Considérations essentielles pour le soudage au laser

Le soudage au laser implique une multitude de variables de processus. Mais avec une pensée créative, cela offre également des opportunités significatives.

Dans chaque secteur, les produits sont conçus, repensés ou réévalués pour de meilleurs matériaux ou fonctionnalités. Les produits finaux sont constitués de nombreux composants, et ces composants doivent être assemblés d'une manière ou d'une autre. L'une de ces méthodes d'assemblage est le soudage au laser.

Le soudage au laser utilise un faisceau de lumière de haute intensité pour créer un bain de fusion en fusion afin de fusionner les matériaux. Il s'agit d'un processus sans contact, qui a un faible apport de chaleur par rapport aux autres processus de fusion, offre des vitesses de traitement élevées et produit des zones de fusion profondes en un seul passage.

Bien entendu, pour profiter pleinement de tous ces avantages et garantir un processus reproductible et de haute qualité, les fabricants doivent tenir compte de la manière dont le soudage au laser se compare aux autres procédés de soudage par fusion. La conception des joints et des fixations joue également un rôle. Comme pour toute technologie de fabrication métallique, une mise en œuvre intelligente commence par une bonne compréhension des principes fondamentaux du processus.

Le soudage au laser utilise un faisceau de lumière focalisé sur un petit point de la pièce. Générée à partir d'une forme de milieu, la lumière sort de la source laser et commence à diverger. Il est ensuite collimaté pour que le faisceau soit parallèle et ne grandisse pas. La distance entre la sortie et la surface de collimation est appelée longueur de collimation. Le faisceau reste collimaté jusqu'à ce qu'il touche une surface focale. Ensuite, le faisceau se rétrécit en forme de sablier jusqu'à ce qu'il soit net à son point le plus petit. La distance entre la surface focale et le plus petit point est appelée distance focale. La taille du point focal est déterminée par l'équation suivante : Diamètre de la fibre × Distance focale/Longueur de collimation = Diamètre du foyer

La distance à laquelle le diamètre de mise au point se situe à moins de 86 % de la zone focale est appelée profondeur de mise au point. Si la position centrale se déplace en dehors de cette zone, attendez-vous à ce que les résultats du processus changent. Plus le rapport entre la distance focale et la longueur de collimation est grand, plus la profondeur de champ est grande pour une fibre donnée.

Les fibres plus grandes ont une plus grande profondeur de champ que les fibres de plus petit diamètre. Les rapports et les fibres plus grands ont une taille de spot plus grande, ce qui entraîne une diminution de la densité de puissance et, par conséquent, une diminution de la pénétration.

Il existe deux formes de soudage au laser : le soudage par conduction thermique et le soudage en trou de serrure. Lors du soudage par conduction thermique, le faisceau laser fait fondre les pièces en contact le long d'un joint commun, et les matériaux fondus s'écoulent ensemble et se solidifient pour former la soudure. Utilisé pour assembler des pièces à parois minces, le soudage par conduction thermique utilise des lasers à semi-conducteurs pulsés ou à ondes continues.

Dans le soudage par conduction thermique, l’énergie est transmise à la pièce uniquement par conduction thermique. Pour cette raison, la profondeur de soudure varie de quelques dixièmes de millimètre à 1 mm seulement. La conductivité thermique du matériau limite la profondeur maximale de soudure et la largeur de la soudure est toujours supérieure à sa profondeur. Le soudage laser par conduction thermique est utilisé pour les soudures d'angle sur les surfaces visibles des boîtiers d'appareils ainsi que pour d'autres applications en électronique.

Soudage en trou de serrure (voirFigure 1 ) nécessite des densités de puissance extrêmement élevées, d’environ 1 mégawatt par centimètre carré. Il est utilisé dans les applications nécessitant des soudures profondes ou lorsque plusieurs couches de matériau doivent être soudées simultanément.

Dans ce processus, le faisceau laser fait non seulement fondre le métal mais produit également de la vapeur. La vapeur qui se dissipe exerce une pression sur le métal en fusion et le déplace partiellement. Pendant ce temps, la matière continue de fondre. Le résultat est un trou profond et étroit, rempli de vapeur, ou trou de serrure, entouré de métal en fusion.

FIGURE 1Le soudage en trou de serrure nécessite des densités de puissance extrêmement élevées et est utilisé dans les applications nécessitant des soudures profondes.

À mesure que le faisceau laser avance le long du joint de soudure, le trou de serrure se déplace avec lui à travers la pièce. Le métal en fusion coule autour du trou de serrure et se solidifie dans sa trace. Cela produit une soudure profonde et étroite avec une structure interne uniforme. La profondeur de soudure peut dépasser 10 fois la largeur de soudure. Le matériau fondu absorbe presque complètement le faisceau laser et l'efficacité du processus de soudage augmente. La vapeur présente dans le trou de la serrure absorbe également la lumière laser et est partiellement ionisée. Cela entraîne la formation de plasma, qui injecte également de l'énergie dans la pièce. En conséquence, le soudage à pénétration profonde se distingue par une grande efficacité et des vitesses de soudage rapides. Grâce à la vitesse élevée, la zone affectée thermiquement (ZAT) est petite et la distorsion est minime.