Le soudage par points est une méthode d'assemblage rapide et économique. Il convient à l'assemblage de composants en tôle mince par recouvrement, sans exigence d'étanchéité. Il existe différents types de soudage par points, tels que le soudage par résistance, le soudage à l'arc et le soudage par collage.soudage par points compositeLe soudage par points par résistance est actuellement largement utilisé en production. Dans l'industrie automobile, par exemple, l'assemblage des panneaux de carrosserie nécessite entre 3 000 et 4 000 points de soudure, ce qui requiert entre 250 et 300 robots, ainsi que des systèmes de contrôle et autres équipements auxiliaires. Cependant, le soudage par points par résistance manque de flexibilité. Avec le développement économique rapide, le cycle de renouvellement des formes et structures géométriques des composants automobiles s'est considérablement raccourci. La mise à niveau des nouveaux produits et modèles exige une nouvelle technologie de soudage par points, à la fois efficace et flexible. C'est pourquoi le soudage par points laser suscite un intérêt croissant et devrait se généraliser dans la production automobile. Dans le secteur aérospatial, il est également testé comme technologie alternative. Longtemps, les assemblages par recouvrement des produits aérospatiaux ont généralement été réalisés par rivetage, un procédé complexe et exigeant. Avec l'utilisation croissante de nouveaux matériaux tels que les alliages d'aluminium, les alliages de titane et les matériaux composites, le remplacement des méthodes d'assemblage traditionnelles par de nouvelles technologies de soudage est devenu une tendance majeure. Cela améliore non seulement l'efficacité de la production, mais réduit également le poids des structures et répond aux nouvelles exigences de conception, ce qui est d'une grande importance pour les produits aérospatiaux. La haute précision et la grande flexibilité du soudage laser par points lui confèrent des avantages considérables en production, notamment dans l'industrie aéronautique, où il peut remplacer les procédés traditionnels tels que le soudage par points par résistance et le rivetage.
I. Définition et caractéristiques du soudage par points laser
Définition
Le soudage par points laser désigne le procédé de fusion et d'assemblage de pièces à l'aide d'une seule impulsion laser (t > 1 ms) ou d'une série d'impulsions laser à la même position.
Le soudage par points laser est fondamentalement similaire aux autres procédés de soudage laser ; la seule différence réside dans l’absence de décalage relatif entre le faisceau laser et la pièce à souder. On distingue deux types de soudage par points laser : le soudage par conduction thermique et le soudage par pénétration. Dans le soudage par conduction thermique, le laser fond le métal sans le vaporiser. Cette méthode est plus adaptée au soudage de métaux d’une épaisseur inférieure à 0,5 mm, comme le soudage par points laser Nd:YAG de composants électroniques. Dans le soudage par pénétration, le laser pénètre directement au cœur du matériau par un orifice spécifique, ce qui optimise l’utilisation de l’énergie laser et permet d’atteindre une plus grande profondeur de pénétration. Le soudage par points par résistance traditionnel utilise la chaleur générée par le courant électrique pour fondre les pièces et former les points de soudure, tandis que la source de chaleur du soudage par points laser provient du rayonnement laser, ce qui explique la forme très différente des points de soudure.
Les paramètres ajustables du soudage laser par points comprennent généralement la puissance du laser, la durée du soudage et le défaut de mise au point. Pour le soudage par points en mode pulsé, les paramètres incluent également la forme d'onde des impulsions, la fréquence et le rapport cyclique. Parmi ces paramètres, la puissance du laser influe principalement sur la profondeur de pénétration du point de soudure, tandis que la durée du soudage a un impact plus important sur sa taille latérale. En général, plus la durée d'action du laser est longue, plus les surfaces supérieure et inférieure du point de soudure et la surface de fusion sont importantes. Les variations du défaut de mise au point affectent principalement le diamètre du point et la densité d'énergie appliquée à la surface de la pièce, influençant ainsi significativement la forme globale du point de soudure.
Caractéristiques
- L'utilisation du laser comme source de chaleur permet un soudage par points rapide, précis, avec un faible apport de chaleur et une déformation minimale de la pièce.
