Gaz de protection pour le soudage laser Keyhole/profond ou le soudage par conduction thermique en fonction du point focal et de la taille du point de fusion
Gaz de protection hélium et argon contre la formation de plasma lors du soudage au laser
Gaz laser d'Air Liquide : gaz de protection laser et leurs avantages pour le soudage et l'assemblage laser
LASAL pour le soudage laser profond de l'acier, de l'aluminium et du titane
Buses de gaz de protection laser : le concept de buse LASAL™ pour le soudage laser
Lors du soudage au laser (EN ISO 4063 : processus 52), l'énergie d'un faisceau laser focalisé à haute densité de puissance [W/mm²] est utilisée pour chauffer instantanément les matériaux et les composants à la température de fusion. Cela permet d'effectuer des travaux d'assemblage précis tels que le soudage au laser, le brasage au laser ou le soudage par rechargement.
La densité de puissance énergétique peut être adaptée avec précision à la tâche d'assemblage à l'aide d'optiques de focalisation (optique laser/tête d'usinage). Il est ainsi possible de souder des composants en tôle fine jusqu'à des composants de construction à paroi épaisse. L'assemblage laser est un procédé d'assemblage bien établi dans la construction métallique, la construction automobile, aéronautique ou navale, la fabrication de tubes et de profilés ou la construction de machines, de réservoirs et d'appareils, et fait partie intégrante de nombreuses entreprises de fabrication.
Des mélanges de gaz de protection parfaitement adaptés au matériau, au type de laser et à la puissance du laser garantissent que la puissance maximale du faisceau laser est transférée dans la zone d'assemblage. Cela permet d'obtenir une qualité de soudure laser et une productivité élevées.
Particularités des lasers à gaz
Spécialement pour les lasers à gaz (par exemple les lasers CO2), les fabricants de lasers spécifient des gaz de résonateur avec une composition et un rapport de mélange précisément définis.
Dans les lasers à gaz, le gaz de résonateur est ce qu'on appelle le milieu actif laser pour la génération du faisceau laser proprement dit et constitue donc un élément essentiel de l'application laser.
Les gaz de résonateur LASAL d'Air Liquide sont des mélanges gazeux de haute pureté qui dépassent largement les spécifications des fabricants de lasers en termes de tolérance de mélange et d'homogénéité.
Les gaz pour résonateurs LASAL garantissent ainsi une stabilité maximale du faisceau laser pendant toute la durée de vie du laser.
Gaz de protection pour le soudage laser par trou d'épingle/soudage profond ou soudage par conduction thermique en fonction du point focal et de la taille du point de fusion
Le choix des gaz de protection pour le soudage laser dépend de la puissance du laser, de la longueur d'onde du laser, des matériaux à souder et du type de soudage laser (soudage profond par trou d'épingle ou soudage par conduction thermique) utilisé pour le soudage laser.
Les gaz de protection adaptés au matériau et à la puissance du laser ont une influence considérable sur le résultat du soudage.
Le transfert de chaleur du point de focalisation/foyer vers la surface du composant à l'intérieur de celui-ci, ainsi que la vitesse de soudage et la consommation de gaz de protection sont directement liés au gaz de protection choisi.
La profondeur de soudage/la forme de pénétration, le rapport largeur/profondeur du cordon, la surface et la qualité du cordon ainsi que la stabilité du processus et la productivité peuvent être influencés de manière décisive par les gaz de protection.
Pour qu'un gaz de protection soit efficace, il est essentiel qu'il arrive efficacement au point de soudage prévu. Le type d'alimentation, c'est-à-dire la buse de gaz de protection, détermine le potentiel d'amélioration de la qualité, de la sécurité et des performances du soudage laser.
Des gaz de protection optimaux pour le soudage laser peuvent améliorer de manière significative :
- améliorer la fenêtre de processus technique
- réduire la formation de vapeurs métalliques, de fumée, de résidus et la tendance au plasma
- protéger efficacement le cordon de soudure des influences environnementales.
La solution de gaz de protection doit être adaptée :
- le type de laser (fibre, diode, CO2)
- la puissance du laser
- la longueur d'onde du laser
- au matériau et à l'épaisseur du matériau
- la géométrie de pénétration requise
- et à la profondeur de soudage souhaitée
Gaz de protection hélium et argon contre la formation de plasma lors du soudage au laser
La formation de plasma lors du soudage au laser est un effet perturbateur. La formation de plasma dépend de la puissance et de la longueur d'onde du laser. Plus la puissance du laser est élevée, plus le processus laser est sensible au plasma. Les lasers CO2 avec une longueur d'onde λ=10,6 µm ont davantage tendance à former du plasma que les lasers à solide (lasers à fibre, lasers à disque) et les lasers à diode avec leur longueur d'onde λ < 1,1 µm.
Pour les lasers CO2, l'hélium est utilisé lors de la première utilisation et à des puissances laser élevées. Pour les lasers à solide (lasers à disque, lasers à fibre, lasers à diode), l'argon est utilisé indépendamment de la puissance laser et du matériau.
