Le soudage laser, technologie avancée de traitement de la tôle, est déjà devenu incontournable dans l'industrie manufacturière. Si vous vous demandez si vos projets de produits sur mesure sont adaptés au soudage laser, cet article vous fournira une aide précieuse grâce à ses principes, caractéristiques, applications, avantages et inconvénients, fruit de plus de dix ans d'expérience de HDC en fabrication métallique.
Qu'est-ce que le soudage laser et comment fonctionne-t-il ?
Le soudage laser est une méthode de soudage de précision, également appelée soudage par faisceau laser (LBW). Il diffère des autres méthodes de soudage par l'utilisation d'un faisceau laser.
En concentrant fortement le faisceau laser (diamètre de 0,1 à 2 mm) sur la surface des matériaux à assembler, la température élevée générée par le faisceau laser chauffe les matériaux présents dans la zone d'assemblage jusqu'à leur point de fusion, provoquant leur fusion. Les matériaux fondus fusionnent et, après refroidissement et solidification, forment une liaison solide et permanente.
Le processus de soudage au laser
Travail préparatoire
- Avant d’effectuer le soudage laser, nous nettoyons soigneusement les matériaux car toute contamination résiduelle peut affecter le processus de soudage ou provoquer des porosités ou des fissures dans le cordon de soudure.
- Étant donné que le soudage laser nécessite des espaces d'assemblage extrêmement serrés (généralement inférieurs à 10% de l'épaisseur du matériau), nous fixons solidement les pièces à souder sur des montages adaptés pour garantir que le cordon de soudure reste bien ajusté et ne se déplace pas pendant le traitement.
- Nous configurons le programme et les paramètres de l'équipement de soudage laser en fonction des exigences de conception de votre produit, telles que le chemin de soudage, la vitesse, la puissance, etc., et utilisons également un laser de faible puissance spécialisé pour simuler le chemin laser afin de garantir que les paramètres sont correctement définis.
- Avant le soudage proprement dit, nous positionnons précisément le point de départ de la soudure directement sous le foyer laser et ajustons la distance entre la tête laser et la pièce à souder afin que le foyer soit positionné de manière optimale. Cela garantit une pénétration et une largeur de soudure appropriées.
Soudage
Après avoir terminé les préparatifs ci-dessus, nos opérateurs démarreront l'équipement de soudage laser et surveilleront l'ensemble du processus, effectuant rapidement les ajustements appropriés si des anomalies sont détectées.
Pendant le processus de soudage, le bain de fusion généré par le matériau peut facilement réagir chimiquement avec les composants présents dans l'air. Nous utilisons donc en continu et de manière stable des gaz de protection inertes (tels que l'argon ou l'hélium) pour protéger la zone de soudage, empêchant l'oxydation ou la nitruration et évitant la fragilité ou la porosité de la soudure.
Travaux de suivi
Une fois le soudage laser terminé, le gaz de protection est maintenu pendant quelques secondes pour protéger la soudure non solidifiée jusqu'à sa solidification complète. Une fois la pièce refroidie, nous effectuons un contrôle qualité complet afin de garantir la conformité du produit à vos exigences.
Types de soudage laser
En fonction de la densité d'énergie laser et de la profondeur de soudage, le soudage laser est généralement divisé en deux types : le soudage par conduction thermique et le soudage par pénétration profonde.
Soudage par conduction
Le soudage par conduction thermique est l'une des méthodes de soudage laser les plus courantes. Il utilise un laser à faible densité de puissance pour irradier la surface du matériau, générant de la chaleur qui ne fait fondre que le métal en surface, créant ainsi un bain de soudure stable et une faible profondeur de pénétration (généralement de 1 à 2 mm). Grâce à ce faible apport de chaleur, la surface de soudure est lisse et esthétique, et ne nécessite généralement pas de ponçage ultérieur.
Le soudage par conduction thermique convient aux matériaux à bas point de fusion et à faible épaisseur, et est souvent utilisé pour les produits ayant des exigences élevées en matière de précision et d'apparence, tels que les boîtiers de dissipateurs thermiques.
Soudage par trou de serrure (pénétration profonde)
Le soudage à pénétration profonde, également appelé soudage par trou de serrure, est une méthode de soudage laser haute puissance. Dans ce mode, l'énergie laser est très concentrée et peut fondre, voire vaporiser, le métal en très peu de temps. La pression générée par la vaporisation crée un fin trou de serrure dans le métal en fusion, le long duquel le laser pénètre profondément dans le matériau, créant des soudures profondes, étroites et très résistantes.
