De nombreuses industries ont désormais remplacé les systèmes de soudage traditionnels comme le TIG et le MIG par le soudage laser, en raison de sa simplicité d'utilisation, de sa précision et d'autres avantages. Toutefois, il est important de comprendre son fonctionnement avant de choisir ce procédé. Cet article présente en détail le procédé de soudage, ses différents types et ses applications.
Qu'est-ce que le soudage laser ?
Le soudage laser utilise un faisceau laser pour chauffer, faire fondre et fusionner deux matériaux. Il recourt à un gaz de coupe afin de prévenir les réactions indésirables susceptibles d'altérer la qualité de la soudure. Bien que très sophistiqué, le soudage laser est compatible avec de nombreux matériaux, quelles que soient leur complexité et leur épaisseur. De plus, il génère une faible chaleur, ce qui évite toute déformation du matériau et garantit une grande précision.
Comment souder à l'aide d'une machine à souder laser
Nous allons vous expliquer que l'utilisation du poste de soudage laser portatif HeatSign comprend trois étapes principales.
Étape 1 : Préparation avant soudage
Avant le soudage, il est important d'éliminer les contaminants de surface tels que la saleté ou la graisse de la pièce. Une pièce propre prévient les erreurs et les défauts de fabrication et prolonge la durée de vie de l'outillage. Ce processus peut être réalisé à l'aide de dégraissants, de solutions aqueuses et d'autres solvants.
Remarque : Il est important d'utiliser une méthode de nettoyage compatible avec le matériau afin de garantir une meilleure qualité de soudure.
Étape 2 : Alignement et fixation
- Après avoir nettoyé les pièces à souder, alignez-les correctement avant de commencer le soudage. Cela garantit une répartition uniforme de l'énergie laser sur la zone de jointure prévue.
- Fixez solidement la pièce à l'aide d'un dispositif de maintien. Ce dispositif positionne la pièce avec précision et limite les vibrations.
Étape 3 : Procédé de soudage
- Configurez et paramétrez la machine de soudage laser en fonction des exigences de chaque pièce.
- Ensuite, positionnez le faisceau laser juste au-dessus de la jointure à l'aide de fibres optiques ou de miroirs. Le matériau chauffe et fond sous l'effet de la chaleur.
Lors du refroidissement, le joint soudé se forme.
Remarque : il est important de surveiller le diamètre du faisceau, la distance focale, la vitesse et la densité de puissance pendant le soudage au laser.
Soudage laser : types
Chaque type de procédé de soudage laser présenté ci-dessous possède son propre mode de fonctionnement, ce qui le rend adapté à des applications spécifiques.
· Soudage par conduction thermique
En soudage par conduction thermique, le transfert de chaleur s'effectue par conduction. Ce procédé est donc utilisé pour l'assemblage des métaux. De plus, la conduction thermique est la méthode de choix pour les surfaces visibles où l'esthétique est primordiale. Dans ce cas, la largeur de la soudure est supérieure à sa profondeur, cette dernière étant généralement inférieure ou égale à 1 millimètre. Par conséquent, le besoin de finitions de surface ultérieures est réduit.
· Soudage en trou de serrure
Le soudage en trou de serrure permet de réaliser des soudures plus profondes et plus étroites que le soudage par conduction thermique. Lors de ce procédé, le métal en fusion se vaporise. Le gaz généré repousse le métal vers l'extérieur, créant ainsi un trou ou un tunnel qui se dirige vers la source de chaleur. Le matériau fondu remplit alors la cavité du trou de serrure, formant un cordon de soudure
De plus, ce type de soudage permet de réaliser des cordons de soudure jusqu'à 8 millimètres de profondeur en une seule opération. Toutefois, pour un résultat optimal, il est important d'appliquer une chaleur minimale et une faible vitesse de déplacement. Ce procédé est compatible avec une large gamme de matériaux, y compris les tôles épaisses difficiles à percer.
Soudage laser : types de lasers
De manière générale, les sources laser sont classées selon le milieu laser et catégorisées en fonction de l'état du matériau (solide, liquide ou gazeux). Pour le soudage laser, les milieux solides et gazeux sont les plus courants. Voici quelques exemples :
· Lasers à semi-conducteurs
Les lasers à semi-conducteurs utilisent des matériaux solides, tels que des barres ou des plaques de verre, comme milieu actif. Ces matériaux sont dopés avec des impuretés sous forme d'ions afin de modifier leurs propriétés électriques et optiques. La source de pompage est l'énergie lumineuse provenant de diodes laser, de lampes à arc ou de tubes flash. Lorsque ces ions interagissent avec la lumière, ils sont excités à des niveaux d'énergie supérieurs.
