Quels gaz sont nécessaires pour le soudage au laser ?

Le soudage au laser est une méthode de soudage de haute précision qui utilise un faisceau laser pour faire fondre le matériau de la pièce, puis forme une soudure après refroidissement. Dans le soudage laser, le gaz joue un rôle clé. 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 laser. Quels gaz sont nécessaires pour le soudage laser ? Cet article examinera en profondeur l’importance des gaz de soudage laser, les gaz utilisés et ce qu’ils font.

Pourquoi faut-il du gaz pour le soudage au laser ?

Pendant le processus de soudage au laser, un faisceau laser à haute densité d'énergie est focalisé sur la zone de soudage de la pièce, provoquant une fusion instantanée du matériau de surface de la pièce. Le 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'alimentation appropriés sont des facteurs importants pour garantir un processus de soudage laser efficace et stable et obtenir des résultats de soudage de haute qualité.

Protection des zones de soudure

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 qualité réduite des soudures et la création de pores et d'inclusions. La soudure peut être efficacement protégée de la contamination par l'oxygène en fournissant un gaz approprié, généralement un gaz inerte tel que l'argon, à la zone de soudage.

Contrôle de la chaleur

La sélection et l'alimentation en gaz peuvent aider à contrôler la température de la zone de soudage. En ajustant le débit et le type de gaz, la vitesse de refroidissement de la zone de soudage peut être affectée. Ceci est important pour contrôler la zone affectée par la chaleur (ZAT) pendant le soudage et réduire la distorsion thermique.

Qualité de soudure améliorée

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 affectant également la forme et la profondeur de la soudure.

Refroidissement du gaz

Lors du soudage au laser, la zone de soudage est généralement affectée par des températures élevées. L'utilisation d'un système de refroidissement du gaz peut aider à contrôler la température de la zone de soudage et à éviter la surchauffe. Ceci est essentiel pour réduire les contraintes thermiques dans la zone de soudage et améliorer la qualité du soudage.

Protection contre les gaz des systèmes optiques

Le faisceau laser est focalisé sur la zone de soudage via un système optique. Pendant le processus de soudure, 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 en soudage laser ?

Lors du soudage au laser, le gaz peut isoler l'air de la plaque de soudage et l'empêcher de réagir avec l'air. De cette façon, la surface de soudure de la plaque métallique sera plus blanche et plus belle. L'utilisation de gaz protège également les lentilles de la poussière de soudure. Habituellement, les gaz suivants sont utilisés :

Gaz protecteur

Les gaz de protection, parfois appelés « gaz inertes », jouent un rôle important dans le processus de soudage laser. Les procédés de soudage au laser utilisent souvent des gaz inertes pour protéger le bain de soudure. Les gaz de protection couramment utilisés dans le soudage laser comprennent principalement l'argon et le néon. Leurs propriétés physiques et chimiques sont différentes, donc leurs effets sur la soudure sont également différents.

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 à l'écart du processus de soudure, tout en dissipant bien la chaleur, aidant ainsi à contrôler la température dans la zone de soudure.
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.

Gaz auxiliaire

Pendant le processus de soudage au laser, en plus du gaz de protection principal, des gaz auxiliaires peuvent également être utilisés pour améliorer les performances et la qualité du soudage. Voici quelques gaz auxiliaires couramment utilisés dans le soudage au laser :

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.
Azote : L’azote est également souvent utilisé comme gaz auxiliaire dans le soudage au 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 se fait généralement sous l'action d'un laser. Il peut mieux réduire la formation de nuages de plasma, fournir des soudures et un aspect de meilleure qualité et réduire 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.
Mélange Hydrogène/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 spéciales, telles que le soudage de l'acier inoxydable. La teneur en hydrogène du mélange varie généralement de 2% à 15%.
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. Propice au soudage à puissance plus élevée. L'hélium peut également être utilisé pour améliorer la qualité des soudures et contrôler les températures de soudage. Il s’agit du gaz de protection le plus efficace utilisé en soudage laser, mais il est relativement coûteux.

Gaz de refroidissement

Le gaz de refroidissement est souvent utilisé lors du soudage au 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 :

Eau : L'eau est un fluide de refroidissement couramment 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 atmosphériques : Dans certains procédés de soudage au 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 produire un effet 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 par la chaleur (ZAT).
Azote liquide : l'azote liquide est un fluide de refroidissement à température extrêmement basse qui peut être utilisé pour le soudage laser à très haute puissance. Il procure un effet de refroidissement très efficace et assure un contrôle de la température dans la zone de soudage.

Sélection de gaz dans différentes applications

Dans différentes applications de soudage laser, le choix du gaz approprié est crucial, car différentes combinaisons de gaz peuvent produire différentes qualités, vitesses et efficacités de soudage. Voici quelques lignes directrices pour vous aider à choisir le bon gaz pour votre application spécifique :

Type de matériau de soudage

Différents matériaux nécessitent différentes combinaisons de gaz. En général:

L'acier inoxydable utilise généralement de l'argon ou un mélange argon/hydrogène.
L'aluminium et les alliages d'aluminium utilisent souvent de l'argon pur.
Les alliages de titane utilisent souvent de l'azote.
Les aciers à haute teneur en carbone utilisent souvent de l'oxygène comme gaz auxiliaire.

Vitesse de soudage et pénétration

Si une vitesse de soudage plus élevée ou une pénétration de soudage plus profonde est requise, 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.

Qualité de soudure

Certaines combinaisons de gaz peuvent améliorer la qualité et l’apparence des soudures. Par exemple, l’azote peut donner une meilleure apparence et une meilleure 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. Une sélection appropriée du gaz peut réduire le risque de ces défauts.

Contrôle de la zone affectée par la chaleur (ZAT)

Selon le matériau à nettoyer, des déchets dangereux nécessitant des procédures de manipulation spéciales peuvent être générés pendant le processus de nettoyage. Cela peut augmenter le coût global du processus de nettoyage au laser.

Considérations relatives à l'équipement et aux coûts

Le choix du gaz est également influencé par le type d’équipement et son coût. Certains gaz peuvent nécessiter des systèmes d'approvisionnement spéciaux ou des coûts plus élevés.

Pour des applications spécifiques, il est recommandé de travailler avec un ingénieur en soudage ou un fabricant professionnel d'équipement 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. En fonction de l'application spécifique, différentes combinaisons de gaz et paramètres peuvent être essayés pour trouver les conditions de soudage optimales.

Résumer

En bref, le soudage laser doit utiliser du gaz pour protéger les zones de soudage, contrôler la température, améliorer la qualité des soudures et protéger les systèmes optiques. La sélection des types de gaz et des paramètres d'alimentation appropriés est un facteur important pour garantir un processus de soudage laser efficace et stable et pour obtenir des résultats de soudage de haute qualité. Différents matériaux et applications peuvent nécessiter différents types et proportions mélangées pour répondre à des exigences de soudage spécifiques.
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