische boog produceert warmte, licht en straling.
Vooral vanwege de straling moeten de ogen en huid worden beschermd. Wie in een lasboog heeft gekeken, kan last krijgen van "lasogen". Dit voelt aan alsof er scherp zand in de ogen gestrooid is.

Bij het booglasproces wordt de ene pool gevormd door het werkstuk en de andere pool door de laselektrode. Het werkstuk kan bij toepassing van gelijkstroom zowel de plus als de min zijn.

Ook kan er met wisselstroom worden gelast. Het vermogen, dat benut wordt voor het smelten van moedermateriaal en elektrode, volgt uit de formule:

P  =  U  ×·  I  [W, J/s],
waarin U de boogspanning is en I de stroomsterkte.

Handlassen met (beklede) elektroden

Het werkstuk en de elektrode zijn tegengesteld elektrisch geladen. Door het aantikken van het werkstuk met de elektrode ontstaat door kortsluiting een lasboog. Deze zorgt ervoor dat het moedermateriaal en de laselektrode smelten.
Het werkstuk en de elektrode zijn tegengesteld elektrisch geladen. Door het aantikken van het werkstuk met de elektrode ontstaat door kortsluiting een lasboog. Deze zorgt ervoor dat het moedermateriaal en de laselektrode smelten.

Bij handlassen met elektroden wordt de benodigde energie geleverd door een elektrische stroom. Onder invloed van deze stroom zal de elektrode (het toevoegmateriaal) afsmelten. Als de elektrode (aanvankelijk ongeveer 400 mm lang) is opgesmolten, wordt deze uit de houder genomen en wordt er een nieuwe elektrode in de houder gestoken. Dan begint het proces opnieuw: het werkstuk wordt aangetikt, de boog getrokken en de elektrode smelt af. De temperatuur in de boog bedraagt ongeveer 7000 °C.

Handlassen met beklede elektroden. Schematische voorstelling van het handlassen met elektroden.
Handlassen met beklede elektroden. Schematische voorstelling van het handlassen met elektroden.

Elektroden zijn onder andere verkrijgbaar in de volgende diameters:
1,5 mm, 2,5 mm, 3,75 mm, 4 mm, 5 mm, 6,3 mm.

Laselektroden worden geleverd met verschillende bekledingen, bijvoorbeeld basisch, rutiel, ijzeroxyde en cellulose. Bij constructiewerk wordt gewoonlijk met basische elektroden gewerkt.
Deze geven de las goede mechanische eigenschappen, maar het uiterlijk is minder fraai dan wanneer er met een rutiel elektrode wordt gelast.

Kenmerkend voor het handlassen met elektroden is de slak op de las, die gevormd wordt door de bekleding van de elektrode. Een belangrijke functie van de slak is, dat deze het smeltbad afdekt en dit zo beschermd tegen de inwerking van lucht - zuurstof (O2) en stikstof (N).
Daarnaast verhoogt de bekleding de stabiliteit van de boog als gevolg van toegevoegde ioniserende stoffen.
Tevens bepaalt de bekleding de mogelijke lasposities door beïnvloeding van de stollingssnelheid en de vloeibaarheid van het smeltbad.

Het wegbikken van de slak
Het wegbikken van de slak, die wordt gevormd door de bekleding van de laselektrode.

De investeringskosten voor handlassen met elektroden zijn laag; ook is dit proces weinig storingsgevoelig. Het proces is echter relatief traag. Dit wordt niet alleen veroorzaakt door de geringe afsmeltsnelheid, maar ook doordat er maar een klein deel van de tijd werkelijk wordt gelast. De rest van de tijd wordt gebruikt om elektroden te wisselen, slak te bikken, de benen te strekken, enz.
Het percentage werkelijke lastijd ten opzichte van de werktijd wordt procentuele inschakelduur genoemd. Bij het handlassen wordt vaak met een procentuele inschakelduur van 25% gerekend.

Vroeger moesten de elektroden worden drooggebakken in elektrodenovens en verwarmd worden bewaard. Zo werd ervoor gezorgd, dat de laskwaliteit niet negatief werd beïnvloed door het waterstofgehalte in de elektroden.
In het midden van de jaren 80 werd de Sahara-elektrode geïntroduceerd.
Bij dit type, fabrieksgedroogde, elektrode is een aantal elektroden gezamenlijk vacuüm verpakt, waardoor de elektroden geen kans hebben om water op te nemen. Na opening moet de gehele inhoud van het pak binnen een aantal uren worden verwerkt. Dit type elektrode heeft de traditionele droogovens vrijwel geheel verdrongen.

