Qu'est-ce que le soudage laser ? Tout savoir sur le soudage laser : principe et principaux paramètres du procédé !
De nombreux clients ne comprennent pas les principes de fonctionnement de base de la machine de soudage laser, et encore moins le choix de la bonne machine de soudage laser, cependant Mimowork Laser est là pour vous aider à prendre la bonne décision et fournir un soutien supplémentaire pour vous aider à comprendre le soudage laser.
Qu'est-ce que le soudage laser ?
Le soudage au laser est un type de soudage par fusion, utilisant le faisceau laser comme source de chaleur de soudage, le principe de soudage est qu'une méthode spécifique pour stimuler le milieu actif, formant une oscillation de cavité résonante, puis se transforme en faisceau de rayonnement stimulé, lorsque le faisceau et la pièce entrent en contact, l'énergie est absorbée par la pièce, lorsque la température atteint le point de fusion du matériau peut être soudé.
Selon le principe du bain de fusion, le soudage laser comporte deux techniques de base : le soudage par conduction thermique et le soudage par pénétration profonde (trou de serrure). La chaleur générée par le soudage par conduction thermique est diffusée vers la pièce par transfert thermique, ce qui permet de fondre la surface de soudure sans vaporisation, une technique souvent utilisée pour le soudage à basse vitesse de composants fins. Le soudage par fusion profonde vaporise le matériau et forme une grande quantité de plasma. Sous l'effet de la chaleur élevée, des trous apparaissent à l'avant du bain de fusion. Le soudage par pénétration profonde est le mode de soudage laser le plus répandu. Il permet de souder la pièce en profondeur et nécessite une énergie d'entrée importante, ce qui permet une vitesse de soudage élevée.
Paramètres du processus de soudage laser
De nombreux paramètres de processus affectent la qualité du soudage laser, tels que la densité de puissance, la forme d'onde de l'impulsion laser, la défocalisation, la vitesse de soudage et le choix du gaz de protection auxiliaire.
Densité de puissance laser
La densité de puissance est l'un des paramètres les plus importants du traitement laser. Avec une densité de puissance élevée, la couche superficielle peut atteindre son point d'ébullition en une microseconde, ce qui entraîne une vaporisation importante. Par conséquent, une densité de puissance élevée est avantageuse pour les procédés d'enlèvement de matière tels que le perçage, la découpe et la gravure. Avec une faible densité de puissance, il faut quelques millisecondes pour que la température de surface atteigne le point d'ébullition ; avant que la surface ne se vaporise, la partie inférieure atteint le point de fusion, ce qui facilite la formation d'une soudure par fusion de qualité. Par conséquent, pour le soudage laser par conduction thermique, la densité de puissance est comprise entre 104 et 106 W/cm².
Forme d'onde d'impulsion laser
La forme d'onde de l'impulsion laser est non seulement un paramètre important pour distinguer l'enlèvement de matière de la fusion, mais aussi un paramètre clé pour déterminer le volume et le coût des équipements de traitement. Lorsqu'un faisceau laser de haute intensité est projeté sur la surface du matériau, 60 à 90 % de l'énergie laser est réfléchie et considérée comme perdue, notamment pour l'or, l'argent, le cuivre, l'aluminium, le titane et d'autres matériaux à forte réflexion et à transfert thermique rapide. La réflectivité d'un métal varie au cours du temps pendant une impulsion laser. Lorsque la température de surface du matériau atteint le point de fusion, elle diminue rapidement ; en phase de fusion, elle se stabilise à une certaine valeur.
Largeur d'impulsion laser
La largeur d'impulsion est un paramètre important du soudage laser pulsé. Elle est déterminée par la profondeur de pénétration et la zone affectée thermiquement. Plus la largeur d'impulsion est longue, plus la zone affectée thermiquement est grande, et la profondeur de pénétration augmente avec la puissance 1/2 de la largeur d'impulsion. Cependant, l'augmentation de la largeur d'impulsion réduit la puissance de crête ; c'est pourquoi elle est généralement utilisée pour le soudage par conduction thermique, ce qui permet d'obtenir une soudure large et peu profonde, particulièrement adaptée au soudage par recouvrement de tôles fines et épaisses. Cependant, une puissance de crête plus faible entraîne un apport de chaleur excessif, et chaque matériau possède une largeur d'impulsion optimale qui maximise la profondeur de pénétration.
Quantité de défocalisation
Le soudage laser nécessite généralement une certaine défocalisation, car la densité de puissance au centre du point focal est trop élevée, ce qui favorise l'évaporation du matériau de soudage dans les trous. La distribution de la densité de puissance est relativement uniforme dans chaque plan éloigné du point focal.
Il existe deux modes de défocalisation :
Défocalisation positive et négative. Si le plan focal est situé au-dessus de la pièce, on parle de défocalisation positive ; sinon, on parle de défocalisation négative. Selon la théorie de l'optique géométrique, lorsque la distance entre les plans de défocalisation positive et négative et le plan de soudage est égale, la densité de puissance sur le plan correspondant est approximativement la même, mais en réalité, la forme du bain de fusion obtenu est différente. En cas de défocalisation négative, on obtient une pénétration plus importante, ce qui est lié au processus de formation du bain de fusion.
Vitesse de soudage
La vitesse de soudage détermine la qualité de la surface soudée, la profondeur de pénétration, la zone affectée thermiquement, etc. Elle influence l'apport de chaleur par unité de temps. Une vitesse de soudage trop lente entraîne un apport de chaleur trop élevé, ce qui provoque le percement de la pièce. Une vitesse de soudage trop rapide entraîne un apport de chaleur insuffisant, ce qui entraîne un soudage partiel et incomplet. Une réduction de la vitesse de soudage est généralement utilisée pour améliorer la pénétration.
Gaz auxiliaire de protection contre les coups
Le gaz de protection auxiliaire est essentiel au soudage laser haute puissance. Il permet d'une part d'empêcher les projections de matériaux métalliques et la contamination du miroir de focalisation ; d'autre part, il empêche le plasma généré lors du soudage de se focaliser excessivement et d'empêcher le laser d'atteindre la surface du matériau. En soudage laser, l'hélium, l'argon, l'azote et d'autres gaz sont souvent utilisés pour protéger le bain de fusion et ainsi prévenir l'oxydation de la pièce. Des facteurs tels que le type de gaz de protection, la taille du flux d'air et l'angle de soufflage ont un impact important sur les résultats de soudage, et les différentes méthodes de soufflage ont également un impact sur la qualité du soudage.
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Date de publication : 22 décembre 2022