Temps de lecture estimé : 24 minutes

Pour éliminer ou réduire les défauts du soudage laser, d'autres sources de chaleur et procédés de soudage hybride laser sont proposés, notamment le soudage hybride laser et arc, laser et arc plasma, laser et source de chaleur par induction, et le soudage multifaisceaux. En outre, diverses mesures de processus auxiliaires ont été proposées, telles que le soudage au fil d'apport laser (qui peut être subdivisé en soudage à fil froid et soudage à fil chaud), le soudage laser amélioré assisté par champ magnétique externe, le soudage laser à pénétration contrôlée par gaz de protection, soudage par friction malaxage assisté, etc.

Le principe et la classification des sources de chaleur du soudage hybride à l'arc laser

Le principe du soudage hybride à l'arc laser

La technologie de soudage hybride à l'arc laser a été proposée pour la première fois par le chercheur britannique WM Steen à la fin des années 1970. L'idée principale est d'utiliser efficacement la chaleur de l'arc. L'« arc » mentionné ici fait principalement référence à l'arc tungstène argon (TIG) et à l'arc argon en fusion. (MIG/MAG), également connu sous le nom de laser-TIG/MIG ; technologie de soudage hybride, l'équipement de «soudage hybride laser-MIG» présenté par l'autrichien Fronuis au salon international du soudage d'Essen en 2001, a suscité un grand intérêt. Ces dernières années, en raison des besoins de la production industrielle, il est progressivement devenu le centre d'attention de la communauté internationale du soudage et a retenu l'attention.

La technologie de soudage hybride à l'arc laser consiste à agir simultanément sur la zone de soudage par laser et arc MIG. Grâce à l'influence mutuelle du laser et de l'arc, un bon effet composite est produit et une pénétration de soudage plus importante est obtenue dans des conditions de puissance laser plus faibles, et le laser est amélioré en même temps. L'adaptabilité du soudage à l'espace du joint permet un processus de soudage à haute efficacité et de haute qualité. La figure 1.1 montre le principe du soudage hybride laser-arc et la forme typique de la coupe transversale de la soudure.

Le laser agit sur la surface métallique, et un nuage de plasma photo est généré au-dessus de la soudure en raison de l'action du laser. L'absorption et la diffusion du laser incident par le nuage de plasma réduiront le taux d'utilisation de l'énergie laser. Une fois l'arc appliqué, le plasma d'arc à basse température et à faible densité provoque la dilution du plasma photo-induit et l'efficacité de transmission d'énergie laser est améliorée ; en même temps, l'arc chauffe le matériau de base, de sorte que la température du matériau de base augmente et le taux d'absorption du matériau de base par le laser augmente. La pénétration augmente.

La fonte du métal fournit des électrons libres pour l'arc, réduit la résistance du canal d'arc et augmente le taux d'utilisation de l'énergie de l'arc. Enfin, le taux d'utilisation totale de l'énergie est augmenté et la profondeur de pénétration est encore augmentée. Lorsque le faisceau laser traverse le MIG, sa capacité à pénétrer le métal est considérablement améliorée par rapport à l'atmosphère générale. Le faisceau laser focalise et guide également l'arc, ce qui rend l'arc plus stable pendant le processus de soudage.

Dans la technologie de soudage hybride laser, la technologie de soudage hybride à l'arc laser est plus largement utilisée. L'objectif principal est d'utiliser efficacement l'énergie de l'arc pour obtenir une plus grande profondeur de pénétration et réduire la précision d'assemblage du soudage laser. Par exemple, le soudage hybride laser TIG/MIG composé de laser et d'arc TIG/MIG peut réaliser un soudage à grande pénétration dans des conditions de puissance laser inférieure, et l'apport de chaleur est considérablement réduit par rapport à l'arc TIG/MIG.

