Dans l'industrie du soudage, un défi important est la rareté des talents qualifiés. Les techniques de soudage traditionnelles comme le TIG et le MIG nécessitent souvent des années d'expérience pour être maîtrisées. Cependant, les progrès modernes, en particulier le soudage au laser manuel, offrent une solution qui peut être apprise en quelques semaines, et non en quelques années. Cet article, rédigé par Joe Dallarosa, explore les différences fondamentales entre les méthodes de soudage traditionnelles et le soudage au laser, aidant ainsi les soudeurs à comprendre comment cette technique moderne peut améliorer la productivité et la rentabilité.
Options modernes pour le soudage : Photons et électrons
De nombreux procédés de soudage traditionnels utilisent l'électricité, ou les électrons, pour réaliser la fusion entre les pièces métalliques. Ces procédés comprennent le soudage par faisceau d'électrons (EB), l'arc au tungstène gazeux (TIG), l'arc métallique sous protection (SMAW), l'arc métallique gazeux (MIG ou MAG), le soudage à l'hydrogène atomique, le soudage par points, l'arc plasma, l'arc au carbone et l'arc étiré (soudage de goujons), entre autres. Cet article explore les différences fondamentales entre le soudage au laser avec des photons et le soudage au laser avec des électrons.
Techniques de soudage traditionnelles
Le procédé de soudage traditionnel aux électrons nécessite une source de tension, qui peut être alternative ou continue. La source fournit le courant nécessaire à l'épaisseur du matériau à souder. Ces électrons sont transmis à la pièce à souder par l'intermédiaire d'une électrode alimentée, qui peut être une pointe en tungstène (TIG), un fil métallique (MIG) ou une baguette enrobée de flux (SMAW). La pièce à travailler doit également être reliée à une terre électrique pour que le courant passe.
Le principe du soudage par électrons est simple : un arc électrique établit un pont entre l'électrode et la pièce à souder, ce qui entraîne la circulation d'un courant électrique (électrons) créant un plasma. Ce plasma et ce flux de courant produisent un bain de soudure en fusion, qui joint les deux pièces en se solidifiant au fur et à mesure que l'arc électrique avance (se déplace).
Ce bain de fusion peut atteindre une température de 2500°C et doit être protégé de l'atmosphère oxydante par un gaz de protection tel que l'azote, l'argon ou l'hélium. Les machines à souder modernes sont équipées d'un contrôle précis du courant, d'une modulation de fréquence radio pour amorcer et stabiliser l'arc, d'une fonctionnalité d'arc pulsé et d'autres caractéristiques qui facilitent l'obtention de soudures de qualité.
Les défis du soudage traditionnel
Il faut noter que le soudage électronique à courant continu génère un champ magnétique qui peut perturber l'arc et faire en sorte qu'il ne s'écoule pas sur la distance la plus courte jusqu'à la pièce à souder. Cela peut entraîner des incohérences dans le cordon de soudure, comme des éclaboussures et des porosités. Comme le courant alternatif est alternatif, il a peu d'effet sur la production d'un champ magnétique. Les procédés à courant continu sont généralement préférés par les soudeurs car ils produisent un arc plus contrôlable, ce qui entraîne moins d'éclaboussures et des cordons de soudure de meilleure qualité.
Les procédés de soudage traditionnels produisent une grande zone affectée par la chaleur (HAZ), ce qui entraîne des changements dans les propriétés du matériau environnant. Il peut en résulter de multiples zones aux caractéristiques différentes, ce qui affecte la qualité et la solidité de la soudure.
Soudage au laser - Une alternative moderne
Le soudage au laser représente une alternative moderne aux méthodes traditionnelles, offrant des résultats précis et efficaces. Le premier laser fonctionnel a été concrétisé en 1960 par Theodore Maiman. En un peu plus de six décennies, les lasers sont devenus une partie intégrante de l'infrastructure moderne. Il y a de fortes chances que tu utilises directement ou indirectement un laser en ce moment même pour lire cet article. L'utilisation d'un laser implique plusieurs caractéristiques différentes de la lumière telles que la longueur d'onde (couleur), la puissance, la taille du point laser et l'utilisation du laser en mode onde continue (CW) ou en mode pulsé en changeant le taux de répétition et la largeur d'impulsion (la durée pendant laquelle la lumière est allumée au cours d'un cycle donné).
Le soudage au laser nécessite une source de photons qui peuvent être délivrés à une pièce par des diodes laser directement, ou en canalisant la lumière laser à travers une fibre (appelée "pompage") qui est dopée avec un matériau qui produira la lumière laser spécifique pour l'application. Cette lumière (photons) est ensuite transmise à travers une fibre de verre, puis à travers une série de lentilles où elle est focalisée sur le matériau. Cette lumière se situe dans la partie infrarouge du spectre où la lumière laser produite est à la fois efficace à produire et peut être absorbée par certains métaux. Imagine que tu utilises une loupe pour allumer un feu avec le soleil - le soudage au laser fonctionne selon le même concept.
Types de soudage au laser
Soudage par conduction thermique
Ce procédé utilise une lumière focalisée pour chauffer le matériau près de la surface, créant ainsi un bain de soudure qui se refroidit et se solidifie rapidement pour assembler les pièces. L'énergie des photons pénètre dans la zone de soudure par conduction thermique, ce qui produit une soudure lisse, esthétique et précise.
Pénétration profonde/soudure de trou de serrure
Ce procédé utilise un faisceau étroit de lumière focalisée pour créer un canal étroit et profond de matériau en fusion. La vapeur de métal est libérée comme sous-produit de cette quantité extrême d'énergie qui frappe la pièce et crée une cavité en quelques millisecondes. Cette cavité remplie de vapeur est connue sous le nom de trou de serrure, qui se remplit de métal en fusion au fur et à mesure que le laser avance (se déplace). Ce type de soudage produit un canal de soudure étroit qui peut être utilisé sur des matériaux d'une épaisseur d'un demi-pouce ou plus.
Avantages du soudage au laser
Il a été prouvé que le soudage au laser est jusqu'à 10 fois plus rapide que le soudage conventionnel par électrons. Il produit un petit point de lumière concentrée avec une densité de puissance proche de 10MW/cm² (1,6MW/in²), ce qui permet de réduire la zone affectée thermiquement. Cela offre des avantages évidents en termes de résistance, d'apparence et d'intégrité de la soudure. En outre, le soudage au laser peut être appris rapidement, ce qui permet de remédier à la pénurie de talents dans l'industrie en permettant aux nouveaux employés de devenir compétents en quelques semaines au lieu de quelques années.
Conclusion
Le soudage au laser offre de nombreux avantages par rapport aux méthodes de soudage traditionnelles, notamment une efficacité et une précision accrues, ainsi qu'un temps de formation réduit. En passant au soudage au laser, les entreprises peuvent remédier à la pénurie de talents, améliorer la productivité et la rentabilité. Une avancée particulière dans ce domaine est le soudage laser à main, qui combine la précision et l'efficacité du soudage laser traditionnel avec la flexibilité et la facilité d'utilisation nécessaires dans divers environnements de travail. Les soudeuses laser portatives, comme la machine à souder au laserTheo MA1, sont idéales pour les tâches qui exigent mobilité et polyvalence, ce qui en fait un excellent choix pour répondre aux besoins modernes en matière de soudage.
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