Comparé aux méthodes de soudage traditionnelles,soudage laserprésente des avantages significatifs : faible apport de chaleur, vitesse de soudage rapide, zone affectée thermiquement réduite,
Ces dernières années, le soudage laser s'est largement répandu dans l'industrie automobile, la construction navale, le nucléaire et l'aérospatiale.
L'industrie aéronautique et d'autres industries de haute technologie y ont de plus en plus recours, et la réduction du coût des équipements complets influence de plus en plus les approvisionnements en matériel informatique au quotidien.
D'autres applications liées à la vie quotidienne ont connu une croissance rapide. Cependant, le soudage laser unique présente également certaines limitations.
Ne peut répondre aux besoins de plus en plus diversifiés : premièrement, les exigences relatives à l’écartement des assemblages soudés au laser unique sont très strictes,
Il est généralement nécessaire d'avoir un écart inférieur à 0,2 mm, sinon il est difficile d'obtenir une bonne connexion ; Deuxièmement,soudage laser uniqueest très sensible aux fissures de soudure
Il est très facile de provoquer des fissures dans les soudures, et la composition de la soudure ne peut être ajustée pour contrôler leur apparition ; troisièmement, une seule
Le soudage laser exige des lasers de très haute puissance pour souder des plaques de grande épaisseur, et sa capacité de pénétration dépend entièrement de la puissance du laser.
Et la qualité de la soudure ne peut être entièrement garantie.
Afin de répondre aux besoins de développement des différentes industries, les méthodes de soudage laser ont été améliorées et ont connu un développement en conséquence, comme le décrit cet article.
Le soudage par remplissage de fil laser et d'autres méthodes de soudage sont décrits. Le soudage par remplissage de fil laser est une technique développée à partir du soudage laser unique.
Comparée au soudage laser unique, elle présente des avantages évidents :
①Réduire considérablement les exigences d'assemblage de la pièce, car l'ajout de fil de soudage au processus de soudage augmente considérablement le volume de métal du bain de fusion et permet de réaliser des pontages.
Raccordez-vous avec un écart de soudure plus important, tout en rendant la soudure plus pleine ;
Les propriétés microstructurales de la zone de soudure peuvent être contrôlées, car la composition du fil de soudage diffère de celle du matériau de base du joint soudé.
Une fois le fil fondu dans le bain de fusion, la qualité, la composition et la proportion de ce dernier peuvent être ajustées pour contrôler le processus de solidification et la formation de la microstructure.
(3) L'apport d'énergie de ligne est faible, la zone affectée thermiquement et la déformation thermique sont faibles, ce qui est très propice au soudage de la pièce avec des exigences de déformation strictes ;
④Il est possible de souder des matériaux plus épais avec une puissance laser plus faible, car l'ajout de fil de soudage permet de réaliser plusieurs soudures.
Le bain de fusion sera considérablement agrandi, ce qui permettra d'ouvrir le joint de soudure et de réduire ainsi la taille réelle de l'assemblage soudé.
Épaisseur du soudage laser, puis réalisation d'un soudage laser multicanal de fil pour matériaux de plaques épaisses.
La différence entre le soudage laser à fil et le soudage laser à fil
La forme du soudage par fil d'apport laser est illustrée à la figure 1, qui diffère du brasage par fil d'apport laser illustré à la figure 2. Les éléments de base des deux méthodes de soudage sont
Les procédés de soudage, cohérents et composés d'un faisceau laser, de fil de soudage, de pièces à souder et de gaz de protection, sont adaptés aux besoins réels. Il convient de décider si des éléments supplémentaires sont nécessaires.
Les principaux équipements sont : machine d'alimentation en fil, machine à souder, pistolet de soudage à fil d'apport souple, tête de soudage et laser haute puissance.
Figure 1 Soudage par fusion laser à fil
Figure 2 Brasage au fil laser
Bien que les deux méthodes de soudage présentent une apparence extérieure quasiment identique, leur fonctionnement de base diffère sensiblement. Lors du soudage laser à fil,
Le laser utilise généralement un laser à fibre de haute puissance, comme illustré sur la figure 3. Ce laser nécessite non seulement un fil de soudage, mais aussi la fusion du métal de base.
L'effet de perforation spécifique du soudage laser à pénétration profonde se forme sur le métal de base, créant un bain de fusion profond, et la composition du fil de soudage se mélange parfaitement à celle du métal de base.