- La liberté de positionnement pour le soudage par points est grandement améliorée, permettant le soudage par points dans toutes les positions et facilitant sa réalisation.soudure par points unilatérale, ce qui accroît considérablement la liberté de conception des produits.
- Le soudage laser par points présente des exigences minimales quant à la taille des joints à recouvrement. Les restrictions sur des paramètres tels que le recouvrement des joints et la distance entre les points de soudure sont minimes, et il n'est pas nécessaire de tenir compte de l'impact du shuntage du courant.
- Pour le soudage de plaques d'épaisseur inégale, de matériaux dissemblables et de matériaux spéciaux (alliages d'aluminium, tôles galvanisées), le soudage par points laser est plus performant que les méthodes de soudage par points traditionnelles.
- Elle ne nécessite pas un grand nombre d'équipements auxiliaires, peut s'adapter rapidement aux changements de produits et répondre aux exigences du marché.
II. Analyse des défauts du soudage par points laser
Les fissures, les pores et les affaissements sont les défauts les plus courants du soudage par points laser, qui sont analysés un par un ci-dessous.
1. Fissures
Les fissures se divisent en fissures de surface et fissures longitudinales. Lors du soudage par points laser, les vitesses de chauffage et de refroidissement sont très rapides, ce qui engendre un fort gradient de température entre la zone chauffée et le métal environnant, favorisant ainsi la formation de fissures. L'apparition de fissures est étroitement liée au matériau ; par exemple, les alliages d'aluminium sont beaucoup plus susceptibles de se fissurer lors du soudage par points laser que l'acier inoxydable. Une méthode efficace pour limiter la formation de fissures consiste à optimiser la forme d'onde des impulsions afin de contrôler la vitesse de refroidissement lors de la solidification du métal et de réduire les contraintes internes.
2. Pores
Les défauts de porosité (pores) dans les soudures par points laser peuvent être classés en petits pores et grands pores. Les petits pores sont principalement dus à la diminution de la solubilité de l'hydrogène dans le métal liquide lors de sa solidification, ainsi qu'à l'évaporation rapide du métal dans le trou de serrure et à la perturbation du bain de fusion. Les grands pores sont principalement dus à une vitesse de refroidissement trop rapide lors du soudage par points laser, ne laissant pas suffisamment de temps au métal autour du trou de serrure pour le combler. Généralement, les petits pores ont tendance à se former lors du soudage par points à impulsion longue, tandis que les grands pores sont plus susceptibles d'apparaître lors du soudage par points à impulsion courte.
Lors du soudage par points au laser, les porosités sont plus susceptibles d'apparaître à deux endroits : près de la zone de fusion, au centre du point de soudure, et à la racine de la soudure. L'analyse par rayons X des images de fusion révèle que les porosités proches de la zone de fusion sont principalement dues à la striction lors de la fermeture du trou de serrure ; quant aux porosités à la racine de la soudure, elles résultent principalement de l'effondrement du trou de serrure suite à la disparition rapide du laser après sa formation.
3. Affaissement
L'affaissement est un phénomène courant en soudage laser par points. L'affaissement central de la zone de soudure et l'accumulation de métal autour de celle-ci sont dus à la force de recul générée par la vaporisation du métal, qui repousse le métal liquide vers la surface de la zone de soudure. Lors du refroidissement, le métal accumulé se solidifie rapidement et ne peut être entièrement comblé. De plus, les pertes de matière dues à l'évaporation rapide du métal et aux projections contribuent également à cet affaissement central. La durée d'impulsion influe considérablement sur l'affaissement de la zone de soudure et sur la formation de porosités. Des points de soudure de qualité satisfaisante peuvent être obtenus en optimisant la forme d'onde et la durée des impulsions.