Le soudage à pénétration profonde a une vitesse de soudage rapide et une grande profondeur de pénétration, ce qui le rend adapté aux matériaux métalliques avec une grande épaisseur et des exigences de résistance élevées, et est couramment utilisé dans la fabrication automobile, l'aérospatiale et d'autres industries qui nécessitent un soudage de plaques moyennes et épaisses, telles que les pièces structurelles de carrosserie automobile.
Types de lasers utilisés pour le soudage
Les lasers utilisés pour le soudage peuvent être divisés en plusieurs catégories selon le milieu actif qui produit le laser :
| Taper | Milieu actif | Longueur d'onde | Avantages | Limites | Applications |
|---|---|---|---|---|---|
| Soudage laser à fibre | Fibre optique en verre dopée aux terres rares | ~1070 nm |
|
| Applicable à la plupart des domaines, tels que la fabrication automobile, la fabrication de tôles. |
| Soudage laser CO₂ | Mélange de gaz CO₂, azote et hélium | ~10,6 μm |
|
| Convient au soudage de plaques moyennes et épaisses, telles que la construction navale, les structures de machines lourdes et le traitement de matériaux non métalliques. |
| Soudage laser Nd:YAG | Cristal YAG (grenat d'yttrium et d'aluminium) dopé au néodyme | 1064 nm |
|
| Convient pour le microsoudage de précision, couramment utilisé dans les appareils médicaux et les composants électroniques (tels que les capteurs). |
| Soudage laser bleu/vert | Doublement de fréquence de diode laser | Bleu : ~ 450 nm Vert : ~ 532 nm |
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| Convient pour le soudage de matériaux à haute réflectivité, tels que les batteries et les moteurs de véhicules à énergie nouvelle, qui sont très populaires actuellement. |
| Soudage laser à diode | Diode semi-conductrice | 808-980 nm |
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| Convient pour le soudage peu profond, comme le soudage du plastique et le soudage de tôles minces. |
Avantages et inconvénients du soudage laser
Avantages
Applicable à de nombreux matériaux
De nombreux matériaux peuvent être soudés au laser, notamment des métaux et des non-métaux. De plus, le soudage laser permet d'assembler facilement des métaux différents, ce qui est difficile à réaliser avec le soudage TIG ou MIG.
Métal
acier, acier au carbone, alliages d'acier, acier inoxydable, titane et alliages de titane, alliages d'aluminium, cuivre et alliages de cuivre.
Non-métal
verre, céramique, thermoplastique : PC, ABS, PA, PP, PE.
Haute efficacité de soudage
Grâce à la concentration de l'énergie laser, le processus de soudage est très rapide, jusqu'à cinq fois plus rapide que les méthodes traditionnelles. Le soudage laser permet ainsi de raccourcir le cycle de production et d'améliorer l'efficacité.
Petite zone affectée par la chaleur
La densité énergétique du faisceau laser est élevée, ne fondant que la zone du matériau à souder, tandis que le matériau environnant est peu affecté par la chaleur. Par conséquent, il ne provoque aucune déformation susceptible d'altérer la qualité du produit, ce qui le rend particulièrement adapté au soudage de précision et de pièces très fines.
Rapport profondeur/largeur élevé
Si le mode de pénétration profonde est utilisé, le soudage laser peut souder des matériaux d'épaisseur moyenne en un seul passage, formant efficacement des cordons de soudure profonds, étroits et très résistants.
Désavantages
Exigences élevées en matière de prétraitement
- Avant le soudage laser, la surface doit être soigneusement nettoyée. Tout résidu présent à la surface peut provoquer des bulles et des fissures dans la soudure.
- Les surfaces métalliques polies nécessitent un traitement de surface tel que le sablage, le meulage ou l'oxydation. L'absence de ce traitement de polissage peut entraîner une réflectivité extrêmement élevée, affectant la qualité et les performances de la soudure.
Capacité de manutention limitée pour les grandes pièces
Le soudage au laser peut être très efficace pour les matériaux minces à moyennement épais, mais il est difficile d'obtenir les résultats souhaités pour les matériaux plus épais ou plus grands.
Coût d'investissement initial élevé
Les équipements de soudage laser sont coûteux et nécessitent une grande expertise de la part des opérateurs. Ils sont donc plus adaptés aux produits de soudage de grande série. Cependant, chez HDC, nous proposons une technologie de soudage laser professionnelle et de haute précision.
