Qu'est-ce que le soudage laser ? Le soudage laser expliqué ! Tout ce que vous devez savoir sur le soudage laser, y compris les principes clés et les principaux paramètres du processus !
De nombreux clients ne comprennent pas les principes de fonctionnement de base d'une machine à souder au laser, et encore moins comment choisir la machine adaptée. Cependant, Mimowork Laser est là pour vous aider à prendre la bonne décision et vous apporter un soutien supplémentaire afin de vous aider à comprendre le soudage laser.
Qu'est-ce que le soudage laser ?
Le soudage laser est un type de soudage par fusion utilisant le faisceau laser comme source de chaleur. Son principe repose sur une méthode spécifique de stimulation du milieu actif, formant une cavité résonante oscillante, qui se transforme ensuite en un faisceau de rayonnement stimulé. Lorsque ce faisceau entre en contact avec la pièce à souder, l'énergie est absorbée par cette dernière. Lorsque la température atteint le point de fusion du matériau, celui-ci peut être soudé.
Selon le principe de fonctionnement du bain de fusion, le soudage laser comprend deux mécanismes principaux : le soudage par conduction thermique et le soudage par pénétration profonde (ou soudage en trou de serrure). Lors du soudage par conduction, la chaleur est diffusée à la pièce par transfert thermique, ce qui provoque la fusion de la surface de la soudure sans vaporisation. Ce procédé est souvent utilisé pour le soudage de composants fins à faible vitesse. Le soudage par pénétration profonde vaporise le matériau et forme une grande quantité de plasma. La chaleur intense qui en résulte crée des cavités 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 l'énergie fournie est importante, ce qui se traduit par une vitesse de soudage élevée.
Paramètres de procédé en soudage laser
De nombreux paramètres de processus influent sur la qualité du soudage laser, tels que la densité de puissance, la forme d'onde de l'impulsion laser, le défaut de mise au point, la vitesse de soudage et le choix du gaz de protection auxiliaire.
Densité de puissance laser
La densité de puissance est un paramètre essentiel du traitement laser. À haute densité de puissance, la couche superficielle atteint son point d'ébullition en une microseconde, provoquant une vaporisation importante. C'est pourquoi une densité de puissance élevée est avantageuse pour les procédés d'enlèvement de matière tels que le perçage, la découpe et la gravure. À faible densité de puissance, la température de surface atteint le point d'ébullition en quelques millisecondes, et avant que la surface ne se vaporise, le fond atteint son point de fusion, ce qui facilite la formation d'une soudure par fusion de qualité. Ainsi, pour le soudage laser par conduction thermique, la densité de puissance se situe entre 10⁴ et 10⁶ W/cm².
Forme d'onde de l'impulsion laser
La forme d'onde de l'impulsion laser est un paramètre important pour distinguer l'enlèvement de matière de sa fusion, et un facteur clé pour déterminer le volume et le coût des équipements de traitement. Lorsqu'un faisceau laser de haute intensité est projeté sur la surface d'un matériau, 60 à 90 % de l'énergie laser est réfléchie et considérée comme une perte, notamment pour l'or, l'argent, le cuivre, l'aluminium, le titane et d'autres matériaux à forte réflectivité et à transfert thermique rapide. La réflectance d'un métal varie au cours du temps pendant une impulsion laser. Lorsque la température de surface atteint le point de fusion, la réflectance diminue rapidement, puis se stabilise à une valeur donnée lorsque la surface est fondue.
Largeur d'impulsion laser
La durée 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 durée d'impulsion est longue, plus la zone affectée thermiquement est importante et plus la profondeur de pénétration augmente avec la moitié de la puissance de l'impulsion. Cependant, l'augmentation de la durée d'impulsion réduit la puissance de crête. C'est pourquoi on l'utilise généralement 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 minces et épaisses. En revanche, une puissance de crête trop faible entraîne un apport de chaleur excessif. Chaque matériau possède une durée d'impulsion optimale qui maximise la profondeur de pénétration.
Quantité de défocalisation
Le soudage laser nécessite généralement un certain degré de défocalisation, car la densité de puissance au centre du point focal est trop élevée, ce qui favorise l'évaporation du matériau de soudage et la formation de trous. La distribution de la densité de puissance est relativement uniforme dans tous les plans éloignés du point focal.
Il existe deux modes de défocalisation :
Défocalisation positive et négative. Si le plan focal est situé au-dessus de la pièce, la défocalisation est positive ; sinon, elle est 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. Cependant, la forme du bain de fusion obtenu diffère. En cas de défocalisation négative, une pénétration plus importante est possible, 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 influe sur l'apport de chaleur par unité de temps. Une vitesse trop lente entraîne un apport de chaleur excessif, pouvant provoquer la perforation de la pièce. À l'inverse, une vitesse trop rapide génère un apport de chaleur insuffisant, aboutissant à une soudure partielle et inachevée. Réduire la vitesse de soudage est généralement utilisé pour améliorer la pénétration.
Gaz de protection anti-soufflage auxiliaire
L'injection d'un gaz de protection auxiliaire est essentielle en soudage laser haute puissance. Elle permet, d'une part, d'éviter la pulvérisation cathodique et la contamination du miroir de focalisation ; d'autre part, elle empêche la focalisation excessive du plasma généré lors du soudage et le rayonnement laser d'atteindre la surface du matériau. En soudage laser, l'hélium, l'argon, l'azote et d'autres gaz sont fréquemment utilisés pour protéger le bain de fusion et prévenir l'oxydation de la pièce. Le type de gaz de protection, le débit d'air et l'angle de soufflage ont une incidence importante sur le résultat du soudage, et les différentes méthodes de soufflage influencent également la qualité de la soudure.
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(Pour plus de détails sur l'utilisation et le guide d'utilisation du refroidisseur d'eau, veuillez consulter :Mesures de protection contre le gel pour un système laser CO2)
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Date de publication : 22 décembre 2022