Lasbaarheid van aluminium: grip op materiaal, warmte en laskwaliteit
Aluminium is licht, goed vervormbaar en voor veel constructies een aantrekkelijk materiaal. Het lassen vraagt wel om een zorgvuldige aanpak. De legering, de materiaaltoestand en de uitvoering bepalen samen of een betrouwbare verbinding ontstaat. Met de juiste voorbereiding, passend toevoegmateriaal en beheerste lasparameters beperk je het risico op scheuren, porositeit en bindingsfouten.
Wat maakt aluminium lassen anders?
Aluminium vormt aan het oppervlak een dunne oxidehuid. Deze heeft een veel hoger smeltpunt dan het onderliggende metaal en kan de vorming van een goede verbinding belemmeren. Achtergebleven oxiden kunnen leiden tot insluitingen en onvoldoende versmelting van de naadflanken.
Daarnaast voert aluminium warmte snel af. Vooral bij het starten van de las en bij grotere materiaaldiktes vraagt dit om voldoende boogenergie. Naarmate het werkstuk opwarmt, verandert de warmtehuishouding. De instellingen en lassnelheid moeten daarop aansluiten.
Een derde aandachtspunt is waterstof. Vloeibaar aluminium kan aanzienlijk meer waterstof opnemen dan vast aluminium. Tijdens het stollen kan die waterstof poriën vormen wanneer het gas niet tijdig uit het lasbad ontsnapt. Vocht, vet, olie en verontreinigd toevoegmateriaal zijn daarom belangrijke bronnen van lasproblemen.
Welke aluminiumlegeringen zijn goed lasbaar?
In gelaste constructies worden veel kneedlegeringen gebruikt. De viercijferige legeringsaanduiding geeft informatie over de belangrijkste legeringselementen:
-
1xxx: technisch zuiver aluminium, met een goede vervormbaarheid en relatief lage sterkte.
-
3xxx: aluminium met mangaan, veel toegepast in plaatwerk.
-
4xxx: aluminium met silicium, vaak gebruikt als toevoegmateriaal.
-
5xxx: aluminium met magnesium, veel toegepast in gelaste constructies, waaronder scheeps- en voertuigbouw.
-
6xxx: aluminium met magnesium en silicium, veel gebruikt voor constructieprofielen.
-
2xxx en 7xxx: legeringen met respectievelijk koper en zink als belangrijk legeringselement, waaronder verschillende hoogsterke kwaliteiten.
Veel legeringen uit de 1xxx-, 3xxx-, 5xxx- en 6xxx-serie zijn goed te smeltlassen met een passende procedure. Voor de 2xxx- en 7xxx-series geldt dat niet zonder meer. Veel hoogsterke kwaliteiten zijn gevoelig voor warmscheuren en worden daarom niet aanbevolen voor gebruikelijk smeltlassen. Er bestaan wel lasbare uitzonderingen, zoals bepaalde 7xxx-legeringen. Beoordeel dus altijd de exacte legering en het gekozen lasproces. TWI beschrijft deze verschillen in lasbaarheid.
Wat doet laswarmte met de sterkte?
De eigenschappen van aluminium hangen af van de samenstelling én de materiaaltoestand. Daarbij wordt onderscheid gemaakt tussen niet-thermisch uithardbare en thermisch uithardbare legeringen.
Veel legeringen uit de 1xxx-, 3xxx- en 5xxx-serie krijgen hun sterkte door legeringselementen en eventuele koudvervorming. Aanduidingen zoals H12, H14 en H18 geven informatie over de toestand na versteviging en eventuele aanvullende behandeling. Tijdens het lassen kan de koudversteviging plaatselijk verloren gaan. Daardoor daalt de sterkte in de warmte-beïnvloede zone (WBZ).
Bij thermisch uithardbare legeringen, zoals veel 2xxx-, 6xxx- en 7xxx-kwaliteiten, berust de hogere sterkte mede op een warmtebehandeling. De laswarmte verandert de structuur die daarvoor verantwoordelijk is. Ook hier kan de sterkte rond de las afnemen.
Of en in welke mate de eigenschappen na het lassen herstellen, hangt af van de legering, de uitgangstoestand en een eventuele nabehandeling. Het lasmetaal kan bovendien anders reageren dan het basismateriaal. Ga bij het ontwerp daarom uit van de eigenschappen van de gelaste verbinding.
Welke lasonvolkomenheden vragen aandacht?