Application du soudage laser
Industrie automobile
L'industrie automobile est le secteur le plus mature et le plus répandu en matière de soudage laser. Ce procédé permet d'assembler les composants de la carrosserie, tels que le toit, les panneaux latéraux et les portes, ce qui non seulement réduit le poids, mais améliore également la résistance et l'étanchéité de la carrosserie. Par ailleurs, le soudage laser est également utilisé pour les batteries et les composants moteurs des véhicules à énergies nouvelles, notamment pour le soudage des électrodes positives et négatives des cellules de batterie, des barres omnibus et du boîtier de batterie.
Dispositifs médicaux
Les cordons de soudure obtenus par soudage laser sont nets et lisses, ce qui le rend particulièrement adapté aux dispositifs médicaux exigeant une propreté et une précision élevées. Parmi les applications courantes, on trouve le scellement des soudures de stimulateurs cardiaques, le soudage d'implants articulaires et le soudage d'instruments chirurgicaux de précision en acier inoxydable.
Fabrication de tôles
Le soudage laser produit des cordons de soudure lisses, offrant une bonne étanchéité et un aspect esthétique, ce qui en fait l'un des procédés de soudage les plus couramment utilisés dans la fabrication de tôles. De nombreux boîtiers et armoires sont fabriqués par soudage laser, comme les coffrets de distribution, les armoires de commande électrique, les boîtiers d'appareils électroménagers et les meubles de cuisine en acier inoxydable.
Électronique
Le soudage laser présente une zone affectée thermiquement réduite et une haute précision, permettant de concentrer l'énergie laser avec précision sur une zone de soudure minuscule. Cela empêche efficacement la chaleur générée par le soudage d'endommager les composants environnants, ce qui explique son utilisation fréquente dans les produits électroniques sensibles et à la structure précise, tels que les châssis intermédiaires des téléphones portables, l'étanchéité et la connexion des boîtiers de capteurs, et le soudage par points de précision des composants internes des ordinateurs portables.
Par rapport au soudage traditionnel
Soudage laser vs soudage MIG
Le soudage laser présente un apport de chaleur extrêmement faible, permettant une soudure précise avec une déformation minimale et une finition esthétique. En revanche, le soudage MIG utilise des fils qui servent à la fois d'électrode et de métal d'apport, nécessitant une alimentation et une fusion continues. Par conséquent, l'apport de chaleur global est relativement élevé, ce qui peut facilement déformer la pièce. De plus, la régularité et l'aspect de la soudure sont moins bons qu'avec le soudage laser. Cependant, le soudage MIG offre une plus grande flexibilité de procédé et est particulièrement adapté au soudage de matériaux plus épais.
Soudage laser vs soudage à l'arc
L'équipement de soudage à l'arc est simple et léger, et peut être utilisé dès sa mise sous tension, ce qui le rend particulièrement adapté aux travaux en extérieur. Cependant, le soudage à l'arc requiert des compétences techniques plus poussées de la part des opérateurs, ce qui peut entraîner des variations de qualité et de résultats. Le soudage laser, quant à lui, offre un haut degré d'automatisation et une précision contrôlable, offrant ainsi de meilleurs avantages en termes de qualité et d'efficacité de soudage par rapport au soudage à l'arc.
Soudage laser vs soudage TIG
Le soudage TIG utilise une baguette de tungstène à point de fusion extrêmement élevé, sans consommable, comme électrode, et remplit le cordon de soudure avec un fil d'apport séparé. Cela permet d'obtenir des soudures nettes, esthétiques et de haute qualité. Cependant, la vitesse de soudage est très lente et le soudeur est extrêmement compétent, ce qui le rend moins efficace et économique que le soudage laser. Cependant, pour les tôles fines difficiles à souder ou pour l'assemblage de métaux différents, le soudage TIG est un procédé plus abouti et plus fiable.
Conclusion
Si vos produits exigent une précision et une esthétique élevées et doivent être produits en série, qu'il s'agisse de souder de petites déformations dans des matériaux minces ou de souder en profondeur des tôles moyennes et épaisses, le soudage laser est la solution idéale. Chez HDC, le soudage laser est une technique d'usinage standard et nous vous offrons un support technique expérimenté et des services sur mesure à prix compétitifs. N'hésitez pas à nous contacter ; nous vous proposerons rapidement des services d'usinage de tôle personnalisés, y compris le soudage laser.
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