Un nouveau bain de fusion hybride se forme, dont la composition, la proportion et la qualité des éléments sont supérieures à celles du fil de soudage et du matériau de base.
Par conséquent, en fonction des défauts de performance du matériau de base, un fil de soudage approprié peut être ajouté au processus de soudage afin d'améliorer l'efficacité du soudage.
Au niveau visuel, la résistance à la fissuration, à la fatigue, à la corrosion, à l'usure et d'autres aspects de la soudure sont améliorés de manière ciblée.
De plus, le soudage laser à fil permet un soudage multicouche multicanal, car il permet un soudage à pénétration profonde avec un effet de petit trou, ce qui permet d'obtenir
La fusion complète des deux couches inférieures du cordon de soudure évite les défauts graves de non-fusion, ce qui permet de souder des joints de grande épaisseur.
Quandfil laserPour le brasage, le laser utilisé est généralement un laser semi-conducteur de haute puissance, comme illustré sur la figure 4.
Lors du soudage avec fil, seule une très petite quantité de laser agit sur la soudure et fait fondre une petite quantité de métal à sa surface, le bain de fusion étant presque entièrement fondu.
Le fil de soudure étant formé, les performances de la soudure dépendent principalement de la composition élémentaire et des proportions du fil de soudure et du fil de soudure fondu au niveau de la soudure.
Le brasage laser à fil a pour principal objectif d'obtenir une résistance de liaison donnée au niveau de l'assemblage soudé.
Le scellement et le brasage laser ne permettent pas le soudage multicouche ; les deux couches de soudure supérieures et inférieures ne peuvent donc pas être solides.
Maintenant que la fusion est complète et effective, les propriétés mécaniques de l'articulation sont très médiocres.
Domaine d'application du soudage laser au fil
Avec le développement de la technologie de soudage laser par fil d'apport et l'augmentation de la limite de puissance du laser, le champ d'application desoudage laser à fil d'apport
De plus en plus étendu, principalement sur les aspects suivants :
Soudage laser à fil d'alliage d'aluminium
En général, comme l'alliage d'aluminium possède une réflectivité élevée au laser et une conductivité thermique élevée, il est soudé au laser.
Lorsque la puissance laser requise est importante, cela entraînera une évaporation et une combustion importantes des éléments à bas point d'ébullition présents dans les alliages d'aluminium (tels que le Mg, le Zn, etc.).
Parallèlement, la faible tension superficielle du métal en fusion influe sur les caractéristiques de solidification de la soudure, et ces raisons expliquent l'existence du soudage laser des alliages d'aluminium.
De nombreux problèmes subsistent : mauvaises propriétés mécaniques des joints soudés, mauvaise formation des soudures, porosité et fissures importantes. Une solution consiste à utiliser un laser pour remplir le fil.
Le soudage des alliages d'aluminium permettra d'améliorer considérablement ces problèmes :
①Le soudage laser à fil permet d'atténuer le creux de la surface de la soudure et d'améliorer ainsi efficacement la qualité de celle-ci.Le type et les projections lors du processus de soudage sont faibles ;
②L'ajout de fil de soudure peut non seulement affecter l'orientation cristalline des cristaux cylindriques dans la soudure, mais aussi diluer la soudure.L'interface cristalline générée par la croissance relative du cristal colonnaire central améliore la formation de la soudure et améliore également le taux d'absorption du laser par le matériau.
Avec l'augmentation de la largeur de fusion, la microdureté diminue légèrement, et la résistance à la traction et l'allongement de la jonction seront significatifs dans des conditions de procédé optimisées.
Amélioration ; (3) Le soudage avec des paramètres de procédé appropriés permet d’obtenir une absence de défauts internes apparents, une microdureté de HV60 ou plus et une ZAT de joint.
On ne constate aucun ramollissement évident du joint soudé dans la zone, et la rupture se situe dans la zone du matériau de base lors de l'essai de traction.
Soudage laser à fil de métaux dissemblables
Dans certains environnements de travail exigeants ou pour des raisons de coûts, il est souvent nécessaire de prendre en compte simultanément plusieurs aspects d'une pièce.
