Le soudage par dépôt laser est un processus complexe qui nécessite beaucoup de préparation avant d'allumer le laser.
Voici quelques-unes des étapes clés impliquées dans le processus.
Étape 1 – Préparation de la surface
Les billettes et lingots métalliques ont des revêtements de surface protecteurs. Ces revêtements sont généralement des huiles utilisées pour prévenir la rouille, le placage métallique ou les oxydes (dans le cas de l'aluminium).
Vous devez éliminer les composés indésirables et les impuretés du métal et rendre la surface rugueuse. Une surface plus rugueuse entraîne une meilleure adhérence du métal pendant le soudage. Les minuscules bosses et cavités sur la surface fournissent d’excellents points d’ancrage auxquels le métal d’apport fondu peut adhérer.
Étape 2 – Livraison du métal d’apport
Le métal d'apport, généralement une fine poudre métallique, s'écoule d'une buse d'air avec un gaz inerte (azote ou argon). Les gaz inertes empêchent l'oxydation, éliminent les impuretés de surface indésirables et maintiennent les soudures propres et sans scories.
La fabrication de poudres métalliques fines et homogènes est un processus coûteux. La création de la poudre métallique nécessite généralement plus d’efforts que le soudage par dépôt laser lui-même.
Par conséquent, de nombreuses machines de dépôt laser utilisent à la place des fils métalliques fins. Le fil peut être alimenté manuellement ou automatiquement via un système de moteur et de rouleaux à proximité de la tête laser.
Il convient de noter que lors du soudage, le métal d'apport peut être le même que celui de la pièce, tandis que le revêtement de surface peut être différent.
Étape 3 – Chauffage laser local
Un système CNC précis dirige un faisceau laser haute puissance vers l’emplacement souhaité. Le laser fait fondre la surface de la pièce et le métal d’apport entrant en moins d’une seconde.
Le faisceau laser introduit une quantité fixe d'énergie dans la pièce et la zone de dépôt d'énergie est contrôlée par la puissance de la source laser et le diamètre du spot. Le diamètre du point laser correspond à la taille du point de contact entre le laser et la pièce.
Une taille de point plus grande signifie que l’énergie est plus répartie et que la fonte de la surface prend plus de temps. Le diamètre du point plus petit signifie que toute l’énergie laser est concentrée sur un point minuscule, réduisant ainsi le temps de fusion.
Une taille de point plus petite signifie une plus grande précision et des temps de soudage plus rapides. Il minimise également la déformation du matériau car la chaleur est concentrée en un point et aucun excès de chaleur n’est rayonné vers l’environnement.
Étape 4 – Superposition et passes multiples
Le dépôt de métal au laser (LMD) ne se limite pas au soudage, il est également souvent utilisé pour créer des composants à partir de zéro. Après le passage initial du laser, la tête laser effectue un autre tour et dépose une nouvelle couche de matériau par-dessus la première couche. Répétez ce processus jusqu'à ce que vous atteigniez la hauteur souhaitée.
Pour la fabrication additive, les couches se poursuivent jusqu'à ce que la pièce complète soit construite. En revanche, le soudage ne nécessite qu’une ou deux couches.
L'épaisseur et le nombre de couches aident à contrôler la quantité de métal déposé.
Étape 5 – Refroidissement et solidification
La chaleur étant localisée, la zone soudée se refroidit également relativement rapidement, presque immédiatement après que le laser quitte l'endroit.
Le processus LMD consiste à déposer de l’énergie directement dans un petit endroit de la pièce. Des points de contact plus petits signifient que l’énergie est utilisée plus efficacement, ce qui permet au laser de se déplacer plus rapidement.
Un laser plus rapide signifie moins d’énergie totale et de chaleur déposée dans la pièce. Moins de chaleur déposée signifie un refroidissement plus rapide. Un refroidissement rapide apporte l’effet secondaire supplémentaire d’une meilleure microstructure.
7 avantages du soudage par dépôt laser
Le dépôt de métal par laser (LMD) est l’accumulation de nombreuses années de recherche sur la technologie de fabrication additive. Chaque aspect du dépôt laser de métaux est conçu avec un seul objectif en tête : l’amélioration des processus traditionnels.
