TIG-lassen wordt steeds toegankelijker

Voordelen blijven, nadelen verliezen terrein

TIG-lassen is een gecompliceerde lastechniek die de nodige expertise vergt. Een van de redenen is het feit dat de aanvoer van het toevoegmateriaal normaal gesproken handmatig dient plaats te vinden. Bovendien is deze lastechniek, die garant staat voor nauwkeurigheid en esthetiek van de lasverbinding, kostenintensief door de benodigde (regel)elektronica, het noodzakelijke gebruik van edelgassen en de relatief lage voortloopsnelheid. Diverse innovatieve technieken en ontwikkelingen hebben er echter gaandeweg voor gezorgd dat deze techniek op steeds bredere schaal toepasbaar is.

Gecompliceerd proces

TIG-lassen – TIG staat voor Tungsten Inert Gas – is een vorm van elektrisch booglassen die hoog aangeschreven staat als het gaat om toepassingsmogelijkheden, nauwkeurigheid en esthetiek van de lasverbinding.

Grote voordelen zijn de geringe warmtetoevoer en de precisie waarmee het lasbad beheersbaar is. Een nadeel is dan weer dat de techniek relatief duur is door de benodigde regelelektronica, het gebruik van edelgassen en de – vergeleken met de overige lastechnieken – relatief lage voortloopsnelheid.

Bovendien is het proces gecompliceerd, niet op de laatste plaats doordat de aanvoer van het toevoegmateriaal handmatig dient plaats te vinden. Om metallurgische redenen is het soms nodig dat het lastoevoegmateriaal enigszins afwijkt van het basismateriaal, bijvoorbeeld wanneer het koolfstofgehalte zo laag mogelijk moet worden gehouden met het oog op de scheurbestendigheid.

Werkwijze

Een TIG-lasinstallatie bestaat doorgaans uit een specifieke lasbron, een gasfles met een reduceerventiel en een TIG-lastoorts met slangenpakket. Voor het maken van de lasnaad wordt een wolfraamelektrode gebruikt die doorgaans bestaat uit een legering met bijvoorbeeld 1 tot 5 procent zirkonium, lanthaan of cerium. Dit verbetert de ontstekingseigenschappen en verlengt de standtijd.

Dankzij de negatieve lading en de koelende werking van het inerte beschermgas (zie verder) is de elektrodetemperatuur slechts een derde van die van het werkstuk. Het lasproces is spatvrij en staat garant voor een kwalitatief hoogstaande, schone lasnaad. Er is geen sprake van slakinsluitingen en nareiniging is doorgaans niet nodig.

TIG-lassen met wisselstroom (AC TIG-lassen) is geschikt voor aluminium, magnesium en legeringen daarvan; DC TIG-lassen − met gelijkstroom − voor onder meer (roestvast)staal, koper en titanium.

Gassen

De elektrode, de lasboog en het lasbad worden tegen luchtinvloeden beschermd door een inert gas: zuiver argon of een argon-heliummengsel. Een dergelijk mengsel wordt ook gebruikt om de warmteoverdracht te verbeteren, zodat het mogelijk wordt te lassen met een hoge warmtegeleidingscoëfficiënt.

De volumestroom van het beschermgas is afhankelijk van de grootte van het lasbad, de elektrodediameter, de gaskopdiameter, de afstand tussen gaskop en werkstukoppervlak, de omringende luchtstroom en het type beschermgas. 

Bij TIG-lassen is de hoeveelheid lasrook gering. Van sommige daarvoor gebruikte gasmengsels is bekend dat ze de vorming van schadelijke stoffen in de onmiddellijke omgeving van de lasser tegengaan.

Toebehoren

Vanwege de vaak moeilijke omstandigheden waaronder er wordt gewerkt, is een TIG-toorts dikwijls uitgerust met verschillende (kabel)lengten en/of een vaste, roterende of flexibele zwanenhals. Dankzij het innovatieve ontwerp ervan komen rug-, pols- en schouderklachten bij lassers steeds minder vaak voor.

Tegenwoordig zijn er ook toortsen waarbij de draad vanaf een rol automatisch wordt aangevoerd, waardoor de efficiëntie van het proces aanzienlijk verbetert. Ook beschikken de meeste TIG-lasapparaten tegenwoordig over een aansluiting voor een externe regelaar die met een afstandsbediening of met een voetpedaal kan worden bediend.

Een belangrijk hulpmiddel in dit verband is de zogeheten gaslens. Die zorgt er niet alleen voor dat de gasuitstroom constant verloopt en dat het smeltbad beter wordt beschermd tegen stikstof en zuurstof, ook maakt de gaslens het mogelijk om de afstand tussen de lastoorts en het werkstuk te vergroten, waardoor de lasser beter zicht heeft op het smeltbad.

Instelmogelijkheden

Dankzij geavanceerde elektronica en de komst van inverter lasapparaten – deze transformeren de spanning niet direct naar de benodigde waarde, maar bouwen een tussenkring op naar gelijkrichting – zijn er tegenwoordig diverse parameters instelbaar.