Lors du soudage de pièces métalliques, la densité d'énergie du faisceau laser émis par le laser YAG est d'environ 106 W/cm2. Lorsque le faisceau laser frappe la surface du matériau, la surface chauffée atteint immédiatement la température d'évaporation et en raison de l'action de la vapeur de métal qui s'écoule, des piqûres sont générées dans le métal soudé et peuvent obtenir un rapport d'aspect de soudage plus important. La densité d'énergie de l'arc MIG est légèrement supérieure à 10⁴W/cm², qui permet d'obtenir une soudure plus large avec un petit rapport hauteur/largeur. Du principe du soudage hybride laser-arc [Figure 3.1(a)], on peut voir que le faisceau laser et l'arc sont combinés dans la même zone du poste de soudage, et les deux s'influencent mutuellement, ce qui améliore le taux d'utilisation de l'énergie. La morphologie du soudage hybride laser-MIG est illustrée à la figure 3.1(b), ce qui est meilleur que l'effet de soudage d'une seule source d'énergie.

Lors du soudage au laser unique, le diamètre du faisceau laser est petit et l'espace de l'assemblage de rainure doit être petit. La précision de suivi du cordon de soudure doit être élevée et l'efficacité thermique est très faible lorsque le bain de fusion n'est pas formé. Le soudage hybride à l'arc laser peut juste pallier ces lacunes, qui peuvent se refléter dans les aspects suivants.

• Le soudage laser et le soudage MIG sont combinés, la largeur du bain de fusion est augmentée, la nécessité d'un assemblage de rainures est réduite et le cordon de soudure est facile à suivre.
• L'arc de soudage MIG chauffe d'abord la surface de la soudure pour former un bain de fusion, ce qui peut augmenter le taux d'absorption du rayonnement laser ; le flux d'air du soudage MIG peut également protéger la vapeur métallique excitée par le faisceau laser ; le métal liquide produit par le fil fondu du soudage MIG peut remplir la soudure, éviter la contre-dépouille.
• Le plasma généré par le laser améliore la capacité d'allumage et de maintenance de l'arc MIG, et l'arc composite laser-MIG est plus stable.

En bref, l'interaction entre le laser et l'arc MIG est complémentaire et renforcée, et de meilleurs résultats de soudage peuvent être obtenus.

Par exemple, à une vitesse de soudage de 2m/min, des faisceaux laser d'une puissance de 0,2KW et un arc TIG avec un courant de soudage de 90A peuvent être combinés pour souder une soudure avec une profondeur de pénétration de 1mm, ce qui nécessite généralement un faisceau laser avec une puissance de 5KW. Le même effet. De plus, lorsque le faisceau laser continu est à 3 ~ 5 mm de l'axe central de l'arc, il peut attirer l'arc et le faire brûler de manière stable, ce qui peut augmenter la vitesse de soudage au laser. La combinaison du laser et de l'arc n'est pas une simple superposition des deux procédés de soudage. Il permet non seulement aux deux sources de chaleur d'exploiter pleinement leurs avantages respectifs, mais aussi de combler les lacunes de l'autre, en réalisant l'effet de synergie « 1+1>2 », ce qui en fait l'une des technologies de soudage à haute efficacité les plus prometteuses. dans la production industrielle.

Classification des sources de chaleur composites laser-arc

La combinaison du laser et de l'arc permet de tirer pleinement parti des avantages des deux sources de chaleur et de combler les lacunes de l'autre, en formant une nouvelle source de chaleur de haute qualité, à haut rendement et à économie d'énergie. Dans les mêmes conditions, le soudage hybride à l'arc laser a une plus grande adaptabilité que le soudage simple ou le soudage TIG/MIG, et la formabilité de la soudure est meilleure. Le soudage hybride à l'arc laser est entré dans la phase d'application industrielle dans les pays développés tels que l'Allemagne et le Japon.

Les lasers utilisés dans les sources de chaleur composites à arc laser comprennent généralement du CO₂ lasers à gaz, lasers à solide YAG, lasers à semi-conducteurs et lasers à fibre. Selon les différents types d'arcs, les sources de chaleur laser et composite à arc comprennent principalement le composite TIG, le laser-MIG/MAG, le double composite laser, le composite laser-plasma, etc.

