Qu’est-ce qu’une machine à souder au laser ?
Le faisceau laser transmet de l’énergie à la pièce, la fait fondre en très peu de temps et la durcit rapidement, de sorte qu’il y a moins de déformations après le soudage. Par rapport aux méthodes de soudage conventionnelles, le processus se caractérise par sa grande rapidité. La longueur d’onde, la densité d’énergie et le diamètre du spot du laser peuvent également être ajustés pour la microfabrication.
Les lasers YAG, CO2 et à fibre sont utilisés comme oscillateurs dans les machines à souder au laser mais, ces dernières années, les lasers à disque et les lasers à semi-conducteurs ont souvent été utilisés. Cette technologie peut être employée pour souder des pièces très délicates, affectées par la chaleur, et le titane, qui est sensible à l’oxydation induite par la chaleur.
Utilisations des machines à souder au laser
Le soudage au laser peut être utilisé pour des matériaux de toutes tailles, qu’il s’agisse de grands objets tels que les carrosseries et les châssis de voitures, ou d’objets relativement petits tels que les moules et les composants électroniques microfabriqués. Il existe également une grande variété de techniques de traitement, notamment le soudage de métaux tels que l’acier inoxydable, l’aluminium et le cuivre, le traitement fin tel que le soudage par points de composants électroniques, et le soudage de joints pour une étanchéité élevée.
Principe des machines à souder au laser
Les machines à souder au laser se composent principalement d’un oscillateur laser, d’un trajet optique, d’une optique de focalisation, d’un système d’entraînement et d’un système de gaz de protection. Le faisceau laser émis par l’oscillateur est transmis à l’optique de focalisation par des miroirs, des fibres optiques et d’autres voies optiques. La lumière est ensuite réduite à un diamètre de spot approprié par l’optique de focalisation et irradiée à partir de la tête.
De l’argon, de l’hélium ou de l’azote sont pulvérisés comme gaz d’assistance pour éviter l’oxydation ou le plasma dans la zone irradiée par le laser. Il s’agit du système de gaz de protection.
De plus, les gabarits et les étapes de positionnement qui fixent le matériau à traiter sont appelés systèmes d’entraînement.
Les méthodes de traitement peuvent également être classées en deux catégories : le type à conduction thermique et le type à soudage profond. Dans le cas de la conduction thermique, la lumière irradiée sur la pièce se transforme en chaleur, qui fait fondre la surface avant d’être refroidie et solidifiée. En revanche, le type à pénétration profonde irradie avec une densité d’énergie élevée. Par rapport au type de transfert de chaleur, cette méthode permet un traitement plus profond.
De plus, chaque laser utilisé pour le soudage au laser possède ses propres caractéristiques, la longueur d’onde et la puissance de sortie sont sélectionnées en fonction du matériau et de la méthode de traitement.
1. Lasers CO2
L’oscillation à ondes continues de haute puissance est possible. La longueur d’onde est de 10,6 µm, soit la bande de longueur d’onde la plus longue parmi les lasers couramment utilisés.
2. Lasers YAG
Bien qu’ils ne soient pas aussi puissants que les lasers CO2, les lasers YAG peuvent être transmis par fibre optique. Avec une longueur d’onde de 1,06 µm (1063 nm), il est plus court que le laser CO2 et absorbe donc une plus grande partie du matériau.
3. Lasers à fibre
Avec une large plage de sortie et une transmission par fibre optique, la machine peut être conçue de manière compacte.
Autres informations sur les machines à souder au laser
1. Avantages des machines à souder au laser
Une énergie thermique très élevée peut être appliquée à la soudure dans une mesure minimale, ce qui entraîne une perte d’énergie négligeable. De plus, la déformation de la soudure causée par la chaleur est réduite au minimum et il est possible de réaliser des soudures avec une pénétration profonde et forte.
Les autres avantages sont les suivants :
- Un contrôle informatique facile permet d’automatiser le processus de soudage à l’aide d’un bras robotisé.
- Le bras du robot dispose d’une grande liberté et peut souder à n’importe quel endroit.
- Le soudage peut être effectué en lignes plutôt qu’en points, ce qui améliore la résistance et élimine le besoin d’éléments de renforcement, réduisant ainsi le poids.
- Le soudage peut être effectué dans l’air, sans qu’il soit nécessaire de faire le vide comme dans le cas du soudage par faisceau d’électrons.
2. Soudage laser sur des flans sur mesure
Les flans sur mesure sont un processus dans lequel le matériau est d’abord soudé avant d’être formé par pressage. Ce procédé est utilisé pour des composants tels que les carrosseries et les châssis de voitures qui doivent répondre à un certain nombre d’exigences, telles que la légèreté, la résistance et la durabilité.
Le plus grand avantage des flans sur mesure est qu’il est possible de combiner différents matériaux. Il est possible de réaliser des économies de coûts et de poids en utilisant des matériaux durs, appelés matériaux à haute résistance à la traction, uniquement lorsque cela est nécessaire, et des matériaux souples dans les zones où la résistance n’est pas requise. Il est également possible de combiner différents matériaux et différentes épaisseurs de tôle.
Les flans sur mesure présentent toutefois l’inconvénient d’être extrêmement fragiles au niveau des joints, ce que le soudage au laser permet de compenser. Le soudage au laser entraîne une faible dégradation du matériau dans la zone de soudure et la zone de soudure subit un effet de trempe sous l’effet de la chaleur.
3. Mesures de sécurité lors de l’utilisation de machines à souder au laser
La lumière laser est une lumière artificielle spéciale qui peut être visible ou invisible. En raison de sa puissance et de sa densité plus élevées que celles de la lumière naturelle, elles sont plus susceptibles de provoquer des lésions oculaires et cutanées.
Les mesures de sécurité efficaces consistent à créer un environnement où la lumière laser est maintenue à l’extérieur en la couvrant, et à porter des lunettes de protection et des vêtements de protection.