Vacuüm verpakte elektroden hebben de traditionele elektrodenovens vervangen. Vacuüm verpakte elektroden hebben de traditionele elektrodenovens vervangen.

De voor- en nadelen van handlassen met beklede elektroden
voordelen nadelen
is in alle posities mogelijk het wegbikken van de slak
weinig warmte-inbreng verkleuren van materiaal
goede mechanische eigenschappen lasspetters
beperkte investering kans op slakinsluitingen
geschikt voor iedere materiaalsoort lage productiviteit
korte insteltijd  
weinig last van verontreinigingen van het staal  

Ter voorkoming van het hechten van lasspetters is zogenaamde lasspray te koop. Hiermee moet voorzichtig worden omgegaan, omdat de lasspray problemen kan geven met de hechting van de conservering (zink en verf).

Lasspray voorkomt lasspetters, maar geeft soms problemen met de hechting van de conservering.
Lasspray voorkomt lasspetters, maar geeft soms problemen met de hechting van de conservering.

Naar de code voor beklede elektroden in de norm NEN-EN 499. Klik op las2.htm.

MIG/MAG-lassen

Het MIG/MAG-lassen wordt vaak aangeduid met de onjuiste naam CO2-lassen.
Bij het MIG/MAG-lassen is de elektrode - de "lasdraad" - opgerold op een haspel. De bescherming van het smeltbad wordt in dit geval gevormd door het beschermgas, dat door een mondstuk in de lastoorts wordt geblazen. Bij dit proces is dus geen sprake van slakvorming.
Doordat ook de draadtoevoer continu verloopt en er dus geen elektroden hoeven te worden gewisseld, heeft het proces een relatief hoge inschakelduur.

Indien het gas niet reactief is (Helium, Argon), is er sprake van het MIG ("Metal Inert Gas")-proces. Indien het gas wel reactief is (CO2 of mengsels van Argon met CO2) is er sprake van het MAG("Metal Active Gas")-proces.
Schematische voorstelling van het MIG/MAG-lassen.
Schematische voorstelling van het MIG/MAG-lassen.

Naar een uitgebreide, eenvoudige uitleg van MIG/MAG lassen. Klik op aval_mig.htm.

Het MIG/MAG-proces wordt vaak een semi-automatisch lasproces genoemd, omdat de draad automatisch wordt aangevoerd. Deze benaming is verwarrend, daar het lassen wel degelijk met de hand wordt uitgevoerd. Door de hoge stroomdichtheid heeft het proces een hoge neersmeltsnelheid (tot 10 kg per uur).
Het proces is vooral geschikt voor binnentoepassingen. Onder invloed van wind of tocht zal het beschermgas het smeltbad niet goed beschermen en kunnen er lasfouten ontstaan.

MIG/MAG-lassen in de praktijk.
MIG/MAG-lassen wordt een semi-automatisch lasproces genoemd, maar wordt wel degelijk met de hand uitgevoerd.
    Het MIG/MAG-proces kent 4 varianten:

  1. Kortsluitbooglassen
    Bij het kortsluitbooglassen (in het Engels: "Shortcut Circuit") tikt de elektrode steeds het werkstuk aan. Daardoor ontstaat kortsluiting en loopt er een zeer hoge stroom door de draad. Door deze stroom smelt de draad, waarna de kortsluiting is verbroken. Omdat de draad continu wordt aangevoerd, zal even later weer kortsluiting ontstaan, smelt de draad, verbreekt de kortsluiting, enz. Dit herhaalt zich 50 tot 250 maal per seconde. Het kortsluitbooglassen geschiedt bij een combinatie van een lage spanning, een lage stroomsterkte en een dunne draad.

  2. Openbooglassen
    Bij openbooglassen (in het Engels: "Open Arc") wordt het elektrodemateriaal in een continue stroom naar het werkstuk getransporteerd. De grootte van de afsmeltende deeltjes is onder andere afhankelijk van het schermgas; CO2 geeft bijvoorbeeld grotere druppels.
    Als het lasmateriaal in kleine deeltjes wordt aangevoerd, is sprake van sproeibooglassen (in het Engels: "Spray Arc").

