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 plutôt l'utilisation optimale des gaz de protection.
Pourquoi utiliser du gaz de protection pour le soudage laser ?
En soudage laser, le gaz de protection affecte la formation, la qualité, la profondeur et la largeur de la soudure. Dans la plupart des cas, le soufflage de gaz assisté a un effet positif sur la soudure, mais il peut aussi avoir des effets négatifs.
Lorsque vous soufflez correctement du gaz de protection, cela vous aidera à :
✦Protéger efficacement le bain de soudure pour réduire voire éviter l'oxydation
✦Réduire efficacement les éclaboussures produites lors du processus de soudage
✦Réduire efficacement les pores de soudure
✦Aider le bain de soudure à se répartir uniformément lors de la solidification, de sorte que le cordon de soudure présente un bord propre et lisse
✦L'effet de blindage du panache de vapeur métallique ou du nuage de plasma sur le laser est efficacement réduit et le taux d'utilisation efficace du laser est augmenté.
Tant que letype de gaz de protection, débit de gaz et sélection du mode de soufflageSi les valeurs sont correctes, vous pouvez obtenir un soudage optimal. Cependant, une mauvaise utilisation du gaz de protection peut également nuire au soudage. L'utilisation d'un gaz de protection inapproprié peut provoquer des craquements dans la soudure ou réduire ses propriétés mécaniques. Un débit de gaz trop élevé ou trop faible peut aggraver l'oxydation de la soudure et provoquer de graves interférences externes avec le métal dans le bain de fusion, entraînant un effondrement de la soudure ou un formage irrégulier.
Types de gaz de protection
Les gaz protecteurs couramment utilisés en soudage laser sont principalement le N₂, l'Ar et l'He. Leurs propriétés physiques et chimiques étant différentes, leurs effets sur les soudures sont également différents.
Azote (N2)
L'énergie d'ionisation du N₂ est modérée, supérieure à celle de l'Ar et inférieure à celle de l'He. Sous l'effet du rayonnement laser, le degré d'ionisation du N₂ reste constant, ce qui permet de réduire la formation de nuages de plasma et d'augmenter le taux d'utilisation efficace du laser. À une certaine température, l'azote peut réagir avec les alliages d'aluminium et l'acier au carbone pour former des nitrures, ce qui augmente la fragilité des soudures et réduit leur ténacité, tout en ayant un impact négatif important sur les propriétés mécaniques des joints soudés. Par conséquent, il est déconseillé d'utiliser de l'azote 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 de soudure, ce qui sera bénéfique pour améliorer les propriétés mécaniques de la soudure, de sorte que 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. L'argon, en tant que gaz de protection, ne permet donc pas de contrôler efficacement la formation de nuages de plasma, ce qui réduit le taux d'utilisation du soudage laser. La question se pose : l'argon est-il un mauvais candidat pour le soudage comme gaz de protection ? La réponse est non. Étant un gaz inerte, l'argon réagit difficilement avec la plupart des métaux, et l'argon est peu coûteux à utiliser. De plus, sa forte densité facilite la remontée à la surface du bain de fusion et assure une meilleure protection de celui-ci. L'argon peut donc être utilisé comme gaz de protection classique.
Hélium (He)
Contrairement à l'argon, l'hélium possède une énergie d'ionisation relativement élevée qui permet de contrôler facilement la formation de nuages de plasma. De plus, il ne réagit pas avec les métaux. C'est donc un excellent choix pour le soudage laser. Le seul inconvénient est son coût relativement élevé. Pour les fabricants de produits métalliques de grande série, l'hélium représente un coût de production considérable. C'est pourquoi il est généralement utilisé dans la recherche scientifique ou pour des produits à très forte valeur ajoutée.
Comment souffler le gaz de protection ?
Tout d'abord, il convient de préciser que l'« oxydation » d'une soudure n'est qu'un terme courant, qui désigne théoriquement la réaction chimique entre la soudure et les composants nocifs de l'air, entraînant sa détérioration. Généralement, le métal d'apport réagit avec l'oxygène, l'azote et l'hydrogène présents dans l'air à une certaine température.
Pour éviter que la soudure ne soit « oxydée », il faut réduire ou éviter le contact entre ces composants nocifs et le métal de soudure à haute température, ce qui ne concerne pas uniquement le métal en fusion, mais toute la période allant du moment où le métal de soudure est fondu jusqu'à ce que le métal en fusion soit solidifié et que sa température refroidisse jusqu'à une certaine température.
Deux principales façons de souffler du gaz de protection
▶On 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 dans la figure 2.
Figure 1.
Figure 2.
Le choix des deux méthodes de soufflage repose sur une réflexion approfondie sur de nombreux aspects. En général, il est recommandé d'adopter le soufflage latéral du gaz protecteur.
Quelques exemples de soudage laser
1. Soudage par cordon/ligne droit
Comme illustré à la figure 3, la soudure du produit est linéaire et peut être réalisée en bout à bout, à recouvrement, à angle négatif ou par chevauchement. Pour ce type de produit, il est préférable d'utiliser un gaz de protection par soufflage latéral, comme illustré à la figure 1.
2. Soudure en figure ou en zone rapprochée
Comme le montre la figure 4, la forme de soudure du produit est un motif fermé tel qu'une circonférence plane, une forme multilatérale plane, une forme linéaire multi-segments plane, etc. La forme du joint peut être un joint bout à bout, un joint à recouvrement, un soudage par chevauchement, etc. Il est préférable d'adopter la méthode du gaz protecteur coaxial comme le montre la figure 2 pour ce type de produit.
Le choix du gaz de protection influence directement la qualité, l'efficacité et le coût de production du soudage. Cependant, compte tenu de la diversité des matériaux de soudage, le choix du gaz de soudage est plus complexe et nécessite une prise en compte complète du matériau, de la méthode et de la position de soudage, ainsi que des exigences d'efficacité du soudage. Les essais de soudage permettent de choisir le gaz de soudage le plus adapté pour obtenir de meilleurs résultats.
Intéressé par le soudage laser et désireux d'apprendre à choisir le gaz de protection
Liens connexes:
Date de publication : 10 octobre 2022