Table des Matières
Le soudage laser est devenu un processus de soudage largement utilisé dans de nombreux domaines de la fabrication. La technologie de soudage laser s'améliore constamment, et le processus devient de plus en plus sophistiqué. Alors, quels sont les facteurs qui influent sur les résultats du soudage laser ?
Équipement de Soudage
Les performances de différents équipements de soudage et leur stabilité et fiabilité affectent directement la qualité du soudage. Plus la structure de l'équipement est complexe, plus le degré de mécanisation et d'automatisation est élevé, plus la qualité du soudage dépend de celui-ci.
Par conséquent, un tel équipement doit avoir de meilleures performances et une meilleure stabilité. L'équipement de soudage doit être inspecté et testé avant utilisation, et un système d'inspection régulier doit être mis en œuvre pour tous les types d'équipements de soudage en service.
Pour les machines de soudage laser, les aspects suivants doivent être pris en compte :
- Types de Laser : Machines de soudage laser utilisent soit des lasers pulsés soit des lasers continus. Le type de laser approprié doit être sélectionné en fonction du matériau utilisé.
- Mode du Faisceau : Un ordre de mode de faisceau plus bas indique une meilleure performance de focalisation (c'est-à-dire une meilleure qualité de faisceau), entraînant une taille de tache plus petite et une densité de puissance laser plus élevée pour la même puissance laser, ce qui conduit à un rapport profondeur-largeur de soudure plus grand.
- Stabilité de la Puissance de Sortie : Une meilleure stabilité de la puissance de sortie du laser se traduit par une meilleure cohérence du soudage.
- Systèmes de Transmission Optique et de Focalisation : Ces composants optiques peuvent se dégrader sous l'influence des lasers de haute puissance, entraînant une diminution de la transmittance et générant un effet de lentille thermique (où la lentille change de mise au point en raison du chauffage). La contamination de surface peut augmenter les pertes de transmission ou même endommager les composants optiques. Par conséquent, la qualité, la maintenance et la surveillance des composants optiques sont cruciales pour garantir la qualité du soudage.
De plus, les conditions d'utilisation de l'équipement de soudage, telles que les besoins en eau, en électricité, en environnement, etc., l'ajustabilité de l'équipement de soudage, l'espace requis pour le fonctionnement, l'ajustement des erreurs, etc. doivent également être pleinement pris en compte, afin de garantir une utilisation normale de l'équipement de soudage.
Pièces à Souder
Pour garantir la qualité du soudage, l'inspection de la qualité des matières premières est très importante. Dans la phase initiale de la production, c'est-à-dire avant l'alimentation en matériaux, il est nécessaire de sceller les matériaux afin de stabiliser la production et la qualité des produits soudés.
- Taux d'Absorption du Matériau à Souder : La compatibilité du faisceau laser avec le matériau dépend de propriétés importantes telles que le taux d'absorption, la réflectivité, la conductivité thermique, le taux d'absorption étant le plus critique. Certains matériaux ont d'excellents taux d'absorption pour les lasers, tandis que d'autres ont une absorption faible ou nulle.
- Uniformité du Matériau pour les Pièces à Souder : L'uniformité du matériau affecte directement la qualité du soudage. Par exemple, lors du soudage d'alliages d'aluminium, une distribution inégale des éléments d'alliage ou une teneur en impuretés variable peuvent entraîner des défauts de soudage tels que des porosités, des crevasses et des cratères. Des dimensions de matériau non uniformes, en particulier en ce qui concerne l'épaisseur et la hauteur, peuvent entraîner un mauvais ajustement avec les fixations, des écarts par rapport au point focal et une qualité de soudage sous-optimale.
- Précision de l'Assemblage des Pièces à Souder : En raison de la petite taille du point laser et de la soudure étroite, le soudage n'implique généralement pas l'ajout de métal d'apport. Si l'assemblage présente des écarts excessifs en raison d'un mauvais ajustement, le faisceau laser peut passer à travers l'espace sans fondre le matériau de base ou causer des crevasses et des cratères visibles.
- Propreté de la Pièce à Souder : Une propreté de surface insuffisante avec des impuretés peut également entraîner une mauvaise qualité de soudage.
