Lors du choix d'une source lumineuse pour le soudage au laser, il convient de tenir compte de divers facteurs tels que le matériau de soudage, la géométrie du joint, la vitesse, etc. Dans l'industrie manufacturière, la sélection correcte d'une source laser est un défi pratique que les fabricants doivent relever en raison de l'utilisation répandue du soudage laser. Actuellement, les sources laser disponibles [...]
Lors du choix d'une source lumineuse pour le soudage au laser, il convient de tenir compte de divers facteurs tels que le matériau de soudage, la géométrie du joint, la vitesse, etc.
Dans l'industrie manufacturière, la sélection correcte d'une source laser est un défi pratique que les fabricants doivent relever en raison de l'utilisation répandue du soudage au laser.
Actuellement, les sources laser disponibles sur le marché comprennent la fibre optique, le Nd : YAG pulsé, la diode, le disque et le CO2 sources laser. (Remarque : la source laser Nd : YAG à ondes entretenues a été largement remplacée par des lasers à fibre optique et à disque, et n'est donc pas abordée dans le présent document).
Le choix d'une source laser doit tenir compte de plusieurs facteurs, dont les suivants matériel de soudageLes contraintes sont multiples : géométrie du joint, vitesse de soudage, tolérance géométrique, exigences d'intégration du système et, bien sûr, contraintes budgétaires.
Chaque source laser possède des caractéristiques uniques qui permettent de répondre à différentes exigences en matière de soudage. Dans certains cas, elles peuvent également être remplacées.
LE CO2 laser
Les émissions de CO2 qui fonctionne à une longueur d'onde de 10604nm et a une puissance de 1 à 20kW, est une technologie laser très développée. Depuis les années 1980, c'est la principale source laser pour les traitements de haute puissance.
Laser à fibre
Ce laser efficace pompé par diode utilise une fibre à base de silicium à faible diamètre de cœur.
La source laser est logée dans la fibre optique, ce qui élimine la nécessité d'une correction supplémentaire. Avec la fibre optique de faible diamètre associée à la lentille de focalisation, la taille minimale de focalisation peut atteindre 10 microns.
Le laser compact est disponible en deux configurations : basse tension et haute tension. soudage électrique (moins de 300W) et multimode pour le soudage à haute puissance.
Laser à diode
L'amélioration de la puissance des dispositifs laser à diode à surface unique, l'avènement d'une nouvelle technologie de canaux de refroidissement et les progrès de la technologie des micro-éléments optiques qui peuvent concentrer le faisceau dans des fibres optiques d'un diamètre inférieur à 1000 microns ont conduit à l'essor des lasers à diode en tant que sources de soudage.
Disque laser
Le disque plat en cristal YD YAG au centre du laser à ondes entretenues, appelé laser à disque, est conçu pour éliminer les problèmes inhérents au laser à barreau. Un disque d'une épaisseur de 0,01 pouce est utilisé et maintenu froid par un dispositif de refroidissement. Cette conception permet au laser d'atteindre une puissance de sortie de 10 kW tout en maintenant une excellente qualité de faisceau.
Laser Nd : YAG pulsé
Ce laser utilise un seul barreau laser Nd:YAG pour générer une puissance de pointe élevée et une faible puissance moyenne pour le soudage grâce à l'excitation de la lampe flash. Par exemple, un laser d'une puissance moyenne de 35 W peut produire une puissance de crête de 6 kW. La combinaison d'une puissance de crête élevée et d'une largeur d'impulsion étroite garantit non seulement la qualité du soudage des matériaux, mais offre également un contrôle efficace de l'apport d'énergie.
Le choix du laser peut être classé en trois groupes en fonction de la pénétration : moins de 0,01 pouce, entre 0,01 et 0,03 pouce, et plus de 0,03 pouce.
En général, plusieurs sources laser peuvent être utilisées pour effectuer le soudage, mais pour des raisons de performance et de budget, une ou deux sources lumineuses seulement peuvent être choisies.
