En tant qu'outil de traitement avancé, le laser joue un rôle de plus en plus important dans le domaine du soudage industriel. Bien que la technologie de soudage laser traditionnelle permette de limiter les défauts de soudage, son efficacité est souvent restreinte par des paramètres et des procédés de soudage fixes. Ces dernières années, l'apparition de la technologie de soudage laser à balayage a offert une nouvelle solution pour la maîtrise des défauts de soudage. En introduisant un balayage du faisceau laser pendant le processus de soudage, cette technologie améliore significativement les caractéristiques dynamiques du bain de fusion, optimisant ainsi la qualité du soudage. La technologie de soudage laser à balayage repose principalement sur le contrôle précis du faisceau laser et sur la technique de balayage pour obtenir un soudage efficace et de haute qualité.
Améliorer l'apparence :
Pendant leprocédé de soudageLe faisceau laser est balayé rapidement et avec précision pour couvrir toute la zone de soudage. Lors de son déplacement dans le sens de la soudure, il oscille selon différentes trajectoires, telles que des cercles, des figures en huit et des hélices. Chen et al. ont utilisé le soudage laser balayé pour assembler des alliages d'aluminium dissemblables. Comparé au soudage sans balayage laser, la morphologie des soudures avant et arrière était nettement améliorée. De plus, le soudage laser balayé transversal permet d'accroître l'adaptabilité du jeu de la rainure. Sur certaines pièces à connexion conductrice, il est nécessaire d'étendre la zone de surintensité et la surface de connexion métallique, et de recourir au soudage laser balayé pour que cette surface prenne la forme d'un « U ».
1. (a) et (b) statistiques de la morphologie de la section transversale de la soudure et de la taille de la soudure sous différents modes de balancement ; (c) Formation de la surface supérieure de la soudure sous différents modes de balancement.
Améliorer la fusion insuffisante de la paroi latérale :
Le défaut de non-fusion des parois latérales est fréquent lors du soudage laser traditionnel à faible écartement de tôles d'épaisseur moyenne. Ce défaut est dû à une répartition inégale de l'énergie laser à l'entrée du sillon : l'apport de chaleur est important au centre et faible sur les parois latérales, ce qui empêche une bonne fusion. La solution principale pour remédier à ce défaut est d'augmenter l'apport de chaleur sur les parois latérales. Lors du soudage laser, une répartition plus homogène de l'énergie du faisceau laser sur la surface de la pièce est obtenue grâce à l'oscillation du faisceau. Lorsque la largeur du sillon varie, l'amplitude de cette oscillation est ajustée en conséquence, assurant ainsi un apport de chaleur efficace sur les parois latérales.
2. Image macroscopique de la soudure de la première couche (L1) à la septième couche (L7) pour le soudage laser avec ou sans oscillation.
Réduire les défauts de porosité :
Le mécanisme d'inhibition des pores de soudage par oscillation laser peut être attribué à une meilleure stabilité des petits orifices et à une fluidité accrue du métal liquide. La figure 3 illustre le comportement du bain de fusion, mis en évidence par les particules traceuses, durant le processus de soudage. L'oscillation du faisceau lumineux induit un mouvement de rotation à haute fréquence et à grande vitesse au niveau du petit orifice, favorisant le débordement des bulles et exerçant un effet de « piégeage » sur les pores solidifiés. Simultanément, cette oscillation augmente la surface du petit orifice et réduit la probabilité de son effondrement instable, susceptible d'entraîner la formation de bulles.
3. (a) et (b) trajectoires des particules traceuses pendant le soudage ; Zone d'ouverture du trou de serrure : (c) laser sans mouvement oscillant (d) laser oscillant.
Réduire les défauts de fissuration :
La fissuration thermique est un défaut qui se forme lors du soudage en raison de l'interaction entre les contraintes internes et les facteurs métallurgiques. Elle est souvent observée dans la zone affectée thermiquement (ZAT). La formation de ces fissures est liée à la fragilité du matériau à haute température, aux contraintes de soudage et à sa composition chimique. La technologie de soudage laser traditionnelle peut générer des fissures thermiques, principalement pour les raisons suivantes : premièrement, l'apport énergétique élevé du laser entraîne un chauffage et un refroidissement rapides de la zone de soudage, générant un gradient thermique et des contraintes thermiques importants ; deuxièmement, la réaction métallurgique lors du soudage peut conduire à la ségrégation d'éléments d'impuretés à bas point de fusion, formant une phase fragile et augmentant la sensibilité aux fissures ; enfin, la solidification rapide du matériau peut engendrer une hétérogénéité de la microstructure, avec une croissance des cristaux colonnaires du bain de fusion vers le centre, comme illustré sur la figure 4. Dans ce cas, la sensibilité à la fissuration est considérablement accrue.
4. Mode de solidification du soudage laser (a) soudage laser conventionnel (b) soudage laser oscillant.
La technologie de soudage laser oscillant permet de réduire, voire d'éliminer, l'apparition de fissures à chaud grâce à l'utilisation d'un faisceau laser oscillant. Lors du soudage, l'oscillation périodique du faisceau favorise l'écoulement du métal dans le bain de fusion, améliorant ainsi l'uniformité de la microstructure. Les grains croissent de manière coaxiale au centre du bain, comme illustré sur la figure 5. Ces grains coaxiaux constituent une barrière protectrice empêchant la propagation des fissures et forment une couche d'isolation thermique. Parallèlement, l'oscillation du laser contribue à limiter la formation de phases fragiles dues à la ségrégation des composants, réduisant ainsi le risque de fissuration thermique.
5. (A) caractéristiques de la microstructure de solidification des soudures laser conventionnelles (B) caractéristiques de la microstructure de solidification des soudures laser oscillantes (CCW).
Comparée au soudage laser par autofusion, la technologie de soudage laser oscillant est reconnue comme une méthode efficace pour réduire la porosité et corriger les défauts tels que la non-fusion des parois latérales. Grâce à l'effet de brassage du faisceau sur le bain de fusion, elle présente des avantages significatifs en termes d'ajustement des jeux, d'uniformité de la microstructure et d'affinage du grain. L'application du soudage laser oscillant permet d'élargir l'utilisation du soudage laser et d'obtenir un soudage de précision performant pour des pièces de grande taille et des soudures plus larges, ce qui assouplit les exigences en matière de précision de processus et d'assemblage.
Date de publication : 21 février 2025
