Lassen van koper en zijn legeringen: Wat u moet weten

Koper en koperlegeringen, zoals brons en messing, worden veel gebruikt in diverse industrieën vanwege hun uitstekende thermische en elektrische geleidbaarheid, corrosiebestendigheid en esthetische aantrekkingskracht. Het lassen van koper en koperlegeringen brengt echter unieke uitdagingen met zich mee in vergelijking met de meer algemeen gelaste metalen zoals staal of aluminium. Om sterke, betrouwbare lassen te maken, is het essentieel om de specifieke eigenschappen van koper en koperlegeringen, de juiste lastechnieken en de mogelijke problemen die zich tijdens het lasproces kunnen voordoen, te begrijpen. Dit artikel onderzoekt wat u moet weten over het lassen van koper en koperlegeringen, inclusief de belangrijkste uitdagingen, technieken en best practices.

De eigenschappen van koper en zijn legeringen

Koper is een veelzijdig metaal met een reeks gunstige eigenschappen die het geschikt maken voor verschillende toepassingen, van elektrische bedrading tot loodgieterswerk en warmtewisselaars. Deze zelfde eigenschappen kunnen echter ook het lasproces bemoeilijken.

Belangrijkste eigenschappen van koper:

Hoge thermische geleidbaarheid: Koper heeft een van de hoogste warmtegeleidingscoëfficiënten van alle metalen, wat betekent dat het snel warmte kan afvoeren van het lasgebied. Hoewel dit in veel toepassingen voordelig is, kan het een uitdaging zijn om de benodigde warmte voor het lassen te behouden.
Elektrische geleidbaarheid: De hoge elektrische geleidbaarheid van koper maakt het ideaal voor elektrische toepassingen, maar het kan ook leiden tot instabiliteit van de boog tijdens het lassen als er niet goed mee wordt omgegaan.
Corrosiebestendigheid: Koper vormt van nature een beschermende oxidelaag die zorgt voor een goede corrosiebestendigheid, vooral in vochtige en mariene omgevingen. Deze oxidelaag moet echter voor het lassen worden verwijderd om een goede samensmelting te garanderen.
Vervormbaarheid en vervormbaarheid: Koper is zeer buigzaam en kneedbaar, waardoor het gemakkelijk te vormen is. De zachtheid kan echter leiden tot kromtrekken of vervorming tijdens het lassen als dit niet goed onder controle wordt gehouden.

Koperlegeringen:

Messing: Messing is een legering van koper en zink en staat bekend om zijn heldere goudachtige uiterlijk en goede bewerkbaarheid. Het wordt vaak gebruikt in decoratieve voorwerpen, fittingen en instrumenten. De aanwezigheid van zink in messing kan leiden tot problemen zoals zinkverdamping tijdens het lassen.
Brons: Brons is meestal een legering van koper en tin en is harder en brosser dan puur koper. Het wordt gebruikt in lagers, bussen en sculpturen. Bronslegeringen kunnen ook elementen als aluminium of silicium bevatten, die het lasproces kunnen beïnvloeden.
Kopernikkel: Cupronikkel is een legering van koper en nikkel en is zeer corrosiebestendig, vooral in zeewater. Het wordt vaak gebruikt in scheepstoepassingen, warmtewisselaars en muntslag. De toevoeging van nikkel verbetert de sterkte en corrosiebestendigheid, maar beïnvloedt ook de lasbaarheid.

Uitdagingen bij het lassen van koper en zijn legeringen

Het lassen van koper en koperlegeringen vereist een zorgvuldige afweging van de materiaaleigenschappen en de mogelijke uitdagingen die zich kunnen voordoen tijdens het lasproces.