• De lasstroom, afhankelijk van het te lassen materiaal en de materiaaldikte;
• De pre- en postgasflow: omdat het lasbad zeer gevoelig is voor 'vervuiling' uit de omgevingslucht, laat men het gas vooraf gedurende korte tijd stromen (pre-gasflow), wat wordt herhaald na het doven van de lasboog (post-gasflow);
• De up- en downslope: respectievelijk de tijd waarbinnen de lasstroom na ontsteking van de lasboog wordt opgebouwd richting ingestelde lasstroom en de tijd waarbinnen afbouw plaatsvindt richting eindstroom. Het gebruik ervan voorkomt kratervorming in het lasbad bij hoge(re) stroomsterkten.

Innovaties

Lift-arc-techniek

Deze techniek voorkomt dat de wolfraamelektrode aan het werkstuk vasthecht, met insluiting van wolfraam in de las als mogelijk gevolg. Gedurende de tijd dat de elektrode het metaal raakt en het circuit is kortgesloten, wordt 'automatisch' een extreem lage stroomsterkte ingesteld waardoor de hoeveelheid aanloopstroom zeer gering is. Wordt het contact verbroken, dan wordt de stroomsterkte 'automatisch' verhoogd en stelt zich de lasboog in. De techniek is gebruiksvriendelijk en goed controleerbaar. 

Hoogfrequent- of HF-techniek

Hierbij is contact tussen elektrode en werkstuk voor het ontsteken van de lasboog niet langer noodzakelijk doordat er over de elektrode en het werkstuk een bijzonder hoog potentiaalverschil – enkele duizenden V – wordt aangelegd. Door de vonken die daarbij ontstaan, wordt de aanwezige lucht geïoniseerd waardoor deze in staat is elektrische stroom te geleiden. Nadat het stroomcircuit is gesloten, stelt de lasboog zich automatisch in.

Technologische ontwikkelingen maken het lasproces minder complex

Lassen met gelijkstroom

Dit kan zowel met de plus als de min aan de elektrode (DC+ of DC-). Normaal gesproken wordt voor TIG-lassen DC- gebruikt. Bij het lassen van aluminium wordt de beste bescherming tegen oxiden verkregen met het lassen op DC+, maar de stroomsterkte mag dan maximaal 80 tot 100 A bedragen. Daarboven bestaat namelijk de kans op oververhitting van de elektrode, wat aanleiding kan geven tot wolfraaminsluitingen. Een speciaal daarvoor ontwikkelde lastoorts maakt het mogelijk op DC+ te lassen tot 450 A. Deze toorts wordt direct gekoeld waardoor van oververhitting van de wolfraamelektroden niet langer sprake is.

Lassen met stroompulsen (pulslassen)

Onder inwerking van een hoge pulsstroom vindt inbranding op het basismateriaal plaats en wordt er een puntvormig lasbad gecreëerd. Bij een lagere basisstroom begint het lasbad vanaf de rand te verharden tot het door de volgende stroompuls opnieuw wordt gesmolten en vergroot. Dit resulteert in een lasnaad die bestaat uit elkaar overlappende laspunten. Nadelig daarbij is dat de lassnelheid veelvoudig moet worden verlaagd en dat de lasser de pulsen binnen het lage frequentiebereik als hinderende flakkering van de lasboog kan ervaren.

Technologische ontwikkelingen

Automatisering

Automatisering van het lasproces kent diverse voordelen − een hoge efficiëntie, lage arbeidskosten, een hoge en constante kwaliteit – en is inmiddels op grote schaal een feit, ook als het gaat om het TIG-lassen. Een voorbeeld daarvan is het orbitaal lassen van buizen en pijpen. De wolfraamelektrode in de laskop draait daarbij in een vaste baan rond de buitenzijde van de dicht te lassen naad, waardoor de las exact recht wordt gelegd en er bovendien een perfecte doorlas ontstaat die zelfs voldoet aan de strenge eisen van de zuivelindustrie. 

Digitalisering

Diverse innovaties bij het TIG-lassen zijn tegenwoordig software-geïnduceerd.

• Realtime lasparametermonitoring, waarbij sensoren zaken als lasstroom, spanning en gasstroom nauwkeurig registreren;
• Advanced waveform technology, waarbij uit een vooraf gedefinieerde set lasprogramma’s de meest passende kan worden geselecteerd. Door de daarvoor in aanmerking komende parameters aan te passen, kan het programma worden toegespitst op de voorliggende lasbewerking.

Robotisering en cobotisering

Lasrobots worden gekenmerkt door een hoge productiesnelheid en een constant hoge kwaliteit, ook zonder dat er sprake is van toevoegmateriaal. Doorgaans zijn ze uitgerust met een machinetoorts naar keuze, voorzien van lucht- of waterkoeling.

Een cobot − een samentrekking van 'collaboratieve robot' – is doorgaans minder storingsgevoelig dan een robot en is geschikt voor zowel kleine als middelgrote partijen. Een ingebouwd veiligheidssysteem zorgt ervoor dat de cobot bij aanraking met een mens onmiddellijk stopt en/of trager gaat werken wanneer er iemand in de buurt is.

Met dank aan CBL Welding, Esab en Welda