Comment choisir les meilleurs mélanges de gaz pour votre soudage laser ?
Types, avantages et applications
Introduction:
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 à souder, puis former une soudure après refroidissement. Dans le soudage laser, le gaz joue un rôle essentiel.
Le gaz protecteur influe non seulement sur la formation du cordon de soudure, sa qualité, sa pénétration et sa largeur, mais aussi directement sur la qualité et l'efficacité du soudage laser.
Quels gaz sont nécessaires pour le soudage laser ?Cet article examinera en détaill'importance des gaz de soudage laser, les gaz utilisés et leur rôle.
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Pourquoi a-t-on besoin de gaz pour le soudage laser ?
Soudage au faisceau laser
Lors du procédé de soudage laser, un faisceau laser à haute densité d'énergie 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 lors du soudage laser pour protéger la zone de soudage.
Contrôler la température, améliorer la qualité de la soudure et protéger le système optique.
Le choix du type de gaz et des paramètres d'approvisionnement appropriés sont des facteurs importants pour garantir une efficacité optimale.
Et un procédé de soudage laser stable permettant d'obtenir des résultats de soudage de haute qualité.
1. Protection des zones de soudage
Lors du processus de soudage 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 susceptibles de dégrader la qualité de la soudure et de provoquer la formation de porosités et d'inclusions. On peut protéger efficacement la soudure de la contamination par l'oxygène en injectant 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 influer sur la vitesse de refroidissement de cette zone. Ceci est important pour maîtriser la zone affectée thermiquement (ZAT) pendant le soudage et réduire les déformations thermiques.
3. Amélioration de la qualité des soudures
Certains gaz auxiliaires, comme l'oxygène ou l'azote, peuvent améliorer la qualité et les performances des soudures. Par exemple, l'ajout d'oxygène peut améliorer la pénétration de la soudure et augmenter la vitesse de soudage, tout en influençant la forme et la profondeur de la soudure.
4. Refroidissement au gaz
En soudage laser, la zone de soudure est généralement soumise à des températures élevées. L'utilisation d'un système de refroidissement par gaz permet de contrôler la température de cette zone et d'éviter la surchauffe. Ceci est essentiel pour réduire les contraintes thermiques et améliorer la qualité de la soudure.
Soudage automatisé par faisceau laser
5. Protection gazeuse des systèmes optiques
Le faisceau laser est focalisé sur la zone de soudure grâce à un système optique.
Lors du processus de brasage, les matériaux fondus et les aérosols générés peuvent contaminer les composants optiques.
L'introduction de gaz dans la zone de soudage réduit le risque de contamination et prolonge la durée de vie du système optique.
Quels gaz sont utilisés en soudage laser ?
En soudage laser, le gaz isole l'air de la pièce à souder et empêche toute réaction avec celui-ci. Ainsi, la surface soudée de la plaque métallique est plus blanche et plus esthétique. L'utilisation de gaz protège également les lentilles des poussières de soudage. Les gaz suivants sont généralement utilisés :
1. Gaz protecteur:
Les gaz de protection, parfois appelés « gaz inertes », jouent un rôle important dans le procédé de soudage laser. Ce procédé utilise fréquemment des gaz inertes pour protéger le bain de fusion. Les gaz de protection les plus couramment utilisés en soudage laser sont l'argon et le néon. Leurs propriétés physico-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.
Sous l'action du laser, son degré d'ionisation est élevé, ce qui ne favorise pas le contrôle de la formation des nuages de plasma et aura un impact certain sur l'utilisation efficace des lasers.
L'inertie de l'argon le tient à l'écart du processus de soudure, tandis que sa capacité à bien dissiper la chaleur contribue à contrôler la température dans la zone de soudure.
Gaz protecteur :Néon
Le néon est souvent utilisé comme gaz inerte, semblable à l'argon, et sert principalement à protéger la zone de soudage de l'oxygène et autres polluants présents dans 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 spécifiques, comme le soudage de matériaux plus épais ou lorsque des cordons de soudure plus profonds sont nécessaires.
2. Gaz auxiliaire:
Lors du soudage laser, outre le gaz de protection principal, des gaz auxiliaires peuvent être utilisés pour améliorer les performances et la qualité de la soudure. Voici quelques gaz auxiliaires couramment utilisés en soudage laser.
Gaz auxiliaire :Oxygène
L'oxygène est couramment utilisé comme gaz d'assistance et peut servir à augmenter la chaleur et la profondeur de soudure pendant le soudage.
L'ajout d'oxygène peut augmenter la vitesse et la pénétration du soudage, 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 porosités.
Dans certaines applications spécifiques, comme le soudage de l'acier inoxydable, on utilise des mélanges d'argon et d'hydrogène. La teneur en hydrogène de ces mélanges varie généralement de 2 % à 15 %.
