Le soudage laser vise principalement à améliorer l'efficacité et la qualité du soudage des matériaux à parois minces et des pièces de précision. Aujourd'hui, nous n'aborderons pas les avantages du soudage laser, mais nous nous concentrerons sur l'utilisation optimale des gaz de protection.
Pourquoi utiliser un gaz de protection pour le soudage laser ?
En soudage laser, le gaz de protection influe sur la formation, la qualité, la profondeur et la largeur de la soudure. Dans la plupart des cas, l'injection de ce gaz a un effet positif, mais elle peut aussi présenter des inconvénients.
Lorsque vous utilisez correctement le gaz de protection, cela vous aidera à :
✦Protéger efficacement le bain de fusion pour réduire, voire éviter, l'oxydation.
✦Réduire efficacement les projections produites lors du processus de soudage
✦Réduit efficacement les porosités de soudure
✦Favorisez une répartition uniforme du bain de fusion lors de la solidification, afin d'obtenir un cordon de soudure net et lisse.
✦L'effet de protection du panache de vapeur métallique ou du nuage de plasma sur le laser est efficacement réduit, et le taux d'utilisation effectif du laser est augmenté.
Tant quesélection du type de gaz de protection, du débit de gaz et du mode de soufflageSi ces conditions sont réunies, vous pouvez obtenir un résultat de soudage idéal. Cependant, une utilisation incorrecte du gaz de protection peut également nuire au soudage. L'utilisation d'un gaz de protection inadapté peut entraîner des fissures dans la soudure ou réduire ses propriétés mécaniques. Un débit de gaz trop élevé ou trop faible peut provoquer une oxydation plus importante de la soudure et de fortes perturbations externes du métal dans le bain de fusion, ce qui peut entraîner un affaissement de la soudure ou une formation irrégulière.
Types de gaz de protection
Les gaz de protection couramment utilisés en soudage laser sont principalement l'azote (N2), l'argon (Ar) et l'hélium (He). Leurs propriétés physiques et chimiques étant différentes, leurs effets sur les soudures le sont également.
Azote (N2)
L'énergie d'ionisation de l'azote (N₂) est modérée, supérieure à celle de l'argon (Ar) et inférieure à celle de l'hélium (He). Sous l'effet du rayonnement laser, le degré d'ionisation de N₂ reste stable, ce qui permet de limiter la formation d'un nuage de plasma et d'optimiser l'utilisation du laser. L'azote peut réagir avec les alliages d'aluminium et l'acier au carbone à une certaine température pour former des nitrures, ce qui fragilise la soudure et diminue sa ténacité, affectant ainsi considérablement les propriétés mécaniques des joints soudés. Par conséquent, l'utilisation d'azote est déconseillée pour le soudage des alliages d'aluminium et de l'acier au carbone.
Cependant, la réaction chimique entre l'azote et l'acier inoxydable générée par l'azote peut améliorer la résistance du joint soudé, ce qui sera bénéfique pour améliorer les propriétés mécaniques de la soudure ; ainsi, le soudage de l'acier inoxydable peut utiliser l'azote comme gaz de protection.
Argon (Ar)
L'énergie d'ionisation de l'argon est relativement faible, et son degré d'ionisation augmente sous l'action d'un laser. Dès lors, l'argon, utilisé comme gaz de protection, ne peut contrôler efficacement la formation de plasma, ce qui réduit le rendement du soudage laser. La question se pose alors : l'argon est-il un mauvais candidat pour le soudage comme gaz de protection ? La réponse est non. Gaz inerte, l'argon réagit peu avec la plupart des métaux et son utilisation est peu coûteuse. De plus, sa densité élevée favorise sa descente à la surface du bain de fusion, assurant ainsi une meilleure protection. L'argon peut donc être utilisé comme gaz de protection conventionnel.
Hélium (He)
Contrairement à l'argon, l'hélium possède une énergie d'ionisation relativement élevée, permettant de contrôler aisément la formation de nuages de plasma. De plus, il ne réagit avec aucun métal. C'est donc un excellent choix pour le soudage laser. Son seul inconvénient réside dans son coût relativement élevé. Pour les fabricants produisant en série des pièces métalliques, l'hélium représente un surcoût important. C'est pourquoi il est généralement réservé à la recherche scientifique ou à la fabrication de produits à très haute valeur ajoutée.
Comment faire exploser le gaz du bouclier ?
Il convient tout d'abord de préciser que le terme « oxydation » de la soudure n'est qu'un terme générique désignant, en théorie, la réaction chimique entre la soudure et les composants nocifs présents dans l'air, entraînant la détérioration de la soudure. Généralement, le métal d'apport réagit avec l'oxygène, l'azote et l'hydrogène de l'air à une certaine température.
Pour éviter que la soudure ne s'oxyde, il faut réduire ou éviter le contact entre ces composants nocifs et le métal d'apport à haute température, non seulement dans le bain de fusion, mais pendant toute la période allant de la fusion du métal d'apport jusqu'à sa solidification et son refroidissement à une certaine température.
Deux principales méthodes pour souffler le gaz de protection
▶L'un souffle du gaz de protection sur l'axe latéral, comme le montre la figure 1.
▶L'autre est une méthode de soufflage coaxial, comme illustré à la figure 2.
Figure 1.
Figure 2.
Le choix précis de la méthode de soufflage (parmi les deux existantes) repose sur une analyse approfondie de nombreux aspects. En général, il est recommandé d'opter pour le soufflage latéral de gaz protecteur.
Quelques exemples de soudage laser
1. Soudage en cordon droit/en ligne
Comme illustré à la figure 3, la soudure du produit présente une forme linéaire et peut être réalisée par joint bout à bout, par recouvrement, par angle négatif ou par recouvrement partiel. Pour ce type de produit, il est préférable d'utiliser un gaz de protection soufflé latéralement, comme illustré à la figure 1.
2. Soudage de figures ou de surfaces rapprochées
Comme illustré à la figure 4, la forme de la soudure du produit est un motif fermé, tel qu'une circonférence plane, une forme multilatérale plane, une forme linéaire multisegmentaire plane, etc. Le type d'assemblage peut être un assemblage bout à bout, un assemblage à recouvrement, un soudage par recouvrement, etc. Il est préférable d'utiliser la méthode de protection par gaz coaxiale illustrée à la figure 2 pour ce type de produit.
Le choix du gaz de protection influe directement sur la qualité, l'efficacité et le coût de production du soudage. Cependant, compte tenu de la diversité des matériaux à souder, le choix du gaz est plus complexe en pratique et nécessite une analyse approfondie du matériau, de la méthode et de la position de soudage, ainsi que des exigences relatives au résultat obtenu. Des essais de soudage permettent de sélectionner le gaz le plus adapté pour optimiser les performances.
Intéressé par le soudage laser et désireux d'apprendre à choisir le gaz de protection
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Date de publication : 10 octobre 2022