Definitie van spatdefect: Spatdefecten bij lassen verwijzen naar de druppels gesmolten metaal die tijdens het lasproces uit het smeltbad worden geslingerd. Deze druppels kunnen op het omringende werkoppervlak terechtkomen, waardoor ruwheid en oneffenheden ontstaan. Ook kan de kwaliteit van het smeltbad afnemen, wat kan leiden tot deuken, explosiepunten en andere defecten op het lasoppervlak die de mechanische eigenschappen van de las beïnvloeden.
Bij lassen verwijst spatten naar de druppels gesmolten metaal die tijdens het lasproces uit het smeltbad worden geslingerd. Deze druppels kunnen op het omringende werkoppervlak terechtkomen, waardoor ruwheid en oneffenheden ontstaan. Ook kan de kwaliteit van het smeltbad afnemen, met als gevolg deuken, explosiepunten en andere defecten op het lasoppervlak die de mechanische eigenschappen van de las beïnvloeden.
Spatclassificatie:
Kleine spetters: stollingsdruppels die aanwezig zijn aan de rand van de lasnaad en op het materiaaloppervlak, die voornamelijk het uiterlijk beïnvloeden en geen invloed hebben op de prestaties; over het algemeen wordt onderscheid gemaakt tussen kleine druppels die minder dan 20% van de breedte van de lasnaad beslaan.
Grote spatten: Er is sprake van kwaliteitsverlies, wat zich uit in deuken, explosiepunten, ondersnijdingen, enz. op het oppervlak van het materiaal.lasnaadDit kan leiden tot ongelijkmatige spanning en vervorming, wat de prestaties van de lasnaad beïnvloedt. De nadruk ligt voornamelijk op dit soort defecten.
Proces van het ontstaan van een spat:
Spatten ontstaan door het injecteren van gesmolten metaal in het smeltbad in een richting die ruwweg loodrecht staat op het oppervlak van de lasvloeistof, als gevolg van een hoge versnelling. Dit is duidelijk te zien in de onderstaande afbeelding, waar de vloeistofkolom vanuit het smeltbad omhoog stijgt en uiteenvalt in druppels, waardoor spatten ontstaan.
Spatgebeurtenis
Laserlassenwordt onderverdeeld in thermische geleidbaarheid en diepdoorlassing.
Bij thermisch geleidend lassen treedt vrijwel geen spatvorming op: Het lassen van thermisch geleidend materiaal omvat voornamelijk de overdracht van warmte van het oppervlak naar het inwendige, waarbij tijdens het proces vrijwel geen spatten ontstaan. Het proces omvat geen ernstige metaalverdamping of fysische metallurgische reacties.
Diepdoorlassing is het belangrijkste scenario waarbij spatten optreden: Bij diepdoorlassing dringt de laser rechtstreeks door in het materiaal, wordt warmte via sleutelgaten naar het materiaal overgebracht en is de procesreactie intens, waardoor dit het belangrijkste scenario is waarin spatten ontstaan.
Zoals in de bovenstaande afbeelding te zien is, gebruiken sommige onderzoekers hogesnelheidsfotografie in combinatie met hittebestendig transparant glas om de beweging van het sleutelgat tijdens laserlassen te observeren. Hieruit blijkt dat de laser in principe de voorwand van het sleutelgat raakt, waardoor de vloeistof naar beneden stroomt, het sleutelgat omzeilt en de staart van het smeltbad bereikt. De positie waar de laser in het sleutelgat terechtkomt, is niet vast en de laser bevindt zich in een Fresnel-absorptietoestand. In feite is het een toestand van meervoudige breking en absorptie, waarbij de vloeistof in het smeltbad behouden blijft. De positie van de laserbreking verandert tijdens elk proces met de hoek van de sleutelgatwand, waardoor het sleutelgat een draaiende beweging ondergaat. De laserbestraling zorgt ervoor dat materiaal smelt, verdampt, onder kracht komt te staan en vervormt, waardoor de peristaltische trilling zich voortbeweegt.
De hierboven genoemde vergelijking maakt gebruik van hittebestendig transparant glas, wat feitelijk overeenkomt met een dwarsdoorsnede van het smeltbad. De stromingstoestand van het smeltbad verschilt echter van de werkelijke situatie. Daarom hebben sommige onderzoekers gebruikgemaakt van snelle bevriezingstechnieken. Tijdens het lasproces wordt het smeltbad snel bevroren om de momentane toestand in het sleutelgat te verkrijgen. Het is duidelijk te zien dat de laser de voorwand van het sleutelgat raakt en een trede vormt. De laser werkt in op deze trede, waardoor het smeltbad naar beneden stroomt en de opening van het sleutelgat vult tijdens de voorwaartse beweging van de laser. Zo wordt een benaderend stroomrichtingsdiagram verkregen van de stroming in het sleutelgat van het werkelijke smeltbad. Zoals weergegeven in de rechter afbeelding, drijft de terugslagdruk van het metaal, gegenereerd door laserablatie van vloeibaar metaal, het vloeibare smeltbad langs de voorwand. Het sleutelgat beweegt zich naar de staart van het smeltbad, waarbij het smeltbad als een fontein omhoog spuit vanaf de achterkant en het oppervlak van de staart raakt. Tegelijkertijd wordt het vloeibare metaal in het smeltbad aan de staart, als gevolg van de oppervlaktespanning (hoe lager de temperatuur waarbij de oppervlaktespanning het hoogst is, hoe groter de impact), naar de rand van het smeltbad getrokken en daar continu gestold. Het vloeibare metaal dat in de toekomst kan stollen, circuleert terug naar de staart van het sleutelgat, enzovoort.
Schematische weergave van laserlassen met sleutelgat-diepdoorlassing: A: Lasrichting; B: Laserstraal; C: Sleutelgat; D: Metaaldamp, plasma; E: Beschermgas; F: Voorwand van het sleutelgat (vooraf slijpen); G: Horizontale stroom van gesmolten materiaal door het sleutelgat; H: Stollingsgrens van het smeltbad; I: Het neerwaartse stroompad van het smeltbad.
Samenvatting:
Het interactieproces tussen laser en materiaal: De laser werkt in op het oppervlak van het materiaal en veroorzaakt intense ablatie. Het materiaal wordt eerst verhit, gesmolten en verdampt. Tijdens het intense verdampingsproces beweegt de metaaldamp omhoog, waardoor de gesmolten massa een neerwaartse terugslagdruk krijgt en een sleutelgat ontstaat. De laser dringt het sleutelgat binnen en ondergaat meerdere emissie- en absorptieprocessen, wat resulteert in een continue aanvoer van metaaldamp die het sleutelgat in stand houdt. De laser werkt voornamelijk in op de voorwand van het sleutelgat, en de verdamping vindt voornamelijk plaats aan de voorwand. De terugslagdruk duwt het vloeibare metaal van de voorwand van het sleutelgat naar de staart van de gesmolten massa. De vloeistof die met hoge snelheid rond het sleutelgat beweegt, botst tegen de gesmolten massa omhoog, waardoor golven ontstaan. Vervolgens beweegt het, gedreven door oppervlaktespanning, naar de rand en stolt in een dergelijke cyclus. Spatten ontstaan voornamelijk aan de rand van de sleutelgatopening, en het vloeibare metaal op de voorwand stroomt met hoge snelheid langs het sleutelgat en botst tegen de achterwand van de gesmolten massa.
Geplaatst op: 19 juni 2024
