L'influence du gaz protecteur dans le soudage laser
Soudeuse laser portative
Contenu du chapitre :
▶ Que peut vous apporter Right Shield Gas ?
▶ Différents types de gaz de protection
▶ Deux méthodes d'utilisation du gaz protecteur
▶ Comment sélectionner le gaz de protection approprié ?
Soudage laser portatif
Effet positif d’un gaz de protection approprié
Lors du soudage laser, le choix du gaz de protection peut avoir un impact significatif sur la formation, la qualité, la profondeur et la largeur du cordon de soudure. Dans la grande majorité des cas, l'introduction de gaz protecteur a un effet positif sur le cordon de soudure. Cependant, cela peut aussi avoir des effets néfastes. Les effets positifs de l’utilisation du bon gaz de protection sont les suivants :
1. Protection efficace du bain de soudure
Une introduction appropriée du gaz protecteur peut protéger efficacement le bain de soudure de l’oxydation, voire même empêcher complètement l’oxydation.
2. Réduction des projections
L'introduction correcte d'un gaz protecteur peut réduire efficacement les éclaboussures pendant le processus de soudage.
3. Formation uniforme du cordon de soudure
Une introduction appropriée du gaz protecteur favorise la répartition uniforme du bain de soudure pendant la solidification, ce qui donne lieu à un cordon de soudure uniforme et esthétique.
4. Utilisation accrue du laser
L'introduction correcte d'un gaz protecteur peut réduire efficacement l'effet de protection des panaches de vapeur métallique ou des nuages de plasma sur le laser, augmentant ainsi l'efficacité du laser.
5. Réduction de la porosité des soudures
L'introduction correcte d'un gaz protecteur peut minimiser efficacement la formation de pores de gaz dans le cordon de soudure. En sélectionnant le type de gaz, le débit et la méthode d'introduction appropriés, des résultats idéaux peuvent être obtenus.
Cependant,
Une mauvaise utilisation du gaz protecteur peut avoir des effets néfastes sur le soudage. Les effets indésirables comprennent :
1. Détérioration du cordon de soudure
Une mauvaise introduction de gaz de protection peut entraîner une mauvaise qualité du cordon de soudure.
2. Fissuration et propriétés mécaniques réduites
Choisir le mauvais type de gaz peut entraîner des fissures dans les cordons de soudure et une diminution des performances mécaniques.
3. Augmentation de l'oxydation ou des interférences
Un mauvais débit de gaz, qu'il soit trop élevé ou trop faible, peut entraîner une oxydation accrue du cordon de soudure. Cela peut également provoquer de graves perturbations du métal en fusion, entraînant un effondrement ou une formation inégale du cordon de soudure.
4. Protection inadéquate ou impact négatif
Le choix d'une mauvaise méthode d'introduction du gaz peut conduire à une protection insuffisante du cordon de soudure ou même avoir un effet négatif sur la formation du cordon de soudure.
5. Influence sur la profondeur de soudure
L'introduction de gaz protecteur peut avoir un certain impact sur la profondeur de la soudure, notamment dans le soudage de plaques minces, où il tend à réduire la profondeur de la soudure.
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Types de gaz protecteurs
Les gaz de protection couramment utilisés dans le soudage laser sont l'azote (N2), l'argon (Ar) et l'hélium (He). Ces gaz ont des propriétés physiques et chimiques différentes, ce qui entraîne des effets variables sur le cordon de soudure.
1. Azote (N2)
N2 a une énergie d’ionisation modérée, supérieure à Ar et inférieure à He. Sous l'action du laser, il s'ionise modérément, réduisant efficacement la formation de nuages de plasma et augmentant l'utilisation du laser. Cependant, l'azote peut réagir chimiquement avec les alliages d'aluminium et l'acier au carbone à certaines températures, formant des nitrures. Cela peut augmenter la fragilité et réduire la ténacité du cordon de soudure, affectant négativement ses propriétés mécaniques. Par conséquent, l’utilisation de l’azote comme gaz protecteur pour les alliages d’aluminium et les soudures en acier au carbone n’est pas recommandée. D’un autre côté, l’azote peut réagir avec l’acier inoxydable, formant des nitrures qui améliorent la résistance du joint soudé. Par conséquent, l’azote peut être utilisé comme gaz protecteur pour le soudage de l’acier inoxydable.
2. Gaz Argon (Ar)
Le gaz argon possède l'énergie d'ionisation relativement la plus faible, ce qui entraîne un degré d'ionisation plus élevé sous l'action du laser. Ceci est défavorable au contrôle de la formation de nuages de plasma et peut avoir un certain impact sur l’utilisation efficace des lasers. Cependant, l'argon a une très faible réactivité et il est peu probable qu'il subisse des réactions chimiques avec les métaux courants. De plus, l'argon est rentable. De plus, en raison de sa haute densité, l'argon coule au-dessus du bain de fusion, offrant ainsi une meilleure protection au bain de fusion. Il peut donc être utilisé comme gaz de protection classique.
