Comment sélectionner les meilleurs mélanges de gaz pour votre soudage laser ?
Types, avantages et applications
Introduction:
Les points clés à savoir avant de se lancer
Le soudage laser est une méthode de soudage de haute précision qui utilise un faisceau laser pour faire fondre le matériau de la pièce, puis former une soudure après refroidissement. Le gaz joue un rôle essentiel dans le soudage laser.
Le gaz protecteur affecte non seulement la formation du cordon de soudure, la qualité du cordon de soudure, la pénétration du cordon de soudure et la largeur de pénétration, mais affecte également directement la qualité et l'efficacité du soudage au laser.
Quels gaz sont nécessaires pour le soudage laser ?Cet article examinera en profondeurl'importance des gaz de soudage laser, les gaz utilisés et leur fonction.
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Pourquoi le gaz est-il nécessaire pour le soudage laser ?
Soudage par faisceau laser
Pendant le processus de soudage au laser, un faisceau laser à haute densité énergétique est focalisé sur la zone de soudage de la pièce.
Provoquant la fusion instantanée du matériau de surface de la pièce.
Du gaz est nécessaire pendant le soudage laser pour protéger la zone de soudage.
Contrôlez la température, améliorez la qualité de la soudure et protégez le système optique.
Le choix du type de gaz et des paramètres d'alimentation appropriés sont des facteurs importants pour garantir une efficacité.
Et un processus de soudage laser stable et l'obtention de résultats de soudage de haute qualité.
1. Protection des zones de soudage
Pendant le processus de soudage au laser, la zone de soudure est exposée à l'environnement extérieur et est facilement affectée par l'oxygène et d'autres gaz présents dans l'air.
L'oxygène déclenche des réactions d'oxydation pouvant entraîner une baisse de la qualité de la soudure et la formation de pores et d'inclusions. La soudure peut être efficacement protégée de la contamination par l'oxygène en introduisant un gaz approprié, généralement un gaz inerte comme l'argon, dans la zone de soudage.
2. Contrôle de la chaleur
Le choix et l'alimentation en gaz permettent de contrôler la température de la zone de soudage. En ajustant le débit et le type de gaz, on peut influencer la vitesse de refroidissement de la zone de soudage. Ceci est important pour contrôler la zone affectée thermiquement (ZAT) pendant le soudage et réduire la distorsion thermique.
3. Amélioration de la qualité de la soudure
Certains gaz auxiliaires, comme l'oxygène ou l'azote, peuvent améliorer la qualité et la performance des soudures. Par exemple, l'ajout d'oxygène peut améliorer la pénétration de la soudure et augmenter la vitesse de soudage, tout en modifiant la forme et la profondeur de la soudure.
4. Refroidissement du gaz
En soudage laser, la zone de soudage est généralement soumise à des températures élevées. L'utilisation d'un système de refroidissement par gaz permet de contrôler la température de la zone de soudage et d'éviter toute surchauffe. Ceci est essentiel pour réduire les contraintes thermiques dans la zone de soudage et améliorer la qualité du soudage.
Soudage automatisé par faisceau laser
5. Protection gazeuse des systèmes optiques
Le faisceau laser est focalisé sur la zone de soudage grâce à un système optique.
Pendant le processus de soudage, le matériau fondu et les aérosols générés peuvent contaminer les composants optiques.
En introduisant des gaz dans la zone de soudage, le risque de contamination est réduit et la durée de vie du système optique est prolongée.
Quels gaz sont utilisés dans le soudage laser ?
En soudage laser, le gaz isole l'air de la plaque de soudage et l'empêche de réagir avec l'air. Ainsi, la surface de la plaque métallique est plus blanche et plus belle. L'utilisation de gaz protège également les lentilles des poussières de soudage. Les gaz généralement utilisés sont les suivants :
1. Gaz protecteur:
Les gaz de protection, parfois appelés « gaz inertes », jouent un rôle important dans le procédé de soudage laser. Ces procédés utilisent souvent des gaz inertes pour protéger le bain de fusion. Les gaz protecteurs couramment utilisés en soudage laser sont principalement l'argon et le néon. Leurs propriétés physiques et chimiques étant différentes, leurs effets sur la soudure le sont également.
Gaz protecteur :Argon
L'argon est l'un des gaz inertes les plus couramment utilisés.
Il présente un degré élevé d'ionisation sous l'action du laser, ce qui n'est pas propice au contrôle de la formation de nuages de plasma, ce qui aura un certain impact sur l'utilisation efficace des lasers.
La nature inerte de l'argon le maintient hors du processus de soudage, tout en dissipant bien la chaleur, aidant à contrôler la température dans la zone de soudage.
