Soudage laser
Comparé aux processus de soudage conventionnels (MAG, TIG, etc.), le soudage par faisceau laser offre une injection de chaleur plus ciblée, moins de déformation et des vitesses de soudage élevées
Le plasma généré par le faisceau laser peut être influencé de manière à obtenir un processus de soudage stable et sûr. Le choix du gaz de processus peut donc être déterminant pour l'efficacité économique du soudage au laser. Ainsi, l'aluminium, le laiton, les plastiques thermoplastiques et l'acier conviennent au soudage par faisceau laser. Les gaz d'argon, d'hélium, d'azote et de mélanges de qualité LASGON® sont utilisés comme gaz de protection et de processus.
Principe fonctionnel
Le faisceau laser généré dans la source de faisceau est guidé vers la pièce à l'aide de systèmes de miroirs ou de fibres optiques en fonction du type de soudage et est ensuite focalisé sur la pièce. La lumière laser est absorbée sur la surface de la pièce et convertie en chaleur. Pendant le mouvement relatif entre le faisceau laser focalisé et la pièce, la pièce est fondue par l'énergie du laser et une soudure est créée.
Tous les types de soudure ne conviennent pas au soudage au laser. Il y a quatre types standard :
- Joint à recouvrement (soudure d'angle)
- Joint à recouvrement (soudure en T)
- Joint à emboîtement
- Joint à plat
Il est particulièrement important lors du soudage au faisceau laser que les partenaires de connexion soient correctement serrés et alignés, et qu'ils soient le moins possible écarté. Si l'ouverture est supérieure à environ 10% de l'épaisseur de la tôle, le faisceau laser ne peut plus transférer d'énergie et se propage simplement à travers la soudure. Des erreurs de soudage en résultent. Une structure de surface appropriée est également importante. Si la surface de la pièce est trop réfléchissante, l'énergie laser ne peut pas être absorbée par la pièce et ne fond donc pas. Cet effet peut se produire, par exemple, avec de l'aluminium brut.
Variantes de processus
Il existe essentiellement deux manières différentes de souder avec le faisceau laser :
- Soudage à conductibilité thermique : L'énergie appliquée en surface se dissipe dans la pièce par conductibilité thermique.
- Soudage en profondeur : La formation d'un capillaire de vapeur permet au faisceau laser de pénétrer profondément dans le matériau.
Le soudage par conductibilité thermique est typique pour les soudures à faible puissance du faisceau laser (<500 W), où l'intensité n'est pas suffisante pour former un capillaire de vapeur. La soudure est relativement large et plate. La soudure en profondeur est observée lorsque l'intensité du faisceau laser est d'au moins 105 W/mm2, c'est-à-dire régulièrement lorsqu'une haute puissance laser est utilisée. Le matériau est fondu et en partie vaporisé. La vapeur de pression déplace le métal fondu de sorte qu'un capillaire de vapeur (trou de serrure) peut se former. La vitesse d'absorption du faisceau laser est particulièrement élevée dans le capillaire de vapeur. Le rayonnement laser est réfléchi plusieurs fois sur les parois, ce qui transfère de l'énergie au matériau. Cette propriété permet de fabriquer des soudures minces et profondes jusqu'à une profondeur de 20 mm.
Pendant le soudage en profondeur, il y a parfois des conditions dans le capillaire de vapeur qui sont appelées "plasma" en physique, telles que des vapeurs métalliques ionisées et des températures élevées bien au-dessus de 10 000 K. Le plasma absorbe le rayonnement laser très bien et aide à transférer l'énergie du rayonnement laser dans le matériau. La pression élevée dans le capillaire de vapeur pousse la vapeur de métal/plasma vers le haut, formant une flamme ou un nuage de plasma. En fonction de l'extension de cette tache ou de ce nuage lumineux, le rayonnement laser est également absorbé, flou et étendu, modifiant ainsi la taille de la tache focale, la position de mise au point et l'intensité. Cela conduit à une moindre profondeur de soudure et à une coupe de joint en forme de T en raison de l'augmentation de l'injection de chaleur par le nuage de plasma sur la surface supérieure de la pièce. Si l'absorption par le nuage de plasma est trop forte, le processus de soudage peut même se rompre complètement.
Le plasma est caractérisé par une lueur bleue intense et se compose d'atomes métalliques, d'ions et d'électrons, ainsi que de composants de l'atmosphère gazeuse environnante. Un plasma peut également être généré dans une atmosphère gazeuse pure, en particulier lors de l'utilisation d'argon. En raison de la longueur d'onde plus courte du rayonnement laser Nd:YAG par rapport au rayonnement laser CO2, il y a moins d'interaction avec le nuage de plasma au-dessus du capillaire de vapeur au-dessus de la pièce. Ce type de problème est donc beaucoup moins fréquent ici.
Gaz de soudage laser
Le laser est devenu un outil de production important pour l'industrie des métaux. Grâce à la qualité élevée et à la grande vitesse, des opérations telles que la découpe, le soudage et le traitement de surface sont de plus en plus effectuées avec l'aide d'un laser industriel. Les lasers utilisés à cet effet sont les lasers à solide et les lasers au CO2 bien connus. Les gaz laser et de processus jouent un rôle très important dans la technique des applications laser. Ils déterminent non seulement la qualité et la puissance du faisceau laser, mais sont également essentiels pour le résultat. Que ce soit la qualité de la coupe et de la vitesse de coupe ou la qualité de la soudure laser, le type de gaz, sa pureté et sa disponibilité jouent un rôle important. Linde Gas en est pleinement conscient et accorde donc toute l'attention nécessaire à ces aspects. Compte tenu de l'importance de la qualité et de la pureté des gaz et mélanges de gaz utilisés pour le fonctionnement optimal du laser, Linde Gas Benelux a développé une gamme de produits distincte, reconnaissable à son logo SpeciaLaser®.
Pour les gaz de soudage laser, le dioxyde de carbone, l'azote et l'hélium ou un mélange de ces trois composants conviennent, qui sont livrés sous le nom de SpeciaLaser®. Pour les gaz de processus, une distinction est faite entre les gaz de coupe (oxygène et azote) et les gaz de protection pour le soudage laser.
En plus des lasers avec une unité de mélange intégrée, il y en a également qui utilisent un gaz laser pré-mélangé spécialement (pré-mélange), qui se compose des mêmes composants (dioxyde de carbone, azote et hélium). Ici aussi, la pureté est primordiale. Pour pouvoir utiliser la puissance du laser et maximiser la durée de vie de la résonateur, il faut utiliser un gaz à haute pureté. Pour les différents lasers, ces mélanges sont produits sous la marque SpeciaLaser®.
La composition pourcentage des mélanges gazeux pour le soudage laser est déterminée par le fabricant de laser et n'est pas toujours identique. Les rapports de mélange suivants sont disponibles en stock. Des compositions différentes peuvent bien sûr être livrées sur demande.
