Qu'est-ce que le soudage laser ? Le développement actueltechnologie de soudage au laser? Quels champs peuventtechnologie de soudage au laser À quoi s'applique-t-il ? Qu'est-ce que le soudage laser ?
En termes simples, le soudage au laser consiste à chauffer la surface de la pièce avec un rayonnement laser, la chaleur de surface se diffuse vers l'intérieur par conduction thermique, puis en contrôlant la largeur, l'énergie, la puissance de crête, la fréquence de répétition et d'autres paramètres de l'impulsion laser, la pièce est fondue pour former un bain spécifique, de manière à réaliser le soudage.
Le soudage au laser peut minimiser la quantité de chaleur entrante requise, la plage de changements métallographiques dans la zone affectée par la chaleur est faible et la déformation causée par la conduction thermique est également la plus faible.
Grâce au soudage sans contact, l'usure et la déformation de l'équipement sont minimisées. Le faisceau laser est facile à focaliser, à aligner et à guider grâce à des instruments optiques. Il peut être placé à une distance appropriée de la pièce et redirigé entre les outils ou les obstacles autour de la pièce.
Le faisceau laser peut être focalisé sur une zone très restreinte, permettant ainsi de souder des pièces petites et rapprochées. La gamme de matériaux soudables est large et permet également d'assembler divers matériaux hétérogènes.
Le soudage à grande vitesse est facile à réaliser grâce à l'automatisation et peut être contrôlé numériquement ou par ordinateur. Le soudage de fils fins ou de diamètre fin évite tout risque de fusion.
Table des matières:
État de développement de technologie de soudage au laser
Soudage laser efficace du cuivre et des alliages de cuivre
Soudage oscillant laser d'alliages d'aluminium
L'application actuelle de technologie de soudage au laser dans divers domaines
Application de technologie de soudage au laser dans le domaine de la construction automobile
La tendance de développement de technologie de soudage au laser
État de développement detechnologie de soudage au laser：
Technologie de soudage laser Le développement de la technologie laser a été parallèle à celui de la technologie laser. Ces dernières années, de nouvelles sources lumineuses, telles que les lasers bleus, verts et femtosecondes, ainsi que de nouveaux procédés comme le soudage oscillant et le soudage par points à intensité variable ARM (mode annulaire réglable), ont été introduits en permanence, apportant des solutions innovantes à certains problèmes de soudage en production industrielle. Le soudage laser a ainsi rapidement progressé et s'est développé dans divers secteurs industriels.
Métaltechnologie de soudage au laser：
La densité énergétique élevée du laser permet de souder certains matériaux métalliques difficiles à souder, mais le soudage de matériaux hautement réfléchissants tels que l'or, l'argent, le cuivre, l'aluminium et d'autres métaux différents pose encore quelques problèmes. Les principales raisons sont les suivantes :
1. Avec une réflectivité élevée et une conductivité thermique élevée, le soudage laser nécessite une puissance de démarrage plus élevée.
2. Dans le processus de soudage laser haute puissance, il est plus sensible aux changements de l'état de surface du matériau, ce qui conduit à une mauvaise formation des joints de soudure/soudures.
3. La vitesse de soudage au laser est rapide, ce qui entraîne des défauts de soudage tels que des pores à l'intérieur de la soudure, en particulier l'aluminium et les alliages d'aluminium.
Soudage laser efficace du cuivre et des alliages de cuivre :
Le cuivre possède une excellente conductivité électrique et thermique et est largement utilisé dans la fabrication de produits électroniques et de véhicules électriques. Parmi ces produits, les plus répandus sont les moteurs électriques, les batteries, les capteurs, les faisceaux de câbles et les bornes.
Par le passé, le soudage laser des métaux reposait principalement sur des lasers infrarouges. Cependant, la conductivité thermique du cuivre est trop élevée, près de cinq fois supérieure à celle du fer pur et 1,7 fois supérieure à celle de l'aluminium pur. Le taux d'absorption du cuivre par les lasers infrarouges est faible. L'utilisation de lasers infrarouges pour le soudage linéaire présente une fenêtre de procédé instable et une fluctuation importante de la profondeur de fusion. Ce procédé est sujet aux projections de soudure, aux projections de métal en fusion, à la formation de pores et à d'importantes fluctuations de la profondeur de pénétration, entre autres problèmes.
