Sudarea cu laser

Sudura cu laser este o tehnică de sudură , care permite asamblarea mai multor piese metalice cu ajutorul unui laser , . Fasciculul este o sursă de căldură extrem de concentrată, care permite suduri strânse și adânci într-un ritm rapid. Această tehnică este adesea utilizată în cazul unor volume mari de producție, cum ar fi industria auto .

Operațiune

În același mod ca sudarea cu fascicul de electroni , sudarea cu laser are o densitate de putere foarte mare , de ordinul megavatului pe centimetru pătrat (MW / cm 2 ), ceea ce face posibilă existența unei singure zone cu căldură redusă, în timp ce are o cantitate mare. de căldură asociată cu o rată ridicată de răcire. Diametrul fasciculului laser variază de la 0,2 mm până la 13 mm , știind că doar cele mai mici diametre sunt utilizate pentru sudarea. Adâncimea de penetrare este proporțională cu puterea utilizată și depinde și de poziția punctului focal ; penetrarea este mai mare atunci când punctul focal este puțin sub suprafața piesei de prelucrat.

În funcție de aplicație, se utilizează un laser în mod continuu sau în mod pulsat. Modul pulsat este utilizat cu impulsuri de ordinul unei milisecunde pentru sudarea materialelor fine, cum ar fi lamele de ras, de exemplu. Laserele cu mod continuu sunt preferate pentru materialele groase și pentru sudurile din oțel inoxidabil de tip 316L sau 304L care sunt susceptibile la crăparea la cald.

Sudarea cu laser este un proces versatil pentru sudarea oțelurilor carbon, rezistență mecanică ridicată, oțelurilor inoxidabile , precum și a aluminiului și titanului . Datorită răcirii extrem de rapide, fisurarea este o problemă majoră la sudarea oțelurilor cu conținut ridicat de carbon. Calitatea sudurii este excelentă, superioară celei de sudare cu fascicul de electroni. Viteza de sudare depinde de puterea implicată, dar și de calitatea și grosimea pieselor de sudat. Puterile foarte mari disponibile cu laserele pe gaz le fac potrivite pentru volumele mari de producție. Sudarea cu laser este foarte frecventă în industria auto. Sudarea cu laser este de asemenea utilizată la asamblarea senzorilor. Într-adevăr, timpul de sudare este foarte scurt, zona afectată termic este foarte mică și, prin urmare, această metodă de asamblare face posibilă deteriorarea componentelor. În industria medicală și în special a implanturilor (stimulatoare cardiace, stimulatoare, implanturi ale coloanei vertebrale etc. ), este aspectul estetic al sudării cu laser și absența utilizării metalului de umplutură (deci fără modificarea biocompatibilității materialului inițial) care încurajează utilizarea acestei tehnologii.

Avantajele sudării cu laser față de sudarea cu fascicul de electroni

fasciculul poate trece prin aer și nu trebuie să fie sub vid;
sistemul poate fi ușor robotizat;
nicio generație de raze X ;
o calitate mai bună a sudurii.

Sudare laser hibridă

Există un derivat de sudare cu laser, „sudare cu laser hibrid” care combină sudarea cu laser cu tehnica sudării cu arc, cum ar fi sudarea cu arc metalic cu gaz . Această combinație permite o mare flexibilitate în poziționarea pieselor, deoarece sudarea cu arc aduce metal topit pentru a umple îmbinarea, iar utilizarea laserului mărește viteza de lucru comparativ cu ceea ce este posibil cu sistemul de arc. Calitatea sudurii este, de asemenea, îmbunătățită.

Tipuri de lasere

Cele mai frecvent utilizate două tipuri de lasere sunt lasere în stare solidă (în special lasere Nd-YAG) și lasere cu gaz (în special lasere cu dioxid de carbon ).
Primul dintre aceste două tipuri utilizează multe solide medii de amplificare , cum ar fi sintetice rubin , crom din oxid de aluminiu (alumină), neodim -glass (Nd-sticlă), iar cel mai comun tip, un compus cristalin. Din granat de ytriu aluminiu dopat cu neodim (Nd: YAG).
Laserele cu gaz utilizează amestecuri de gaze precum heliu , azot sau dioxid de carbon (CO 2).
Indiferent de tip, laserul emite fotoni care formează fasciculul laser atunci când mediul de amplificare este excitat.