4. Impact du degré de défocalisation sur les points de soudure
Les variations du défaut de mise au point modifient directement le diamètre du point de soudure et la densité d'énergie. Lorsque le défaut de mise au point augmente, que ce soit positivement ou négativement, le diamètre du point de soudure augmente et la densité d'énergie diminue. Lors du soudage laser par points, il existe une corrélation entre le diamètre du point de soudure et la taille du trou de serrure initial formé par le laser incident sur la pièce à tester, tandis que la densité d'énergie détermine la vitesse d'expansion du bain de fusion. Lorsque la valeur absolue du défaut de mise au point est faible, le diamètre du point de soudure est petit, la densité de puissance du laser est élevée et la vitesse d'expansion du bain de fusion est rapide, mais le diamètre du trou de serrure initial est petit. À l'inverse, lorsque le défaut de mise au point est important, le diamètre du trou de serrure initial est grand, mais la vitesse d'expansion du bain de fusion est ralentie et la taille du point de soudure résultant peut être réduite. Par conséquent, lors de la variation du défaut de mise au point, l'effet combiné du diamètre du point de soudure et de la densité de puissance surfacique du point de soudure détermine la taille de ce dernier.
III. Application de la technologie de soudage laser par points
Le soudage par points laser se caractérise par sa rapidité, sa grande profondeur de pénétration, sa déformation minimale et sa capacité à être réalisé à température ambiante ou dans des conditions spécifiques avec un équipement de soudage simple. De plus, l'apparition des lasers pulsés haute fréquence (supérieure à 40 impulsions par seconde) a permis une large application du soudage par points laser dans l'assemblage et le soudage de microcomposants et de petits composants en production automatisée de masse. Pour le soudage de petits composants électroniques nécessitant une zone affectée thermiquement réduite – comme la liaison entre le verre et le métal, la connexion de joints dans les circuits semi-conducteurs thermosensibles et la connexion de différents métaux dans les fils – le soudage par points laser est plus avantageux que les procédés de soudage par points traditionnels (par exemple, le soudage par points par résistance), grâce à des points de soudure propres et de haute qualité. La figure 6-60 illustre une application du soudage par points laser dans la production de phares automobiles : un laser pulsé à semi-conducteurs de 500 W génère quatre points de soudure similaires à très haute fréquence.
Pour le soudage par points de haute précision sur des microstructures, les lasers Nd:YAG pulsés présentent des avantages techniques et économiques. Dans la plupart des applications industrielles de soudage par points, on utilise généralement des lasers à semi-conducteurs pulsés d'une puissance moyenne de 50 W et d'une puissance d'impulsion supérieure à 2 kW. Le laser peut agir directement sur la pièce à usiner via des fibres optiques ou des lentilles de focalisation.
Le soudage par points au laser est applicable à une large gamme de matériaux. Par exemple, lors du soudage par points de batteries au lithium, en utilisant du Nd :technologie de soudage par points au laser YAGL'assemblage de métaux différents est plus efficace que le soudage TIG et le soudage par points par résistance. En particulier, grâce à l'utilisation de fibres optiques pour la transmission des lasers pendant la production, il est aisé de se déplacer rapidement et avec souplesse entre les différents postes de travail.
En résumé, le soudage laser par points présente les caractéristiques suivantes :
- Avec l'augmentation de la puissance du laser, le diamètre de la zone de soudure fluctue, tandis que les diamètres des surfaces de fusion et inférieure augmentent lentement. La forme de la section transversale de la zone de soudure reste peu modifiée. Lorsque la durée de soudage augmente, la taille de la zone de soudure croît rapidement, et le diamètre de la surface de fusion varie davantage que celui des surfaces supérieure et inférieure. Le degré de défocalisation influe considérablement sur la taille de la zone de soudure. Il modifie directement le diamètre de la zone et la densité de puissance du laser ; l'effet combiné de ces deux facteurs détermine la taille de la zone de soudure.
- En cas de pénétration complète, un affaissement important apparaît à la surface du point de soudure laser. Plus la puissance et la durée du laser augmentent, plus l'affaissement est profond. Lorsque la durée ou l'écartement est important, une indentation peut également apparaître sur la surface inférieure.
- À mesure que l'écart augmente, la déformation globale du point de soudure, l'affaissement central et l'indentation deviennent manifestes. La surface de fusion se rétracte et la résistance diminue rapidement. Actuellement, dans le domaine du soudage des résistances, des batteries et de l'électronique, on utilise couramment le procédé de soudage simultané en deux points, qui repose généralement sur un système à deux sources laser.
Date de publication : 27 octobre 2025
