Mar 16,2026
Werken met koper en aluminium is zeer lastig voor conventionele infraroodlasapparaten lasersweisers omdat deze metalen het grootste deel van het licht dat ze ontvangen, weerkaatsen. Bij de gebruikelijke golflengte van 1 micrometer wordt meer dan 95% weerkaatst. Wat gebeurt er vervolgens? Het metaal absorbeert onvoldoende energie, waardoor het moeilijk is om een goede smeltbad te vormen. Dit leidt tot problemen zoals minuscule poriën in de lasnaad, spatten van materiaal tijdens het proces en uiteindelijk zwakkere verbindingen tussen onderdelen. Specifiek voor koper is de weerkaatsingsgraad zo hoog dat speciale apparatuur noodzakelijk wordt. Groene lasers rond 515 nanometer of zelfs blauwe lasers kunnen hierbij helpen, aangezien deze beter worden geabsorbeerd — met ongeveer 40 tot 65 procent. Ook het pulseren van de laser werkt tegen die initiële pieken in weerkaatsing. Aluminium brengt op zijn beurt eveneens uitdagende problemen met zich mee. Het vormt een hardnekkige oxide-laag (Al2O3, als we technisch willen zijn), die als isolatie werkt en zowel de warmteverspreiding over het oppervlak verstoort als allerlei ongewenste stoffen vasthoudt. Als iemand het oppervlak niet eerst reinigt — bijvoorbeeld door slijpen, chemische behandeling of een extra ronde laserbehandeling — daalt de laskwaliteit snel. Al deze problemen plaatsen koper en aluminium bijna bovenaan de moeilijkheidsgraad voor laserlassen. Fabrikanten hebben daarom aangepaste lenzen, gevormde stralen en nauwkeurige regelsystemen nodig, in plaats van eenvoudigweg het vermogen te verhogen.
IJzerhoudende metalen zoals koolstofarm staal, verschillende soorten roestvast staal zoals 304 en 316, en geharde gereedschapsstaalsoorten werken zeer goed met standaard nabij-infrarood lasersystemen. Deze materialen hebben een vrij lage reflectiviteit van ongeveer 50% bij een golflengte van één micrometer, wat betekent dat ze laserenergie efficiënt absorberen. Dit maakt diepe doordringing tijdens het lassen mogelijk, zonder al te veel warmte aan het materiaal toe te voegen. Het resultaat is een smaller warmtebeïnvloed gebied, minder vervorming in zijn geheel en lasnaden die vaak even sterk of zelfs sterker zijn dan het oorspronkelijke metaal zelf. Neem bijvoorbeeld hoe een vezellaser met een vermogen van twee tot vier kilowatt staalplaten van drie tot zes millimeter dikte kan verbinden met snelheden van meer dan twee meter per minuut. De op deze manier geproduceerde lasnaden zijn consistent volledig doorgelast en geschikt voor belangrijke onderdelen in auto’s. Roestvast staal profiteert bovendien van een extra voordeel: er vindt minder chroomoxidatie plaats dan bij traditionele booglasmethoden, waardoor de corrosiebestendigheid behouden blijft. Gereedschapsstaalsoorten behouden hun hardheid dicht bij het smeltgebied wanneer ze snel afkoelen — een eigenschap die van groot belang is bij de productie van stempels en mallen. Omdat deze metalen voorspelbaar gedragen en weinig voorbereiding vóór het lassen of naverwerking erna vereisen, zijn ze de gouden standaard geworden als het gaat om zowel productiviteit als kwaliteit in toepassingen van laserlassen.
Bij het bespreken van materiaalcompatibiliteit beginnen we met hoe materialen fotonen absorberen. De sleutelfactor hier is hoe goed elektronen interacteren met fotonen, en deze interactie neemt sterk af zodra een materiaal meer licht reflecteert dan het zou moeten. Neem bijvoorbeeld gepolijst koper: het weerkaatst meer dan 95% van licht met een golflengte van 1 micrometer, terwijl het minder dan 10% absorbeert. Gebruik echter groene lasers met een golflengte van ongeveer 515 nanometer, en koper absorbeert plotseling tussen de 40 en 65% van de energie, omdat deze golflengten beter aansluiten bij de interne structuur van koper, volgens onderzoek uit het Journal of Laser Applications van vorig jaar. Wat er op het oppervlak gebeurt, is ook zeer belangrijk. Kleine veranderingen zoals ruwe plekken, oxidatielagen of vuil kunnen ervoor zorgen dat een spiegelachtig oppervlak soms wel tweemaal zoveel licht absorbeert, hoewel de resultaten vaak sterk uiteenlopen. Voor iedereen die consistente lasnaden wil bereiken, is het kiezen van de juiste laser-golflengte niet voldoende. Een adequate voorbereiding van het oppervlak wordt essentieel, aangezien reflectiviteit niet langer alleen een optisch verschijnsel is — het is nu onderdeel geworden van het productieproces zelf.
