Laser CW et laser QCW en soudage

Caractéristiques de la distribution d'énergie

Un attribut notable des lasers CW est leur distribution d'énergie gaussienne, où la distribution d'énergie de la section transversale d'un faisceau laser diminue du centre vers l'extérieur dans un schéma gaussien (distribution normale). Cette caractéristique de distribution permet aux lasers CW d'obtenir une efficacité de précision et de traitement extrêmement élevée, en particulier dans les applications nécessitant un déploiement d'énergie concentré.

Diagramme de distribution d'énergie au laser CW

Avantages du soudage laser à vagues continues (CW)

Perspective microstructurale

L'examen de la microstructure des métaux révèle des avantages distincts du soudage laser à onde continue (CW) sur le soudage d'impulsion à onde quasi-continu (QCW). Le soudage d'impulsions QCW, contraint par sa limite de fréquence, généralement autour de 500 Hz, fait face à un compromis entre le taux de chevauchement et la profondeur de pénétration. Un faible taux de chevauchement entraîne une profondeur insuffisante, tandis qu'un taux de chevauchement élevé restreint la vitesse de soudage, réduisant l'efficacité. En revanche, le soudage au laser CW, par la sélection de diamètres de noyau laser appropriés et de têtes de soudage, atteint un soudage efficace et continu. Cette méthode s'avère particulièrement fiable dans les applications nécessitant une intégrité élevée du joint.

Considération d'impact thermique

Du point de vue de l'impact thermique, le soudage au laser à impulsions QCW souffre du problème du chevauchement, conduisant à un chauffage répété de la couture de soudure. Cela peut introduire des incohérences entre la microstructure du métal et le matériau parent, y compris les variations des tailles de dislocation et des taux de refroidissement, augmentant ainsi le risque de fissuration. Le soudage au laser CW, en revanche, évite ce problème en fournissant un processus de chauffage plus uniforme et continu.

Facilité d'ajustement

En termes de fonctionnement et d'ajustement, le soudage au laser QCW exige un réglage méticuleux de plusieurs paramètres, notamment la fréquence de répétition des impulsions, la puissance de pointe, la largeur d'impulsion, le cycle de service, etc. Le soudage au laser CW simplifie le processus de réglage, en se concentrant principalement sur la forme d'onde, la vitesse, la puissance et la quantité de défocalisation, ce qui facilite considérablement la difficulté opérationnelle.

Progrès technologique dans le soudage au laser CW

Bien que le soudage au laser QCW soit connu pour sa puissance de pointe élevée et sa faible entrée thermique, bénéfique pour le soudage des composants sensibles à la chaleur et des matériaux à parois extrêmement minces, les progrès de la technologie de soudage au laser CW, en particulier pour les applications de haute puissance (généralement au-dessus de 500 watts) et l'efficacité profonde de la pénétration en fonction de l'effet de trou de serre, ont considérablement étendu sa plage d'applications et son efficacité. Ce type de laser est particulièrement adapté aux matériaux plus épais que 1 mm, atteignant des rapports d'aspect élevés (plus de 8: 1) malgré une apport de chaleur relativement élevé.

Soudage laser à vague quasi-continu (QCW)

Distribution d'énergie ciblée

QCW, debout pour «onde quasi-continu», représente une technologie laser où le laser émet de la lumière de manière discontinue, comme le montre la figure a. Contrairement à la distribution d'énergie uniforme des lasers continus monomode, les lasers QCW concentrent leur énergie plus densément. Cette caractéristique accorde aux lasers QCW une densité d'énergie supérieure, traduisant par des capacités de pénétration plus fortes. L'effet métallurgique qui en résulte s'apparente à une forme "clou" avec un rapport de profondeur / largeur significatif, permettant aux lasers QCW d'exceller dans des applications impliquant des alliages de réflectance élevée, des matériaux sensibles à la chaleur et des micro-fonds de précision.

Stabilité améliorée et ingérence réduite des panaches

L'un des avantages prononcés du soudage au laser QCW est sa capacité à atténuer les effets du panache métallique sur le taux d'absorption du matériau, conduisant à un processus plus stable. Pendant l'interaction laser-matériau, une évaporation intense peut créer un mélange de vapeur métallique et de plasma au-dessus de la piscine de fusion, communément appelée panache métallique. Ce panache peut protéger la surface du matériau du laser, provoquant une puissance instable et des défauts comme des éclaboussures, des points d'explosion et des fosses. Cependant, l'émission intermittente des lasers QCW (par exemple, une rafale de 5 ms suivies d'une pause de 10 ms) garantit que chaque impulsion laser atteint la surface du matériau non affectée par le panache métallique, ce qui entraîne un processus de soudage notamment stable, particulièrement avantageux pour le soudage mince.

Dynamique de la piscine de fonte stable

La dynamique du pool de fonte, en particulier en termes de forces agissant sur le trou de serrure, est cruciale pour déterminer la qualité de la soudure. Les lasers continus, en raison de leur exposition prolongée et de leurs zones plus grandes touchées par la chaleur, ont tendance à créer de plus grandes piscines de fusion remplies de métal liquide. Cela peut entraîner des défauts associés à de grandes piscines de fusion, telles que l'effondrement des trou de serrure. En revanche, l'énergie focalisée et le temps d'interaction plus court du soudage au laser QCW concentrent la piscine de fusion autour du trou de serrure, entraînant une distribution de force plus uniforme et une incidence plus faible de porosité, de fissuration et de éclaboussures.