Qu'est-ce que le soudage au laser ? - Fonctionnement, types et applications

Qu'est-ce que le soudage laser ?

Le soudage par faisceau laser (LBW) est une technique de soudage utilisée pour assembler des pièces de métal ou de thermoplastique à l'aide d'un laser. Le faisceau fournit une source de chaleur concentrée, permettant des soudures étroites et profondes et des taux de soudage élevés. Il est basé sur le soudage en trou de serrure ou en mode pénétration.

Le soudage au laser fonctionne selon deux modes fondamentalement différents :le soudage à conduction limitée et le soudage par trou de serrure. Le mode dans lequel le faisceau laser interagira avec le matériau qu'il soude dépendra de la densité de puissance à travers le faisceau frappant la pièce.

Les processus sont fréquemment utilisés dans des applications à grand volume utilisant l'automatisation, comme dans l'industrie automobile. Le principal avantage du soudage laser, en raison de sa haute densité d'énergie, est sa capacité à faire fondre la zone située sur les bords du joint, sans affecter une grande surface de la pièce.

Le soudage au laser est un procédé de soudage par fusion à haute densité de puissance qui produit des soudures à rapport d'aspect élevé avec un apport de chaleur relativement faible par rapport aux procédés de soudage à l'arc. De plus, le soudage au laser peut être effectué "hors du vide" et la transmission par fibre optique de faisceaux laser à semi-conducteurs dans le proche infrarouge offre une flexibilité accrue par rapport aux autres technologies d'assemblage.

Équipement de la machine à faisceau laser

Les principales pièces ou équipements de soudage par faisceau laser sont :

• Machine laser : C'est une machine qui sert à produire un laser pour le soudage. Les principaux composants de la machine laser sont illustrés ci-dessous.
• Source d'alimentation : Une source d'alimentation haute tension est appliquée sur la machine laser pour produire un faisceau laser.
• CAM : Il s'agit d'une fabrication assistée par ordinateur dans laquelle la machine laser est intégrée aux ordinateurs pour effectuer le processus de soudage. Toutes les actions de contrôle pendant le processus de soudage par laser sont effectuées par CAM. Cela accélère encore plus le processus de soudage.
• CAO : C'est ce qu'on appelle la conception assistée par ordinateur. Il est utilisé pour concevoir le travail de soudage. Ici, les ordinateurs sont utilisés pour concevoir la pièce et comment la soudure est effectuée dessus.
• Gaz de protection : Un gaz de protection peut être utilisé pendant le processus de soudage afin d'empêcher l'oxydation du w/p.

Comment fonctionne le soudage par faisceau laser ?

Le soudage au laser est un procédé utilisé pour assembler des métaux ou des thermoplastiques à l'aide d'un faisceau laser pour former une soudure. Étant une source de chaleur si concentrée, dans les matériaux minces, le soudage au laser peut être effectué à des vitesses de soudage élevées de mètres par minute, et dans les matériaux plus épais, il peut produire des soudures étroites et profondes entre des pièces à bords droits.

Le soudage par faisceau laser fonctionne sur le principe que lorsque les électrons d'un atome sont excités en recevant de l'énergie. Et puis après un certain temps, lorsqu'il revient à son état fondamental, il émet un photon de lumière.

La concentration de ce photon émis est augmentée par l'émission excitée de rayonnement et on obtient un faisceau laser focalisé de haute énergie. L'amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement s'appelle un laser.

Dans un premier temps, la machine à souder est installée (entre les deux pièces métalliques à assembler) à l'endroit souhaité. Configuration ultérieure, une alimentation haute tension est appliquée à la machine laser pour effectuer une opération.

La lentille est utilisée pour focaliser le laser dans la zone où le soudage est nécessaire. CAM est utilisé pour contrôler la vitesse du laser et de la table de la pièce pendant le processus de soudage.

