Procédure de soudage au laser – Paramètres
Un système de soudage au laser se compose d’un laser, d’une fibre optique de transmission, d’une tête de collimation et de focalisation ou d’un galvanomètre, etc. La lumière provenant de la fibre optique est divergente et doit être transformée en lumière parallèle à l’aide d’une lentille de collimation, puis focalisée par une lentille de focalisation (effet loupe). Les paramètres clés lors du réglage du procédé laser sont : la puissance, la vitesse, le décalage de focalisation et le gaz de protection.
En général, avant de déterminer les paramètres d’une pièce à usiner, il faut d’abord définir la vitesse d’usinage. Cela nécessite une communication avec le client afin de déterminer cette vitesse en fonction de ses besoins. Par exemple, si des exigences sont formulées concernant le temps de cycle de production et le volume de sortie, la vitesse approximative peut être déterminée par calcul inverse. Des ajustements du procédé peuvent ensuite être effectués sur la base de cette vitesse.
En général, une vitesse excessive entraîne une caractéristique en forme de V, comme illustré sur l’image.
Puissance : Il s'agit de la puissance de soudage au laser, généralement réglée via la forme d'onde. Le soudage au laser est un procédé de conversion d'énergie impliquant un apport et une absorption de chaleur. Par conséquent, le contrôle de la forme d'onde et de la puissance exige une grande expérience. Ce paramètre varie selon les matériaux utilisés, leur épaisseur, le type de soudure et l'équipement employé. Pour obtenir des performances optimales, il convient de porter une attention particulière à l'énergie ; les modifications de la forme d'onde influencent la variation de l'énergie par unité. Ce réglage est généralement intégré dans le logiciel, ce qui permet de le surveiller afin d'acquérir progressivement une connaissance approfondie de l'impact des différents matériaux sur les variations d'énergie. Le contrôle des fissures est, quant à lui, généralement plus tributaire de l'expérience. Les caractéristiques métallographiques associées à la puissance dans le cas d'une soudure en ligne droite sont la profondeur et la largeur de la soudure. Si la profondeur et la largeur de la soudure sont trop faibles, augmentez l'énergie ; si elles sont trop importantes, diminuez l'énergie.
Des niveaux de puissance différents affectent directement la profondeur de fusion, comme le montre la figure, qui est un diagramme métallographique de la profondeur de fusion à différents niveaux d’énergie.
Une énergie insuffisante entraîne souvent des soudures partielles ou incomplètes, comme illustré sur l’image. Seule une fine couche superficielle fond, avec une pénétration très faible, ce qui rend difficile le respect des exigences du procédé.
Défocalisation : tout d’abord, l’énergie unitaire du faisceau laser n’est pas uniforme à chaque position. L’énergie est la plus concentrée au point focal, ce qui donne la taille de spot la plus petite (zone d’action laser plus réduite, énergie plus concentrée). Par conséquent, tous les réglages de paramètres ne sont significatifs qu’une fois le point focal déterminé. La recherche du point focal est donc cruciale et constitue une tâche exigeante sur le plan technique.
Gaz de protection : Il existe de nombreux types de gaz de protection. Dans les lignes de production industrielles, l’azote est généralement utilisé afin de maîtriser les coûts, tandis que l’argon constitue le gaz principal employé en laboratoire. L’hélium et d’autres gaz inertes sont également utilisés ; toutefois, ces deux derniers sont généralement réservés à des situations particulières. Comme le soudage au laser est un procédé réactionnel à haute température et très violent, le métal fond et s’évapore. À haute température, le métal est extrêmement réactif : dès qu’il entre en contact avec de l’oxygène, une réaction violente se produit, entraînant une forte projection de matière et une surface de soudure rugueuse et irrégulière. Le gaz de protection est donc utilisé pour créer, sur une petite zone (près du bain de fusion), un environnement dépourvu d’oxygène, empêchant ainsi les réactions d’oxydation violentes qui nuiraient à la qualité de la soudure et rendraient la surface extérieure rugueuse.
Si le débit du gaz protecteur est trop élevé, il chassera la flaque de fusion ; s’il est trop faible, il ne parviendra pas à protéger efficacement la flaque de fusion contre l’oxygène. Il doit être ajusté de manière souple en fonction des conditions de travail sur site.
