Le soudage laser représente une avancée majeure dans le domaine de l'assemblage des métaux. Cette technologie de pointe utilise un faisceau laser concentré pour fusionner les matériaux avec une précision et une efficacité inégalées.
Un LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) est un appareil qui produit un faisceau de lumière intense, cohérent et unidirectionnel. En français, cela signifie "Amplification de la lumière par émission simultanée de rayonnement". Un LASER est composé de quatre organes principaux :
Dans les opérations de soudage et de découpe laser, cette grande quantité d’énergie concentrée sur une très petite zone permet de chauffer rapidement les métaux à des températures très élevées.
Contrairement aux systèmes de soudage laser automatiques, la source laser manuelle est conçue pour être utilisée manuellement par un opérateur. Le soudage laser manuel présente de nombreux avantages :
Le soudage laser manuel permet de réaliser des soudures fines et précises, avec une faible Zone Affectée Thermiquement (ZAT). Grâce à l’apport thermique ciblé, la déformation des pièces est minimisée, contrairement au soudage à l’arc par exemple.
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Les lasers fibre utilisés en soudage laser manuel sont adaptés aux métaux comme l'acier au carbone, l’acier inoxydable, l’aluminium, le cuivre et leurs alliages, aux pièces de toutes géométries et épaisseurs, dans différents secteurs industriels et de maintenance.
Grâce à l’apport de chaleur, conséquence de la haute densité d'énergie du faisceau laser focalisé, la vitesse de soudage est augmentée et les temps de production sont réduits. Les soudures obtenues étant de haute qualité, les tâches de parachèvement sont quasi-inexistantes. Enfin, les lasers fibre ont un rendement énergétique supérieur aux lasers CO₂.
Selon les conditions de fonctionnement, le soudage laser manuel peut atteindre des vitesses jusqu'à quatre fois supérieures au soudage TIG. Enfin, le soudage laser manuel est souvent utilisé en mono-passe (en un seul passage) grâce à la pénétration et la compacité du cordon de soudure obtenu.
L’atout principal du soudage laser manuel est qu’il peut être accessible à des opérateurs sans grande expérience en soudage. De nombreux fabricants laser manuel ont conçu leurs systèmes pour être facile d’utilisation, avec des commandes intuitives et des fonctions d’assistance qui simplifient leur apprentissage. Un opérateur peut devenir rapidement autonome en soudage laser manuel. Les systèmes de soudage laser manuel sont souvent dotés de fonctions de réglage simples des paramètres (puissance du laser, vitesse de fil etc.). Des modes automatiques ou préréglés pour différents types de matériaux sont souvent intégrés.
Pour des soudeurs non expérimentés ou déjà expérimentés sur d’autres procédés de soudage traditionnel, la formation peut être rapide, car le procédé est plus intuitif que le soudage à l’arc par exemple. Néanmoins la formation doit impérativement inclure la sécurité de la mise en œuvre des lasers de classe 4.
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Les dispositifs de soudage laser manuel présentent des risques dont il faut se prémunir : le risque est invisible, les rayonnements qu'émettent les faisceaux laser sont dangereux, même à des dizaines de mètres de distance. En soudage laser manuel, il est donc impératif d’observer les consignes de sécurité. Souder en toute sécurité avec une installation de soudage laser manuelle signifie avoir connaissance des risques liés à l’utilisation d'un laser de classe 4 et adopter les mesures de sécurité adaptées, conformément à la réglementation en vigueur. Une grande partie du rayonnement laser qui frappe la pièce peut être réfléchie dans l’environnement, ce qui crée des risques pour les opérateurs. La lumière laser utilisée dans les équipements de soudage laser se situe souvent dans la plage de l'infrarouge-A et est donc invisible pour l'œil humain, rendant le danger moins facilement détectable. Cette réflexion non visible représente un risque important, car elle peut exposer les personnels d’un atelier à une lumière laser nocive sans signe évident de danger immédiat.
Le soudage laser (manuel ou automatique) exige une protection rigoureuse en raison des risques associés aux faisceaux laser, notamment pour les yeux et la peau. La directive européenne 2006/25/CE fixe des obligations aux employeurs sur l’utilisation des Rayonnements Optiques Artificiels (ROA) qui incluent les rayonnements électromagnétiques allant de l’ultraviolet à l’infrarouge en passant par le visible et qu’ils soient cohérents ou non. Les longueurs d’onde des rayonnements optiques sont comprises entre 100 nm et 1 mm.