  3. Pulserend lassen
    Bij pulserend lassen heeft de stroombron twee verschillende niveaus van stroomsterkte. Er is een constante basisstroom, die de boog in stand houdt, met daaroverheen een (pulserende) pulsstroom, die zorgt voor het loslaten van de druppels. Bij pulserend lassen wordt minder warmte ingebracht en is er beter in positie te lassen.

  4. Lassen met gevulde draad
    Men spreekt van lassen met gevulde draad, wanneer MIG/MAG-lassen wordt uitgevoerd met een draad, die is gevuld met poeder. Dit poeder vormt op het smeltbad een slak, waardoor het lasproces minder last heeft van wind en tocht.
Zie voor een indeling van laselektroden met gevulde draad de norm NEN-EN 758:1997. Te bestellen bij het Nederlands Normalisatie Instituut http://www.nni.nl  (alleen Engelse versie beschikbaar).
Of neem een voorproefje op deze Internetpagina's. Klik naar NEN-EN 758:1997

Bij het leggen van de grondnaad zonder onderlegstrips ("backing strips") met het MIG/MAG-proces wordt altijd volgens het kortsluitboogprincipe gelast. De sproeiboog zou immers het materiaal door de naad heen sproeien en er zou geen goede grondnaad ontstaan.

De voor- en nadelen van het MIG/MAG-lassen
voordelen nadelen
geen bekleding, dus geen slak windgevoelig
weinig warmte-inbreng "backing" nodig voor het leggen van een goede grondnaad
hoge lassnelheid moeilijk beheersbaar door hoge afsmeltsnelheid
hoge inschakelduur hinderlijke boog
goede bescherming tegen oxydatie, ook naast de las  

Lassen onder poederdek

Schematische voorstelling van een OP-lasmachine.
Schematische voorstelling van een OP-lasmachine.

Bij het lassen onder poederdek is de elektrode, net als bij het MIG/MAG-lassen, opgerold op een haspel. Het lasapparaat met elektrodehaspel bevindt zich op een karretje, dat langs de lasnaad rijdt. De elektrode bij OP-lassen is onbekleed. De functie van de bekleding bij elektroden wordt bij OP-lassen overgenomen door een poeder. Het karretje stort een aantal centimeters voor de las het poeder neer. De punt van de elektrode bevindt zich zodoende in het poeder. Van het lassen is daarom niets te zien. Een aantal centimeters achter de elektrode wordt het poeder door een stofzuiger op het karretje weer opgezogen. Er blijft nu een (gemakkelijk te verwijderen) slak achter. Draad en poeder vormen een combinatie. Het is niet mogelijk een willekeurige draad met een willekeurig poeder te combineren.

Een OP-lasmachine in de praktijk. Schematische voorstelling van het OP-lassen.
Een OP-lasmachine in de praktijk. Schematische voorstelling van het OP-lassen.

In plaats van een karretje, dat langs de lasnaad rijdt, komt het voor (bij stuiklassen in ronddraaiende buizen), dat het lasapparaat stil staat en de lasnaad onder het apparaat door beweegt.

Bij het OP-lasproces is de neersmeltsnelheid ongeveer viermaal zo hoog als bij het handlassen. Daarnaast is de procentuele inschakelduur veel hoger. Door de hogere stroom en het geringe warmteverlies door de isolerende werking van het poeder heeft het proces een grote inbrandingsdiepte.
Dit alles maakt OP-lassen economisch voordelig bij lange lassen in relatief dik materiaal.

Uiteraard is het proces niet geschikt voor lassen uit de zij of boven het hoofd: daarbij zou het poeder naar beneden vallen.
Het proces is relatief milieuvriendelijk. Doordat het eigenlijke lassen onder het poeder plaats vindt is er geen rook, geen straling en weinig warmte(energie)verlies.

De voor- en nadelen van het onder poederdek (OP) lassen
voordelen nadelen
weinig warmte-inbreng alleen horizontaal toepasbaar
hoge lassnelheid hoge investering
goede inbranding hoge insteltijd
weinig verkleuring niet voor dun materiaal
geen lasspetters  
geen straling  
weinig rook  
hoge inschakelduur  

OP-lasmachine last troggen aan elkaar in de werkplaats.
OP-lasmachine last troggen aan elkaar in de werkplaats.
OP-lasmachine voor stuiklassen van buizen.
OP-lasmachine voor stuiklassen van buizen.