De plus, les matériaux les plus couramment utilisés comme milieu amplificateur sont le rubis, le YAG dopé au néodyme et le verre dopé au néodyme. Les lasers à semi-conducteurs sont robustes et compacts, et offrent une large gamme de longueurs d'onde. Ils génèrent des impulsions courtes et de forte puissance. C'est pourquoi on les retrouve dans de nombreuses applications et dans divers secteurs industriels.
· Lasers à gaz
Le milieu laser est un gaz ou un mélange de gaz qui convertit l'énergie électrique en énergie lumineuse. Lorsqu'il est excité, les atomes et les molécules émettent des photons. Ces photons entrent en collision avec d'autres molécules excitées selon une méthode spécifique, ce qui provoque une amplification et la production d'un faisceau laser. Cette émission de lumière stimulée est plus intense que la lumière normale.
La qualité du faisceau laser produit par les lasers à gaz est inégalée. Il existe de nombreux types de lasers à gaz, le laser CO2 étant le plus répandu.
· Lasers à fibre
Le principe de fonctionnement est similaire à celui des lasers à semi-conducteurs. Le milieu utilisé est une fibre optique dopée aux ions d'éléments rares, notamment le néodyme et l'ytterbium. Il est également possible d'utiliser des charges pour améliorer les propriétés initiales du matériau de la pièce.
Les lasers à fibre, comme le poste de soudage laser portatif HeatSign, sont très efficaces, ce qui améliore leurs applications. De plus, la grande longueur du trajet optique du laser permet d'obtenir une puissance de sortie plus élevée tout en préservant la cohérence du faisceau laser.
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Soudage hybride laser
Il s'agit de la combinaison du soudage laser et d'autres méthodes de soudage traditionnelles telles que le soudage TIG et MIG. De ce fait, elle présente les avantages des procédés de soudage combinés. Par exemple, la combinaison du soudage laser et du soudage MIG assure une source de chaleur concentrée et une meilleure aptitude au soudage de matériaux épais
Soudage laser : avantages
Vous pouvez envisager l'utilisation d'une machine à souder au laser plutôt que d'autres méthodes/machines en raison des avantages suivants :
· Vitesse
Rapidité et automatisation font du soudage laser la solution idéale pour les industries en quête d'efficacité et de productivité accrues. Le soudage par faisceau laser permet de réaliser un assemblage en une minute, même avec des matériaux épais. Ce procédé est donc parfaitement adapté à la production en grande série.
· Compatibilité des matériaux
Selon le type de faisceau laser, les machines de soudage laser sont compatibles avec de nombreux matériaux. Le laser fonctionne parfaitement avec de nombreux métaux, plastiques, caoutchoucs et matériaux composites. De plus, il permet d'assembler des matériaux dissemblables. Toutefois, pour un résultat optimal, il est essentiel d'utiliser la densité de puissance et le type de laser appropriés.
· Haute précision
La précision du soudage laser en fait une méthode de soudage optimale pour les pièces exigeant une grande précision. De ce fait, elle est couramment utilisée dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile.
· faible apport de chaleur
Le faisceau laser se concentre uniquement sur une petite partie de la pièce. De ce fait, la zone affectée thermiquement (ZAT) est réduite, ce qui permet d'obtenir des pièces non soudées sans dommages thermiques. Le faible apport de chaleur se traduit également par une vitesse de refroidissement plus rapide.
Applications du soudage laser
Le soudage laser est applicable dans les secteurs suivants :
· Industrie automobile
Le soudage laser est utilisé pour souder des pièces automobiles petites, délicates et complexes, telles que les connecteurs et les disjoncteurs. Ce procédé a remplacé avec succès les méthodes de soudage traditionnelles, notamment le soudage MIG/MAG et le soudage par résistance.
L'une des contributions majeures du soudage laser réside dans la fabrication des batteries pour véhicules électriques. Le soudage laser est indispensable pour l'assemblage des cellules et la réalisation d'une batterie complète. On le retrouve également dans la fabrication de composants et sous-composants automobiles en plastique.
· Construction métallique
Ce procédé s'applique au soudage des aciers destinés aux tours d'éoliennes, aux ponts ou aux porte-conteneurs. De plus, le soudage des aciers à haute teneur en carbone par faisceau laser permet de réaliser des économies d'énergie et de coûts.
· Fabrication d'outils
Les fabricants de pièces utilisent ce procédé pour le soudage et la fabrication d'outils tels que les inserts, les arêtes de coupe, les moules et les matrices. De plus, le soudage laser permet de souder les outils sans altérer leur aspect ni leur structure. Lors de la maintenance périodique, il est possible de renforcer la zone endommagée au lieu de remplacer l'outil entièrement, ce qui permet de réaliser des économies de temps et d'argent.
