Table des matières:
Paramètres du processus de soudage laser de haute précision
Convient pourtechnologie de soudage laser
Avantages du soudage laser
Soudage laser à fusion profonde de haute précision
Soudage laser de l'acier importé
1. Paramètres du processus de soudage laser :
1.1 Densité de puissance :
La densité de puissance est un paramètre clé du traitement laser. Une densité de puissance élevée permet de chauffer rapidement la couche superficielle jusqu'à son point d'ébullition en quelques microsecondes, entraînant une évaporation importante. Par conséquent, une densité de puissance élevée est propice aux procédés d'enlèvement de matière tels que la découpe, la gravure et le perçage. En revanche, une densité de puissance plus faible atteint le point d'ébullition de la surface en quelques millisecondes. Cela permet à la couche inférieure d'atteindre son point de fusion avant l'évaporation de la couche superficielle, facilitant ainsi la formation d'une soudure solide. Par conséquent, la densité de puissance du soudage laser par conduction est généralement comprise entre 10^4 et 10^6 W/cm².
1.2 Largeur d'impulsion laser :
La largeur d'impulsion est un paramètre important en soudage laser pulsé. Elle diffère non seulement de l'enlèvement de matière et de la fusion, mais constitue également un facteur clé dans la détermination du coût et du volume des équipements de traitement.
1.3 L'influence de la défocalisation sur la qualité du soudage :
Le soudage laser nécessite généralement un certain degré de défocalisation, car la densité de puissance au centre du point focal laser est élevée, ce qui peut facilement provoquer de l'évaporation et des trous. En revanche, la distribution de la densité de puissance est relativement uniforme sur le plan éloigné du point focal laser.
Il existe deux modes de défocalisation : positive et négative. La défocalisation positive se produit lorsque le plan focal est au-dessus de la pièce, tandis que la défocalisation négative se produit en dessous.
Une défocalisation négative entraîne une plus grande profondeur de fusion, liée au processus de formation du bain. Les résultats expérimentaux montrent que le matériau commence à fondre entre 50 et 200 µs après chauffage par laser, formant un métal en phase liquide et se vaporisant de vapeur à pression industrielle, émettant une lumière blanche éblouissante à une vitesse extrêmement élevée.
Dans le même temps, la forte concentration de vapeur provoque le déplacement du métal liquide vers le bord du bain, formant une dépression au centre du bain.
En cas de défocalisation négative, la densité de puissance interne du matériau est supérieure à sa densité de puissance surfacique, ce qui favorise une fusion et une vaporisation plus importantes. Cela permet de transférer l'énergie lumineuse vers une partie plus profonde du matériau, ce qui améliore sa pénétration. Par conséquent, la défocalisation négative est recommandée pour les profondeurs de fusion plus importantes, tandis que la défocalisation positive est préférable pour le soudage de matériaux minces dans des applications pratiques.
2.Technologie de soudage laser：
1) Soudage carte à carte :
Il comprend le soudage bout à bout, le soudage en bout, le soudage perméable au centre et le soudage perforé au centre.
2) Soudage fil à fil :
Il comprend le soudage bout à bout fil à fil, le soudage croisé, le soudage par recouvrement parallèle et le soudage en T.
3) Soudage de composants en fils et en blocs :
Le soudage laser permet de connecter efficacement le fil à l'élément de masse, dont la taille peut être arbitraire. Il convient de tenir compte de la géométrie de l'élément de ligne lors du soudage.
4) Soudage de différents métaux :
Pour souder différents types de métaux, il est nécessaire de déterminer leur soudabilité et leur plage de paramètres de soudabilité.
Il convient de noter que le soudage laser ne peut être effectué qu'entre certaines combinaisons de matériaux.
Bien que le brasage au laser puisse ne pas convenir à la connexion de certains composants, les lasers peuvent être utilisés comme source de chaleur pour le brasage tendre et le brasage, ce qui présente également les avantages du soudage au laser.
Il existe une variété de méthodes de soudage. Le soudage laser est principalement utilisé pour le soudage de circuits imprimés (PCB), notamment pour l'assemblage de plaquettes.