La décision finale peut également être influencée par divers autres facteurs, tels que la qualité de l'échantillon, les considérations géographiques, le service après-vente, les préférences des intégrateurs de systèmes et la popularité.
Le laser Nd : YAG pulsé est le laser le plus couramment utilisé, suivi par le laser à fibre. En ce qui concerne l'assemblage des composants, la forme des joints, les matériaux et le revêtement, l'ensemble de la gamme des lasers à fibre optique est très varié. processus de soudage doit être contrôlée avec précision, ce qui fait du laser Nd : YAG pulsé le meilleur choix.
Grâce à sa puissance de crête élevée, le laser Nd : YAG pulsé peut produire un faisceau de soudage avec une taille de spot supérieure à 1000 microns, ce qui offre une grande flexibilité dans le choix de la taille du spot et permet de maximiser la fenêtre du processus de soudage tout en garantissant les tolérances nécessaires dans l'environnement de production.
Le laser à fibre est le seul laser à onde continue de cette catégorie, et il peut produire une taille de spot après focalisation du faisceau inférieure à 25 microns, fournissant la densité de puissance élevée requise pour le soudage. Toutefois, pour maintenir la compétitivité des coûts dans le domaine du micro-usinage, la puissance des lasers à fibre est généralement limitée à 200 W, ce qui restreint la taille maximale du spot et la densité de puissance.
La taille du joint soudé ne dépasse généralement pas 75 microns, ce qui constitue l'une des principales limites des lasers à fibre. Dans la production réelle, il est souvent difficile de garantir une marge d'erreur de ± 15 mm lors de l'ajustement des joints ou des composants en fonction de la tolérance d'ajustement et de la tolérance de superposition.
Les lasers à fibre sont principalement utilisés pour le soudage par recouvrement de matériaux minces présentant des exigences élevées en matière de résistance à la traction. joints de soudure pour garantir la stabilité. Le laser à fibre utilise une lentille de 150 mm de longueur focale qui peut produire des points lumineux d'un diamètre inférieur à 25 microns, offrant ainsi un large espace de traitement. Pour le soudage par recouvrement, le laser à fibre peut produire une soudure avec une profondeur de pénétration de 0,01 pouce ou plus à une vitesse élevée, avec une profondeur de pénétration de 0,004 pouce pouvant être obtenue par un laser à fibre monomode de 200 W à des vitesses allant jusqu'à 50 pouces par seconde.
En revanche, le laser Nd : YAG pulsé peut répondre à presque toutes les applications, à l'exception du soudage de feuilles minces. Sa grande taille de spot, sa largeur d'impulsion et sa plage de puissance de crête permettent de l'ajuster et de l'optimiser pour répondre à diverses exigences de soudage.
La classification des applications du laser Nd : YAG pulsé et du laser à fibre est toujours applicable, mais la gamme est limitée. Le laser Nd : YAG pulsé est principalement utilisé pour le soudage par points, tandis que les lasers à fibre d'une puissance d'environ 500 W et d'un diamètre de spot de 0,01 μm peuvent être utilisés pour le soudage bout à bout et le soudage à l'arc. soudure d'angle avec une faible tolérance. Le rapport coût/performance du laser Nd : YAG pulsé est relativement élevé.
Les lasers d'une puissance de 500 W et de 25 W produisent des effets différents. pénétration de la soudure à différentes vitesses de soudage. La puissance de crête assure la performance de pénétration, tandis que la puissance moyenne détermine la vitesse de soudage de l'appareil. soudage des joints.
Les lasers à diodes d'une puissance comprise entre 500W et 800W conviennent au soudage de pièces présentant de grandes tolérances, mais leur vitesse est généralement inférieure à celle des lasers à fibre et à disque. Toutefois, leur grande tolérance peut compenser cet inconvénient.