Source de chaleur composite laser-TIG

Les premières recherches sur les sources de chaleur composites laser-arc ont commencé à partir de la recombinaison paraxiale du CO₂ laser et électrode non fondante TIG. Le processus composite du laser et de l'arc TIG est relativement simple. Le faisceau et l'arc peuvent être disposés coaxialement ou sur un axe latéral. L'angle entre le faisceau, la taille du courant d'arc et la forme d'entrée, la puissance du laser, la direction d'agencement, la distance de l'action, la hauteur de l'arc, le flux de gaz de protection, etc. sont les principaux facteurs qui affectent l'effet du soudage hybride.

La figure 1.2 montre un schéma de principe du laser-TIG soudage hybride. La source de chaleur composite laser-TIG peut obtenir un arc stable dans des conditions de soudage rapides, et le cordon de soudure est magnifiquement formé tout en réduisant les défauts de soudage tels que les pores, les inclusions et les contre-dépouilles. Surtout à faible courant, vitesse de soudage élevée et arc long, la vitesse de soudage de la source de chaleur composite laser-TIG peut même atteindre plus du double de celle du soudage laser unique, ce qui est difficile pour le soudage TIG conventionnel. La source de chaleur composite laser-TIG à arc est principalement utilisée pour le soudage à grande vitesse de plaques minces et peut également être utilisée pour le soudage de soudures bout à bout de plaques d'épaisseur inégale. Le métal d'apport peut être utilisé lors du soudage de plaques à grand espacement.

Des études ont montré que lorsque la vitesse de soudage est de 0,5 à 5 m/min, la pénétration du soudage avec un faisceau laser de 5 kW et un arc TIG est de 1,3 à 2 fois celle d'un faisceau laser de 5 kW seul, et il n'y a pas de contre-dépouille ni de porosité dans la soudure. défaut. Après le laser composite à arc, sa densité de courant a été considérablement améliorée.

Source de chaleur composite laser-MIG/MAG

Le soudage hybride laser-MIG/MAG est une méthode de soudage par source de chaleur composite largement utilisée, qui a été appliquée dans les domaines de l'automobile et de la construction navale. Le soudage hybride laser MIG/MAG utilise les avantages du fil d'apport de soudage MIG/MAG, qui peut améliorer la métallurgie de la soudure et les propriétés structurelles tout en augmentant la pénétration et l'adaptabilité du soudage.

La figure 1.3 montre un schéma de principe du soudage hybride laser-MIG/MAG. Étant donné que le soudage par source de chaleur composite laser-MIG/MAG pose des problèmes tels que l'alimentation du fil et le transfert de gouttelettes, son processus physique est plus compliqué que le soudage par source de chaleur composite laser-TIG ou laser-PAW, et la plupart d'entre eux utilisent le soudage composite à axe latéral.

La figure 1.4 montre deux types différents de têtes de torche de soudage laser MIG composites. Certaines entreprises sont spécialisées dans la conception et la fabrication de têtes de torches de soudage composites laser-MIG/MAG. Le fil de soudage MIG et un gaz de protection sont introduits dans la zone de soudage sous un certain angle et de manière oblique. Le fil de soudage fondu par forme une gouttelette à transition axiale, puis la gouttelette et le métal de base sont chauffés et fondus par le laser et un arc ensemble pour former un bain de soudage. En raison de l'existence du fil d'apport, il peut augmenter la pénétration du soudage, améliorer l'adaptabilité du processus et améliorer la structure et les propriétés de la soudure.

Si les paramètres de processus sont mal réglés, le fil de soudage et les gouttelettes fondues peuvent facilement perturber le laser et affecter la qualité du soudage. Si l'irradiance du laser sur la surface de la pièce atteint l'irradiance critique de la vaporisation du matériau, l'effet sténopé et le plasma photo-induit seront générés pour réaliser le processus de soudage à pénétration profonde. Comparé au soudage hybride laser-TIG, le soudage hybride laser-MIG/MAG a une bonne perspective d'application, qui peut être soudé avec une épaisseur de plaque plus grande et une plus grande adaptabilité au soudage. Surtout parce que l'arc MIG/MAG présente les avantages d'une forte directivité et d'une atomisation cathodique, il convient au soudage de plaques et d'alliages d'aluminium de grande épaisseur, ainsi que d'autres métaux résistants au laser.

