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Soudage au laser: types, avantages et applications

Soudage au laser: types, avantages et applications

Le soudage au laser (amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement) est l'une des formes de soudage les plus avancées techniquement. Ses applications couvrent un large éventail d'industries, de l'aérospatiale à la fabrication de haute joaillerie.

Cependant, il existe plusieurs types de soudage qui étaient utilisés bien avant le soudage au laser, ce qui soulève la question de savoir pourquoi avons-nous besoin de la technologie laser alors que nous avons d'autres alternatives?

Nous approfondirons cela après avoir brièvement passé en revue les débuts de la technologie. C'est Einstein qui a prédit l'émission stimulée, qui est le principe de base du laser.

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Cependant, ce n'est qu'en 1967 que nous avons utilisé le laser pour la première fois pour ses capacités de soudage et de découpe. Le laser utilisé dans les expériences de 1967 utilisait du gaz assisté par oxygène avec un faisceau laser CO2 concentré.

Le projet a été dirigé par le Dr Peter Houldcroft. L'expérience et ses détails ont été expliqués dans un article intitulé «Découpe laser à jet de gaz» par A B J Sullivan et P T Houldcroft.

La découpe au laser est à la base du soudage au laser, car elle consiste à faire fondre le métal sans le percer.

Le soudage au laser utilise un faisceau de lumière très concentré sur un très petit point de sorte que la zone sous le faisceau laser absorbe la lumière et devient hautement énergétique. Lorsque de puissants faisceaux laser sont utilisés, les électrons de la zone sont excités à un point où le matériau fond à la suite de la rupture des liaisons entre les atomes.

Le soudage au laser peut également être utilisé pour assembler des plastiques.

Cette fusion des deux matériaux au niveau de leurs coutures les fusionne en un joint. Il est surprenant de constater à quel point la lumière peut être suffisamment puissante pour les métaux métalliques en quelques millisecondes. Pour obtenir des faisceaux laser aussi puissants, la machine de soudage laser utilise plusieurs pièces qui dirigent et amplifient le laser.

Les lasers à gaz, les lasers à semi-conducteurs et les lasers à fibre sont les trois lasers les plus couramment utilisés dans une machine de soudage au laser.

Normalement, le faisceau laser est fourni à la machine de soudage au laser par l'utilisation de fibres optiques. Il existe des machines à souder monofibre et plusieurs machines à souder fibre. Les machines à souder à fibres multiples ont un laser connecté à chaque fibre, avec chaque fibre, la force du laser augmente.

Pour concentrer le faisceau sur un point avant qu'il ne quitte la machine, une lentille collimatrice associée à une lentille de focalisation est souvent utilisée.

Quatre joints de soudure principaux sont compatibles avec les soudures au laser:

  • Soudure bout à bout
  • Soudure par recouvrement de remplissage
  • Soudure par chevauchement
  • Soudure de bride de bord

Si vous vous êtes intéressé au soudage au laser, vous avez peut-être remarqué le compagnon constant de la buse laser qui est une autre buse qui fournit un gaz appelé gaz de procédé ou gaz de coupe.

Fondamentalement, c'est le flux de gaz, qui est le plus souvent du CO2, qui est également dirigé vers le lieu de soudure dans le but d'éviter le contact de la surface de soudure avec l'atmosphère.

Sans l'utilisation de gaz de coupe, il n'y a que deux options pour l'atmosphère de soudage - soit une atmosphère normale ou un vide. Le soudage au laser sous vide est certainement possible, mais pas plausible en raison de son coût élevé et de l'exigence d'une configuration spécialisée.

Dans une atmosphère normale, le soudage au laser sans gaz de traitement peut produire des effets défavorables. Étant donné que l'azote dans l'air est en très forte concentration, il peut se mélanger avec le métal fondu et provoquer la formation de vides ou de trous dans la soudure. De telles occurrences peuvent entraîner des échecs de soudure.

Des facteurs tels que l'humidité de l'air peuvent provoquer la production d'hydrogène lors du soudage. La diffusion d'hydrogène dans le métal conduit également à des joints de soudure faibles. Par conséquent, le soudage au laser dans une atmosphère normale sans blindage n'est pas du tout envisagé.

Les machines à souder sont livrées avec un accessoire de gaz de coupe qui projette du gaz vers la surface de soudure en s'assurant qu'aucune impureté n'est mélangée avec la soudure.

Le soudage au laser peut être effectué de deux manières: le soudage par conduction thermique et le soudage par trou de serrure.

Soudage par conduction thermique: Dans ce processus, la surface métallique est chauffée au-dessus du point de fusion du métal, mais pas au point de se vaporiser. Ce processus est utilisé pour les soudures qui ne nécessitent pas une résistance de soudure élevée.

L'avantage du soudage par conduction à chaud est que la soudure finale sera très lisse et esthétique. Un laser de faible puissance dans la plage <500 W est utilisé pour le soudage par conduction thermique.

Soudure en trou de serrure: Dans ce processus, le faisceau laser chauffe le métal de telle sorte que la surface de contact se vaporise, s'enfonçant profondément dans le métal. Cela crée un trou de serrure où une condition de type plasma est créée avec des températures s'élevant bien au-dessus de 10 000K.

Ce processus nécessitait des lasers de haute puissance avec une puissance supérieure à 105W / mm2.

Le soudage au laser est souvent utilisé en conjonction avec le soudage à l'arc pour créer quelque chose appelé soudage à l'arc au laser hybride. Dans le soudage à l'arc au laser hybride, n'importe lequel des procédés de soudage à l'arc comme MIG, TIG ou SAW est utilisé avec le soudage au laser à pénétration profonde.

Le résultat est une soudure qui présente les avantages à la fois du soudage laser et du soudage à l'arc.

La soudure résultante aura des joints pénétrants profonds, grâce à la soudure au laser et aura également une tolérance améliorée à l'ajustement des joints. D'autres effets indésirables tels que la fissuration et la porosité interne sont également réduits.

Le soudage au laser offre plusieurs avantages que l'on ne trouve souvent pas dans d'autres méthodes de soudage. Certaines des caractéristiques déterminantes du soudage au laser sont:

  • L'ensemble du processus de soudage peut être facilement automatisé à l'aide d'une configuration CAD / CAM
  • Aucune électrode n'est utilisée dans le processus
  • Aucune forme d'usure de l'outil ne se produit
  • Le soudage au laser est très spécifique dans le ciblage
  • Des soudures de haute qualité sont obtenues

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Le soudage par faisceau laser est utilisé pour les soudures de haute précision. Puisqu'il n'emploie aucune électrode, la soudure finale sera légère mais solide. L'investissement initial est certes coûteux, mais la qualité et les caractéristiques d'une soudure laser ne peuvent pas être facilement reproduites.

Alors que les lasers deviennent de plus en plus puissants et écoénergétiques, l'avenir du soudage au laser est certainement prometteur!


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