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Le soudage au laser à fibre continue de croître en tant que procédé préféré avec des améliorations de la qualité, de la fiabilité et des performances de la soudure. De nombreuses applications de soudage au laser à fibre sont autogènes où la soudure est entièrement formée en faisant fondre des parties du métal de base et aucun fil ou poudre d'apport supplémentaire n'est utilisé.

Les applications de soudage par faisceau laser sont presque toujours autogènes pour une grande variété de matériaux. Cependant, certains matériaux difficiles et certaines applications difficiles nécessitent l'utilisation d'un matériau d'apport dans le processus de soudage. Ce faisant, de grandes améliorations dans le processus de soudage sont possibles.

Les améliorations de l'application incluent :

Le soudage au laser avec un matériau d'apport peut être effectué avec de la poudre ou du fil (voir Figure 1). Cependant, la majorité des applications de soudage laser industriel utilisent du fil. Cet article se concentre sur le soudage laser fibre avec fil. Il convient de noter que l'une des raisons pour lesquelles le fil est préféré est son faible coût. Habituellement, la charge d'alimentation en poudre est plus chère que la charge d'alimentation en fil pour la plupart des matériaux. Par exemple, un coût typique d'un fil Inconel 625 de 0,9 mm de diamètre est de 26 $/lb contre 48 $/lb pour une poudre du même matériau. Pour cette raison, la poudre est principalement utilisée dans les applications de fabrication additive et non pour le soudage.

En tant que procédé multiparamètres, le soudage laser avec fil d'apport est affecté par plusieurs conditions qui déterminent la qualité, la vitesse du procédé et le coût.

Vitesse de soudage/fil d'apport : La vitesse d'alimentation du fil pour un entrefer et une épaisseur de plaque donnés est un paramètre important et dépend de la vitesse de soudage, de la section transversale de l'espace entre la face de joint et de la section transversale du fil d'apport. La relation s'exprime comme suit :

Vitesse d'alimentation du fil (m/min) = vitesse de soudage (m/min)*section transversale de l'espace (mm2)/section transversale du fil (mm2)

L'utilisation de fil d'apport entraîne généralement une diminution de 10 à 20 % de la vitesse de soudage, pour une puissance laser donnée, afin de compenser l'énergie laser qui doit être utilisée pour faire fondre le fil. Notez que le compromis de vitesse inférieure est compensé par les avantages accrus de l'utilisation du fil d'apport. Mais il est important d'utiliser le bon taux de fil d'apport. Si le taux de fil d'apport est trop faible, la quantité de chaleur générée par le faisceau laser affectera le fil et le matériau à souder en étant capable de faire fondre une plus grande section à l'extrémité du fil. Il peut en résulter la rupture d'un pont de métal liquide formé au cours du procédé et la formation d'une goutte en bout de fil et une perturbation momentanée de la stabilité du procédé.

Un débit de fil d'apport trop élevé peut rendre l'énergie fournie à la zone de soudage insuffisante pour une fusion stable et permanente du fil. Le volume de métal liquide à l'extrémité du fil et dans le pont de métal liquide augmente inondant ainsi l'entrefer. De plus, le fil non fondu pénètre dans la zone arrière de la piscine, repoussant le métal liquide qui, en se solidifiant, forme des bosses caractéristiques de la surface de soudure et une porosité à la racine de la soudure. Une vitesse de soudage correcte assurera une profondeur de pénétration, une largeur de soudure et une hauteur de cordon supérieure correctes.

Interaction faisceau laser-fil d'apport : Une longueur de fil exposée trop courte empêche la fusion du fil au niveau de la zone initiale du cordon et le faisceau laser affecte directement le matériau à fondre. À son tour, une longueur de fil exposée qui est trop longue amène l'extrémité du fil étendu à être pressée contre la surface de la plaque. Au stade initial, le faisceau laser fait fondre le fil, le divisant en deux parties. En conséquence, l'endroit où le processus a commencé était recouvert d'une extrémité de fil soudée à la surface et difficile à retirer. Dans un cas extrême, l'extrémité du fil soudé pourrait provoquer une collision avec la buse de protection contre le gaz, perturbant ou même supprimant la protection contre le gaz. Les fonctions de contrôle du LASERDYNE 795 avec BeamDirector garantissent une interaction correcte entre le faisceau laser et le fil d'apport.