3. Hélium gazeux (He)
L'hélium gazeux possède l'énergie d'ionisation la plus élevée, conduisant à un très faible degré d'ionisation sous l'action du laser. Cela permet un meilleur contrôle de la formation des nuages de plasma et les lasers peuvent interagir efficacement avec les métaux. De plus, l’hélium a une très faible réactivité et ne subit pas facilement de réactions chimiques avec les métaux, ce qui en fait un excellent gaz pour le blindage des soudures. Cependant, le coût de l’hélium est élevé et il n’est donc généralement pas utilisé dans la production de masse de produits. Il est couramment utilisé dans la recherche scientifique ou pour des produits à forte valeur ajoutée.
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Méthodes d’introduction du gaz de protection
Actuellement, il existe deux méthodes principales pour introduire du gaz de protection : le soufflage latéral hors axe et le gaz de protection coaxial, comme le montrent respectivement les figures 1 et 2.
Figure 1 : Gaz de protection à soufflage latéral hors axe
Figure 2 : Gaz de protection coaxial
Le choix entre les deux méthodes de soufflage dépend de diverses considérations. En général, il est recommandé d’utiliser la méthode de soufflage latéral hors axe pour le gaz de protection.
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Principes de choix de la méthode d'introduction du gaz de protection
Tout d’abord, il est important de préciser que le terme « oxydation » des soudures est une expression familière. En théorie, cela fait référence à la détérioration de la qualité de la soudure due à des réactions chimiques entre le métal fondu et les composants nocifs de l'air, tels que l'oxygène, l'azote et l'hydrogène.
Prévenir l’oxydation des soudures implique de réduire ou d’éviter le contact entre ces composants nocifs et le métal fondu à haute température. Cet état à haute température inclut non seulement le métal du bain de soudure en fusion, mais également toute la période allant de la fusion du métal de soudure jusqu'à ce que le bain se solidifie et que sa température diminue en dessous d'un certain seuil.
Par exemple, lors du soudage des alliages de titane, lorsque la température est supérieure à 300°C, une absorption rapide de l'hydrogène se produit ; au-dessus de 450°C, une absorption rapide de l'oxygène se produit ; et au-dessus de 600°C, une absorption rapide de l'azote se produit. Par conséquent, une protection efficace est requise pour la soudure en alliage de titane pendant la phase où elle se solidifie et où sa température descend en dessous de 300°C pour éviter l'oxydation. Sur la base de la description ci-dessus, il est clair que le gaz de protection soufflé doit assurer une protection non seulement au bain de soudure au moment approprié, mais également à la région de la soudure qui vient de se solidifier. Par conséquent, la méthode de soufflage latéral hors axe illustrée à la figure 1 est généralement préférée car elle offre une plage de protection plus large par rapport à la méthode de blindage coaxial illustrée à la figure 2, en particulier pour la région juste solidifiée de la soudure. Cependant, pour certains produits spécifiques, le choix de la méthode doit être fait en fonction de la structure du produit et de la configuration des joints.
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Sélection spécifique de la méthode d'introduction du gaz de protection
1. Soudure en ligne droite
Si la forme de la soudure du produit est droite, comme le montre la figure 3, et que la configuration du joint comprend des joints bout à bout, des joints à recouvrement, des soudures d'angle ou des soudures par empilement, la méthode préférée pour ce type de produit est la méthode de soufflage latéral hors axe illustrée dans Graphique 1.
Figure 3 : Soudure en ligne droite
2. Soudure à géométrie fermée planaire
Comme le montre la figure 4, la soudure de ce type de produit a une forme plane fermée, telle qu'une forme de ligne circulaire, polygonale ou multi-segments. Les configurations de joints peuvent inclure des joints bout à bout, des joints à recouvrement ou des soudures par empilement. Pour ce type de produit, la méthode privilégiée consiste à utiliser le gaz de protection coaxial illustré à la figure 2.
Figure 4 : Soudure à géométrie fermée planaire
Le choix du gaz de protection pour les soudures à géométrie plane fermée affecte directement la qualité, l'efficacité et le coût de la production de soudage. Cependant, en raison de la diversité des matériaux de soudage, la sélection du gaz de soudage est complexe dans les processus de soudage réels. Cela nécessite une prise en compte approfondie des matériaux de soudage, des méthodes de soudage, des positions de soudage et du résultat de soudage souhaité. La sélection du gaz de soudage le plus approprié peut être déterminée par des tests de soudage pour obtenir des résultats de soudage optimaux.
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Affichage vidéo | Coup d'œil sur le soudage laser portatif
Vidéo 1 - En savoir plus sur ce qu'est la soudeuse laser portative
Vidéo2 - Soudage laser polyvalent pour diverses exigences
Des questions sur le soudage laser portatif ?
Heure de publication : 19 mai 2023