Processus de Soudage
Les paramètres du processus de soudage comprennent la puissance de sortie du laser, la vitesse de soudage, la forme d'onde du laser, la fréquence des impulsions, la quantité de défocalisation et la largeur des impulsions.
- Puissance de Sortie : Le soudage laser implique une densité d'énergie seuil. En dessous de cette valeur, la profondeur de fusion est faible. Une fois cette valeur atteinte ou dépassée, la profondeur de fusion augmente considérablement. Le plasma n'est généré que lorsque la densité de puissance du laser sur la surface de la pièce dépasse le seuil (lié au matériau), indiquant le début d'un soudage par pénétration profonde stable. Si la puissance du laser est inférieure à ce seuil, seule une fusion de surface se produit, entraînant un soudage par conduction thermique stable. Lorsque la densité de puissance du laser est proche des conditions critiques pour la formation de pores, le processus de soudage devient instable, entraînant une fluctuation significative de la profondeur de fusion. La puissance du laser contrôle à la fois la profondeur de fusion et la vitesse de soudage lors du soudage par pénétration profonde. La profondeur de fusion est directement liée à la densité de puissance du faisceau incident et à la taille du point focal. En général, une puissance laser plus élevée entraîne des vitesses de soudage plus rapides, mais une puissance excessive peut provoquer une profondeur de fusion trop importante, entraînant des défauts tels que des fissures. Il est donc recommandé de privilégier la détermination de la plage de puissance effective pour un meilleur réglage des paramètres pendant le processus de réglage.
- Vitesse de Soudage : Des vitesses de soudage plus élevées entraînent des profondeurs de fusion moins importantes. Un grand et large bain de fusion se forme à basse vitesse, ce qui le rend propice à l'effondrement. Lors du soudage à grande vitesse, l'écoulement intense du métal liquide au centre du bain de fusion se solidifie des deux côtés de la soudure avant d'avoir la chance de se redistribuer, ce qui entraîne une soudure inégale. Par conséquent, Yupec Laser recommande d'utiliser un soudage à haute vitesse pour les plaques minces ou les matériaux ayant une bonne soudabilité et des vitesses plus faibles pour les plaques épaisses et les matériaux difficiles.
- Forme d'Onde du Laser : Les formes d'onde du laser comprennent les formes d'onde d'impulsion couramment utilisées pour les lasers pulsés et les formes d'onde de soudage de joint pour le soudage continu. Par exemple, lors du soudage de matériaux à haute réflectivité tels que le cuivre, l'aluminium, l'or ou l'argent, une forme d'onde trapézoïdale peut être utilisée pour surmonter la barrière de haute réflectivité. Pour les métaux noirs comme le fer et le nickel avec une faible réflectivité de surface, des ondes rectangulaires ou des ondes s'atténuant progressivement sont préférables.
- Fréquence des Impulsions : La fréquence des impulsions, la taille du faisceau et la vitesse de soudage doivent être adaptées pour obtenir le taux de chevauchement désiré. En général, un taux de chevauchement plus élevé entraîne une soudure plus lisse, mais la vitesse de soudage diminue également en conséquence. Lorsque la fréquence des impulsions laser dépasse une certaine valeur, le taux de chevauchement devient trop élevé, dépassant la limite de soudage du matériau et entraînant une pénétration ou des éclaboussures de soudure.
- Quantité de Défocalisation Il existe deux types de défocalisation : la défocalisation positive et la défocalisation négative. La défocalisation positive place le plan focal au-dessus de la pièce, tandis que la défocalisation négative le place en dessous. Avec la défocalisation négative, la densité de puissance interne du matériau est supérieure à celle en surface, le rendant propice à une fusion et à une vaporisation plus fortes, permettant à la lumière de pénétrer plus profondément dans le matériau. Dans les applications pratiques, la défocalisation négative est utilisée lorsque la profondeur de fusion est importante, tandis que la défocalisation positive est adaptée au soudage de matériaux fins.