Warmteafvoer:
- Snel warmteverlies: De hoge thermische geleidbaarheid van koper zorgt ervoor dat warmte snel uit de laszone verdwijnt, waardoor het moeilijk wordt om de vereiste temperatuur voor een goede hechting te behouden. Dit kan leiden tot onvolledige inbranding of slechte laskwaliteit.
- Verhoogde warmte-inbreng: Om snel warmteverlies tegen te gaan, is vaak een hogere warmte-inbreng nodig tijdens het lassen. Dit kan betekenen dat er hogere stroomsterktes moeten worden gebruikt of dat het materiaal moet worden voorverwarmd om ervoor te zorgen dat er voldoende energie wordt geconcentreerd in de laszone.
Oxidatie en vervuiling:
- Oxidelaag: Koper vormt een oxidelaag wanneer het aan lucht wordt blootgesteld, wat een goede samensmelting kan verhinderen als het niet voor het lassen wordt verwijderd. De oxidelaag moet mechanisch of chemisch worden verwijderd om een schone las te krijgen.
- Verontreinigingen: Koper is gevoelig voor vervuiling door oliën, vetten en andere vreemde stoffen, die poreusheid of andere defecten in de las kunnen veroorzaken. Een goede reiniging en voorbereiding van het oppervlak zijn essentieel.
Boogstabiliteit:
- Elektrische geleidbaarheid: De hoge elektrische geleidbaarheid van koper kan leiden tot problemen bij het handhaven van een stabiele boog tijdens het lassen. Dit kan boogdwaling of onregelmatig booggedrag veroorzaken, wat leidt tot inconsistente lassen.
- Lastechniek: Het kiezen van de juiste lastechniek en apparatuurinstellingen is cruciaal voor het behouden van een stabiele boog en het bereiken van een las van hoge kwaliteit. Technieken die een betere controle over de boog bieden, zoals TIG-lassen, genieten vaak de voorkeur.
Legeringsspecifieke problemen:
- Verdamping van zink in messing: Messing bevat zink, dat een lager kookpunt heeft dan koper. Tijdens het lassen kan zink verdampen, wat leidt tot poreusheid, dampen en mogelijke gevaren voor de gezondheid. Het beheersen van de warmte-inbreng en het gebruik van goede ventilatie zijn belangrijk bij het lassen van messing.
- Tin in brons: De aanwezigheid van tin in brons kan het materiaal brosser maken, waardoor de kans op scheuren tijdens het lassen toeneemt. Voorverwarmen en gecontroleerd afkoelen zijn noodzakelijk om deze risico's te minimaliseren.
Vervorming en vervorming:
- Zachtheid van koper: Door zijn zachtheid is koper gevoelig voor vervorming en kromtrekken tijdens het lassen, vooral bij dunne doorsneden. Het beheersen van de warmte-inbreng en het gebruik van de juiste opspansystemen kunnen deze effecten helpen verminderen.
- Restspanningen: Het snelle afkoelen van koper kan leiden tot restspanningen in de las, die na verloop van tijd scheurvorming of vervorming kunnen veroorzaken. Warmtebehandeling na het lassen kan deze spanningen helpen verlichten.

Lastechnieken voor koper en zijn legeringen

Er kunnen verschillende lastechnieken worden gebruikt om koper en koperlegeringen te verbinden, elk met zijn eigen voordelen en overwegingen. De keuze van de techniek hangt af van de specifieke toepassing, materiaaldikte en gewenste laskwaliteit.

TIG-lassen (booglassen met gas):
- Precisie en controle: TIG-lassen wordt veel gebruikt voor het lassen van koper en koperlegeringen vanwege de hoge mate van precisie en controle die het biedt. Het gebruik van een niet-verbruikbare wolfraamelektrode en een inert gasscherm (meestal argon of helium) zorgt voor een schone, stabiele boog, waardoor het ideaal is voor het lassen van dunne materialen en ingewikkelde verbindingen.
- Voorverwarmen: Het materiaal voorverwarmen tot ongeveer 200-500°C (392-932°F) is vaak nodig bij het TIG-lassen van koper om de warmteafvoer te verminderen en de laspenetratie te verbeteren. De exacte voorverwarmingstemperatuur hangt af van de dikte van het materiaal en de legering die wordt gelast.
- Vulmateriaal: Bij het lassen van koper wordt meestal een gedesoxideerde koperen vulstaaf gebruikt om een sterke, schone las te krijgen. Voor legeringen zoals messing of brons worden vulstaven met een vergelijkbare samenstelling als het basismetaal aanbevolen.
MIG-lassen (booglassen met gasmetaal):
- Efficiëntie en snelheid: MIG-lassen is geschikt voor het lassen van dikkere secties koper en koperlegeringen en biedt hogere neersmeltsnelheden en hogere lassnelheden in vergelijking met TIG-lassen. Het handhaven van de boogstabiliteit kan echter lastiger zijn vanwege de elektrische geleidbaarheid van koper.
- Afschermingsgas: Argon of een mengsel van argon en helium wordt meestal gebruikt als beschermgas bij het MIG lassen van koper. Helium kan helpen de warmte-inbreng te verhogen en de penetratie in dikkere secties te verbeteren.
- Draadaanvoer: Het gebruik van een draadaanvoersysteem met een gedesoxideerde koper- of legeringsspecifieke draad is essentieel voor het verkrijgen van een las van hoge kwaliteit. De draadaanvoersnelheid en voltage-instellingen moeten zorgvuldig worden aangepast om een stabiele boog te behouden.
Autogeen lassen:
- Traditionele techniek: Autogeen lassen is een traditionele techniek die kan worden gebruikt voor het lassen van koper, vooral in situaties waar geen elektrische lasapparatuur beschikbaar is. Hierbij wordt een vlam gebruikt die wordt geproduceerd door acetyleengas met zuurstof te verbranden om het basismetaal en de lasdraad te smelten.
- Controle over de warmte-inbreng: Deze methode maakt een goede controle over de warmte-inbreng mogelijk, waardoor het geschikt is voor het lassen van dunne koperplaten of het uitvoeren van kleinschalige reparaties. Het is echter over het algemeen langzamer en minder efficiënt dan moderne lastechnieken.
Weerstandslassen:
- Puntlassen: Weerstandspuntlassen kan worden gebruikt voor het verbinden van dunne koperplaten, vooral in massaproductieomgevingen. Bij dit proces wordt een elektrische stroom door de te verbinden materialen geleid, waardoor warmte ontstaat die de materialen op de contactpunten doet samensmelten.
- Dikte materiaal: Puntlassen wordt over het algemeen gebruikt voor dunnere materialen, omdat het niet voldoende warmte levert voor dikkere secties. Goed onderhoud en uitlijning van de elektrode zijn cruciaal voor een constante laskwaliteit.
Solderen:
- Alternatieven voor lage temperaturen: Voor toepassingen waarbij een hoge warmte-inbreng vervorming of schade kan veroorzaken, zijn hardsolderen en solderen haalbare alternatieven voor lassen. Bij deze processen wordt een toevoegmateriaal gebruikt met een lager smeltpunt dan het basismetaal, waardoor de metalen kunnen worden samengevoegd zonder dat het basismateriaal smelt.
- Toepassingen: Hardsolderen en solderen worden vaak gebruikt in loodgieterij-, HVAC- en elektrische toepassingen waar koperen leidingen of onderdelen moeten worden samengevoegd met een minimale warmte-inbreng.

