Machines de soudage laser

Densité de puissance laser :La densité de puissance laser fait référence à la puissance laser par unité de surface.
Densité de puissance (W/c㎡)=4*Énergie d'impulsion laser (J)/πDiamètre du spot (cm)²*Largeur d'impulsion(s)Diamètre du spot (mm)=[Distance focale de mise au point (mm)/Distance focale de collimation de la tête laser (mm)]*Diamètre du noyau de la fibre optique (mm) 1cm=10mm=10000um

Puissance du laser :Soudage au laser en présence d'un seuil de densité d'énergie laser 104-106W/cm², en dessous de cette valeur, l'absorption métallique de l'énergie laser ne peut provoquer qu'une augmentation de la température de surface du matériau, mais maintenir la phase solide inchangée, une fois la valeur atteinte ou dépassée, la profondeur de fusion sera considérablement augmentée. Ce n'est que lorsque la densité de puissance laser sur la pièce dépasse la valeur seuil (dépendant du matériau) qu'un plasma est généré, ce qui marque la stabilisation de la profondeur de soudage par fusion. Si la puissance laser atteint la valeur seuil, seule une fusion superficielle se produit sur la pièce, c'est-à-dire que le soudage s'effectue dans un type de conduction thermique stable. Lorsque la densité de puissance laser est de l'ordre de 106 W/cm², ce qui est la condition critique pour la formation de petits trous, la fusion profonde et le soudage par conduction thermique se produisent en alternance, et le processus de soudage devient instable, ce qui entraîne de grandes fluctuations de la profondeur de pénétration. Dans le soudage laser par fusion profonde, la puissance laser contrôle à la fois la profondeur de pénétration et la vitesse de soudage. La profondeur de la soudure est directement liée à la densité de puissance du faisceau et est fonction de la puissance du faisceau incident et du point focal du faisceau. En général, pour un diamètre de faisceau laser donné, la profondeur de pénétration augmente à mesure que la puissance du faisceau augmente.

Forme d'onde de largeur d'impulsion laser :En règle générale, lorsque le laser commence à agir sur la surface du matériau traité, la réflectivité est élevée et lorsque la température de surface du matériau monte jusqu'au point de fusion, la réflectivité diminue rapidement. Lorsque la température de surface du matériau est à l'état de fusion, la réflectivité se stabilise à une certaine valeur. Ainsi, lors du soudage d'un matériau hautement réfléchissant, si une onde carrée est maintenue (l'énergie requise est bien supérieure à celle de l'acier inoxydable), le début de la phase de réflectivité du cuivre est élevé, la majeure partie de la lumière est réfléchie, la deuxième étape de la température du cuivre augmente et la réflectivité diminue, le cuivre commence à absorber de l'énergie, si cette fois-ci l'énergie est encore très élevée, la température du cuivre peut être chauffée jusqu'au point d'ébullition, ce qui entraîne l'apparition d'une instabilité de la soudure, il est donc nécessaire d'utiliser un pré-pic avec une baisse lente de la forme d'onde.

Quantité de défocalisation:La défocalisation est la distance entre la surface de la pièce soudée et le plus petit point du faisceau laser focalisé pendant le soudage. Il existe deux types de défocalisation : la défocalisation positive et la défocalisation négative. Comme le montre la figure, le plan focal situé au-dessus de la pièce est une défocalisation positive, et vice versa une défocalisation négative. La modification de la quantité de défocalisation peut modifier la taille du point de chauffage laser et la condition d'incidence du faisceau. Une seule quantité de défocalisation est trop importante pour agrandir le diamètre du point, réduire la densité de puissance au-dessus du point, de sorte que la profondeur de fusion est réduite. La quantité de défocalisation affecte non seulement la taille du diamètre du point sur la surface de la pièce, mais affecte également la direction de l'incidence du faisceau, le mode de soudage, etc., et a donc un impact plus important sur la forme de la soudure, le bain de fusion et la section transversale.

Vitesse de soudage :La vitesse de soudage affecte l'apport de chaleur par unité de temps. Si la vitesse de soudage est trop lente, l'apport de chaleur sera trop important, ce qui entraînera la brûlure de la pièce ; si la vitesse de soudage est trop rapide, l'apport de chaleur sera trop faible, ce qui entraînera la brûlure de la pièce. Sous une certaine puissance laser, augmentez la vitesse de soudage, l'apport de chaleur diminue, la profondeur de soudure diminue. Une réduction appropriée de la vitesse de soudage peut augmenter la profondeur de fusion, mais si la vitesse de soudage est trop faible, la profondeur de fusion n'augmentera pas, mais augmentera plutôt la largeur de fusion.

Gaz protecteur:Le procédé de soudage au laser utilise souvent des gaz inertes pour protéger le bain de fusion. Lorsque certains matériaux ne se soucient pas de l'oxydation de surface, la protection ne peut pas être prise en compte. Cependant, pour la plupart des applications, on utilise souvent de l'hélium, de l'argon, de l'azote et d'autres gaz pour la protection, de sorte que la pièce à souder contre l'oxydation. Le deuxième rôle de l'utilisation de gaz de protection est de protéger la lentille de focalisation de la contamination par les vapeurs métalliques et des projections de gouttelettes de liquide. En particulier dans le soudage laser à haute puissance, car ses éjections deviennent très fortes, à ce moment-là, il est très nécessaire de protéger la lentille. Le troisième rôle du gaz de protection est de dissiper très efficacement le blindage plasma généré par le soudage laser à haute puissance. La vapeur métallique absorbe le faisceau laser et s'ionise en un nuage de plasma, et le gaz de protection autour de la vapeur métallique s'ionise également en raison de la chaleur. S'il y a trop de plasma, le faisceau laser est consommé dans une certaine mesure par le plasma. Le plasma est présent sur la surface de travail comme deuxième source d'énergie, ce qui rend la profondeur de fusion plus faible et la surface du bain de fusion plus large. L'effet du nuage de plasma sur la profondeur de fusion est plus prononcé dans la zone de faible vitesse de soudage. Son effet diminue lorsque la vitesse de soudage augmente.

Matériaux de soudage :L'absorption du faisceau laser par le matériau dépend de certaines propriétés importantes du matériau, telles que le taux d'absorption, la réflectivité, la conductivité thermique, la température de fusion, la température d'évaporation, etc., dont le plus important est le taux d'absorption. Les facteurs affectant l'absorption du faisceau laser par le matériau comprennent deux aspects : tout d'abord, le coefficient de résistance électrique du matériau, après avoir mesuré le taux d'absorption de la surface polie du matériau, on constate que le taux d'absorption du matériau est proportionnel à la racine carrée du coefficient de résistance électrique, qui varie avec la température ; deuxièmement, l'état de surface du matériau (ou le degré de finition) a un effet plus important sur le taux d'absorption du faisceau, ce qui aura un effet significatif sur l'effet de soudage.