Soudage laser : types, avantages et applications

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Le soudage au laser (amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement) est l’une des formes de soudage les plus avancées techniquement. Ses applications couvrent un large éventail d’industries, de l’aérospatiale à la fabrication de bijoux raffinés.

Cependant, il existe plusieurs types de soudage qui étaient utilisés bien avant le soudage au laser, ce qui soulève la question de savoir pourquoi avons-nous besoin de la technologie laser alors que nous avons d'autres alternatives ?

Nous y reviendrons après avoir brièvement évoqué les débuts de la technologie. C'est Einstein qui a prédit l'émission stimulée, principe de base du laser.

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Cependant, ce n’est qu’en 1967 que nous avons utilisé pour la première fois le laser pour ses capacités de soudage et de découpe. Le laser utilisé dans les expériences de 1967 utilisait du gaz assisté par oxygène avec un faisceau laser de CO2 concentré.

Le projet a été dirigé par le Dr Peter Houldcroft. L'expérience et ses détails ont été expliqués dans un article intitulé Gas-jet laser Cutting' par ABJ Sullivan et PT Houldcroft.

La découpe au laser a jeté les bases du soudage au laser, car elle consiste à faire fondre le métal sans le percer.

Le soudage au laser utilise un faisceau de lumière très concentré sur un très petit point afin que la zone située sous le faisceau laser absorbe la lumière et devienne très énergétique. Lorsque de puissants faisceaux laser sont utilisés, les électrons de la zone sont excités à un point tel que le matériau fond lorsque les atomes rompent leurs liaisons les uns avec les autres.

Le soudage au laser peut également être utilisé pour assembler des plastiques.

Cette fusion des deux matériaux au niveau de leurs coutures les fusionne en un joint. Il est surprenant de voir à quel point la lumière peut être suffisamment puissante pour métalliser des métaux en quelques millisecondes. Pour obtenir des faisceaux laser aussi puissants, la machine de soudage laser utilise plusieurs pièces qui dirigent et amplifient le laser.

Les lasers à gaz, les lasers à solide et les lasers à fibre sont les trois lasers les plus couramment utilisés dans une machine de soudage laser.

Normalement, le faisceau laser est fourni à la machine de soudage laser au moyen de fibres optiques. Il existe des machines à souder à fibre unique et des machines à souder à fibres multiples. Les machines de soudage à fibres multiples ont un laser connecté à chaque fibre, avec chaque fibre, la puissance du laser augmente.

Pour concentrer le faisceau en un point avant qu'il ne quitte la machine, une lentille collimatrice associée à une lentille de focalisation est souvent utilisée.

Quatre joints de soudure principaux sont compatibles avec les soudures laser :

Si vous vous êtes intéressé au soudage au laser, vous avez peut-être remarqué le compagnon constant de la buse laser, une autre buse qui fournit un gaz appelé gaz de procédé ou gaz de coupe.

Fondamentalement, c'est le flux de gaz, qui est le plus souvent du CO2, qui est également dirigé vers l'emplacement de la soudure dans le but d'éviter le contact de la surface de la soudure avec l'atmosphère.

Sans l’utilisation de gaz de coupe, il n’existe que deux options pour l’atmosphère de soudage : soit l’atmosphère normale, soit le vide. Le soudage au laser sous vide est certes possible, mais peu plausible en raison de son coût élevé et de la nécessité d'une configuration spécialisée.

Dans une atmosphère normale, le soudage au laser sans gaz de traitement peut produire des effets défavorables. L’azote présent dans l’air étant en très forte concentration, il peut se mélanger au métal en fusion et provoquer la formation de vides ou de trous dans la soudure. De tels événements peuvent conduire à des ruptures de soudure.

Des facteurs tels que l’humidité de l’air peuvent provoquer la production d’hydrogène lors du soudage. La diffusion de l’hydrogène dans le métal entraîne également une faiblesse des joints de soudure. Par conséquent, le soudage au laser dans une atmosphère normale sans blindage n’est pas du tout envisageable.

Les machines à souder sont livrées avec un accessoire de gaz de coupe qui projette du gaz sur la surface de la soudure en garantissant qu'aucune impureté ne soit mélangée à la soudure.

Le soudage au laser peut être effectué de deux manières : le soudage par conduction thermique et le soudage en trou de serrure.