Le soudage hybride laser-MIG utilise les avantages du fil d'apport pour améliorer les propriétés métallurgiques et la microstructure du métal fondu et est souvent utilisé pour le soudage de plaques moyennes et épaisses. Par conséquent, cette méthode est principalement utilisée dans la construction navale, le transport par pipeline et la fabrication d'automobiles lourdes. En Allemagne, cette technologie composite a été développée jusqu'au stade pratique. Par exemple, l'Institut de recherche Fraunhofer a développé un système de soudage de réservoirs de stockage d'huile de soudage par source de chaleur composite laser-MIG, qui peut souder efficacement des réservoirs d'huile d'une épaisseur de 5 à 8 mm.

Par rapport au soudage hybride laser-TIG ou laser-PAW, le soudage hybride laser MIG/MAG utilise un soudage composite à axe latéral en raison de la présence de fil de soudage.

La structure peut être soudée avec une plus grande densité de courant, l'efficacité du revêtement est plus élevée et une profondeur et une largeur de pénétration plus grandes peuvent être obtenues. Utilisé pour le soudage de plaques épaisses et grandes, il est moins sensible aux espaces entre les pièces, aux bords erronés et aux écarts modérés, une plus grande adaptabilité et une efficacité de soudage plus élevée. De plus, le soudage hybride laser MIG/MAG peut également ajouter des éléments bénéfiques au métal fondu en sélectionnant le fil de soudage approprié pour améliorer les propriétés métallurgiques et la microstructure de la soudure, ce qui peut réduire la tendance aux fissures de soudure et assurer la ténacité et la résistance aux chocs. Il convient mieux au soudage d'acier de construction à haute résistance, d'alliage d'aluminium et d'autres matériaux. C'est sur la base de ces caractéristiques que le soudage hybride laser-MIG/MAG est devenu une méthode de soudage hybride laser-arc à source de chaleur hautement respectée dans le pays et à l'étranger.

Source de chaleur composite laser à double arc

Le soudage par source de chaleur hybride laser-double arc est un procédé de soudage qui combine le laser et deux arcs MIG en même temps. Les deux torches de soudage MIG ont des mécanismes d'alimentation et de dévidage de fil indépendants et partagent la tête de la torche de soudage via leur propre système d'alimentation. Chaque torche de soudage MIG peut être ajustée arbitrairement par rapport à l'autre torche de soudage et à la position du faisceau laser, comme le montre la figure 1.5.

Étant donné que les trois sources de chaleur doivent agir dans une zone en même temps, la disposition les unes des autres est particulièrement importante. Pour rendre la position de la tête de soudage hybride par rapport au faisceau laser repositionnable dans le sens vertical, il est nécessaire de prendre soigneusement en compte la taille du pistolet de soudage MIG et la focalisation du faisceau laser lors de la recherche et de la conception du dispositif de test.

Pour le soudage de joints sans joint, la vitesse de soudage du soudage hybride laser-double arc est d'environ 30% supérieure à celle du soudage hybride laser-MIG général et d'environ 80% supérieure à celle du soudage à l'arc submergé. L'apport de chaleur par unité de longueur est d'environ 25% inférieur à celui du soudage hybride laser-MIG conventionnel et d'environ 80% inférieur à celui du soudage à l'arc submergé, et le processus de soudage est très stable, dépassant de loin l'efficacité de soudage de l'hybride laser-MIG conventionnel soudage.

Comme il existe des sources de chaleur MIG avant et après le laser, la limitation de la direction de soudage d'une seule source de chaleur composite laser-MIG est évitée et il est plus facile de réaliser le soudage automatique de plaques de grande épaisseur.

Source de chaleur composite laser-plasma

L'arc plasma présente les avantages d'une bonne rigidité, d'une température élevée, d'une forte directionnalité, d'une bonne inflammabilité à l'arc, d'une zone de chauffage étroite et d'une faible sensibilité au monde extérieur, ce qui est bon pour le soudage par source de chaleur composite. L'application de l'arc plasma et du composite pour le soudage bout à bout de plaques minces, la connexion de plaques d'épaisseur inégale, le soudage par recouvrement de plaques galvanisées, le soudage d'alliages d'aluminium, la découpe et l'alliage de surface ont obtenu de bons résultats.

