Le soudage à pénétration profonde de la machine de soudage laser utilise généralement des faisceaux laser continus à fibre optique pour compléter la connexion des matériaux. Le processus physique métallurgique est très similaire au soudage par faisceau d'électrons, ce qui signifie que le mécanisme de conversion d'énergie est complété par une structure en « trou de serrure ».
Lorsqu'il est irradié avec un laser à densité de puissance suffisamment élevée, le matériau s'évapore et forme de petits trous. Ce trou rempli de vapeur ressemble à un corps noir, absorbant la quasi-totalité de l’énergie du faisceau incident. La température d'équilibre dans la cavité atteint environ 2 500 degrés C. La chaleur est transférée depuis la paroi extérieure de la chambre à haute température pour faire fondre le métal autour de la chambre. Le petit trou est rempli de vapeur à haute température, générée par l'évaporation continue du matériau de la paroi sous l'irradiation d'un faisceau de rayons. Les quatre parois du petit trou sont entourées de métal en fusion, tandis que le métal liquide est entouré de matériaux solides. Dans la plupart des procédés de soudage conventionnels et de soudage par conduction laser, l'énergie est d'abord déposée sur la surface de la pièce puis transmise à la surface. L'écoulement du liquide à l'extérieur de la paroi du trou et la tension superficielle de la couche de la paroi maintiennent un équilibre dynamique avec la pression de vapeur générée en permanence dans la cavité. Le faisceau pénètre en continu dans le petit trou et le matériau à l'extérieur du trou s'écoule en continu. À mesure que le faisceau lumineux se déplace, le petit trou reste dans un état d’écoulement stable. En d’autres termes, le petit trou et le métal en fusion entourant la paroi du trou avancent à la vitesse d’avancement du faisceau de guidage, et le métal en fusion remplit l’espace laissé par le petit trou et se condense, formant un cordon de soudure. Tous les processus ci-dessus se déroulent très rapidement, de sorte que la vitesse de soudage peut facilement atteindre quelques mètres par minute.
Principaux paramètres de processus du soudage laser à pénétration profonde
1. Mise au point du faisceau.
La taille du point du faisceau est l’une des variables les plus importantes dans le soudage laser, car elle détermine la densité de puissance. Cependant, pour les lasers de forte puissance, malgré de nombreuses techniques de mesures indirectes, leur mesure reste un défi.
La taille maximale du point pour la focalisation et la diffraction du faisceau peut être calculée sur la base de la théorie de la diffraction de la lumière, mais en raison de l'aberration de la lentille de focalisation, la taille réelle du point est supérieure à la valeur calculée. La méthode de mesure pratique la plus simple est la méthode de contour isotherme, qui utilise du papier épais pour brûler et pénétrer dans la plaque en polypropylène afin de mesurer le point focal et le diamètre de la perforation. Cette méthode doit être pratiquée par le biais de mesures pour saisir la puissance du laser et le temps d’action du faisceau.
2. Puissance Laser.
Il existe un seuil de densité d'énergie laser dans le soudage laser. En dessous de cette valeur, la profondeur de pénétration est très faible. Une fois cette valeur atteinte ou dépassée, la profondeur de pénétration augmentera considérablement. Le plasma n'est généré que lorsque la densité de puissance laser sur la pièce dépasse le seuil, marquant ainsi la progression d'un soudage à pénétration profonde stable. Si la puissance laser est inférieure à ce seuil, seule une fusion superficielle de la pièce se produit, c'est-à-dire que le soudage est effectué avec un type de conductivité thermique stable. Lorsque la densité de puissance du laser s'approche de la condition critique pour la formation de petits trous, le soudage par pénétration profonde et le soudage par conduction deviennent alternativement des processus de soudage instables, entraînant des fluctuations significatives de la profondeur de pénétration. Dans le soudage laser à pénétration profonde, la puissance du laser contrôle à la fois la profondeur de pénétration et la vitesse de soudage. La profondeur de pénétration du soudage est directement liée à la densité de puissance du faisceau et est fonction de la puissance du faisceau incident et de la focalisation du faisceau. D’une manière générale, pour les faisceaux laser d’un certain diamètre, la profondeur de pénétration augmente avec l’augmentation de la puissance du faisceau.
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