Machines de soudage laser indispensables pour les usines de tôlerie
En tant que professionnel de la tôlerie, je sais combien il est crucial d'investir dans le bon équipement. Un outil indispensable pour toute usine de tôlerie est machines de soudage laserCes machines offrent une précision, une rapidité et une efficacité inégalées, ce qui les rend essentielles pour améliorer la productivité et obtenir des résultats de haute qualité. Dans cet article, je vous explique pourquoi. machines de soudage laser sont indispensables et comment ils peuvent révolutionner vos processus de travail des métaux.
Table des matières
Machines de soudage laser
Le soudage laser est un nouveau type de soudage, principalement destiné aux matériaux à parois minces et aux pièces de précision. Il présente les avantages d'une utilisation simple, de soudures soignées et d'une vitesse élevée. Petites machines indispensables pour les usines et les particuliers, les machines de soudage laser ont connu un succès considérable ces dernières années. Dans cet article, nous vous présenterons les machines de soudage laser en détail sous différents angles afin de vous aider à mieux les comprendre et à les acheter.
Principe de fonctionnement
Le soudage laser utilise des impulsions laser à haute énergie sur un matériau, dans une zone de chauffage locale infime. L'énergie du rayonnement laser est transmise par conduction thermique à la diffusion interne du matériau. Le matériau fond pour former un bain de fusion spécifique. Il s'agit d'une nouvelle méthode de soudage, principalement destinée au soudage de matériaux à parois minces, de pièces de précision, de points, de bout en bout, de piles, de soudures d'étanchéité, etc., avec un rapport profondeur/largeur élevé, une faible largeur de soudure, une faible zone affectée thermiquement, une faible déformation, une vitesse de soudage élevée, un cordon de soudure plat et esthétique, aucun traitement ou un simple traitement après soudage, un cordon de soudure de haute qualité, aucune porosité, un contrôle précis, un petit point focal, une grande précision de positionnement et une automatisation aisée. Le soudage est facile à automatiser.
Principaux types
Les machines de soudage laser sont également appelées machines de soudage laser à contre-réaction, machines de soudage laser à froid, machines de soudage laser à argon, équipements de soudage laser, etc. Selon leur mode de fonctionnement, elles peuvent être classées en machines de soudage laser manuelles, machines de soudage laser automatiques, machines de soudage laser pour bijoux, machines de soudage laser par points, machines de soudage laser à transmission par fibre optique, machines de soudage à miroir vibrant, machines de soudage portables, etc. Les équipements de soudage laser spécifiques comprennent les machines de soudage par capteurs, les machines de soudage laser pour tôles d'acier au silicium et les machines de soudage laser à clavier. Les formes soudables sont : points, lignes, cercles, carrés ou toute forme plane dessinée avec le logiciel AUTOCAD.
Paramètres clés
La densité de puissance est l'un des paramètres les plus critiques du traitement laser. Avec une densité de puissance élevée, la couche superficielle peut atteindre son point d'ébullition en quelques microsecondes, produisant ainsi une grande quantité de vapeurs. De telles densités de puissance sont donc avantageuses pour les procédés d'enlèvement de matière tels que le poinçonnage, la découpe et la gravure. Pour des densités de puissance plus faibles, il faut quelques millisecondes pour que la température de la couche superficielle atteigne le point d'ébullition et que la couche inférieure atteigne son point de fusion avant que la couche superficielle ne se vaporise, facilitant ainsi la formation d'une soudure par fusion de qualité. Par conséquent, en soudage laser par conduction, la densité de puissance est comprise entre 104 et 106 W/㎡.
La forme d'onde de l'impulsion est un enjeu important en soudage, notamment pour le soudage de tôles minces. Lorsqu'un faisceau de forte intensité est dirigé vers la surface du matériau, l'énergie réfléchie par la surface métallique est perdue et le taux de réflexion varie avec la température de surface. La réflectivité du métal varie considérablement pendant la durée de l'impulsion.
La largeur d'impulsion est l'un des paramètres importants du soudage par impulsions, à la fois en termes d'élimination et de fusion de matière, et également en tant que paramètre clé pour déterminer le coût et la taille de l'équipement de traitement.
L'effet du volume hors focalisation est dû à la forte densité de puissance au centre du spot au point focal du laser, qui a tendance à s'évaporer dans un trou. Cette densité de puissance est répartie de manière relativement uniforme dans tous les plans éloignés du point focal du laser. Il existe deux types de défocalisation : la défocalisation positive et la défocalisation négative. Le plan focal est situé au-dessus de la pièce pour la défocalisation positive, et inversement pour la défocalisation négative. Selon la théorie de l'optique géométrique, lorsque les distances positive et négative entre le plan de focalisation et le plan de soudage sont égales, le plan correspondant de la densité de puissance est approximativement le même. Cependant, en pratique, la forme du bain de fusion obtenu est différente. La défocalisation négative permet d'obtenir une plus grande profondeur de fusion, liée au processus de formation du bain de fusion.