L'utilisation du soudage hybride laser-plasma pour le soudage à grande vitesse de tôles galvanisées d'une épaisseur de 0,16 mm montre que l'arc est très stable pendant le soudage, même à 90 m/min, et qu'il n'y aura pas de défauts en soudage seul. Lorsque le soudage laser seul est de 48 m/min, il y aura une instabilité de l'arc et des défauts de soudage.

Comme le soudage hybride laser-TIG, le soudage hybride laser-plasma (PAW) peut être combiné côte à côte ou coaxialement.

Caractéristiques du soudage hybride laser-arc

Le soudage hybride laser-arc combine les avantages de ses deux sources de chaleur indépendantes (par exemple, la source de chaleur laser a une densité d'énergie élevée, une excellente directivité et les caractéristiques d'une conduction moyenne transparente ; le plasma à arc a une conversion chaleur-électricité élevée Faible efficacité , faible coût d'équipement et coût d'exploitation, développement technologique mature et autres avantages), évitez les inconvénients des deux (tels que la perte d'énergie laser causée par la réflectivité élevée des matériaux métalliques vers le laser, le coût élevé de l'équipement laser et le faible électricité - efficacité de conversion de la lumière, etc. ; densité d'énergie inférieure de la source de chaleur de l'arc, mauvaise stabilité de l'arc pendant le mouvement à grande vitesse, etc.).

Dans le même temps, la combinaison organique des deux a dérivé de nombreuses nouvelles fonctionnalités (densité d'énergie élevée, utilisation d'énergie élevée, stabilité élevée de l'arc, faible précision d'outillage et qualité de surface de la pièce à souder, etc.), ce qui en fait un excellent application Nouvelle source de chaleur de soudage potentielle.

Il peut être utilisé pour les lasers composites ; CO₂ lasers, lasers YAG, lasers à semi-conducteurs, lasers à fibre, etc. Peut être utilisé pour les sources de chaleur à arc de soudage composite : TIG, MIG, MAG, arc plasma, etc.

Le laser et l'arc mentionnés ci-dessus peuvent être combinés de n'importe quelle manière sans limitation pour construire une source de chaleur composite. Sa technologie composite présente les principales caractéristiques suivantes.

Le préchauffage à l'arc améliore l'efficacité thermique du laser

Les propriétés optiques des matériaux métalliques sont étroitement liées à la température d'essai. Lorsque la température augmente, le taux d'absorption de l'énergie laser par le métal augmente de manière non linéaire. Dans le processus de soudage hybride, le chauffage à l'arc fait chauffer et fondre la pièce, et le faisceau laser traverse l'arc pour agir directement sur la surface du métal liquide, ce qui réduit considérablement la réflectivité de la pièce au laser infrarouge ( surtout le CO₂ laser avec une plus grande longueur d'onde), et améliore le taux d'absorption de la pièce du laser.

De plus, la température et le degré d'ionisation du plasma à arc sont relativement faibles, ce qui a un effet de dilution sur le plasma photo-induit pour réduire la densité du nombre d'électrons, réduisant ainsi l'absorption et la réfraction du laser par le plasma photo-induit, et augmenter l'incidence sur la surface de la pièce. Énergie laser. Mais ce genre d'influence est plus compliqué, lorsque le courant de soudage est important, cela peut avoir un effet négatif.

Dans le soudage hybride au laser et à l'arc, l'arc TIG ou MIG fait d'abord fondre le matériau de base, puis irradie le métal en fusion avec un laser pour augmenter le taux d'absorption du matériau de base au laser, ce qui peut utiliser efficacement l'énergie de l'arc et réduire le puissance laser. Son interaction augmentera l'efficacité du soudage et la vitesse de soudage peut atteindre 9 m/min. En raison de l'effet de l'arc, un laser avec une puissance inférieure peut être utilisé pour obtenir un bon effet de soudage. Par rapport au soudage au laser, il peut réduire les coûts de production, répondre aux exigences de « haute efficacité, d'économie d'énergie et d'économie » et peut utiliser efficacement l'énergie laser.