Par conséquent, après l'émergence des lasers à courte longueur d'onde de haute puissance, le soudage laser visible et le soudage composite sont devenus des méthodes de traitement idéales pour les matériaux hautement réfléchissants tels que le cuivre et les alliages de cuivre.
1. Soudage laser vert :
Le laser vert est une lumière visible dont la longueur d'onde est comprise entre 500 et 560 nm. Le taux d'absorption du cuivre par la lumière verte, dont la longueur d'onde est λ = 515 nm, atteint 40 %, soit environ huit fois celui de la lumière infrarouge d'environ 1 µm. L'efficacité de couplage énergétique est supérieure et la sensibilité au degré d'oxydation de surface est également réduite.
L'utilisation du laser vert permet de réduire considérablement la puissance de seuil du soudage profond du cuivre. La quantité de fusion-soufflage et de projections à la surface de la soudure est faible et la vitesse de soudage est quasiment inchangée. L'augmentation du balayage et de la défocalisation du faisceau, ainsi que la modulation correcte de la puissance laser, permettent d'améliorer considérablement la qualité du soudage. Le nombre de défauts de soudure est considérablement réduit, tout en offrant une surface de soudure plus régulière et uniforme.
2. Soudage laser bleu :
Plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie des photons est élevée, ce qui améliore le taux d'absorption du matériau par le laser. La longueur d'onde du laser bleu est comprise entre 400 nm et 500 nm. Le laser semi-conducteur à base de nitrure de gallium peut produire directement un laser d'une longueur d'onde de 450 nm sans doublement de fréquence. Il présente les avantages d'une structure simple, d'une utilisation aisée, d'une conversion électrique-optique efficace et d'un taux d'absorption élevé.
Comparés aux lasers à fibre couramment utilisés dans l'usinage industriel, les lasers bleus présentent un taux d'absorption des matériaux métalliques à 450 nm supérieur de 10 à 60 %, notamment pour le cuivre, l'or et d'autres matériaux métalliques hautement réfléchissants. Cette augmentation du taux d'absorption est plus marquée. Il a été démontré que la consommation d'énergie nécessaire au soudage du cuivre est inférieure de 84 % à celle des lasers infrarouges. Autrement dit, lorsque les lasers infrarouges nécessitent 10 W de puissance laser pour souder le cuivre, les lasers bleus ne requièrent qu'environ 1 kW ou 0,5 kW de puissance.
3. Soudage composite à double faisceau :
Le procédé de soudage composite à double faisceau infrarouge-visible est utilisé. Grâce à un laser visible de faible puissance, le laser infrarouge permet de réaliser un soudage par fusion forcée du cuivre, avec un seuil de puissance plus faible et des projections de soudure considérablement réduites. Le coût de l'équipement est faible et la qualité du soudage est élevée. Ce procédé présente des avantages considérables et de bonnes perspectives d'application.
Soudage laser oscillant en alliage d'aluminium :
Lors du soudage d'alliages d'aluminium avec des faisceaux laser monofocalisés conventionnels, la formation de pores est un défaut fréquent. Les principales causes de leur formation sont :
1. Le bain de soudage et le trou de serrure vibrent violemment et s'effondrent et se stabilisent facilement, formant des pores.
2. La solubilité de l'hydrogène dans l'alliage d'aluminium diminue fortement avec la baisse de température, ce qui entraîne la précipitation d'hydrogène sursaturé pendant la solidification, formant des pores d'hydrogène. La présence de pores peut entraîner une concentration de contraintes dans la soudure, ce qui entraîne sa fissuration pendant la solidification.
Soudage laser oscillant : pendant le processus de soudage, le faisceau de lumière se déplace dans la direction de la soudure et oscille sous diverses formes telles que des lignes circulaires, en forme de 8 et en spirale en même temps.
Actuellement, la réalisation du soudage par oscillation du faisceau s'effectue principalement grâce à un galvanomètre résistant aux lasers de haute puissance. La zone d'action du faisceau laser augmente, ce qui augmente la surface du trou de serrure et du bain ainsi que la taille de la base du bain, améliore la stabilité du trou de serrure et du bain et améliore significativement la qualité des défauts tels que la mauvaise fusion et les bords mordants. Parallèlement, l'agitation du bain par l'oscillation du faisceau accélère la convection, ce qui augmente la vitesse d'échappement des bulles d'air et réduit la porosité.
