La recherche sur le soudage laser vise des solutions de fabrication de véhicules électriques

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Note de l'éditeur : Cette fonctionnalité a été initialement publiée dans le numéro de juin 2022 de Canadian Fabricating & Welding.

Le soudage au laser a fait son apparition dans le secteur manufacturier ces dernières années. Des cellules de soudage aux modèles portatifs, le soudage au laser crée des gains d'efficacité pour les équipementiers et les ateliers. La technologie, qui offre des soudures de haute qualité, des vitesses de production rapides et un traitement post-soudage réduit, suscite davantage d'intérêt de la part des fabricants.

La technologie laser, quant à elle, continue de devenir de plus en plus sophistiquée. Civan Lasers, basée en Israël, est considérée comme à la pointe de ce développement. L'entreprise a reçu le Prism Award 2022 dans la catégorie lasers industriels décerné par SPIE, la société internationale d'optique et de photonique, et Photonics Media. Le prix récompense l'OPA 6 Weld de Civan, une technologie laser à faisceau dynamique (DBL) monomode à onde continue de 7 à 14 kW qui module la forme du faisceau comme souhaité à des vitesses allant jusqu'à des centaines de mégahertz sans aucune pièce mobile.

Le laser utilise une combinaison de faisceaux cohérents à réseau optique phasé pour fusionner de nombreux faisceaux laser monomodes en un faisceau plus grand. La lumière de chaque laser se chevauche avec d'autres faisceaux dans le champ lointain, créant un motif de diffraction qui permet de manipuler la forme du faisceau en temps réel. Les modulateurs de phase contrôlent les faisceaux individuels et le motif d'interférence résultant peut être ajusté pour maximiser la position du spot du faisceau et produire divers motifs de forme inscrits par le mouvement du faisceau.

"D'autres méthodes de mise en forme du faisceau concernent principalement l'oscillation du faisceau", a déclaré le Dr Asaf Nissenbaum, chercheur au laboratoire d'applications de Civan. « Autrement dit, vous pouvez légèrement faire fluctuer votre faisceau pour provoquer une direction localisée, et cela est soutenu par des moyens mécaniques. L'inconvénient de cette technologie est que vous utilisez des scanners galvo, qui ont une fréquence maximale limitée à laquelle ils peuvent fonctionner et une puissance de faisceau maximale que vous pouvez leur transmettre. De plus, le profil de mouvement d’oscillation est également limité, alors que le laser OPA 6 peut fonctionner à des fréquences et à des profils de forme beaucoup plus élevés.

La fréquence de forme, la séquence de forme et la profondeur de focalisation peuvent également être contrôlées pour permettre l'optimisation de l'évaporation dans le capillaire, de l'écoulement dans le bain de fusion et de la solidification de la masse fondue pour toute application de traitement de matériaux au laser. Un tel contrôle élimine la formation de pores, de projections et de fissures tout en augmentant les taux d'avance et les vitesses dans les applications de soudage et de fabrication additive, rapporte la société.

La vitesse à laquelle le laser peut fonctionner et la capacité de modifier le faisceau à la volée suscitent de l'intérêt pour la recherche liée à la fabrication de piles à combustible pour véhicules électriques (VE). Selon les récentes découvertes du projet Eureka, basé aux laboratoires Fraunhofer à Aix-la-Chapelle, en Allemagne, les lasers de l'entreprise pourraient fournir à l'industrie automobile une solution technologique pour produire en masse et de manière économique des moteurs à énergie propre grâce à une vitesse d'avance accrue pour le soudage bipolaire des plaques.

Le défi pour produire efficacement des piles à combustible réside dans le soudage des plaques bipolaires, des plaques minces de plusieurs centaines de microns. Chaque cellule contient 300 à 400 plaques avec un cordon de soudure de 3 à 6 m. Bien que de nombreux efforts soient déployés pour augmenter la vitesse de soudage afin de répondre à la demande, l'augmentation de la vitesse d'avance à plus de 0,5 m/s entraîne des défauts de soudage, entraînant des pièces défectueuses et un retard de matériaux.

Les trois organisations à l'origine du projet Eureka – Civan Lasers, l'Institut Fraunhofer de technologie laser (ILT) en Allemagne et Smart Move GmbH en Allemagne – visent à résoudre ce problème de soudage en utilisant la technologie laser de Civan.

« Au-dessus d'une certaine vitesse lors du soudage au laser, un défaut courant que l'on constate est ce qu'on appelle une « bosse », une bosse périodique surélevée dans la soudure », a déclaré Nissenbaum. « Cela soulève des problèmes de porosité, de cohérence et de manque de fusion. C'est une question de choix ou non dans l'industrie des piles à combustible. Avec ce laser, nous pouvons, par exemple, avoir une séquence de plusieurs formes, chacune étant destinée à résoudre un problème différent dans la soudure à l'échelle de la microseconde afin que nous puissions cibler l'ensemble du processus.