Par rapport à l'argon, l'hélium a un diamètre atomique plus petit et une énergie d'ionisation plus élevée, tout en ayant une tendance au plasma plus faible. L'utilisation d'hélium dans les lasers CO2 haute puissance assure un capillaire de vapeur (keyhole) plus stable et évite la formation de plasma. Cela permet un bon couplage de l'énergie laser dans le composant et donc un processus stable.
La conductivité thermique élevée de l'hélium assure également un transfert de chaleur efficace du faisceau laser vers le matériau. Il en résulte une profondeur de soudage relativement bonne, une vitesse de soudage élevée et un meilleur comportement au mouillage.
L'une des fonctions les plus importantes des gaz de protection est de protéger efficacement la masse fondue dans la zone d'assemblage de l'atmosphère ambiante afin d'éviter toute réaction indésirable avec l'air ambiant.
Avec l'argon et les gaz à forte teneur en argon dont la densité est supérieure à celle de l'air (1,225 kg/m³), l'atmosphère ambiante peut être atteinte plus efficacement avec un débit de gaz protecteur plus faible qu'avec des gaz protecteurs plus légers que l'air. Avec l'argon et les gaz à forte teneur en argon dont la densité est supérieure à la densité de l'air (1,225 kg/m³), l'atmosphère ambiante peut être protégée plus efficacement avec un débit de gaz protecteur plus faible qu'avec des gaz protecteurs plus légers que l'air.
Gaz laser d'Air Liquide : gaz de protection laser et leurs avantages pour le soudage et l'assemblage laser
La stabilité du processus et la formation de plasma peuvent être considérablement influencées par la composition du gaz, le type de laser et la puissance du laser. Lors du soudage avec une puissance laser de 12 kW, un mélange gazeux contenant au moins 70 % d'hélium se comporte de manière aussi stable que l'hélium pur et permet d'obtenir des profondeurs de soudage comparables. Avec une puissance laser de 2 kW, la teneur minimale en hélium nécessaire pour garantir la stabilité du processus est de 20 %. En raison des défis croissants et de la diversité des applications d'assemblage laser et des matériaux, par exemple :
- aciers non alliés et faiblement alliés,
- les aciers CrNi,
- l'aluminium,
- à base de Ni.
- cuivre
- titane, etc.
les mélanges de gaz protecteurs adaptés au matériau ont fait leurs preuves.
Les mélanges de gaz protecteurs LASAL 4633, LASAL 4635 et LASAL 4636 protègent plus efficacement le cordon de soudure contre les influences indésirables de l'atmosphère que l'hélium pur utilisé comme gaz protecteur. Ils permettent également d'obtenir une meilleure qualité de soudure, une plus grande stabilité du processus et une productivité accrue.
Dans le cas des matériaux en acier notamment, la teneur en oxygène du gaz protecteur peut améliorer l'apport d'énergie dans le composant, le comportement de pénétration et la forme de la soudure, indépendamment de la source laser et de la puissance du laser. De plus, un meilleur dégazage, une tendance réduite à la formation de pores et un meilleur mouillage des flancs de la soudure ont des effets bénéfiques sur les processus de soudage au laser. Il en résulte moins d'entailles et une vitesse de soudage plus élevée.
LASAL pour le soudage laser profond de l'acier, de l'aluminium et du titane
LASAL 4633, LASAL 4635 et LASAL 4636 facilitent le soudage des matériaux à faible absorption de la surface métallique, tels que l'aluminium. L'optimisation du couplage des faisceaux laser dans le matériau stabilise le processus de soudage et permet d'obtenir des profondeurs et des vitesses de soudage élevées sur toute la longueur du cordon.
Les gaz de protection LASAL optimisés permettent de réduire considérablement la consommation de gaz et donc les coûts de processus.
Buses de gaz de protection laser : le « concept de buses LASAL » pour le soudage laser
Outre le choix du gaz de protection, l'alimentation en gaz de protection revêt une importance particulière. L'efficacité du gaz ou du mélange de protection dépend directement de son arrivée effective à l'endroit prévu. Les buses LASAL permettent d'exploiter pleinement les propriétés physico-chimiques des gaz de protection. Cela est déterminant pour l'apport d'énergie précis, la stabilité du processus et la qualité du cordon.
Les gaz de protection LASAL et les buses LASAL forment ensemble une combinaison optimale pour le soudage laser.
Dans l'industrie métallurgique, l'argon et l'hélium sont traditionnellement utilisés comme gaz de protection pour le soudage laser. En fonction du matériau d'une part et du type, de la puissance et de la longueur d'onde du laser d'autre part, les mélanges de gaz de protection permettent d'obtenir de meilleurs résultats tout en réduisant les coûts de processus.
Le potentiel des gaz de protection LASAL optimisés peut être exploité au mieux lorsqu'ils sont combinés à un système d'alimentation adapté, les buses LASAL, afin que le mélange de gaz de protection soit acheminé de manière optimale vers le processus de soudage.
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