Gaz protecteur :Néon
Le néon est souvent utilisé comme gaz inerte, similaire à l'argon, et est principalement utilisé pour protéger la zone de soudage de l'oxygène et d'autres polluants de l'environnement extérieur.
Il est important de noter que le néon ne convient pas à toutes les applications de soudage laser.
Il est principalement utilisé pour certaines tâches de soudage spéciales, telles que le soudage de matériaux plus épais ou lorsque des cordons de soudure plus profonds sont nécessaires.
2. Gaz auxiliaire:
Lors du soudage laser, en plus du gaz de protection principal, des gaz auxiliaires peuvent être utilisés pour améliorer les performances et la qualité du soudage. Voici quelques gaz auxiliaires couramment utilisés en soudage laser.
Gaz auxiliaire :Oxygène
L'oxygène est couramment utilisé comme gaz d'assistance et peut être utilisé pour augmenter la chaleur et la profondeur de soudure pendant le soudage.
L'ajout d'oxygène peut augmenter la vitesse de soudage et la pénétration, mais doit être soigneusement contrôlé pour éviter qu'un excès d'oxygène ne provoque des problèmes d'oxydation.
Gaz auxiliaire :Hydrogène/Mélange d'hydrogène
L'hydrogène améliore la qualité des soudures et réduit la formation de porosité.
Des mélanges d'argon et d'hydrogène sont utilisés dans certaines applications spécifiques, comme le soudage de l'acier inoxydable. La teneur en hydrogène du mélange varie généralement de 2 % à 15 %.
Gaz protecteur :Azote
L'azote est également souvent utilisé comme gaz auxiliaire dans le soudage laser.
L'énergie d'ionisation de l'azote est modérée, supérieure à celle de l'argon et inférieure à celle de l'hydrogène.
Le degré d'ionisation est généralement déterminé par l'action d'un laser. Il permet de réduire la formation de nuages de plasma, d'obtenir des soudures de meilleure qualité et d'améliorer leur aspect, tout en réduisant l'impact de l'oxygène sur les soudures.
L'azote peut également être utilisé pour contrôler la température de la zone de soudage et réduire la formation de bulles et de pores.
Gaz protecteur :Hélium
L'hélium est généralement utilisé pour le soudage laser haute puissance car il a une faible conductivité thermique et n'est pas facilement ionisé, ce qui permet au laser de passer en douceur et à l'énergie du faisceau d'atteindre la surface de la pièce sans aucun obstacle.
Favorise un soudage à haute puissance. L'hélium peut également être utilisé pour améliorer la qualité de la soudure et contrôler les températures de soudage. C'est le gaz de protection le plus efficace utilisé en soudage laser, mais il est relativement coûteux.
3. Gaz de refroidissement:
Le gaz de refroidissement est souvent utilisé lors du soudage laser pour contrôler la température de la zone de soudage, éviter la surchauffe et maintenir la qualité du soudage. Voici quelques gaz de refroidissement couramment utilisés :
Gaz/milieu de refroidissement :Eau
L'eau est un moyen de refroidissement courant souvent utilisé pour refroidir les générateurs laser et les systèmes optiques de soudage laser.
Les systèmes de refroidissement par eau peuvent aider à maintenir une température stable du générateur laser et des composants optiques pour garantir la stabilité et les performances du faisceau laser.
Gaz/milieu de refroidissement :gaz atmosphériques
Dans certains procédés de soudage laser, les gaz atmosphériques ambiants peuvent être utilisés pour le refroidissement.
Par exemple, dans le système optique d’un générateur laser, le gaz atmosphérique environnant peut fournir un effet de refroidissement.
Gaz/milieu de refroidissement :Gaz inertes
Des gaz inertes tels que l’argon et l’azote peuvent également être utilisés comme gaz de refroidissement.
Ils ont une conductivité thermique plus faible et peuvent être utilisés pour contrôler la température de la zone de soudage et réduire la zone affectée thermiquement (ZAT).
Gaz/milieu de refroidissement :Azote liquide
L'azote liquide est un fluide de refroidissement à très basse température qui peut être utilisé pour le soudage laser à très haute puissance.
Il fournit un effet de refroidissement très efficace et assure le contrôle de la température dans la zone de soudage.
4. Gaz mixte:
Les mélanges de gaz sont couramment utilisés en soudage pour optimiser divers aspects du procédé, tels que la vitesse de soudage, la profondeur de pénétration et la stabilité de l'arc. Il existe deux principaux types de mélanges de gaz : les mélanges binaires et les mélanges ternaires.