Améliorer le flux thermique de l'arc et la stabilité du soudage

La densité d'énergie laser est extrêmement élevée, ce qui provoque l'évaporation du métal pendant le processus de soudage et forme une grande quantité de plasma métallique, offrant ainsi un bon chemin conducteur pour l'arc, et a un fort effet d'attraction et de contraction sur l'arc, ce qui peut réduire la pression d'amorçage de l'arc et réduire l'intensité du champ. Améliorer la stabilité de l'arc. En raison de l'effet de stabilisation de l'arc du laser, le phénomène de dérive ou de rupture d'arc n'est pas facile à se produire pendant le soudage à grande vitesse de la source de chaleur composite, de sorte que l'ensemble du processus de soudage est très stable et les projections sont extrêmement petites. Comme le laser rétrécit l'arc, la densité de flux de chaleur de l'arc augmente et le laser comprime la racine de l'arc, augmentant encore la profondeur de pénétration.

En TIG ou MIG seul, l'arc de soudage est parfois instable, surtout dans le cas d'un faible courant, lorsque la vitesse de soudage augmente jusqu'à une certaine valeur, cela va faire dériver l'arc, rendant le processus de soudage impossible. Lors de l'utilisation de la technologie de soudage hybride laser-arc, le plasma généré par le laser aide à stabiliser l'arc, et le laser agit sur le bain de fusion pour former un trou de serrure, qui attire l'arc et augmente également la stabilité du soudage ; et le trou de serrure compressera la racine de l'arc, augmentant ainsi l'utilisation de l'énergie de l'arc. L'arc composite augmente la largeur de soudure (en particulier l'arc MIG), réduit les exigences de la source de chaleur pour la précision de l'assemblage, la quantité de désalignement et la sensibilité de centrage de l'espace de joint, et réduit la charge de travail du traitement et de l'assemblage bout à bout de la pièce. Le soudage est réalisé sous un écart de joint plus grand, ce qui améliore l'efficacité de la production.

Le matériau de base est fondu pour former un bain fondu sous l'action du sol électrique, et le faisceau laser agit sur le fond de l'arc pour former le bain fondu. Le métal liquide a un taux d'absorption élevé du faisceau laser, de sorte que la profondeur de pénétration du soudage hybride est supérieure à celle du soudage laser simple, ce qui équivaut à celui du soudage laser. Par rapport au soudage laser à haute puissance, la profondeur de pénétration du soudage par source de chaleur composite peut être doublée, en particulier dans le soudage d'espaces étroits et de grandes plaques épaisses. Lors de l'utilisation du soudage hybride à l'arc laser, l'arc peut plonger dans la profondeur de la soudure sous l'action du laser. Réduisez la quantité de dépôt de métal d'apport et réalisez un soudage à pénétration profonde de plaques larges et épaisses.

Améliorez l'efficacité du soudage et réduisez les coûts

En raison de l'effet de préchauffage de l'arc, le taux d'absorption de l'énergie laser par la pièce est augmenté, augmentant ainsi la profondeur de pénétration de la soudure. De plus, la chaleur de l'arc peut également agir sur l'intérieur de la pièce à travers les petits trous générés par la faible luminosité, ce qui augmente encore la profondeur de pénétration. La comparaison de la forme de la section transversale du cordon de soudure de la plaque d'acier inoxydable 1Cr18NigTi de 6 mm d'épaisseur avec différents procédés de soudage (soudage laser, soudage MIG et soudage hybride laser-MIG) est illustrée à la figure 1.6.

L'interaction du laser et de l'arc rend l'effet énergétique du soudage hybride supérieur à la somme des effets énergétiques de deux sources de chaleur distinctes, et fait également que le soudage hybride laser-arc présente des avantages évidents par rapport à un seul procédé de soudage. Sous la condition de la même profondeur de pénétration, la vitesse de soudage peut être augmentée de 1 à 2 fois, ce qui améliore considérablement l'efficacité du soudage, réduit les besoins en puissance laser et réduit les investissements en équipement et les coûts de production.