Gaz protecteur :Azote
L'azote est également souvent utilisé comme gaz auxiliaire en 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 obtenu par l'action d'un laser. Cela permet de mieux réduire la formation de nuages de plasma, d'obtenir des soudures de meilleure qualité et d'aspect supérieur, et de limiter 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 possède une faible conductivité thermique et ne s'ionise pas facilement, permettant ainsi au laser de passer en douceur et à l'énergie du faisceau d'atteindre la surface de la pièce sans obstacle.
Il est propice au soudage à haute puissance. L'hélium peut également être utilisé pour améliorer la qualité des soudures et contrôler les températures de soudage. C'est le gaz de protection le plus efficace en soudage laser, mais il est relativement coûteux.
3. Gaz de refroidissement:
Lors du soudage laser, on utilise souvent un gaz de refroidissement pour contrôler la température de la zone de soudage, éviter la surchauffe et maintenir la qualité de la soudure. Voici quelques gaz de refroidissement couramment utilisés :
Gaz de refroidissement/intermédiaire :Eau
L'eau est un fluide de refroidissement courant, souvent utilisé pour refroidir les générateurs laser et les systèmes optiques de soudage laser.
Les systèmes de refroidissement par eau peuvent contribuer à maintenir une température stable du générateur laser et des composants optiques afin de garantir la stabilité et les performances du faisceau laser.
Gaz de refroidissement/intermédiaire :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 de l'atmosphère environnante peut fournir un effet de refroidissement.
Gaz de refroidissement/intermédiaire :Gaz inertes
Les 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 de refroidissement/intermédiaire :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 procure un effet de refroidissement très efficace et assure un contrôle précis de la température dans la zone de soudage.
4. Mélange de gaz:
Les mélanges gazeux sont couramment utilisés en soudage pour optimiser différents 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 gazeux : les mélanges binaires et les mélanges ternaires.
Mélanges binaires de gaz :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 binaires de gaz :Argon + dioxyde de carbone
L'ajout de CO₂ à l'argon améliore la résistance des soudures et leur protection contre la corrosion, tout en réduisant les projections. Ce mélange est fréquemment utilisé pour le soudage de l'acier au carbone et de l'acier inoxydable.
Mélanges binaires de gaz :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 ternaires de gaz :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 la qualité de la soudure. Il est largement utilisé pour le soudage d'aciers au carbone, d'aciers faiblement alliés et d'aciers inoxydables de différentes épaisseurs.
Mélanges ternaires de gaz :Argon + Hélium + Dioxyde de carbone
Ce mélange contribue à améliorer la stabilité de l'arc, à augmenter la température du bain de fusion et à accélérer le soudage. Il est utilisé en soudage à l'arc court-circuit et pour les applications de soudage de forte intensité, offrant un meilleur contrôle de l'oxydation.
Sélection du gaz dans différentes applications
Soudage laser portatif
Dans les différentes applications du soudage laser, le choix du gaz approprié est crucial, car différentes combinaisons de gaz peuvent produire une qualité, une vitesse et une efficacité de soudage différentes. 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'aluminiumutilisation fréquenteArgon pur.
Alliages de titaneutilisation fréquenteAzote.
Aciers à haute teneur en carboneutilisation fréquenteL'oxygène comme gaz auxiliaire.
Vitesse et pénétration de soudage :
Si une vitesse de soudage plus élevée ou une pénétration plus profonde sont nécessaires, le mélange gazeux peut être ajusté. 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 thermiquement (ZAT) :
Selon le matériau nettoyé, le processus peut générer des déchets dangereux nécessitant des procédures de traitement spéciales, ce qui peut augmenter le coût total du nettoyage laser.
Qualité de la soudure :
Certaines combinaisons de gaz peuvent améliorer la qualité et l'aspect des soudures. Par exemple, l'azote permet d'obtenir un meilleur aspect et une meilleure qualité de surface.
Contrôle des pores et des bulles :
Pour les applications exigeant des soudures de très haute qualité, il convient d'accorder une attention particulière à la formation de porosités et de bulles. Un choix judicieux du gaz permet de 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 engendrer des coûts plus élevés.
Pour certaines applications spécifiques, il est recommandé de faire appel à un ingénieur soudeur ou à un fabricant professionnel d'équipements de soudage laser afin d'obtenir des conseils professionnels et d'optimiser le processus de soudage.
Des expérimentations et une optimisation sont généralement nécessaires avant de sélectionner la combinaison de gaz finale.
En fonction de l'application spécifique, différentes combinaisons de gaz et différents paramètres peuvent être essayés afin de trouver les conditions de soudage optimales.
Ce que vous devez savoir sur le soudage laser portatif
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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 du type de gaz et des paramètres d'alimentation appropriés est essentiel pour garantir un processus de soudage laser efficace et stable et obtenir des résultats de haute qualité. Différents matériaux et applications peuvent nécessiter différents types de gaz et leurs proportions respectives afin de répondre aux exigences spécifiques de soudage.
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Date de publication : 13 janvier 2025