Le LASERDYNE 795 avec BeamDirector est idéalement conçu pour le soudage au laser à fibre avec du fil filer. Le contrôleur System S94P assure une protection contre les collisions tout en offrant une protection optimale contre les gaz et un contrôle des paramètres laser.

Angle de livraison du fil : Des angles entre 30 et 60 degrés par rapport à la verticale peuvent être utilisés et 45 degrés ont tendance à être la norme car ils simplifient le réglage de la position d'intersection de fil requise avec l'axe du faisceau laser. Des angles supérieurs à 60 degrés rendent cette dernière difficulté et des angles inférieurs à 30 degrés font que le fil coupe une grande surface du faisceau laser, provoquant la fusion et la vaporisation du fil sans l'incorporer dans le bain de soudure.

Taille du spot focalisé : La taille du point doit être proche du diamètre du fil d'apport. Si la taille du spot laser est trop petite par rapport au diamètre du fil, cela peut conduire à des soudures poreuse car le fil d'apport n'a pas bien fondu.

Prima Power Laserdyne a réalisé des études détaillées de soudage laser avec fil d'apport avec son LASERDYNE 795 avec système BeamDirector. Les paramètres de soudure et de fil d'apport ont été développés et optimisés pour produire des soudures de bonne qualité sans fissuration ni porosité avec une géométrie de soudure correcte.Figure 2met en évidence les soudures réalisées avec du fil d'apport pour éliminer les fissures et la porosité (2a & 2b) et pour améliorer la géométrie de la soudure (2c & 2d).

(2a en haut à gauche) Alliage d'aluminium 6065 de 4 mm d'épaisseur (Al-Mg-Si-Cu) soudé avec un fil 6065 de 0,8 mm de diamètre ; Joint en T double passe. Cet alliage est bien adapté à de nombreuses applications dans leindustrie aérospaciale, est cependant sujet à la fissuration par solidification sans le matériau de remplissage.

(2b en haut à droite) Alliage d'aluminium 6061 de 2 mm d'épaisseur (Al-Mg-Si) soudé avec un fil 4047 de 1,0 mm de diamètre ; joint bout à bout avec un écart de 0,2 mm. Cet alliage est principalement utilisé pourapplication automobile. . Cet alliage est également sujet à la fissuration par solidification sans le fil d'apport.

(2c en bas à gauche) Superalliage à base de nickel Inconel 625 de 3,2 mm d'épaisseur soudé avec un fil 625 de diamètre 1,2 mm ; articulation bout à bout. Cet alliage haute température est principalement utilisé pourapplications aérospatiales . Cet alliage n'est pas sujet à la fissuration, mais pour cette application, le fil a été utilisé pour compenser le mauvais ajustement, le décalage et améliorer la géométrie de la soudure.

(2d en bas à droite) Superalliage à base de nickel Inconel 718 de 1 mm d'épaisseur soudé avec un fil Inconel 625 de diamètre 1,2 mm ; articulation bout à bout. L'Inconel 718 est largement utilisé pour les applications à haute température. Le fil d'apport a été utilisé pour respecter la géométrie de la soudure, c'est-à-dire la largeur et la taille du cordon supérieur et du cordon inférieur (centre de la soudure).

Des tests approfondis, comme décrit ci-dessus, ont montré que le soudage au laser à fibre utilisant du fil d'apport s'est avéré efficace pour produire des soudures robustes de haute qualité avec un ajustement amélioré, une fissuration réduite des soudures et un meilleur profil de soudure. La large gamme d'applications comprend l'aérospatiale, l'automobile et de nombreuses applications de fabrication industrielle. Le contrôle de la métallurgie et des dimensions de la soudure au laser est possible grâce au contrôle amélioré des paramètres du processus de soudage au laser à fibre qui sont réalisés à l'aide de LASERDYNE'S 795 avec les systèmes de soudage au laser à fibre BeamDirector.

Pour plus d'informations sur les produits et services LASERDYNE de Prima Power Laserdyne, appelez le 763-433-3700, envoyez un e-mail à : [email protected] ou visitez www.primapowerlaserdyne.com. Prima Power Laserdyne a son siège social au 8600 109th Avenue North, #400, Champlin, Minnesota 55316.

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