Combinaison de laser et d'arc

Il existe deux manières de combiner le soudage laser et le soudage à l'arc électrique. L'un est le long de la direction de soudage, la distance entre le laser et l'arc est grande, et ils sont disposés en série avant et après. Les deux agissent comme des sources de chaleur indépendantes sur la pièce. L'objectif principal est d'utiliser la source de chaleur à arc pour préchauffer ou post-chauffer la soudure afin d'améliorer le taux d'absorption du laser. Le but d'améliorer la structure et les performances de la soudure.

En raison de la courte longueur d'onde des lasers à solide, il présente des avantages uniques dans le traitement des matériaux, en particulier le traitement de soudage (par exemple, le matériau a un taux d'absorption élevé du laser, le faisceau est facile à transmettre à travers la fibre optique, et il est facile à réaliser, flexibilité et automatisation du soudage, etc.), de sorte que le soudage à source de chaleur hybride laser solide + arc a reçu de plus en plus d'attention.

Dans la pratique de la production, les sources de chaleur composites à arc laser utilisent principalement du CO₂ lasers et lasers YAG (les lasers à fibre semi-conductrice ont été progressivement promus ces dernières années). Selon la position relative du laser et de l'arc, il existe des composites paraxiaux et des composites coaxiaux, comme le montre la figure. Comme indiqué en 1.7.

Composé Paraxial

La recombinaison paraxiale signifie que les faisceaux laser et l'arc agissent ensemble à la même position de la pièce à un certain angle, c'est-à-dire que le laser traverse l'extérieur de l'arc pour atteindre la surface de la pièce et peut être envoyé devant de l'arc ou derrière l'arc, comme indiqué sur la figure comme indiqué en 1.8(a). La recombinaison paraxiale est plus facile à réaliser. Il peut utiliser des électrodes de soudage à l'arc au tungstène et à l'argon (TIG) sans fusion ou à l'arc de soudage sous protection gazeuse avec électrode fondue (MIG), qui est actuellement une méthode largement utilisée.

Composite coaxial

La recombinaison coaxiale signifie que le laser et l'arc agissent coaxialement sur la même position de la pièce, c'est-à-dire que le laser passe par le centre de l'arc ou que l'arc passe par le centre du faisceau laser annulaire pour atteindre la surface de la pièce , comme le montre la figure 1.8 (b). Le composite coaxial est plus difficile et le processus est plus compliqué, donc l'arc TIG ou PAW (soudage à l'arc plasma, soudage à l'arc plasma) est souvent utilisé.

L'influence de la position avant et arrière du laser

La position relative du laser et de l'arc affectera la formation de la surface de soudure et les propriétés de la microstructure. Des études ont montré que la surface supérieure du cordon de soudure est uniformément formée et pleine et belle avant que le faisceau laser ne soit dans l'arc, en particulier lorsque la vitesse de soudage est élevée, l'effet est plus évident ; tandis que l'arc est devant le faisceau laser, la surface supérieure du cordon de soudure apparaîtra des rainures.

En analysant la composition et les performances de la soudure, on sait que la teneur en élément augmente de la partie supérieure vers la partie inférieure de la soudure dans les deux cas. La dureté de la partie supérieure de la soudure avant l'arc par le laser est inférieure à celle de la partie inférieure, et la dureté de la partie supérieure de la soudure après le laser est supérieure à la dureté de la partie inférieure.

La raison en est que lorsque l'arc est en retrait, la source de chaleur a une grande surface d'action, et la source de chaleur est retirée après le soudage Le refroidissement lent du joint est propice à l'échappement du gaz en fusion piscine et bonne formation; après que la source de chaleur de l'arc ait agi sur le laser, cela équivaut à un revenu de la soudure, et la chaleur ne peut pas être transmise à la partie plus profonde de la soudure, donc la partie inférieure n'est pas trempée, donc la dureté de la partie supérieure de la soudure est inférieure à la partie inférieure.