Caractéristiques avantageuses
La machine de soudage laser offre un haut degré d'automatisation et un procédé de soudage simple. Son fonctionnement sans contact répond aux exigences de propreté et de protection de l'environnement. L'utilisation de machines de soudage laser améliore l'efficacité de la pièce, ce qui se traduit par un aspect esthétique, des cordons de soudure fins, de grandes profondeurs de soudure et une qualité de soudage élevée. Les machines de soudage laser sont largement utilisées pour l'usinage de prothèses dentaires, le soudage de claviers, le soudage d'acier au silicium, le soudage de capteurs, le soudage de bouchons de batterie, etc. Cependant, les machines de soudage laser présentent des limites dans ces domaines en raison de leur coût élevé et de la haute précision requise pour l'assemblage de la pièce.
Domaines d'application
Fabrication
La technologie de soudage laser est largement utilisée dans la construction automobile étrangère. Selon les statistiques de 2000, le nombre de lignes de production mondiales de soudage laser de flans découpés s'élevait à plus de 100, et la production annuelle de pièces automobiles soudées de flans découpés s'élevait à 70 millions de pièces, une croissance soutenue. La production nationale de modèles d'entrée de gamme utilise également des structures de flans découpés. Au Japon, le soudage laser CO2 remplace le soudage bout à bout par étincelage pour l'assemblage de bobines d'acier laminé dans l'industrie sidérurgique. Les recherches sur le soudage de plaques ultra-minces, telles que les feuilles d'une épaisseur de 100 microns ou moins, ne sont pas réalisables. Cependant, le soudage laser YAG, doté d'une forme d'onde de puissance de sortie spécifique, est un succès, ce qui préfigure l'avenir prometteur du soudage laser. Le Japon a également développé avec succès le soudage laser YAG, une première mondiale, pour la réparation de tubes fins de générateurs de vapeur dans les réacteurs nucléaires, etc. Le Japon développe également la technologie de soudage laser pour les engrenages.
Métallurgie des poudres
Avec le développement continu des sciences et des technologies, de nombreuses technologies industrielles répondant aux exigences spécifiques des matériaux, les méthodes de fusion et de moulage ne peuvent plus répondre à ces besoins. Les matériaux issus de la métallurgie des poudres présentant des propriétés et des avantages de fabrication spécifiques, l'industrie manufacturière remplace progressivement les matériaux traditionnels de fusion et de moulage dans certains secteurs tels que l'automobile, l'aéronautique, l'outillage et les outils de coupe. Avec leur développement croissant, les matériaux issus de la métallurgie des poudres posent de plus en plus de problèmes d'assemblage, limitant ainsi leur application. Au début des années 1980, le soudage laser, avec ses avantages uniques dans le traitement des matériaux issus de la métallurgie des poudres, a ouvert de nouvelles perspectives pour leur application. L'utilisation de ces matériaux, couramment utilisés en brasage au diamant, est notamment liée à leur faible résistance et à leur large zone affectée thermiquement, notamment en raison de leur faible capacité à supporter des températures élevées et des exigences de résistance élevées dues à la fusion du matériau de brasage. Le soudage laser permet d'améliorer la résistance du soudage et la résistance aux hautes températures.
Industrie automobile
À la fin des années 1980, les lasers de la classe kilowatt ont été utilisés avec succès dans la production industrielle. Aujourd'hui, les lignes de soudage laser sont apparues à grande échelle dans l'industrie automobile, devenant l'une des réalisations majeures de l'industrie automobile. Les constructeurs automobiles européens ont été les premiers à utiliser le soudage laser pour le soudage des tôles de toit, de carrosserie et de châssis latéraux dès les années 1980. Dans les années 1990, les États-Unis ont concouru à l'introduction du soudage laser dans la construction automobile, qui s'est rapidement développée malgré un démarrage tardif. L'Italie a utilisé le soudage laser pour l'assemblage de la plupart des composants en tôle d'acier, tandis que le Japon utilise le soudage et la découpe laser pour la fabrication de revêtements de carrosserie. Les assemblages soudés au laser en acier à haute résistance, en raison de leurs excellentes performances dans la fabrication de carrosseries, sont de plus en plus utilisés. Selon les statistiques du marché américain des métaux, la consommation de structures en acier soudées au laser atteindra 70 000 tonnes d'ici fin 2002 par rapport à 1998, soit une multiplication par trois. Conformément aux caractéristiques des lots de l'industrie automobile, un haut degré d'automatisation et des équipements de soudage laser haute puissance multi-trajets. Dans le cadre de recherches conjointes menées par le Laboratoire national Sandia aux États-Unis et PrattWitney sur le procédé de soudage laser par ajout de poudre et de fil métallique, l'Institut allemand de technologie appliquée des faisceaux de Brême a mené de nombreuses études sur l'utilisation du soudage laser de la carcasse en alliage d'aluminium. L'ajout de métal d'apport dans la soudure permet d'éliminer les fissures thermiques, d'améliorer la vitesse de soudage et de résoudre les problèmes de tolérance. La ligne développée est déjà en production en usine.