· Dispositifs médicaux
Le soudage laser est la méthode la plus sûre et la moins invasive pour souder les dispositifs médicaux. Ces dispositifs doivent être stériles et présenter des dimensions précises pour une fonctionnalité optimale. Le soudage par faisceau laser répond à toutes ces exigences. Ce procédé permet de réaliser des soudures de haute qualité, même sur des matériaux fins comme les stents et les instruments chirurgicaux.
· Industrie aérospatiale
Grâce au soudage laser, l'industrie aérospatiale peut se conformer aux exigences strictes de sécurité. Cette méthode de soudage, d'une grande précision, répond parfaitement aux exigences de tolérance élevées propres à ce secteur.
L'adoption croissante du soudage laser dans l'industrie aérospatiale s'explique également par sa compatibilité avec différents matériaux, du titane aux alliages d'aluminium. Parmi les pièces aérospatiales couramment assemblées par soudage, on trouve les éléments de moteurs, les réservoirs de carburant et les composants de turbines.
Conclusion
Le soudage laser n'est pas une nouveauté, puisqu'il est utilisé depuis des années dans l'industrie automobile. Le soudage par faisceau laser est une méthode précise pour assembler des pièces sans altérer les propriétés mécaniques du matériau d'origine. Cet article explique le principe du soudage laser et ses avantages. N'hésitez pas à nous contacter pour tous vos besoins en soudage laser.
FAQ
Pourquoi l'étape de nettoyage avant soudage est-elle si cruciale pour une soudure de qualité ?
La préparation avant soudage est cruciale, car toute contamination de surface, comme la saleté ou la graisse, peut engendrer des erreurs ou des défauts dans la soudure finale. Le guide souligne qu'une pièce propre garantit une meilleure qualité de soudure et contribue également à prolonger la durée de vie de l'outillage de la machine.
Quelle est la principale différence entre le soudage laser par « conduction thermique » et le soudage laser par « trou de serrure » ?
La principale différence réside dans la profondeur et la forme de la soudure. Le soudage par conduction thermique est utilisé pour les soudures peu profondes où l'esthétique est importante, ce qui donne une soudure plus large que profonde. Le soudage en trou de serrure permet de réaliser des soudures profondes et étroites, car la vaporisation du métal assure une pénétration beaucoup plus importante, ce qui le rend adapté aux tôles épaisses.
Le guide mentionne trois types de lasers. En quoi une source laser à fibre diffère-t-elle d'une source laser à semi-conducteurs ?
Bien que leur principe de fonctionnement soit similaire, la principale différence réside dans le milieu utilisé. Un laser à semi-conducteurs utilise des matériaux solides, comme des tiges de verre, comme milieu actif. Un laser à fibre, tel que celui utilisé dans la soudeuse HeatSign, utilise une fibre optique flexible dopée aux terres rares, reconnue pour son rendement élevé.
Quel est le principal avantage de combiner le soudage laser avec une méthode traditionnelle dans un procédé « laser-hybride » ?
Le principal avantage d'un procédé hybride laser réside dans la combinaison des atouts des deux techniques. Par exemple, le guide indique que l'association du soudage laser et du soudage MIG permet d'obtenir un procédé qui bénéficie à la fois de la chaleur concentrée du laser et de la meilleure aptitude au soudage des matériaux épais propre au soudage MIG.
Pourquoi le soudage laser est-il considéré comme une méthode particulièrement sûre pour la fabrication de dispositifs médicaux ?
Le soudage laser est considéré comme la méthode la plus sûre pour les dispositifs médicaux, car il s'agit d'un procédé non invasif permettant de réaliser des soudures stériles de haute qualité sans altérer les dimensions du dispositif. Cette précision est essentielle au bon fonctionnement et à la sécurité d'articles tels que les stents et les instruments chirurgicaux.
Quels sont les paramètres les plus importants à surveiller pendant le processus de soudage ?
Pour garantir une soudure de qualité, le guide indique qu'il est important de surveiller plusieurs paramètres clés pendant le processus. Il s'agit notamment du diamètre du faisceau laser, de sa distance focale, de la vitesse de déplacement de la pièce à souder et de la densité de puissance du faisceau laser.
En quoi le soudage laser a-t-il eu un impact particulièrement important dans l'industrie automobile ?
Le soudage laser a révolutionné l'assemblage de pièces petites, fragiles et complexes en remplaçant les méthodes traditionnelles. Ce guide souligne son principal atout : son utilisation dans la fabrication des batteries pour véhicules électriques, où il est indispensable pour l'assemblage des cellules et la réalisation de l'ensemble complet.
Outre le nettoyage des pièces, quelle autre préparation est nécessaire avant de commencer la soudure ?
Après le nettoyage, l'étape cruciale suivante consiste à aligner et à fixer les pièces. Ces dernières doivent être parfaitement alignées pour garantir une répartition uniforme de la chaleur, puis solidement fixées dans un dispositif de maintien afin d'éviter toute vibration susceptible de compromettre la qualité de la soudure.