Propriétés particulières, telles que la résistance à la corrosion, une résistance spécifique élevée, la résistance à la chaleur, la résistance à l'usure, une conductivité élevée, une bonne dissipation de la chaleur, etc., mais la grande majorité
Les matériaux métalliques ne peuvent pas posséder simultanément plusieurs propriétés spéciales plus importantes, et les matériaux métalliques dotés de propriétés spéciales sont souvent
Rares et coûteux, ils ne peuvent être utilisés en grandes quantités ; par conséquent, si l'on parvient à fabriquer divers matériaux aux propriétés spécifiques permettant une liaison efficace, alors
Peut répondre aux exigences d'utilisation. La différence de propriétés physiques et chimiques entre les métaux dissemblables est généralement importante, ce qui est inévitable lors du soudage.
La formation de composés intermétalliques, qui a un impact important sur les performances des joints soudés, les composés intermétalliques fragiles rendent la soudure très facile à réaliser.
Il est très difficile d'utiliser directement un seul laser pour souder des joints de métaux dissemblables, et la stabilité du processus est difficile à contrôler.
Difficultés de reproduction. De nombreux chercheurs et experts ont constaté que le soudage laser à fil est relativement performant pour le soudage de métaux dissemblables, et que ce choix est approprié.
Le fil d'apport peut inhiber, dans une certaine mesure, la formation de composés intermétalliques et améliorer considérablement les propriétés mécaniques des joints soudés.
Performance:
①Un joint à recouvrement Mg/Cu soudé par apport de fil laser peut être réalisé avec succès dans des conditions de procédé appropriées.La résistance au cisaillement maximale des joints de métaux dissemblables d'une certaine résistance peut atteindre 164,2 MPa, soit 64 % du métal de base en alliage de magnésium.
② Le soudage des joints à recouvrement et bout à bout Al/Ti est étudié, et les résultats montrent que le processus de soudage est stable et régulier lorsqu'un faisceau lumineux rectangulaire est utilisé.Belle, large gamme de paramètres de processus, haute qualité de soudure, sa résistance à la traction maximale atteint 94 % du métal de base en alliage d'aluminium ;Améliorer le formage des soudures.Pour les pièces destinées à supporter des charges, si la soudure cède, son épaisseur effective sera réduite et les propriétés mécaniques seront diminuées si la soudure mord.
Cela entraînera une concentration de contraintes au bord de la soudure et une réduction des propriétés mécaniques. Pour une pièce dont l'aspect est primordial, si la soudure cède,
L'accrochage ou le mordillement du bord peuvent avoir un impact visuel important et sont inacceptables. Afin de réaliser une soudure complète, le soudage au fil laser est recommandé.
C'est une excellente méthode, car le fil de soudage fusionne avec le bain de fusion, ce qui augmente efficacement le volume de ce dernier et garantit ainsi une soudure complète.
Défaut du bord de la morsure.
Pour la pièce à usiner présentant un grand jeu de joint (généralement≥0,3 mm), le soudage laser simple ne permet pas d'obtenir une connexion efficace et ne peut être que rempli
L'ajout de matériau permet de combler l'espace de soudure ; le soudage laser à fil est donc une solution très efficace.
Soudage d'angle à faible écartement
Le soudage par remplissage de fil laser à faible espacement permet de souder efficacement des tôles d'épaisseur moyenne à épaisse grâce à l'utilisation de lasers de faible et moyenne puissance, et non pas seulement en ajoutant du soudage.
Le fil permet de modifier la composition et la structure du métal d'apport, d'améliorer les performances globales du joint soudé et d'optimiser la pente de soudage laser.
L'adaptabilité et la tolérance aux défauts du jeu de bouche, la zone affectée thermiquement de la soudure étant étroite et les contraintes du joint soudé étant également faibles, cela représente un avantage considérable.
C’est pourquoi, ces dernières années, de nombreux experts et chercheurs ont mené des recherches pertinentes à ce sujet :
①Utilisation d'un fil laser à faible écartement pour le remplissage multicanalLa méthode de soudage appliquée à une plaque d'acier marin Q345D de 40 mm d'épaisseur montre que des paramètres de soudage appropriés permettent d'obtenir une forme satisfaisante.
