Soudage au laser à fibre : Une nouvelle référence pour une technologie de liaison efficace dans le traitement de l'acier inoxydable

Dans des domaines industriels tels que la transformation de l'acier inoxydable, les équipements pour l'énergie nucléaire et la fabrication automobile, le soudage constitue un procédé fondamental garantissant l’étanchéité et la résistance structurelle des composants. Les technologies de soudage traditionnelles souffrent de problèmes tels qu’une pénétration inégale de la soudure, une forte entrée de chaleur et un rendement faible. Soudage par Laser à Fibre , grâce à ses avantages — soudure profonde, vitesse élevée et haut niveau d’automatisation — est devenue la solution privilégiée pour le soudage de l’acier inoxydable. En tant qu’équipement central du soudage laser, les performances et l’optimisation des paramètres des lasers à fibre déterminent directement la qualité de la soudure, ce qui contribue à faire du soudage laser l’une des technologies de jonction avancée les plus prometteuses du XXIe siècle.

Le soudage au laser à fibre est une technique d’assemblage qui utilise des faisceaux laser haute énergie émis par des lasers à fibre afin d’assurer la liaison métallique par conduction thermique ou par pénétration profonde. Comparé aux procédés traditionnels tels que le soudage à l’arc et le soudage par friction, il présente des avantages significatifs : un rendement élevé en conversion électro-optique avec des pertes d’énergie faibles ; une excellente qualité de faisceau, qui, lorsqu’il est focalisé, délivre une densité d’énergie extrêmement élevée permettant d’obtenir des soudures présentant un grand rapport profondeur/ largeur ; une faible entrée de chaleur réduisant la déformation liée au soudage et préservant les propriétés du substrat en acier inoxydable ; aucune nécessité d’un environnement sous vide ; et une vitesse de soudage élevée, adaptée à la production de masse.

Le soudage par laser à fibre se divise principalement en deux modes : le soudage par conduction thermique et le soudage à pénétration profonde. Le soudage par conduction thermique présente une faible densité de puissance (inférieure à 10⁴~10⁵ W/cm²), avec une pénétration superficielle et une vitesse lente, ce qui le rend adapté au soudage de composants en acier inoxydable mince. Le soudage à pénétration profonde, quant à lui, implique une densité de puissance élevée (supérieure à 10⁵~10⁷ W/cm²), au cours duquel une « cavité » (ou « keyhole ») se forme à la surface du métal, permettant un transfert thermique efficace à travers cette cavité. Il se caractérise par une vitesse de soudage élevée et une pénétration profonde, répondant parfaitement aux besoins de soudage des tubes et tôles en acier inoxydable moyennement épais à épais. Dans le domaine de la transformation de l’acier inoxydable, le soudage par laser à fibre permet d’éviter efficacement des défauts tels qu’une pénétration incomplète ou des soudures irrégulières, fréquemment observés dans les procédés de soudage traditionnels, garantissant ainsi l’étanchéité et la stabilité structurelle des composants. Il est largement utilisé dans des secteurs exigeant une qualité de soudage très élevée, tels que les équipements nucléaires et l’aérospatiale.

La qualité du soudage au laser à fibre dépend principalement d’un réglage précis de paramètres tels que la distance focale et le défocus. La distance focale correspond à la distance séparant le point focal du faisceau laser de la lentille, après passage à travers la lentille de focalisation ; elle influe directement sur le diamètre du spot et sur la densité d’énergie — le diamètre du spot est proportionnel à la distance focale. Une distance focale trop longue disperse l’énergie, empêchant la formation d’une pénétration efficace ; une distance focale trop courte concentre l’énergie de façon excessive, risquant d’endommager le substrat. Avant tout soudage réel, le point focal doit être calibré à l’aide de méthodes telles que le soudage par balayage en biseau : déplacer la tête de soudage laser de la position basse vers la position haute, le point le plus étroit de la soudure correspond au point focal, où la densité d’énergie est maximale et l’effet de soudage optimal.

En tant que valeur d'écart par rapport à la longueur focale, la quantité de défocalisation a un impact plus significatif sur la pénétration de la soudure. La quantité de défocalisation désigne la distance d’écart entre le point focal et la surface de la pièce à souder pendant le soudage réel, et se divise en défocalisation positive (point focal situé au-dessus de la pièce) et défocalisation négative (point focal situé sous la pièce). Des expériences montrent que la défocalisation négative permet plus facilement d’obtenir une pénétration plus importante. Lorsque la quantité de défocalisation se situe dans la plage de -4 mm à -2 mm, la pénétration peut dépasser 2 mm, ce qui satisfait les exigences de soudage des tubes en acier inoxydable dont l’épaisseur de paroi est de 2,5 mm. En revanche, plus la distance de défocalisation positive est grande, plus la pénétration est faible. Lorsque la quantité de défocalisation positive atteint 4 mm, la pénétration n’est que de 1,15 mm, ce qui rend difficile le respect des exigences de résistance mécanique de la soudure. Par exemple, lors du soudage de tubes en acier inoxydable, le fait d’opérer conformément à la longueur focale théorique indiquée dans le manuel de l’équipement peut entraîner une pénétration incomplète en raison d’une quantité de défocalisation réelle excessive. Il est donc nécessaire d’optimiser les paramètres de défocalisation négative après avoir déterminé la longueur focale par étalonnage effectif, afin d’obtenir un effet de soudage optimal.

Le soudage au laser à fibre a atteint un niveau de maturité dans divers domaines industriels et est devenu un maillon clé pour améliorer la qualité des produits. Dans le domaine du traitement de l'acier inoxydable, il peut être utilisé pour le soudage d'étanchéité des tubes et des tôles. Les soudures sont planes et pénètrent uniformément, garantissant la fiabilité des composants dans des conditions de fonctionnement complexes. Dans le domaine des équipements nucléaires, afin de répondre aux besoins de soudage de composants de précision, les caractéristiques de faible déformation et d'étanchéité élevée du soudage au laser à fibre permettent de respecter des normes de qualité strictes. Dans la fabrication automobile et celle des véhicules ferroviaires, ses avantages en termes de haut rendement et d'automatisation permettent d'améliorer considérablement l'efficacité de production et de réduire les coûts de fabrication.