Soudage par faisceau laser ou par faisceau d'électrons Quel procédé fonctionne le mieux pour quoi ?

Les partisans du soudage par faisceau laser (LBW) et du soudage par faisceau d'électrons (EBW) font chacun l'éloge de leur technologie préférée, mais la meilleure solution pour un client est souvent d'utiliser les deux technologies ensemble. Les deux procédés sont bien adaptés à l’assemblage de composants aux géométries complexes et capables de répondre aux exigences les plus strictes en matière de caractéristiques métallurgiques de l’assemblage final.

L'utilisation des technologies laser et à faisceau électronique dans une seule installation peut rationaliser le processus de fabrication lorsque la conception d'un composant intègre plusieurs joints de soudure adaptés séparément à un processus ou à l'autre. Les exemples incluent les capteurs, les dispositifs médicaux et les produits qui nécessitent un gaz inerte ou un vide pour être scellés dans la pièce finie.

Le traitement au laser est nécessaire soit lorsque la taille de l'assemblage final est trop grande pour une chambre de soudage EB, que certains composants d'un assemblage sont incompatibles avec le traitement sous vide (comme un liquide ou un gaz), ou lorsque la soudure est inaccessible à un faisceau d'électrons. source. Le faisceau d'électrons sera le choix principal lorsque l'assemblage terminé doit être scellé avec les composants internes sous vide, lorsque les pénétrations de soudure dépassent 1⁄2", lorsque le matériau est difficile à initier le couplage laser, ou lorsque la soudure ne doit pas être exposée aux conditions atmosphériques. jusqu'à ce qu'il ait refroidi à une température acceptable. Des exemples sont le soudage aérospatial du titane et de ses alliages, ainsi que de nombreux métaux réfractaires tels que le tungstène, le niobium, le rhénium et le tantale.

Les sources d'énergie de soudage au laser utilisent soit une onde continue (CW), soit une sortie pulsée de photons. Avec les systèmes CW, le faisceau laser est toujours allumé pendant le processus de soudage. Les systèmes pulsés sont modulés pour émettre une série d'impulsions avec un temps d'arrêt entre ces impulsions. Avec les deux méthodes, le faisceau laser est focalisé optiquement sur la surface de la pièce à souder. Ces faisceaux laser peuvent être transmis directement à la pièce via une optique dure classique ou via un câble à fibre optique très flexible capable de transmettre l'énergie laser à des postes de travail distants.

C'est la haute densité d'énergie du laser qui permet à la surface du matériau d'être amenée rapidement à sa température de liquidus, permettant un temps d'interaction du faisceau court par rapport aux méthodes de soudage traditionnelles telles que le GTAW (soudage TIG) et des processus similaires. L’énergie a ainsi moins de temps pour se dissiper à l’intérieur de la pièce. Il en résulte une zone affectée thermiquement étroite et moins de fatigue pour le composant.

La production d'énergie du faisceau peut être hautement contrôlée et modulée pour produire des profils d'impulsion arbitraires. Les cordons de soudure peuvent être produits en superposant des impulsions individuelles, ce qui réduit l'apport de chaleur en introduisant un bref cycle de refroidissement entre les impulsions, un avantage pour produire des soudures dans des matériaux sensibles à la chaleur.

Salay Stannard, ingénieur en matériaux chez Joining Technologies, un innovateur basé à East Granby, CT dans les applications de revêtement laser, de faisceau d'électrons et de soudage laser, note que les lasers CW peuvent atteindre des pénétrations allant jusqu'à 0,5 pouce et plus, tandis que les lasers pulsés n'atteignent généralement que 0,030. -0,045 pouces. Elle déclare : « Ces résultats peuvent varier d'un système laser à l'autre et dépendent largement du choix des paramètres de traitement et de la conception des joints. » La figure 1 représente la construction d'un système de soudage laser à solide.

Stannard ajoute : « Puisque la source de chaleur dans ce type de procédé de soudage est l'énergie de la lumière, la réflectivité du matériau de soudure doit être prise en compte. Par exemple, l’or, l’argent, le cuivre et l’aluminium nécessitent un apport énergétique plus intense. Une fois fondue, la réflectivité est réduite et la conductance thermique du processus progresse pour parvenir à la pénétration.

Comme indiqué, la densité de puissance élevée du laser entraîne de petites zones affectées par la chaleur et garantit que les composants critiques ne sont pas endommagés. Cela présente un avantage particulier pour les instruments chirurgicaux, les composants électroniques, les ensembles de capteurs et de nombreux autres appareils de précision. Contrairement à l’EBW, le LBW ne génère aucun rayon X et est facilement manipulable grâce à l’automatisation et à la robotique. Généralement, LBW a également des exigences d'outillage plus simples et il n'y a aucune contrainte physique d'une chambre à vide. Des temps de cycle plus courts se traduisent par des avantages en termes de coûts sans sacrifier la qualité. Le tableau 1 répertorie les avantages du LBW à ondes continues et à impulsions.