3. Avantages du soudage laser :
Le chauffage local réduit le risque de dommages thermiques aux composants et crée une petite zone affectée thermiquement qui permet le soudage à proximité des composants thermiques.
Le chauffage sans contact permet de faire fondre l'eau sans outils auxiliaires. Cela permet de traiter le circuit imprimé double face après l'installation des composants double face.
La stabilité des opérations répétées, associée à une pollution minimale du flux des outils de soudage, fait du brasage laser un choix judicieux. De plus, le temps d'irradiation et la puissance de sortie du laser sont faciles à contrôler, et le rendement du brasage laser est élevé.
Des composants optiques tels que des demi-lentilles, des miroirs, des prismes et des miroirs de balayage permettent de séparer facilement le faisceau laser. Cela permet de souder simultanément plusieurs points de manière symétrique.
Le brasage laser utilise principalement un laser d'une longueur d'onde de 1,06 µm comme source de chaleur, transmissible par fibre optique. Cela permet d'usiner des pièces difficiles à souder par les méthodes traditionnelles, offrant ainsi une plus grande flexibilité.
Le faisceau laser présente de bonnes propriétés de focalisation et permet d'automatiser facilement les équipements multi-stations.
4. Soudage laser par fusion profonde :
4.1 Technologie métallurgique et théorie des procédés :
Le processus métallurgique de soudage laser par fusion profonde est similaire au soudage par faisceau d’électrons, qui repose sur une structure à « petit trou » pour compléter la conversion d’énergie.
Lorsque la densité de puissance est suffisamment élevée, le matériau s'évapore, formant un petit trou. Ce trou est rempli de vapeur, tel un corps noir, absorbant la quasi-totalité de l'énergie de la lumière incidente. La température d'équilibre dans la cavité du trou est d'environ 25 000 degrés.
La chaleur est transmise par la paroi extérieure de la cavité haute température, faisant fondre le métal environnant. Le trou est constamment rempli de vapeur à haute température générée par l'évaporation du matériau de la paroi sous l'effet du faisceau lumineux.
Les quatre parois du trou sont entourées de métal en fusion, qui à son tour est entouré de matière solide. Le métal liquide à l'extérieur du trou s'écoule et maintient un équilibre dynamique avec la pression de vapeur continue dans la cavité du trou.
Lorsque le faisceau lumineux se déplace, le trou reste stable. Cela signifie que le petit trou et le métal en fusion qui l'entoure avancent à la vitesse du faisceau guidé. Le métal en fusion remplit l'espace laissé par le trou en mouvement et se condense pour former une soudure.
4.2 Facteurs d'influence :
Les facteurs qui affectent le soudage par fusion profonde au laser sont la puissance du laser, le diamètre du faisceau laser, le taux d'absorption du matériau, la vitesse de soudage, le gaz protecteur, la distance focale de l'objectif, la position de mise au point, la position du faisceau laser et le contrôle de l'augmentation ou de la diminution du démarrage et de l'arrêt de la puissance du laser.
4.3 Caractéristiques du soudage laser par fusion profonde :
1) Rapport hauteur/largeur élevé : à mesure que le métal en fusion se forme autour de la chambre à vapeur cylindrique à haute température et s'étend jusqu'à la pièce, la soudure devient plus profonde et plus étroite.
2) Apport de chaleur minimal : en raison de la température élevée de la cavité source, le processus de fusion est rapide, l'apport de chaleur de la pièce est faible et la déformation thermique et la zone affectée par la chaleur sont faibles.
3) Haute densité : Parce que les petits trous remplis de vapeur à haute température favorisent l'agitation du bain et l'échappement du gaz, formant ainsi une soudure fondue non poreuse.
La vitesse de refroidissement est rapide après le soudage et l'organisation du soudage est facile à affiner.
4) Renforcer les soudures.
5) Contrôle précis.
6) Procédé de soudage atmosphérique sans contact.