Les opérateurs de soudage laser doivent être équipés d’EPI (Equipements de Protection Individuelle) :
Les zones de soudage doivent être sécurisées et contrôlées pour empêcher l'exposition accidentelle au faisceau laser pendant les opérations de soudage. Des équipements spécifiques sont à prévoir : des rideaux “laser”, des murs en aluminium anodisé ou des cabines fermées. Il est nécessaire que l’enceinte où est effectuée l’opération de soudage soit la plus étanche possible à la lumière. Ces installations doivent être conformes aux normes des lasers de classe 4.
Une signalisation sécurité “Laser” est également nécessaire pour signaler les dangers dans la zone de travail. Celle-ci doit comporter des symboles de danger et des informations sur la classe du laser et la puissance.
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En outre, afin de couvrir les obligations légales des Directives 2006/25/CE et 2006/42/CE, chaque site utilisant des lasers de classe 4 doit désigner un agent de sécurité laser (Laser Safety Officer).
En soudage laser manuel, l’argon est polyvalent pour tous les matériaux, et vous permettra d’obtenir des soudures d’excellente qualité, répondant à un haut niveau d’exigence. Les gaz d’assistance (ou process) sont à choisir en fonction du procédé et du matériau. L’utilisation de ces gaz d’assistance augmente la performance de la machine laser et réduit les coûts de production.
A l’heure actuelle, plusieurs sources Laser sont proposées par les fournisseurs. Les sources les plus courantes sont celles à diodes CO2 ,Nd - YAG à barreau ou encore Laser hybride. Plus récemment les sources à fibres et YD - YAG à disques.
Le milieu actif est généralement un mélange de gaz différents (CO2 , N2 , H2 , He). Ces Laser peuvent fournir de fortes puissances (plusieurs centaines de kW et jusque 1 GW/cm² avec des systèmes amplificateurs. Ces Laser sont utilisés en soudure, découpe, en chirurgie. Les Laser CO2 fournissent un rayon ayant une longueur d’onde de 10,6 µm (milieu infrarouge), le rayon n’est donc pas visible à l’œil nu et donc très dangereux. Le transport du faisceau est réalisé par miroirs. La masse d’un Laser à CO2 peut atteindre plusieurs tonnes pour de fortes puissances.
Le milieu actif est un solide, plus précisément (Neodymium-dopet Ythrium Aluminium Garnet). La source de pompage est généralement une lampe flash (stroboscope) contenant du Xénon ou du krypton. Les tubes flashs laissent actuellement leur place à des DEL de forte puissance fournissant des flashs lumineux puissants au milieu actif pour exciter les atomes. Le rayon obtenu se situe à 1065 nanomètres (infrarouge), donc invisible à l’œil nu (spectre visible est entre 400 et 700 nanomètres). La puissance maximale est d’environ 5 kW en régime continu et 25 kW en régime pulsé. Le gros avantage de ce Laser est que le rayon produit peut être très facilement transportable par fibres optiques, à cause de sa longueur d’onde. Ils sont utilisés en ophtalmologie, en médecine et bien entendu en soudage, découpage, etc… La fréquence de l’onde lumineuse peut être doublée pour fournir un rayon Laser dans le spectre visible de couleur verte (532 nanomètres). La mase d’un Laser Nd-YAG est de plusieurs centaines de kilogrammes.
Il combine le soudage Laser avec la technique du soudage à l’arc (ex. MIG-MAG). Cette combinaison permet une grande souplesse de positionnement des pièces, car le soudage à l’arc apporte du métal en fusion pour remplir le joint et l’usage du Laser augmente la vitesse de travail par rapport à ce qu’il est possible avec le seul système à l’arc, les déformations induites sont faibles et la qualité de la soudure est ainsi améliorée. On réalise très souvent des soudures sans préparation de joints.
Le soudage laser offre de nombreux avantages par rapport aux méthodes traditionnelles :
Le soudage laser est devenu une technologie incontournable dans de nombreux secteurs industriels :
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
| Haute précision et qualité des soudures | Coût initial élevé |
| Vitesse de soudage élevée | Nécessité d'un assemblage précis |
| Faible zone affectée thermiquement (ZAT) | Pénétration limitée pour les épaisseurs importantes |
| Polyvalence des matériaux soudables | Mobilité réduite des équipements portatifs |
| Automatisation possible | Exigence de formation spécifique pour la sécurité |
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