Lasere cu stare solidă

Laserele în stare solidă emit cu lungimi de undă de ordinul micrometrilor , mult mai scurte decât cele ale laserelor pe gaz și, ca urmare, operatorii sunt obligați să poarte ochelari speciali sau să folosească ecrane pentru a evita orice problemă cu retina . Laserele Nd-YAG pot fi operate fie în mod continuu, fie în modul pulsat, în timp ce celelalte tipuri sunt limitate la modul pulsat.
Laserul original - încă popular - constă dintr-o tijă de cristal de aproximativ 20 mm în diametru și 200 mm lungime. Această bară este înconjurată de un tub flash care conține xenon sau cripton . Când cristalul este intermitent, acesta emite un flash de aproximativ 2 ms . Cristalele în formă de disc devin din ce în ce mai frecvente și tubul bliț cedează LED-urilor de mare putere. Puterea de ieșire a unui laser cu rubin este de la de 10 acompaniat de de 20 mW , în timp ce cea a unui laser , Nd-YAG poate varia de la 0.04 acompaniat de 6000 W . Pentru a „transporta” fasciculul laser către zona de sudare, se folosește de obicei o fibră optică .

Lasere pe gaz

Pentru a excita mediul de amplificare, laserele pe gaz folosesc o tensiune ridicată la curent redus. Aceste lasere pot fi acționate fie în modul continuu, fie în modul pulsat, iar lungimea lor de undă este de ordinul a 10 μm . Această lungime de undă este absorbită de fibrele optice și distrusă prin încălzire, astfel încât este necesar să se utilizeze lentile și oglinzi rigide pentru a conduce fasciculul laser către câmpul de sudare. Puterile de ieșire ale laserelor cu gaz sunt mult mai mari decât cele ale laserelor cu stare solidă și pot ajunge la 25 kW .

Referințe

(ro) Howard B. Cary și Scott C. Helzer, sudură cu tehnologie modernă , Upper Saddle River, NJ, Pearson / Prentice Hall,2005, 715 p. ( ISBN 978-0-13-113029-6 și 0-131-13029-3 , OCLC 56014687 ).
(ro) Klas Weman , Manual de procese de sudare , Cambridge, Eng. Boca Raton, FL, Woodhead Pub. Publicat în America de Nord de CRC Press,2003, 193 p. ( ISBN 978-1-85573-853-9 , 978-0-203-49976-4 și 978-1-855-73689-4 , OCLC 55083418 ).
(ro) Serope Kalpakjian și Steven R. Schmid, Inginerie și tehnologie de fabricație , Upper Saddle River, NJ, Pearson / Prentice Hall,2006, Ed. A 5- a . , 1295 p. ( ISBN 978-0-13-148965-3 și 0-131-48965-8 , OCLC 65538856 ).

Note

(fr) Acest articol este preluat parțial sau în întregime din articolul Wikipedia din limba engleză intitulat „ Laser beam welding ” (a se vedea lista autorilor ) .

Un oțel carbon este un oțel în care principalul component al aliajului este carbonul. (fr) Puteți consulta articolul Wikipedia în limba engleză: Oțel carbon .
oțel de înaltă rezistență ( slab aliat de înaltă rezistență , HSLA) este un aliaj care conferă proprietăți de rezistență din oțel și rezistență la coroziune superioare celor din oțel carbon. (ro) Puteți consulta articolul Wikipedia în limba engleză: HSLA steel (ro) .
Cary și Helzer , p. 210.
Weman , p. 97.
(ro) Cu privire la sudarea cu laser hibrid, se poate consulta articolul din Wikipedia engleză: laser-hybrid welding (în) .
Weman , p. 98.
Cary și Helzer , p. 209.

Vezi și tu

linkuri externe

(ro) Sudarea cu un fascicul laser dublu . Articol de cercetare Welding Journal , 2002.
(ro) Morfologia sudării și modelarea termică în sudarea cu laser cu două fascicule . Articol de cercetare Welding Journal , 2002.
(ro) Articole despre sudarea cu laser , Revista Industrial Laser Solutions .
( fr) Sudarea cu laser face posibilă construirea de avioane mai ușoare . Societatea Fraunhofer, tehnologia materialelor și a grinzilor - IWS , Dresda, Germania (1 st ianuarie 2005).
(ro) Rezultatele cercetărilor privind sudarea cu laser la Institutul Maupertuis , Bruz, Franța (24 februarie 2010).
(ro) Video despre laserul utilizat la iluminarea structurilor de către Institutul Maupertuis , Bruz, Franța (24 februarie 2010).