Le soudage est un procédé d'assemblage de deux ou plusieurs métaux par application de chaleur. Il consiste généralement à chauffer un matériau jusqu'à son point de fusion afin que le métal de base fonde et comble les espaces entre les pièces à souder, formant ainsi une liaison solide. Le soudage laser est une méthode d'assemblage qui utilise un laser comme source de chaleur.
Prenons l'exemple d'une batterie de puissance à boîtier carré : son noyau est soudé au laser à travers plusieurs points. Durant le processus de soudage laser, la résistance de la liaison, la productivité et le taux de défauts sont trois aspects essentiels pour l'industrie. La résistance de la liaison se traduit par la profondeur et la largeur de pénétration métallographique (étroitement liées à la source laser) ; la productivité dépend principalement des capacités de traitement de cette source ; et le taux de défauts est principalement lié au choix de la source laser. Cet article présente donc les sources laser les plus courantes sur le marché et propose une comparaison simplifiée, dans l'espoir d'aider les développeurs de procédés.
Parce quesoudage laserIl s'agit essentiellement d'un processus de conversion lumière-chaleur, dont les principaux paramètres sont les suivants : qualité du faisceau (BBP, M2, angle de divergence), densité d'énergie, diamètre du noyau, forme de distribution d'énergie, tête de soudage adaptative, fenêtres de traitement et matériaux traitables. Ces paramètres sont principalement utilisés pour analyser et comparer les sources de lumière laser sous ces angles.
Comparaison des lasers monomodes et multimodes
Définition monomode multimode :
Le terme « monomode » désigne une distribution spatiale unique de l'énergie laser sur un plan bidimensionnel, tandis que « multimode » désigne une distribution spatiale de l'énergie résultant de la superposition de plusieurs distributions. Généralement, le facteur de qualité de faisceau M² permet de déterminer si le faisceau d'un laser à fibre est monomode ou multimode : M² inférieur à 1,3 indique un laser monomode pur ; M² compris entre 1,3 et 2,0 indique un laser quasi-monomode (à plusieurs modes) ; et M² supérieur à 2,0 indique un laser multimode.
Parce quesoudage laserIl s'agit essentiellement d'un processus de conversion lumière-chaleur, dont les principaux paramètres sont les suivants : qualité du faisceau (BBP, M2, angle de divergence), densité d'énergie, diamètre du noyau, forme de distribution d'énergie, tête de soudage adaptative, fenêtres de traitement et matériaux traitables. Ces paramètres sont principalement utilisés pour analyser et comparer les sources de lumière laser sous ces angles.
Comparaison des lasers monomodes et multimodes
Définition monomode multimode :
Le terme « monomode » désigne une distribution spatiale unique de l'énergie laser sur un plan bidimensionnel, tandis que « multimode » désigne une distribution spatiale de l'énergie résultant de la superposition de plusieurs distributions. Généralement, le facteur de qualité de faisceau M² permet de déterminer si le faisceau d'un laser à fibre est monomode ou multimode : M² inférieur à 1,3 indique un laser monomode pur ; M² compris entre 1,3 et 2,0 indique un laser quasi-monomode (à plusieurs modes) ; et M² supérieur à 2,0 indique un laser multimode.
Comme illustré sur la figure : la figure b représente la distribution d'énergie d'un mode fondamental unique, et cette distribution, dans toute direction passant par le centre du cercle, prend la forme d'une courbe gaussienne. La figure a représente la distribution d'énergie multimode, c'est-à-dire la distribution spatiale d'énergie résultant de la superposition de plusieurs modes laser uniques. Le résultat de cette superposition est une courbe à plateau.
Lasers monomodes courants : IPG YLR-2000-SM (SM signifiant « monomode »). Les calculs utilisent une focalisation collimatée de 150 à 250 nm pour déterminer la taille du point focal. La densité d’énergie est de 2 000 W et sert de référence pour la comparaison.