Industrie électronique
Le soudage laser est largement utilisé dans l'industrie électronique, notamment en microélectronique. Grâce à sa faible zone affectée thermiquement, sa concentration rapide de la chaleur et sa faible contrainte thermique, il est utilisé pour l'encapsulation de circuits intégrés et de boîtiers de semi-conducteurs, démontrant une supériorité unique. Le soudage laser a également été utilisé dans le développement de dispositifs sous vide, tels que les pôles de focalisation en molybdène avec bagues de support en acier inoxydable et les assemblages de filaments cathodiques à chauffage rapide. Les capteurs ou régulateurs de température sont intégrés dans des tôles ondulées élastiques à parois minces d'une épaisseur de 0,05 à 0,1 mm. L'utilisation de méthodes de soudage traditionnelles est difficile, le soudage TIG est facile à souder, la stabilité du plasma est faible, l'impact de nombreux facteurs est important et le soudage laser est très efficace.
Biomédical
Le soudage laser des tissus biologiques a débuté dans les années 1970, notamment pour le soudage des trompes de Fallope et des vaisseaux sanguins. La supériorité de cette technique a incité de plus en plus de chercheurs à s'intéresser à divers tissus biologiques et à s'étendre à d'autres tissus. Les recherches sur le soudage laser des nerfs, en Chine et à l'étranger, se sont concentrées sur la longueur d'onde, la dose et la récupération fonctionnelle du laser, ainsi que sur le choix des matériaux de soudage laser et d'autres aspects de la recherche. Liu Tongjun a mené des recherches fondamentales sur le soudage laser des petits vaisseaux sanguins et de la peau, ainsi que sur des études de soudage du canal cholédoque de rats. Comparé aux méthodes de suture traditionnelles, le soudage laser présente les avantages d'une anastomose rapide, d'une absence de réaction aux corps étrangers pendant la cicatrisation, du maintien des propriétés mécaniques de la zone soudée et d'une croissance du tissu réparé conforme à ses propriétés biomécaniques d'origine.
Autres domaines
Dans d'autres secteurs, le soudage laser se développe progressivement, notamment pour le soudage de matériaux spéciaux. La Chine a mené de nombreuses études, notamment sur le soudage laser de l'alliage de titane BT20, de l'alliage HEl30 et des batteries Li-ion. L'Allemagne a développé une nouvelle technologie pour le soudage laser du verre plat.
Méthodes de soudage
Le soudage par résistance est utilisé pour souder des pièces métalliques minces. Il consiste à serrer la pièce soudée entre deux électrodes afin de faire fondre la surface en contact avec les électrodes grâce à un courant élevé, c'est-à-dire par chauffage résistif de la pièce pour réaliser la soudure. La pièce se déforme facilement et le soudage par résistance s'effectue des deux côtés du joint, tandis que le soudage laser s'effectue d'un seul côté. Les électrodes utilisées en soudage par résistance nécessitent un entretien fréquent pour éliminer les oxydes et le métal adhérant à la pièce, tandis que le soudage laser des joints à recouvrement métalliques minces ne touche pas la pièce. De plus, le faisceau peut pénétrer dans des zones difficiles à souder avec le soudage conventionnel et la vitesse de soudage est élevée.
Le soudage à l'arc sous argon est l'utilisation d'électrodes non consommatrices avec gaz de protection, couramment utilisées pour souder des pièces minces, mais la vitesse de soudage est plus lente et l'apport de chaleur est beaucoup plus important que le soudage au laser, sujet à la déformation.
Le soudage à l'arc plasma est similaire à l'arc sous argon, mais la torche produit un arc comprimé pour augmenter la température de l'arc et la densité énergétique, ce qui est plus rapide et plus profond que le soudage à l'arc sous argon, mais inférieur au soudage laser.
Le soudage par faisceau d'électrons repose sur un flux accéléré d'électrons à haute densité énergétique frappant la pièce. Ce flux produit une chaleur importante dans une petite zone dense à la surface de la pièce, créant ainsi un effet de « petit trou » et permettant ainsi une soudure par fusion profonde. Les principaux inconvénients du soudage par faisceau d'électrons sont la nécessité d'un environnement sous vide poussé pour éviter la diffusion des électrons, la complexité de l'équipement, la taille et la forme de la pièce soudée limitées par la chambre à vide, et les exigences strictes en matière de qualité d'assemblage. Le soudage par faisceau d'électrons sans vide est également possible, mais la diffusion des électrons et une mauvaise focalisation affectent les résultats. Le soudage par faisceau d'électrons présente également des problèmes de déviation magnétique et de rayons X, car les électrons sont chargés électriquement et peuvent être affectés par la déviation magnétique. Les pièces soudées par faisceau d'électrons doivent donc être démagnétisées avant soudage. Le soudage laser ne nécessite pas de chambre à vide ni de démagnétisation préalable de la pièce, il peut être réalisé dans l'atmosphère et ne présente pas de problèmes de protection contre les rayons X, il peut donc être utilisé en ligne et peut également souder des matériaux magnétiques.