Voici quelques-uns des principaux avantages que le soudage par dépôt laser apporte aux processus de fabrication modernes.
1. Temps de soudage plus rapide
Le laser haute puissance fait fondre la pièce rapidement et le contrôleur CNC déplace rapidement la tête laser d'un point à un autre, ce qui entraîne des temps de soudage incroyablement rapides.
L'alimentation automatique de la table permet un soudage continu sans aucun arrêt pendant le processus. Le soudage contrôlé par ordinateur minimise également les erreurs, ce qui permet de gagner plus de temps dans l'atelier de production.
La gestion et l’optimisation de divers paramètres de dépôt de métal au laser améliorent l’efficacité du soudage et réduisent le temps de production.
2. Plus de précision et de contrôle
Presque toutes les machines de dépôt laser de métaux sont automatisées et contrôlées par ordinateur, à l’exception de quelques modèles portables. La haute précision et le contrôle permettent des soudures plus complexes à des vitesses plus rapides.
Peu de soudeurs expérimentés peuvent égaler l’exactitude et la précision des machines de soudage laser automatisées.
3. Soudures de meilleure qualité
Les fines particules de poudre du matériau de remplissage comblent les espaces plus efficacement, ce qui permet d'obtenir une soudure plus solide. Puisque tout est pré-mesuré et contrôlé par un ordinateur, la quantité de métal déposée est exactement celle nécessaire, ce qui signifie que le bain en fusion reste constant tout au long du processus.
De plus, des jets internes sont utilisés pour empêcher la formation de scories et l’oxydation du métal et pour souffler les petits fragments de métal vaporisé.
4. Zéro distorsion de la source de chaleur
Les procédés de soudage traditionnels introduisent de grandes quantités de chaleur indésirable dans le matériau de base. Une petite quantité de chaleur est transférée au joint de soudure et le reste s'infiltre dans l'environnement, provoquant la déformation (déformation) du métal.
Le dépôt de métal au laser est un processus extrêmement précis dans lequel le faisceau laser ne fait fondre qu'une petite partie de la pièce et rien de plus. Le processus est si efficace qu’il est souvent utilisé pour les soudures sur toute la surface, car il n’y a pas lieu de s’inquiéter de la déformation du matériau.
Le soudage de surface est le processus de revêtement d'un matériau avec un ou plusieurs autres matériaux pour améliorer la finition de surface et la résistance à l'usure.
5. Compatibilité matérielle plus large
Le soudage devient plus difficile à mesure que vous passez à des matériaux de meilleure qualité et plus rares. Le procédé traditionnel convient aux matériaux courants tels que le fer, le cuivre, l’acier inoxydable et même les alliages d’aluminium. Mais il existe des cas particuliers à traiter impliquant des métaux durs comme le tungstène, des métaux volatils comme le magnésium et des métaux mous comme l’or.
Le dépôt laser de métaux prend en charge une grande variété de métaux, d’alliages et même certaines céramiques. En utilisant LMD, vous pouvez souder les matériaux suivants.
Alliage de nickel
Carbure de tungstène
alliage de magnésium
fonte
Alliage d'aluminium
Alliage à base de cobalt
Alliage de titane
cuivre
Acier
etc.
6. Réduire le gaspillage de matériaux
Le soudage au laser minimise le gaspillage de matériaux. La poudre métallique est introduite dans la pièce à un débit contrôlé pour éviter un dépôt excessif ou insuffisant. Contrairement au soudage traditionnel qui utilise une tige d’apport, le soudage par dépôt laser utilise du fil continu et des particules de poudre.
Utilisez uniquement la quantité nécessaire de mastic et réservez le reste pour la prochaine soudure.
7. Réduisez le travail de post-traitement
Étant donné que le dépôt de métal au laser produit des soudures plus propres, vous n'avez souvent même pas besoin d'effectuer de post-traitement. Il n'est pas nécessaire de brosser la pièce à usiner, d'éliminer les flaques d'eau en excès ou de redresser les déformations pendant le soudage.
La réduction du post-traitement peut permettre de gagner beaucoup de temps dans l'atelier de production et d'augmenter considérablement la productivité.