Non seulement la différence entre l'avant et l'arrière du laser et l'arc a un impact sur le processus de soudage, mais la différence entre la distance a également un impact sur le processus de soudage. La distance entre eux affecte le transfert de gouttelettes du soudage hybride. Le transfert des gouttelettes est très instable lors du soudage MIG à grande vitesse. Dans le soudage laser MIG-hybride, en raison de l'effet du rayonnement thermique du laser-plasma sur la gouttelette et de l'absorption de l'arc La forme de celle-ci et l'état de force de la gouttelette ont été modifiés et le transfert de la gouttelette a été modifié. Différents courants de soudage ont différentes distances optimales laser et arc. Sous l'espacement optimal, la forme de transfert de gouttelettes est un transfert de jet stable unique, le courant et la tension sont constants et le cordon de soudure est bien formé.

Sur la figure 1.9(a), l'arc est situé au milieu des deux faisceaux laser. Une fois que le faisceau laser YAG est sorti de la fibre optique, il est divisé en deux faisceaux et recentré à travers un ensemble de lentilles. L'électrode et l'arc sont placés sous la lentille, et le foyer de son point de rayonnement coïncide. A cette époque, 8 électrodes en tungstène sont utilisées, qui sont uniformément réparties à 45° sur un anneau circulaire d'un certain diamètre.

Les électrodes en tungstène sont alimentées par des sources d'alimentation indépendantes. Pendant le processus de soudage, les deux paires d'électrodes dans la direction correspondante sont commandées pour fonctionner selon la direction du mouvement de la torche, formant une source de chaleur dans les directions avant et arrière. Concevoir l'électrode de tungstène creuse pour faire passer le faisceau laser à travers le centre de la circulaire est également une méthode courante pour la recombinaison coaxiale. Ce composite coaxial résout le problème de la directionnalité du composite paraxial et convient au soudage de pièces structurelles tridimensionnelles. La difficulté est que la négation du pistolet de soudage est plus compliquée.

Changements de tension et de courant du soudage hybride laser-arc

L'interaction entre le laser et l'arc forme une méthode de soudage qui améliore l'adaptabilité. Il évite les inconvénients d'une méthode de soudage unique. Il présente les avantages d'augmenter l'énergie, d'augmenter la pénétration et de stabiliser le processus de soudage. Il réduit également les exigences d'assemblage et réalise le soudage de matériaux hautement réfléchissants. De nombreux avantages.

La figure 1.10 montre les formes d'onde de la tension d'arc et du courant de soudage en soudage TIG pur et en soudage hybride laser-TIG. Sur la figure 1.10(a), la vitesse de soudage est de 135 cm/min et le courant de soudage TIG est de 100 A. On peut voir que la tension de l'arc et le courant de soudage sont considérablement augmentés lors du soudage hybride laser-TIG. Sur la figure 1.10(b), la vitesse de soudage est de 270 cm/min et le courant de soudage TIG est de 70 A. On constate que la tension d'arc et le courant de soudage sont instables en soudage TIG seul. Il est difficile à souder, tandis que la tension dans le soudage hybride TIG et le courant de soudage sont très stables et que le soudage peut être effectué en douceur.

Le soudage au fil laser consiste à remplir le cordon de soudure avec du fil à souder tout en effectuant le soudage au laser. L'ajout de fil de soudage a deux objectifs : le soudage normal peut toujours être effectué lorsque l'écartement du joint n'est pas idéal afin que la soudure puisse être bien formée. La seconde consiste à modifier la composition et la structure de la soudure afin que la soudure puisse répondre à certaines exigences de performance.

Lors de l'utilisation du soudage par pénétration profonde, il faut veiller à ne pas ajouter le fil de soudage trop rapidement. Cela n'endommagera pas les petits trous dans la piscine en fusion. Des expériences ont montré que lors de l'utilisation de soudage au laser à fil, dans d'autres conditions de soudage inchangées. La largeur de la soudure est plus étroite que lorsqu'aucun fil n'est ajouté. En effet, la fusion du fil d'apport consomme une partie de la lumière sous le même apport de chaleur. L'énergie, l'énergie utilisée pour fondre le matériau de base est réduite en conséquence.