Mélanges de gaz binaires :Argon + Oxygène
L'ajout d'une petite quantité d'oxygène à l'argon améliore la stabilité de l'arc, affine le bain de fusion et augmente la vitesse de soudage. Ce mélange est couramment utilisé pour le soudage de l'acier au carbone, de l'acier faiblement allié et de l'acier inoxydable.
Mélanges de gaz binaires :Argon + dioxyde de carbone
L'ajout de CO₂ à l'argon augmente la résistance du soudage et la résistance à la corrosion tout en réduisant les projections. Ce mélange est souvent utilisé pour le soudage de l'acier au carbone et de l'acier inoxydable.
Mélanges de gaz binaires :Argon + Hydrogène
L'hydrogène augmente la température de l'arc, améliore la vitesse de soudage et réduit les défauts de soudure. Il est particulièrement utile pour le soudage des alliages à base de nickel et de l'acier inoxydable.
Mélanges de gaz ternaires :Argon + Oxygène + Dioxyde de carbone
Ce mélange combine les avantages des mélanges argon-oxygène et argon-CO₂. Il réduit les projections, améliore la fluidité du bain de fusion et optimise la qualité de la soudure. Il est largement utilisé pour le soudage de différentes épaisseurs d'acier au carbone, d'acier faiblement allié et d'acier inoxydable.
Mélanges de gaz ternaires :Argon + Hélium + Dioxyde de carbone
Ce mélange améliore la stabilité de l'arc, augmente la température du bain de fusion et optimise la vitesse de soudage. Il est utilisé en soudage à l'arc en court-circuit et dans les applications de soudage intensif, offrant un meilleur contrôle de l'oxydation.
Sélection de gaz dans différentes applications
Soudage laser portatif
Dans les différentes applications de soudage laser, le choix du gaz approprié est crucial, car différentes combinaisons de gaz peuvent produire des résultats différents en termes de qualité, de vitesse et d'efficacité de soudage. Voici quelques conseils pour vous aider à choisir le gaz adapté à votre application :
Type de matériau de soudage :
Acier inoxydableutilise généralementArgon ou mélange Argon/Hydrogène.
Aluminium et alliages d'aluminiumutiliser souventArgon pur.
Alliages de titaneutiliser souventAzote.
Aciers à haute teneur en carboneutiliser souventL'oxygène comme gaz auxiliaire.
Vitesse et pénétration de soudage :
Si une vitesse de soudage plus élevée ou une pénétration plus profonde sont requises, la combinaison de gaz peut être ajustée. L'ajout d'oxygène améliore souvent la vitesse et la pénétration, mais doit être soigneusement contrôlé pour éviter les problèmes d'oxydation.
Contrôle de la zone affectée par la chaleur (ZAT) :
Selon le matériau à nettoyer, des déchets dangereux nécessitant des procédures de manipulation spécifiques peuvent être générés lors du nettoyage. Cela peut augmenter le coût global du nettoyage laser.
Qualité de la soudure :
Certaines combinaisons de gaz peuvent améliorer la qualité et l'aspect des soudures. Par exemple, l'azote peut améliorer l'aspect et la qualité de surface.
Contrôle des pores et des bulles :
Pour les applications nécessitant des soudures de très haute qualité, une attention particulière doit être portée à la formation de pores et de bulles. Un choix judicieux du gaz peut réduire le risque de ces défauts.
Considérations relatives à l'équipement et aux coûts :
Le choix du gaz dépend également du type d'équipement et de son coût. Certains gaz peuvent nécessiter des systèmes d'alimentation spécifiques ou des coûts plus élevés.
Pour des applications spécifiques, il est recommandé de travailler avec un ingénieur soudeur ou un fabricant professionnel d'équipements de soudage laser pour obtenir des conseils professionnels et optimiser le processus de soudage.
Certaines expérimentations et optimisations sont généralement nécessaires avant de sélectionner la combinaison de gaz finale.
Selon l'application spécifique, différentes combinaisons de gaz et paramètres peuvent être essayés pour trouver les conditions de soudage optimales.
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Résumer
En résumé, le soudage laser nécessite l'utilisation de gaz pour protéger les zones de soudage, contrôler la température, améliorer la qualité de la soudure et protéger les systèmes optiques. Le choix des types de gaz et des paramètres d'alimentation appropriés est essentiel pour garantir un procédé de soudage laser efficace et stable et obtenir des résultats de haute qualité. Différents matériaux et applications peuvent nécessiter différents types et proportions de mélange pour répondre à des exigences de soudage spécifiques.
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Date de publication : 13 janvier 2025