Tous les types de lasers sont adaptés à cette gamme. La profondeur de pénétration du laser Nd : YAG pulsé est d'environ 1,27 mm, tandis que d'autres types de laser peuvent atteindre 6,35 mm et même dépasser 12,5 mm.
D'une manière générale, les pièces adaptées au Nd : YAG pulsé sont les suivantes soudage au laser dans cette gamme sont relativement petites, comme les capteurs de pression avec soudure.
L'industrie automobile a besoin d'un large éventail de applications de soudageet fibre optique, CO2Les lasers à disque et les lasers à diode peuvent tous être utilisés. En termes de vitesse et de pénétration, l'industrie automobile couvre la quasi-totalité des besoins de l'Union européenne. applications de soudage.
Les principales différences entre les sources laser sont la qualité du faisceau, la luminosité et la longueur d'onde.
La qualité du faisceau fait référence à la capacité de focalisation du laser, et la luminosité fait référence à la densité de puissance dans le faisceau focalisé.
Par exemple, les émissions de CO2 et le laser à fibre ont une qualité de faisceau similaire ; par conséquent, si les autres paramètres sont égaux, ils peuvent produire des points lumineux de même diamètre.
Cependant, la longueur d'onde de la source laser à fibre est dix fois plus élevé que celui du CO2 ce qui signifie que le diamètre du spot qu'elle peut produire est également dix fois plus petit que celui de la source lumineuse au CO2 source lumineuse. La source laser à fibre présente également une meilleure qualité de faisceau et une plus grande luminosité.
Dans le soudage au laser, la qualité et la luminosité du faisceau ont un impact direct sur la profondeur et la vitesse de pénétration, mais n'ont pas d'effet aussi direct sur la stabilité et la tolérance du soudage.
Il est donc important de trouver un équilibre entre les performances et la qualité du soudage, et la largeur de la fenêtre du processus. Il convient de noter que si la qualité du faisceau peut être réduite pour répondre à des besoins spécifiques, une qualité médiocre ne peut être améliorée.
Pour une pénétration de 0,25 pouce, les vitesses de soudage des lasers susmentionnés sont assez similaires. Les fibres et les disques optiques sont plus rapides que les lasers à CO2alors que les diodes sont plus lentes.
Le soudage avec des lasers à haute puissance nécessite généralement deux équipes, ce qui fait du coût d'achat du laser un élément à prendre en compte dans le processus de sélection. Bien que le CO2 est largement utilisé et familier à de nombreux utilisateurs, son coût de soudage unique est sensiblement plus élevé que celui des lasers à fibre, à disque et à diode.
Par rapport au soudage au plasma et à l'arc, le soudage au laser présente plus d'avantages dans les applications de soudage nécessitant des pénétrations de plus de 0,25 pouce, car il permet de réduire considérablement la déformation thermique. Cette réduction permet de conserver la forme géométrique de la pièce, éliminant ainsi le besoin de la remodeler. Cependant, l'appariement des pièces peut poser des problèmes à cette épaisseur. Pour y remédier, il est possible d'utiliser un processus de remplissage par fil ou une combinaison de soudage au laser, de soudage au plasma et de soudage à l'arc.
Il existe différents types de sources laser pour le soudage au laser, chacun ayant ses propres caractéristiques et convenant à des exigences spécifiques.
Il est essentiel pour les utilisateurs de bien comprendre quelle source laser peut le mieux répondre à leurs besoins en matière de soudage.
Pour obtenir un système de soudage, l'approche optimale consiste à collaborer avec le fournisseur du système, qui peut déterminer le laser le plus approprié pour vous.
Vous pouvez également vous adresser à différents fabricants de lasers et leur fournir des échantillons de soudure pour déterminer la solution optimale.
Lors du choix d'un laser, il est important de garder à l'esprit que le soudage doit être équilibré en termes de pénétration, de vitesse, de stabilité, d'adaptation aux pièces de production et de tolérance.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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