L'application actuelle detechnologie de soudage au laserdans divers domaines :
Le laser est utilisé pour le soudage au plus tard après la découpe, et il est utilisé dans plusieurs domaines tels que les moules, les personnages publicitaires, les verres, les bijoux, etc., à une échelle très limitée. Ces dernières années, avec l'amélioration continue de la puissance laser, plus important encore, les lasers à semi-conducteurs et les lasers à fibre ont progressivement développé des scénarios d'application de soudage laser, brisant le goulot d'étranglement technique du soudage laser d'origine et ouvrant un nouvel espace de marché.
Application detechnologie de soudage au laserdans le domaine de la construction automobile :
Dans la production de véhicules,technologie de soudage au laser Il est principalement utilisé pour le soudage laser de tôles d'acier épaisses, le soudage laser d'assemblages automobiles et de sous-systèmes, le soudage laser de pièces automobiles et d'autres procédés. L'application detechnologie de soudage au laser L'utilisation du soudage laser par les constructeurs automobiles de certains pays d'Europe et des États-Unis a commencé relativement tôt, dans les années 1980. Des marques automobiles renommées comme Audi, Mercedes-Benz et General Motors ont alors commencé à introduire la technologie du soudage laser dans la fabrication automobile, ce qui a favorisé son application et son développement approfondis dans ce secteur.
La tendance de développement detechnologie de soudage au laser：
Avec le développement et les avancées de la technologie de soudage, son caractère unique a été encore plus démontré dans le processus de recherche et de développement detechnologie de soudage au laserLa technologie de soudage laser permet de souder rapidement et efficacement les matériaux métalliques. Dès la génération du faisceau laser, grâce à sa haute focalisation, il peut générer une densité de puissance extrêmement élevée, ce qui lui permet de libérer une grande quantité d'énergie thermique en un temps extrêmement court, améliorant ainsi considérablement l'efficacité et la qualité du soudage.
En raison des avantages du soudage instantanétechnologie de soudage au laser, ses perspectives d'application sont très vastes. Dans le processus d'application pratique detechnologie de soudage au laser, lorsque le faisceau laser éclaire directement la surface du matériau métallique, il n'affecte pas la surface du matériau métallique en dehors de la zone d'irradiation, il ne cause donc pas de dommages plus importants à la surface du matériau métallique pendant le processus de soudage, et une fois le processus de soudage terminé, il n'y a pas besoin de traitement de surface associé, ce qui rendtechnologie de soudage au laser est particulièrement adapté au traitement de la surface de diverses pièces de précision, de sorte que des opérations de soudage plus difficiles peuvent également être réalisées rapidement.
De plus, dans les spécifications techniques de soudage précédentes, il est généralement stipulé que les exigences matérielles pour tous les matériaux de soudage doivent être les mêmes, et avectechnologie de soudage au laser, il n'est pas nécessaire d'avoir de grandes restrictions sur le matériau du matériau de soudage, donc même s'il s'agit d'un matériau de soudage avec des matériaux différents,technologie de soudage au laser Il permet de réaliser facilement des soudures. On peut dire que la formation et la généralisation de la technologie de soudage laser ont non seulement permis de surmonter efficacement les problèmes rencontrés par les techniques de soudage traditionnelles, mais aussi de simplifier les opérations de soudage traditionnelles.
Après plus d’un demi-siècle de développement detechnologie de soudage au laser, son niveau technique est également devenu de plus en plus parfait, et il a été progressivement largement utilisé dans de plus en plus de domaines industriels.
Dans les domaines d'application de l'aérospatiale, de l'instrumentation électronique, de la fabrication de machines, de la métallurgie du fer et de l'acier, de la fabrication automobile, des équipements médicaux et d'autres industries,technologie de soudage au laser joue un rôle de plus en plus important. Par exemple, dans la production de pièces automobiles,technologie de soudage au laser peut être utilisé pour traiter et produire les pièces couvertes du véhicule, et des pays avancés tels que les États-Unis et le Japon ont également appliquétechnologie de soudage au laser à la production de pièces aéronautiques dans un environnement d'azote pur.