- Largeur d'Impulsion : Ce paramètre s'applique principalement aux machines de soudage laser à impulsions. La largeur d'impulsion est l'un des paramètres importants des machines de soudage laser à impulsions. Il fait la distinction entre l'élimination de matériau et la fusion de matériau et est un paramètre clé qui détermine le coût et le volume de l'équipement de traitement. Une largeur d'impulsion plus longue entraîne un diamètre de soudure plus grand, et pour la même distance de travail, une profondeur de fusion plus importante.
Table de Travail
La table de travail influe directement sur l'effet de soudage et l'efficacité de traitement. Si la plate-forme de soudage n'est pas de niveau ou n'est pas verticale, la qualité du cordon de soudure sera affectée. De plus, si la surface de la plate-forme de soudage contient des impuretés telles que de l'huile et de la poussière, ces impuretés peuvent se mélanger dans le cordon de soudure pendant le processus de soudage, affectant la densité et la résistance du cordon de soudure. Dans la production à grande échelle, les machines de soudage laser entièrement automatiques utilisent souvent des tables de travail automatiques pour améliorer l'efficacité de production, de sorte que la différence de tables de travail peut avoir un impact significatif sur les résultats de soudage.
Accessoires de Soudage
Les accessoires de soudage garantissent le positionnement précis et le serrage sécurisé des composants soudés, facilitant l'installation et le soudage des composants et répondant aux exigences de processus en matière de précision structurale. La promotion active et l'application d'accessoires compatibles avec les structures de produits dans la production de soudage moderne jouent un rôle crucial dans l'amélioration de la qualité des produits, la réduction de l'intensité de travail pour les travailleurs et l'accélération de la mécanisation et de l'automatisation du processus de soudage.
Gaz de Protection
Le gaz de protection, ou gaz de protection, est également l'un des facteurs importants affectant la qualité du soudage. Le gaz de protection est un gaz inerte utilisé pour protéger le bain de fusion pendant le processus de soudage laser. Certains matériaux peuvent ne pas nécessiter de gaz de protection si l'oxydation de surface n'est pas une préoccupation, mais il est généralement nécessaire pour la plupart des applications. Le gaz de protection remplit diverses fonctions, telles que l'expulsion ou l'affaiblissement du plasma (qui est facilement généré pendant le soudage laser et a des effets sur l'absorption, la réfraction et la réflexion du laser), l'augmentation du taux de refroidissement du cordon de soudure, la réduction du degré d'oxydation de surface dans le cordon de soudure, et l'amélioration de l'aspect de surface du cordon de soudure. Les gaz de protection couramment utilisés comprennent l'azote, l'argon, l'hélium, ainsi que des mélanges d'argon et d'hélium. Pour plus d’informations sur le gaz de protection lors du soudage laser, vous pouvez consulter ici.
Conclusion
En conclusion, l'efficacité du soudage laser est influencée par une myriade de facteurs, allant des caractéristiques de l'équipement de soudage aux subtilités du processus de soudage et à la qualité des pièces à usiner.
Le choix du type de laser approprié, la garantie de la stabilité de la puissance de sortie et le maintien de l'intégrité des composants optiques sont des considérations cruciales dans l'équipement de soudage. Les propriétés des matériaux à souder, telles que le taux d'absorption, l'uniformité et la propreté, jouent un rôle essentiel dans la détermination de la qualité globale du soudage.
Le réglage fin des paramètres du processus de soudage, y compris la puissance de sortie, la vitesse de soudage, la forme d'onde du laser, la fréquence des impulsions, la quantité de défocalisation et la largeur des impulsions, est essentiel pour obtenir les résultats de soudage souhaités. De plus, l'état de la table de travail, l'utilisation de dispositifs de soudage adaptés et l'application de gaz de protection contribuent également au succès global du processus de soudage laser.
À mesure que la technologie du soudage laser continue de progresser, la compréhension et l'optimisation de ces facteurs seront essentielles pour repousser les limites de la précision, de l'efficacité et de la qualité dans diverses applications de fabrication. L'interaction complexe de ces éléments souligne l'importance d'une approche holistique du soudage laser, où la prise en compte minutieuse de chaque facteur contribue collectivement au succès du processus de soudage et à la qualité du produit final.
