Le Pistolet de Soudage Laser : Fonctionnement, Avantages et Inconvénients

La soudure LASER consiste à utiliser un faisceau de lumière concentrée pour fusionner des matériaux, métalliques dans la plupart des cas. Le terme LASER est l'acronyme de "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", soit en français "Amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement".

Un rayonnement lumineux est émis, amplifié et concentré en un faisceau dirigé avec précision sur un point. La précision et la puissance du faisceau entraînent la surchauffe et la fusion du métal. Cette technologie est utilisée en soudage dans l'espoir d'obtenir une meilleure qualité et une rentabilité accrue, et c’est l’industrie qui en bénéficie le plus de par ses besoins de production.

Mais alors, quelle différence entre laser et lumière ordinaire ? La différence réside principalement dans la manière dont l'énergie est transmise. Une ampoule émet une lumière constituée de photons dans une gamme de longueurs d'onde variée et dans toutes les directions. La lumière laser, quant à elle, est émise à une longueur d'onde précise. Les photons qui la composent sont "cohérents", c'est-à-dire qu'ils se dirigent dans la même direction. C'est ce qui permet de concentrer une quantité d'énergie importante sur un point précis.

Types de Lasers Utilisés en Soudage

Il existe plusieurs types de lasers, définis par leur technologie d'amplification de la lumière. Différentes machines, fixes ou portatives, peuvent utiliser chaque type de laser.

Lasers Co2 : Ils émettent une lumière amplifiée dans une atmosphère gazeuse (le Co2). Ils sont toujours utilisés mais consomment plus d’électricité et émettent dans des longueurs d’onde infrarouge lointaines, ce qui les rend moins efficaces sur les matériaux métalliques.
Laser YAG (Yttrium-Aluminium-Garnet) : Il utilise un Grenat d'Aluminium et d'Yttrium (un cristal synthétique) pour amplifier le flux de photons. Plus gourmand en énergie et en entretien, le laser fibre lui est préféré pour le soudage.
Lasers fibre : Ils émettent une lumière amplifiée à l’intérieur d’une fibre optique et sont de plus en plus utilisés dans l’industrie du soudage.

Sécurité et Précautions

En matière de sécurité, le soudage laser présente des risques spécifiques. Le risque principal est la brûlure de la rétine, ce qui rend le port de lunettes de protection absolument obligatoire. Même en l'absence de rayonnement sur les côtés du faisceau, une réflexion partielle peut se produire. Cette réflexion peut ne pas avoir d'impact significatif sur la peau en raison de sa diffusion, mais elle est beaucoup plus dangereuse pour les yeux en raison de la concentration des rayons sur la rétine par le cristallin.

Il existe des lunettes spéciales adaptées aux différents types de lasers, avec un marquage précis définissant leur utilisation. Au final, c'est le seul vrai équipement à ne jamais oublier. Bien sûr, il est toujours important de s'habiller correctement et de porter un masque respiratoire.

Avantages du Soudage Laser

De nombreux avantages sont mis en évidence lors de l'utilisation du soudage laser :

Vitesse de soudage : C'est un des plus gros atouts, notamment en termes de gains de temps grâce à la réduction du nettoyage. Le procédé laser n’émet quasiment aucune projection, permettant de gagner un temps considérable. De plus, les soudures effectuées sont fines et ont un aspect régulier et propre.
Déformation minimale des pièces : La vitesse de soudage élevée, ainsi que la précision et la finesse du joint, font que le soudage au laser ne déforme quasiment pas les pièces. C’est un avantage important pour de nombreux secteurs industriels.
Zone Affectée Thermiquement (ZAT) réduite : Au laser, cette zone est réduite au minimum, ce qui confère à l'assemblage une plus grande résistance. La ZAT est une zone en périphérie de la soudure qui a été chauffée mais pas fusionnée, entraînant une modification de la structure du métal et la rendant plus fragile.