Beste praktijken voor het lassen van koper en zijn legeringen

Om lassen van hoge kwaliteit op koper en koperlegeringen te maken, is het essentieel om de beste werkwijzen te volgen die zijn afgestemd op de unieke uitdagingen van deze materialen.

Voorbereiding voor het lassen:
- Oppervlaktereiniging: Reinig de te lassen oppervlakken grondig om oxiden, oliën en andere verontreinigingen te verwijderen. Mechanische reinigingsmethoden, zoals staalborstelen of slijpen, kunnen gebruikt worden om oxidelagen te verwijderen, terwijl oplosmiddelen gebruikt kunnen worden om oliën en vetten te verwijderen.
- Juiste pasvorm: Zorg ervoor dat de te lassen delen goed uitgelijnd zijn en een constante spleet hebben, vooral bij het lassen van dikkere secties. De juiste opspanning kan vervorming helpen voorkomen en zorgen voor een gelijkmatige las.
Warmtebeheer:
- Voorverwarmen: Verwarm het materiaal voor tot de juiste temperatuur om de warmteafvoer te verminderen en de laspenetratie te verbeteren. De voorverwarmingstemperatuur moet worden bepaald op basis van de materiaaldikte en de samenstelling van de legering.
- Gecontroleerde koeling: Laat het materiaal na het lassen langzaam afkoelen om de vorming van restspanningen te voorkomen en het risico op scheuren te verminderen. In sommige gevallen kan een warmtebehandeling na het lassen nodig zijn om de spanningen te verlichten.
Lastechniek:
- Stabiel Boogonderhoud: Gebruik lastechnieken die een goede controle over de boog geven, zoals TIG- of MIG-lassen. Pas de lasparameters aan, zoals stroom, spanning en beschermgasstroom, om een stabiele boog te behouden en boogdwaling te voorkomen.
- Selectie van vulmateriaal: Kies vulmaterialen die overeenkomen met de samenstelling van het basismetaal om een sterke, compatibele las te garanderen. Gedeoxideerd koper wordt vaak gebruikt voor koper, terwijl voor messing en brons legering-specifieke vulmiddelen worden aanbevolen.
Ventilatie en veiligheid:
- Goede ventilatie: Zorg voor voldoende ventilatie bij het lassen van zinkhoudende legeringen, zoals messing, om blootstelling aan schadelijke dampen te voorkomen. In sommige gevallen kunnen rookafzuigsystemen of ademhalingsbescherming nodig zijn.
- Veiligheidsmaatregelen: Volg de standaard lasveiligheidspraktijken, waaronder het dragen van de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE) zoals handschoenen, een lashelm en beschermende kleding. Wees je bewust van de risico's die gepaard gaan met hoge hitte en elektrische risico's.
Inspectie na het lassen:
- Visuele inspectie: Inspecteer de lasnaad na het lassen op defecten zoals poreusheid, scheuren of onvolledige versmelting. Pak eventuele problemen aan voordat het onderdeel in gebruik wordt genomen.
- Niet-destructief onderzoek (NDT): Overweeg bij kritieke toepassingen het gebruik van NDO-methoden zoals ultrasoon testen of röntgeninspectie om de integriteit van de las te waarborgen.

Conclusie

Het lassen van koper en koperlegeringen vereist een grondige kennis van de materiaaleigenschappen en de uitdagingen die gepaard gaan met het lassen van deze metalen. Door de juiste lastechnieken te kiezen, de warmte-inbreng te beheren en de beste werkwijzen voor oppervlaktevoorbereiding en veiligheid te volgen, kunnen lassers hoogwaardige, betrouwbare lassen maken die de integriteit en prestaties van het eindproduct behouden.

Of je nu werkt met puur koper, messing, brons of andere koperlegeringen, het beheersen van de kunst van het lassen van deze materialen opent een breed scala aan toepassingen in industrieën variërend van elektronica en sanitair tot kunst en architectuur. Met de juiste kennis en technieken kan het lassen van koper en koperlegeringen een lonende en succesvolle bezigheid zijn.