Soudage par pointsl'utilisation de lasers est possible et offre plusieurs avantages potentiels par rapport au soudage par points conventionnel avec courant électrique. Mais la question demeure : les techniques basées sur le laser peuvent-elles vraiment égaler ou dépasser la production à grande vitesse et en grand volume des méthodes traditionnelles de soudage par points utilisées pour les carrosseries de voitures, les languettes de batterie et autres grands assemblages métalliques ? Examinons la technologie, les avantages et les limites du soudage par points au laser.
Comment fonctionne le soudage par points au laser
Comme le soudage par points par résistance standard, le soudage par points au laser concentre l'intensité de la chaleur sur une petite zone précise pour fusionner les tôles en quelques fractions de seconde seulement. Mais plutôt que d'utiliser le courant électrique via les pointes des électrodes, les lasers concentrent de grandes quantités d'énergie optique pour faire fondre et assembler rapidement les métaux.[1]
Des tailles de points inférieures à 2 millimètres permettent un transfert d'énergie précis à haute densité dans des tôles d'acier en couches. Cela crée une pépite de soudure fusionnant les couches métalliques dans la section transversale du faisceau laser en quelques millisecondes.[2]
Grâce à un contrôle précis et à un traitement rapide, le laser peut déposer suffisamment d'énergie pour créer des soudures par points jusqu'à 2 mm de profondeur dans les aciers au carbone en moins de 10 secondes en utilisant seulement un laser à fibre de 2 kilowatts.[3] Cette combinaison de vitesse, de densité et de profondeur fait du laser une option réaliste pour le soudage par points de composants en grand volume.
Avantages par rapport au soudage par points par résistance standard
Le soudage par points laser présente plusieurs avantages du fait qu’il s’agit d’un procédé optique plutôt qu’électrique :
- Aucune électrode nécessaire
Les lasers éliminent les électrodes coûteuses et sujettes à l'usure tout en permettant un traitement sans contact. Cela réduit également la friction et le marquage par indentation des électrodes sur les pièces finies.[4]
- Liaisons plus résistantes
Le laser produit des soudures jusqu'à 30 % de résistance à la traction supérieure qui présentent moins de problèmes de microfissuration ou de porosité courants avec le soudage par points par résistance.[5]
- Fonctionne avec de nouveaux matériaux
Les lasers peuvent souder avec succès des métaux exotiques comme le magnésium ou l'aluminium qui posent des problèmes de conductivité électrique et de cohérence des matériaux pour le soudage par points standard.[6]
- Contrôle/Diagnostic de processus amélioré
Les lasers offrent une surveillance, un contrôle et une confirmation de qualité supérieurs. Des paramètres tels que les angles de faisceau, la durée d'impulsion ou le point focal ajustent avec précision les soudures.[7] Et des méthodes comme la thermographie infrarouge visualisent mieux le flux de chaleur en temps réel.[8]
Les lasers présentent donc des avantages distincts, qu’il s’agisse d’augmenter ou de remplacer les opérations de soudage par points standard à long terme. Mais pour concrétiser ces avantages, il faut remédier à certaines limites restantes.
Contraintes restantes avec le soudage par points laser
Bien que prometteuse, la technologie de soudage par points laser se heurte encore à des obstacles concernant :
- Coût
Le coût plus élevé de l'équipement des lasers peut dissuader l'adoption de changements sur les lignes de production actives. Le retour sur investissement à court terme reste difficile.[9]
- Vitesse
Le soudage par points standard permet d'atteindre un débit extrêmement élevé, inégalé jusqu'à présent par les méthodes laser. Les lasers fonctionnent actuellement à des taux inférieurs d'environ 20 % - même si une amélioration constante se poursuit.[10]
- Diagnostic Déséquilibre
Bien que la surveillance laser en elle-même soit supérieure, des décennies de métrologie du soudage par points par résistance pour le contrôle qualité sont bien établies. Les normes, spécifications et procédures d'essai équivalentes en sont encore aux premiers stades de développement pour les méthodes laser.[9]
Les diagnostics avancés doivent donc se développer parallèlement aux améliorations de la vitesse et de la mise en forme du faisceau pour mieux reproduire les processus standard à grande échelle. Mais le potentiel technique à plus long terme favorise toujours l’obtention de taux de cycle équivalents ou plus rapides.
Les perspectives du soudage par points laser
Avec des avantages clés en termes de qualité de soudure, de flexibilité et de diagnostic, l'adoption du soudage par points laser va se développer, en particulier là où de nouvelles demandes de matériaux entraînent des changements. Une analyse voit le secteur automobile générer une croissance de plus de 50 % des ventes d’équipements de soudage laser entre 2020 et 2025, à mesure que l’utilisation de métaux plus légers augmente.[11]
Et la production de batteries génère également d’énormes avantages pour le soudage par points au laser de languettes et de feuilles de cuivre où des problèmes de contact électrique surviennent. Ainsi, même si les contraintes liées à l'intégration de la production existante demeurent, la dynamique technique du soudage par points au laser permet une pénétration plus régulière des volumes élevés à long terme afin de tirer parti des gains de qualité et de productivité.
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Les références:
[1] Ready, JF Applications industrielles des lasers. Presse académique. 25 avril 2003. p. 468
[2] Ion JC. Traitement laser des matériaux techniques : principes, procédure et application industrielle. Butterworth-Heinemann. 1er janvier 2005. p 34-35
[3] Quintino L, Costa A, Miranda R et al. Soudage avec lasers à fibre de forte puissance - Une étude préliminaire. Mater Des. 2007 ;28(4) :1231-1237.
[4] Casalino G. Etude du contrôle par rétroaction du soudage laser par thermographie infrarouge quantitative : Temps d'interaction et méthode d'ordre zéro pour le contrôle de la pénétration des soudures ; modélisation analytique du rayonnement infrarouge émis par le bain de soudure laser. Frattura et Integrità Strutturale. 2016 ; 36 : 69-77.
[5] Norman P, Karlsson L, Kaplan AFH. Performance en fatigue et mode de défaillance des soudures par points laser. Analyse des échecs techniques. 1 mars 2013 : 28 : 345-57.
[6] Chen G, Liu L, Dunne D et al. Soudage laser de tôle en alliage de magnésium AZ31. J Mater Process Technol. 30 mai 2005 ; 166(1) :30-6.
[7] Gao C, Hu L, Liu J, Ye X, Chen G. La manière d'obtenir une soudure laser différente Al-acier sans défaut. Optique et technologie laser. 1er février 2015 ; 66 : 21-6.
[8] Hu L, Gao C, Liu J et al. Diagnostic en temps réel du plasma ablation laser pour un contrôle précis de la qualité du soudage laser. J Mater Process Technol. 1er octobre 2015 ; 224 : 233-40.
[9] Norman P, Karlsson L, Kaplan AF. Bilan : soudage par faisceau laser du cuivre sur de l'aluminium, un bilan. Transactions de matériaux. 1er juillet 2013 ; 54(7) :878-87.
[10] Peng Y, Chen D, Pan Z et al. Microstructures et évaluation des performances de composants Al – Cu différents produits par fusion laser sélective. Optique et technologie laser. 1er février 2020 ; 123 : 105991.
[11] Marché des équipements de soudage laser – Croissance, tendances, impact COVID-19 et prévisions|Renseignements sur le Mordor [Internet]. Renseignements du Mordor. 2021 [cité le 19 janvier 2023]. Disponible sur : https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/laser-welding-equipment-market