Stolscheuren ontstaan in de laatste fase van het stollen. Ze kunnen voorkomen in het midden van de las of in de eindkrater. De samenstelling van het lasmetaal, de lasvorm en de krimpspanningen spelen hierbij een rol. Passend toevoegmateriaal en een geschikte lasuitvoering beperken het risico.
Smeltscheuren, ook wel liquatiescheuren genoemd, kunnen ontstaan in de gedeeltelijk gesmolten zone naast de las. Plaatselijk smelten laagsmeltende bestanddelen, waarna krimpspanningen scheuren kunnen veroorzaken.
Porositeit ontstaat vooral door waterstof die tijdens het stollen in het lasmetaal achterblijft. Of poriën toelaatbaar zijn, hangt af van hun grootte, aantal en verdeling én van de eisen aan de verbinding. Fijn verdeelde porositeit is dus niet automatisch onschadelijk.
Bindingsfouten en onvoldoende doorlassing kunnen ontstaan wanneer de naadflanken of de wortel onvoldoende smelten. Mogelijke oorzaken zijn een ongeschikte naadvoorbereiding, achtergebleven oxiden, onvoldoende boogenergie of een te hoge lassnelheid.
Hoe kies je het toevoegmateriaal?
Voor een aluminiumlegering kunnen meerdere toevoegmaterialen geschikt zijn. De keuze hangt af van de eigenschappen die de verbinding moet krijgen. Daarbij beoordeel je onder meer:
-
De gevoeligheid voor warmscheuren.
-
De vereiste sterkte en vervormbaarheid.
-
De corrosiebestendigheid en bedrijfsomstandigheden.
-
Een eventuele warmtebehandeling na het lassen.
-
Het gewenste uiterlijk na anodiseren.
Een toevoegmateriaal met vrijwel dezelfde samenstelling als het basismateriaal levert niet automatisch de beste verbinding op. Soms is juist een afwijkende samenstelling nodig om scheurvorming te beperken. Gebruik daarom selectietabellen voor de specifieke materiaalcombinatie en toets de keuze aan de toepassing.
Bij zichtwerk verdient anodiseren extra aandacht. Verschillen tussen lasmetaal en basismateriaal kunnen na de behandeling zichtbaar blijven. Een proefstuk helpt om het uiteindelijke uiterlijk vooraf te beoordelen.
Schoon werken begint vóór het lassen
Ontvet de lasnaad en de aangrenzende oppervlakken voordat je de oxidehuid mechanisch verwijdert. Zo voorkom je dat vet en andere verontreinigingen in het oppervlak worden gewerkt. Gebruik bijvoorbeeld een schone roestvaststalen borstel die uitsluitend voor aluminium bestemd is.
Bewaar werkstukken en toevoegmaterialen droog en bescherm ze tegen stof en condens. Houd lasdraad schoon volgens de voorschriften van de leverancier. Meer boogenergie is geen vervanging voor een goede reiniging: voorbereiding en een geschikt lasproces moeten samen zorgen voor een goede verbinding. Miller beschrijft de juiste volgorde van reinigen en oxideverwijdering.
Warmte-inbreng en gasbescherming beheersen
Stem stroomsterkte, spanning en lassnelheid af op het materiaal, de dikte en de verbindingsvorm. Er moet voldoende energie beschikbaar zijn om de naad goed te laten versmelten, terwijl onnodige opwarming en vervorming worden beperkt.
Zorg voor een passende beschermgasvoorziening met schone, droge leidingen en lekvrije aansluitingen. Bescherm het lasgebied tegen tocht en controleer of de gasbescherming tijdens de volledige las voldoende blijft.
Houd bij de plaats van de lassen en de dimensionering van de constructie rekening met mogelijke verzwakking in de WBZ. Inspectie kan onvolkomenheden aantonen, maar compenseert geen sterkteverlies dat al in het ontwerp had moeten worden meegenomen.
Van materiaalgegevens naar een betrouwbare procedure
Materiaalgroepen en technische richtlijnen helpen om legeringen met vergelijkbaar lasgedrag te herkennen. Zo’n indeling is een hulpmiddel; de exacte legering, materiaaltoestand en toepassing blijven bepalend.
Leg de gekozen werkwijze vast in de lasmethodebeschrijving, de WPS. Beschrijf daarin onder meer de naadvoorbereiding, het toevoegmateriaal, het beschermgas en de lasparameters. Onderbouw waar vereist met een lasmethodebeproeving dat de verbinding aan de gestelde eisen voldoet.
Met deze aanpak stem je materiaalkeuze, ontwerp en uitvoering op elkaar af. Zo benut je de voordelen van aluminium en maak je een verbinding met voorspelbare eigenschappen.