4.4 Avantages du soudage laser par fusion profonde :
Comparée aux méthodes traditionnelles, la densité de puissance du faisceau laser focalisé est plus élevée, ce qui accélère le soudage. De plus, elle permet de souder des matériaux réfractaires tels que le titane et le quartz avec des zones affectées thermiquement plus petites et une déformation plus faible.
Le faisceau laser est facile à transmettre et à contrôler, éliminant ainsi le besoin de remplacement fréquent des torches et des buses, réduisant ainsi les temps d'arrêt et améliorant le facteur de charge et l'efficacité de la production.
La purification et le taux de refroidissement élevé contribuent à améliorer la résistance de la soudure et les performances globales.
Le faible apport de chaleur et la grande précision d’usinage du soudage laser réduisent les coûts de retraitement, ce qui en fait une solution rentable.
Le soudage laser peut être facilement automatisé et contrôler efficacement l'intensité du faisceau et le positionnement précis.
4.5 Équipement de soudage laser par fusion profonde :
D'une manière générale, le soudage laser de l'acier au carbone a un bon effet et la qualité du soudage dépend principalement de la teneur en impuretés.
Comme d’autres procédés de soudage, le soufre et le phosphore sont des facteurs qui affectent la sensibilité des fissures de soudage.
Afin d'obtenir une qualité de soudage satisfaisante, un préchauffage est nécessaire lorsque la teneur en carbone dépasse 0,25 %.
Lors du soudage d'acier avec une teneur en carbone différente, il est recommandé d'incliner légèrement la torche de soudage du côté du matériau à faible teneur en carbone pour garantir la qualité du joint.
En raison de sa teneur élevée en soufre et en phosphore, l'acier à faible teneur en carbone ne convient pas au soudage au laser.
En raison de la faible teneur en impuretés, l'effet de soudage de l'acier sédatif à faible teneur en carbone est excellent.
L'acier à moyenne et haute teneur en carbone ainsi que l'acier allié ordinaire peuvent également être soudés efficacement au laser. Cependant, un préchauffage et un traitement post-soudage sont nécessaires pour éliminer les contraintes et prévenir la formation de fissures.
5. Soudage laser de l'acier :
5.1 Soudage laser de l'acier au carbone et de l'acier allié ordinaire :
D'une manière générale, l'acier au carbone présente de bonnes performances de soudage au laser, et la qualité du soudage est affectée par la teneur en impuretés.
Comme pour d’autres techniques de soudage, le soufre et le phosphore sont les principaux facteurs à l’origine des fissures de soudage.
Lorsque la teneur en carbone dépasse 0,25 %, un préchauffage doit être effectué pour obtenir la qualité de soudage idéale.
Lors du soudage d'acier avec une teneur en carbone différente, inclinez la torche de soudage vers le côté à faible teneur en carbone pour garantir la qualité du joint.
En raison de la teneur élevée en soufre et en phosphore, le soudage au laser n'est pas recommandé pour l'acier à faible teneur en carbone.
L'acier au carbone à faible teneur en carbone présente un excellent effet de soudage en raison de sa faible teneur en impuretés.
Les aciers à teneur moyenne et élevée en carbone ainsi que les aciers alliés ordinaires peuvent être soudés efficacement au laser, mais un préchauffage et un traitement post-soudage sont nécessaires pour éliminer les contraintes et empêcher la formation de fissures.
5.2 Soudage laser de l'acier inoxydable :
D'une manière générale, le soudage laser de l'acier inoxydable permet d'obtenir des joints de haute qualité plus facilement que le soudage traditionnel. En effet, la faible zone affectée thermiquement et la vitesse de soudage élevée éliminent tout risque de sensibilisation.
Comparé à l'acier au carbone, l'acier inoxydable a une conductivité thermique plus faible et permet de réaliser plus facilement des soudures en fusion profonde et des soudures étroites.
5.3 Soudage laser entre différents métaux :
Le soudage au laser présente une vitesse de refroidissement rapide et une petite zone affectée par la chaleur, ce qui crée des conditions favorables à la compatibilité de différents matériaux tissulaires après la fusion d'une variété de métaux différents.