Il allume la lampe flash de la machine et émet des photons lumineux. L'énergie des photons lumineux est absorbée par les atomes des cristaux de rubis et les électrons sont excités à leurs niveaux d'énergie supérieurs. Lorsqu'ils reviennent à leur état de basse énergie ou à leur état fondamental, ils émettent un photon de lumière.

Ce photon lumineux stimule à nouveau les électrons de l'atome et produit deux photons. Ce processus se poursuit et nous obtenons un faisceau laser focalisé qui est utilisé à l'endroit souhaité pour souder plusieurs pièces ensemble.

Types de lasers utilisés

1. Lasers à gaz : Il utilise des mélanges de gaz comme milieu laser pour produire un laser. Des mélanges de gaz tels que l'azote, l'hélium et le co2 sont utilisés comme milieu laser.
2. Laser à solide : il utilise plusieurs supports solides tels que le cristal de rubis synthétique (chrome dans l'oxyde d'aluminium), le néodyme dans le verre (Nd :verre) et le néodyme dans le grenat d'yttrium et d'aluminium (Nd-YAG, le plus couramment utilisé).
3. Laser à fibre : Le milieu laser de ce type de laser est la fibre optique elle-même.

Avantages de la machine à faisceau laser

Le contrôle précis du faisceau laser offre aux utilisateurs plusieurs avantages par rapport au soudage TIG, MIG et par points :

• Résistance de la soudure : La soudure au laser est étroite avec un excellent rapport profondeur/largeur et une plus grande résistance.
• Zone affectée par la chaleur : La zone affectée par la chaleur est limitée et, en raison du refroidissement rapide, le matériau environnant n'est pas recuit.
• Métaux : Les lasers soudent avec succès l'acier au carbone, l'acier à haute résistance, l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium et les métaux précieux ainsi que des matériaux différents.
• Travail de précision : Le petit faisceau laser étroitement contrôlé permet un micro-soudage précis de composants miniatures.
• Déformation : Les pièces présentent une déformation ou un rétrécissement minimal.
• Aucun contact : Aucun contact physique entre le matériau et la tête laser.
• Soudage unilatéral : Le soudage au laser peut remplacer le soudage par points nécessitant un accès d'un seul côté.
• Rebut : Le soudage au laser est contrôlable et génère de faibles volumes de déchets.

Inconvénients de la machine à faisceau laser

• L'équipement de soudage est coûteux, donc le coût de ce processus est élevé.
• Si le matériau de remplissage est nécessaire mais, dans ce processus, quantité limitée produite avec l'utilisation de matériau de remplissage donc relativement coûteux.
• Il y a aussi quelques opérations de post-soudure.
• Les joints doivent être positionnés avec précision latéralement sous la poutre.
• La position finale du joint est alignée avec précision sur le point d'impact du faisceau.
• L'épaisseur de joint maximale pouvant être soudée par faisceau laser est quelque peu limitée.
• Les matériaux ont une conductivité thermique élevée et une réflectivité comme les alliages Al et Cu peuvent affecter la soudabilité avec des lasers.
• Un dispositif de contrôle du plasma approprié doit être utilisé pour assurer la reproductibilité de la soudure lors de la réalisation d'un soudage au laser de puissance modérée à élevée.
• Les lasers ont généralement un faible rendement de conversion d'énergie inférieur à 10 %.
• Une certaine porosité et fragilité de la soudure peuvent être attendues, en raison des caractéristiques de solidification rapide du LBM.

Application de la machine à faisceau laser

• Il est important dans l'industrie automobile. Ainsi, il est utilisé dans la zone où une production à grand volume est requise.
• Il est utilisé pour les soudures de haute précision. Comme il n'utilise aucune électrode, la soudure finale sera légère mais solide.
• La soudure au laser est également fréquemment utilisée dans la fabrication de bijoux.
• Cependant, le soudage par faisceau laser est utilisé dans les industries médicales pour maintenir les métaux ensemble à petite échelle.