Autres Avantages Notables

Possibilité de souder des tôles très fines (0,5 mm) grâce à sa précision. Certains appareils permettent même la micro-soudure.
Utilisation d'un seul gaz (azote) pour tous les matériaux, bien que l'argon soit préférable pour certains assemblages.
Préservation des qualités inoxydables des assemblages en inox grâce à la chauffe réduite et à la vitesse de soudage élevée.
Le soudage de l’aluminium devient aussi “simple” que sur acier ou inox.
Absence de rayonnement U.V comme à l’arc, donc possibilité d’alléger l’équipement du soudeur.

Inconvénients du Soudage Laser

Évidemment, quelques inconvénients sont à noter :

Prix à l’achat : Ce type d’investissement se calcule sur le long terme, en incluant les économies de gaz, de temps, etc.
Ajustement précis : L’assemblage doit être ajusté avec précision pour que la soudure soit propre.
Pénétration limitée : Il peut être difficile d’obtenir une bonne pénétration dans l’épaisseur dès qu’on dépasse les 1,5 ou 2 mm. Cela peut être dû aux réglages et à l'utilisation.
Mobilité limitée : Bien que portative, la machine pèse 200 kg, ce qui réduit sa maniabilité pour les travaux en hauteur ou sur chantier.
Utilisation d'un guide : Le fait de devoir utiliser un guide pour l’assemblage bout à bout peut être un inconvénient.

Matériaux Soudables au Laser

Tous les métaux soudables au Tig le sont au laser, avec des particularités :

Acier au carbone : Très bonne résistance mécanique de l’assemblage.
Acier Inoxydable : Le faible apport de chaleur est un vrai plus, avec un rochage quasi inexistant ou très réduit.
Aluminium : Soudure aussi facile que sur l'acier.
Titane : Possible, mais technique, nécessitant une bonne préparation.
Cuivre : Soudable mais difficilement, en raison de sa forte réflectivité et conductivité. Des lasers à lumière verte sont en développement pour mieux s'adapter au cuivre.
Laiton : Possible avec des réglages appropriés pour assurer une bonne solidité.

Dans tous les cas, il est essentiel que les pièces soient propres. Une particularité intéressante est la possibilité de réaliser des assemblages hétérogènes (deux métaux différents) sans métal d’apport.

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Fonctionnalités et Interface du Pistolet Laser

L'interface du pistolet de soudage laser se compose généralement de trois colonnes principales pour gérer différents paramètres :

Colonne de gauche : Gère le faisceau laser, avec des réglages de puissance (intensité), de fréquence de modulation (similaire au mode pulsé) et de "duty cycle" (alternance de cycles haute et basse puissance).
Colonne de droite : Gère le gaz de protection des soudures, comme l'azote ou l'argon, avec des réglages de pré et post gaz.
Colonne du milieu : Gère les moteurs du pistolet, permettant de choisir le motif de soudage, sa fréquence et sa largeur, souvent liée à l’épaisseur soudée.

Applications Industrielles

La soudure laser est utile dans de nombreux domaines de production industrielle. De nombreux domaines sont intéressés par cette technologie, certains l’utilisent depuis quelque temps, d’autres verront son apparition et d’autres encore n’en n’auront jamais besoin car pas adaptée.

Le soudage laser est récent malgré tout, et ses possibilités de développement sont nombreuses. En tant que soudeur, certains points sont impressionnants, surtout pour des matériaux comme l’alu. Sans parler de la vitesse d’exécution possible qui améliore les capacités de production.

Comparaison des Techniques de Soudage

Pour mieux comprendre la place du soudage laser, il est utile de le comparer avec d'autres techniques courantes :

Technique de Soudage	Avantages	Inconvénients	Applications
Soudage Laser	Haute précision, vitesse élevée, faible déformation	Coût élevé, pénétration limitée	Industrie automobile, électronique, aérospatiale
Soudage TIG	Soudure de haute qualité, contrôle précis	Plus lent, nécessite une grande compétence	Réparations délicates, métaux réactifs
Soudage MIG	Facile à utiliser, efficace pour les métaux épais	Moins précis, plus de projections	Construction métallique, automobile
Soudage à l'Arc	Simple, portable, adapté aux réparations sur le terrain	Moins précis, nécessite un nettoyage	Réparations sur le terrain, construction