Le joint soudé est exempt de porosité, de défauts tels que la non-fusion, la ténacité à l'impact du centre de la soudure est bonne et la résistance à la traction de la soudure est supérieure à celle du matériau de base ;
②L'acier du rotor de 50 mm d'épaisseur a été soudé par soudage multipasse à fil laser à joint étroit, et les résultats ont montré que les paramètres du procédé de soudage étaient adaptés.
On obtient un bon formage, sans défauts tels que la non-fusion des parois latérales. La résistance aux chocs de l'assemblage est réduite, mais sa résistance à la traction est supérieure à celle du matériau de base.
Bois;③Le soudage par remplissage laser à fil dans un espace réduit d'un alliage d'aluminium 5083 de 20 mm d'épaisseur est étudié, et les résultats montrent que les paramètres appropriés du processus de soudage
On peut obtenir un joint soudé présentant moins de porosités et sans défauts tels que la non-fusion.
Cas d'application et recommandations relatives aux équipements et aux paramètres de processus
1. Cas d'application
Améliorer le formage des soudures
Exigences : Soudage de l'acier inoxydable de 1 mm et 3 mm, le cordon de soudure ne doit présenter aucune porosité et le moulage doit être de bonne qualité.
Équipement : RFL-C4000 (diamètre du cœur de la fibre 200μm), dévidoir de fil, tête de soudage.
Tableau 5 Recommandations concernant la forme et la taille des rainures
Résultats : Le moulage était bon et la soudure ne présentait aucune porosité, comme le montre la figure 5.
Figure 5 Formation de la soudure et morphologie de la section transversale
Soudage multipasse par remplissage de fil laser à espace étroit
Exigences : Plaque d'acier marin Q345 de 18 mm d'épaisseur, soudée, nécessitant un nombre réduit de trous de soudure, sans défaut de fusion, résistance à la traction des joints
La résistance est supérieure à celle du matériau de base et la qualité de la soudure est meilleure.
Équipement : RFL-C6000 (diamètre du cœur de la fibre 400μm), dévidoir de fil, tête de soudage.
Paramètres du processus : la passe de soudage doit être biseautée, la taille du biseau est indiquée sur la figure 6 et les autres paramètres du processus de soudage sont indiqués dans le tableau 2.
Figure 6 Taille de la rainure
Résultats : Le moulage était bon, il n’y avait pas de défaut de fusion et la soudure ne présentait pratiquement aucune porosité, comme le montre la figure 7, et l’essai de traction a été réalisé.
Il est prouvé que la soudure se rompt dans le matériau de base, ce qui indique que la résistance à la traction du joint est supérieure à celle du matériau de base.
Figure 7. Diagramme métallographique de la section transversale de la soudure.
2. Suggestions concernant les équipements et les paramètres de processus
Améliorer la formation et la qualité des soudures
Pour le soudage laser bout à bout de matériaux courants, afin d'améliorer la formation de la soudure, il est généralement recommandé que le diamètre du laser et du noyau de la fibre,
La tête de soudage doit être configurée de manière à ce que le diamètre du point focal soit compris entre 0,4 mm et 0,6 mm, et le fil de soudage doit être sélectionné avec la qualité appropriée.
Les autres paramètres de soudage sont indiqués dans les tableaux 2 et 3.
Soudage multipasse par remplissage de fil laser à espace étroit
Pour le soudage multipasse par fil laser à faible écartement de plaques d'épaisseur moyenne, il est généralement recommandé que le diamètre du point focal soit de 0,6 mm à 1,0 mm.
Il convient de choisir un fil de soudure de qualité appropriée et, de plus, la dimension de la rainure de joint doit être raisonnable ; elle ne doit pas être trop grande.
Autrement, il est facile de provoquer une non-fusion à l'intérieur de la soudure, et la taille de gorge généralement recommandée est indiquée dans le tableau 5 ; le nombre de cordons doit être basé sur le maximum du joint
Pour déterminer l'épaisseur importante, il est recommandé, pour la première soudure de fond, d'utiliser la capacité de soudage maximale de l'équipement, après chaque profondeur d'une
Généralement de 3 à 5 mm ; pour chaque cordon de soudure, les paramètres dépendent de la profondeur de soudage requise et du moment où elle doit être appliquée.
On détermine la largeur de la passe de soudure avant. Si cette largeur est trop importante, il convient d'augmenter légèrement le défocalisation afin d'éviter la non-fusion de la paroi latérale.
Date de publication : 3 avril 2025
