Relation entre la pénétration du soudage au laser et l’énergie de la ligne de soudage!

En raison de la présence de pores à l’intérieur des matériaux de métallurgie des poudres, leur force de liaison est beaucoup plus faible que celle des matériaux de fusion. Pour assurer la pénétration du soudage, il faut utiliser l’énergie minimale de la ligne pour réduire la zone affectée par la chaleur du soudage. 

L’énergie de la ligne de soudage est l’énergie par unité de longueur du laser agissant sur la direction de soudage, ce qui est un paramètre important pour l’utilisation efficace de l’énergie. La courbe de pénétration complète est liée à l’épaisseur de la tôle. Pour les tôles épaisses, la courbe stable de soudage à pénétration profonde devrait inclure la courbe de pénétration complète. Afin d’étudier l’influence de l’énergie de la ligne de soudage sur les résultats de soudage, on étudie la relation entre l’apport d’énergie par unité de longueur du soudage au laser des matériaux en poudre de Co (ci-après dénommée énergie de la ligne) et la profondeur de fusion. L’énergie de la ligne de soudage W (unité kj/cm) est définie comme W=P/v

Où P est la puissance laser incidente sur la surface de la pièce et v est la vitesse de soudage.

Le laser CO2 EFA51 et le système de focalisation f/5 ont été utilisés pour effectuer des expériences sur des plaques d’échantillons frittées au Co pur, d’épaisseurs respectivement de 3 et 4 mm. La flamme de plasma au-dessus du petit trou est comprimée par le gaz He soufflé latéralement, et le flux de gaz est à un angle de 450 ° par rapport à la surface de la pièce. Le soufflage principal d’argon protège le bassin fondu, et la soudure arrière de largeur uniforme sur le dos est considérée comme une soudure complètement pénétrée.

L’apport calorifique du soudage à pleine pénétration est fonction à la fois de la puissance du laser et de la vitesse de soudage. Lorsque la puissance du laser est constante, on obtient une vitesse de soudage avec un apport calorifique minimal. De même, lorsque la vitesse de soudage est constante, une puissance calorifique minimale peut également être obtenue. Lorsque la puissance du laser et la vitesse de soudage augmentent dans une certaine proportion, il est possible d’obtenir une soudure étroite et profonde et l’apport calorisant diminue. Lorsque la vitesse de soudage diminue et que la puissance augmente, la pénétration de la soudure devient moins profonde.

La puissance laser de la machine de soudage laser est prise comme 0.8-1.3 kW, la vitesse de soudage et la quantité de découpe sont ajustées, et l’épaisseur de la plaque est 3mm' Pour obtenir la pleine pénétration, et une série d’énergie de ligne dans des conditions de pleine pénétration sont obtenues. Les résultats montrent que lorsque la puissance du laser est de 1,2 kW, l’énergie de la ligne W a une valeur minimale, à laquelle v=15 mm/ S, W= 0,8 kj/cm, et le rapport profondeur/largeur de la soudure est le plus grand. Des essais ultérieurs avec une énergie de ligne de 0,6 kj/cm ont montré que la pénétration de la soudure change avec la puissance du laser. Dans les mêmes conditions d’apport d’énergie, la pénétration des soudures augmente avec l’augmentation de la puissance du laser, tandis que la largeur des soudures reste pratiquement inchangée. Par conséquent, pour la méthode de soudage basée sur l’effet d’épissage, l’augmentation de la densité de puissance laser a un effet plus évident sur l’augmentation de la pénétration de la soudure que la réduction de la vitesse de soudage.

En examinant la soudure à la surface d’un échantillon de 4 mm d’épaisseur, on constate qu’il existe plusieurs points de dispersion correspondants entre la pénétration de la soudure et l’énergie de la ligne. La courbe de l’enveloppe d’énergie de la ligne de soudure, c’est-à-dire la courbe de l’énergie minimale de la ligne, est représentée sur la figure. L’expression mathématique de la courbe d’enveloppe est obtenue par le calcul et l’analyse

H = 0. 32 + 3.6W0.25

Où, H est la profondeur de pénétration du soudage (mm) et W est l’énergie de la ligne (k/cm).

Les données d’un paramètre donné dans un soudage réel qui tombe sur cette courbe peuvent être considérées comme un bon état de paramètre. Si les données choisies sont inférieures à la courbe d’enveloppe de la figure, on peut considérer que le rendement énergétique de ce système de soudage est faible, ce qui nécessite une analyse pour savoir s’il est dû au système de transmission laser ou au système de mise au point et à d’autres facteurs. Il est intéressant de noter que dans la plupart des soudures à pénétration profonde au laser, les données choisies sont légèrement inférieures à la courbe de la figure, mais ces paramètres de soudage sont toujours acceptables. Pour le soudage laser à pénétration profonde, une puissance élevée et une grande vitesse peuvent améliorer l’utilisation efficace du laser, et l’utilisation d’une puissance laser plus élevée peut obtenir une plus grande plage de position de mise au point pour le soudage stable à pénétration profonde. Bien sûr, cette augmentation de la puissance du laser a une certaine limite, car la puissance excessive du laser augmente l’absorption du laser par le plasma, ce qui réduit la profondeur de pénétration. En effet, lorsque la puissance laser est très faible, une plus grande énergie de ligne peut être obtenue en réduisant la vitesse de soudage.

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