Quelle est l'efficacité des machines de soudage au laser de l'aluminium ?

2 septembre 2024

L'aluminium peut être un matériau difficile à souder. Des problèmes de contamination et de porosité peuvent survenir en raison de l'oxydation. Cependant, lorsqu'il est correctement nettoyé et manipulé, l'aluminium se soude bien avec un laser.

Les difficultés du soudage L'aluminium possède des propriétés qui le rendent plus difficile à souder que d'autres métaux. En raison de sa conductivité thermique relativement élevée (environ 209 W/m K) et de son faible point de fusion (1 221 °F/660,3 °C), il ne peut être soudé qu'à l'aide de procédés de soudage par fusion.

Pour faire fondre le matériau dans la zone de soudure prévue, les méthodes de soudage par fusion MIG, TIG, laser et faisceau d'électrons fournissent une chaleur considérable dans une petite zone. En raison de l'excellente conductivité thermique de l'aluminium, la chaleur se propage dans toute la pièce, risquant de faire fondre une trop grande quantité de matériau ou de déformer l'ensemble de l'article, ce qui rend cruciale cette petite zone affectée par la chaleur.

La quantité de chaleur appliquée, ainsi que l'endroit où elle est appliquée, doivent être contrôlés avec précision. Les techniques de soudage manuel telles que le MIG et le TIG dépendent de la compétence de l'opérateur et de la chaleur absorbée pour réguler ces variables. L'aluminium ne changeant pas de couleur à mesure qu'il se rapproche de son point de fusion, les procédures de soudage qui dépendent de l'évaluation visuelle de la préparation du matériau peuvent être imprécises. Les techniques automatiques, notamment le laser et le faisceau d'électrons, utilisent des ordinateurs pour réguler la vitesse d'avance, la puissance et la position de la soudure, ce qui permet d'obtenir une qualité de soudure plus précise et plus fiable.

Oxydation de l'aluminium

Une autre difficulté du soudage de l'aluminium est la formation d'un film d'oxyde sur la surface de travail. Le point de fusion de l'oxyde d'aluminium est environ trois fois supérieur à celui de l'aluminium pur, ce qui peut entraîner la contamination de la soudure par des particules d'oxyde d'aluminium et causer des problèmes de porosité. Avant le soudage, la pellicule d'oxyde doit généralement être enlevée mécaniquement ou chimiquement. L'oxyde d'aluminium peut interférer avec le soudage au laser car il modifie la réflectivité de la surface de la pièce, réduisant ainsi la quantité d'énergie laser qui atteint le métal de base.

Contamination par les hydrocarbures

La contamination de l'aluminium par les hydrocarbures au cours du stockage et de la préparation peut entraîner des problèmes de soudage. Avant le soudage, les pièces en aluminium sont souvent formées, cisaillées, sciées et usinées. Si un lubrifiant est utilisé au cours de l'une de ces opérations préalables au soudage, il doit être complètement éliminé avant le soudage afin d'éviter les mauvaises soudures. La prudence veut que les pièces d'aluminium qui doivent être soudées soient traitées avant le soudage de manière à n'utiliser qu'un minimum de lubrifiants, voire aucun - le sciage et l'usinage de l'aluminium doivent être effectués à sec, si possible, et soigneusement nettoyés si ce n'est pas le cas.

Soudage au laser de l'aluminium Le soudage au laser est l'un de nos services de soudage de l'aluminium les plus populaires. Ce procédé permet de réaliser des soudures rapides et nettes. La zone affectée thermiquement est plus petite et la pénétration de la soudure dans l'aluminium peut atteindre 0,25′′. Le soudage par faisceau laser peut être appliqué à des matériaux susceptibles de se fissurer, tels que les alliages d'aluminium de la série 6000, à condition qu'il soit associé à un matériau d'apport approprié, tel que l'aluminium 4032 ou 4047. Il existe plusieurs types de lasers qui fonctionnent bien avec l'aluminium, et l'utilisation d'un gaz de couverture est souvent recommandée.

Préparation avant soudage

L'importance de la préparation avant soudage est largement déterminée par l'état des pièces d'aluminium à souder, qui dépend généralement des conditions de stockage et de la propreté des procédures machine utilisées pour produire la pièce jusqu'à présent.

L'aluminium qui sera soudé au laser doit être soigneusement nettoyé pour éviter les films d'oxyde et la contamination par les hydrocarbures. L'élimination des oxydes est souvent réalisée mécaniquement à l'aide de brosses métalliques en acier inoxydable, de meulage, de limage ou de grattage. Les méthodes de nettoyage chimique par immersion dans des solutions caustiques et de l'eau sont en revanche efficaces pour éliminer l'oxyde d'aluminium.

En général, l'acétone ou les solvants à base d'alcool peuvent être utilisés pour éliminer les résidus d'hydrocarbures sur les pièces en aluminium. Lorsqu'ils sont chauffés, les solvants chlorés peuvent produire des gaz toxiques ; il faut donc éviter de les utiliser dans la zone de soudage. Avant d'abraser la surface pour enlever l'oxyde d'aluminium, il faut éliminer la contamination par les hydrocarbures.

Modes de fonctionnement du soudage laser

Il existe plusieurs façons d'appliquer l'énergie d'un faisceau laser à la pièce à usiner : sous la forme d'un faisceau continu, d'une séquence d'impulsions ou d'une soudure par agitation au laser. L'application, les qualités du matériau et d'autres facteurs influencent le processus choisi.

Soudage par laser pulsé

Un laser pulsé est exactement cela : le faisceau est allumé et éteint à un rythme très élevé (10-1000 hz), ce qui permet d'appliquer une série d'impulsions d'énergie distinctes à la pièce à usiner. Chaque impulsion fait fondre une petite zone de la pièce, qui est ensuite légèrement déplacée et une autre impulsion est appliquée, ce qui produit une série de soudures qui se chevauchent et forment un bourrelet continu.

Comme chaque point de soudure créé par impulsion se refroidit rapidement, la chaleur du matériau environnant est réduite, ce qui limite la température maximale de la pièce et minimise la fonte et la distorsion. Lorsqu'un apport de chaleur minimal est nécessaire, le laser pulsé est le plus adapté au soudage laser de l'aluminium, en raison de sa conductivité thermique élevée.

Soudage au laser à ondes continues

Le soudage laser à ondes continues, également connu sous le nom de soudage en trou de serrure, est utilisé pour les soudures à pénétration profonde. L'objet à souder est déplacé sous un faisceau laser constant qui est dirigé vers lui. Le matériau situé sur le bord d'attaque du faisceau laser fond tandis que le bord de fuite se refroidit. Les lasers à ondes continues sont normalement alimentés à des vitesses comprises entre 25 et 100 pouces par minute afin d'éviter de brûler les pièces. Étant donné que la chaleur est appliquée en continu et que la pièce n'est pas constamment chauffée et refroidie par un laser pulsé, le soudage à ondes continues peut être une option préférable pour certains des alliages d'aluminium les plus délicats.

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