TIG-lassen

Bij het TIG("Tungsten Inert Gas")-lasproces wordt de boog getrokken tussen het werkstuk en een niet-afsmeltende elektrode. De boog en het smeltbad worden beschermd door een edelgas (Argon, Helium).
De elektrode bestaat in hoofdzaak uit wolfraam (in het Engels: "Tungsten"). Het toevoegmateriaal bestaat uit een lasstaaf, die in de boog wordt gehouden. Hierdoor is de toevoer van het materiaal afzonderlijk te regelen van de warmte-inbreng.

TIG-lassen in de praktijk. Schematische voorstelling van het TIG-lassen.
TIG-lassen in de praktijk. Schematische voorstelling van het TIG-lassen.

Het TIG-lasproces wordt toegepast bij dunne produkten van hooggelegeerd metaal (ook roestvaststaal en aluminium). Daarnaast wordt het aangewend om een grondnaad in een hoogwaardig materiaal te leggen. Voor constructiewerk wordt het proces echter niet toegepast.

De voor- en nadelen van het TIG-lassen
voordelen nadelen
  • geen bekleding, dus geen slak
  • windgevoelig
  • toevoer van warmte en lasmateriaal is onafhankelijk
  • onderlegstrip nodig
  • geen lasspetters
  • grote warmte-inbreng
  • hoge inschakelduur
  • lage lassnelheid
  • goede bescherming van het smeltbad
  • gevoelig voor verontreinigingen
  • toepassing in alle posities
  •  

    Autogeen lassen

    Schematische voorstelling van het autogeen lassen.
    Schematische voorstelling van het autogeen lassen.

    Bij autogeen lassen wordt de warmte door een gasbrander geleverd en niet door een elektrische stroom. Deze gasbrander (het gas is acetyleen) levert een vlam van ongeveer 3000 °C. Deze vlam smelt het moedermateriaal. In de vlam wordt een staaf met toevoegmateriaal gehouden, die ook afsmelt. De gasvlam beschermt het smeltbad tegen inwerking van de lucht.
    Het autogeen lasproces kent zeer veel variabelen, die alle onafhankelijk van elkaar worden geregeld. Onder andere: de verplaatsingssnelheid van de vlam, de temperatuur, de stand van het toevoegmateriaal, het soort toevoegmateriaal. Enerzijds maakt dit het autogeen lasproces flexibel, anderzijds leidt dit gemakkelijk tot fouten. De kwaliteit van de las is erg afhankelijk van kwaliteit van de lasser.

    De smeltsnelheid is laag, waarmee het autogeen-lasproces voornamelijk geschikt is voor lichte constructies, dunne plaat en voor gietijzer.

    Er zijn twee verschillende vormen van autogeen lassen te onderscheiden:

    Autogeen lassen met de linkerhand.
    1. Linkslassen
      Er van uitgaande, dat de brander in de rechterhand wordt gehouden, is de brander bij het van rechts naar links lassen (linkslassen) niet op het smeltbad gericht, maar op het moedermateriaal. Dit heeft tot gevolg, dat er ondiep wordt gesmolten, waardoor linkslassen uitsluitend geschikt is voor materiaal tot 3 mm dik.

      Autogeen lassen met de rechterhand.
    2. Rechtslassen
      Er van uitgaande, dat de brander in de rechterhand wordt gehouden is de brander bij het van links naar rechts lassen (rechtslassen) op het smeltbad gericht, en niet op het moedermateriaal. Dit heeft tot gevolg, dat er diep wordt gesmolten, waardoor rechtslassen geschikt is voor materiaal dikker dan 3 mm.

    Het autogeen lassen wordt weinig toegepast in de constructiewerkplaats.


    Raadpleeg de normenpagina van het Nederlands Instituut voor Lastechniek (NIL) http://www.nil.nl/normen.htm om te zien of de lasnormen nog geldig zijn.

    laspagina  - lassen van staalconstructies -  MIG/MAG-lassen  - NEN-EN 499  -  NEN-EN 758  -  verantwoording  -  reacties?

    Bij de totstandkoming van deze pagina's werd gebruik gemaakt van materiaal
    van Lincoln Smitweld  -  http://www.lincolnelectric.com  -  het Nederlands Instituut voor Lastechniek  -  http://www.nil.nl  -  en het Staalbouwkundig Genootschap  -  http://www.staalbouw.nl/sg