Comparaison des modes monomode et multimodesoudage lasereffets
Laser monomode : petit diamètre de noyau, haute densité d'énergie, fort pouvoir de pénétration, zone affectée thermiquement réduite, comparable à un couteau tranchant, particulièrement adapté au soudage de tôles fines et au soudage à grande vitesse. Il peut être utilisé avec des galvanomètres pour usiner des pièces de petite taille et des pièces hautement réfléchissantes (voire extrêmement réfléchissantes), telles que des œillets ou des pièces de jonction. Comme illustré ci-dessus, le laser monomode présente un faible diamètre de noyau et un volume limité de vapeur métallique interne à haute pression, ce qui explique l'absence de défauts tels que la porosité interne. À basse vitesse, l'aspect est rugueux sans soufflage d'air de protection. À haute vitesse, l'ajout d'air de protection est recommandé. La qualité du traitement des gaz est excellente, l'efficacité est élevée, les soudures sont lisses et planes, et le rendement est élevé. Il convient au soudage par empilage et au soudage par pénétration.
Laser multimode : grand diamètre de cœur, densité d’énergie légèrement inférieure à celle d’un laser monomode, lame émoussée, trou de serrure plus grand, structure métallique plus épaisse, rapport profondeur/largeur plus petit et, à puissance égale, la profondeur de pénétration est 30 % inférieure à celle d’un laser monomode ; il est donc adapté au soudage bout à bout et au traitement de plaques épaisses avec de grands espaces d’assemblage.
Contraste laser à anneau composite
Soudage hybride : un faisceau laser semi-conducteur d’une longueur d’onde de 915 nm et un faisceau laser à fibre d’une longueur d’onde de 1070 nm sont combinés dans une même tête de soudage. Les deux faisceaux laser sont coaxiaux et leurs plans focaux sont ajustables, permettant ainsi au produit de bénéficier des propriétés des lasers semi-conducteurs et à fibre optique.soudage lasercapacités après soudage. L'effet est lumineux et possède la profondeur de la fibre.soudage laser.
Les semi-conducteurs utilisent souvent un large point lumineux de plus de 400 µm, qui est principalement responsable du préchauffage du matériau, de la fusion de sa surface et de l'augmentation du taux d'absorption du laser à fibre par le matériau (le taux d'absorption du laser par le matériau augmente avec la température).
Laser annulaire : Deux modules laser à fibre émettent une lumière laser qui est transmise à la surface du matériau par une fibre optique composite (fibre optique annulaire à l'intérieur d'une fibre optique cylindrique).
Deux faisceaux laser à spot annulaire : le faisceau extérieur élargit l'ouverture du trou de serrure et fond le matériau, tandis que le faisceau intérieur assure la profondeur de pénétration, permettant un soudage à très faible projection. Les diamètres des faisceaux laser des anneaux intérieur et extérieur sont librement adaptés, et le diamètre du cœur du faisceau peut également être ajusté. La plage de paramètres de soudage est plus flexible qu'avec un seul faisceau laser.
Comparaison des effets du soudage composite-circulaire
Le soudage hybride étant une combinaison du soudage par conductivité thermique des semi-conducteurs et du soudage par pénétration profonde des fibres optiques, la pénétration de l'anneau extérieur est moins profonde, la structure métallographique est plus nette et plus fine ; en même temps, l'aspect est plus lisse grâce à la conductivité thermique, le bain de fusion présente de faibles fluctuations, une grande étendue et une plus grande stabilité, ce qui se traduit par un aspect plus lisse.
Le laser annulaire, combinant soudage à pénétration profonde et soudage à l'arc, permet également d'obtenir une profondeur de pénétration accrue grâce à l'anneau extérieur, ce qui élargit efficacement l'ouverture du trou de serrure. À puissance égale, on obtient une profondeur de pénétration et une épaisseur métallisée supérieures, mais la stabilité du bain de fusion est légèrement inférieure à celle du soudage de semi-conducteurs à fibre optique, les fluctuations sont légèrement plus importantes que pour le soudage composite, et la rugosité est relativement plus élevée.
Date de publication : 20 octobre 2023