Materialen met een hoge thermische geleidbaarheid, zoals koper en aluminium, veroorzaken problemen met betrekking tot reflectiviteit, omdat ze tijdens de bewerking fungeren als bewegende warmteafvoerders. Wat er gebeurt, is dat de energie zich zo snel zijwaarts verspreidt dat de laser niet kan bijhouden met het creëren van voldoende gelokaliseerde smeltpunten. Dit leidt tot ondiepe doordringingsdieptes en lasnaden die niet over de gehele breedte correct samensmelten. Een ander probleem wordt veroorzaakt door de natuurlijke oxidelagen die zich in de loop van de tijd op metalen oppervlakken vormen. Neem bijvoorbeeld aluminium: dit ontwikkelt een Al2O3-laag, terwijl oudere koperoppervlakken een Cu2O-coating vormen. Deze oxidelagen remmen juist de warmteoverdracht en vormen paden waarlangs materialen kunnen afbreken onder invloed van intense hitte. Wanneer we warmte aan deze oppervlakken toepassen, verdampt de oxide ongelijkmatig, waardoor ingesloten gassen vrijkomen die vervolgens bij afkoeling als poriën in de lasnaad blijven opgesloten. Bij aluminiumlasnaden kan dit soort porositeit volgens onderzoek gepubliceerd in Welding International in 2022 de treksterkte bijna halveren. Bij ferro-metalen verlopen de zaken anders, aangezien hun oxiden gemakkelijk worden afgebroken tijdens het lassen. Maar bij aluminium en koper betekent het behalen van goede resultaten een zorgvuldige controle van zowel de toegepaste energiehoeveelheid als de duur waarin deze wordt toegepast. Daarom is een adequate voorbereiding van het oppervlak geen optionele stap, maar absoluut essentieel als fabrikanten sterke, betrouwbare verbindingen willen produceren.
Laserlassen werkt via twee hoofdmethoden: geleidingslassen en sleutelgatlassen. Elke methode is geschikt voor verschillende materialen en vormen. Bij geleidingslassen wordt minder intense energie (ongeveer 10^5 W per cm²) gebruikt om oppervlakken te smelten zonder ze te verdampen. Hierdoor ontstaan ondiepe, brede lasnaden die geschikt zijn voor dunne onderdelen met een dikte van minder dan een halve millimeter en voor het afdichten van gevoelige componenten zonder spanningsbeschadiging te veroorzaken. Sleutelgatlassen vereist een veel hogere intensiteit (meer dan 10^6 W per cm²), waardoor verdamping optreedt en een diepe, smalle kanaalvormige opening ontstaat. Dit maakt volledige doordringing in dikker materiaal mogelijk, soms tot wel 20 mm in zacht staal bij gebruik van hoogvermogensystemen. Er zijn echter uitdagingen met betrekking tot de stabiliteit van het sleutelgat, afhankelijk van het te bewerken materiaal. Koper vereist doorgaans ongeveer drie keer meer vermogen dan staal om een stabiel sleutelgat te vormen en te handhaven. Aluminium stelt op zijn beurt eigen problemen, onder andere door zijn oxide-laag en zijn hoge warmtegeleidingsvermogen. Lassers moeten bijzonder voorzichtig zijn met de focus en de snelheid om te voorkomen dat het sleutelgat instort en poriën in de lasnaad ontstaan. De keuze tussen deze twee methoden hangt niet alleen af van de bedrijfsinstellingen; zij bepaalt ook welke materiaaldiktes kunnen worden verwerkt, hoe sterk de verbindingen zullen zijn en hoe tolerant het proces in de praktijk is ten opzichte van gebreken.
De grenzen voor de materiaaldikte schalen voorspelbaar met het laser vermogen en de modus. Een continu-laser van 1 kW bereikt doorgaans:
Deze cijfers benadrukken dat de maximale diktecapaciteit niet absoluut is — zij wordt bepaald door de wisselwerking tussen absorptie, geleidingsvermogen en straalqualiteit, en niet alleen door het brute vermogen.
Laserlassen werkt goed niet alleen op metalen, maar ook op diverse thermoplasten zoals polycarbonaat, ABS-kunststof, polypropyleen en zelfs sommige medische nylons via een proces dat selectieve absorptie en lokaal smelten omvat. Bij het lassen van kunststoffen is er geen behoefte aan het verwijderen van oppervlakken, zoals traditionele methoden zouden vereisen. Bij transmissielassen worden in feite twee lagen gebruikt: één laag die de laser doorlaat (transparant) en een andere laag die de laserenergie absorbeert (meestal met toevoegingen zoals koolzwart of infraroodabsorbers). Het resultaat? Schone verbindingen die zowel hermetisch zijn afgesloten als volledig glad lijken, zonder zichtbare naadlijnen. Vanwege deze eigenschappen is deze techniek bijzonder nuttig geworden voor de productie van onder andere microfluïdische systemen, behuizingen voor sensoren en onderdelen voor implantaatgebruik in het lichaam, waarbij conventionele lijm of schroeven gewoon niet geschikt zijn.
Bij het verbinden van verschillende materialen, zoals staal met aluminium of koper met roestvrij staal, werken lasers eigenlijk beter dan traditionele lichtboog- of weerstandlassmethoden. De belangrijkste reden? Lasers kunnen hun energie precies richten op het punt waar de twee materialen op elkaar aansluiten. Deze gerichte aanpak helpt voorkomen dat er nare brosse verbindingen tussen de metalen ontstaan. Goede resultaten behalen is echter sterk afhankelijk van het juist instellen van alle parameters. Fabrikanten moeten rekening houden met de uitzettingscoëfficiënt van elk materiaal bij verwarming, een stabiele temperatuur handhaven in het lasgebied en oppervlakteoxiden die tijdens het verwarmen ontstaan adequaat behandelen. Zeker, er zijn nog steeds uitdagingen om op te lossen, zoals galvanische corrosie en materiaalverzwakking, maar over het algemeen blijft laserlassen de meest nauwkeurige manier om sterke verbindingen tussen verschillende metalen te creëren. We zien deze techniek grote verschil maken in toepassingen zoals accupakketten voor elektrische voertuigen (EV) en vliegtuigcomponenten die zijn vervaardigd uit gemengde materialen.
EN
